Поисковое конструирование

ПОИСКОВОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Лекции   Составитель: профессор Сысоев Сергей Николаевич г. Владимир 2009 г.   СОДЕРЖАНИЕ   Введение 1. Теоретические основы инженерного творчества 1.1. История развития поискового конструирования 1.2.          Основные понятия и определения. 1.3.          Современное представления объекта исследования. Принципы и критерии его развития 2.       Приемы и методы нахождения технических решений 2.1.Приемы 2.2.Методы оценки эффективности решений 2.3.Методы нахождения решений 2.3.1. Ассоциативные методы поиска технических решений 2.3.2. Методы психологической активизации творческой деятельности 2.3.3. Методы системного подхода в области изобретательства 2.3.4.Метод исследования функционально-физических связей (МИФФС   ВВЕДЕНИЕ Обоснование необходимости получения студентами знаний по данному курсу. Одним из главных недостатков в подготовке большинства выпускников инженерных специальностей - неумение самостоятельно ставить новые задачи, неумение решать задачи поиска новых конструкторско-технологических решений на уровне изобретений, обеспечивающих в итоге повышение качества продукции, достижение мирового уровня, всестороннюю интенсификацию и экономию ресурсов. Учебный процесс в основном построен на решении таких теоретических и практических задач, для которых уже имеется готовая постановка задач, дается способ ее решения в виде четкого алгоритма, имеются примеры решения задач по этому способу, а преподавателю (а часто и студенту) известен ответ. При этом решение задач часто превращается в рутинную работу, не требующую глубоких творческих размышлений. В дополнение к приобретению навыков решения таких задач (что выпускник также должен уметь хорошо делать!) будущий специалист обязан владеть знаниями и навыками решения творческих инженерных задач, в которых нет готовой постановки, неизвестен способ решения, нет близких примеров решения аналогичных задач, а преподавателю - неизвестен ответ, обычно имеющий несколько вариантов. Необходимость восполнения указанного пробела в подготовке специалистов связана и с  принятым в нашей стране направлением осуществить решительный поворот от массового, валового обучения к усилению индивидуального подхода, развитию творческих способностей будущих специалистов. Данный  процесс формирования инженерных кадров должен быть подчинен развитию у них навыков самостоятельного технического творчества, системного анализа технико-экономических проблем, умению находить эффективные решения. Преподавание данной дисциплины в ряде вузов страны и за рубежом позволяет прогнозировать положительные результаты изучения методов инженерного творчества в увязке с другими дисциплинами и различными видами учебной работы. "Метод важнее открытия, ибо правильный метод исследования приведет к новым, еще более ценным открытиям" Л.Д. Ландау История развития человечества - это прежде всего история изобретения, создания и совершенствования различных изделий и технологий, т.е. процесса, называемого творчеством. Изобретательские задачи и задачи структурного синтеза технических систем определяются значительным уровнем неопределенности, источником которой могут быть неполнота, разобщенность исходных данных, в том числе внутренняя противоречивость, неоднозначность и разумность задания на проектирование, содержащего приближенные оценки характеристик объекта в виде числовых диапазонов, а также словесное описание целей целей, ограничений и условий чисто качественного типа; принципиальными ограничениями количественных параметров. Указанные факторы неопределенностей носят не случайный, а систематический характер. Неопределенность здесь обусловлена сложностью задач, дефицитом информации, лимитом времени на анализ, синтез и принятие решений. При выполнении НИР и ОКР часто возникают трудно разрешимые технические задачи, связанные с обострившейся необходимостью значительного улучшения параметров и технических характеристик современного оборудования и технологий (быстродействия, точности, энергозатрат, массогабаритов, функциональных возможностей). Например, время смены инструмента на многоцелевых металлорежущих станках достигает 20 % времени выполнения основных операций, а в РТК холодной листовой штамповки время загрузки - разгрузки оборудования на порядок превышает время выполнения основных технологических операций. Некоторые технологические процессы до сих пор не поддаются автоматизации. Например, автоматизация процесса изготовления стекла с цветным подслоем требует перемещения расплавленного стекла менее чем за секунду на расстояние до 2 метров, что на много превышает возможности существующих приводов. Отсутствие простых универсальных захватных механизмов также ограничивает работу автоматизированного оборудования с изделиями разнообразной формы. Поэтому актуальность приобретает проблема нахождения качественно новых технических решений по разработке оборудования и технологий. Еще более существенным является разработка поисковых технологий, представляющих собой совокупность методов, приемов, принципов, представлений разработчиком объекта исследования ориентированных на нахождение новых и качественно новых технических решений, получение ответов на вопросы: как находить технические решения; к чему должен стремиться разработчик, что исследовать и учитывать. Данные вопросы относятся к области поискового конструирования, которая бурно развивается в последние десятилетия. В настоящее время известно более 300 методов нахождения технических решений. Наибольший вклад в их развитие внесли Андрейчиков А.В., Алтшуллер Г.С., Дворянкин А.М., Джонс К., Половинкин А.И., Попов В.В., Берталанфи Л., Aleksander C., Koller R., Чус А.В и другие отечественные и зарубежные ученые.   1.     ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА 1.1.          ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ Самые ранние попытки объяснить закономерности творческого мышления относятся к античным временам и нашли отражение в трудах Архимеда Сиракузского, Апполинария Пергейского, Паппа Александрийского, Гераклида Эфесского, Сократа и др. Эти работы являлись зачатками эвристики - учения о продуктивном мышлении и методах творчества, но в первоначальный период они были разрознены и не систематизированы. Выделяются два основных направления, в которых развивалась эвристика: поиск методов психологической активизации творческих процессов; а также разработка и создание логических систем и алгоритмов, повышающих эффективность получения новых технических решений. Так, Сократ исследовал мыслительные способности людей в процессе диалога с целью пробудить их скрытые (латентные) творческие способности. Создателем первой логической системы в античный период является Демокрит из Абдер, и строил он её в основном на индуктивном методе и аналогии. Мысли об универсальном методе познания и творчества появились в средние века у Р. Бэкона и Р. Луллия, а в период перехода от феодализма к капитализму - у Ф. Бэкона и Р. Декарта. Позднее Г.В. Лейбниц предложил идею универсальной программы алгоритмического решения творческих задач. Значительный вклад в развитие идей эвристики внес Х. Вольф, который дал её определение и предложил ряд правил и методов искусства изобретательства. Фундаментальным для эвристики считаются труды            Б. Больцано и многих других исследователей . Однако все эти разработки имели в основном теоретическое значение и до нашего времени не нашли применения в практике массового технического творчества. Научно-техническая революция сопровождалась резким увеличением технических проблем и противоречий, а также необходимостью их решения. Стремление повысить эффективность творческого труда породило ряд приемов, методов и методик, позволяющих рационально организовать поиск новых технических решений, активизировать мышление, развить и реализовать технические способности человека. К настоящему времени известно более 300 методов получения качественно новых технических решений, подавляющее большинство которых создано за последнее пятидесятилетие, и наблюдается дальнейший рост интенсивности их разработки и применения на практике. К методам психологической активизации творческого процесса относятся метод контрольных вопросов, метод мозгового штурма, синектика. Метод контрольных вопросов, предложенный Д. Пойа (США 1945г.) представляет собой набор специальных вопросов, упрощающих нахождение правильного технического решения. Метод мозгового штурма или "брейнсторминг", "мозговая атака", "осада мозгов", разработанный американским предпринимателем и изобретателем А. Осборном (1953 г.) предназначен для активизации коллективной творческой деятельности и предполагает устранение психологических препятствий, вызываемых боязнью критики путем разделения во времени процесса генерирования идей и их критической оценки. Синектика, предложенная в 1945 г.Д. Пойа (США) и означающая в переводе с греческого "совмещение разнородных элементов", является развитием и усовершенствованием метода мозгового штурма с такой же организацией процесса, но в решении технической проблемы принимает участие группа, состоящая из специалистов различного профиля. Основная группа известных методов поиска технических решений относится к методам, которые упорядочивают, систематизируют процесс мышления. При этом применяют разнообразные приёмы. Например, в методе каталога Ф. Кунца (Германия 1926 г.), методе фокальных объектов Ч. Вайтинга (США 1958г.), методе случайностей и ассоциаций и методе гирлянд Г.Я. Буша (СССР, 1972 г.) применяются в творческом процессе семантические свойства понятий (использование смысловых оттенков). К наиболее применяемым на практике и широко описанным в современной технической литературе относятся метод морфологического анализа и алгоритм решения изобретательских задач. Метод морфологического анализа был сформулирован еще в средние века богословом Раймондом Луллием как универсальный метод познания. Применен на практике сравнительно недавно (1946-55 гг) швейцарским астрономом Ф. Цвикки. В дальнейшем им же были разработаны методы: систематического покрытия поля поиска; сопоставления совершенного с дефектным и метод обобщения, являющиеся дополнением к методу морфологического ящика. В 60-х годах впервые Г.С. Альтшуллером в системном виде было сформулировано около 40 наиболее эффективных эвристических приемов, которые использовались в алгоритме решения изобретательских задач (АРИЗ). Полученные положительные результаты по формализации процедур и эвристических приемов позволили начать работы по автоматизации процесса поиска новых технических решений. В период с 1976 по 1986 годы в нескольких научно-исследовательских лабораториях и на ряде кафедр высших учебных заведений разрабатывались проекты автоматизированных систем поискового конструирования. К середине 90-х годов на основе развитых новых методов искусственного интеллекта и принятия решений в условиях неопределенности и риска исследования в области автоматизации процесса поиска новых технических решений разделились по трем направлениям. Первое направление связано с развитием и совершенствованием автоматизированных систем поискового конструирования технических систем и созданием автоматизированного банка инженерных знаний (АРИЗ). Второе направление ориентировано на формализацию и программирование алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ). Это направление реализовано в проекте «Изобретающая машина». Третье направление связано с созданием методологического, информационного и программного комплекса на основе методов кластерного анализа, принятия и синтеза новых рациональных решений в условиях неопределенности. В данном направлении реализован проект «Компьютерное Проектирование Анализ Синтез» (КОМПАС). В 90-х годах параллельно с  процессом автоматизации поиска новых технических решений в МГТУ «СТАНКИН» и ВлГУ велись интенсивные разработки, связанные с совершенствованием представления разработчиком объекта исследования, разработкой новых принципов и методов нахождения технических решений.  