Изобретательство как форма технического творчества. Теория решения изобретательских задач Г.С. Альтшуллера. Методы активизации инженерного творчества
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ _________________________________________________ А.А.Черный ПРИНЦИПЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА Учебное пособие Пенза 2005 УДК 687.02/.05 Черный А.А. Принципы инженерного творчества: Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 43 с.: библиогр. 14 назв. Изложены принципы инженерного творчества. Рассмотрены сущ- ность и принципы системного подхода к инженерным задачам, методы ак- тивизации инженерного творчества, возможность применения ЭВМ в творческом процессе. Приведены алгоритм решения изобретательских за- дач и схемы описания нового технического решения. Учебное пособие подготовлено в Научно-исследовательском ин- ституте плавки литейных сплавов при Пензенском государственном уни- верситете. Оно может быть использовано в учебном процессе при подго- товке инженеров по специальности «Машины и технология литейного производства», а также инженерно-техническими работниками при выпол- нении научно-исследовательских работ. Рецензенты: Кафедра «Машины и технология литейного производства» Камско- го политехнического института»; А.С.Белоусов, главный металлург ОАО «Пензадизельмаш» © А.А.Черный, 2005 2 ВВЕДЕНИЕ История возникновения и развития человечества – это, прежде всего, история изобретения различных изделий и технологий. Инженерное дело – это творческая техническая деятельность. В ли- тейном производстве имеется огромное количество нерешенных проблем. И поскольку без литых заготовок невозможно сделать многие машины, устройства, приспособления, сооружения, то предстоит решать сложные задачи улучшения качества и свойств отливок, создания новых компози- ционных материалов на основе литья. Оборудование, технологические процессы литейного производства необходимо непрерывно совершенство- вать, заменять более эффективными, безопасными, безвредными, энерго- сберегающими, экономичными разработками на основе новых открытий и изобретений. Чтобы стать изобретателем, нужным производству специалистом, надо научиться инженерному творчеству. По мере включения специалиста в творческий процесс накапливается опыт решения творческих задач. Ин- женер постепенно может стать новатором, крупным производственным деятелем, рационализатором, изобретателем. На основе изобретений многие специалисты защищают кандидат- ские и докторские диссертации. Инженеры-изобретатели становятся уче- ными, обучают изобретательству молодых специалистов. А это способст- вует тому, что количество запатентованных изобретений с каждым годом возрастает. Без изобретений нет новой техники, новых технологий. Поэтому обучение изобретательству дает большой экономический эффект. Запатен- тованные изобретения можно выгодно не только внедрять в производство, но и продавать зарубежным фирмам. Следовательно, инженерное творчество обеспечивает ускорение научно-технического прогресса и экономическое укрепление государства. 3 ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА Различают научное, научно-техническое и техническое творчество. Научное творчество удовлетворяет потребности познания окружающего мира, т. е. это творчество в фундаментальных науках, результатом которо- го являются открытия. Открытие - это установление неизвестных ранее объективно су- ществующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания. Научно-техническое творчество заключается в исследовании за- кономерностей известных явлений с целью их использования в практике. В основе этого вида творчества лежат прикладные науки, различного рода отраслевые исследования, в результате которых разрабатываются новые технические и технологические решения. Результатом данного вида твор- ческой деятельности являются преимущественно сложные изобретения. Техническое творчество реализуется в результате инженерной дея- тельности, направленной на разработку новых технических решений на основании известных закономерностей. Результатом технического творче- ства являются простые изобретения, рационализаторские предложения и конструкторские разработки. В качестве основного признака отличия одного показателя, харак- теризующего результат процесса творчества, от другого можно использо- вать степень новизны полученного решения. Промышленный образец – это новое художественно- конструкторское решение изделия, определяющее его внешний вид, соот- ветствующее требованиям технической эстетики, пригодное к осуществле- нию промышленным способом и дающее положительный эффект. Любую инженерную задачу (ИЗ) можно упрощенно представить совокупностью трех компонентов: < ИД, А, Р >, где ИД - исходные данные (материалы, сырье, энергия, информация и т. п.); А - алгоритм решения за- дачи (способ переработки сырья, обработки информации или преобразова- ния энергии, технология изготовления изделий); Р - результат решения за- дачи (конечный продукт). Эти компоненты в зависимости от типа задачи могут быть извест- ными (заданными) или неизвестными (неопределенными). В зависимости от этого все множество инженерных задач можно свести к конечному чис- лу типов задач. Если все компоненты задачи известны, то имеет место обычная инженерная задача. Ко второму типу относятся задачи, в которых неизвестны исходные данные. Это инженерная задача поиска сырья, исходного продукта, источ- 4 ника энергии или информации и т.д. для достижения известной цели из- вестным способом. В третьем типе задач неизвестен способ преобразования исходных данных в конечный результат. Это инженерная задача поиска новой техно- логии переработки сырья, нового способа преобразования энергии или ал- горитма обработки информации, новой конструкции или новой технологии изготовления заданного изделия из конкретных материалов. К четвертому типу относятся задачи, в которых неизвестен конеч- ный результат, т.е. задачи поиска новой модели конструкции, формы, функции, материала и т.д. путем преобразования заданных исходных дан- ных известными способами (технология). Пятый тип – это задачи, в которых известен лишь конечный ре- зультат (продукт, изделие). Это инженерные задачи поиска нового исход- ного сырья и новой технологии для достижения известной цели, создания искусственных конструкций, материалов. В шестом типе задач известными являются только исходные дан- ные. Это инженерные задачи утилизации, эффективного использования ре- зервов и возможностей, превращения вредных явлений в полезные, поиска нового применения известных объектов. К седьмому типу относят задачи, в которых известен лишь способ, явление преобразования. Это задачи практического применения открытий, результатов научных исследований, законов, физических и химических эффектов и явлений. И, наконец, последний тип, когда неизвестен ни один из компонен- тов, относится к новым, пока еще не существующим задачам. Данная классификация инженерных задач позволяет предопреде- лить необходимые методы и средства решения. Если один или два компо- нента неизвестны, то задача может быть отнесена к изобретательским за- дачам. Решение изобретательской задачи немыслимо без сбора, анализа и переработки информации о новейших творческих разработках, о тенден- циях развития соответствующей отрасли техники и конкретного техниче- ского объекта, о существующих и прогнозируемых общественных потреб- ностях, новых научных достижениях и технических возможностях. Одним из решающих факторов научно-технического прогресса яв- ляется трансформация научных знаний и результатов творческой деятель- ности в производственные процессы. 5 СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ИНЖЕНЕРНОМ ТВОРЧЕСТВЕ Системой называется такая совокупность элементов, обладающих различными свойствами, параметрами и пространственной структурой, ко- торая обеспечивает выполнение какой-либо единой цели или функции. Система – это совокупность элементов, связанных технологически, конст- руктивно, функционально. Эффективное решение инженерной задачи возможно лишь на ос- нове всестороннего, целостного рассмотрения разрабатываемой системы и ее развития (изменения) в процессе взаимодействия с окружающей средой. Лишь такой системный подход способен привести к подлинно творческим новаторским решениям, вплоть до сложных изобретений и научных от- крытий. Для систем рассматриваются три характерных типа задач. Задача анализа – задана структура системы, необходимо опреде- лить ее функционирование (поведение). Задача синтеза – заданы характер функционирования и другие требования к системе, необходимо определить структуру, которая удовле- творяет постановленным требованиям. Задача «черного ящика» - задана система, структура которой неиз- вестна или частично, определить ее функционирование и, возможно, структуру. В общем случае, для того чтобы любой объект можно было рас- сматривать как систему, необходимо определить его системные характери- стики: функцию, структуру, свойства и связи с окружающей средой. В задачу системного анализа объектов входят: - разработка формализованных моделей, описывающих структуру, функцию и свойства систем; - характеристика иерархического строения систем и взаимосвязей элементов различного уровня; - определение интегральной функции системы на основе функций отдельных элементов; - определение общих свойств системы, исходя из свойств состав- ляющих ее элементов. Системный подход к творческой деятельности ориентирует инже- нера применять научные методы там, где силы воображения и опыта не- достаточно. Такой подход является предпосылкой изобретательской дея- тельности и эффективного проектирования и конструирования, а также по- зволяет отойти от устаревших традиций и шаблонов. С развитием науки появляются новые знания, которые позволяют разработать новые материалы, технические решения и использовать их для 6 создания нового технологического оборудования (объектов техники). Но- вая техника внедряется в производство с целью повышения его эффектив- ности. Отсюда очевидно, что темпы развития науки должны опережать темпы развития техники и производства. Освоение нового изделия или технологического является, как пра- вило, результатом большой предварительной работы, включающей науч- ные исследования, научное прогнозирование, патентный поиск, сравнение с лучшими образцами передовых отечественных предприятий и зарубеж- ных фирм, предварительный расчет экономической эффективности капи- тальных затрат. Наибольший экономический эффект дают новые изделия или технологические процессы, разработанные на основе фундаменталь- ных исследований, принципиально новых научных идей и направлений, технических решений, защищенных охранными документами (авторскими свидетельствами или патентами). Важную роль в повышении эффективности инженерной деятельно- сти и ее творческих результатов при поиске новых технических решений играют знание закономерностей развития технических систем, умение их анализировать и использовать для выявления резервов их развития, опре- деления целесообразности совершенствования или создания принципиаль- но новых технических систем Закономерности развития техники должны помогать находить от- веты на ряд вопросов, которые могут возникать у творчески работающих конструкторов и инженеров, технологов. Это следующие вопросы: Как для определенного класса технических систем и техники в це- лом происходит прогрессивная конструктивная эволюция, т.