Для начинающих создателей изобретений очень важно знать апробированные, проверенные практикой методы изобретательского творчества . По оценкам специалистов, в настоящее время разработано свыше пятидесяти, а с учетом частных методик - несколько сотен методов поиска решений творческих задач. Эти методы ориентированы на развитие как логического мышления, так и интуиции. Из множества методов поиска новых оригинальных решений практических задач выделим наиболее известные.
Метод проб и ошибок , называемый иногда «слепым перебором». Этот метод использовал в своей изобретательской практике величайший математик и механик Древней Греции Архимед . Его изобретения вызывают уважение ученых и сегодня. Среди них - зажигательные зеркала, блоки для подъема тяжестей, работающие с использованием «архимедова винта» водоподъемные машины, военные метательные машины и т.д. Архимед предложил в своих работах создание новых технических объектов путем комбинации 14 известных элементов. Некоторые из множества таких комбинаций стали затем изобретениями и были использованы для решения практических задач в различных отраслях. Впоследствии человечество предпринимало неоднократно попытки усовершенствовать этот метод. Известный писатель и изобретатель Н. Петрович в этой связи справедливо указывает : «Если бы мы задались целью последовательно, начиная со времен Архимеда и кончая нашим просвещенным ХХ веком, проследить и описать все попытки создать методику изобретательства, то получилась бы энциклопедия из многих томов. Ее смело можно было озаглавить «Малоуспешное единоборство разума с методом проб и ошибок за две тысячи лет».
Выдающийся американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847- 1931), автор 1099 изобретений, работал над изобретениями, разделяя техническую проблему на ряд конкретных задач и по каждой из них одновременно организуя поиск наиболее удачного решения путем проверки многочисленных возможных вариантов. Бесспорный изобретательский талант Эдисона и реализация им в техническом творчестве методики проб и ошибок привели к созданию целого ряда выдающихся технических новшеств. Однако над одним изобретением, по признанию самого Эдисона, приходилось трудиться в среднем до семи лет.
Метод контрольных вопросов. Решение изобретательских задач упомянутым выше методом проб и ошибок требует рассмотрения всевозможных вариантов, число которых при достаточно сложных задачах достигает значительной величины. Например, для изобретения щелочного аккумулятора Эдисону пришлось поставить 50 тыс. опытов. Чтобы как-то упорядочить, сделать более осмысленным и целенаправленным рассмотрение вариантов, составляются списки наводящих, «подсказывающих» вопросов. В этом суть метода контрольных вопросов. Он получил распространение в 20-30-е годы ХХ века. Широко известен список А.Ф. Осборна (США), состоящий из девяти групп вопросов: «Что можно в техническом объекте уменьшить?», «Что можно в техническом объекте перевернуть?» и т.д. В каждой группе имеются подвопросы типа: можно ли что-нибудь укоротить, сузить, сжать и т.д. .
Определенный интерес представляет следующий список-памятка, составленный английским изобретателем Т. Эйлоартом (цит. по ):
1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.
2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.
3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предположения.
4. Набросать фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии.
5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналогии).
6. Попробовать различные виды материалов и виды энергии: газ, жидкость, твердое тело, гель, пену, пасту и др.; магнитную и электрическую энергии, тепло, свет, силу удара и т.д.; различные длины волн, поверхностные свойства и т.п.; переходные состояния - замерзание, конденсация, переход через точку Кюри и т.д.
7. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.
8. Узнать мнение некоторых совершенно не осведомленных в данном вопросе людей.
9. Устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая всех и каждую идею без критики.
10. Попробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.
11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.
12. Побродить в стимулирующей обстановке (свалки лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), просмотреть журналы, комиксы.
13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д. для разных решений проблемы или разных ее частей; искать пробелы в решениях или новые комбинации.
14. Определив идеальное решение, разрабатывать возможные элементы.
15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т.п.
16. В воображении залезть внутрь механизма.
17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и таким образом создают нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.
18. Чья это проблема? Почему его?
19. Кто придумал это первым? История вопроса. Какие толкования этой проблемы имели место?
20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?
21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.
Эти и подобные им списки, как правило, указывают только, что надо делать, но не объясняют, как это сделать.
Метод контрольных вопросов дает возможность в какой-то мере «оторваться» от привычных, устоявшихся представлений о предмете, помогает преодолеть или уменьшить психологическую инерцию, изменить направление поиска.
Метод аналогий с живой природой . Суть метода ясна из названия. Умозаключение по аналогии, как известно, состоит в переносе знания, полученного в результате анализа какого-либо объекта, на менее изученный, сходный по существенным свойствам и качествам объект. Подобные умозаключения являются одним из источников научных гипотез. Попытки «подсмотреть» в живой природе рациональные решения своих проблем предпринимались на протяжении всей истории человечества. Среди первых, о ком история сохранила достаточно подробные сведения, следует назвать Леонардо да Винчи. Он известен не только как художник, автор «улыбки Моны Лизы (Джоконды)», но и как крупнейший изобретатель, использующий метод аналогий. Им созданы проекты летательных аппаратов, геликоптера по аналогии с винтом Архимеда, двухверетенной самопрялки, цепных передач, шарикового подшипника, маятниковых часов, надувного спасательного круга, водолазного скафандра и т.д. .
Поиск аналогий в деятельности живого организма и функционировании технических систем привлекало ученых во все времена. Так, сердце человека рассматривали как хорошо работающий механический насос. Век электричества породил аналогию процессов, протекающих в нервной системе, с теми, которые реализуются в электрических цепях. Сегодня одной из наиболее популярных аналогий является «компьютерная метафора». Ее смысл состоит в отношении к естественному интеллекту как к вычислительному устройству. Многие стороны интеллекта рассматриваются по аналогии со свойствами компьютеров (долговременная и оперативная память, процедурное и декларативное представление знаний и т. д.), которые известны проектировщикам ЭВМ и программистам. Эта метафора привела к созданию новой области психологических исследований интеллекта - когнитивной психологии .
В творчестве используются аналогии различных типов (функциональная, структурная, субстратная аналогии; аналогии отношений, внешней формы). Изобретательская практика свидетельствует о том, что чем отдаленнее области, между которыми проводят аналогии, тем более неожиданный, оригинальный результат может быть получен при решении задачи. Следует иметь в виду, что самые сложные проблемы всегда имеют простые, ясные для понимания, неправильные решения, поэтому умозаключения, сделанные по аналогии с конкретными объектами, носят, как правило, лишь правдоподобный характер и требуют последующей тщательной проверки и технического обоснования.
В техническом творчестве аналогии выполняют еще одну роль - их удобно использовать для выявления тенденций развития технических объектов, общественных и личных потребностей и технических средств, создаваемых для их удовлетворения.
Методы использования случайностей. В истории науки и техники немало примеров, когда случайность помогала сделать серьезное открытие или изобретение. Кроме общеизвестных легенд об Архимеде и Ньютоне, имеются некоторые более достоверные случаи. Широко известна история открытия радиоактивности французским физиком А.А. Беккерелем в результате того, что он нечаянно проявил неэкспонированную фотопластинку, находившуюся рядом с урановой солью. Химик Фальберг после лабораторных опытов забыл вымыть руки перед тем, как сесть за обеденный стол. Ощутив, что почему-то все блюда сладкие, он связал это с обнаруженными на руках следами только что полученного вещества. В результате исследования этого вещества ученый открыл сахарин. Случайно опрокинутая на гусиное перо перекись водорода помогла Ричардсону изобрести способ обесцвечивания волос. Изобретением способа химической чистки ткани Мариле был обязан случайно упавшему в бочку со скипидаром загрязненному костюму рабочего. Такие примеры можно было бы продолжать и дальше. Однако, как справедливо отмечал французский ученый Луи Пастер, «Не всякому помогает случай; судьба одаряет только подготовленные умы». Известное «яблоко Ньютона» смогло появиться лишь в результате двадцатилетнего труда ученого. Поэтому вряд ли можно назвать благоразумным пассивное ожидание случайных результатов, ошибок и т.п.
Подвидами этого метода являются метод фокальных объектов метод и метода гирлянд случайностей и ассоциаций.
Метод фокальных объектов предложен американцем Ч.С.Вайтингом. Название метода происходит от слова «фокус» (означающего в оптике точку, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок световых лучей) и означает, что в данном случае имеется в виду концентрация внимания на каком-то объекте.
В соответствии с этим методом, решение технической задачи осуществляется посредством выполнения ряда последовательных шагов:
¨ определения фокального объекта, т.е. объекта, на который направлено наше внимание;
¨ выбора случайных объектов (от двух до шести);
¨ составления ведомости выбранных объектов и всех их признаков;
¨ генерирования идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайно выбранных объектов;
¨ развития первоначальных идей и генерирование новых путем свободных ассоциаций (фиксируются объекты, которые непроизвольно вспоминаются после данного объекта, затем - после нового и т.д.) по всем признакам случайно выбранных объектов. Объединение фокального объекта последовательно с каждым элементом полученного ряда ассоциаций приводит к новым идеям;
¨ оценки и выбор полезных решений.
Метод гирлянд случайностей и ассоциаций, предложенный рижским инженером Г.Я. Бушем, предусматривает следующие поведенческие рекомендации при решении каких-то сложных задач, когда кажется, что они неразрешимы вообще :
1) не надо падать духом, следует помнить, что, если задача не противоречит физическим законам, она обязательно будет иметь решение, если не на данном этапе, то в будущем;
2) надо искать пути выхода из возникшего тупика, среди которых предлагаются следующие:
2.1.изменить уровень задач. Например, вместо усовершенствования устройства надо искать новый принцип его конструирования;
2.2.преобразовать задачу в двухступенчатую, предусматривающую решение сначала простой ее части, которая выполнит роль подсказки для решения основной задачи изобретения;
2.3.поставить вспомогательный вопрос для выяснения возможных решений задачи при изменении параметров объекта;
2.4.рассмотреть инвертированную (т.е. обратную) задачу;
2.5.привлечь принципы решения, существующие в других отраслях, казалось бы, вообще далеких от рассматриваемой;
2.6.организовать коллективное генерирование идей, т.е. мозговой штурм;
2.7.временно прекратить поиск путей решения. Это создает возможность взглянуть через какое-то время на задачу с новых позиций.
Морфологический метод. Суть его состоит в проведении морфологического анализа, т.е. в исследовании структурных связей и взаимоотношений между предметами, явлениями, идеями. При этом вначале выявляются всевозможные взаимоотношения, независимо от их ценности. Метод, позволяющий за короткое время создать большое число оригинальных технических объектов, предложен в 1942 г. швейцарским ученым-астрономом Ф. Цвикки.
На основе морфологического подхода разработано целое семейство методов практического решения изобретательских задач, и один из них - метод морфологического ящика . В соответствии с этим методом, поиск решений технических задач состоит из нескольких этапов:
¨ точной формулировки изобретательской задачи;
¨ расчленения объекта (процесса, проблемы) на основные функциональные узлы (параметры);
¨ последовательного независимого рассмотрения всех узлов (параметров) и выбора для них всех возможных решений;
¨ составления многомерной таблицы («морфологического ящика»), которая бы вмещала все варианты решения задачи. Каждому функциональному узлу (параметру) в таблице соответствует определенная графа («ось»), где перечисляются все возможные (с точки зрения изобретателя) варианты его решения. В случае двух осей таблица имеет наиболее простой вид (обычная двумерная); при наличии n осей - n -мерный ящик;
¨ анализа и оценки всех без исключения возможных решений с позиций оптимального достижения поставленной цели (обычно - функции, которую должно выполнять устройство);
¨ отбора одного или нескольких наилучших вариантов для практического использования. В сложных ситуациях само использование также нуждается в морфологическом анализе.
Если параметров (характеристик) больше, то для каждого из них берется вертикальная ось, на которую наносят все возможные альтернативы (варианты), а затем каждую из них последовательно рассматривают совместно со всеми другими альтернативами.
Метод эффективен лишь для решения простых задач. В случае сложных задач необходимо рассматривать множество комбинаций. Так, пользуясь данным методом для прогнозирования только одного типа реактивных двигателей, Ф. Цвикки получил (при наличии 11 осей) 36 864 комбинации. Ему удалось создать несколько реактивных двигателей, которые базировались на новых принципах.
Метод мозговой атаки (или «мозгового штурма»). Предложенный американским психологом А.Ф. Осборном метод возник как попытка устранить одну из наиболее серьезных помех творческому мышлению - боязни критики выдвигаемых идей. В целях устранения этой помехи метод предполагает выдвижение и анализ любых идей (в том числе самых фантастических, явно ошибочных, шуточных), так как они могут стимулировать появление более ценных изобретений. Тем самым снимается запрет на критику. То, что такой подход эффективен, показывает следующий пример.