В конце 90-х годов на базе развития общей теории систем в обобщенном виде был сформирован универсальный метод нахождения технических решений инвариантно к области исследования и получивший название метода исследования функционально-физических связей (МИФФС), базирующийся на новых принципах и представлении разработчиком проектируемых объектов.   1.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В середине 70-х годов в ряде вузов появилась специальная дисциплина "Основы технического творчества". Творчество - мышление в его высшей форме, выходящее за пределы известного, а также деятельность, порождающая нечто качественно новое. Техническое творчество предполагает постановку и решение задач поиска, разработку и исследования новых, более эффективных конструкторских и технологических решений, связанных с созданием более совершенных или принципиально новых устройств, способов и технологий, конструкционных материалов и веществ. "Творчество техническое - деятельность, которая создает новую и совершенствует старую технику и технологии, обладающих социальной значимостью.... Под результатом творческой деятельности следует понимать не только технические объекты, но и определение способов их создания и усовершенствования, предложения по разработке технологических процессов или их элементов и т. п. Бурное развитие компьютерных технологий привело к условному выделению в 1977 г. из технического творчества направления поисковое конструирование, где человек решает поставленные задачи не способом "проб и ошибок" или с помощью эвристических методов, а с использованием ЭВМ. Конструирование представляет собой вид инженерной деятельности, которая осуществляется в различных областях человеческой деятельности: в проектировании технических систем, дизайне, моделировании одежды и т. д. В технике конструирование является составной частью процесса проектирования и связано с разработкой конструкции и технической системы, которая затем материализуется при изготовлении на производстве. К. включает анализ и синтез различных вариантов, конструкций, их расчеты, выполнение чертежей и т.д. В поисковом проектировании и конструировании производится постановка и решение задачинженерного и технического творчества, ориентированных на создание новых концептуальных моделей технических объектов. Проектирование отличается от конструирования тем, что при проектировании (от лат. Projectus) - брошенный вперед) производится процесс создания проектной документации, необходимой для изготовления или реконструкции технического объекта. Поисковое конструирование бурно развивается в последние десятилетия. На стадии развития и формирования находятся также применяемые в данной области термины, определения. Причина - явление или совокупность явлений, которые непосредственно обуславливают другое явление (следствие) Причинная связь является всеобщей, так как все явления, даже случайные, имеют свою причину. Случайные явления подчиняются статистическим закономерностям. Причинная связь является необходимой, ибо при наличии причины действие (следствие) обязательно наступит. Причинная связь определяется посредством ряда методов, описание которых восходит к Ф. Бэкону и которые были развиты Дж. Ст. Миллером (метод сходства, метод различия, метод сопутствующих измерений, метод остатков). Связь Понятие связи, конкретизирующее понятие целостности (необходимо наличие в системе двух и более типов связи, например, связей временных, пространственных, функциональных и т. п.). Если объекты относятся друг к другу так, что наличие или изменение первого обуславливает наличие или изменение второго, то такое отношение между объектами называется связью. Структура технической системы (СТС). Описание и изображение строения технической системы с указанием ее элементов и взаимосвязей между ними. Существует несколько уровней описания СТС, которые имеют определенные взаимосвязи, отличаются отображением определенных признаков тех. систем и степенью детализации описаний. СТС : функциональная структура; принцип действия - описание технической системы на физическом уровне, где указаны физические эффекты и явления; техническое решение, которое содержит указание основных конструктивных признаков технической системы и ее элементов; параметры - указание значений некоторых основных физических характеристик технической системы. В общем понимании структура представляет собой совокупность взаимосвязей, существующих между составными частями целого. Тсруктуры подразделяют на: цепную (процесс обработки объекта); древовидную (иерархическое разделение технической системы на блоки, узлы, детали); сетевую (сложная техническая система). Структурный и параметрический анализ Структурный анализ - определение взаимодействия (связи) между компонентами объекта. Для этого строят структурную модель. Параметрический анализ необходим для установления качественных пределов развития объекта - физических, экономических, экологических. Применяется также компонентный анализ - рассмотрение объекта как системы, включающий в себя составные элементы, а также генетический анализ - исследование объекта на его соответствие законам развития технических систем. Все эти виды анализов присущи системному подходу. Прием - одно из действий. Метод  представляет собой способ теоретического или практического осуществления чего ни будь. Методы, применяемые в данной области, представляют собой систему регулятивных принципов и правил деятельности (практической или теоретической), выработанных субъектом на основе закономерностей изучаемого объекта. Методы нахождения технических решений базируются на принципах, а принципы - на представлениях человеком объекта исследований. Принцип - "основополагающее первоначало, основное положение, исходный пункт, предпосылка какой либо теории". Под принципом понимают "самое абстрактное определение идеи (начальная форма систематизации знаний). Принцип - это правило, возникающее в результате субъективно осмысленного опыта людей". Объектом исследования разработчика является технический объект (ТО). Технический объект представляет собой созданное человеком или автоматом реально существующее (существовавшее) устройство, предназначенное для удовлетворения определенной потребности. К ТО можно отнести отдельные машины, аппараты, приборы, ручные орудия труда, одежду, здания, сооружения и т. п. Устройства, выполняющие определенную функцию (операцию) по преобразованию объектов живой и неживой природы, энергии или информационных сигналов. К ТО будем также относить любой из элементов (агрегат, блок, узел, деталь), из которых состоят машины, аппараты, приборы и т. д., а также любой из комплексов взаимосвязанных машин, аппаратов, приборов. Это может быть технологическая линия, цех, завод и т. п.. Существует иерархическое соподчинение ТО различных уровней. Почти у любого ТО существует надсистема, т.е. другой ТО, в который он функционально включается или входит как отдельный элемент. Описание ТО, имеющего иерархическую соподчиненность характеризуется двумя свойствами: каждое последующее описание включает в себя предыдущее; каждое последующее описание является более детальным и более полно характеризует ТО по сравнению с предыдущим. Такие свойства имеют следующие описания: потребность (П); функция (Ф); техническая функция (ТФ); функциональная структура (ФС); физический принцип действия (ФПД); техническое решение (ТР); проект. Техническая система - абстрактное отражение комплекса взаимосвязанных технических средств, обеспечивающих преобразование массы, энергии, информации. Потребность, функция  Потребность - общепринятое и краткое описание на естественном языке назначения ТО или цели его создания (существования). При описании потребности отвечают на вопрос: "Что (какой результат) желательно иметь (получить) и каким особым условиям и ограничениям при этом нужно удовлетворить?". Актуальные потребности - те, которые начинают удовлетворяться с момента их выявления. Потенциальные потребности - такие, которые начинают вырисовываться в свете перспектив развития Описания потребности и функции ТО тождественно совпадают. Различие состоит в том, что понятие потребности всегда связано с человеком или автоматом (коллективом людей, автоматов), поставивших задачу реализации потребности. Описание потребности формализовано представляется в виде трех компонентов: Р = (D, G, H ), где D - указание действия, производимого рассматриваемым ТО и приводящего к желаемому результату. G - указание объекта, или предмета обработки, на которое направлено действие D; H - указание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие D.  Понятие функции всегда связано с ТО, реализующим эту потребность. Функция  1.Проявление свойств материального объекта, заключающееся в его действии (воздействии или противодействии) по изменению состояния др. материальных объектов. 2. (в дизайне) - определение 1, а также смысловая, знаковая и ценностная роль вещи. Используется  понятие техническая функция- описание функции, содержащее удовлетворяемую потребность и физическая операция. Функциональная структура - структура, состоящая из элементов технических функций, имеющих функциональные связи друг с другом. Конструктивная ФС представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов, а ребрами - функции элементов. Кроме функциональных связей, между элементами ТО имеются еще потоковые связи , т.е. элементы, реализуя отдельные физические операции, образуют поток преобразуемых или превращаемых веществ, энергии, сигналов или других факторов. Взаимосвязанный набор физических операций, реализующих один определенный поток преобразований вещества, энергии или сигналов, либо несколько взаимосвязанных потоков называют потоковой функциональной структурой (ФС). Потоковая ФС представляет собой граф, вершинами которого являются наименования элементов ТО или наименования операций Коллера Е., а ребрами - входные и выходные потоки (факторы). Различают две разновидности потоковой ФС: конкретизированная потоковая ФС, у которой в вершинах графа указаны наименования элементов; абстрагированная потоковая ФС, у которой в вершинах графа указаны наименования операций Коллера. Абстрагированную потоковую ФС называют также структурой физических операций. Потоковая ФС (технической системы) - модель технической системы в виде взаимосвязи преобразований потоков вещества, энергии, информации. ФС подразделяются на четыре типа. Первый, второй и третий типы ФС фактически представляют собой абстрагированную потовую (I), потоковую (II)и конструктивную (III) ФС (рис.1). Четвертый тип ФС  - кортежная ФС. Это кортеж из признаков и значений, характеризующих действия, производимые технической системой и ее элементами, и особые условия и ограничения, накладываемые на действия. Рис.1. Функциональные структуры Функции (правила формирования). 1) Функции формулируются для конкретного объекта применительно к конкретным условиям его работы. 2) Формулировка не должна содержать указаний на конкретное материальное воплощение объекта (для технических системы - на конкретное конструкторско-технологическое исполнение). 3) Объектом функции должен быть материальный объект: вещество или поле, при анализе информационных систем в качестве материального объекта рассматривается информация. 4) Проявление функций должно формулироваться как конкретное действие (не рекомендуется использовать глаголы (обеспечить, улучшить, добиться и др.). 5) Функция должна содержать характеристику действия относительно объекта функционирования. Критерием наличия функции является изменение хотя бы одного параметра объекта функционирования. 