В теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) давно существует такое понятие – уровень изобретения (изобретательского решения). Не очень-то ясна его полезная функция, но при попытках применения возникают проблемы. Поэтому было бы интересно разобраться с механизмом определения этого уровня.

В книге Альтшуллера Г.С. [1] приведена следующая градация уровней:

1. Использование готового объекта без выбора или почти с выбором.
2. Выбор одного объекта из нескольких.
3. Частичное изменение выбранного объекта.
4. Создание нового объекта (или полное изменение исходного).
5. Создание нового комплекса объектов.

Данная классификация знакома тем, кто встречался с планированием конструкторских работ. Предполагается, что уровень изобретательского решения следует из сложности изобретательской задачи, качественно оцениваемой через степень изменения исходной ситуации. Количественно разницу между уровнями предлагалось охарактеризовать приблизительной оценкой среднего числа проб и ошибок (возможных вариантов решения), которые необходимо перебрать инженеру (изобретателю) средней квалификации для отыскания решения:

1-й уровень: единицы вариантов.

2-й уровень: десятки.

3-й уровень: сотни.

4-й уровень: тысячи и десятки тысяч.

5-й уровень: сотни тысяч, миллионы… до бесконечности.

Эту оценку надо понимать как достаточно условную: бывает, что и самую сложную задачу случайно удаётся решить с нескольких попыток. А иногда и простая задача не поддаётся за много большее число попыток, чем можно ожидать из предположительной оценки её уровня. Здесь многое зависит от подготовки (опыта) человека, которому пришлось её решать. И, естественно, от везенья. Разумеется, здесь речь идёт о человеке, не знакомом с ТРИЗ.

Сомнения в корректности приведённой характеристики уровня сложности изобретательских задач существовали давно. Ну, в самом деле, кто возьмётся подсчитать количество вариантов, которые нужно перебрать для решения той или иной конкретной задачи, вдобавок - ещё не решенной? Даже по уже решённым задачам это возможно лишь частично - только в отношении неудачных реализованных вариантов. А кто подсчитает число отброшенных мысленных экспериментов, которых никто не регистрировал?

Да и не занимается мозг перебором вариантов в чистом виде, что по аналогии с компьютерами ему приписывают совершенно безосновательно. У него совсем иной механизм работы, который ранее не входил в область изучения специалистов по ТРИЗ [2]. Но эти недостатки были очевидны и раньше [3].

Сомнительно, чтобы Альтшуллер Г.С. сам не видел столь явной слабости предложенной им концепции оценки уровня изобретательского решения. Поэтому интересно посмотреть его более поздние рассуждения по этому вопросу. Например, в его же статьях [4,5].

В первой из этих двух статей [4] при объяснении сущности нового понятия "Стандарт" как определённого - сильного - сочетания нескольких Приёмов устранения технических противоречий и физических эффектов приведены следующие рассуждения (не дословно, по существу). Простейшие задачи решаются в один ход - одним Приёмом. Для нахождения нужного Приёма надо перебрать не более четырёх Приёмов (из сорока), рекомендуемых Таблицей выбора Приёмов устранения технических противоречий [1]. Правда, всего их известно 50 [5], не считая десятков существующих сегодня самодельных Приёмов локального характера (например, в рекламе или предпринимательстве). Но это обстоятельство сейчас не существенно.

Более сложные задачи решаются уже сочетаниями Приёмов: по два Приёма, по три и более. Чем большее число Приёмов содержит в себе изобретательское решение, тем, естественно, сложнее найти нужное сочетание Приёмов и, соответственно, решение задачи. К числу перебираемых приёмов следует добавить ещё физические и иные эффекты, число которых измеряется уже тысячами. Выяснение принципиальной разницы между сильными и прочими (как нужными, так и бесполезными) сочетаниями Приёмов и физических эффектов пока не существенно.

Данное рассуждение основывается на том, что, даже не зная Приёмов и не имея Указателя, скажем, физических эффектов, изобретатель волей-неволей может изменять объект весьма ограниченным числом способов. И эти способы сводятся, в конечном счёте, к Приёмам. Например, человек… да что там человек - любая курица, не имеющая представления о физике, центре масс и законе всемирного тяготения, ухитряется, тем не менее, всю свою жизнь - от яйца до кастрюли - ходить на двух ногах и не падать. А то, порой, и летать

Естественно, по мере роста числа Приёмов, используемых в одном сочетании для решения задачи, быстро вырастает число комбинаций из этих Приёмов. Но поскольку количество Приёмов ограничено, постольку можно посчитать и число возможных комбинаций из них. И если не всегда можно посчитать число возможных комбинаций Приёмов до решения задачи, то уж после того - наверняка. Почти то же самое говорится и во второй статье [5].