Во время второй мировой войны транспортное судно под командой морского офицера А.Ф. Осборна без надлежащего сопровождения военных кораблей перевозило груз в Европу. Получив радиограмму о возможном нападении на судно немецких подводных лодок, А.Ф. Осборн предложил членам команды высказать соображения о том, как противостоять надвигающейся опасности. Один из матросов предложил выстроить команду вдоль борта, к которому будет приближаться торпеда, и дружным дутьем «отдуть» торпеду в сторону. Впоследствии оснастка судна вентилятором, создающим мощный направленный поток воды, в действительности спасла атакованное судно от торпеды, которую в действительности удалось «отдуть». Сегодня это техническое решение, разумеется, уже устарело. Однако метод приобрел широчайшую популярность при поиске решений в неопределенных ситуациях. Это не случайно. Осборн интуитивно «уловил» механизм работы мозга, распределение функций генерации и анализа идей. Реализация абсурдной на первый взгляд идеи и явилась основанием для разработки метода мозговой атаки (цит. по ).
А.Ф. Осборн, создавая метод, основывался на том, что у одних людей ярче выражены способности к выдвижению идей, а у других - к их анализу, критическому осмыслению. Чтобы они, выполняя работу совместно, не мешали друг другу, было предложено разделить участников поиска решения технической задачи на две группы, например, «фантазеров» и «критиков» («генераторов идей» и «аналитиков»).
В задачу «фантазеров» входит только выдвижение идей. Обстановка должна быть доброжелательной, способствующей смелому предложению любых идей. При этом запрещена не только словесная критика, но и любые жесты, иронические улыбки и т.п. В составе «фантазеров» (5 - 10 чел.) должны быть люди разных специальностей с различным уровнем образования, квалификации, могущие за короткое время (от 15 мин до 1 ч) предложить несколько десятков идей. При этом должны учитываться не только самостоятельные новые идеи, но и попытки усовершенствовать или комбинировать только что предложенные. Несомненно, что в группе должен быть руководитель, способный в ходе коллективной мозговой атаки обеспечивать широкий разброс мнений и умеющий незаметно поворачивать процесс генерирования идей в нужное русло. На предварительном этапе организатор обеспечивает четкую формулировку задачи, а также подбор двух групп участников: «генераторов идей» и «аналитиков». «Мозговой штурм» обычно продолжается 1,5-2 ч.
При решении проблемы обе группы должны дать ответ на вопросы: 1) чем должна завершиться разработка и 2) что препятствует получению желаемого. Функции этих двух групп различаются: «генераторы» должны высказать возможно большее число идей решения, тогда как «аналитики» выделяют из этого потока идеи, перспективные для последующей проработки. Обязательным условием реализации метода является категорический запрет любых суждений относительно генерируемых идей, как благоприятных, так и критических. Иногда откровенно неудачные на первый взгляд идеи приводят к перспективным решениям. Успех «мозгового штурма» чаще всего определяется правильным подбором участников и обеспечением творческой атмосферы при его проведении.
После завершения «штурма» участники коллективно редактируют список наработанных идей. На этом этапе уже возможно «полукритическое» отношение к ним и расширение списка новыми идеями, возникшими в процессе редактирования. Практика показывает высокую эффективность метода: при индивидуальной работе несколько человек за 15-30 мин в сумме предлагают 10-20 идей, тогда как такая же по численности группа, принимающая участие в мозговом штурме, за то же время способна генерировать от 50 до 150 идей.
Выделенные идеи передаются группе экспертов, которые вначале разделяют их на осуществимые и неосуществимые (при данном уровне развития техники), а затем выбирают наиболее приемлемые. При этом ведется тщательный поиск «рационального зерна» в каждой выдвинутой идее.
Метод «мозгового штурма» успешно применяется в области управления, бизнеса, экономики и др. Не утратил он значения и для коллективного решения изобретательских задач в различных областях техники, и в процессе обучения (для тренинга начинающих изобретателей). Существуют много разновидностей мозговой атаки: «массовая мозговая атака», метод «конференции идей» и др.
Родственным этому методу являетсяметод синектики, или «объединения разнородных элементов» , предложенный американским ученым В. Гордоном в 50-х годах XIX в. . Творческие синектические группы (5-7 чел.) создаются из представителей разных профессий или научных дисциплин, людей разного возраста, образования, различной квалификации и т.п. В основе синектики лежит мозговая атака, однако проводится она постоянными группами, которые, овладевая специальными приемами и накапливая опыт, работают более эффективно, чем случайно собранные люди. Организация технического творчества по методу синектики реализуется в 4 этапа:
1. Подбор группы специалистов - «синекторов».
2. Освоение практики использования аналогий при решении различных технических задач.
3. Анализ проблемы и поиск ее решения.
4. Оценка результатов решения проблемы, их оптимизация и реализация.
На первом этапе подбирают группу специалистов в возрасте 25-40 лет, которые на своем жизненном пути хотя бы раз меняли свою профессию. В качестве критериев отбора используются профессия, образование, гибкость мышления, диапазон знаний и практических навыков, контрастность психологических типов личности .
Во время второго этапа формируются в коллективе взаимопонимание, заинтересованность каждого участника в эффективном решении изобретательских задач, создаются предпосылки для «синектического» мышления:
¨ умения отвлечься от частностей, выделять сущность задачи, абстрагироваться от привычного контекста, мысленно удаляться от предмета разработки;
¨ способности управлять процессом развития тривиальных идей;
¨ навыков повышенной терпимости к идеям других людей, готовность учитывать и развивать их;
¨ уверенности в успешном решении проблемы;
¨ умения обнаруживать в обычных явлениях нечто особенное и использовать выявленные оригинальные качества как стартовые для творческого воображения.
Для формирования такого мышления коллектив тренируется в использовании аналогий различных типов :
¨ прямых - разрабатываемый технический объект «синектор» сопоставляет с похожими объектами из различных областей техники и естествознания;
¨ личных - «вживание» в образ объекта, отождествление «синектора» самого себя с каким-либо элементом проблемной ситуации, исследуемым объектом или какой-то его частью, с целью проникнуть в суть его работы;
¨ символических - реализующихся при подборе метафор и сравнений, в которых характеристики одного предмета отождествляются со свойствами других;
¨ фантастических - позволяющих представлять вещи в виде, какими они не являются, но какими «синектор» хотел бы их видеть.
На третьем этапе участники группы:
¨ знакомятся с формулировкой проблемы в той редакции, как ее представляет заказчик;
¨ выявляют очевидные (тривиальные) решения (которые вряд ли позволят создать что-то новое и оригинальное);
¨ ищут аналогии, превращающие необычное в привычное, при этом допускается игнорирование физических законов;
¨ устанавливаются главные трудности и противоречия, препятствующие решению проблемы.
Суть четвертого этапа составляет дискуссия, по итогам которой формулируются интересные идеи, которые доводятся до степени, достаточной для изготовления модели решения.
Вметоде «обратного мозгового штурма» при создании новаторского решения отталкиваются от перечня недостатков анализируемого объекта, который затем должен быть предельно критически рассмотрен. При этом перечень по возможности должен быть максимально полным. Объектом анализа служат конкретные изделия, технологии, их отдельные элементы и т.д. Метод широко используется для решения таких задач, как составление технических заданий на разработку объекта изобретения, проведение экспертизы проектно-конструкторской документации и др. Предметом коллективного обсуждения могут быть: описание анализируемого объекта, анализ его известных недостатков, связанных с изготовлением, эксплуатацией, ремонтом, а также представление об идеальном конечном результате и о нежелательных недостатков.
При подборе участников в группу «генераторов» дополнительно включают специалистов, обеспечивающих весь жизненный цикл объекта. Правила для участников обсуждения те же, что и при прямом «мозговом штурме». Результатом работы является список возможных противоречий и недостатков объекта, отредактированный «аналитиками». Поиск путей устранения недостатков и ограничений осуществляют прямым «мозговым штурмом».
Выявленные недостатки служат основанием для постановки новых изобретательских задач. Поэтапная мозговая атака предусматривает последовательное решение проблемы от постановки задачи до внедрения.
Стратегия семикратного поиска. Сущность этого метода, разработанного Г.Я. Бушем, заключается в последовательном, системном и многократном применении различных таблиц, матриц, диаграмм, схем и т.п. Автор метода исходит из того, что эффективному одновременному рассмотрению, сравнению, изучению человек может подвергнуть до семи предметов, понятий, идей .
В методе различают стратегическую и тактическую части. Стратегия подразделяется на семь стадий:
1) анализ проблемной ситуации, общественных потребностей.
2) анализ функций аналогов и прототипа. Выявление оптимальных условий потребления и эксплуатации. Определение актуальных и главной функций.
3) постановка задачи. Формулировка задачи в общем виде, определение требуемого уровня решения и уровня качества технического объекта.
4) генерирование изобретательских идей, направленных на лучшее выполнение объектом его функционального назначения. Выбор и использование эвристических средств.
5) конкретизация идей (структура, конструкция, форма, материал, операции и их последовательность).
6) оценка альтернативы и выбор рациональных вариантов решения, отбор оптимального варианта.
7) упрощение, развитие и реализация решения.
Тактическая часть метода состоит из практических приемов, применяемых на разных стадиях процесса создания нового технического объекта.
Один из них - прием «семь ключевых вопросов». Как указывает Г.Я. Буш, еще римский оратор Квинтиллиан (I в. н.э.) определил семь вопросов, на которые необходимо ответить, чтобы информация о событии, явлении, процессе, задаче была полной. К ним относятся следующие: кто? что? где? чем? зачем? как? когда? Эти вопросы направлены на получение информации соответственно о субъекте, объекте, месте, средствах, цели, методах и времени, относящихся к рассматриваемому явлению или событию.
Метод ступенчатого подхода основан на системном анализе причин, определяющих цели разработки, и препятствий на пути выработки конкретных решений. Его реализация может быть представлена в виде следующей цепочки действий:
¨ определяется конечная цель решения задачи;
¨ выявляется основание для возникновения потребности в новом решении;
¨ находятся противоречия, которые вызывают необходимость решения задачи;
¨ определение препятствий (или ограничений) на пути устранения выявленных противоречий;
¨ осуществляется поиск возможных средств для преодоления препятствий;
¨ строится модель задачи и проверка правильности решения.
Реализация метода способствует систематизации имеющейся информации и преобразованию найденной идеи в техническое решение.
Метод «матриц открытия» базируется на морфологическом анализе, но ориентирован, главным образом, на систематическое исследование приемлемого числа исполнения создаваемого объекта. По результатам анализа строится таблица, в строках которой записывают выбранные признаки объекта, а в столбцах - эвристические принципы их реализации. На пересечения ряда и столбца в каждую клетку записывают сведения о соответствующих возможных решениях. Реализацию этого метода затрудняет то, что использование в качестве показателей функциональных и конструктивных признаков объекта затрудняет выбор соответствующих эвристических приемов.
Метод функционального изобретательства , т.е., разработка операций реализации технического объекта (физического преобразования, химического превращения и др.) и потребность, которая может быть удовлетворена с помощью этого объекта. Реализация метода может быть представлена как последовательность действий по определению функций отдельных элементов технического решения, выявления основной функции, поиска путей изменения последней, поиска методов реализации вспомогательных функций, которые необходимы для осуществления новой основной функции.
Метод функционального конструирования , предложенный Р. Коллером, основан на полном абстрагировании от конструктивных особенностей объекта. Внимание концентрируется на анализе функций, которые этот объект должен выполнять. При реализации уточняется основная функция объекта, которую представляют в виде совокупности элементарных парных (прямых и обратных) операций (излучение - поглощение, увеличение - уменьшение, соединение - разъединение, объединение - разделение и т.д.). Метод также предусматривает применение математических и логических операций. Выделение элементарных операций позволило осуществлять комбинаторный поиск их возможных носителей для воспроизведения основных функций конструируемых объектов. Метод пригоден при автоматизированном поиске конструкций для реализации новых технических решений .
Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - это комплексная программа, основанная на законах развития технических систем и позволяющая проанализировать исходную задачу, построить ее модель, выявить противоречие, мешающее получению желаемого результата обычными (известными) путями, и найти наиболее эффективный прием разрешения этого противоречия. Сущность АРИЗ описана Г.С. Альтшуллером . Им же предложена классификация изобретательских задач, включающая пять уровней сложности:
1. Задачи, для решения которых достаточно применение средств (устройств, способов, веществ), которые используются по своему назначению. Сам объект не изменяется. В процессе решения достаточен «перебор» нескольких, вполне очевидных вариантов. Задача и средства ее решения обычно относятся к одной узкой сфере деятельности.
2. Задачи, в которых происходят некоторые изменения объекта и имеет место переход к отраслевому масштабу. Количество рассматриваемых вариантов решений возрастает до нескольких десятков.