6) Окончательная формулировка функции должна включать обозначения действия функции глаголом неопределенной формы и объекта функционирования существительным в винительном падеже, например, функция электрического провода - "проводить ток". 7) при необходимости в определении функции могут быть включены дополнения (обстоятельства). 8) при формулировании глагольной части функции рекомендуется не употреблять частицу "не" (только позитивное действие). Функция системы - это ее свойство, которое определяется через действие, оказываемое данной системой в фиксированных условиях на внешний, по отношению к ней, объект.  Функция техническая  ТО тождественна с понятием состояние ТО , описываемое совокупностью физических явлений, соответствующей конкретному состоянию ТО. Поэтому понятие функции системы принимается как ее определение, данное Глазуномым В.Н.. Физический эффект - понятие, используемое для обозначения структурной единицы физической информации в банках данных по физ. знаниям. Для инженерного приложения физический эффект можно определить как реальное явление, происходящее в физ. системе и характеризующееся причинно-следственной связью между двумя или несколькими физ. величинами, которая может быть выражена аналитически, графически или таблично. Артефакт - процесс или зарегистрированное количественным методом явление, несвойственное изучаемому объекту или не являющееся целью исследований. Впервые ввел новое понятие "артефакт" Я. Дитрих. Внешняя среда Каждый ТО находится в определенном взаимодействии с окружающей средой. Для конкретного ТО в качестве окружающей среды могут выступать его надсистема, объекты неживой и живой природы и другие ТО, которые находятся в функциональном или вынужденном взаимодействии с рассматриваемым ТО и оказывают заметное влияние на его проектно- конструкторское решение. Взаимодействие ТО и окружающей среды может происходить по нескольким каналам связи, которые делятся на две группы. Первая группа включает потоки вещества, энергии и сигналов, передаваемых от окружающей среды к ТО (температура, влажность, пыль и т.п..). Вторая - потоки, которые передаются от рассматриваемого ТО окружающей среде, состоящие из выходных действий и вынужденных выходных воздействий (загрязнение воды, земли и воздуха, токи СВЧ и т.д.) "Внутренняя структура образует диалектическое единство с внешней структурой". Идеальное - субъективный образ объективной реальности, результат освоения мира человеком, представленный в форме его сознания, деятельности. Закономерность повышения степени идеальности технических систем впервые была сформулирована Г.С. Альтшуллером - для "идеальной машины". Идеальность  Предел повышения эффективности - тот недостижимый идеал, который является как бы полюсом развития системы. Принципы идеальности формулируются следующим образом: 1) необходимо получить полезный результат от действия или средства без самого действия или средства ("получить даром"). 2) в каждый момент времени и в каждой точке пространства в ТС должны быть только те свойства и взаимодействия, которые необходимы для получения полезного результата ("ничего лишнего"). 3) необходимо максимально использовать имеющиеся свойства и взаимодействия элементов системы и ее окружения, устранить потери и отходы ("из лишнего - максимальную выгоду). 4) необходимо доводить до минимума затраты времени на получение полезного результата (получить сразу "мгновенно"). Идеализированный объект - мысленная познавательная конструкция, являющаяся результатом идеализации. Идеализация объекта позволяет установить существенные связи и закономерности, недоступные при изучении реальных объектов, взятых во всем многообразии их эмпирических свойств и отношений. Идеальное техническое решение ТО, если оно имеет одно или несколько следующих свойств: масса, размеры, время обработки объекта, КПД приближаются к нулю, время функционирования без ремонта и остановок бесконечно, работа ТО без участия человека, нет отрицательного влияния со стороны ТО на человека и окружающую природную среду. Абсолютно идеальное вещество - набор полезных свойств (прочность, непроницаемость, долговечность) без самого вещества.  Рассматривая с позиций исторических этапов развития техники понятие идеальность ТО проявляет свойства абсолютности и относительности. Абсолютность характеризуется появлением идеального ТО в конкретный момент времени или на этапе исторического развития научно-технического прогресса с последующим моральным старением с точки зрения функционального удовлетворения возрастающих со временем потребностей. Например, появление рисунков, письменности, фотографии, радио, телевидения, компьютерных технологий, виртуальной реальности и т.п. в качестве идеальных ТО характеризуется общим свойством, заключающимся в отсутствии в явном виде рядом с потребителем объекта, передающего информацию о неподвижном и подвижном визуальном изображении, звуковую информацию и т.д. (в фотографии какого - либо объекта непосредственно сам объект присутствует в неявном виде, а функция его изображения выполняется). Само понятие идеальный ТО также развивается. Модуль - агрегатный узел, обладающий функциональной полнотой и конструктивной завершенностью. Общая теория систем (ОТС) - метатеоретическая (подводящая единую базу под все науки) концепция исследования объектов, представляющих собой системы. Первый вариант был выдвинут в 40-х ХХ в. австрийским биологом Л.фон Берталанфи. Основная идея теории Берталанфи состоит в признании изоморфности законов, управляющих функционированием системы объектов разного типа, и в попытках построения математического аппарата, описывающего исследование таких объектов. В 50-60-е г. предложен ряд других подходов к построению ОТС (М. Месарович,  Дж. Клир, Л. Апостель, А.И. Уемов и др.). При этом особое внимание уделялось разработке концептуального, логико-математического аппарата системных исследований. ОТС формулирует общие метатеоретические принципы системного исследования. Фундаментальная проблема ОТС - выяснение законов, определяющих принципы образования, поведения и развития любых реальных систем, где под системой он понимал множество элементов произвольной материальной природы, находящихся в некоторых заданных отношениях друг к другу. ОТС претендует на строгое описание закономерностей формирования и развития любых систем. Она базируется на трех постулатах. Первый постулат утверждает, что функционирование систем любой природы может быть описано на основе рассмотрения формальных структурно-функциональных связей между отдельными элементами систем. Влияние материала, из которого состоят элементы систем, проявляется в формальных характеристиках системы (ее структуре, динамике и т. д.). Второй постулат состоит в том, что организация системы может быть определена на основе наблюдений, проведенных извне посредством фиксирования состояний только тех элементов системы, которые непосредственно взаимодействуют с ее окружением. Третий постулат заключается в том, что организация системы полностью определяет ее функционирование и характер взаимодействия с окружающей средой. В развитии - ряд принципов: системности (целостное представление объектов); релятивности системы (любое множество предметов можно рассматривать как систему); универсальности системы (любое множество можно рассматривать как систему и как несистему в определенных аспектах и фиксированных условиях). Противоречия условно разделяют на 3 типа: административные (нужно что-то сделать, но как неясно), технические (между частями и параметрами системы при попытке их изменить или при улучшении известным способом одной части (параметра) недопустимо ухудшается другая (параметр) и физические (предъявление к одной и той же части системы взаимнопротивоположных требований) Связь Понятие связи, конкретизирующее понятие целостности (необходимо наличие в системе двух и более типов связи, например, связей временных, пространственных, функциональных и т. п.). Если объекты относятся друг к другу так, что наличие или изменение первого обуславливает наличие или изменение второго, то такое отношение между объектами называется связью. Рассматриваются связи между физическими явлениями и функциональные. Мегакомплекс  рассматривается как совокупность технических средств, взаимодействующих между собой как нечто целое. Эффекты, явления  Под физико-техническими эффектами понимают  различные приложения физических законов, закономерностей и следствий из них, физические эффекты и явления, которые могут быть использованы в технических устройствах. Алгоритм - это система правил для решения определенного класса задач. Слово "Алгоритм" происходит от латинского algorithmi, которое пришло из арабского языка в Европу и образовано от имени узбекского математика IX века Аль - Хорезни. Апостериорные знания - знания, приобретенные из опыта в противоположность априорному (доопытному).   С позиций эффективности создаваемых технических решений изобретения подразделяются на классы: 1. Наименьшей эффективностью обладают изобретения, которые созданы путем изменения параметров при сохранении структуры объекта разработки. К сожалению в настоящее время создается значительное число таких изобретений. 2. Несколько повышенной эффективностью обладают изобретения, чде используется изменение структуры технического решения при сохранении принципа его функционирования. 3. К третьему классу изобретений относятся разработки, где производится изменение принципа функционирования технического решения при сохранении принципа удовлетворения общественной и технической потребности. В этом классе изобретений эффективность использования затрат при решении задач возрастает в десятки раз. Примером может служить переход от испарительной системы водоочистки к мембранным технологиям. 4. Нахождение технического решения на базе изменения принципа удовлетворения общественной или технической потребности позволяет повысить эффективность изобретения в десятки, сотни, тысячи раз.   1.3.СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРИНЦИПЫ И КРИТЕРИИ ЕГО РАЗВИТИЯ. Уровень научных знаний является определяющим фактором максимально эффективного проведения НИР И ОКР.  Исторически развитие научного знания и его приложений к практической деятельности  привело к все возрастающей дифференциации научных и прикладных направлений. В результате этого возникло большое количество различных "специальных" дисциплин, использующих сходные формальные методы исследования, но преломленные с учетом  потребностей конкретных приложений. Это привело к трудностям понимания друг друга специалистов, работающих в различных областях. Данная ситуация усугублялась тенденцией резкого увеличения числа проектов и проблем, требующих участия специалистов различных областей знаний. Появилась потребность в специалистах "широкого профиля", обладающих знаниями не только в своей области, но и в смежных областях и умеющих эти знания обобщить, использовать аналогии, формировать комплексные модели. Для того, чтобы организовывать процесс проектирования начали создавать системы организации проектирования, системы управления разработками и т.п. На определенной стадии развития научного знания теория систем оформилась в самостоятельную науку с междисциплинарными курсами "Теория систем", "Системный анализ", "Системология" и т.