Рассмотрим один из приведённых в статье [5] примеров:

"А.с. 162919: "Способ снятия гипсовых повязок с помощью проволочной пилы, отличающийся тем, что, с целью предупреждения травм и облегчения снятия повязок, пилу помещают в предварительно смазанную подходящей смазкой трубку, выполненную, например, из полиэтилена и загипсовывают в повязку при её наложении".

В этом изобретении использованы, по меньшей мере, три Приёма: принцип предварительного действия (пила закладывается в гипс ещё при наложении повязки), принцип частичного действия (закладывается не вся пила, а только её часть - режущий элемент, который потом присоединяют к пиле), принцип "наоборот" (распиливание ведут снизу вверх - от тела к поверхности повязки). Если убрать один из Приёмов, обесценится весь комплекс."

В этом примере (и прочих тоже) легко различить, что все Приёмы применяются последовательно: каждый последующий Приём нужен для реализации предыдущего. В данном примере первым должен был бы следовать Приём №13 "принцип "наоборот", решающий задачу распиливания в обратном направлении (ради чего всё и затеяно). Далее возникает задача: как просунуть пилу под повязку? Её решают с помощью Приёма №10 "принцип предварительного исполнения". Но если пилу загипсовать, то она превратится в обычную арматуру, поэтому надо оставить ей возможность двигаться, для чего в гипсе нужна полость. Эту задачу решают Приёмом №3 "принцип местного качества", создавая полость с помощью полиэтиленовой трубки. Затем, чтобы пила не застряла в трубке, ещё раз применяют Приём №3, смазывая трубку изнутри. А чтобы больной не таскал на себе всю пилу, применяют Приём №1 "принцип дробления": в повязке оставляют только режущую часть пилы (непонятно, правда, зачем; её ведь можно и потом засунуть в трубку? да и вообще, заранее надо было закладывать не пилу, а готовый разрез). Наконец, чтобы можно было бы всё же распилить гипс, применяют Приём №5 "принцип объединения": пилу вновь собирают. Впрочем, некоторые из перечисленных действий можно приписать и другим Приёмам. Но это пока неважно.

Примем, что есть: семь последовательно применённых Приёмов для семи последовательно решаемых задач. Для простоты пока не будем принимать во внимание физические эффекты, используемые (или возникающие) по мере применения приёмов (например, при взаимодействии пилы с гипсом).

Если бы на каждой ступеньке у нас был выбор из четырёх Приёмов (максимальное их число, рекомендуемое Таблицей для одного технического противоречия), то общее число вариантов их сочетаний составило бы почти 22 000. Согласно приведённой в начале статьи градации исследуемое решение относится к четвёртому уровню. Альтшуллер Г.С. также относит его к изобретениям высокого уровня (третий уровень, надо полагать, средний, пятый - высший, а четвёртый, стало быть, высокий).

Ну, а если обычный инженер, не знающий ни Таблицы Приёмов, ни ТРИЗ и при отсутствии каких-либо ограничений, начнёт перебирать все пятьдесят известных (не считая возможных) Приёмов? Тогда число вариантов достигнет астрономических размеров - почти 800 миллиардов - и рассмотренное в качестве примера изобретение с распиливанием гипсовой повязки можно будет отнести к гениальным творениям разума. Но шутки шутками, а разобраться надо. Тем более что многие Приёмы заведомо нельзя использовать в данной ситуации.

Итак, выявленная последовательность в применении Приёмов даёт основания утверждать, что при решении задач высокого уровня мы имеем дело не с одним комплексным решением, а с несколькими решениями ряда последовательных задач. Решения представляют собой как бы ступеньки, по которым надо подниматься от первоначального, принципиального, абстрактного решения до его реализации в конкретном техническом объекте. Число этих ступенек отражает глубину перестройки данного технического объекта. И чем глубже надо забираться в иерархическую структуру объекта, тем сложней угадать самый первый Приём причинно-следственной цепочки без анализа причинно-следственной цепочки решаемой проблемы, без анализа структуры объекта. И, конечно, гораздо сложнее угадать самое сильное сочетание Приёмов из десятков и сотен тысяч возможных вариантов.

