КОМБИНАТОРНЫЙ МЕТОД
МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД КАК ПРОТОТИП КОМБИНАТОРНОГО
Комбинаторный метод создан с учетом различных областей знания, таких, как патентология, теория решения изобретательских задач, морфологический анализ и др. В каждой этой области определились или почти определились термины. Однако одно и то же понятие в различных областях знаний часто обозначается различными терминами; так как книга предназначена для специалистов различных областей знания, приводится сравнительная таблица некоторых терминов (табл. 1).Применение некоторых синонимов
обязательно. Например, когда говорят о частях объекта изобретения,
удобно их называть «частями объекта», но когда надо указать, насколько
эти части взаимосвязаны с формулой изобретения, их необходимо называть
«признаками»; когда говорят, сколько этот признак имеет вариантов,
удобно сказать «перечень вариантов» или «перечень признаков>, если
хотят сказать, что в .сопоставимых перечнях вариантов для этого
выделены перечни, применяется короткий синоним «перечень».
Морфологический метод способен
охватить почти все предполагаемые решения задачи. Этот метод для
решения технических задач предложил астроном швейцарского
происхождения, проживающий в США, Ф. Цвикки. Под «морфологией» здесь
понимаются различная структура и различные внешние формы создаваемого
объекта.
В данном методе совершенствуемый
объект расчленяется по существенным признакам: блокам, узлам, частям и
др. Когда объектом является технология, ее процесс делят на этапы.
Затем для каждого признака указывают возможные варианты его исполнения
(чем больше вариантов, тем лучше). Каждое решение задачи должно иметь
по одному варианту для каждого признака. В качестве примера возьмем
судно. Его существенные признаки: А — тип плавучести; Б — вид энергии;
В — средство для управления судном и др.
|
Существенные признаки |
Варианты признаков (элементы) |
| А |
А1; А2; А3; А4; А5;
........ |
| Б |
Б1; Б2; Б3; Б4; Б5; Б6;
........ |
| В |
В1; В2; В3; ....... |
По типам плавучести указывают
варианты:
1 — водоизмещающее судно с открытой палубой; 2 — водоизмещающее судно с
надувными отсеками; 3 — глиссер (скользящее судно); 4 — судно на
подводных крыльях; 5 — судно на воздушной подушке и т. п.
По виду энергии (движущей силе)
различают варианты: 1 — мускулы; 2 — парус; 3 — паровой двигатель; 4 —
двигатель внутреннего сгорания; 5 — паровая турбина; 6 — атомный
двигатель и т. п.
Средствами управления являются
следующие: 1 — весло; 2 — различные конструкции руля (перечисляются); 3
— различные боковые двигатели и т. п. Выделяется сочетание (решение) А5
— Б4 — ВЗ: судно на воздушной подушке (А5) движется при помощи
двигателя внутреннего сгорания (Б4), управляется боковыми
вспомогательными двигателями (ВЗ) Количество возможных решений равно
произведению всех вариантов (для данного примера 5*6*3=90). По
полученному множеству часть решений окажется известной, часть новой, а
часть — бессмысленной.
В процессе творчества
составляется морфологическая таблица (табл. 2)
.
Морфологический метод
состоит из двух частей: анализа (составления таблицы) и синтеза (поиска
решений). Данный метод некоторыми авторами был усовершенствован и
применялся в различных областях знаний: патентологии,
проектировании технических систем, архитектуре, управлении,
планировании, прогнозировании, психологии, астрономии и т. д. как для
поиска конкретного решения, так и для исследования области возможных
решений, поиска направления развития объекта. Метод охватывает все
сочетания решений. Однако выбор и оценка решений являются трудоемкими.
Усовершенствованный
морфологический метод назван комбинаторным.
Комбинаторика — термин, взятый из раздела математики. Из комбинаторики
пока в основном используются сочетания.
Комбинаторный метод, как и
морфологический, состоит из двух частей: анализа и синтеза. Для каждого
признака объекта так же, как и в морфологическом методе, составляют
перечни их вариантов; решения получают при выборе объекта по одному
варианту из каждого признака.
Отличие комбинаторного
метода от
морфологического в основном состоит в способе анализа, который содержит
понятия рабочего органа, рабочей среды, агрегатного состояния вещества,
признаки геометрической формы и структуры рабочего органа, понятия и
признака взаимной связи частей рабочего органа на макро- и микроуровнях
и т. д. При синтезе в комбинаторном е используется перечень целей
совершенствуемого объекта, методе исполь у что облегчает оценку
решений. Комбинаторныи метод р по с авнению с морфологическим проще,
понятнее. Его применение облегчает оценку решений. Отличаются и области
применения методов: мо фологический метод предназначен для различных
областей знания, а комбинаторный — только для изобретательства.