п.. Системный подход при разработке любого технического объекта (ТО), включая и проектирование автоматизированной системы управления, связан с решением разнообразных технических задач. Эффективность принятого решения в процессе разработки зависит от используемых экспертно-аналитических технологий, представляющих собой совокупность методов и приемов, принципов проектирования и представлений разработчиком объекта исследования (рис.2). Применяемые методы, возможность получения наиболее эффективного технического решения в первую очередь определяются используемыми для этого принципами нахождения технических решений и принципами построения ТО, основанными на представлении разработчиком объекта исследования. Рис. 2. Структурные компоненты решения задачи. Издревле человечество пытается понять что из себя представляет человек и окружающий его мир живой и неживой природы. Появление религии связано с разделением представления Мира на две составляющих: материальной и духовной. В одном из своих методов нахождения технических решений, получившим название «Вепольный анализ», Альтшуллер разделил материю при всем ее разнообразии проявлений и форм на макроскопическом уровне на 2 основных вида: вещество и поле. В данном представлении вещество определяется как совокупность дискретных (прерывных) образований, обладающих массой покоя. Это атомы, молекулы и то, что в них построено. Вещество может находится в твердом, жидком или газообразном состоянии, а также в состоянии плазмы. Физические поля представлены в виде системы с бесконечным числом степеней свободы, характеризуемые непрерывностью и имеющие нулевую массу покоя. К ним относятся: электромагнитные, гравитационные, поля ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным частям (например, электро-позиционное поле). Материальный мир, в том числе исследуемый разработчиком ТО, в данном представлении рассматривается как совокупность систем, состоящих из веществ, взаимодействующих с полем или состояние которых определяется полем. Техническая система представляется в виде совокупности трехкомпонентных систем, каждая из которых состоит из вещества, поля и третьего компонента – среды. Эта система получила название «вещественно-полевая система» или «веполь». Традиционное описание ТО представляет собой "конструктивное" описание ТО, состоящего из блоков, элементов и узлов. В этом случае существенными для разработчика являются такие исходные технические показатели как: тип привода, тип системы управления, количество степеней подвижности и тому подобное. Данный подход ограничивает возможности разработчика получения качественно нового, максимально эффективного технического решения. Функциональное представление ТО, предложенное Л. Берталанфи в общей теории систем, определяет существенные в нем признаками элементы в виде функций и связи между ними. Данными подходами разработчиком организуются требуемые связи между элементами "конструктивного" ТО, или между функциями. Для данных представлений ТО, где существенными признаками являются элементы и их связи, идеальным ТО считается такой ТО, который материально отсутствует, а функции выполняются. Однако в работе показано, что наличие элементов ТО не обуславливает наличия между ними связей, без которых не будет существовать и сам ТО. Наличие связей между элементами ТО применительно ко всем представлениям о нем определяет и наличие элементов. Поэтому существенными при описании, представлении ТО являются связи как для "конструктивного" представления ТО, так и для функционального. Определение связей между элементами ТО в качестве существенного признака ТО формирует ситуацию для идеального ТО, в котором представлены в неявном виде не только элементы материальные, но и функциональные, а потребности выполняются. Согласно метода исследования функционально-физических связей существенным признаком в предмете исследования при поисковом конструировании являются связи и область применения ТО, а принципом устранения избыточности при получении нового технического решения - приведение в соответствие связей области применения ТО.   2.     Приемы и методы нахождения технических решений 2.1.Приемы. Для нахождения технических решений применяют как совокупность действий, сформированных в методах, так и единичные специальные действия (приемы). К эвристическим приемам относятся: 1. Дробление. Разделить объект на части; выполнить объект разборным; увеличить степень дробления. 2. Вынесение. Отделить от объекта мешающую часть (свойство) или выделить единственно нужную. 3. Местное качество. Перейти от однородной структуры объекта к неоднородной. Разные части объекта должны иметь разные функции и характеристики, соответствующие их работе. 4. Асимметрия. Перейти от симметрической формы к ассимметрической. 5. Объединение. Соединить (объединить) в пространстве или времени однородные или смежные операции (объекты). 6. Универсальность. Объект выполняет функции других объектов (тех, в которых теперь нет нужды). 7. "Матрешка". Один объект размещен внутри другого. 8. Антивес. Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой. 9. Предварительное напряжение. Заранее придать объекту деформации (напряжения). 10. Предварительное исполнение. Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или частично). 11. "Заранее подложенная подушка". Компенсировать невысокую надежность объекта подготовленными аварийными средствами. 12. Эквипотенциальность. Изменить условия работы так, что бы не приходилось понимать или опускать объект. 13. "Наоборот". 14. Сфероидальность. Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских к сферическим. 15. Динамичность. Характеристики ТО (процесса) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы. Разделить объект на перемещающиеся относительно друг друга части. Неподвижный объект сделать подвижным. 16. Частичное и избыточное решение. Если трудно получить 100% требуемых действий необходимо получить чуть меньше или чуть больше. 17. Переход в другое измерение. Увеличить число степеней свободы объекта. 18. Использование механических колебаний. Перевести систему в колебания, изменить частоту. 19. Периодичность действия. Перейти от непрерывного действия к периодическому. 20. Непрерывность полезного действия. Вести работу непрерывно, устранить холостые хода, промежуточные хода. 21. "Проскок". Преодолеть отдельные в том числе "вредные" и опасные стадии процесса на повышенной скорости. 22. "Обращение вреда в пользу". 23. Обратная связь. Ввести обратную связь и если она уже есть, то ее изменить. 24. "Посредник". Использовать промежуточный объект - переносчик. 25. Самообслуживание. Объект должен сам себя обслуживать, выполнять вспомогательные и ремонтные работы, использовать отходы вещества и энергии. 26. Копирование. Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии. 27. Замена дорогой долговечности на дешевую недолговечность. 28. Замена механической схемы. Заменить механическую схему на электрическую, тепловую, акустическую. 29. Использование пневмо и гидроконструкций. Применение вместо твердых частей объектов - газообразные и жидкие. 30. Использование гибких оболочек и тонких пленок. 31. Использование пористых материалов. Сделать объект или его части пористыми, заполнить поры каким либо веществом. 32. Изменение окраски. 33. Однородность. Объекты, взаимодействующие с рассматриваемыми должны быть сделаны из того же материала. 34. Отброс и регенерация частей. 35. Изменение физико-химических параметров объекта. 36. Использование фазовых переходов. Использование изменения параметров, происходящего при фазовых переходах (изменение объема, выделение или поглощение тепла). 37. Использование термического расширения. 38. Использование сильных окислителей. 39. Изменение степени инертности. 40. Использование композиционных материалов. 41. Увеличение. Увеличение параметров (массы, размеров) объекта. 42. Уменьшение. Уменьшение параметров (массы, размеров) объекта. 43. Изменение расположения разработчика относительно объекта. Представить себя справа, слева, сверху, снизу, внутри объекта.    2.2. Методы оценки эффективности решений Для организации труда инженеров, конструкторов и научных работников Мюллером И. в "методике систематической эвристике" предложен оригинальный метод оценки оптимальности полученного технического решения, применяемый в некоторых работах по системной эвристике. Строится круговая диаграмма сравнительной оценки решений..  По ее периметру равномерно расположены несколько радиальных шкал, оценивающий тот или иной параметр технической системы. Значения параметра, расположенные на шкале ближе к центру, лучше тех, которые ближе к наружному контуру. Оптимальным вариантом решения признается тот, для которого площадь фигуры, ограниченной отрезком прямых, соединяющих значения параметров одной технической системы на смежных шкалах диаграммы, окажется ближе к площади внутреннего круга диаграммы. На рис. 3 показана круговая диаграмма сравнительной оценки решений разработки вакуумных захватных модулей. Рис.  3. Круговая диаграмма сравнительной оценки технических решений     2.3.Методы нахождения технических решений 2.3.1 Ассоциативные методы поиска технических решений. Назначение: активизация творческого мышления. Данные методы основываются на применении в творческом процессе  семантических свойств понятий (использование их вторичных смысловых оттенков). (Семантика- значение единиц языка, слов). Основными источниками для генерирования новых идей служат ассоциации (связь, возникающая при определенных условиях между двумя или большими психическими образованьями (ощущения, двигательные акты, восприятия, идеи ...), метафоры и случайно выбранные понятия. К данным методам относятся: метод каталога; метод фокальных объектов; метод случайностей и ассоциаций. Между двумя совершенно различными, несвязанными понятиями (словами) можно осуществить логическую связь, установить ассоциативный переход в 4-5 этапов. Например: "древесина" и "мяч", "древесина" - "лес", "лес" - "поле", "поле" - "футбольное", "футбольный" - "мяч". Установлено, что число прямых ассоциативных связей любого понятия (слова) в среднем около 10. Один ассоциативный шаг дает возможность выбора из 10 слов, второй - из 102.....  Поэтому каждый шаг увеличивает число связей данного понятия с другими понятиями по тем или иным признакам, что существенно расширяет возможность выбора идей решения. Изобретательство связано с поиском отдаленных аналогов, переносом знаний из одной области в другую, интерпретацией нового посредством известных понятий. Метод каталога Данный метод предложен в 1926 г. профессором берлинского университета Ф. Кунце. Метод относится к ассоциативным методам и базируется на том, что если на совершенствуемый объект перенести признаки других случайно выбранных объектов, то резко возрастает число неожиданно выбранных вариантов решения. Метод фокальных объектов Данный метод разработал американский изобретатель Ч. Вайтинг, который в 50-х годах усовершенствовал метод каталога Ф. Кунце и относится к ассоциативным методам. Этот метод дает хорошие результаты при поиске новых модификаций известных способов и устройств. Кроме этого им можно пользоваться для тренировки воображения. Например, предлагается придумать фантастическое животное, растение, корабль и т.д. Сущность метода заключается в перенесении признаков случайно выбранных объектов на совершенствуемый объект, который лежит как бы в фокусе переноса. Методика применения метода заключается в следующем. 1. Выбор фокального объекта (например, часы). 2. Выбор 3-4 случайных объектов (их берут наугад из словаря, каталога, журнала (например, кино, змея, касса, полюс). 3. Составление списков признаков случайных объектов (например, кино широкоэкранное, звуковое, цветное, объемное и т.д.). 4. Генерирование идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайных объектов (например, широкоэкранные часы, звуковые часы и т.д.). 5. Развитие полученных сочетаний путем свободных ассоциаций (например, широкоэкранные часы, то есть вместо узкого циферблата предлагается широкий или может быть узкий циферблат, но он растягивается, проецируется куда-то. 6. Оценка полученных идей и отбор полезных решений. Рекомендуется поручать оценку эксперту или экспертам, а затем совместно вырабатывать нужные решения.   Метод гирлянд Данный метод предложил в 1972 г. советский изобретатель Г.