Получается, что уровень изобретательской задачи определяется тем, насколько глубоко надо менять структуру объекта, что в какой-то мере совпадает с приведённой в начале статьи градацией (точнее говоря, с принципом градации). В этом случае задача о распиливании гипса является простейшей. Правда, возникает вопрос о так называемых ретикулярных структурах, но это уже следующая задача. Она решается путём понимания таких структур как не жёстких, не постоянных, но всё же иерархических структур.

Теперь о сочетаниях приёмов. Если возможное число сочетаний исчисляется триллионами, то разве статистический анализ, скажем, миллиона изобретений действительно способен выявить самые сильные из сочетаний?

Получается также, что чем большее число Приёмов мы нагромоздим в ходе решения задачи, тем выше будет уровень решения. Если гипс в рассмотренном примере заменить материалом, который сам через заданное время, скажем, рассыплется в пыль (Приём №11 или 25, 29, 34 и т.д.), то уровень решения будет ниже, чем эквилибристика с пилой? Очевидно, что число Приёмов не может быть критерием силы. Более правильным было бы считать сильным такое сочетание, которое обеспечивает изменение объекта в соответствии с известными закономерностями эволюции технических объектов (обычно называемых законами развития технических систем - ЗРТС). Правда, ни сами по себе Приёмы, ни их сочетания не содержат в себе каких-либо сведений о соответствии вызываемых ими изменений этим закономерностям.

В связи с этим в примере с гипсовой повязкой становится интересным следующее обстоятельство: в исходной структуре надо было изменить только один - самый верхний - уровень рассматриваемой структуры (направление распиливания). Реализация решения потребовала наращивания ещё шести уровней. Очевидное усложнение объекта создаёт кое-какие теоретические проблемы в отношении указанных закономерностей. Но это уже другая тема. Здесь же будет достаточным констатировать отсутствие прямой связи Приёмов и их сочетаний (как и всякого инструмента) с силой изобретательского решения. Термин "сила" разумнее заменить термином "качество".

Логичным будет разделить (а как же) понятия "сложность изобретательской задачи" и "качество решения". То есть, сложность изобретательской задачи определяется иерархическим уровнем структуры исходного объекта, который согласно анализу изобретательской ситуации подлежит изменению. А искать этот уровень начинают "сверху".

Но "сложность" задачи - это не столько термин, сколько общий эпитет, подразумевающий наличие неопределённого множества разнородных препятствий на пути к её решению. Поэтому будет правильным принять, что термин "сложность" в данном случае определяет необходимую глубину анализа. Иного критерия для установления степени "сложности" у нас нет.

Охарактеризовать качество решения числом применённых Приёмов мешает не только то очевидное обстоятельство, что больше - не значит лучше. Хорошая аналогия: если у какой-то фирмы расходы на производство товара (того же гипса) выше, чем у конкурентов, то это не означает, что и рыночная цена на этот товар должна подняться до цены, получающейся у этой злосчастной фирмы. Как нас учил ещё Маркс, всё происходит наоборот: рыночная цена снижается до уровня самой низкой цены, которую может предложить один из конкурентов. Эта аналогия хороша тем, что подчёркивает одно важное обстоятельство: оценивать продукт (в нашем случае - качество решения) следует из внешней среды, а не наоборот.

Изобретательским решением в "гипсовом" примере является (кроме изменения направления распиливания) только использование полиэтиленовой трубки. Применение остальных Приёмов носит характер рутинных конструкторских решений, которые будут найдены в пределах первого же десятка вариантов. Тем более - в условиях последовательного решения задач. А миллиарды вариантов перебирать будет разве что глупый компьютер.

Если исходить из предположения о хаотичности перебора вариантов обычным инженером, который не знает ТРИЗ, то для того, чтобы установить, что данная задача решается перебором, предположим, десяти вариантов, надо раньше ввести в задачу такие ограничения, которые бы не позволили выдумать большее число вариантов. Если же этого не сделать, то для любой сколь угодно простой задачи можно придумать практически неограниченное число вариантов решения. Например, по уже рассмотренному примеру о распиливании гипсовой повязки исходная ситуация (в учебном варианте, конечно) выглядит так:

Задача №29. Чтобы снять гипс, его распиливают или разрезают ножницами. При этом трудно не поранить руку. Как быть?