3. Задачи, в которых предполагается значительное изменение объекта. Принципы решения чаще всего заимствуются из других областей техники.
4. Задачи, в которых объект изменяется полностью, а решения основаны на достижениях фундаментальной науки, прежде всего, в области физических и химических эффектов и явлений.
5. Задачи, в которых происходит изменение всей системы, в которую входит объект. Здесь средства решения чаще всего основаны на обширных экспериментальных данных (результаты сотен тысяч - миллионов опытов, собственных и описанных в литературе). Отправной точкой для решения задач этого уровня могут стать научные открытия. Например, решающее значение для становления передовых информационных технологий имели два открытия, сделанные в XX веке и отмеченные Нобелевскими премиями. Первое из них - лазерно-мазерный принцип, установленный Ч. Таунсом (США) и российскими физиками Н. Басовым и А. Прохоровым. Второе - интегральные схемы и полупроводниковые гетероструктуры для высокоскоростной и оптоэлектроники, разработанные интернациональным коллективом ученых: Д. Килби (США), Г. Кремером (ФРГ) и Ж. Алферовым (РФ) (цит. по ). Эти открытия создали предпосылки как для улучшения действия ранее существующих устройств, так и создания принципиально новых, которые сегодня широко используются в системах спутниковой связи и Интернета, мобильных телефонах и др.
Открытие принципов функционирования природных объектов вооружает изобретателей новыми средствами создания технических решений. Обобщение опыта создания технических решений изобретателями представлено в межотраслевом фонде эвристических приемов . Этот фонд ориентирован на различные области техники и содержит систематизированное обобщенное описание приемов, а также по 2-3 примера решения технических задач, активизирующих техническое творчество на стадии устранения главных недостатков и противоречий прототипа. Структура фонда включает 12 групп эвристических приемов (табл. 1 ).
Изобретательство можно свести к следующей классификации:
· изменение естественных форм, физического или химического состояния природных предметов путем соединения целых или частей;
· изменение путем разделения целого на части;
· изменение путем придания других свойств обработкой (нагреванием, высушиванием, смешиванием с частицами других веществ);
· использование энергии окружающей природы;
· использование объединенных усилий многих людей (простая кооперация);
· использование животных в качестве тягловой силы;
· форсирование важнейших параметров технического объекта (скорости движения, мощности, точности и т. д.);
· геометризация, симметризация, стандартизация;
· обеспечение непрерывности производственного процесса;
· использование тяжести и упругости тел для механизации и автоматизации;
· переход на рациональное движение;
· дифференциация орудий путем подбора их по форме, весу, размерам, габаритам, материалу, особенностям обработки, функциям;
· специализация производства;
· рационализация путем упрощения, двухсторонней обработки, перехода на прогрессивные способы производства;
· вовлечение в круг хозяйственной деятельности новых природных веществ и изменения их физико-химического состояния;
· комплексное использование полезных материалов (рекуперация, утилизация и т. д.);
· изобретательная деятельность в технике.
По признаку общности методы изобретательства можно разделить: на всеобщий, общие, частные методы изобретательства.
Всеобщий метод изобретательства относится к стратегическим средствам решения изобретательских задач.
Общие методы изобретательства применяются для решения широкого круга изобретательских задач в разных областях техники. К таким методам можно отнести методы эвристической аналогии, эвристического объединения, эвристической инверсии и т. д. (эвристика от греч. heurisko - отыскиваю, открываю).
К частным методам изобретательства принадлежат методы, предназначенные для решения специальных изобретательских задач или задач в определенной, как правило, узкой области техники. В их число входят, например, метод превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, метод отдаленной гибридизации, метод компаундирования и т. д.
Следует отметить, что деление методов на общие и частные является условным: практически трудно провести границу между одними и другими. Кроме того, в изобретательской практике узкоспециальные частные методы нередко применяются для решения ранее не предусмотренных задач и дают в случае успеха, как правило, весьма оригинальные решения.
По уровню сложности методы изобретательства подразделяются:
· на простые;
· на сложные.
К простым методам причисляют способы постановки, решения, реализации изобретательской задачи, содержащие элементарные операции, применяемые в определенных типовых ситуациях. Таковы, например, метод смешивания ингредиентов вещества, метод применения гибких промежуточных элементов для соединения технических объектов или их частей и т. д.
Сложные методы содержат элементы нескольких простых. Так, метод поэтапной мозговой атаки содержит элементы обратной мозговой атаки, прямой мозговой атаки, двойной мозговой атаки и мозговой атаки экспертов. Простые и сложные методы изобретательства, как правило, применяются для выполнения определенной стадии или шага творческого процесса изобретателя.
Классификация методов изобретательства по степени использования кибернетической техники:
· решения изобретательских задач человеком;
· методы решения изобретательских задач кибернетическими машинами;
· методы, предназначенные для решения человеком и кибернетическими машинами.
По эвристическому принципу методы решения изобретательских задач можно условно разделить на следующие основные виды:
· методы эвристической аналогии;
· эвристического комплекса;
· эвристического разделения и редукции, (редукция это упрощение, сведение сложного к более простому, обозримому, понимаемому, более доступному для анализа или решения; уменьшение, ослабление чего-либо);
· эвристической инверсии;
· методы эвристического комбинирования.
Особое практическое значение для изобретателей имеет классификация задач по эвристическому принципу, облегчающему выбор методов для поиска конкретного решения, но не гарантируют достижения решения в каждом отдельном случае и могут привести к ошибочным результатам.
Так, например, в XVIII веке представляли себе, что условия плавания аэростатов в воздухе имеют полную аналогию с условиями плавания морских судов, поэтому предлагалось много проектов управляемых аэростатов с парусами, веслами и рулями. Эти решения по аналогии успеха не имели.
Методы эвристической аналогии. Основываются на естественном стремлении человека к подражанию. С помощью этих методов изобретательские задачи решаются путем усмотрения аналогичных ситуаций в природе, технике, общественных и других явлениях и использования найденных аналогий для устранения противоречий, создавших проблемную ситуацию.
Древнейшей группой методов аналогии является группа методов аналогии с природой. Природа была учителем изобретателя. Первые орудия труда человек находил непосредственно в природе. Потом он стал познавать свойства объектов природы и использовать их для удовлетворения своих потребностей. Так,
например, некоторые племена Африки используют навоз в качестве связую-
щего материала, а пепел навоза - как белила.
Выявлением и использованием «механизмов природы» занимается наука бионика. Она исследует объекты живого и растительного мира и выявляет принципы их действия и конструктивные особенности, с целью применения этих знаний в науке и технике.
Иллюстрировать это можно:
· по аналогии с кальмаром американские инженеры сконструировали судно, принцип движения которого схож с движением кальмара. Кальмар, как известно, передвигается резкими толчками, выбрасывая назад воду. Новое судно приводится в движение также реактивной отдачей. Пар выталкивает воду из трубы, направленной к корме судна. От этого толчка судно получает импульс. Оставшийся в трубе пар конденсируется, давление в котле падает, и всасывается очередная порция воды. Теперь котел снова готов к рабочему циклу. Разумеется, это лишь грубая схема, сама конструкция несколько сложнее.
Шлюпка с опытным образцом двигателя уступала в скорости пешеходу. Но не следует забывать о достоинствах - у такого двигателя нет движущихся частей (Судно-кальмар. - Социалистическая Индустрия, 27.03.75).
· Перистальтический насос - аналог кишечника живого организма. Этот насос предназначен для перекачивания пульпы - вязкого вещества и абразивных пульпообразных сред. Насос содержит шланг (гибкий цилиндр), расположенный в подковообразном корпусе, и три ролика, закрепленные на роторе. При вращении ротора ролики поочередно подводятся к шлангу, постепенно пережимая его и прокатываясь по корпусу. При сплющивании шланга ролик передвигает впереди себя перекачиваемую среду. Гибкий шланг позади ролика восстанавливает свою первоначальную форму и всасывает новую порцию жидкости за счет создаваемого разряжения. Затем подходит следующий ролик и вновь пережимает шланг, перекатываясь по корпусу. При вращении роторов все процессы в насосе повторяются [Изобретатель и Рационализатор, № 7, 1987, с.16].
· По аналогии с принципом встряхивания пляжного коврика (резкое волнообразное движение) разработан фильтр. Удаление осадка в нем производится путем нанесения удара "в противофазе".
Основная и довольно часто встречающаяся ошибка при использовании методов эвристической аналогии это слепое использование аналогии. Сделаем так, как это делает человек. Скопируем эти действия и заменим человека роботом. Как правило, такая тактика обречена на провал.
Как же следует использовать аналогию.
1. Выяснить основные принципы и конструктивные особенности исследуемого объекта.
2. Выявить ведущую область техники по функции, которую выполняет этот объект.
3. Воспроизвести основной принцип и конструктивные особенности, используя опыт ведущих областей, на имеющихся элементах, материалах и технологиях. При этом что-то нужно будет придумать новое, учитывая недостатки прототипа.
Таким образом, появится новое конкурентоспособное изделие.
Методы эвристической инверсии. Методы этой группы предполагают поиск решений изобретательских задач в направлениях, противоположных традиционным, в инвертировании технического объекта, изменении расположения элементов объекта, уравновешивании нежелательных факторов средствами противоположного действия.
Инверсии можно подвергать сами технические объекты, их элементы, структуру, агрегатное состояние, форму, параметры движения.
Метод инверсии агрегатного состояния веществ применяется с целью достижения технического эффекта путем преобразования агрегатного состояния веществ. Этот метод позволил изобрести холодильные компрессоры, ледогенератор, ингалятор, пульверизатор.
Метод инвертирования заключается в изменении расположения в простран-
стве традиционного технического объекта (нижней частью вверх или набок), превращении объектов горизонтального типа в объекты вертикальной композиции, перестановке элементов технического объекта в обратном порядке.
Примеры методов эвристической инверсии приведены ниже:
· спортсмены тренируются, бегая по беговой дорожке на стадионе. Можно использовать для этого движущиеся беговые дорожки и тренажеры, в которых можно задавать скорость движения ленты, ее наклон и другие параметры.
· Устройство для тренировки пловца.
Пловец на месте, а движется вода (рис. 3.3).
· Методом инверсии формы традиционной поперечной пилы были изобретены циркулярная пила и ее разновидности - лобзик, ленточная пила, ножовка, бугельная пила, лучковая пила.
Аналогично рассмотренным примерам сконструирован эскалатор (человек стоит, а лестница движется) и многое другое.
Инверсии могут быть: функциональными, структурными, параметрическими, инверсные связи, инверсия пространства, инверсия времени
Функциональная инверсия. Сделать функцию или действие обратным. Нагревание - охлаждение, притягивание - отталкивание, строить - ломать и т.д.
Примеры функциональной инверсии:
· обычно траву сначала косят, а потом сушат, выбирая для этого самые жаркие и сухие дни. А что если делать на оборот - сначала сушить, причем как можно быстрее, а потом косить? Голландские специалисты сконструировали машину, которая довольно быстро подсушивает траву, обрабатывая ее паром при температуре 300°С. Ширина захвата машины 6 метров, производительность 40 т/час.
· В печи-гриле вертится приготавливаемая пища, например, курица. Разработан гриль, где приготавливаемая пища неподвижна, а вокруг нее вращаются горячие потоки воздуха.
Структурная инверсия. В понятие структуры входит состав системы и ее внутреннее устройство. Много - мало элементов, однородные - разнородные элементы, сплошная - дискретная структура, монолитная - дисперсная - пустая, статичная - динамичная структура, линейная - нелинейная, иерархическая - одноуровневая и т.п.
Примеры структурной инверсии:
· электронная и радио аппаратура ранее имела платы со многими элементами (транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, соединительные провода и т.п.), которые в дальнейшем были заменены на микросхемы, а затем и на процессоры. Процессор заменил многие элементы.
· Суда, как правило, имеют постоянную (статическую) структуру: сухогруз, танкер и т.д. Разработана модульная (динамичная) конструкция судна, которая имеет носовую и кормовую части (оконечности), а в середину (среднюю часть корпуса) может помещаться любой модуль [Нарусбаев А.А. Судостроение - XXI век. - Л.: Судостроение, 1988, с. 70-74.]. Таким образом, собираются транспортные суда различного назначения. Модульные суда строили в США на Великих озерах.
Аналогичное решение, еще раньше, было предложено для грузовиков. Еще более ранние аналоги - буксир и различные баржи; паровоз и различные вагоны
Параметрическая инверсия. Противоположные параметры. Проводник - диэлектрик, длинный - короткий, темный - светлый, твердый - мягкий.
Примеры параметрической инверсии:
· предложили трудно деформируемые и легко окисляющиеся металлы и сплавы ковать в вакууме, и при этом обрабатывающий инструмент и заготовку не нагревать, а охлаждать от 0°С до порога хладноломкости [Изобретатель и Рационализатор, № 2, 1979, МИ 0254].