е. как со вре- менем изменяются функциональная структура, принцип действия и техни- ческое решение? Как со временем изменяются производительность труда и другие критерии прогрессивного развития определенного класса технических сис- тем? Как возрастают со временем потребности и соответствующие им функции технических систем в смысле разнообразия и количественной ха- рактеристики? Как возрастает со временем разнообразие технических систем, имеющих одинаковые или близкие функции, а также разнообразие техни- ческих систем в отрасли? Как возрастает со временем сложность технических систем? Как растут со временем затраты энергии, материалов и информа- ции в расчете на одного человека? Таким образом, инженер, приступая к разработке новой техниче- ской системы, должен, используя диалектический метод и системный под- 7 ход как методическую основу технического творчества, проанализировать динамику развития и обоснованно сформулировать конкретную программу своих действий. Исходя из того, что технический объект рассматривается как сис- тема, системный подход основывается на ряде принципов, раскрывающих его сущность. Рассмотрим некоторые из них. Принцип целостности заключается в признании того, что некото- рые совокупности объектов могут проявлять себя как нечто целое, обла- дающее такими свойствами, которые принадлежат именно всему целому (системе), а его составным частям элементам и подсистемам данной (сис- темы), и позволяют выделить эту совокупность из основного мира, состав- ляющего окружающую среду данной системы. Например, совокупность гладильной подошвы, нагревательного элемента в виде спирали, регулятора температуры, ручки, собранных оп- ределенным образом, образует электрический утюг, который рассматрива- ется не как совокупность деталей, а как нечто целое, самостоятельное, об- ладающее свойствами, отличными от свойств своих частей. Из этого прин- ципа следует важная особенность системного подхода, заключающаяся в требовании не ограничиваться при разработке новых машин, устройств анализом их частей и взаимодействии между ними, а обязательно пости- гать и учитывать свойства системы как целого. Принцип совместимости элементов в системе указывает на то, что система, обладающая определенными системными свойствами, может быть построена не из любых элементов, а только из таких, свойства кото- рых удовлетворяют требованиям совместимости. Это означает, что собст- венные свойства элементов (форма, размеры, контур, поверхность, цвет, физико-механические характеристики и др.) должны быть такими, чтобы обеспечивать взаимодействие их друг с другом как частей единого целого. Принцип структурности заключается в признании того, что эле- менты, из которых создается система, находятся в системе не произвольно, а образуют определенную, характерную для данной системы структуру, описываемую некоторым системообразующим отношением, выражающим взаимосвязь и взаимозависимость между элементами в системе. Принцип нейтрализации дисфункций указывает на то, что в силу своих внутренних свойств или под воздействием внешней среды элементы системы могут приобретать свойства и функции, не соответствующие свойствами и функциям системы в целом. Поэтому при создании новых систем из определенной совокупности элементов с целью обеспечения ус- тойчивости системы необходимо предусматривать «механизмы», на пра- вильные на нейтрализацию дисфункций. 8 Принцип эволюции утверждает, что для различных технических систем характерно явление эволюции, поэтому необходимо использовать эволюцию как мощный инструмент технического творчества и не наносить вред будущему непродуманным вмешательством в эволюционные процес- сы развития. Принцип специализации и интеграции функций указывает на то, что при развитии систем происходят два как бы противоположных и в то же время взаимодополняющих явления, способствующих повышению эффек- тивности системы: с одной стороны, специализация элементов на выпол- нение определенных функций, с другой - сосредоточение родственных функций у определенных элементов, т.е. возникновение интегральных функций и иерархических структур. Принцип лабилизации функций. С развитием системы появляется свойство быстрого изменения и приобретения новых функций при относи- тельной стабильности состава и структуры системы. Принцип адаптации. Техническая система, функционирующая в изменяющейся окружающей среде, должна обладать свойствами адапта- ции, т.е. свойством перестраивать свои структуру, параметры и функцио- нирование с целью удовлетворения потребностей окружающей среды. Необходимость создания адаптивных систем следует из самого факта изменчивости окружающей среды, а возможность адаптации дости- гается вследствие изменения параметров структуры и поведения системы, применения механизмов положительных и отрицательных обратных свя- зей. Принцип изоморфизма указывает на существование изоморфизмов в структуре, функционировании и развитии систем различной субстанци- онной природы. Поиск общих свойств и закономерностей в строении, функционировании и развитии различных систем позволяет использовать их в разработке новой техники и технологии. Принцип полифункциональности заключается в признании поли- функциональности в назначении и поведении технических систем, выте- кающей из возможности существования системы нескольких целей или функций. Принцип комплексности состоит в том, что при разработке новых технических систем целесообразно использовать комплексный подход, за- ключающийся в построении и синтезе разноаспектных моделей одной и той же системы, а также в привлечении к работе представителей разных специальностей с целью полноты охвата всех проблем и аспектов. Принцип итеративности процесса разработки новых технических систем. Необходимость итераций вытекает из следующего: инженер, раз- рабатывая сложную техническую систему, не может охватить все возмож- 9 ные ситуации сразу, поэтому его знание оказывается неполным, нуждаю- щимся в дополнениях, уточнениях, в сравнениях с действительностью для выявления и устранения упущений. Необходимая полнота знания полнота знания и понимания достигается лишь в результате ряда итераций. Принцип учета вероятностных факторов. Любая достаточно сложная техническая система вследствие невозможности проследить все причинно-следственные связи в самой системе и в окружающей ее среде выступает как не вполне детерминированный объект. Отсюда при созда- нии новых технических систем и технологических процессов встает необ- ходимость статистического исследования и вероятностной оценки явле- ний, протекающих в системе и в окружающей среде путем сбора и обра- ботки соответствующих статистических данных. Принцип иерархической декомпозиции заключается в признании от- носительности понятий «система» и «элемент» в том смысле, что всякий элемент может быть рассмотрен как система при переходе к более детали- зированной страте анализа и всякая система может быть рассмотрена как подсистема или элемент более обширной системы. Принцип вариантности указывает на существование различных альтернатив технического решения системы, различных путей достижения одной и той же цели. Отсюда вытекает стремление проанализировать все возможные варианты решений с целью выбора наиболее эффективного. Принцип математизации. Для облегчения анализа и выбора реше- ния при разработке технических систем с помощью количественных оце- нок вариантов целесообразно применять математические методы исследо- вания операций, оптимизации и другой аппарат системного анализа. Принцип имитации заключается в целесообразности построения и программирования на ЭВМ моделей, имитирующих функционирование (поведение) технической системы или ее элементов. В результате такого воспроизведения процессов, протекающих в системе, проверяется пра- вильность принятых решений, заложенных в создаваемом объекте. Системный подход может и должен широко использоваться для решения разнообразных поисковых задач в технике, он предполагает рас- смотрение объекта как системы, имеющей многообразные связи между ее элементами. И в этом его основное отличие от традиционных требований классической науки, которые направляют умственную деятельность на отыскание простых элементарных основ всякого объекта, т.е. требуют све- дения сложного к простому. Системный подход не дает конкретных рекомендаций в поисковой деятельности, но, являясь не очень жестко связанной совокупностью по- знавательных правил, помогает найти общее направление поиска, увидеть задачу более полно и глубоко. 10
По определению ЮНЕСКО инженер - это такой работник, который умеет творчески использовать научные знания, проектировать и строить промышленные предприятия, машины и оборудование, разрабатывать (применять) производственные методы, используя различные инструменты (отдельно или в различных комплектах), конструировать эти инструменты, пользоваться ими, хорошо зная принципы их действия и предугадывая их «поведение» в определенных условиях.