Вполне очевидно, что никто (кроме здравого смысла, конечно) не запрещает рассмотреть способы разрезания её с помощью, скажем, лазера или направленного взрыва. Можно также поразмышлять об иных конструкциях и материалах самой повязки при сохранении её главной функции (фиксировании повреждённой конечности) при обеспечении второстепенной (предохранении конечности от нового повреждения при снятии повязки). Или, скажем, (фантазировать, так фантазировать) о временном введении ферромагнитного материала в сращиваемые кости. Или о временной замене поломанных костей синтетическими копиями, пока оригиналы спокойно восстанавливаются где-то в лаборатории. Или… да мало ли чего может придти в голову человеку с хорошо тренированным (пусть даже "творческим") воображением. Только зачем это нужно?

Без введения ограничительных условий не удастся также представить задачу в форме противоречий, что необходимо для выбора Приёмов. Следовательно, не удастся выбрать несколько нужных Приёмов из всех известных.

Можно ли считать, что одни Приёмы дают решения более изобретательские, чем другие? Нельзя, так как критерии, которыми мы располагаем, делают их в этом отношении равными. А чтобы их ранжировать, придётся рассмотреть, в какой степени каждый из них меняет исходную структуру объекта. Придётся также рассмотреть каждый из них на предмет элементарности: очевидно, некоторые Приёмы (скорее всего, большинство) на самом деле составлены из более простых. Насколько известно, разработанные ранее классификации Приёмов их иерархичность не затрагивают. Словом, эту интересную работу ещё предстоит сделать.

Придётся принять, что число применённых Приёмов ещё ничего не говорит о качестве изобретательского решения. Можно ли использовать для объективной оценки качества критерий идеальности? К сожалению, нельзя: существующие сегодня представления о закономерности повышения идеальности технических объектов довольно туманны. Они не располагают необходимым аппаратом измерения или хотя бы ранжирования. А главное - они не располагают критерием измерения, ибо нельзя сравнить что-либо существующее с тем, что не существует.

Остаётся вспомнить об экономике и, следовательно, о цене изобретательского решения. То есть, о стоимости патента.

Качество (уровень) изобретательского решения - это ещё не уровень изобретения. Можно затратить огромные ресурсы ради получения красивого (а представления о красоте изменчивы), но… никому не нужного изобретения. Архивы инновационных фирм, да и любой конструкторского отдела тоже, полны таких историй. Технически красивое решение отнюдь не равноценно его социальной значимости. Здесь есть что-то от привычного по временам социализма расчёта цены товара от суммы затрат производителя этого товара.

Кстати, к числу затрат можно отнести длительность поиска решения, что опять-таки знакомо тем, кто занимался планированием конструкторских работ. Какое нам дело до числа перебираемых вариантов? Главное - сколько будет стоить нам этот перебор. Время же - самый дорогой ресурс, самая дорогая плата.

Что такое "изобретение"? Это объект, впервые созданный на основе изобретательского решения (решений) и имеющий определённую потребительскую ценность. Права на это решение фиксируются патентом. Ценность патента (и, следовательно, изобретательского решения) определяется стоимостью лицензий, продаваемых на право его использования. Если патент или лицензии на него никто не покупает, то он ничего и не стоит. Как бы мы не измеряли технический уровень лежащего в его основе изобретательского решения. И сколько и чего бы мы ни потратили на его разработку. Нельзя определять ценность (качество, уровень) изобретательского решения техническими критериями. Иное дело уплаченная цена, затраты: здесь хороши и эфемерные пробы с ошибками, и длительность их перебора, и число Приёмов… Но кому это нужно?

На самом деле неважно, с помощью чего мы измеряем уровень изобретательского решения. Это может быть число вариантов или время (вместе с другими ресурсами), потраченное на их перебор. Это может быть число использованных Приёмов или физических эффектов. Важно, что так измерять нельзя в принципе. Нельзя измерить какие-либо параметры любого объекта исходя только из составляющих элементов (любой природы) этого объекта. Для такого измерения требуется его взаимодействие с другими объектами, с внешней средой, так как эти параметры описывают (характеризуют) именно указанное взаимодействие, и ничего более. В нашем случае требуется сопоставление затрат и результата в экономическом выражении.