· Изменение размера детали при токарной обработке обычно выполняют путем контроля размера изделия. Если контролировать расстояние между щупом и резцом, то можно гарантировать абсолютно точное изготовление деталей. Этот принцип лег в основу новых прецизионных токарных станков, созданных в Швейцарии. При обработке на них изделий с припуском 20-30 микрон не требуется последующее шлифование.
Инверсные связи. Возможные состояния системы относительно внутренних и внешних связей. Есть связь - нет связи. Положительная связь - отрицательная связь.
Примеры инверсионных связей:
· соединять - разъединять (отключать). На этом принципе построены многие средства связи, например, телефонная связь.
· Отрицательная и положительная обратная связь используется в системах автоматического управления.
Инверсия пространства. Изменение положения в пространстве на 90° и 180°.В качестве примера рассмотрим положениеветряного электрического генератора.
В 1953 году американский психолог А. Осборн предпринял попытку усовершенствовать метод «проб и ошибок». Пытаясь решить задачу этим методом, изобретатель выдвигает какую-то идею («А если сделать так?»), а затем проверяет, годится она или нет. Есть люди, которые по складу ума хорошо «генерируют» идеи, но плохо справляются с их анализом. И наоборот: некоторые люди больше склонны к критическому анализу идей, чем к их «генерации». Осборн решил разделить эти процессы. Пусть одна^ группа, получив задачу, только выдвигает идеи, хотя бы и самые фантастические. Другая группа пусть только анализирует выдвинутые идеи.
Мозговой штурм (брейнсторминг)-так назвал Осборн свой метод - не устраняет беспорядочных поисков. В сущности, он делает их даже более беспорядочными. Как мы видели, «пробы» долгое время идут в направлении «вектора инерции»: они не просто беспорядочны, они преимущественно направлены не в ту сторону. Поэтому переход к «простой беспорядочности» - уже какой-то прогресс.
Основные правила мозгового штурма несложны:
1. В группу «генераторов» идей должны входить люди различных специальностей.
2. «Генерирование» идей ведут, свободно высказывая любые идеи, в том числе явно ошибочные, шутливые, фантастические. Регламент - минута. Идеи высказываются без доказательств. Все идеи записываются в протокол или фиксируются магнитофоном.
3. При «генерировании» идей запрещена всякая критика (не только словесная, но и молчаливая - в виде скептических улыбок и т. п.). В ходе штурма между его участниками должны быть установлены свободные и доброжелательные отношения. Желательно, чтобы идея, выдвинутая одним участником штурма, подхватывалась и развивалась другими.
Рис 3 Американский психолог А. Ф, Ооборн усовершенствовал метод «проб и ошибок», предложив «мозговой штурм*
4. При экспертизе следует внимательно продумывать все идеи, даже те, которые кажутся явно ошибочными или несерьезными.
Обычно группа «генерации» идей состоит из шести-» десяти человек. Продолжительность штурма невелика: 20-40 минут.
На рис. 3 показана схема штурма (для трех участников- Л, Б, В). Специальности у штурмующих разные (условно это показано тремя разными окружностями), поэтому пробы не так привязаны к вектору инерции ВИ,
как обычно. К тому же правила штурма стимулируют «генерирование» смелых и даже фантастических идей: штурмующие выходят за пределы узкой специальности - а именно там, за этими пределами, и лежат решения высших уровней.
На схеме отражен еще один важный механизм штурма- взаимодействие и развитие идей. Участник штурма А высказал идею /, ее тут же видоизменил В - возникла идея 2. Теперь Л иначе видит свою идею, это позволяет продолжить -ее развитие (стрелка 3). Образуется цепь идей 1 -2 -3 -4, направленная к решению второго уровня. Правда, механизм подхватывания идей иногда столь же последовательно (цепь 5 -6) ведет и в сторону от решения…
В уже упоминавшейся книге Дж, Диксона «Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений» приведены протоколы нескольких мозговых штурмов. Вот отрывок из одного протокола, зафиксировавшего решение задачи о том, как при сортировке отделить зеленые (незрелые) помидоры от созревших.
«ТОМ: Мы сортируем их по цвету. В данном случае, вероятно, нужно применять индикатор цвета. ЭД: Излучательная или отражательная способность. Зеленый помидор должен иметь большую отражательную способность.
ДЕЙВ: Твердость. Мы надавливаем на них слегка или притрагиваемся к ним. ДИК: Электропроводность. ТОМ: Сопротивление электрическому току. ДЕЙВ: Магнетизм!
ДИК: Размер. Разве зеленые помидоры не меньше по размеру?
– ЭД: Вес. Соз:ревшие помидоры будут тяжелее. ТОМ: Размер и вес должны быть связаны друг с другом.
ДЕЙВ: Размер и вес дают плотность. ЭД: Удельный объем.
ТОМ: В зрелых помидорах очень много воды, потому они имеют удельный объем воды. ДЕЙВ: Они плавают илн тонут?
ДИК: Может быть, сортировать их по плотности - в зависимости от того, плавают они в воде или тонут?
ЭД: Не обязательно в воде, может быть и в другой жидкости» К
Известны различные разновидности мозгового штурма: обратный штурм (ишуг недостатки машины или процесса; выявление недостатков позволяет поставить новые изобретательские задачи), индивидуальный, парный, массовый, двухстадийный (два этапа по полтора часа, в перерыве ведется свободное обсуждение проблемы), поэтапный (последовательно штурмуются постановка задачи, решение, развитие идеи в конструкцию, проблема внедрения).
За последние годы мозговой штурм использовался для решения проектных, конструкторских и различного рода практических проблем. Этот успех объясняется не столько достоинствами метода мозгового штурма, сколько недостатками традиционного метода «проб и ошибок». Если начальная температура -100°, то и переход к -50е - уже оттепель.
«Бестолковость» поисков, возведенная мозговым штурмом в принцип, компенсируется количественным фактором - задачу штурмуют «оравой». Внешне штурм выглядит эффектно - задача решается за один день. Но выигрыш тут в значительной мере кажущийся: 50 человек в течение одного дня затрачивают столько же работы, сколько один человек за 50 дней. А мозговой штурм всегда требует (учитывая время на предварительную подготовку) несколько сотен человеко-дней. Выигрыш достигается лишь за счет сокращения малоперспективных попыток в направлении «вектора инерции».
Мозговой штурм дает положительный эффект, например, когда надо найти новые способы рекламы, но он не дает существенных результатов, когда дело касается более сложных проблем, которые могут быть решены на изобретательском уровне: здесь его «потолок» - решения второго уровня.
Есть два пути усовершенствовать мозговой штурм: перейти к профессиональному мозговому штурму (об этом я расскажу чуть позже) и повысить эффективность самой процедуры штурма. Второй путь изучался Обще-
ственной лабораторией методики изобретательства при НС ВОИР на задачах, по которым исследователи знали ответ. При такой постановке опытов экспериментаторы находились как бы над лабиринтом, в котором блуждали испытуемые: было отчетливо видно, ведет ли тот или иной шаг к ответу или куда-то в сторону.
При этом выяснились принципиальные недостатки мозгового штурма. Мозговой*штурм исключает управление мышлением - в этом его принципиальный недостаток. Штурм действительно помогает преодолевать инерцию: мысль сдвигается «с мертвой точки», разгоняется… и часто проскакивает то место, где надо остановиться. Десятки раз в ходе экспериментов наблюдалась такая картина: один участник штурма высказывает мысль, ведущую в правильном направлении, другой подхватывает эту мысль, развивает ее; до выхода на финишную прямую остается несколько шагов, но в этот момент кто-то выдвигает совершенно иную идею, цепь обрывается, и группа снова оказывается на исходных позициях.
В ходе мозгового штурма запрещена явная критика, но она почти неизбежно заменяется скрытой критикой в форме выдвижения новых предложений, пресекающих развитие других идей.
Мы проводили мозговые штурмы с запретом скрытой критики: не разрешалось обрывать развивающиеся цепи идей - требовалось доводить каждую идею до логического завершения («А если разделить корабль на две части?… Предлагаю делить на много частей: корабль из блоков… Корабль из мелких частиц… Из порошка… Корабль из отдельных молекул, корабль-облако… Из отдельных атомов…»). При такой организации эффективность штурма повышается Но резко возрастают и затраты времени: штурм приходится вести в течение многих дней. Это уже не мозговой штурм, а мозговая осада.
При мозговой осаде можно в какой-то степени управлять мышлением, но суть дела от этого не меняется: поиск по-прежнему ведется простым перебором вариантов.
Вероятно, кое-кому из изобретателей приходила на ум заманчивая идея: а нельзя ли получить - для каждой задачи - список всех возможных вариантов? Ведь имея такой список, не рискуешь что-либо упустить…
Чтобы составить полный список нужен специальный метод. Таким методом (точнее - приближением к нему) является так называемый морфологический анализ, предложенный в 1942 году известным американским астрономом Ф. Цвшски.
На первый взгляд может показаться странным, что метод организации творческого мышления придумал астроном. На самом же деле здесь все закономерно. Астрономия первой из наук столкнулась с большими динамическими системами (звездами, галактиками) и первой ощутила необходимость б методах, позволяющих анализировать такие системы.
В начале XX века нидерландский астроном Герц-шпрунг и американский астрофизик Рассел построили диаграмму «Спектр - светимость». На одной оси этой диаграммы указаны спектральные классы, а на другой - светимость звезд. Оказалось, что каждому спектральному классу звезд соответавует определенная светимость. В бесчисленное множество звезд сразу был внесен порядок- звезды разместились на диаграмме по одной линии («главная последовательность»). Более того, упорядочилось и представление о развитии звезд: с увеличением возраста меняется спектр звезды; звезда перемещается на диаграмме вдоль линии «главной последовательности».
Диаграмма Герцшпруига - Рассела оказала огромное влияние на астрономическое мышление (как таблица Менделеева - на мышление химиков). В последующие годы она уточнялась, развивалась, были найдены новые линии для звезд-гигантов, звезд-карликов и т. д., были построены новые двухмерные и трехмерные диаграммы.
В 1939 году Ф. Цвикки, анализируя белые пятна на диаграмме «Масса - светимость», сделал выдающееся открытие - теоретически доказал существование нейтронных звезд. Три года спустя, когда Цвикки привлекли к ракетным разработкам, он перенес метод построения многомерных диаграмм в технику, назвав его морфологическим методом.
Сущность этого метода заключается в построении многомерных таблиц (морфологических ящиков), в которых осями берутся основные показатели данной совокупности объектов. Предположим, надо найти оптимальную конструкцию ранцевого устройства для передвижения
пловца-подводннка. Мы можем начать перебирать различные «а если сделать так?». Например: а если использовать электромотор и аккумуляторы? Или: а если использовать энергию сжатого воздуха н турбинку? Или: а если использовать энергию сжатого воздуха, по не с турбинкой, а с плавником типа «рыбий хвост»?…
При морфологическом методе-до выбора - нужйо построить многомерную таблицу, на одной оси которой надо отложить (в данном случае) вид используемой: энергии (электрическая, механическая, химическая и т. д.), на другой оси - разные типы двигателей (электромоторы, турбины, ракетные двигатели различных систем), на третьей - типы возможных движителей (винт, плавник, ракета и т. д). Такой ящик охватит почти все мыслимые комбинации.
Конечно, ящик будет тем полнее, чем больше осей amp; нем и чем длиннее эти осн. Так, ящик, составленный Цвиккй для прогнозирования oдного только типа ракет- двигателей, имел - при 11 осях - 36864 комбинат ций!…
В этом, собственно, и заключается один из основных недостатков морфологического метода. При решении изобретательской задачи даже средней трудности в ящике* могут оказаться еотни тысяч и миллионы вариантов.
Другой недостаток метода - отсутствие уверенности в том, что при построении ящика учтены все оси и все классы вдоль этих осей. Интуитивный поиск вариантов заменяется интуитивным же поиском осей и классов. Выигрыш в том, что мы переходим от перебора мелких (й потому легко теряющихся) единиц (вариантов) к подбору крупных единиц (оси, классы по осям). Проигрыш в тйм, что, упустив хотя бы одну оеь, мы автоматически теряем очень большую группу вариантов. А с осями, как с вариантами, самые тривиальные лезут в глаза, а самые интересные прячутся за психологическими барьерами. И все-таки морфологический метод - большой шаг вперед по сравнению с обычным перебором вариантов.
Наиболее эффективно применение этого метода при решении конструкторских задач общего плана (проектирование новых машин, поиск новых компоновочных решений). Возьмем, для примера, проектирование снегоходов. Можно построить морфологический ящик со следующими осями и классами по осям *.
1. Двигатель: внутреннего сгорания; газовая турбина; электрический; турбореактивный;
парусный (для снегоходов это не лишено смысла).