Обращает на себя внимание условие творчески использовать знания. Есть немало понятий, интуитивно нами принимаемых, над которыми мы даже не задумываемся. Все знают, что такое время, пространство. Но никто не может дать им строгого определения. Это понятия априорные, принимаемые на веру. Творчество - тоже понятие всем знакомое. Но что можно считать творчеством? Ответ не так прост, как кажется. Попробуйте дать ему определение…
БСЭ определяет творчество как деятельность, порождающую нечто качественно новое, никогда ранее не бывшее. Новизна, оригинальность продукта, результата – необходимый признак творчества. Но еще не достаточный. Мы говорим об инженерном, техническом творчестве. Чаще всего это связывается с открытиями и изобретениями. Изобретение – всегда новое. Но задумаемся:
— Инки в Америке не знали колеса,
— Европейцы не изобрели катамарана.
А если бы кто-то из них сделал такое изобретение не зная, что на другом конце Земли оно уже есть? Было бы творчество? Несомненно. Следовательно, мировая новизна – еще не все. Результат творчества может быть и личностно значим. Особенно ярко это в обучении, освоении наук. Рацпредложение – имеющее новизну в пределах одного предприятия. Но тоже - продукт творчества.
Кстати, почему инки не изобрели колеса, а папуасы изобрели катамаран? У инков практически не было дорог, подходящих для колес, одни джунгли. А у папуасов – твердые пальмовые стволы и примитивные инструменты. Общественная потребность и технологические условия накладывают отпечаток на творчество.
Еще пример. В Англии был запатентован чайник с двумя носиками. Чтобы хозяйка не затруднялась, кому из двух почетных гостей налить первому. В России запатентованы запонки в виде цилиндрика, куда вставлялся огрызок карандаша. По замыслу автора, такие запонки должны носить деловые люди, чтобы их все узнавали. Сейчас такое не запатентуют. Актуальную общественную потребность они не удовлетворяют.
Но не надо путать с полезностью. Уничтожать народы или защищаться - это тоже актуальная общественная потребность. Поэтому создание атомной бомбы - это тоже инженерное творчество, а не антитворчество, как предлагают некоторые ученые.
Не менее важен и еще один аспект - та основа, на которой базируется творческая деятельность. Это общественный опыт человечества, преломленный в знаниях отдельного человека. Чистый, «лабораторный» эксперимент в этой связи предлагает нам мировая литература. Человек терпит бедствие на необитаемом острове. В романе Дефо «Робинзон Крузо» и у Ж.Верна в «Таинственном острове».
Но Крузо - неграмотный матрос с корабля. Определенный минимум: жилище, огонь, земледелие он создал, но для полноценной жизни ему понадобился подарок судьбы – разбитый корабль, а с него – порох и ружья. У инженера Смита в «Таинственном острове» не было ничего, кроме металлического собачьего ошейника. Но он сумел сделать все, вплоть до стекла и нитроглицерина. Совсем другой запас знаний, навыков, умения применять их творчески. Представьте, что на необитаемый остров попал бы современный инженер… Существует также расхожее, но некорректное разделение на творческие и нетворческие деятельности, профессии, результаты. Вернее будет определить творчество какуровень деятельности, возможный в любой профессии. При этом выбор в пользу репродуктивного пути решения задачи, дабы «не изобретать велосипед», тоже является актом творчества.
Но все это так или иначе касается инженерного, профессионального, «взрослого» творчества. А может ли оно быть присуще деятельности студента, тем более школьника? В институте вы не раз услышите мнение, что сначала надо овладеть основами наук, освоить инженерные приемы, вот тогда можно говорить о творчестве. Не раз это будут говорить на младших курсах. А на старших – будут удивляться почему у вас такая лень мысли, нежелание блеснуть оригинальным решением в курсовом и дипломном проекте? А дело все в том, что творческий характер человеческого мышления не в силах отменить ни учебный график, ни самый уважаемый профессор. Творчество для нас естественно как дыхание. Дело лишь в глубине этого процесса, в значимости его продуктов. Учение – это всегда совершение уже кем-то совершенных открытий. Это всегда процесс творчества. Есть расхожее, но неверное мнение, что учитель передает ученику какую-то сумму знаний и получается слепок, копия знаний учителя в памяти ученика. Это невозможно. Информация, сообщаемая учителем, всегда преломляется через личный опыт ученика, какие-либо непонятые места домысливают через фильтр его «представлений». В результате получается знание, лишь в общих чертах отвечающее знаниям обучающего. Но о том, как эффективнее обучаться, мы еще поговорим, а пока попробуем опуститься в глубины психологии творчества, попытаемся разобраться в его механизме.
В философском, обобщенном, освобожденном от частностей смысле процесс творчества часто изображается так (Б.М.Кедров):
Обращает на себя точка разрыва, психолого-познавательный барьер (ППБ), который мы преодолеваем в виде таинственно возникшей догадки, озарения, инсайта. «И случай, бог изобретатель…» (А.С.Пушкин).
Часто связывают это с каким-либо внешним событием, натолкнувшим на решение. Это и порождает легенды об сцепившихся обезьянах, натолкнувших Кекуле на формулу бензола. Или прыгающая крышка чайника – на изобретение паровой машины. Но для этого мозг должен долго и безуспешно работать над решением этой задачи.
Схема эта слишком алгоритмична, практически повторяет структуру любой деятельности. Но так или иначе отметим важнейшую особенность творчества – необходимость выхода за пределы непосредственно данной информации.
Нам интереснее разобраться еще глубже в психологическом механизме творчества. И не лишне будет привести самонаблюдения человека, имя которого носит наш институт – А.Н. Туполева.
«Случается, что мысли и соображения вокруг приходят в гостях, в театре, на улице, и тогда я набрасываю эскизики на всем, что окажется под рукой — на газете, на картине, на коробке от конфет.… Люблю двигаться, обдумывая те или иные технические элементы, связанные с будущей конструкцией, расхаживаю по комнате».
«Когда начинаешь продумывать вопрос, занимаешься поисками, критически просматриваешь то, что было тобой сделано. Сознаешь, ощущаешь, что оно не годится, но уже кажется не приятным, иногда даже физиологически противным. Стремишься отойти от тех решений, которые были, хочется подойти к задаче с какой-то новой, непривычной стороны, взглянуть на нее с новой точки зрения». Обратите внимание: сознательное и бессознательное ощущение, эстетическое неприятие.
Собственно, с таких самонаблюдений ученых и начиналась психология творчества. И сейчас, хотя еще много непонятных и спорных вопросов в ней, представляет интерес схема центрального звена психологического механизма творчества Я.А.Пономарева, который он предложил рассматривать как пять уровней организации мышления:
Образно мы можем сравнить механизм творчества с морем, логическую, осознаваемую поверхность которого мы отчетливо видим и оцениваем, а жемчужины открытий скрываются на дне интуитивного. Наша мысль при решении проблемы не раз проходит через эти уровни. Но есть две общих закономерности:
1. Осознание задачи всегда происходит на уровне более высоком, чем тот, на котором приходит решение.
2. От амплитуды проникновения через уровни зависит глубина творческого процесса и ценность его результатов.
Поэтому не только мировые открытия, но и поиск инженерных компромиссов и в какой-то мере применение готовых решений к новым задачам – это тоже творчество.
Интересно, что независимо от этой схемы, при создании теории решения изобретательских задач Г.С. Альтшуллером выделено пять классов возможных технических изобретений:
1. Мелкие усовершенствования в одном классе ТО, которые, строго говоря, и не являются изобретениями.
2. Изобретения, в которых задача одного класса ТО решается способом, примененным в другом классе ТО. Например, для токарного станка усовершенствование – методом, известным для фрезерных станков.
3. Изобретение, совершаемое в пределах возможностей одной науки.
4. Изобретение, совершаемое на стыке наук.
5. Основополагающие изобретения, приводящие к созданию принципиально новой отрасли техники (лазер, авиация и т.п.)
Но тут же возникает вопрос: а почему именно пять уровней и откуда они, собственно, взялись в нашем мозге?