Я. Буш. Он относится к ассоциативным методам и является развитием метода фокальных объектов. Применение метода помогает найти большое количество подсказок для новых идей путем образования ассоциаций. Например, необходимо предложить новые, полезные, оригинальные модификации стульев для расширения ассортимента мебели. Последовательность предлагаемых действий следующая. 1. Определение синонимов объекта. Гирлянда синонимов для слова "стул": стул - кресло - табурет - пуф - скамейка. 2. Совершается произвольный выбор случайных объектов. Создается вторая гирлянда из слов, взятых наугад, например: электролампочка - решетка - карман - кольцо - цветок - пляж. 3. Образование комбинаций из элементов гирлянд синонимов и случайных объектов. Получают: стул с электролампочкой, решетчатый стул, стул с карманами, табурет для цветов и т.д. 4. Составление признаков случайных объектов. (электролампочка стеклянная, теплоизлучающая, электрическая, колбообразная, с электрическими контактами, матовая и т.д.). 5. Генерирование идей путем поочередного присоединения к ТО и его синонимам признаков случайно выбранных объектов. Получают: стеклянный стул, теплоизлучающее кресло, колбообразный пуф, прозрачное кресло, табурет с цоколем и т.д. 6. Генерирование гирлянд ассоциаций. Поочередно из признаков случайных объектов, выявленных на шаге генерируются гирлянды ассоциаций. Например, для "электролампочка с цоколем": цоколь - дом - кирпич - пористый - губка - моющее средство - порошок - пена - пузырь - воздух - кислород - окислы - металл - звон - звук и т.д. 7. Генерирование новых идей путем присоединения элементов гирлянд ассоциаций к элементам гирлянд синонимов ТО. Например: кресло в виде пузыря, табурет из пены и т.д. 8. Выбор альтернативы. 9. Оценка и выбор рациональных вариантов. 10. Отбор оптимального.   Метод контрольных вопросов.  Данный метод относится к методам проб и ошибок и используется с 20-х годов нашего столетия для психологической активизации творческого процесса. Для его использования разработаны вопросники А.Осборном, Раудзенпом, Т. Эйлоартом, Д. Пирсоном. Вопросник А. Осборна 1. Какое новое применение объекта Вы можете предложить? Возможны ли новые способы применения? 2. Возможно ли решение задачи путем приспособления, упрощения, сокращения? Что напоминает Вам данный ТО? 3. Какие модификации ТО возможны путем вращения, изгиба, скручивания, поворота и так далее? Какие изменения назначения (функции), цвета, запаха, форм, очертаний возможны? 4. Что можно увеличить в ТО? 5. Что можно уменьшить? Что можно заменить? 6. Что можно заместить? 7. Что можно преобразовать? (преобразование путем разбивки, разметки, планировки). 8. Что можно перевернуть наоборот? 9. Какие новые комбинации в ТО возможны?   2.3.2. Методы психологической активизации творческой деятельности Метод мозгового штурма ("брейнсторминг", "мозговая атака", "осада мозгов", "метод отнесенной оценки", "метод обмена мнениями") Автором данного метода является американский предприниматель и изобретатель А.Осборн  в 1953 г. Метод является методом психологической активизации коллективной творческой деятельности и предназначен для разработки новых идей в науке, технике, административной и творческой деятельности. Осборн для устранения психологических препятствий, вызываемых боязнью критики, предложил разделить во времени процессы генерирования идей и их критической оценки. В данном методе каждому участнику группы предоставляются права высказывать самые различные идеи по поводу вариантов решения проблемы вне зависимости от их обоснованности, осуществимости и логичности. Чем больше разных предложений, тем лучше. С информацией проблемы участники обсуждения знакомятся заранее. Все предложения выслушиваются без критики и оценки, а их анализ производится централизованно после завершения процесса заслушивания вариантов на основе сделанных записей. В результате формируется список, в котором все представленные предложения структурируются по определенным параметрам-ограничениям, а также по их результативности. Предлагается следующая методика. 1) Задачу решают 2 группы людей по 4-15 человек.            Первая группа (группа "генераторов идей") предлагает  идеи в течении 20-40 минут. Вторая группа ("эксперты") по окончании работы первой группы высказывают суждения о выдвинутых идеях. 2) Основной задачей является нахождение за определенное время максимального количества идей. 3) Запрещена всякая критика. 4) Экспертиза проводится очень внимательно особенно к несерьезным, нереальным или абсурдным предложениям. 5) Процессом управляет руководитель "штурма". В его обязанности входит без приказаний и критики направлять процесс поиска в нужное русло, задавая вопросы и уточнения. В 50 х годах этот метод быстро развился и стал претендовать на роль главного приема творческого мышления во всех областях науки и техники. Появился ряд разновидностей: индивидуальный, парный и массовый, двухступенчатый, с дополнительным сбором предложений. Установлено, что часто чем сложнее проблема, чем длиннее реакция на поставленную задачу, тем более вероятно получение положительного эффекта. В СССР предложено на следующий день после мозгового штурма производить дополнительный сбор предложений. В ГДР предложена модификация метода - "конференция идей" согласно которой на сессиях в поиске идей участвуют 40, 100 и 200 человек.   Метод номинальной групповой техники Данный метод построен на принципе ограничений межличностных коммуникаций, поэтому все члены группы, собравшиеся для принятия решения, на начальном этапе излагают в письменном виде свои предложения и независимо от других. Затем каждый участник  докладывает суть своего проекта; представленные варианты рассматриваются членами группы (без обсуждения и критики) и после этого каждый член группы в письменном виде представляет ранговые оценки рассмотренных идей. Проект, получивший наивысшую оценку, принимается за основу решения. Достоинством данной техники является то, что несмотря на совместную работу членов группы, она не ограничивает индивидуального мышления и предоставляет каждому участнику возможность обосновать свой вариант решения.   Метод Дельфи Метод разработан сотрудниками американской фирмы "Рэнд корпорейшен" О. Холмером, Т. Гордоном и часто используют в случаях, когда сбор группы невозможен. Более того, в соответствии с методикой членам группы не разрешается встречаться и обмениваться мнениями по поводу решаемой проблемы. Это делается для обеспечения независимости мнений. Однако затраты времени на разработку решений существенно растут. Разработка осуществляется в следующей последовательности: членам группы предлагается ответить на детально сформулированный перечень вопросов по рассматриваемой проблеме; каждый участник отвечает на вопросы независимо и анонимно; результаты ответов собираются в центре и на их основании составляется интегральный документ, содержащий все предлагаемые варианты решений; каждый член группы получает копию этого материала; ознакомление с предложениями других участников может изменить мнение по поводу возможных вариантов решения; предыдущие два шага повторяются столько раз, сколько необходимо для достижения согласованного решения.   Синектика Данный метод предложил американский изобретатель и исследователь методологии творчества В. Дж. Гордон (1944 г.). Дж. М. Принс внес ряд усовершенствований (1952-59 гг.) Синектика способствует психологической активизации творчества и является дальнейшим развитием и усовершенствованием "мозгового штурма". Синектика в переводе с греческого означает "соовмещение разнородных элементов". Согласно данного метода организуют синектические группы, представляющие собой группы 5-7 человек различных специалистов, которые встречаются с целью попытки решения проблем. Причем желательно, чтобы каждый член группы имел несколько специальностей. Организация нахождения новых идей аналогична методу "мозговой штурм".     2.3.3.Методы системного подхода в области изобретательства Морфорогический анализ Этот метод был сформулирован еще в средние века богословом Раймондом Луллием как универсальный метод познания. Однако был применен данный метод сравнительно недавно швейцарским астрономом Ф. Цвикки в 1946-1955 гг. Им же были разработаны как дополнение к морфологическому анализу методы, получившие названия: систематического покрытия поля поиска; отрицания и конструирования; экстремальных ситуаций; сопоставления совершенного с дефектным и метод обобщения. Морфологический анализ определил эру системных исследований и системного подхода в области изобретательства. Метод основывается на систематическом анализе, исследовании всех мыслимых вариантов, вытекающих из закономерностей строения (то есть морфологии) совершенствуемой системы. Сущность метода заключается в следующем. 1) В совершенствуемой системе выделяют несколько характерных для нее структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать, например, какую-то ее функцию, режим работы системы. 2)По каждому выделенному морфологическому признаку составляют список его различных конкретных вариантов, альтернатив технического выражения. Располагая их в форме таблицы организуют "морфологический ящик" для лучшего представления. 3)Перебирают возможные варианты. В данном случае возможно применение ЭВМ.   Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) Данный метод предложен изобретателем и писателем-фантастом Г.С. Альтшуллером, основные принципы которого были изложены в 1959 году. Этот метод относится к  рациональным методам и приемам поиска технических решений. Присутствие в названии термина «алгоритм» не означает его отношение к числу вычислительных. В отличие от вычислительных алгоритмов АРИЗ не позволяет получить однозначного результата при определенных начальных данных. Основой метода является учение о противоречиях. Алгоритм представляет собой комплекс последовательно выполняемых действий (шагов, этапов), направленных на решение изобретательской задачи. Процесс решения представляет собой последовательность операций по выявлению, уточнению и предопределению технического противоречия. Совершенствуемая система рассматривается как целостная система, состоящая из подсистем, взаимосвязанных элементов, и одновременно являющаяся частью надсистемы, состоящей из взаимосвязанных систем. Действие психологической инерции уменьшают применением оператора РВС (Размер - Время - Стоимость), производя изменения их от нуля до бесконечности. Метод основан на выявлении и устранении противоречия. Утверждается,  что всякая техническая система, машина или процесс характеризуется комплексом взаимосвязанных параметров: вес, мощность и т.д. Попытка улучшить один параметр при решении задачи известными способами неизбежно приводит к ухудшению какого-либо другого параметра. Например, увеличение скорости приводит к снижению точности, а увеличение прочности - к увеличению веса. Метод заключается в сравнении идеального и реального, выявлении технического противоречия и его причин, а затем устранении его с помощью приемов устранения технических противоречий.   Обобщенный эвристический алгоритм Данный метод разработан коллективом лаборатории математических методов оптимального проектирования Марийского политехнического института (г. Йошкар-Ола) под руководством профессора А.И. Половинкина и представляет собой развитие метода АРИЗ. Алгоритм нахождения технических решений состоит из 17 этапов. 1. Определение общественной потребности. 2. Определение цели решения задачи. 3. Предварительное изучение задачи. 4. Сбор и анализ информации о задаче. 5. Исследование задачи. 6. Выбор параметров объекта и предъявленных к нему требований, ограничений. 7. Уточнение формулировки задачи. 8. Формулировка конечного результата. 9. Выявление технических и физических противоречий в технической системе. 