2. Движитель:
моноколесо (кабина внутри колеса); обычные колеса; ребристые колеса; овальные колеса; квадратные колеса; цилиндрические пневмокатки; гусеницы; снежные винты; лыжи и вибролыжи; воздушный винт; воздушная подушка; ноги (шагающий движитель); спиральный движитель; рессорно-листовой движитель; импульсно-фрикционный движитель; снегометный движитель;
вращающиеся тарелки и еще не менее 15 комбинированных движителей.
3. Опора кабины:
на движитель (например, на лыжи); непосредственно на снег.
4. Тип кабины: открытая;
закрытая однокорпусная;
катамаран;
сдвоенная тандемного типа.
5. Обеспечение амортизации: за счет движителя;
за счет специальных амортизаторов; без амортизации.
6. Управление:
изменение направления двигателя; изменение направления движителя; снежные рули; воздушные рули.
7. Обеспечение заднего хода: реверс двигателя; реверс движителя;
без реверса (разворотом).
8. Торможение: основным двигателем; вспомогательным двигателем; воздушными тормозами; снежными тормозами.
9. Предохранение от примерзания на стоянкек механическое;
механическое с помощью двигателя;
электрическое;
химическое;
тепловое;
без предохранения. Мы охватили далеко не все возможные оси и не все классы по осям. Тем не менее в ящике уже более миллиона вариантов.
Морфологический метод надо признать, таким образом, как полезный вспомогательный прием.
Чтобы как-то упорядочить перебор вариантов, можно составить списки наводящих вопросов. Такой метод называется методом контрольных вопросов. Различные списки предлагались многими авторами еще в 20-е годы.
В США наибольшее распространение получил список вопросов А. Осборна. В этом списке девять групп вопросов, например: «Что можно в техническом объекте уменьшить?» или «Что можно в техническом объекте перевернуть?» Каждая группа вопросов содержит подво-просы. Например, вопрос «Что можно уменьшить?» включает подвопросы: можно ли что-нибудь уплотнить, сжать, сгустить, конденсировать или применить способ миниатюризации? укоротить? сузить? отделить? раздробить?
Один из наиболее полных и удачных списков принад-
лежит английскому изобретателю Т. Эйлоарту К Вот некоторые пункты этого списка: «Набросать фантастические биологические, экономические и другие аналогий. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения… Узнать мнение некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей… В воображении залезть внутрь механизма…»
В сущности, каждый вопрос-это проба (пли серия проб). Составляя списки, их авторы, естественно, отбирают из изобретательского опыта относительно сильные вопросы. Однако отбор ведется без исследования внутренней механики изобретательства. Поэтому списки указывают, что делать, и не Объясняют, как это делать. Как, например, «установить варианты» или «проследить возможные связи», если их очень много? Как построить аналогию или как «в воображении залезть внутрь механизма», чтобы это действительно йавело на решение задачи?
Метод контрольных вопросов noMOfaeT в какой-то мере уменьшить психологическую инерцию, и только.
Пытаясь усовершенствовав мозговой штурм, нетрудно обнаружить, что целесообразно было бы использовать две возможности:
1. Создать не одни метод, а комплекс разных методов.
2. Организовать дело так, чтобы этот комплекс применяли группы людей, специально обученных и постепенно накапливающих опыт методического решения задач.
Из этих положений исходил американский исследователь Уильям Гордон, предложивший так называемую синектику и основавший в I960 году изобретательскую фирму «Синектикс».
Слово «синектика» в переводе с греческого означает «совмещение разнородных элементов». В проспекте фирмы «Синектикс» дано такое определение «Синектические группы - группы людей различных специальностей, которые встречаются с целью попытки творческих решений проблем путем неограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов».
В основу синектики положен мозговой штурм, проводимый постоянными группами. Такие группы, накапливая приемы, опыт, работают сильнее случайно собранных В синектические группы обычно включают людей разных специальностей (за обучение одной группы фирма «Си-нектикс» берет от 20 до 200 тысяч долдаров; заказчики - «Дженерал моторе», «ИБМ», «Дженерал электрик» и другие крупнейшие фирмы).
Решение задачи синектической группой начинается с ознакомления с «проблемой, как она дана» (ПКД). Затем группу уточняя проблему, превращает ее в «проблему, как она понимается» (ПКП), Далее начинается собственно решение, основанное, как пишет Гордон, на превращении непривычного в привычное и привычного - в непривычное, т. е на систематических попытках взглянуть на задачу с какой-го новой точки зрения и тем самым сбить психологическую инерцию Для этого в синек-тике используют четыре вида аналогий
Прямая аналогия (ПА) -рассматриваемый объект сравнивается с более или менее аналогичным объектом из другой отрасли техники или с объектом из живой природы. Например, если мы хотим усовершенствовать процесс окраски мебелц, то применение ПА будет состоять в том, чтобы рассмотреть, как окрашиваются минералы, цветы, птицы и т д Или - как окрашивают бумагу, как «окрашивают» телеизображение
Личная аналогия (ЛА) -ее называют также эмпати-ей: решающий задачу человек вживается в образ совершенствуемого объекта, пытаясь выяснить возникающие при этом чувства, ощущения. Например, в предыдущем случае можно представить себя белой вороной, которая хочет как-то окраситься
Символическая аналогия (СА) - обобщенная, абстрактная аналогия Например, для шлифовального круга СА будет «точная шероховатость»
Фантастическая аналогия (ФА) - в задачу вводятся какие-нибудь фантастические существа, выполняющие то, что требуется по условиям задачи Или какие-нибудь фантастические средства (шапка-невидимка, сапоги-скороходы и т п)
Ход синектического заседания обязательно записывается магнитофоном, затем запись тщательно изучается с целью совершенствования тактики решения.
Синектика - наиболее сильное из того, что есть в зарубежных странах в области методики изобретательства. Но возможности синектики весьма ограничены. Синектика осталась механическим набором приемов, оторванных от изучения объективных закономерностей развития техники. Задачи второго уровня и нижних подуровней третьего уровня - таков потолок синектики.
Для эффективного решения изобретательских задач высших уровней нужна эвристическая программа, позволяющая заменить перебор вариантов целенаправленным продвижением в район решения. Иначе говоря, нужен эвристический алгоритм, способный свести, скажем, задачу четвертого уровня «ценой» в 100 000 проб к задаче первого уровня «ценой» в 10 проб.
Такой алгоритм не может быть создан на основе опыта отдельного изобретателя или даже группы изобретателей. Чтобы получить работоспособный эвристический алгоритм, нужно: выявить объективные закономерности развития технических объектов; исследовать большие массивы патентной информации; создать программу решения, в которой каждый шаг органически вытекал бы из предыдущего; постоянно отрабатывать и совершенствовать эту программу на практике.
Я начал эту работу в 1946 году. Не хотелось бы сейчас, задним числом, утверждать, что уже тогда имелось в виду получение общей методики изобретательства. Первоначальная цель была намного проще: найти приемы, помогающие в моей личной изобретательской практике. Однако к 1948 году изобретения отошли на второй план. Стало очевидным, что «изобретение способа изобретать»- проблема намного более интересная. «Обычным» изобретениям оставалась роль подопытных кроликов; на которых испытывался алгоритм решения изобретательских задач.
В следующих главах мы подробнее познакомимся с основными положениями методики изобретательства и алгоритмом решения изобретательских задач. Сейчас отмечу только, что алгоритмическая методика рассматривает процесс решения изобретательской задачи как последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Направлен ность мышления достигается при этом ориентировкой на идеальный способ, идеальное устройство. На всех этапах решения используется системный подход. Алгоритм включает также конкретные шаги по устранению психологических барьеров, имеет развитый информационный аппарат- данные о типовых приемах преодоления технических противоречий.
Чтобы создать практически работоспособную методику решения изобретательских задач, каждый вывод, каждая рекомендация обязательно испытывались на практике.
Первый, еще весьма беглый, очерк на эту тему был опубликован в 1956 году в далеком от техники журнале «Вопросы психологии» и не привлек внимания изобретателей. Положение изменилось только в 1959 году, когда «Комсомольская правда» рассказала о практических результатах, даваемых методикой изобретательства. Вслед за этим ее основные принципы были изложены в журнале «Изобретатель и рационализатор» К В течение года на страницах журнала проходила дискуссия.
Большинство участников дискуссии выразило уверенность в том, что методика «станет могучим оружием в руках тысяч новаторов техники и производства». Одобрил методику и Экспертный совет Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР.
Подводя итоги дискуссии, редакция писала: «В наше время бурного развития науки и техники, когда созидательное творчество стало делом миллионов советских людей, проблема раскрытия «секретов» изобретательского мастерства, выведения разумных правил, действенных способов работы над техническими новшествами становится все более и более насущной…»
В 1961 -1965 годах был опубликован ряд работ, которые дали возможность изобретателям использовать методику при решении новых технических задач, на практике испытать и подправить рекомендуемые методы творческой работы. Одновременно продолжалось изучение накопленного изобретателями опыта. Дважды проводились анкетные опросы новаторов - в них участвовали изобретатели более чем из 180 городов нашей страны. В Москве, Баку, Свердловске, Новосибирске, Дубне и других городах были организованы семинары по теории и практике изобретательства. Общее количество изобретений, сделанных с помощью предложенной методики,- по далеко ие полным данным - превышает 3 тысячи
В 1968 году Центральный совет ВОИР создал Секцию методики технического творчества, а год спустя - Общественную лабораторию методики изобретательства Лаборатория, объединившая усилия энтузиастов, подготовила и опубликовала»учебные яособия -гпрограмму, сборники задач, тексты лекций Была наложена подготовка преподавателей, и теперь теория и практика решения изобретательеких^задач преподаетесь общественных, институтах изобретательского творчества, в молодежных изобретательских «школax, в университетах технического, творчества.
С 1971 года в Баку при республиканском -совете-ВОИР и ЦК ЛКСМ Азербайджана работает учебный и исследовательский Общественный институт изобретательского творчеству. Институт готовит изобретателе^, способных решать сложные творческие задачи в разлив иых отраслях техники Основной учебный предмет в институте-алгоритмическая методика решения изобретательских зздач. Умение пользоваться эвристическим алгоритмом вырабатывается в процессе практических занятий- сначала на учебных задачах, а затем на новых, взятых из производственной практики.
Раздел 2.3 Технологии изобретательства (продолжение)
Серия статей: Введение в ТРИЗ для аналитиков.
Рады приветствовать всех тех, у кого хватает терпения и желания отслеживать каждую следующую статью антологии о ТРИЗ!Краткое превью
В мы подвели временные итоги второй части на том, что начали рассуждать о различных подходах к организации процесса изобретательства.
В этой статье, без лишних прелюдий и «шаманских» танцев с клавиатурой, мы рассмотрим окружение, эволюционные предпосылки появления ТРИЗ и её «соперников», обусловленные факторами развития человеческого мышления в области технологий и инноваций.
Подходы к процессу «изобретательства»
Процесс творчества, с момента своего проявления в человеческой деятельности, постоянно привлекал к себе особое внимание. Сначала, как нечто необыкновенное и заповедное. Затем, как чарующее и привлекательное действо. Потом, как элемент пристального рассмотрения и изучения.
Человеческая натура, в сути своей, является мятежной субстанцией. Она стремится «раскрыть», «пощупать», «разузнать» и, в конечном итоге, использовать себе во благо любой окружающий её предмет и явление. В этом, пожалуй, и есть смысл любого прогресса. Каждый раз, когда человек «заучивает» тот базис, на котором он находится, ему становится на нём тесно и не комфортно. После этого, используя «забетонированный» прочный фундамент (вот тут становится важно, чтобы этот фундамент был по-настоящему прочным и основательным) специалист начинает новые искания и исследования, с целью переосмысления существующих артефактов и освоения нового.
Таким образом, становится понятно, что каждая следующая теория появляется на основе/благодаря предыдущим и только в тот момент, когда есть группа умов способных оценить прогнозируемые результаты от её использования.
Исторически, складывались 3 основных группы методов, описывающих процесс творчества.
Первая группа – «Бабочки в моей голове»
Первая группа подходов описывает творчество, как абсолютно стохастичный процесс, который практически не поддается управлению и «происходит» только в те моменты, когда на человека «спускается» озарение, заряд энергии, который приводит бабочек в броуновское движение.
Сторонников этого подход, до последнего момента, (середина прошлого века) было большинство. Объяснить это можно тем, что творчество «исторически» считалось уделом избранных, которым повезло «вытянуть» счастливый билетик. Подтверждалось это тем, что эти избранные (вполне уместно будет в дальнейшем приводить слово «гении») отличались от окружающих по многим факторам (поведение, внешность и т.д.). Но, в момент рассмотрения явления гениальности стало ясно, что каждый гений может быть классифицирован по ряду признаков. Часть из этих характеристик является врожденными, а часть приобретенными. Какие из них отвечают за пресловутую гениальность не вполне понятно, так что, возможно, в ближайшее время появятся теории, которые обоснуют технологию введения личности в состояние гениальности (за большие заслуги) и обратно (соответственное, за провинности) :) .
