Зачем это нужно?
Предположим, у нас есть заказ на создание новой модели известного предмета. К примеру, зубной щетки. Это проектная задача, и она предполагает большое количество возможных решений. Обычно мы иеем ряд требований и ограничений. Они уменьшают количество возможных решений, но, и после этого у нас слишком много возможных вариантов и их комбинаций. Какие свойства будет иметь щетина? Какая поверхность будет у ручки? Какой формы будет головка? Какой тип соединения будет между головкой и ручкой? И так далее. Как найти и выбрать оптимальное решение?

Обычный метод для определения направления поиска – это метод экстраполяции. Изучают эволюция предмета, а затем продолжают наметившуюся тенденцию. Но такой метод дают нам очень узкое поле зрения. Это похоже на строгий маршрут для посетителей заповедника по сравнению со свободной прогулкой в любом направлении в обычном парке. Мы полагаем, что проектировщику для поиска решения полезно иметь не один вариант «маршрута», а целую карту возможных путей. А такой ситуации все возможности будут ему видны одновременно.

Такая карта не что иное, как поле поиска решения для проектной задачи. Проектировщика можно уподобить геологу-разведчику. Он имеет определенную территорию для исследования, в пределах которой нужно провести поиск. Далее все зависит от профессиональных качеств – умения сформировать ограничения, исключить из направления поиска неперспективные зоны, оценить возможности перспективных зон по известным критериям.

Эффективность работы геолога неизмеримо вырастает, если он имеет подробную специальную карту своего района исследований. На такой карте могут быть указаны особенности рельефа, климата, распределение растительности, магнитные поля и масса другой информации. Совокупность определенных признаков подскажет профессионалу наиболее вероятные места залегания искомого вещества. Аналогично вырастает эффективность работы проектировщика, если он имеет в своем распоряжении структурированный и представленный в наглядной форме информационный фонд.

Базовые принципы
1. Чтобы структурировать возможные варианты преобразований проектируемого объекта, нужно выбрать объективный классификационный критерий. В мире техники таким объективным критерием нам представляются законы и тенденции развития технических систем, тщательно проработанные в ТРИЗ. На основе известных закономерностей можно выстроить «дерево преобразований», в котором направляющие будут соответсвовать тенденциям развития, а ключевые точки – шагам на линиях развития.

2. Необходимо определить степень обобщения информации в такой карте. Подобная карта полезна на этапе проектирования на уровне КОНЦЕПЦИИ (в значении: «определяющий замысел»). Это этап, когда проектировщику нужно выбрать общую идею. Карта может дать ему какую-то рекомендацию, совет, но не точный рецепт. Излишняя конкретизация бесполезно увеличит количество малоотличающихся решений, но высокая степень абстрагирования приведет к слишком расплывчатым рекомендациям. Мы полагаем, что уровню концептуального обобщения будет соответствовать уровень качественного отличия преобразований.

(Пример: монолитный объект; объект, разделенный на две части; объект, разделенный на много (условно исчисляемых) частей; объект, разделенный на множество мельчайших (условно неисчисляемых) частей. Промежуточные варианты: три части, четыре части, размер части 1 кубический см или 0,05 кубических мм – не имеют существенного значения, их можно отнести к тому или иному классу).

При генерации идей важен принцип, а не конкретные, точные параметры.

3. Что в нашем дереве будет являться информационной единицей? В ТРИЗ и в традиционном проектировании техническая система определяется через выполняемую ею функцию. Главная полезная функция проектируемой технической системы может разделяться на ряд подфункций (элементарных функций), выполняемых частями системы. Простейшая, элементарная функция – это производная некоего законченного полезного действия, не поддающаяся дальнейшему разделению на качественно отличающиеся функции. Примеры таких функций: «разрезать объект», «перемещать объект», «охлаждать объект» и т.п. Чтобы описать все возможные способы выполнения элементарной функции, ее нужно представить в виде элементарного действия в оперативной зоне. Для осуществления действия нужны: инструмент (выполняющий действие) и изделие (этому действию подвергающееся). Кроме того, может учитываться окружающая среда. Информационной единицей для дерева преобразований мы считаем единичное, простое преобразование элемента-участника оперативной зоны.

Определим кратко основную идею методики:
Исчисление способов осуществления функций проектируемой системы на основе тенденций развития технических систем.

Для каждой конкретной проектной задачи дерево преобразований будет иметь свой, уникальный, вид. Но любое конкретное дерево выстраивается на основе универсального, базового дерева для данного класса объектов. Наличие универсального образца облегчает работу. Опять обратимся к аналогии с географическими картами, например, с маршрутной картой городского транспорта. Есть какой-то бэграунд, фон в виде карты города. На этом нейтральном фоне яркими линиями прорисованы маршруты автобусов. Если нам понадобится изобразить схему маршрутов трамваев или метро, мы будем использовать тот же бэкраунд, но яркие линии будут проходить, возможно, по другим улицам.