10. Выбор поисковых процедур и эвристических приемов. 11. Поиск идей решения задачи. 12. Анализ и проработка идей решения задачи. 13. Выбор рационального вариантов технических решений. 14. Выбор наиболее рационального варианта. 15. Развитие и упрощение технического решения. 16. Анализ технико-экономической эффективности. 17. Обобщение результатов решения задач. Метод организующих понятий Данный метод разработан Ф. Ханзеном (ГДР) в 1953 г. и является близким к морфологическому анализу. Решение конструкторских задач производится в несколько этапов. 1. Установление организующих понятий и определение их отличительных признаков с выявлением конструктивных морфологических признаков технической системы. 2. Классификация организующих понятий по степени их важности. 3. Проведение наглядных сопоставлений организующих понятий с отличительными признаками и разработка на этой основе руководящего материала для всех возможных решений, соответствующих выбранным ограничениям. 4. Оценка признаков в отношении их соответствия специальным требованиям задачи. 5. Комбинация признаков различных организующих понятий в решения и получение различных вариантов решения технической задачи. Отличие данного метода от морфологического ящика состоит в составлении по особой форме руководящих материалов для определения класса задач, графическое представление организующих понятий и их признаков, классификация признаков по важности, направленная на рациональное сокращение вариантов решения.   Метод "матрица открытия" Автором метода является А. Моль (Франция) 1955 г. Данный метод аналогичен методу морфологический анализ и заключается в построении таблицы, в которой пересекаются два ряда характеристик. Если в морфологическом анализе все выбранные характеристики относятся к строению разрабатываемого объекта, то в этом методе часть из них может касаться, например, условий потребления, производства, эксплуатации. Строится матрица из потребности заказчика и возможности подрядчика. Данный метод не дает законченных решений, но создает возможность для ассоциаций, постановки новых проблем, которые иным методом не были бы замечены. Применение метода позволяет выявить имеющиеся резервы, "узкие места". Метод десятичных матриц поиска Метод предложил Р. Повилейко, г. Новосибирск, 1972 г. При нахождении технических решений с использованием комбинаторного принципа применен анализ результатов систематического применения десяти эвристических приемов к каждому из десяти основных показателей технической системы. Основные группы показателей. 1.Геометрические (длина, ширина, высота, площадь и т.д.). 2.Физико-механические (вес, прочность, коррозионная стойкость, эластичность и т.д.). 3.Энергетические (вид энергии, КПД и т.д.). 4.Конструкционно-технологические (технологичность, транстпортабельность, сложность и др.). 5.Надежность и долговечность. 6.Эксплуатационные (производительность, точность, стабильность параметров). 7.Экономические (себестоимость, трудовые затраты на производство и эксплуатацию, потери и др.). 8.Степень стандартизации и унификации. 9.Удобство обслуживания и безопасность (шум, вибрация, освещенность, температура и др.). 10.Художественно-конструкторские (герметичность, масштабность и др. Данная классификация по мнению автора позволяет построить десятичную матрицу поиска, в строках которой записаны основные изменяемые показатели, характеристики технического объекта, в столбцах - основные группы эвристических приемов. Каждая из ячеек соответствует определенному изменению какого-либо из основных параметров объекта и готовых технических решений не содержит, но способствует возникновению ассоциаций, активизирующих поиск идей решений.   Метод семикратного поиска  Автором метода является Г.Я. Буш, г. Рига, 1964 г. Метод построен с использованием комбинаторного принципа и состоит из стратегической и тактической частей. Особенностью метода является деление всех стадий и элементов процесса поиска на 7 частей, что связано со способностью человеческого мозга воспринимать и перерабатывать информацию. В стратегической части производится анализ проблемной ситуации и общественных потребностей, анализ функций аналогов и прототипа, постановка задачи, генерирование идей, оценка вариантов и выбора оптимального, упрощения, развития и реализация решения. В тактической части - многочисленные приемы, применяемые на различных стадиях решения. Методологически строят матрицы  7х7 аналогично десятичным (см. метод десятичных матриц).   Функционально-стоимостной анализ (ФСА) В разработку ФСА большой вклад внесли Л.Д. Майлз, Ю.М. Соболев и др. (ФСА) - метод активной технико-экономической диагностики и оптимизации объектов. Под функционально-стоимостным анализом понимается метод системного исследования функций объекта (изделия, процесса, структуры), направленный на минимизацию затрат в сферах проектирования, производства и эксплуатации объекта при сохранении (повышении) его качества и полезности. Основной целью ФСА является: на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ - предупреждение возникновения излишних затрат при обязательном соблюдении параметров, обеспечивающих реализацию функционального назначения объекта; на стадии производства и применения (эксплуатации) объекта - сокращение (исключение) неоправданных затрат и потерь при сохранении или улучшении потребительских свойств объекта. С помощью ФСА решаются проблемы достижения оптимального соотношения между потребительской стоимостью и затратами (ценой, себестоимостью) при создании объекта; снижение себестоимости и повышение качества выпускаемой продукции; снижение эксплуатационных и транспортных расходов; снижение материалоемкости, трудоемкости, энергоемкости и фондоемкости объекта; повышения производительности труда; замены дефицитных, дорогостоящих и импортных материалов; сокращение и ликвидация брака; устранения узких мест и диспропорции и т.д. ФСА конкретного объекта на предприятии проводит временная рабочая группа. В ее состав, помимо конструктора, технолога,  инженера-исследователя и других специалистов, непосредственно связанных с анализируемым объектом по своей основной работе, входят и один-два опытных рационализатора или изобретателя "со стороны". Руководит работой группы инженер - организатор ФСА, прошедший специальную подготовку по применению метода. Работа ведется по определенному плану, включающему семь этапов. На первом - подготовительном - этапе производится выбор объекта. ФСА - метод универсальный, его можно использовать для самых разнообразных задач. Основной задачей второго  - информационного - этапа является сбор, систематизация и всестороннее изучение информации о объекте и его аналогах. Рассматриваются, в частности, и отклоненные рационализаторские предложения по объекту. Более глубокое изучение объекта производится на следующем аналитическом этапе. Здесь вскрываются резервы исследуемой конструкции или технологии. Поиск "излишков" начинается с выявления и формулирования функций объекта и его элементов. На последующих этапах ФСА - исследовательском, рекомендательном и этапе внедрения - последовательно отбираются и внедряются наиболее эффективные решения. Заканчиваются работы по ФСА оценкой экономической эффективности внесенных предложений.     Метод функционально-экономический анализ (ФЭА) В данном методе осуществляется использование методологического и методического аппарата функционально -стоимостного анализа для оценки и оптимизации народно-хозяйственных затрат на выполнение экологических, природоохранных функций. Народнохозяйственная оценка затрат на реализацию основных заданных функций осуществляется для различных принципов функционирования технических решений при минимизации суммы затрат на разработку и использование технического решения, на обеспечение экологической безопасности от экологического несовершенства технического решения.   Метод анализа потенциальных изменений свойств элементов системы (метод анализа свойств) Чусом А.В. предложено все материальные объекты, элементы системы рассматривать как совокупность различных свойств, параметров, каждое из которых приняло для данного конкретного объекта конкретное значение. Совокупность свойств для всех объектов (это та основа, на которой выясняется общность различных вещей и явлений) и определена объемом наших знаний о материальном мире. Несхожесть материальных объектов состоит в различии значений того или иного свойства, показателя и т.д. В результате такого подхода более четко определяется поле поиска возможных решений, выясняется, что в технической системе может быть изменено (какие свойства, показатели). Это позволяет сбить психологическую, терминологическую и прочую инерцию, т.к. уводит от пространственно-временных представлений о конкретном объекте к его свойствам (на общий для всех материальных объектов субстанционный уровень), а также позволяет включить в решение задач все знания о материальном мире.     Метод матрица взаимодействий Данный метод относится к методам трансформации, исследования структуры проблемы и обеспечивает систематический поиск взаимосвязей между элементами в рамках данной проблемы. Предлагаемая последовательность действий следующая. 1. Определить понятия "Элемент" и "взаимосвязи" таким образом, чтобы другие специалисты могли бы выявить ту же конфигурацию элементов и взаимосвязей, что и вы. 2. Составить матрицу, в которой каждый элемент может быть сопоставлен с любым другим. 3. На основе объективных данных определить имеется ли взаимосвязь между каждой парой элементов.   Сеть взаимодействий Данный метод относится к методам трансформации, где исследуются структуры проблемы. Целью метода является отражение схемы взаимосвязей между элементами в рамках исследуемой проблемы. Последовательность действий следующая. 1. Дать однозначное определение элементов и взаимосвязей таким образом, чтобы другие специалисты могли бы выявить ту же конфигурацию элементов и взаимосвязей, что и вы. 2. Использовать матрицу для определения взаимосвязанных пар элементов. 3. Вычертить граф, в котором точки являются элементами, а соединительные линии - связями. 4. Изменить положение элементов, сводя к минимуму число пересечений. Сети, графы, блок-схемы, поточные схемы и т.п. - все это является способами реализации общего соглашения о представлении связей между элементами в виде конфигураций линий.   Анализ взаимосвязанных областей решения (AIDA) Метод относится к методам исследования структуры потребностей. Цель: выявить и оценить все совместимые комбинации частичных решений проектной проблемы. Последовательность действий следующая. 1.Выявить несколько возможных вариантов в каждой области решений. 2.Указать, какие варианты несовместимы друг с другом. 3.Перечислить все наборы вариантов, которые можно объединять друг с другом, не опасаясь их несовместимости. 4.При наличии единого количественного критерия для выбора вариантов (например, стоимость) найти совместимые наборы вариантов, наиболее удовлетворяющих данному критерию.   Метод трансформации систем Метод относится к методам исследования структуры потребностей. Цель: найти способы трансформации системы с целью ликвидации присущих ей недостатков. Последовательность действий следующая. 1. Выявить коренные недостатки существующей системы. 2. Установить причины этих недостатков. 3. Определить новые типы компонентов системы, способных ликвидировать присущие ей недостатки. 4. Определить последовательность изменений, включая путь трансформации или эволюционную траекторию, которая позволяет существующим компонентам эволюционизировать в качественно новые.   Метод проектирования нововведений путем смещения границ Метод относится к методам исследования структуры потребностей. Цель: сместить границы неразрешимой проектной проблемы, чтобы для ее решения можно было использовать знания из смежных областей. Последовательность действий следующая. 