А дело в том, что эти пять уровней – это видоизмененные пять этапов развития, которые все мы проходили, беря один рубеж за другим, начиная с самого рождения:
1 этап – Решение задачи путём манипуляций с вещами. Структура деятельности во внутреннем плане не дифференцирована
2 этап – Решение задачи путём манипуляций с предметами. Структура деятельности дифференцируется
3 этап – Манипуляция представлениями вещей. Различение процесса и результата
4 этап – Манипуляция представлениями предметов. Найденный путь – основа плана повторных действий. Развивается структура деятельности
5 этап – Тенденции полностью развиваются, действия систематичны, программированы, построение плана предваряется анализом структуры задачи
Все эти этапы вы прошли. У вас были те или иные игрушки, те или иные задачи вставали перед вами. Или – наоборот, не вставали и не было игрушек. У кого-то на этих этапах возник интерес к авиации, своего рода фанатизм. Кто-то логически рассудил – куда легче поступить. То есть у вас может быть разное качество исполнения этих пяти уровней. Могут быть определенные провалы, которые вы компенсируете более сильно развитыми уровнями. В быту это выражается в словах типа: «у него быстро варит котелок», «этот досконально во всем разбирается» и т.д. От этого – разные степени успешности в инженерной деятельности в учебе. Усредненный подход к образованию не дает проявиться оптимальным для каждого человека качествам мышления.
На уровне представлений, полуинтуитивных догадок могут сформироваться понятия, которые логикой не проверяются, но по сути неверные, хоть мы и верим в них.
В институте к ним обычно не возвращаются, как к элементарным, само собой разумеющимся.
Поэтому есть инженеры, которые окончив КАИ, уверены, что самолет способен в буквальном смысле «преодолеть звуковой барьер», и дальше лететь легко и свободно. Хотя это лишь неудачное, но «прилипшее» журналистское выражение.
Или угар компьютеризации, термины типа «диалог с ЭВМ», «делегирование полномочий компьютеру» наводят на устойчивое представление, что с ЭВМ можно общаться. И когда-то она станет умнее нас. Ничего подобного. Общаются люди. Пользователь программы – с разработчиком. И только их общение опосредовано ЭВМ, разнесено во времени и пространстве. Ведь не общаемся мы с телефонной трубкой, хотя можем на нее сердито смотреть, бросить с досадой и т. п. Это кажется неважным, но вспомним Конфуция: «Когда имена неправильны – суждения несоответственны. Когда суждения несоответственны – дела не исполняются».
Так вот, неразвитость у вас тех или иных уровней, разница в стиле решения задач, компенсируется другими, более развитыми качествами. В учебе можно недостаток продуктивного мышления компенсировать памятью (крайний случай – зубрежка). Можно наоборот.Но усредненный подход к обучению в вузе будет наталкивать на мысль, что среди нас есть люди способные и неспособные к инженерному творчеству.
На самом же деле – это навязанные стереотипы. Я назову слова, а вы подумайте, какие ассоциации они у вас вызывают.
- Рабочий (плакат с улицы)
- Начальник (кабинет, секретарша, хам)
- Интеллигент (очкарик)
- Инженер (холодный практик)
- Учёный (чудаковатый профессор)
Вот такие стереотипы и налипли на понятие инженера, инженерного творчества. Вроде бы как неприлично быть поэтом, обладать фантазией, яркостью ассоциаций. Надо быть строгим, логичным, сухим. Это опять «накручено» журналистами. Но ведь вся логика доказательств – это лишь приукрашивание пути, пройденного для получения интуитивного результата.
И все-таки – о способности и неспособности к творчеству.
Творческие способности.
Гальтен считал их наследственными.
Ломброзо считал гениальность психическим расстройством.
Более симпатичная гипотеза, что только творчески работающий мозг нормален.
Можно дать краткий перечень, исходя из схемы процесса творчества.
1. Зоркость в поисках проблемы.
2. Способность к свертыванию мыслительных операций.
3. Перенос опыта (аналогии)
4. Гибкость мышления
5. Дивиргентность мышления
6. Готовность памяти (не объём)
7. Способность к сцеплению и антисцеплению
8. Владение речью, языком
9. Легкость генерирования идей
10. Склонность к риску.
Но если по этому показателю сравнить Туполева и Королева, Туполев получил бы низкую оценку. Скорость и качество не одно и тоже.
Какое полушарие мозга и в какой степени активизировано. Мозг функционально асимметричен: левое – логическое, вербальное; правое – образное, эмоциональное.
В американских технических колледжах в семестре преподается серьезный гуманитарный предмет. Для чего? «Накачивание» только левого приводит к недогрузке правого, а оно в свою очередь тормозит развитие левого. Заставляя работать активно правое полушарие, мы получаем и развитие левого. Поэтому, когда вам говорят о гармоничном развитии, это не пустые назидания. Это – физиологическая необходимость.
Дарвин в конце жизни сказал, что если бы он мог начать жизнь сначала, он бы поставил себе за правило хотя бы полтора часа в день слушать музыку и читать стихи. Это как раз один из эффективных способов развивать ассоциативное мышление (Авангардная живопись, «Аквариум»).
Гибкость ума – это и наличие чувства юмора, умение думать в условиях неопределенности, парадокса. Читайте юмористов, особенно афоризмы.
У человека могут быть разные склонности к профессиям, в зависимости от того, что является предметом его труда (Е.А.Климов):
Человек — человек
Человек — природа
Человек – знаковая система
Человек – техника
Человек – художественный образ
Это можно диагностировать. И исходя из этого, строить свою работу над собой. Соответственно – разные успехи в разных науках. Человек с низкой склонностью к типу «знаковая система» будет испытывать трудности с матанализом, аэродинамикой, теорией упругости и подобными науками. Значит надо компенсировать сложности в этих науках памятью, логикой, решением типовых задач и т.п.
Есть и специальные, эмпирически найденные приемы активизации творчества, так называемые эвристики.
Научно-техническая эрудиция – в первую очередь умение сворачивать и обобщать. Можно выучить ТТХ всех самолетов, а можно запомнить, что у Як-40 взлетная масса – 13 тонн, а у Ил-62 – 160,5. И, знакомясь с описанием нового самолета, мысленно прикидывать его параметры к знакомой машине. Например, узнав, что взлетная масса Су-27 – двадцать пять тонн, можно удивиться, что этот истребитель вдвое тяжелее Як-40, который перевозит тридцать пассажиров.
Выведены общие законы развития техники. Закономерности можно найти и для любых частных ТО, например, самолета. Изучение истории техники со свертыванием информации – благодатный путь для развития технической эрудиции.
Не раз пригодится в вашей деятельности прием анализа, т.е. расчленение на элементы и их связи, выявление наиболее значимых из них. На этом построена теория решения изобретательских задач и созданные на ее базе алгоритмы.
Синтез – установление новых связей между элементами на основе анализа задачи.
Но главное – для успешной творческой деятельности – познать себя, свои развитые качества, неразвитые, найти оптимальные приемы учебы и работы, свободные от внешних стереотипов.
А. И. Половинкин
ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА
2-е издание, переработанное и дополненное
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений
«МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1988
ББК 32.81 П52 УДК 668.512.2 (075.8)
Рецензенты д-р техн. наук проф, Р. Р. Мавлютов, канд. техн. наук А. В. Никитин, канд. психологических наук А. А. Вербицкий Половинкин А. И.
Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов.—М.: Машиностроение, 1988. — 368 с.г ил.
ISBN 5-217-00016-3
Даны основные понятия, единые для различных эвристических и машинных методов инженерного творчества (функция технического объекта, функциональная структура, физический принцип действия, техническое решение, критерии развития и др.). Изложены наиболее распространенные эвристические методы: мозговой штурм, метод эвристических приемов, морфо< логический анализ и синтез, функционально-стоимостной анализ, Изложены машинные методы поискового проектирования и конструирования применительно к задачам поиска улучшенных физических принципов действия и технических решений. Весь материал иллюстрирован иа примерах из различных областей техники.
ISBN 5-217-00016-3 Издательство «Машиностроение», 1988
ПРЕДИСЛОВИЕ
В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года», утвержденных XXVII съездом КПСС, указана генеральная линия нашей страны — ускорение социально-экономического развития на основе научно-технического прогресса и всесторонней интенсификации. При этом отмечено главное направление работы: «Осуществить коренное повышение технического уровня выпускаемой продукции. Обеспечить создание и освоение производства техники новых поколений, позволяющей многократно повысить производительность труда, улучшить его условия, существенно снизить материальные затраты». Решение этих задач в первую очередь связано с изобретением, разработкой и освоением новых машин, приборов и оборудования, новых технологий и материалов.
Один из главных недостатков в подготовке большинства выпускников инженерных специальностей — неумение самостоятельно ставить новые задачи, неумение решать задачи поиска новых конструкторско-технологических решений на уровне изобретений, обеспечивающих в итоге повышение качества продукции, достижение мирового уровня, всестороннюю интенсификацию и экономию ресурсов. Учебный процесс в основном построен на решении таких теоретических и практических задач, для которых уже имеется готовая постановка задачи, дается способ ее решения в виде четкого алгоритма, имеются примеры решения задач по этому способу, а преподавателю (а часто и студенту) известен ответ. При этом решение задачи часто превращается в рутинную работу, не требующую глубоких творческих размышлений.