Вторая группа подходов опирается на логический подход к построению цельной модели проблемы и ее окружения, с итогами, в виде систематических выявлений всех возможных вариантов проблем. В этой группе методов проявляется первый «бунтаризм» человеческой натуры и нежелание идти по укатанной тропе, сплавляться по течению.
Третья группа – «Творчество по полочкам»
В третьей группе постулируются принципы системности, которые основаны на том, что первоначально следует разобраться в сути проблемы, выявить элементы и свойства, которые являются результатами противоречия и устранить его.
Из-за кажущейся сложности, именно третье направление оставалось самым неразвитым до последнего времени. Есть множество факторов, благодаря которым это направление получило столь бурное развитие в последнее время. ТРИЗ является одним из таких факторов.
Работа по анализу патентного «поля», которую проделал Генрих Саулович Альтшуллер, явилась краеугольным камнем развития и популярности предложенных им алгоритмов, за счет четкого научного обоснования и абсолютно прозрачной и доступной логичности его идей.
Вторая группа – «Немного логики»
В начале XX века немногих пытливых умов стала не устраивать повсеместно распространенная, подавляющебытующая первая группа методов, да и, наверное, человеческое сознание созрело для того, чтобы «принять» на себя ответственность за то, что человеку самому по себе подвластно управлять творчеством и быть хозяином своих свершений.
В преддверии ТРИЗ появились методы, актуальность которых подтверждена и на сегодняшний день. Они представляют собой «переходные» стадии 3-ех вышерассмотренных групп методов. Практически все из них получили свое применения в бизнесе, преподавательстве и т.д.
Метод фокального объекта (МФО)
Сформулирован в 20-ых годах XX века Ф. Кунце и в дальнейшем (50-ые) усовершенствован Ч. Вайтингом.
Его суть состоит в том, что объект рассмотрения фиксируется в фокусе внимания, после чего он сопоставляется со случайно выбранным объектом реального мира (животное, бытовой предмет и т.д.). В дальнейшем, соединение свойств зафиксированных объектов может (ключевое слово) привести к оригинальным идеям для изменения первоначально исследуемого объекта.
Brainstorm (Метод мозгового штурма, ММШ)
Сформулирован в 40-ых годах XX века А. Осборном.
Пожалуй, один из самых распространенных методов генерации идей на сегодняшний день. Суть метода заключается в спонтанном и не критикуемом процессе генерации идей всеми участниками данного метода, с последующим подробным анализом и выделении наиболее оптимальных/приемлемых кандидатов на «победу». Метод получил довольно широкое распространение в бизнес среде за счет быстрого поиска возможного (опять же, ключевое слово) решения проблемы. Ориентирован, в отличие от предыдущего, на командную работу.
Синектика (С)
Сформулирован в 50-ых годах XX века У. Гордоном.
Метод «Синектика» является качественным и более социально направленным шагом вперед (или в бок) по сравнению с методом Brainstorm. Он не очень популярен в нашей стране за счет сложного модерирования процесса генерации идей. Описанная в нем технология работы с командой слишком сложна. Она требует от организаторов данного метода развития членов команды с их последующим тесным взаимодействием. Критика (в отличии от метода мозгового штурма), на этапе генерации, поощряется, но критика должна быть сугубо конструктивной и направленной только в адрес конкретной идеи, а не дай бог, в адрес участника процесса. Возможная психологическая закрепощенность критикуемых субъектов должна «сниматься» модераторами за счет мотивирующей психологической работы с ними.
Метод морфологического анализа (ММА)
Сформулирован в 60-70-ых годах XX века Ф. Цвикки.
В основе метода находятся идеи «всеобщего синтеза», предложенные Беренсом. Строго говоря, данный метод сложно считать простым методом генерации идей, в отличие от ранее рассмотренных. Его затруднительно использовать без компьютерной поддержки процесса «изобретательства». Ядром метода является матрица параметров, сочетание вариантов которых должно приводить к оптимальному варианту решения. Результативность метода зависит от того насколько правильно и корректно выбраны параметры и их варианты. Метод сложный, но он не направлен на командную работу и ему можно обучить.
Латеральное мышление (ЛМ)
Сформулирован в 60-70-ых годах XX века Э. Де Боно.
Латеральное мышление является методом, который представляет собой систему развития и «побуждения» центрального объекта любого из нижерассмотренных методов, речь, конечно же, о мыслителе. Направления поиска идей в ЛМ, стимулируют интуицию, позволяют «обозревать» решение и все его аспекты, увидеть подходы, приводящие к достижению результата. Но, метод латерального мышления всё также остается «пассивным» методом, который не предоставляет изобретателю определенного инструмента решения задач, а лишь «уповает» на удачное стечение многих обстоятельств, но не предполагает попытки управлять ими. ЛМ, по скромному мнению является более комплексным и персононаправленным совершенствованием ММШ.
Нейролингвистическое программирование (НЛП)
Проводя параллель с предыдущим методом (ЛМ) уместно будет сказать о том, что метод нейролингвистического программирования является «спиральным» продолжением метода «С». НЛП предоставляет богатый инструментарий (О, наконец-то!) по работе с индивидуумом, в результате применения которого возможно решение довольно сложных задач (освоение иностранных языков, преодоление отрицательных черт характера и т.д.). Обширная классификация подходов к преодолению проблем позволяет считать данный метод научным. Объем переработанного материала, послуживший фундаментом для НЛП, колоссален. Но данный метод является более (наверное, слово «совсем» точнее описывает его содержание) психологическинаправленным, чем технически. Многое в НЛП зависит от личности конкретного изобретателя.
Итоги
Предложенный обзор методов генерации идей составлен авторами, преследующими две основные цели.
Первая цель, вводно-комплексная, включает в себя следующие пункты:
- Cоставить/обновить у интересующегося коллеги представление о разнообразии методов, существующих на данный момент для процесса генерации идей
- Выработать представление о предпосылках появления каждого метода
- Оценить назначение каждого метода, которое позволит представить объективную картину преимуществ и недостатков, которыми обладает каждый конкретный инструмент
Понимая с какой целью создавался метод становится возможным его целевое и результативное использование.
Вторая цель, подготавливающе-катализаторная:
- Продемонстрировать шаги, предпосылки, окружение ситуации, которая бытовала в активности генерации идей
- Выявить очевидные направления развития данной активности, которые были необходимы для решения поставленных перед инженерно-аналитическим сообществом задач
- Подготовить читателя к ТРИЗ:)
Начиная с метода морфологического анализа начинает прослеживаться явное смещение тренда создаваемых методов с сугубо «социально-гуманитарного» направления в область более высокоинтеллектуальных, фундаментальных и логическиобоснованных методов, но, при этом, качественного «прорыва», перехода на другой тип используемых технологий, не происходит. Явным минусом всех приведенных методов является усиление только «человеческой» составляющей.
«Пользователям» не предлагается универсальный технический инструмент, который был бы свободен от множества, сопряженных с личностью «мыслителя», факторов. Не было инструментально-системного подхода к рассматриваемой задаче в целом, и к противоречию, лежащему в её основе, в частности. По настоящему системными методами их считать неправильно по причине очевидной односторонности.
Классическая ТРИЗ
Вот именно в таком методологическом «поле» и стало возможным появление теории решения изобретательских задач. Именно, так:) . Многие теории, вследствие того, что «мир» был к ним не готов, по причине их «опережающих» действительность идей развития (гениальности, если хотите), отвергались или откладывались на дальнюю полку. Ситуация с появлением ТРИЗ, была немного иной. Инженерам было необходимо что-то, позволяющее решать им, поставленные временем, руководством, государственным устройством и т.д. задачи.
В таких условиях профессиональное сообщество созрело для того, чтобы быть готовыми воспринять инструмент, который предлагал решение практически любой проблемы, представленной перед изобретателем в нужной форме.
Труд, созданный Генрихом Сауловичем Альтшуллером – это титаническая работа по анализу библиотеки патентов (с последующим синтезом полученной информации), существующих в СССР открытий и изобретений, на предмет кластеризации и классификации направлений мысли, представленной в них. Количество проанализированных патентов было колоссальным. По результатам своей работы Генрих Саулович смог сделать качественные выводы, опирающиеся на количественное обоснование, выявить закономерности технологии открытий и представить их в виде своей теории. Безусловно, Альтшуллер, не был тем, кому первому в голову пришла мысль о том, что эффективность большинства изобретений человечества низкоэффективна. Сам Альтшуллер в своей деятельности ссылался на К. Маркса и Ф. Энгельса («заигрывание» с временем и «режимом» здесь не при чем, так как именно из-за критики режима Генрих Саулович, в последствии, и был «закрыт» в научном «ящике»), которые в своих работах определили признаки и фазы эволюции изобретений, технологий, труда человека/работника. В основе его примеров лежат следующие идеи:
- Изобретение – преодоление противоречия
- Противоречие – это следствие неравномерного развития отдельных частей технических систем
Вот на такой интригующей ноте мы и закончим данную статью.
Не скучайте, развивайтесь, совершенствуйтесь, до скорой встречи!
Методы изобретательского творчества
Стоит сказать, что для начинающих создателей изобретений очень важно знать апробированные, проверенные практикой методы изобретательского творчества . По оценкам специалистов, в настоящее время разработано свыше пятидесяти, а с учетом частных методик - несколько сотен методов поиска решений творческих задач. Эти методы ориентированы на развитие как логического мышления, так и интуиции. Из множества методов поиска новых оригинальных решений практических задач выделим наиболее известные.
Метод проб и ошибок , называемый иногда ʼʼслепым переборомʼʼ. Этот метод использовал в своей изобретательской практике величайший математик и механик Древней Греции Архимед . Его изобретения вызывают уважение ученых и сегодня. Среди них - зажигательные зеркала, блоки для подъема тяжестей, работающие с использованием ʼʼархимедова винтаʼʼ водоподъемные машины, военные метательные машины и т.д. Архимед предложил в своих работах создание новых технических объектов путем комбинации 14 известных элементов. Некоторые из множества таких комбинаций стали затем изобретениями и были использованы для решения практических задач в различных отраслях. Впоследствии человечество предпринимало неоднократно попытки усовершенствовать данный метод. Известный писатель и изобретатель Н. Петрович в этой связи справедливо указывает : ʼʼВ случае если бы мы задались целью последовательно, начиная со времен Архимеда и кончая нашим просвещенным ХХ веком, проследить и описать все попытки создать методику изобретательства, то получилась бы энциклопедия из многих томов. Ее смело можно было озаглавить ʼʼМалоуспешное единоборство разума с методом проб и ошибок за две тысячи летʼʼ.
Выдающийся американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847- 1931), автор 1099 изобретений, работал над изобретениями, разделяя техническую проблему на ряд конкретных задач и по каждой из них одновременно организуя поиск наиболее удачного решения путем проверки многочисленных возможных вариантов. Бесспорный изобретательский талант Эдисона и реализация им в техническом творчестве методики проб и ошибок привели к созданию целого ряда выдающихся технических новшеств. При этом над одним изобретением, по признанию самого Эдисона, приходилось трудиться в среднем до семи лет.
Метод контрольных вопросов. Решение изобретательских задач упомянутым выше методом проб и ошибок требует рассмотрения всевозможных вариантов, число которых при достаточно сложных задачах достигает значительной величины. К примеру, для изобретения щелочного аккумулятора Эдисону пришлось поставить 50 тыс. опытов. Чтобы как-то упорядочить, сделать более осмысленным и целенаправленным рассмотрение вариантов, составляются списки наводящих, ʼʼподсказывающихʼʼ вопросов. В этом суть метода контрольных вопросов. Он получил распространение в 20-30-е годы ХХ века. Широко известен список А.Ф. Осборна (США), состоящий из девяти групп вопросов: ʼʼЧто можно в техническом объекте уменьшить?ʼʼ, ʼʼЧто можно в техническом объекте перевернуть?ʼʼ и т.д. В каждой группе имеются подвопросы типа: можно ли что-нибудь укоротить, сузить, сжать и т.д. .
Определенный интерес представляет следующий список-памятка, составленный английским изобретателем Т. Эйлоартом (цит. по ):
1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.
2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.
3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предположения.
4. Набросать фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии.
5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналогии).
6. Попробовать различные виды материалов и виды энергии: газ, жидкость, твердое тело, гель, пену, пасту и др.; магнитную и электрическую энергии, тепло, свет, силу удара и т.д.; различные длины волн, поверхностные свойства и т.п.; переходные состояния - замерзание, конденсация, переход через точку Кюри и т.д.
7. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.
8. Узнать мнение некоторых совершенно не осведомленных в данном вопросе людей.
9. Устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая всех и каждую идею без критики.
10. Попробовать ʼʼнациональныеʼʼ решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.
11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.
12. Побродить в стимулирующей обстановке (свалки лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), просмотреть журналы, комиксы.
13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д. для разных решений проблемы или разных ее частей; искать пробелы в решениях или новые комбинации.
14. Определив идеальное решение, разрабатывать возможные элементы.
15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т.п.
16. В воображении залезть внутрь механизма.
17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и таким образом создают нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.
18. Чья это проблема? Почему его?
19. Кто придумал это первым? История вопроса. Какие толкования этой проблемы имели место?
20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?
21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.
Эти и подобные им списки, как правило, указывают только, что нужно делать, но не объясняют, как это сделать.
Метод контрольных вопросов дает возможность в какой-то мере ʼʼоторватьсяʼʼ от привычных, устоявшихся представлений о предмете, помогает преодолеть или уменьшить психологическую инерцию, изменить направление поиска.
Метод аналогий с живой природой . Суть метода ясна из названия. Умозаключение по аналогии, как известно, состоит в переносе знания, полученного в результате анализа какого-либо объекта͵ на менее изученный, сходный по существенным свойствам и качествам объект. Подобные умозаключения являются одним из источников научных гипотез. Попытки ʼʼподсмотретьʼʼ в живой природе рациональные решения своих проблем предпринимались на протяжении всей истории человечества. Среди первых, о ком история сохранила достаточно подробные сведения, следует назвать Леонардо да Винчи. Он известен не только как художник, автор ʼʼулыбки Моны Лизы (Джоконды)ʼʼ, но и как крупнейший изобретатель, использующий метод аналогий. Им созданы проекты летательных аппаратов, геликоптера по аналогии с винтом Архимеда, двухверетенной самопрялки, цепных передач, шарикового подшипника, маятниковых часов, надувного спасательного круга, водолазного скафандра и т.д. .
Поиск аналогий в деятельности живого организма и функционировании технических систем привлекало ученых во все времена. Так, сердце человека рассматривали как хорошо работающий механический насос. Век электричества породил аналогию процессов, протекающих в нервной системе, с теми, которые реализуются в электрических цепях. Сегодня одной из наиболее популярных аналогий является ʼʼкомпьютерная метафораʼʼ. Ее смысл состоит в отношении к естественному интеллекту как к вычислительному устройству. Многие стороны интеллекта рассматриваются по аналогии со свойствами компьютеров (долговременная и оперативная память, процедурное и декларативное представление знаний и т. д.), которые известны проектировщикам ЭВМ и программистам. Эта метафора привела к созданию новой области психологических исследований интеллекта - когнитивной психологии .
В творчестве используются аналогии различных типов (функциональная, структурная, субстратная аналогии; аналогии отношений, внешней формы). Изобретательская практика свидетельствует о том, что чем отдаленнее области, между которыми проводят аналогии, тем более неожиданный, оригинальный результат должна быть получен при решении задачи. Следует иметь в виду, что самые сложные проблемы всегда имеют простые, ясные для понимания, неправильные решения, в связи с этим умозаключения, сделанные по аналогии с конкретными объектами, носят, как правило, лишь правдоподобный характер и требуют последующей тщательной проверки и технического обоснования.
В техническом творчестве аналогии выполняют еще одну роль - их удобно использовать для выявления тенденций развития технических объектов, общественных и личных потребностей и технических средств, создаваемых для их удовлетворения.
Методы использования случайностей. В истории науки и техники немало примеров, когда случайность помогала сделать серьезное открытие или изобретение. Кроме общеизвестных легенд об Архимеде и Ньютоне, имеются некоторые более достоверные случаи. Широко известна история открытия радиоактивности французским физиком А.А. Беккерелем в результате того, что он нечаянно проявил неэкспонированную фотопластинку, находившуюся рядом с урановой солью. Химик Фальберг после лабораторных опытов забыл вымыть руки перед тем, как сесть за обеденный стол. Ощутив, что почему-то все блюда сладкие, он связал это с обнаруженными на руках следами только что полученного вещества. В результате исследования этого вещества ученый открыл сахарин. Случайно опрокинутая на гусиное перо перекись водорода помогла Ричардсону изобрести способ обесцвечивания волос. Изобретением способа химической чистки ткани Мариле был обязан случайно упавшему в бочку со скипидаром загрязненному костюму рабочего. Такие примеры можно было бы продолжать и дальше. При этом, как справедливо указывал французский ученый Луи Пастер, ʼʼНе всякому помогает случай; судьба одаряет только подготовленные умыʼʼ. Известное ʼʼяблоко Ньютонаʼʼ смогло появиться лишь в результате двадцатилетнего труда ученого. По этой причине вряд ли можно назвать благоразумным пассивное ожидание случайных результатов, ошибок и т.п.
Подвидами этого метода являются метод фокальных объектов метод и метода гирлянд случайностей и ассоциаций.
Метод фокальных объектов предложен американцем Ч.С.Вайтингом. Название метода происходит от слова ʼʼфокусʼʼ (означающего в оптике точку, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок световых лучей) и означает, что в данном случае имеется в виду концентрация внимания на каком-то объекте.
В соответствии с этим методом, решение технической задачи осуществляется посредством выполнения ряда последовательных шагов:
¨ определения фокального объекта͵ ᴛ.ᴇ. объекта͵ на который направлено наше внимание;
¨ выбора случайных объектов (от двух до шести);
¨ составления ведомости выбранных объектов и всех их признаков;
¨ генерирования идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайно выбранных объектов;
¨ развития первоначальных идей и генерирование новых путем свободных ассоциаций (фиксируются объекты, которые непроизвольно вспоминаются после данного объекта͵ затем - после нового и т.д.) по всем признакам случайно выбранных объектов. Объединение фокального объекта последовательно с каждым элементом полученного ряда ассоциаций приводит к новым идеям;
¨ оценки и выбор полезных решений.
Метод гирлянд случайностей и ассоциаций, предложенный рижским инженером Г.Я. Бушем, предусматривает следующие поведенческие рекомендации при решении каких-то сложных задач, когда кажется, что они неразрешимы вообще :
1) не нужно падать духом, следует помнить, что, в случае если задача не противоречит физическим законам, она обязательно будет иметь решение, в случае если не на данном этапе, то в будущем;
2) нужно искать пути выхода из возникшего тупика, среди которых предлагаются следующие:
2.1.изменить уровень задач. К примеру, вместо усовершенствования устройства нужно искать новый принцип его конструирования;
2.2.преобразовать задачу в двухступенчатую, предусматривающую решение сначала простой ее части, которая выполнит роль подсказки для решения основной задачи изобретения;
2.3.поставить вспомогательный вопрос для выяснения возможных решений задачи при изменении параметров объекта;
2.4.рассмотреть инвертированную (ᴛ.ᴇ. обратную) задачу;
2.5.привлечь принципы решения, существующие в других отраслях, казалось бы, вообще далеких от рассматриваемой;
2.6.организовать коллективное генерирование идей, ᴛ.ᴇ. мозговой штурм;
2.7.временно прекратить поиск путей решения. Это создает возможность взглянуть через какое-то время на задачу с новых позиций.
Морфологический метод. Суть его состоит в проведении морфологического анализа, ᴛ.ᴇ. в исследовании структурных связей и взаимоотношений между предметами, явлениями, идеями. При этом вначале выявляются всевозможные взаимоотношения, независимо от их ценности. Метод, позволяющий за короткое время создать большое число оригинальных технических объектов, предложен в 1942 ᴦ. швейцарским ученым-астрономом Ф. Цвикки.
На базе морфологического подхода разработано целое семейство методов практического решения изобретательских задач, и один из них - метод морфологического ящика . В соответствии с этим методом, поиск решений технических задач состоит из нескольких этапов:
¨ точной формулировки изобретательской задачи;
¨ расчленения объекта (процесса, проблемы) на основные функциональные узлы (параметры);
¨ последовательного независимого рассмотрения всех узлов (параметров) и выбора для них всех возможных решений;
¨ составления многомерной таблицы (ʼʼморфологического ящикаʼʼ), которая бы вмещала все варианты решения задачи. Каждому функциональному узлу (параметру) в таблице соответствует определенная графа (ʼʼосьʼʼ), где перечисляются все возможные (с точки зрения изобретателя) варианты его решения. В случае двух осей таблица имеет наиболее простой вид (обычная двумерная); при наличии n осей - n -мерный ящик;
¨ анализа и оценки всех без исключения возможных решений с позиций оптимального достижения поставленной цели (обычно - функции, которую должно выполнять устройство);
¨ отбора одного или нескольких наилучших вариантов для практического использования. В сложных ситуациях само использование также нуждается в морфологическом анализе.
В случае если параметров (характеристик) больше, то для каждого из них берется вертикальная ось, на которую наносят все возможные альтернативы (варианты), а затем каждую из них последовательно рассматривают совместно со всеми другими альтернативами.
Метод эффективен лишь для решения простых задач. В случае сложных задач крайне важно рассматривать множество комбинаций. Так, пользуясь данным методом для прогнозирования только одного типа реактивных двигателей, Ф. Цвикки получил (при наличии 11 осей) 36 864 комбинации. Ему удалось создать несколько реактивных двигателей, которые базировались на новых принципах.
Метод мозговой атаки (или ʼʼмозгового штурмаʼʼ). Предложенный американским психологом А.Ф. Осборном метод возник как попытка устранить одну из наиболее серьезных помех творческому мышлению - боязни критики выдвигаемых идей. В целях устранения этой помехи метод предполагает выдвижение и анализ любых идей (в том числе самых фантастических, явно ошибочных, шуточных), так как они могут стимулировать появление более ценных изобретений. Тем самым снимается запрет на критику. То, что такой подход эффективен, показывает следующий пример.
Во время второй мировой войны транспортное судно под командой морского офицера А.Ф. Осборна без надлежащего сопровождения военных кораблей перевозило груз в Европу. Получив радиограмму о возможном нападении на судно немецких подводных лодок, А.Ф. Осборн предложил членам команды высказать соображения о том, как противостоять надвигающейся опасности. Один из матросов предложил выстроить команду вдоль борта͵ к которому будет приближаться торпеда, и дружным дутьем ʼʼотдутьʼʼ торпеду в сторону. Впоследствии оснастка судна вентилятором, создающим мощный направленный поток воды, в действительности спасла атакованное судно от торпеды, которую в действительности удалось ʼʼотдутьʼʼ. Сегодня это техническое решение, разумеется, уже устарело. При этом метод приобрел широчайшую популярность при поиске решений в неопределенных ситуациях. Это не случайно. Осборн интуитивно ʼʼуловилʼʼ механизм работы мозга, распределение функций генерации и анализа идей. Реализация абсурдной на первый взгляд идеи и явилась основанием для разработки метода мозговой атаки (цит. по ).
А.Ф. Осборн, создавая метод, основывался на том, что у одних людей ярче выражены способности к выдвижению идей, а у других - к их анализу, критическому осмыслению. Чтобы они, выполняя работу совместно, не мешали друг другу, было предложено разделить участников поиска решения технической задачи на две группы, к примеру, ʼʼфантазеровʼʼ и ʼʼкритиковʼʼ (ʼʼгенераторов идейʼʼ и ʼʼаналитиковʼʼ).
В задачу ʼʼфантазеровʼʼ входит только выдвижение идей. Обстановка должна быть доброжелательной, способствующей смелому предложению любых идей. При этом запрещена не только словесная критика, но и любые жесты, иронические улыбки и т.п. В составе ʼʼфантазеровʼʼ (5 - 10 чел.) должны быть люди разных специальностей с различным уровнем образования, квалификации, могущие за короткое время (от 15 мин до 1 ч) предложить несколько десятков идей. При этом должны учитываться не только самостоятельные новые идеи, но и попытки усовершенствовать или комбинировать только что предложенные. Несомненно, что в группе должен быть руководитель, способный в ходе коллективной мозговой атаки обеспечивать широкий разброс мнений и умеющий незаметно поворачивать процесс генерирования идей в нужное русло. На предварительном этапе организатор обеспечивает четкую формулировку задачи, а также подбор двух групп участников: ʼʼгенераторов идейʼʼ и ʼʼаналитиковʼʼ. ʼʼМозговой штурмʼʼ обычно продолжается 1,5-2 ч.