На базовом дереве преобразований мы выбираем «точку отсчета» – актуальное состояние объекта – и «прокладываем» осуществленные и вероятные «маршруты» его изменений.

Базовое дерево преобразований
Попробуем провести опыт по построению базового, универсального, дерева развития для монолитного, твердого, объемного объекта. В принципе, любая из тенденций может стать «стволом» – главной осью дерева развития. Но опыт показал, что удобнее использовать для этого тенденцию «Дробление»: (монолитный объект, объект, разделенный на две части, объект, разделенный на много частей, порошок, паста или гель, эмульсия или суспензия, жидкость, пена, газ, плазма, поле, вакуум). Каждый шаг – это отправная точка для развития других тенденций. Интересно отметить, что по мере развития тенденции количество этих возможных ответвлений уменьшается. Монолитный объект может развиваться по линиям: моно-би-поли, геометрическая эволюция, дробление объема, динамизация, активизация, введение дополнительного вещества. На шаге линии дробления «газ» это линии: моно-би-поли, динамизация, активизация, введение дополнительного вещества. В состоянии «поле» это линии: моно-би-поли, динамизация. Развивать вакуум можно крайне ограниченно (динамизация состояния – «вакуум-невакуум»).
То есть, по мере приближения линии к состоянию идеальности количество возможных вариантов преобразования уменьшается.

Из каждой точки этих новых «ветвей» выстраивается новая структура, поскольку с каждым новым преобразованием можно провести еще ряд разнонаправленных преобразований. В результате получается многомерная структура, аналогичная многомерному морфологическому ящику, но отличающаяся от него тем, что варианты расположены по осям не случайным образом, а согласно тенденциям развития.

Когда мы начинали разработку этой методики и использовали «дерево» для конкретных проектов, это выглядело так: на огромных листах бумаги намечалась структура дерева. Отдельные шаги рисовались и описывались на маленьких клейких листочках. Затем они наклеивались в заданном порядке по направляющим линиям. В результате мы получали огромные «простыни», по размеру и сложности приближающиеся к реальным деревьям. Это выглядело очень эффектно и приводило «свежих» людей в неописуемый восторг. Но переместиться с такой «простыней», например, в презентационный зал – это было целое приключение.

Естественно, появилось желание компьютеризировать процесс, хотя бы из соображений мобильности и передаваемости информации.

Прототип программы
Мы разработали прототип программы по мотивам вышеописанной методики. Программа предназначена для того, чтобы показывать пользователю возможные способы выполнения требуемой функции, давать возможность комбинировать их и выбирать оптимальные решения, пользуясь параметрическим фильтром.
Основа программы – базовое дерево преобразований. С ним связана база данных, которая состоит из изображения единичного преобразования объекта и текстового описания преобразования. Рабочее поле – это «сцена», где производится «сборка» элементов, осуществляющих функцию.

До начала практической работы с программой нужно проанализировать проектируемую систему, выделить ее главную функцию, разложить ее на элементарные функции, определить инструмент и изделие для каждой функции. Для этих операций в ТРИЗ разработаны подробные методические рекомедации.
1. Пользователю предлагается выбрать из списка элементарных функций ту функцию, способы выполнения которой он желает исчислить.
2. Затем ему нужно выбрать изобразительные аналоги инструмента, изделия и, при желании, окружающей среды. Конкретное название объекта нужно перевести в «описательное», выделив основные отличительные свойства объекта.
Выбранные объекты визуализируются в рабочем поле – «сцене», иллюстрируя выполнение функции.
3. Чтобы сузить поле поиска, рекомендуется наложить «параметрический фильтр»: выбрать из предложенного списка тот параметр, улучшение которого требуется по условиям задачи.
Для пользователя создается новое уникальное меню, отражающее заданные им свойства. В этом меню будут перечислены только те тенденции или отдельные шаги тенденций, которые улучшают выбранный параметр. Меню состоит из трех частей – отдельно для инструмента, изделия и окружающей среды. Меню может быть текстовое или более наглядное – пиктографическое. Если пользователь не наложил фильтр, то он получает полное меню со всеми вариантами преобразований.
4. Выбор в меню какого-либо шага преобразования изменяет соответствующий элемент сцены. Преобразования можно суммировать (кроме взаимоисключающих случаев) и комбинировать. Полученные варианты выполнения функции – «концепции» – можно сохранять, помещая их в особый накопитель, а потом работать только с отобранными вариантами.
5. Из элементарных функций можно составлять функциональные цепочки.

Заключение
Наличие многомерного дерева преобразований позволяет исчислить все качественно отличающиеся способы выполнения функции. Это повышает эффективность генерации концепций проектировщиком, дает возможность объективного выбора концепции, дает основу для составления прогноза развития системы, позволяет обходить патенты и создавать патентные зонтики.
Разработанная на основе описанной методики компьютерная программа позволит формализовать и автоматизировать процесс построения дерева преобразований для системы, выбранной пользователем.

Доклад по этой статье был прочитан на конференции «TRIZ-Future 2002» в Страсбурге (Франция, 6-8 ноября 2002).