В дополнение к приобретению навыков решения таких задач (что выпускник также должен уметь хорошо делать!)будущийспециалист обязан овладетьзнаниями и навыками решения творческих инженерных задач, в которых нет готовой постановки, неизвестен способ решения, нет близких примеров решения аналогичных задач, а преподавателю — неизвестен ответ, обычно имеющий несколько вариантов.
Необходимость восполнения указанного пробела в подготовке специалистов особо выделена в «Основных направлениях перестройки высшего и среднего специального образования в стране», где сказано: «Первоочередная задача — осуществить решительный поворот от массового, валового обучения к усилению индивидуального подхода, развитию творческих способностей будущих специалистов... Процесс формирования инженерных кадров должен быть подчинен развитию у них навыков самостоятельного технического творчества, системного анализа технико-экономических проблем, умения находить эффективные решения».
Введение в вузах дисциплины «Основы инженерного творчества» призвано сыграть ключевую роль в реализации этого директивного указания, а также в перестройке и повышении эффективности их работы. Опыт преподавания такой дисциплины в ряде вузов страны и за рубежом позволяет прогнозировать прогрессивные положительные результаты изучения методов инженерного творчества в увязке с другими дисциплинами и различными видами учебной работы.
Во-первых, резко возрастает доля студентов, работающих увлеченно и самостоятельно, в итоге приобретающих активную позицию и повышенный творческий потенциал — весьма актуальные качества для молодого специалиста. Во-вторых, многократно увеличивается доля курсовых и дипломных проектов, содержащих творческие инженерные решения. В-третьих, возрастает объем интеллектуальной продукции на кафедре в виде авторских свидетельств и патентов на изобретения, сделанных преподавателями и студентами, а также в виде разработанных и реализованных на практике предложений по новым конструкторско-технологическим решениям.
Автор выражает благодарность и признательность Т. П. Бабинцевой, С. А. Генералову, Т. М. Зверевой, С. Г. Колесникову, С. А. Николаеву, Я- Ш. Флейтману, С. А. Фоменкову, оказавшим большую помощь в подготовке рукописи книги.
УСЛОВНЫЕОБОЗНАЧЕНИЯ
АБИЗ — автоматизированный банк инженерных енаний
ИТ — инженерное творчество ИТР — идеальное техническоерешение КПД — коэффициент полезного действия
МА — мозговая атака НТП — научно-технический прогресс
ОС — окружающая среда РЭА — радиоэлектронная аппаратура САПР — система автоматизированного проектирования СДС — синтез допустимой структуры
ТЗ — техническое задание ТИЗ — творческая инженерная задача
ТО — технический объект
ТР — техническое решение
ТФ — техническая функция УПП — универсальноепространство параметров -
ФО — физическая операция
ФП — функция планирования ФПД — физическийпринцип действия
ФС — функциональная структура ФСА — функционально-стоимостной анализ ФТЭ — физико-технический эффект
ФУ — функция управления
ФЭ — функциональный элемент ШЛП — шаг локального поиска
ЭП — эвристический прием
ЭФ — энергетическая функция
ВВЕДЕНИЕ
История развития человечества — это прежде всего история изобретения, создания и совершенствования различных изделий и технологий. Систематическое использование и обработка нашими далекими предками камня и палки, начавшиеся около миллиона лет назад, технология добывания и использования огня, возникшая примерно 100 тыс. лет назад, лук и стрелы с кремниевыми наконечниками, появившиеся около 10 тыс. лет назад, повозка с колесами, выплавка бронзы, водяное колесо, токарный станок, скрипка, паровая машина, пластмассы, телевизор, вычислительная машина, космический аппарат, искусственное сердце и необозримо многое другое — все это результаты удивительного, мучительного и величественного процесса, называемого творчеством.
Тысячи известных и безымянных изобретателей и рационализаторов породили необъятный теперь мир техники и технологии. Этот мир действительно велик. Только в нашей стране номенклатура выпускаемых изделий превышает 20 млн. единиц!
Если говорить в целом об истории инженерного творчества (ИТ), то прежде всего вызывают удивление темпы его роста, которые иллюстрируются табл. 1, где под классом изделий подразумеваются технические объекты, имеющие одинаковые или очень близкие функции (например, класс молотков, болтов, стульев, стиральных машин, токарных станков, паровых турбин и т. д.). При взгляде на табл. 1 невольно возникает вопрос, какие же показатели по числу классов и сложности изделий будут через 100 лет?! Что изменится за этот, с одной стороны, малый промежуток времени (по сравнению со всей историей технического прогресса), а с другой — очень большой, если учесть современные, заметные каждому темпы развития техники, которые продолжают ускоренно возрастать?!
Что Вы, дорогой читатель, запишите в последней строке табл. 1? Каков будет мир техники через 25, 50 и 100 лет?
Цели и задачи настоящей учебной дисциплины — обучение навыкам постановки и решения задач поиска (изобретения) новых, более эффективных конструкторско-технологических решений, в том числе решений, превосходящих мировой уровень. Такие задачи возникают при разработке новых машин, приборов, технологического оборудования и технологий, при выполнении плановых работ по реконструкции и модернизации. Решение проблемы интенсивного развития экономики выдвинуло большое число дополнительных творческих инженерных задач, связанных с экономией трудовых ресурсов, сырья, материалов и энергии.
Другая не менее важная цель изучения дисциплины — подготовка к овладению интенсивной технологией инженерного творчества, основанной на использовании методов ИТ, специально подготовленной информации и вычислительной техники.
Почему с возрастающей настойчивостью ставится вопрос массового обучения молодежи методам ИТ?
В возрасте до 20—25 лет значительно легче формируется творческая личность, осваиваются психология и методология ИТ, нежели после 30 лет. Известно, что революционные идеи создания новых высокоэффективных машин, аппаратов, приборов и технологий чаще выдвигают и разрабатывают люди до 30 лет. Ускорение научно-технического прогресса, экономическая мощь страны находятся в прямой зависимости от ее творческого потенциала, т. е. от числа творчески работающих конструкторов, технологов, ученых. Широкое и активное участие молодежи в инженерном творчестве многократно увеличивает творческий потенциал страны.
Другая причина связана с возрастанием сложности изделий, что было уже показано в табл. 1, в глобально-историческом разрезе. Однако особый интерес вызывают последние десятилетия, в течение которых наблюдаются быстрый рост сложности изделий по числу деталей и используемых физических эффектов, расширение номенклатуры используемых материалов и комплектующих элементов, рост разнообразия самих технических систем, сокращение времени их создания и морального старения, возрастание объема патентной и научно-технической информации и т. д. Эти факторы привели к такому положению, когда объем работ по выбору новых улучшенных проектно-конструкторских решений, т. е. по ИТ, начиная с середины XX века возрастает за каждые 10 лет примерно в 10 раз (при условии сохранения качества разработок). Это по существу не прекращающееся во времени взрывообразное увеличение объема работ все более не согласуется с фактическим ростом числа научных и инженерно-технических работников, призванных обеспечивать технический прогресс. Ниже показано относительное возрастание объема работ по ИТ и максимально возможные темпы роста кадрового потенциала, призванного заниматься ИТ:
Заметим, что среди всех инженеров, техников и рабочих без обучения методам ИТ результативно занимаются ИТ не более 20%, т. е. абсолютный прирост кадрового потенциала в соответствии с приведенными данными нужно умножить на коэффициент 0,1—0,2.
Несоответствие между нормальным ростом объема работ и качеством подготовки инженерных кадров породило ряд негативных последствий, в первую очередь снижение качества многих новых изделий. В ближайшем будущем наиболее высокие темпы технического прогресса (в смысле повышения показателей эффективности изделий) будут в тех странах, в которых объем работ по ИТ в наибольшей мере приближается к нормальному росту. В связи с этим мы сможем справиться с быстро нарастающим объемом работ по ИТ и обеспечить нормальные темпы технического прогресса при выполнении двух условий:
при введении массового обучения ИТ;
при широком использовании вычислительной техники в решении трудоемких и сложных задач ИТ.
Существует мнение, что умение находить, ставить и решать изобретательские и рационализаторские задачи — это «божий дар», которому нельзя обучить. Как относиться к такой точке зрения? Может ли каждый научиться изобретать?
По мнению ряда авторитетных педагогов обучение ИТ заметно повышает творческий потенциал каждого человека. Конечно, у одаренных людей при одинаковом обучении со всеми творческий потенциал остается относительно более высоким. Здесь вполне можно провести аналогию со спортом. Каждого здорового человека можно научить достаточно хорошо играть в волейбол или шахматы, но у спортсменов, имеющих соответствующие природные данные, результаты будут выше.
