«Процесний» алгоритм

Карєв Олександр Аврамович

Як правило, вихідна ситуація формулюється просто: «Є такий-то об'єкт, який погано виконує те-то і те-то ». Це все, що можна отримати від Замовника. Останнє Розв'язувач належить з'ясовувати «по ходу», працюючи в контакті з фахівцем, в веденні якого знаходиться «такий-то об'єкт». Перш за все, необхідно усвідомити, з яких основних вузлів складається «такий-то об'єкт» і які їхні функції. Для початку цього достатньо, тому що немає необхідності детально вивчати весь об'єкт. Якщо вже робилися спроби вирішити поставлене завдання, то надзвичайно корисно проаналізувати переваги і недоліки які пропонувалися раніше рішень.

Якщо вже відомий погано працюючий вузол, то необхідно з'ясувати його склад і головні функції кожної з частин. Вивчення об'єкта триватиме аж до виявлення причини небажаного ефекту (НЕ). Основою будь-якого технічного об'єкта є інформаційний фрактал ( «апаратний» алгоритм), найбільш практичне представлення якого - дерево процесів. Процеси в ньому або рівні за рангом (коли вони спільно забезпечують виконання процесу більш високого рангу), або підпорядковані один одному. У вихідної ситуації Розв'язувач не може уявити дерево процесів (раніше його треба виявити) і ніхто йому цього підказати не в змозі. На виявлення та побудова дерева може знадобитися занадто багато часу, тому найбільш вигідна наступна стратегія - крок за кроком (процес за процесом) пройти по уявному дереву процесів від зовнішнього прояву НЕ до його причини - погано виконується або взагалі відсутнього процесу. Назвемо його для визначеності «Х-процес» (ікс-процес). Розв'язувач повинен пам'ятати, що він займається саме пошуком Х-процесу (навіть якщо той і відсутня).

На малюнку ліворуч спрощено показано дерево процесів якогось умовного технічного об'єкта, а на ньому червоним кружком - НЕ у вигляді невдало обраного розробником системи фізеффекта. Червоною стрілкою показаний «маршрут», за яким НЕ проникає на вихід системи. Принцип дії «процесного» алгоритму не вимагає розлогих пояснень. Завдання розв'язувача полягає у послідовному виявленні причинно-наслідкових зв'язків між процесами, що складають даний «Маршрут», але пошук причин НЕ проводиться в порядку, зворотному зображеного на малюнку - від виходу системи до джерела НЕ.

Процес може бути спрямований на збільшення, зменшення або збереження значення параметра. Коливання теж можна розглядати, як окремий тип процесів, хоча насправді вони є способом співіснування різноспрямованих процесів. Використовувані в назвах процесів фізичні параметри завжди повинні вимірюватися в конкретних одиницях виміру - кг, м, с, В, Вт, А і т.д.

Правило формулювання назви процесу: напрямок зміни параметра -- найменування параметри - назву носія параметра.

Приклади назв процесів: збільшення довжини пружини, збереження координат кришки, зниження температури рідини, коливання сили струму.

Після виявлення Х-процесу можливі лише два результати:

1. Існуючий Х-процес виконується за рахунок використання фізеффекта, і тоді Розв'язувач може підібрати за довідником більш відповідний фізеффект або ж створити замість неї нову ТЗ, здатну забезпечити виконання Х-процесу.

2. Потрібний Х-процес відсутній. Необхідно організувати його виконання за рахунок наявних ресурсів, фізеффекта або створення нової ТЗ.

Поки що не має сенсу деталізувати ці дії розв'язувача, тому перейдемо безпосередньо до опису кроків «процесного» алгоритму:

Крок 1. Вказати параметр об'єкта, який потрібно змінити (зберегти), і перешкоджає цьому шкідливий процес.

Приклад: У зимовий час необхідно зменшити час запуску двигуна автомобіля, що знаходиться на відкритій автомобільній стоянці, але цьому перешкоджає шкідливий процес зниження температури двигуна непрацюючого автомобіля.

Скорочене опис проблеми: прискорення запуску двигуна перешкоджає шкідливий процес зниження температури.

Крок 2. Вважати, що об'єкт знаходиться в тому зі своїх станів, перебування в якому породжує описувану на кроці 1 проблему.

Ідеальний Кінцевий Результат (ДКР): Об'єкт САМ перешкоджає (вказати шкідливий процес і значимі обставини - час і/або місце його протікання).

Приклад: Двигун САМ перешкоджає зниженню температури (охолодження) під час стоянки.

Крок 3. Який параметр об'єкту мав би змінитися (зберегтися), але не може? Це і є що забезпечує процес, існування або відсутність якого заважає досягненню ДКР.

Приклад: Відсутній процес підвищення температури двигуна Це і є шуканий (хоча і відсутній) Х-процес.

Крок 4. Будь-яким доступним способом забезпечити (вказати що забезпечує процес).

Якщо з'являється нова проблема (щось треба змінити, але існує серйозна перешкоду), то перейти на крок 1 і повторити процедуру.