1.Выявить существенные функции какого-либо устройства, которое способствовало бы достижению поставленной задачи. 2.Выявить противоречия между существующими средствами выполнения этих функций в рамках предлагаемых границ проблемы. 3.Выявить знания, выходящие за пределы границы проблемы, которые можно было бы использовать при трансформации проблемы. 4.Найти сопоставимые промежуточные решения проблемы.   Метод проектирования новых функций или метод функционального изобретательства Метод относится к методам исследования структуры потребностей. Цель: создание радикально новой конструкции, способной привести к новым моделям поведения и спроса. Метод проектирования новых функций предназначен для ситуаций, в которых существующие конструкции почти достигли своего развития и в которых среда изменилось в физическом, экономическом, концептуальном и социальном отношениях по сравнению с временем создания первоначальной конструкции. Последовательность действий следующая. 1.Выявить функций каждого конкретного элемента существующего решения. 2.Охарактеризовать основную функцию, для которой указанные функции являются вспомогательными. 3.Охарактеризовать изменения основной функции, которые могут привести к улучшению данной проектной ситуации. 4.Объединить решения п.п. 2 и 3 для получения новой основной функции. 5.Найти альтернативные решения новой основной функции на вспомогательные и закрепить их за новыми конкретными элементами.   Определение компонентов по Александеру Метод относится к методам исследования структуры потребностей. Цель: найти правильные физические компоненты конкретной структуры, которые можно было бы изменять независимо друг от друга в соответствии с последующими изменениями среды. Этот метод предназначен для преодоления фундаментальных трудностей проектирования: трудностей, связанных с прогнозированием и осознанием модели взаимосвязей, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации нового объекта. Последовательность действий следующая. 1.Выявить все требования, оказывающие влияние на формирование конкретной структуры. 2.Определить, является ли каждая пара требований независимой или нет, и зафиксировать каждое решение в матрице взаимодействий. 3.Разложить матрицу на группы с тесной внутренней взаимосвязью и слабой связью между группами. Это и будут "правильные" компоненты. 4.Разработать конкретные компоненты для каждого набора требований. 5.Скомпоновать из этих новых компонентов новую конкретную структуру или ввести некоторые новые компоненты в конкретные существующие системы.   Метод классификации проектной информации Метод относится к методам исследования структуры потребностей. Цель: разделить проектную проблему на поддающиеся решению части. Последовательность действий следующая. 1.Записать на отдельной карточке каждую единицу информации, собранной в результате исследования проектной ситуации. 2.Классифицировать карточки по альтернативным наборам категорий до тех пор, пока не будет найден набор, соответствующий как зафиксированным данным, так и субъективной точке зрения проектировщика на проблему. 3.Использовать отобранные наборы категорий как основу для идентификации информации. 4.Пересмотреть классификацию на более позднем этапе, если появятся противоречивые доказательства.   Метод функционального анализа Метод заключается в выявлении функций узлов или компонентов от заданного назначения и компоновке прогнозируемого технического решения из известных узлов, деталей или компонентов по функциональному принципу. Целью использования метода является повышение эффективности информационной работы по прогнозированию новой техники, сокращение сроков прогнозирования или прогнозирования оптимальных вариантов. Предлагаемый вариант последовательности действий и нахождения технических решений следующий. 1этап - анализ всего устройства. Выявляются его основная  и вспомогательная функции. Функции ранжируются с точки зрения поставленной общественно полезной цели разработки. Находятся такие известные устройства, у которых их функции идентичны или близки функциям, выполняемым устройством, которое необходимо усовершенствовать или разработать. Далее производится оценка этих устройств с точки зрения параметров, характеризующих выходные параметры устройства, особенно с учетом поставленной цели разработки. Функции ранжируются в порядке возрастания их влияния на достижение цели разработки. 2 этап - анализ, касающийся узлов устройства. Выявляются все основные и не основные узлы устройства с их функциями. После этого перечень функций ранжируется, начиная с узлов, выполняющих наиболее важные функции. Затем производится поиск известных узлов идентичного функционального назначения. На третьем этапе аналогично предыдущим производится анализ деталей. Для визуального представления результатов функционального анализа составляют граф функциональной структуры. В вершинах графа располагают функции всего устройства в целом, его узлов и деталей. Выделяются обозначениями основные и неосновные узлы и т.д.   Метод функционально-физического конструирования Автором метода является Рудольф Коллер, который назвал метод алгоритмически и физически ориентированным. Метод базируется на трех китах: 1- анализ функций технических систем и их элементов. 2- систематизированный фонд физических эффектов. 3- четкое (алгоритмоподобное) описание процесса поиска конструируемых устройств. В нашей стране по первым двум "китам" метод называют функционально-физическим методом поискового конструирования.   Функционально - идеальное моделирование (технология свертывания функций) Данный метод был предложен в 80-х годах В.М. Герасимовым и С.С. Литвиновым. Он основывается на стремлении разработчика максимально приблизиться к идеальному техническому объекту с минимальным количеством элементов. Предлагается три возможных условий ликвидации элемента (функции): 1. Функция может быть переведена в разряд ненужных; 2. Функцию может выполнять сам объект; 3. Функцию выполняют оставшиеся элементы системы или надсистемы .   Метод "БУКЕТ ПРОБЛЕМ" Метод "букет проблем" состоит в том, что, основываясь на исходной формулировке проблемы, рассматривают несколько иных проблем, формируя тем самым группу или "букет проблем", состав которого таков: 1. ПКД - Проблема, Как она Дана. Это - исходная формулировка. 2. ПОВ - Проблема в Общем Виде. Наша частная задача может быть обобщена не единственным образом. Существует простой алгоритм, позволяющий получить обобщенные формулировки при различных уровнях обобщения. Для его реализации исходную формулировку разбивают на смысловые группы (например, "< Устройство> <для отрезания> <сучьев> <от ствола>"), затем для каждой из смысловых групп пытаются подобрать более общее понятие (причем это удается не всегда: если исходное понятие уже достаточно общо, как, например, "устройство", то такие попытки бесполезны). Если для n смысловых групп исходной формулировки операция обобщения прошла успешно, то после этого можно сформировать n обобщенных формулировок первого уровня (когда в исходной формулировке одна смысловая группа заменена обобщенным ее выражением),  обобщенных формулировок второго уровня (заменены более общими две смысловые группы) и т.д. Всего, как показывает простой подсчет, возможен (2n - 1) вариантов обобщенных формулировок. 3. ПА - Проблема-Аналог. Уяснив себе функцию, действие, которое требуется осуществить в исходной задаче, следует мысленно просмотреть, где, в каких областях человеческой деятельности (или в каких природных явлениях, в животном мире или растительном мире) возникает необходимость в таком же действии или такой же функции и как эти проблемы решены там. Очевидно, проблем-аналогов можно найти много. Наибольшую эвристическую ценность представляют в данном случае аналоги, найденные в областях, достаточно далеких от исходной. Кстати, немалую пользу в пополнении списка ПА может принести работа предыдущего этапа. Дело в том, что в процессе поиска обобщенных формулировок смысловых групп в качестве "отходов производства" генерируется набор не обобщенных, а синонимичных выражений. А поскольку язык наш богат и могуч, то абсолютных синонимов в нем нет (исключение, может быть, составляют узкоспециальные иноязычные слова), каждое слово имеет свой "смысловой ареал" и свои нюансы, позволяющие при подстановке в исходную формулировку увидеть проблему под несколько иным углом (а именно это нам и нужно). 4. ПФВ - Проблема на уровне Физических Взаимодействий. Затруднение, вызвавшее исходную проблему, обычно связано с тем, что какой- либо объект или часть его не обладает теми свойствами или теми возможностями, которые позволили бы снять или решить исходную проблему. Поэтому на данном этапе полезно просмотреть, а что в объекте или его окружении можно было бы изменить так, чтобы исходная проблема либо исчезла вообще, либо решалась тривиально. Иногда это- изменение каких либо физических свойств объекта, иногда приходится привлекать геометрию или химию, а иногда достаточно изменить каке либо временные или организационные характеристики процесса или системы. В общем, нужно проблему расчленить на элементарные взаимодействия и попытаться их изменением разрешить ситуацию. Очевидно, список ПФВ может быть достаточно велик. 5. ОП - Обратная Проблема. Иногда формулирование обратного, противоположного действия наводит на решение прямой проблемы. Между прочим, обратная проблема может быть и не в единственном варианте, т.к. отрицать можно не только действие целиком, но и часть его. Метод "букета проблем" хорошо работает на задачах любого уровня и из любой сферы человеческой деятельности. Метод вживания в роль Метод "вживания в роль" используется часто на стадии дивергенции для проверки осуществимости идеи и заключается в том, что конструктор мысленно отождествляет себя с предполагаемой технической идеей и пытается отстоять ее перед оппонирующими коллегами. Разновидностью этого метода могут служить примеры из практики зарубежных предприятий, когда для составления критической оценки конструкции инженеры направляются в коммерческие организации по сбыту продукции.   Метод наглядного представления Основное назначение метода наглядного представления заданной функции состоит в том, чтобы, исходя из назначения объекта, выполнить обдуманный переход от заданной функции к решению. Метод служит переходным звеном между постановкой задачи и ее решением и способствует применению подхода от общего к частному, а также расширению информационной основы творчества. Развитием этого метода можно считать функционально-стоимостной анализ. Метод диаграмм идей Метод диаграмм идей используется как на стадии дивергенции, так и трансформации и основывается на построении "иерархического дерева" или "диаграммы идей", начиная с перечисления наиболее широких областей, которые могут служить источником идей, до более мелких рубрик. Известно, что для создания одного удачного изделия требуется 55-60 идей . Метод аналогий Метод аналогий является методом выработки стратегии технического решения. На стадиях конструирования устанавливается аналогия в структурах, принципах действия, назначениях. Опыты, проведенные с целью определения зависимостей между первичными ассоциациями, аналогиями и формой условия задачи (графической, текстовой и смешанной), показали, что наилучшие результаты получаются при смешанной форме условий. Основу аналогий составляют приемы сравнения и в некоторой степени переноса элементов или сборочных единиц из одной конструкции в другую.   Метод анализа Для проверки первоначально поставленных целей применяется анализ - расчленение рассматриваемой ситуации на контролируемые элементы и изучение каждого в отдельности, осуществляемое в основном с помощью приема дробления. Метод синтеза Наибольшая доля творчества  приходится на метод синтеза - объединение элементов в единое целое, так как при этом комбинация элементов должна быть оригинальной. Основными составляющими частями этого метода являются приемы рекомбинирования.   