Если говорить конкретнее, то основная цель обучения заключается в выявлении и раскрытии творческих наклонностей и способностей, о которых многие обучаемые не подозревают (и может быть до конца своей жизни не узнали бы!). Обучение ускоряет приобретение опыта и мастерства одаренными (в смысле ИТ) специалистами. Для людей, имеющих слабые природные задатки, обучение дает в руки инструмент и навыки, которые позволяют успешно решать довольно широкий круг творческих инженерных задач. И еще один нюанс, который лучше передать словами английских проф. М. Тринга и Э. Лейтуэйта: «Как показал наш собственный опыт, лишь немногие из тех, кто наделен талантом изобретателя, умеют развивать талант и пользоваться им» .
Таким образом, необходимость массового обучения молодежи ИТ кроме всего прочего сильно связана с поднятием престижа инженера, популярности инженерного труда и повышением качества обучения во втузе. Дело в том, что многие инженеры, не умея ставить и решать творческие задачи, вынуждены заниматься утомительной и неинтересной рутинной работой. Приобретение навыков постановки и решения творческих инженерных задач значительно увеличит долю творческого труда. Хорошо известно, что с ИТ обычно связаны наиболее яркие страницы внутренней жизни человека, работающего в области техники. Кроме того, ИТ часто приносит еще дополнительное моральное и материальное вознаграждение и глубокое удовлетворение полученным результатом. Поэтому массовое обучение методам ИТ — это один из наиболее действенных путей повышения интереса к инженерному труду.
Ответим на ряд вопросов. Какие в настоящее время существуют методы ИТ? Известно довольно большое число методов, которые условно можно разделить на две группы:
1.Эвристические методы технического творчества, основанные на использовании достаточно четко описанных методик и правил поиска новых технических решений. Эти методы начали разрабатывать еще с древних времен (Сократ, Архимед); особое внимание им уделили выдающиеся ученые XVII—XVIII вв. Ф. Бэкон, Р. Декарт и Г. Лейбниц. Начиная с 40-х гг. нашего столетия резко возросли исследования и разработки по созданию и применению эвристических методов, методик, приемов, принципов, правил и т. п. В настоящее время известно более 100 эвристических методов, методик, подходов и их модификаций.
2.Компьютерные методы поискового конструирования, основанные на использовании ЭВМ в решении творческих инженерных задач. Эти методы начали разрабатывать и применять в 60-х годах. В настоящее время известны десятки различных подходов и методов поискового конструирования.
Обзор эвристических и компьютерных методов ИТ достаточно широко освещен в литературе .
Принимая во внимание довольно большое разнообразие методов ИТ и то, что их число продолжает расти (в силу молодости самой дисциплины), зададимся вопросом: Какому методу или каким методам рекомендуется в первую очередь обучать?
Как считают опытные педагоги и методисты, нецелесообразно обучать какому-либо одному методу или стараться освоить все имеющиеся подходы и методы. Студент или специалист на первом этапе или на первой ступени овладения методами ИТ должен научиться свободно пользоваться небольшим набором из трех — пяти методов. Дальнейшее повышение эффективности деятельности творчески работающего инженера связано с приобретением собственного опыта и расширением набора используемых методов и систем методов решения творческих инженерных задач.
Настоящий курс направлен на изучение трех эвристических методов (методы мозговой атаки, эвристических приемов, морфологического анализа и синтеза) и трех компьютерных методов (методы синтеза технических решений на И—ИЛИ графах, синтеза физических принципов действия, математического программирования — синтеза оптимальных структур и форм). Имеются и другие эффективные методы и системы методов инженерного творчества; метод синектики , метод контрольных вопросов 141], алгоритм решения изобретательских задач 12], специальные объектно-ориентированные компьютерные методы синтеза и анализа конструкторско-технологических решений и др.
Какие принципиальные отличия имеют эвристические методы технического творчества и методы поискового конструирования?
В 1977 г. было проведено условное разделение между эвристическими и компьютерными методами (с помощью первых решают задачи технического творчества, с помощью вторых — задачи поискового конструирования). К задачам технического творчества были традиционно отнесены такие, при которых человек решает поставленную задачу способом «проб и ошибок» или с помощью эвристических методов без использования ЭВМ. К задачам поискового конструирования отнесены такие творческие инженерные задачи, которые человек решает с использованием ЭВМ.
...О сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог изобретатель
А. С. Пушкин
Многие еще на студенческой скамье мечтают стать творцами или изобретателями, делать научные открытия или создавать новые технологии, технику, сооружения. Для этого важно не только овладеть знаниями, но и выбрать вид деятельности, в наибольшей степени соответствующий индивидуальным особенностям. Правильный выбор профессии и интерес к делу, обеспечивая положительную мотивацию и эмоциональный настрой, создают основу для раскрытия и развития задатков, реализации способностей в творческой деятельности.
Для эффективной творческой деятельности правильного выбора профессии еще недостаточно, необходимо овладеть методологией творчества.
Основные механизмы творчества
«Творчество есть величайшая тайна жизни, тайна явления нового, небывшего... Тайна творчества и есть тайна свободы. Из чего-то, из бытия создать нового, небывшего, возможно лишь истечение, рождение, перераспределение. Творчество же есть прорыв из ничего, из небытия, из свободы в бытие и мир. Творчество человека предполагает три элемента - элемент свободы, благодаря которой толькои возможно творчество нового и небывшего, элемент дара и связанного с ним назначения и элемент сотворенного уже мира, в котором и совершается творческий акт и в котором он берет себе материалы» (Бердяев Н. А. О назначении человека).
Творчество - это, по сути, проявление и реализация способностей. Оно формирует личность творца и развивает его талант. Творчество является одной из важнейших потребностей человека. Антипод творчества - потребительство, которое может проявляться в разных формах, но чаще в материальных. Материальные потребности имеют очень важное значение, но удовлетворение их должно обеспечивать средства и условия для достижения цели, а не быть самой целью. Творчество делает человека свободным, а потребительство формирует раба. Полноценное творчество возможно только в условиях свободы (особенно важны внутренняя свобода и независимость от стереотипов), так как оно является актом свободы свободной личности.
Уже на этапе обучения возможно и необходимо проявление творчества. Само познание является творческим актом. Открытие или создание новых для себя знаний, хотя бы известных ранее другим, тоже является творчеством.
Творчество невозможно без целеполагания. Четкие цели и творческая активность подкрепляют программу будущего, способствуя сохранению и укреплению физического и психического здоровья.
Творчество формирует новые знания, при освоении которых возникают умения, навыки, автоматизм и стереотипы. Этот процесс идет волнообразно. Автоматизм в виде отработанных приемов и даже стереотипы и «штампы» высвобождают время для творчества, облегчают общение людей, но они же и создают психологические барьеры, тормозя творчество. Смех и игры подкрепляют механизмы поиска и творчества, способствуют увеличению внутреннего информационного поля.
Неразделимы триады «смех - радость - счастье» и «свобода - творчество - счастье». Смех увеличивает внутреннюю свободу, а творчество рождает радость и дает положительный эмоциональный заряд. При достижении результата наступает короткий миг счастья, большого счастья. Но счастье не только в этом миге, а в его достижении, в самом процессе творчества. Зона счастья - активность. Нет счастья в бездействии. В США был поставлен эксперимент на крысах, которым создали «рай». Они потеряли биологическую активность уже в третьем поколении, и все погибли.
Процесс творчества изучен недостаточно, но основные его принципы и механизмы отражены в законах диалектики и синергетики (синергетика - наука о саморазвитии сложных открытых систем). Творчество хорошо вписывается в модели, изучаемые синергетикой. Они справедливы для природных (физико-химических, биологических и др.) и социальных систем и явлений. Их вектор направлен на снижение энтропии, формирование новых структур, возникновение «порядка из хаоса».
По закону единства и борьбы противоположностей считается, что единство относительно, а борьба абсолютна и является источником всякого движения (самодвижения). Наверное, применительно к творчеству можно говорить о единстве противоположностей. Понятие борьбы может быть введено как преодоление противоречий, психологических барьеров, стереотипов, приложение волевых усилий. Преодолевать внешние обстоятельства и условия, мешающие творческому процессу, также лучше не на основе противостояния и борьбы, а на основе созидания. В научном и инженерном творчестве нужен не спор, а диалог. Борьба людей между собой и с природой ведет к нарастанию хаоса, разрушению и гибели.