Из
примеров решения изобретательских задач видно, комбинаторный метод
позволяет упростить составление формулы и описание изобретения. По
сравнению с другими методами он наиболее соответствует требованиям
методических материалов. Кроме того,
комбинаторный метод включает много логических этапов работы, поэтому
его легче изучить, и содержит в себе возможность для развития.
Методика
АРИЗ пригодна для достижения конкретной цели и получения конкретного
решения. Однако по сравнению с комбинаторным методом АРИЗ имеет
следующие недостатки:
- 1) невозможность найти множество хороших решений;
- 2) трудность освоения методики.
Следовательно, выводы АРИЗ, что при помощи других методов нельзя эффективно получить более творческих решений, необоснованны. Что касается продолжительности получения решений, то и помощи комбинаторного метода часто за одинаковое время можно получить больше изобретений, чем с помощью АРИЗ. Таблица морфологического метода (см. табл. 2) в комбинаторном методе принимает вид матрицы:
|
Признак 1 |
Признак2 |
Признак 3 |
| 1.1 |
2.1 |
3.1 |
| 1.2 |
2.2 |
3.2 |
| 1.3 |
2.3 |
3.3 |
| 1.4 |
2.4 |
----- |
| 1.5 |
2.5 |
----- |
| ---- |
2.6 |
----- |
В матрице по сравнению с табл. 2 вместо букв А, Б, В применена нумерация 1, 2, 3. Читается матрица так. Например, вариант А1 по табл. 2 в матрице обозначается 1.1; вариант БЗ-2.3; вариант В2 — 3.2. Тире обозначают отсутствующие варианты.
МОДЕЛЬ СОВЕРШЕНСТВУЕМОГО ОБЪЕКТА (ЗАДАЧИ)
Моделью называется упрощенное изображение существенных моментов объекта (оригинала), если это упрощенное изображение тождественно с объектом по своей структуре или функциям. Модель целесообразно использовать вместо оригинала, ибо она проще (отбрасываются несущественные признаки оригинала). В то же время она должна соответствовать оригиналу по форме, структуре, действию и т. п. Моделируется или структура объекта (составляется структурная модель), или его действие (функциональная модель), или одновременно то и другое. Свойства объекта, которые должна отражать его модель, определяются в решаемой задаче. Модель отражает не всю техническую систему, а только схему существенного ее места (части). Модель задачи должна отражать структуру конфликтующей части системы.Объект обычно состоит из множества частей. Важно определить, какие части (признаки) являются самыми существенными. Поэтому у модели меньше признаков, чем у оригинала. Для раскрытия сути задачи важно количество признаков уменьшить до минимума. Обычно это достигается, когда остаются две части (признака), поэтому в объекте в качестве модели решаемой задачи выделяют рабочий орган. Он содержит меньше частей, нежели весь объект. В зависимости от решаемой задачи одна и та же часть (признак) объекта в одном случае может быть существенной, в другом — несущественной.
Все это наглядно можно пояснить задачей по совершенствованию велосипеда. На рис. 25 изображена схема велосипеда. Он состоит из множества деталей, однако наиболее важной является рабочий орган: колеса и трансмиссия. Если будет приводить в движение заднее колесо, то отпадает надобность рассматривать переднее колесо; поэтому остаются колесо (заднее) и трансмиссия. Руль не считается рабочим органом, ибо он не имеет прямой связи с задним колесом и трансмиссией. То, что колесо имеет катящуюся часть, это в объекте велосипеда не является существенным. Другое дело, если нами рассматривается не велосипед, а его колесо.
Рабочий орган
колеса велосипеда (рис, 26) составляют
катящаяся часть и ступица со
спицами.
Элементы катящейся части колеса для колеса не являются
существенными. Если рассматриваемый нами объект не колесо, а его
катящаяся часть, m ее элементы являются существенными признаками.
На
рис. 27 показана схема катящейся части колеса; Обод можно
причислить
к ступице и спицам (которые нами в данное время не совершенствуются),
рабочий орган состоит только из двух частей: камеры и покрышки. Наличие
вентиля для катящейся части не составляет существенного признака. Если
рассматриваемый нами объект — не катящаяся часть колеса, a камера, то
это — существенный признак.
Рабочий орган камеры,(рис. 28) составляют две части: надувное кольцо и вентиль. Наличие колпачка у вентиля-не является существенным признаком. Другое дело, если рассматриваемый нами объект не камера, а вентиль. Рабочий орган вентиля (рис. 29) — корпус и колпачок. Клапан не имеет связи с колпачком, поэтому в -рассматриваемой системе его не берут во внимание.- То, что на колпачке имеется риска, не является существенным признаком для вентиля. Если рассматри-' ваемый нами объект не вентиль, а его колпачок; то наличие риски — существенный признак. Рабочий орган''колпачка вентиля (рис. 30) —. корпус колпачка и риска. Наличие резьбы не считается существенным'признаком для чка, ибо в данное время имеет значение только его функция по выкручиванию корпуса клапана.