При решении проблемы обе группы должны дать ответ на вопросы: 1) чем должна завершиться выработка и 2) что препятствует получению желаемого. Функции этих двух групп различаются: ʼʼгенераторыʼʼ должны высказать возможно большее число идей решения, тогда как ʼʼаналитикиʼʼ выделяют из этого потока идеи, перспективные для последующей проработки. Обязательным условием реализации метода является категорический запрет любых суждений относительно генерируемых идей, как благоприятных, так и критических. Иногда откровенно неудачные на первый взгляд идеи приводят к перспективным решениям. Успех ʼʼмозгового штурмаʼʼ чаще всего определяется правильным подбором участников и обеспечением творческой атмосферы при его проведении.
После завершения ʼʼштурмаʼʼ участники коллективно редактируют список наработанных идей. На этом этапе уже возможно ʼʼполукритическоеʼʼ отношение к ним и расширение списка новыми идеями, возникшими в процессе редактирования. Практика показывает высокую эффективность метода: при индивидуальной работе несколько человек за 15-30 мин в сумме предлагают 10-20 идей, тогда как такая же по численности группа, принимающая участие в мозговом штурме, за то же время способна генерировать от 50 до 150 идей.
Выделенные идеи передаются группе экспертов, которые вначале разделяют их на осуществимые и неосуществимые (при данном уровне развития техники), а затем выбирают наиболее приемлемые. При этом ведется тщательный поиск ʼʼрационального зернаʼʼ в каждой выдвинутой идее.
Метод ʼʼмозгового штурмаʼʼ успешно применяется в области управления, бизнеса, экономики и др.
Размещено на реф.рф
Не утратил он значения и для коллективного решения изобретательских задач в различных областях техники, и в процессе обучения (для тренинга начинающих изобретателей). Существуют много разновидностей мозговой атаки: ʼʼмассовая мозговая атакаʼʼ, метод ʼʼконференции идейʼʼ и др.
Родственным этому методу являетсяметод синектики, или ʼʼобъединения разнородных элементовʼʼ , предложенный американским ученым В. Гордоном в 50-х годах XIX в. . Творческие синектические группы (5-7 чел.) создаются из представителей разных профессий или научных дисциплин, людей разного возраста͵ образования, различной квалификации и т.п. В корне синектики лежит мозговая атака, однако проводится она постоянными группами, которые, овладевая специальными приемами и накапливая опыт, работают более эффективно, чем случайно собранные люди. Организация технического творчества по методу синектики реализуется в 4 этапа:
1. Подбор группы специалистов - ʼʼсинекторовʼʼ.
2. Освоение практики использования аналогий при решении различных технических задач.
3. Анализ проблемы и поиск ее решения.
4. Оценка результатов решения проблемы, их оптимизация и реализация.
На первом этапе подбирают группу специалистов в возрасте 25-40 лет, которые на своем жизненном пути хотя бы раз меняли свою профессию. В качестве критериев отбора используются профессия, образование, гибкость мышления, диапазон знаний и практических навыков, контрастность психологических типов личности .
Во время второго этапа формируются в коллективе взаимопонимание, заинтересованность каждого участника в эффективном решении изобретательских задач, создаются предпосылки для ʼʼсинектическогоʼʼ мышления:
¨ умения отвлечься от частностей, выделять сущность задачи, абстрагироваться от привычного контекста͵ мысленно удаляться от предмета разработки;
¨ способности управлять процессом развития тривиальных идей;
¨ навыков повышенной терпимости к идеям других людей, готовность учитывать и развивать их;
¨ уверенности в успешном решении проблемы;
¨ умения обнаруживать в обычных явлениях нечто особенное и использовать выявленные оригинальные качества как стартовые для творческого воображения.
Для формирования такого мышления коллектив тренируется в использовании аналогий различных типов :
¨ прямых - разрабатываемый технический объект ʼʼсинекторʼʼ сопоставляет с похожими объектами из различных областей техники и естествознания;
¨ личных - ʼʼвживаниеʼʼ в образ объекта͵ отождествление ʼʼсинектораʼʼ самого себя с каким-либо элементом проблемной ситуации, исследуемым объектом или какой-то его частью, с целью проникнуть в суть его работы;
¨ символических - реализующихся при подборе метафор и сравнений, в которых характеристики одного предмета отождествляются со свойствами других;
¨ фантастических - позволяющих представлять вещи в виде, какими они не являются, но какими ʼʼсинекторʼʼ хотел бы их видеть.
На третьем этапе участники группы:
¨ знакомятся с формулировкой проблемы в той редакции, как ее представляет заказчик;
¨ выявляют очевидные (тривиальные) решения (которые вряд ли позволят создать что-то новое и оригинальное);
¨ ищут аналогии, превращающие необычное в привычное, при этом допускается игнорирование физических законов;
¨ устанавливаются главные трудности и противоречия, препятствующие решению проблемы.
Суть четвертого этапа составляет дискуссия, по итогам которой формулируются интересные идеи, которые доводятся до степени, достаточной для изготовления модели решения.
Вметоде ʼʼобратного мозгового штурмаʼʼ
при создании новаторского решения отталкиваются от перечня недостатков анализируемого объекта͵ который затем должен быть предельно критически рассмотрен. При этом перечень по возможности должен быть максимально полным. Объектом анализа служат конкретные изделия, технологии, их отдельные элементы и т.д. Метод широко используется для решения таких задач, как составление технических заданий на разработку объекта изобретения, проведение экспертизы проектно-конструкторской документации и др.
Размещено на реф.рф
Предметом коллективного обсуждения бывают: описание анализируемого объекта͵ анализ его известных недостатков, связанных с изготовлением, эксплуатацией, ремонтом, а также представление об идеальном конечном результате и о нежелательных недостатков.
При подборе участников в группу ʼʼгенераторовʼʼ дополнительно включают специалистов, обеспечивающих весь жизненный цикл объекта. Правила для участников обсуждения те же, что и при прямом ʼʼмозговом штурмеʼʼ. Результатом работы является список возможных противоречий и недостатков объекта͵ отредактированный ʼʼаналитикамиʼʼ. Поиск путей устранения недостатков и ограничений осуществляют прямым ʼʼмозговым штурмомʼʼ.
Выявленные недостатки служат основанием для постановки новых изобретательских задач. Поэтапная мозговая атака предусматривает последовательное решение проблемы от постановки задачи до внедрения.
Стратегия семикратного поиска. Сущность этого метода, разработанного Г.Я. Бушем, состоит в последовательном, системном и многократном применении различных таблиц, матриц, диаграмм, схем и т.п. Автор метода исходит из того, что эффективному одновременному рассмотрению, сравнению, изучению человек может подвергнуть до семи предметов, понятий, идей .
В методе различают стратегическую и тактическую части. Стратегия подразделяется на семь стадий:
1) анализ проблемной ситуации, общественных потребностей.
2) анализ функций аналогов и прототипа. Выявление оптимальных условий потребления и эксплуатации. Определение актуальных и главной функций.
3) постановка задачи. Формулировка задачи в общем виде, определение требуемого уровня решения и уровня качества технического объекта.
4) генерирование изобретательских идей, направленных на лучшее выполнение объектом его функционального назначения. Выбор и использование эвристических средств.
5) конкретизация идей (структура, конструкция, форма, материал, операции и их последовательность).
6) оценка альтернативы и выбор рациональных вариантов решения, отбор оптимального варианта.
7) упрощение, развитие и реализация решения.
Тактическая часть метода состоит из практических приемов, применяемых на разных стадиях процесса создания нового технического объекта.
Один из них - прием ʼʼсемь ключевых вопросовʼʼ. Как указывает Г.Я. Буш, еще римский оратор Квинтиллиан (I в. н.э.) определил семь вопросов, на которые крайне важно ответить, чтобы информация о событии, явлении, процессе, задаче была полной. К ним относятся следующие: кто? что? где? чем? зачем? как? когда? Эти вопросы направлены на получение информации соответственно о субъекте, объекте, месте, средствах, цели, методах и времени, относящихся к рассматриваемому явлению или событию.
Метод ступенчатого подхода основан на системном анализе причин, определяющих цели разработки, и препятствий на пути выработки конкретных решений. Его реализация должна быть представлена в виде следующей цепочки действий:
¨ определяется конечная цель решения задачи;
¨ выявляется основание для возникновения потребности в новом решении;
¨ находятся противоречия, которые вызывают крайне важно сть решения задачи;
¨ определение препятствий (или ограничений) на пути устранения выявленных противоречий;
¨ осуществляется поиск возможных средств для преодоления препятствий;
¨ строится модель задачи и проверка правильности решения.
Реализация метода способствует систематизации имеющейся информации и преобразованию найденной идеи в техническое решение.
Метод ʼʼматриц открытияʼʼ базируется на морфологическом анализе, но ориентирован, главным образом, на систематическое исследование приемлемого числа исполнения создаваемого объекта. По результатам анализа строится таблица, в строках которой записывают выбранные признаки объекта͵ а в столбцах - эвристические принципы их реализации. На пересечения ряда и столбца в каждую клетку записывают сведения о соответствующих возможных решениях. Реализацию этого метода затрудняет то, что использование в качестве показателей функциональных и конструктивных признаков объекта затрудняет выбор соответствующих эвристических приемов.
Метод функционального изобретательства , ᴛ.ᴇ. , выработка операций реализации технического объекта (физического преобразования, химического превращения и др.) и потребность, которая должна быть удовлетворена с помощью этого объекта. Реализация метода должна быть представлена как последовательность действий по определению функций отдельных элементов технического решения, выявления основной функции, поиска путей изменения последней, поиска методов реализации вспомогательных функций, которые необходимы для осуществления новой основной функции.
Метод функционального конструирования , предложенный Р. Коллером, основан на полном абстрагировании от конструктивных особенностей объекта. Внимание концентрируется на анализе функций, которые данный объект должен выполнять. При реализации уточняется основная функция объекта͵ которую представляют в виде совокупности элементарных парных (прямых и обратных) операций (излучение - поглощение, увеличение - уменьшение, соединение - разъединение, объединение - разделение и т.д.). Метод также предусматривает применение математических и логических операций. Выделение элементарных операций позволило осуществлять комбинаторный поиск их возможных носителей для воспроизведения базовых функций конструируемых объектов. Метод пригоден при автоматизированном поиске конструкций для реализации новых технических решений .
Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - это комплексная программа, основанная на законах развития технических систем и позволяющая проанализировать исходную задачу, построить ее модель, выявить противоречие, мешающее получению желаемого результата обычными (известными) путями, и найти наиболее эффективный прием разрешения этого противоречия. Сущность АРИЗ описана Г.С. Альтшуллером . Им же предложена классификация изобретательских задач, включающая пять уровней сложности:
1. Задачи, для решения которых достаточно применение средств (устройств, способов, веществ), которые используются по своему назначению. Сам объект не изменяется. В процессе решения достаточен ʼʼпереборʼʼ нескольких, вполне очевидных вариантов. Задача и средства ее решения обычно относятся к одной узкой сфере деятельности.
2. Задачи, в которых происходят некоторые изменения объекта и имеет место переход к отраслевому масштабу. Количество рассматриваемых вариантов решений возрастает до нескольких десятков.
3. Задачи, в которых предполагается значительное изменение объекта. Принципы решения чаще всего заимствуются из других областей техники.
4. Задачи, в которых объект изменяется полностью, а решения основаны на достижениях фундаментальной науки, прежде всего, в области физических и химических эффектов и явлений.
5. Задачи, в которых происходит изменение всей системы, в которую входит объект. Здесь средства решения чаще всего основаны на обширных экспериментальных данных (результаты сотен тысяч - миллионов опытов, собственных и описанных в литературе). Отправной точкой для решения задач этого уровня могут стать научные открытия. К примеру, решающее значение для становления передовых информационных технологий имели два открытия, сделанные в XX веке и отмеченные Нобелевскими премиями. Первое из них - лазерно-мазерный принцип, установленный Ч. Таунсом (США) и российскими физиками Н. Басовым и А. Прохоровым. Второе - интегральные схемы и полупроводниковые гетероструктуры для высокоскоростной и оптоэлектроники, разработанные интернациональным коллективом ученых: Д. Килби (США), Г. Кремером (ФРГ) и Ж. Алферовым (РФ) (цит. по ). Эти открытия создали предпосылки как для улучшения действия ранее существующих устройств, так и создания принципиально новых, которые сегодня широко используются в системах спутниковой связи и Интернета͵ мобильных телефонах и др.
Открытие принципов функционирования природных объектов вооружает изобретателей новыми средствами создания технических решений. Обобщение опыта создания технических решений изобретателями представлено в межотраслевом фонде эвристических приемов . Этот фонд ориентирован на различные области техники и содержит систематизированное обобщенное описание приемов, а также по 2-3 примера решения технических задач, активизирующих техническое творчество на стадии устранения главных недостатков и противоречий прототипа. Структура фонда включает 12 групп эвристических приемов (табл. 1 ).
Таблица 1 .
Методы изобретательского творчества - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Методы изобретательского творчества" 2017, 2018.