3. Метод исследования функционально-физических связей (МИФФС)      Данный метод был разработан и предложен в конце 90-х годов профессором Владимирского государственного университета Сысоевым С.Н. Метод базируется на следующих положениях: I. Представление разработчиком объекта исследования может быть как материальным, так и функциональным (рис.4) Рис.4. Представление разработчиком объекта исследования II. При нахождении технических решений анализируется не только сам ТО, но и внешняя среда. Внешняя среда пересекается с ТО и формализуется аналогично ТО. III. Существенным признаком в исследуемых объектах являются связи. Поэтому исследуются связи между элементами ТО и внешней среды Различают связи: взаимосвязи; причинные взаимосвязи. Взаимосвязи - потенциально возможные связи, а причинные взаимосвязи - реально существующие связи. Исследуются структуры потребностей, функциональные, физические и функционально-физические структуры. Для получения нового технического решения определяют взаимосвязи, причинные взаимосвязи, взаимосвязи причинных взаимосвязей. Например, универсальный ТО, схема которого показана на рис. 5, а, выполнен из пяти элементов (Э), каждый из которых имеет взаимосвязи (V) c программоносителем (ПН), причем V между ПН и Э обозначены Vi, а V между Э и ПН - Vj. Рис.5: а - без причинных взаимосвязей; б - с причинными взаимосвязями. При задании определенной программы в ПН организуют взаимосвязи, а при изменении потребности в рамках заданной области применения ТО изменяют программу, изменяя V. Поэтому в рамках заданной программы V не изменяются и являются причинными. В данном случае причинные взаимосвязи (V 2) являются взаимосвязями между взаимосвязями Vi и Vj. Исследования работы ТО могут выявить, что некоторые V не изменяются и в рамках заданной области применения ТО, т.е. имеются V 2, например, между элементами Э1 и Э2, а также между Э3 и Э4. Тогда возможно упростить ТО, убрав избыточные взаимосвязи и организовав найденные V 2 (рис.5, б). При этом появление в ТО причинной взаимосвязи приводит к возможности использования  дополнительной взаимосвязи, а именно, взаимосвязи (V 4 ) причинных взаимосвязей, наличия в ТО причинной взаимосвязи для расширения области применения ТО. Это определяет необходимость использования при поисковом конструировании взаимосвязей, причинных взаимосвязей и взаимосвязей причинных взаимосвязей. III. Учитывая связи как существенный признак ТО, возможная область применения ТО определяется имеющимися в нем функционально-физическими связями, а реальная (используемая) область применения - теми связями, которые потребитель знает, понимает и использует в данном ТО. Исследовав известный ТО, используемый в заданной области применения и, выявив неиспользуемые (лишние) связи, можно либо убрать их, улучшив ТО, либо использовать, расширив область применения ТО. Исследовав ТО совместно с внешней средой и найдя скрытые связи, расширив тем самым область пересечения ТО и ВС (рис.4), можно использовав найденные связи улучшить как сам ТО, так и ВС. "Организация причинных взаимосвязей в ТО приводит к появлению дополнительных причинных взаимосвязей - наличие данных связей в ТО". IY. Идеальным ТО является такой, когда материально и функционально он присутствует в неявном виде, а потребности выполняются. Приближение к полному использованию взаимосвязей ТО требует выполнения ТО в виде взаимосвязей между элементами физических явлений, выполняющих элементы функций. Данное приближение позволяет создать ТО, выполняющий сложный функциональный репертуар с функциональным управлением на уровне физических явлений, когда их изменение непосредственно приводит к изменению функции ТО. Становится возможным реализация самоорганизующихся процессов, где технологический процесс самоорганизуется под влиянием внутренних и внешних факторов для выполнения заданной потребности. Общим в выражениях ТО и ВС является наличие потенциально возможных взаимосвязей. Реализация конкретного ТО для работы в конкретной ВС производится путем организации причинных взаимосвязей. Тогда работа ТО в нескольких ВС представляет собой Оп. Составляющие ТО и ВС - это элементы ТО, ВС и взаимосвязи, известные человеку на данном историческом этапе развития науки и техники. Поэтому обобщенное представление ТО и ВС представляет собой постоянную, величина которой изменяется с открытием качественно новых элементов, физических эффектов, взаимосвязей. Нахождение разработчиком скрытых возможностей в ВС (причинных взаимосвязей) позволяет ему использовать их для конструирования разрабатываемого ТО.   Y. Различные ТО, имеющие одинаковые функционально-физические взаимосвязи, могут выполнять одинаковые функции. Данное положение показано с  использованием семантик логики высказываний рассмотрением двух ТО А и В, имеющих разные области применения. Функции, выполняемые данными ТО Фа и Фб реализуются с помощью физических явлений Jа и Jв. Тогда если: Фа = ( а,в,с,д ) = ОпА, Фв = (г,е,м) = ОпБ , Jа = Jв = J, где: а, в, с, д, г, е, м - функции ТО, ОпА, ОпБ - области применения соответственно А и Б, то: ((J = а, в, с, д, г, е, м)  ( Фа = а, в, с, д)  (Фб = г, е, м))    (Фа = Фб). Отсюда:    (ОпА  =  ОпВ)          (Jа  =  Jв), то есть возможно, что А имеет такую же область применения, как и В, если и только если необходимо, чтобы физические явления, реализующие функции А, были такими же, как физические явления, реализующие функции В. Нахождение возможности расширения области применения известного ТО представляет собой постановку задачи и является условием, необходимым в получении нового технического решения, а достаточным оно будет тогда, когда требуемые функционально-физические связи будут реализованы. Реализацию осуществляют на теоретическом уровне и заканчивают на практическом при внедрении ТО в производство, постоянно повышая степень достоверности. Исследование возможностей ТО можно производить и графическим методом путем построения функционально - физических структур ТО. Выбранный для исследования ТО ограничивается областью применения. Например, выбирают промышленный робот (ПР) для выполнения сварочных работ или ПР для выполнения сборки и так далее. Затем производят построение ФС ТО, для чего разделяют ТО на элементы, каждый из которых имеет вполне определенную функцию или функции по обеспечению работы ТО в заданной области применения. При этом рассматриваемый ТО представляет  собой верхний уровень, а выделенные функциональные элементы - нижний. Необходимость продолжения исследования позволяет каждый из выделенных элементов нижнего уровня рассматривать как самостоятельный ТО, который также можно разделить на функциональные элементы и так далее. Таким образом имеется возможность получения многоуровневой структуры ТО. После построения структуры ТО производят описание функций элементов ТО, построение функциональной структуры (ФС) (общие принципы построения ФС подробно описаны в книге [21]). Следующим этапом исследования является построение функционально-физической структуры (ФФС) ТО с обозначением функционально-физических связей ТО. Определяются взаимосвязи, зависимости. По ФФС ТО определяются общие связи различных ТО и, если таковые есть, то ТО, объединенные функционально-физическими связями, могут выполнять одинаковые функции. Например, на рис.6 показана ФФС, в которой ТО разбит на элементы ТО1, ТО2, ТО3, ТО4, ТО5. ТО1 выполняет функции Ф1, Ф2, Ф3 посредством физического явления J1. ТО2 выполняет функцию Ф4 тоже посредством J1. ТО3 и ТО4 - функцию Ф5 посредством или J2 или J3, а ТО5 - функцию Ф6 с помощью J4. Из рис.3 видно, что ТО1 и ТО2 связаны между собой связью: ТО1  -  Ф1, Ф2, Ф3  -  J1  -  Ф4  -  ТО2. Отсюда следует, что ТО1 может выполнять и функцию Ф4, а ТО2 и функции Ф1, Ф2, Ф3. Отмечается условность обозначения функций (Ф) и физических явлений, эффектов (J). Например, для ТО механической руки перемещение, транспортировка заготовок является функцией, осуществляемой путем перемещения подвижных звеньев - J. Но можно представить перемещение подвижных звеньев механической руки и как функцию, которая осуществляется, например, с помощью создания избыточного давления воздуха в пневмодвигателях. Рис. 8 Общая блок-схема исследований   YII. Для нахождения причинных взаимосвязей в методе предлагается их автоматизированный поиск. На вероятность получения положительного результата при поиске связей, зависимостей в процессе исследования как потребностей, так и ТО большое влияние оказывает стереотип мышления разработчика и трудоемкость поиска.. Известно определение причинных взаимосвязей посредством ряда методов, описание которых восходит к Ф. Бэкону и которые были развиты Дж. Ст. Миллером  (метод сходства, метод различия, метод сопутствующих измерений, метод остатков). Предлагается алгоритм машинного поиска причинных взаимосвязей  Общий принцип алгоритма поиска причинных взаимосвязей с использованием метода сходства состоит в следующем. Например, исследуется потребность, которая может выполняться одним из ТО: ТО1, ТО2,..Тоi,...ТО n в заданной области применения. Разбивая потребность на элементы, строятся СП, выполняемые ТО. Формализуя потребности, например, в виде цифр, получаем общий массив потребностей ТО. Данный массив разбивается на части, каждая из которых соответствует СП определенного ТО и, если ТО - n, то и количество частей - n. Выбирается максимальная длина комбинации, равная минимальной части общего массива. Эта часть почленно сравнивается с каждой частью массива, начиная с первого элемента. Потом передвигается на один элемент вправо, пока не исчерпаются все возможные варианты, комбинации. Если какая-то комбинация повторяется, например, в 1 и 3 частях массива, а во втором нет, она повторяющейся комбинацией не считается и на печать не выводится. Печатаются все повторяющиеся комбинации, как максимальные, так и минимальные, то есть, если какая-то комбинация уже обнаружена,  поиск на этом не заканчивается. Проверяются все возможные комбинации  до минимальной, состоящей из двух элементов. После этого программа повторяется, но в качестве сравниваемых частей проверяются найденные комбинации, то есть ищутся V. YIII. В методе предлагается алгоритм исследования, как существующего ТО, так и потребности при разработке нового ТО (рис. 9) Рис. 9. Блок-схема метода исследования IХ. Нахождение технических решений данным методом производится на различных этапах поискового конструирования и их результаты формально представляют собой структуру исследований, показанную на рис.10, где в горизонтальной плоскости изображена последовательность этапов исследования, а спиралью - получаемые результаты. Рис.10. Структура этапов нахождения технических решений Х. В методе предложена методика нахождения технического решения поискового конструирования ТО по заданному модулю структуры потребностей. Последовательность действий заключается в следующем.             Описывается модуль структуры потребностей ТО.             Составляется расчетная схема ТО с представлением искомой его части в виде "черного ящика".             Данный модуль потребностей преобразуется в модуль функциональной структуры.             Каждый элемент функции формализуется в виде массива физических эффектов, соответствующих данной функции.             Составляется структура физических явлений разрабатываемого ТО.             С применением логики высказываний разработчик пытается определить существенные элементы физических явлений, определяющие выполнение функций.             С применением логики высказываний разработчик пытается организовать причинные взаимосвязи между существенными элементами физических явлений, постепенно раскрывая "черный ящик" и получить требуемую структуру ТО.