Если будет рассматриваться
функция колпачка по прикреплению его к корпусу вентиля, то резьбовое
соединение составит существенный признак для колпачка.
Таким образом,
выяснилось не только то, как составляется модель для решаемой задачи,
но и то, как существенные признаки отделить от несущественных (а это
является одним из основных вопросов в изобретательстве).
Все рисунки
книги изображают модели оригиналов, ибо они соответствуют требованиям,
предъявляемым к модели: в них нет несущественных деталей (признаков) с
точки зрения рассматриваемого аспекта, а изображены лишь существенные,
позволяющие отразить структуру либо функцию оригинала.
СХЕМА КОМБИНАТОРНОГО МЕТОДА
С помощью анализа сначала следует определить в объекте, рабочий орган (рабочую зону). Этому способствуют само наименование объекта, определение его основной функции, восприятие физической сути исполнения этой функции, воображение. Рабочий орган должен иметь мало частей. Если найти его не удается, вместо него применяется веполь. Однако это не всегда оправдано, ибо удобнее осуществлять переход от модели к веполю, чем наоборот. Поэтому в качестве рабочего органа лучше использовать модель.Выделив рабочий орган, следует составить сопоставимые перечни вариантов по отдельным признакам. Первые перечни выделяются для составных частей рабочего органа (для каждой части отдельный перечень). Зачастую одну из этих частей можно вообразить себе как рабочую среду '. При этом необходимо знать, из какого материала она образована. Такой же перечень в случае надобности может быть составлен и для других, уже установленных частей рабочего органа, которые не входят в понятие «среда». Поэтому агрегатное состояние зачастую приходится менять не более чем для двух сред или двух упомянутых частей или для среды и части. Для частей рабочего органа составляют перечни для характеристики их материала. После этого выделяется перечень для описания геометрической формы рабочего органа.
Затем переходят к структуре рабочего органа. Выделяются перечни для взаимного расположения его частей (в ней структуру изображают графически), для перечисления сочетаний подвижных и неподвижных частей рабочего органа. В случае необходимости образуются другие перечни, относящиеся к структуре рабочего Среда — это жидкость, газ и т. п., в которой помещаются другие части рабочего органа. Последние предусматриваются для определения взаимосвязи частей рабочего органа. Здесь возможны три случая: в первым — части рабочего органа движутся механически; во второмна части рабочего органа механически не воздействуют, а воздействуют при помощи энергии поля. В данном случае выделяют перечень энергии поля, которая воздействует на рабочий орган (на'весь или отдельные его части); в третьем — на части рабочего органа действуют механически и при помощи энергии поля, которая в данном случае будет изменять рабочие характеристики объекта. В первом случае составляют перечень для движения частей рабочего органа. В этом перечне указан соответствующий привод. Иногда еще нужно выделить перечень для способа управления приводом. Если имеется конкретная возможность, предусматривают и перечень для формы выполнения связей. В сопоставимых перечнях могут быть перечни и упомянутых двух или трех случаев.
Зная наименование перечней, в каждом из них указывают варианты того, для чего перечень предназначен. Это помогает найти варианты. В качестве вариантов рабочей среды принимаются всевозможное агрегатное состояние вещества и превращение его из одного агрегатного состояния в другое. Кроме того, геометрическая форма рабочего органа, и особенно движение его частей, тесно связана с агрегатным состоянием рабочей среды, поэтому варианты геометрической формы и приводов обязательно должны быть приспособлены к агрегатному состоянию среды (применение принципа отзывчивости).
Установлено, что самые важные перечни следующие: агрегатное состояние рабочей среды (а также некоторых частей рабочего органа) и средство для осуществления движения частей рабочего органа (или энергии поля).
При наличии сопоставимых перечней для вариантов призна ков переходят к синтезу: берут по одному варианту из каждого перечня и находят решения (вычерчивают для них эскизы). Так получают идеи для изобретений. Если решения получились работо способные, их оценивают. Оценить решения помогает перечень целей объекта. Избранные объекты, дающие положительный эффект, проверяют на — новизну. С этой целью просматривается патентная и общетехническая литература. Для новых решений дающих положительный эффект, вычерчивают конструктивные схемы, проводят расчеты, при необходимости проводят практи ческие испытания и оформляют изобретательские заявки.
Поскольку изобретения (решения) находим в стадии их син теза, казалось бы, что здесь и есть начало их новизны и что эт; стадия наиболее важная. По сути все обстоит иначе. Начало для нового содержится уже в аналитической стадии, когда в каждо~ перечне указывают варианты. Включенный в перечень вариан не теряется и на стадии синтеза используется без заметных творческих усилий. Поэтому очень важно предвидеть интересные варианты (признаки), ибо включение их в сопоставимые перечни равнозначно созданию изобретения. Для того чтобы изобретение было работоспособным и полезным, необходимо стремиться к тому, чтобы избранные варианты (признаки) сочетались друг с другом, соответствовали их возможности (к