Итог рассуждений таков: идея количественной оценки уровня изобретательского решения несостоятельна, если не выходить за пределы технической объекта, на котором оно создано. Она не выдерживает критики независимо от критерия такой оценки: будь то число вариантов, перебираемых при поиске решения изобретательской задачи, или любой иной технический признак.

====================

Несмотря на то, что общий итог рассуждений оказался отрицательным для рассматриваемого предмета, в качестве одного из частных, побочных (и положительных!) результатов получается определение изобретательской задачи.

Она понимается как ситуация, которую нельзя разрешить простым изменением какого-то параметра рассматриваемого объекта без изменения его структуры.

Более точная формулировка: изобретательская задача - это ситуация, при которой нельзя устранить несоответствие рассматриваемого объекта меняющимся требованиям окружающей среды простым изменением (увеличением или уменьшением) одного или нескольких параметров (температуры, веса, количества, размеров и т.п.) или не допускающей такого изменения (например, из-за разрушения объекта). То есть, ситуация, требующая для своего разрешения изменения структуры рассматриваемого объекта.

Другой частный результат - определение понятия "Приём устранения технических противоречий". Для начала цитата из [3]:

Приём - понятие до сих пор остаётся без определёния и в ТРИЗ раскрывается через примеры. Наиболее вероятно, что при этом подразумевается некий "элементарный изобретательский шаг", выявленный сугубо эмпирически.

Как говорится: "без комментариев". Для убедительности ещё цитата - из [6]:

Приём устранения технических противоречий - операция изменения объекта, выявленная на базе патентного фонда и предназначенная для устранения характеристических технических противоречий и физических противоречий.

Можно понять, откуда взята эта "операция" и для чего её используют, но ничего не говорится о том, что же она собой представляет.

Исходя из предыдущих рассуждений, было бы разумным определить, что Приём - это одинарная операция по изменению структуры объекта, обязательно сопровождающаяся возникновением или исчезновением какого-либо системного свойства. А поскольку структура объекта может быть изменена весьма ограниченным числом способов, постольку можно, наконец, аналитически подойти к проблеме числа Приёмов: сколько их есть (или должно быть) на самом деле? Ведь не все же они были найдены? Можно также ожидать, что часть уже найденных Приёмов предстанут перед нами как видоизменения и комбинации других Приёмов. Но это уже тема другой статьи.

Неизвестно, именно ли это подразумевал Альтшуллер Г.С. в [5], когда писал, что работу с Приёмами "начинать надо с самого начала". Далее "Паспорта Приёма "Дробление" дело тогда не пошло [7]. Задуманное Альтшуллером Г.С. Учение об операторах (Приёмы - парные Приёмы - Стандарты) так и осталось только общим замыслом. Да и сами Приёмы остались в своём старом "техническом" виде, не обретя достаточного уровня абстрагирования.

Их по-прежнему применяют по старинке, без переосмысления. Без особых затруднений сочиняют и вводят в оборот новые Приёмы локального характера. До уровня теории Приёмы так и не доросли, оставшись хорошим методом вне ТРИЗ.

Третий частный результат - роль физических и других эффектов. Эффект ведь - это только следствие преобразования структур материи, только следствие применения Приёма на достаточно глубоком уровне. Тогда определение Стандарта получается несколько странным: применение сочетания Приёмов с последствиями их применения. Впрочем, это тема совсем другой статьи.

Королёв В.А.
12.10.2001 г.

Литература:

1. Альтшуллер Г.С. "Алгоритм изобретения" ("Московский рабочий", 1973 г.).

2. Королёв В.А. "Гипотеза о мангровом механизме мышления", 2000 г.

3. Матвиенко Н.Н. "Термины ТРИЗ (проблемный сборник)", 1991 г.

4. Альтшуллер Г.С. "Стандарты на решение изобретательских задач", 1975 г.

5. Альтшуллер Г.С., Бреннер М. "Материалы к теме "Типовые Приёмы устранения технических противоречий", Выпуск 1, 1984 г.

6. Зусман А.В. и Злотин Б.Л. "АРИЗ-СМВА-91/Э2".

7. Альтшуллер Г.С., Бреннер М. "Паспорт Приёма "дробление", 1984 г.