Якщо знайдено просте і очевидне рішення, то приступити до його реалізації. Бажано, щоб рішення виконувалося за рахунок ресурсів самої системи та/або Середовища.

Приклад: Якщо б причиною невиконання ДКР був існуючий забезпечує процес, то довелося б повернутися на крок 1 і вирішувати нову проблему. У даному ж прикладі причиною невиконання ДКР є відсутність потрібного забезпечує процесу, тому його необхідно організувати.

Рішення: Будь-яким доступним способом забезпечити самопрогрев двигуна. Можна по мірі охолодження двигуна періодично прогрівати його за допомогою спеціального автоматичного пристрою.

Однією із зарубіжних автомобільних фірм запропоновано рішення, яке не потребує витрат палива - тепло забирається в антифризу і накопичується в спеціальному термосі, заповненому церезином (вуглеводень, що має високу теплоємність). При допомоги накопиченого за вчорашній день тепла можна в лічені секунди прогріти двигун. Випробування показують, що тепла, що запасається термосом, предостатньо.

Знайдене рішення може виявитися «сирим», недосконалим. Якщо в конкретно взятому випадку й існують якісь критерії оцінки якості знайденого рішення, то вони виявляються так чи інакше пов'язаними один з одним, тобто взаємозалежними. Найчастіше всього характер цих залежностей точно невідомий і може знадобитися час на їх поглиблене вивчення. Необхідно все-таки спробувати відразу поліпшити знайдене рішення, послідовно «приміряючи» його до ліній розвитку систем:

1. Інверсія логіки. Вибір типу логіки визначає інформаційний зміст що забезпечує або керуючого процесу. Якщо як логічної одиниці прийнято більше значення параметра (або наявність ініціюючого впливу), то логіка вважається «позитивною», якщо менше (або відсутність ініціювання впливу) - то «негативної». Наприклад, при відключенні живлення електромагніту гальма ходове колесо мостового крана загальмоване, отже, має місце «Негативна» логіка роботи гальма. Робота автомобільних гальм, навпаки, заснована на «позитивною» логікою - колеса загальмовано, якщо натиснута педаль гальма. Вибір типу логіки істотно впливає на структуру системи (тобто на її конструкцію). Система містить інформаційну складову і у випадку, якщо процес виконується САМ, тому що термін «САМ» має на увазі існування керуючого процесу і, отже, логіки управління;

2. Інверсія системи (виріб і робочий орган міняються ролями);

3. Підвищення провідності енергетичного каналу (зміна параметрів або матеріалу робочого органу та/або вироби, використання штучної Середовища);

4. Підвищення стійкості системи введенням (поліпшенням) зворотного зв'язку;

5. Перехід до використання енергоекономного процесу (дробленням, переходом на мікрорівень, переходом по ряду МАТХЕМ, комбінуванням полів). Взагалі кажучи, перехід по ряду МАТХЕМ є зміною принципу дії, але це вірно тільки у випадку, якщо мова іде про головне процесі. Зміна ж принципу дії будь-якої з підсистем можна вважати простим поліпшенням системи. Наприклад, заміну застарілих літакових приладів сучасної авіоніки не можна вважати зміною принципу дії літака.

6. Відновлення робочого органу (витрачається речовини) безпосередньо в процесі роботи системи;

7. Використання вбудованого джерела енергії;

8. Збільшення продуктивності процесу за рахунок зростання швидкості (узгодженням ритміки, введенням додаткових перетворень енергії) -- розширення в часі;

9. Збільшення продуктивності процесу за рахунок просторового зростання -- розширення системи по лінії «моно-би ... поли» з наступним об'єднанням ( «Згортанням») звітів частин;

10. Заміна робочого органу та/або вироби системою (в міру зростання числа елементів і/або зв'язків надійність системи падає, тому може знадобитися дублювання елементів і підсистем) - це лінія фрактального зростання системи;

11. Підвищення функціональності (динамізації елементів, зв'язків, структури, складу).

В список напрямків розвитку не включено підвищення керованості, але в цьому немає помилки. Погана керованість є пряме порушення основоположного принципу, згідно з яким корисний процес повинен виконуватися САМ. Досягнення ДКР -- червона нитка процесу створення системи. Звідси випливає, що необхідність автоматизації управління - факт сам собою зрозумілий!

Рекомендація з «приміркою» рішення може створити помилкове враження, що розв'язувача пропонується діяти чужим ТРИЗ методом проб і помилок (МПіО). Безумовно, в межах переліку ліній розвитку справа йде саме так, але на це є свої причини. Ні одна лінія розвитку не може бути оцінена у відриві від виду покращуємо системи, типу що реалізується процесу, доступних ресурсів і особливостей Середовища і в цьому сенсі всі лінії розвитку абсолютно рівноцінні. Чи не існує і не може існувати алгоритму вибору «самого правильного» напрямки розвитку. Цьому перешкоджає принципова неможливість класифікації систем, процесів, ресурсів і всього різноманіття факторів середовища.