Творчество же направлено на созидание и развитие. Противоположности его составляющих - «творчество и стереотипы», «логика и интуиция», «прошлый опыт и цель (ожидаемый будущий результат)» - дополняют друг друга. Творцом можно стать, если системная триада «логика - интуиция - эмоции» будет гармонична. В каждой паре этой триады элементы дополняют друг друга, а третий задает меру неопределенности в соответствии с универсальным принципом «неопределенности - дополнительности - совместимости», впервые введеным в квантовой физике.
Закон отрицания отрицания, выражает преемственность (связь нового со старым) и развитие по спирали (повторяемость на более высоком уровне). Происходит отрицание какой-то части известного, преобразование другой и возникновение нового. Все изобретения создаются по этому закону, даже если авторы изобретений забыли или не знали его.
Закон перехода количества в качество отражает один из важнейших механизмов творчества. Постепенное накопление информации и ее анализ (логика) завершаются скачкообразным переходом к новому качеству в виде озарения (интуиции). Внезапное озарение, или инсайт, и есть, по сути, механизм разрушения стереотипов и адаптации, после которого включается механизм формирования новой структуры, более эффективной в данных конкретных условиях. Этот закон применительно к творчеству хорошо иллюстрируется словами А. Эйнштейна: «Я думаю и думаю месяцами и годами. Девяносто девять раз заключение неверно. В сотый раз я прав». Аналогично в изобретательстве - длительный поиск и изучение аналогов, озарение и новое техническое решение, а затем разработка на его основе нового способа или устройства.
Человек - открытая система, в отличие от других живых существ, в большей степени запрограммированных генетически. Человек может делать то, что сочтет нужным, или то, что ему прикажут. Открытость взаимосвязана с высоким развитием интеллекта и свободой воли. Познание и создание нового происходят в процессе моделирования. Но зачастую модели, созданные человеком, принимаются за действительность и подменяют ее, приводя к нарушениям и дисгармонии в системе «человек - технология - среда» (СЧТС). Избежать этого можно, если в основу творчества положены фундаментальные знания, синергетичность методологии и целостность подхода, а реализация этого возможна при нравственно-интеллектуальном возрождении людей. Необходима гармония в системе «хочу (желание) - могу (возможность) - надо (необходимость)».
Важно выявить условия, помогающие или мешающие развитию творчества. Эти условия могут быть объединены в три группы:
1) внутренние условия (знания, направленность способностей, индивидуальные психологические способности);
2) условия деятельности (постановка задачи, решение задачи, результат);
3) внешние условия (материально-техническая база, взаимоотношения в деятельности, внедрение результата).
Эти три группы условий связаны с целями (функциональными, экономическими, экологическими). Развитие задатков и способностей проявляется при гармонии условий и целей как внутри названных групп, так и между ними.
В любой деятельности можно выделить: познание, реагирование и отношение. Если отсутствует интерес и человек не испытывает потребности в этой деятельности, то эти элементы деятельности превратятся в механическое запоминание, отрицание, конфронтацию, а труд станет подневольным. Положительная мотивация обеспечит осмысление в процессе познания, принятие (резонанс с делом) и сотрудничество, что делает труд творческим.
Для выявления направленности задатков и способностей необходимо выявить наиболее эффективный стиль деятельности, соответствующий складу интеллекта и психологическим особенностям. Для этого в системе декартовых координат необходимо отложить по оси Х - наиболее приемлемый способ деятельности (предметный, образный, абстрактный), по оси Y - наиболее приемлемый подход к деятельности (фундаментальный, организационно-технологический, технический), по оси Z - индивидуальные различия в социальном плане (экстраверсия, смешанный тип, интроверсия). Каждый может определить по каждой из осей то, что является для него ведущим (с чего он начинает или свойственно ему).
Проблемы технического творчества
Техническое творчество в труде инженера должно составлять важную часть. Большинство инженеров или не имеют возможности, или не способны решать технические задачи, создавать новые технологии и технику. Основными причинами этого являются: системы воспитания и образования, не направленные на развитие творчества, условия деятельности и взаимоотношения в социуме, живучесть стереотипов, особенно приобретенных в той группе людей, к которой мы принадлежим.
Инженеры, способные решать творческие технические задачи на уровне изобретений, пришли к этому умению, как правило, самостоятельно, каждый своим долгим путем. Методика изобретательства у большинства из них далеко не оптимальна.
Для изобретателя важна работа над собой. В первую очередь необходимо преодолеть защитную реакцию «среднего студента» или «замотанного жизнью инженера со средними способностями», считающего что: «Изобретать могут особые люди... талантливые, а я - обыкновенный, это не для меня...»
Научиться методике изобретательства на основе ТРИЗ можно за довольно короткий срок и достаточно успешно применять ее при наличии как специальных, так и фундаментальных знаний, а также знаний смежных дисциплин, необходимых для аналогий и обеспечения целостности подхода.
В деятельности изобретателя важно все: и правильная постановка задачи, и решение задачи, и результат. Важна фундаментальность в решении любой задачи, так как фундаментальные знания на уровне понимания сущности позволяют найти наиболее эффективные технические решения. Важна и широта охвата смежных проблем. Целостный фундаментальный подход обеспечивает природосообразность новых технологий и техники, снижение «давления» их на Природу и Человека, а также ускорение поиска новых технических решений на основе внутренней системы знаний.
Процесс решения технической задачи на основе эффективной технологии решения изобретательских задач занимает немного времени - от нескольких дней до нескольких месяцев. Значительно дольше длится весь творческий цикл - от выбора проблемы до внедрения.
Инженер, решающий весь комплекс творческих задач, должен быть способным: ставить значительные новые общественно полезные цели; планировать свою работу и эффективно выполнять эти планы; хорошо владеть техникой решения творческих задач, входящих в решаемые проблемы; отстаивать свои цели и выдерживать критику сторонников «традиционных» решений; достигать результата. Ему необходимы волевые качества и высокая работоспособность. Воспитание такого комплекса качеств - проблема намного более сложная, чем обучение решению изобретательских задач.
Изобретателям, решающим задачи высокого уровня, преследующие не только некоторое улучшение функционального назначения технологий и техники, а позволяющие достичь существенного повышения эффективности при одновременном снижении «давления на природу» и уменьшении дисгармонии в системе «человек - технология - среда» (СЧТС), необходимы психологические знания. Они позволяют познать себя, провести корректировку личностных свойств, более эффективно распределять работу среди подчиненных, а знания эргономики и инженерной психологии раскрывают взаимоотношения в СЧТС, обеспечивая повышение эффективности и экологичности разработок.
Целостный подход к творческой деятельности
Считается, что чем «уже» специалист, тем он глубже может освоить свою область знаний и достичь более высокого уровня. Это глубочайшее заблуждение. Уровень развития технологий и техники таков, что необходимо отойти от субъект-объектного подхода, при котором окружающая среда оказывается объектом потребления; необходимы интеграция знаний и целостный подход на основе знаний естественных законов. На нынешнем этапе развития техники творчество, направленное на решение узких проблем, преследующих только функциональные цели, ведет к глобальным экологическим катастрофам, ускоряющим развитие таких биосферных и психосоматических механизмов, которые могут погубить человечество. Необходимо, по возможности, учитывать все связанное с решаемой проблемой, включая «малые эффекты», «снижать давление» на природу, не мешать, а способствовать процессам самоорганизации, что особенно важно в социальных и экономических сферах. В развитии техники необходимо стремиться к гармонии с природой и человеком.
Современный специалист, особенно разработчик, должен владеть не одной, а как минимум девятью областями знаний, из которых четыре охватывают технологию (сырье и материалы, технологические процессы, оборудование, управление процессами), две - результат технологической деятельности (готовая продукция, выбросы и отходы), а три (экономика, знания о человеке и окружающей среде) проникают во все области данной системы и организуют внутренние и внешние связи (организационные, экономические, взаимоотношения в коллективе, взаимоотношения с природой и др.). Например, экономика должна охватывать весь комплекс, а не только учитывать сумму отдельных эффектов, достигаемых на отдельных участках каждой из областей, так как эти эффекты не суммируются.
Целостный подход в экономике означает не только единств экономической системы, но и распределение эффекта, достигнутого на одном объекте, на весь комплекс, а также разноплановость эффекта. Это может быть одновременно и ресурсосбережение, и повышение эксплуатационных характеристик, и т. п.
Знания о человеке - это комплекс, включающий и психологию (личности, социальную, эргономику и т.д.). Каждому необходимо, по возможности, познать себя и свой творческий потенциал, а также возможности своих коллег по работе с целью повышения эффективности труда всего коллектива. Управление трудовым коллективом находится в центре данной области знаний. В процессе изучения эргономики необходимо уделять особое внимание возможностям и путям снижения дисгармонии в СЧТС применительно к своей специальности.