Необхідно звіряти результати «примірки» зі «стандартів», відповідним чином класифікованими в роботі Лінії розвитку систем. У даній роботі не робиться відмінності між керуючими системами і всіма іншими, як це було прийнято в оригіналі «Стандартів на рішення винахідницьких завдань" Г. С. Альтшуллера.

Що робити далі? Використовувати «морфологічний ящик» - не кращий вихід, тому що в даному методі присутній неприкритий перебір великого числа сполучень - близько трьох тисяч (без урахування їх можливих модифікацій). Деталізація ліній розвитку призведе до зростання цього числа. Більш продуктивна рекурсивна стратегія відбору варіантів. З отриманих в результаті «примірки» варіантів можна спробувати відібрати два-три кращих і спробувати об'єднати їх. Об'єднання варіантів можливо, бо вони є альтернативними системами, об'єднання яких призводить до взаємознищення недоліків вихідних систем. Вийшло рішення можна знову піддати процедурі «примірки», знову відібрати та об'єднати кращі і т.д. Пропонована стратегія є так званим генетичним алгоритмом. Скільки ж циклів розвитку треба робити? Досконалості немає межі, але слід пам'ятати, що мистецтво інженера полягає в умінні вчасно зупинитися у вивченні предмета!

Безумовно, досвід вирішення винахідницьких завдань не замінити навіть найдосконалішим алгоритмом. Для часткової компенсації браку досвіду (це краще, ніж нічого!) можна скористатися наведеними нижче рекомендаціями.

Перед виконанням «процесного» алгоритму необхідно описати ситуацію - що виконується добре і що погано виконується? Опис необхідно зробити так, щоб воно було зрозумілим навіть для людини, що не має спеціального освіти. Після цього вимога кроку 1 не так важко буде сформулювати мовою процесного аналізу. Задача може бути вирішена або зміною (доповненням, перебудовою) існуючої системи, або переходом до іншого принципом дії, але цю можливість необхідно розцінювати, як крайній випадок.

На кроці 2 може виявитися, що в системі ще немає об'єкта, який повинен буде САМ перешкоджати шкідливому процесу. У відомому алгоритмі Арізо-85В шуканий об'єкт названий «Ікс-елементом», але безликий термін навряд чи сприяє зменшенню природного страху розв'язувача перед завданням. Відсутній об'єкт або процес краще позначити більш звичним загальним терміном, що найбільше підійде до ситуації. Процес рішення задачі має виглядати, як поступове з'ясування сенсу цього терміна - така логіка пізнання відповідає уявленням більшості Розв'язувач.

Для Розв'язувача психологічно важче ті завдання, в яких якийсь з параметрів повинен зберігатися незмінним. Здавалося б, існування подібних «Нуль-процесів» прямо суперечить розумінню процесу, як зміни, але це не так. Наприклад, залізобетонне виріб з попередньо напружуємося арматурою самим, як там не є, якісним чином відрізняється від вироби зі звичайною арматурою, тому що в системі «арматура-бетон» існує протистояння двох процесів - різноспрямованих напружень в арматурі і бетоні. Зазвичай в технічних об'єктах знаходять своє місце обидва типи - зміна і збереження. Зовнішня відмінність цих процесів полягає у швидкості зміни параметра, але яке їх фізичний зміст? «Нуль-процес» - свідчення наявності певного виду енергії, а «процес-зміна» - свідчення її перетворення. У наведеному вище прикладі потенційна енергія системи породжується різницею станів арматури та бетону.

Енергія первинна, тобто процеси породжуються або її наявністю, або її перетвореннями. Не існує ізольованих процесів, тобто правило «одна структура - одна процес »дійсно тільки щодо корисного процесу і не враховує існування шкідливого процесу, реакції середовища, зміни провідності і т.п. Навіть найпростіша «бінарна» система - це комплекс процесів, мінімум - два різноспрямованих. Сенс існування системи - забезпечення балансу (гармонії) що лежить в основі комплексу процесів. Логічним кроком у пізнанні цього комплексу є перехід від міркувань до формул і чисел, тобто, кажучи образним мовою, «перевірка алгеброю гармонії».

Аналогом «Процесного» алгоритму послужив рекурсивний алгоритм В. А. Корольова, в якому два кроки (пошук властивості і пошук анти-властивості) замінено одним, спрямованим на причину прояву властивості - процес. Назви кроків скасовані за непотрібність. Лаконічність і універсальність «процесного» алгоритму здатні шокувати навіть фахівця. Секрет його простоти криється в бездоганній логіці інформаційного фрактала. Дерево процесів можна побудувати (виявити) для будь-якої штучної системи - від дитячої іграшки до великого заводу або організації (а чому б і не до держави або об'єднання держав?). Саме в дереві процесів укладена алгоритмічна суть штучних систем.

Можливі «Точки зростання» пропонованого методу - обробка вихідної ситуації, деталізація ліній розвитку, прискорення пошуку недоліків варіантів, прискорення роботи генетичного алгоритму.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.sciteclibrary.ru