Знания об окружающей среде должны быть направлены на вскрытие и устранение причин вредных воздействий на нее, а не только на традиционный учет ее экологического состояния и сопоставление загрязненности с допускаемой нормативами. Несмотря на все постановления по экологии и санкции, до настоящего времени большая часть постоянных выбросов и отходов, а также производственный брак продолжают загрязнять окружающую среду.
Наличие знаний всех областей не означает, что каждый должен или может подменять специалистов других подразделений. Владение знаниями в смежных областях на уровне понимания сущности позволяет на значительно более высоком уровне решать проблемы своей специальности и исключает приводящее к конфликтам непонимание между сотрудниками различных подразделений. Широта знаний способствует психологической устойчивости людей. Именно широта интересов очень многих людей делает методику самоанализа в обобщенном виде (когда рассматриваются обобщенные цели, факторы, подходы и способы деятельности) наиболее эффективной. Широта и целостность системы знаний компенсируют ограниченность способностей и расширяют поле творческой деятельности.
Данный, подход справедлив не только для производства, но и для любой другой сферы человеческой деятельности, включая технологии обучения, лечения, информационные, организационные и т. д.
Развитие методов творчества
Технология решения изобретательских задач и ее значение легче могут быть поняты после ознакомления с историей развития изобретательства и технических систем. Изобретательство - один из древнейших видов деятельности и, пожалуй, самый консервативный по своей методике. Как в древности, так и в наше время, абсолютное большинство изобретателей применяют метод проб и ошибок, заключающийся в последовательном переборе различных идей. Правил поиска нет, и решение находится случайно. Нет также и правил первоначальной оценки пригодности идей. До последнего времени длительная история развития изобретательства и инженерного творчества характеризовалась попытками улучшения метода проб и ошибок.
Ассоциативные методы, позволяющие систематизировать поиск новых решений, известны давно. На ассоциации основан применяемый сознательно (известный еще Аристотелю) универсальный прием творческого поиска - по аналогии, под которой понимается сходство каких-либо отдельных признаков различных объектов или решений. Аналогия позволяет на основе представления о свойствах одного объекта сделать предположения, относящиеся к другому.
Единой сформировавшейся науки о творчестве еще нет, хотя потребность в ней ощущается остро. Знания о творчестве рассматриваются многими науками, в том числе философией, психологией, науко- и искусствоведением, кибернетикой, информатикой. В каждой их них свое видение и методы, но рекомендаций по активации творчества мало, нерешенных вопросов множество. Философы и ученые других областей знаний уже в древности пытались определить закономерности творческого мышления. Разработку учения об эвристических методах начал еще древнегреческий философ Сократ. Он ставил цель преподавать не готовую систему знаний, а метод, с помощью которого можно создавать систему. Наводящими вопросами он стимулировал пробуждение скрытых творческих способностей людей и создание ими продуктивных идей. Метод назывался майотикой Сократа, что дословно означает «акушерское искусство».
Архимеду принадлежит подробное учение о методах рассмотрения и решения задач. С помощью упрощенных представлений (моделей) он выдвигал и обосновывал гипотезы. В труде «Стомахион» он описал способы создания отдельных технических объектов из уже известных элементов. Термин «эвристика» (от легендарного возгласа Архимеда «Эврика!» - «Нашел!») ввел древнегреческий математик Папп Александрийский в III в. н.э. Под этим названием он объединил методы решений математических задач, отличные от чисто логических. Упадок античных наук привел к забвению на многие века и некоторых начал эвристики.
Только в XVI-XVII вв. в трудах Г. Галилея и Ф. Бэкона возродились эвристические подходы в науке. Первым попытался описать логику создания изобретения инженерного сооружения Г. В. Лейбниц (XVII-XVIII вв.). Он призывал пользоваться разумом так, чтобы «оценивать не только явное, но также и изобретать, открывать скрытое».
В дальнейшем изобретательство совершенствовалось в трудах X. Вольфа (XVII-XVIII вв.), чешского математика и философа Б. Больцано (XVIII-XIX вв.) и в работах российского инженера-патентоведа П. К. Энгельмейера (начало XX в.).
До конца XIX в. темпы технического прогресса были таковы, что метод проб и ошибок в изобретательстве обеспечивал спрос на новые разработки. Примером высочайшего уровня использования этого метода была деятельность великого американского изобретателя Томаса Эдисона, обладавшего колоссальной работоспособностью. Он создал творческий коллектив, обеспечивающий перебор огромного количества вариантов, поделив поле поиска на участки, компенсируя этим недостатки метода проб и ошибок.
Психологи пытались в экспериментах воспроизвести процесс решения творческих задач, но обычно для этого использовали головоломки и загадки, а не изобретательские задачи. Психологи-бихевиаристы основной упор делали на поведение человека и констатировали чисто внешние признаки процесса решения. Гештальт-психология, охватывая проблемы достаточно целостно, объясняет творчество следующим образом: человек создает мысленный образ (Gestalt) объекта, перестраивает его, меняет связи между элементами до тех пор, пока неожиданно не возникает новое решение, удовлетворяющее поставленной цели. Но ответа на то, как рождается новое решение, не найдено.
В настоящее время - быстрого совершенствования технологий и техники, а также ужесточения требований к их экологичности метод проб и ошибок, по сути, обеспечивавший совершенствование технологий и техники в течение многих веков, перестал удовлетворять. Действительно, опыт свидетельствует, что решение простых задач доступно многим и неважно, с какой попытки будет достигнут результат - третьей или пятнадцатой, но, когда для сложной задачи требуются тысячи вариантов? Иногда решение очень сложной задачи может оказаться очень простым. Или человек, решивший оригинально и просто одну проблему, не может найти решение другой.
Метод проб и ошибок не только неэффективен при решении сложных задач, но и затрудняет их постановку, не позволяет одновременно увидеть значимые проблемы, отодвигая их решения на десятилетия, а иногда и на столетия. Этот метод субъективен. Даже при решении одинаковых задач разные люди по-разному ищут решения и по-разному ошибаются, но общим является очень малая вероятность выхода на оптимальное наиболее эффективное решение.
В последнее время появилось много способов интенсификации изобретательской деятельности, которые можно объединить в две группы. К первой относятся специальные психологические методы, позволяющие избежать инерционности в направленности поиска. При этом создаются вероятностные ситуации, активизирующие ассоциативные способности человека и увеличивающие не только число проб, но и число направлений поиска. Наиболее известны из них: мозговой штурм и синектика. Ко второй группе относятся методы, позволяющие систематизировать перебор вариантов, увеличить их число, исключить повторы и постоянный возврат к одним и тем же идеям. Сюда относятся морфологический анализ и метод контрольных вопросов. Особое место занимает ТРИЗ. В основе последнего лежит постулат: технические системы развиваются по объективным законам - эти законы можно выявить и сознательно использовать для решения изобретательских задач. Но необходимо также фундаментально овладеть естественными законами, знание которых, с одной стороны, позволит существенно повысить эффективность разработок, а с другой,- выдерживать принцип «не навреди» Человеку, Природе и рукотворной окружающей среде.
Мозговой штурм, созданный в конце 30-х гг. А. Осборном (США) имеет ряд модификаций: групповое решение задач, концентрация идей, массовая мозговая атака и др. Основная идея - отделение генерирования новых идей от их оценки путем запрета критики, что позволяет высказывать смелые идеи, не боясь насмешек, отрицательного отношения руководства и коллег. Поощряется любая идея, в том числе и шуточная, и явно нелепая. Обычно в группу включаются 6-8 человек, склонных генерировать идеи. Руководители не включаются. Создается непринужденная обстановка. Идеи стенографируются или записываются на магнитофон, а затем передаются группе экспертов для оценки и отбора. За час группа из 8 человек может выдвинуть 50-60 идей, из которых 1-2 могут оказаться эффективными.
Мозговой штурм, как показал опыт его применения, эффективен, когда ведущий имеет большой опыт решения задач, владеет техникой общения, обладает личным обаянием, остроумием и многими другими качествами. Но и в этом случае успешно решаются относительно несложные задачи. Наибольшие успехи достигались при решении управленческих задач.
Метод синектики разработан в 50-е гг. У. Гордоном (США). В основе лежит мозговой штурм, проводимый профессионалами со значительным опытом такой работы. Синектика допускает конструктивную критику. Обучение синекторов возможно только на практике. Большинство синекторов прекращали свою деятельность через несколько лет, возможно, из-за разрушающего влияния метода на нервную систему.
Применяется обратный штурм, который поощряет критику, потому что только так можно выявить недостатки кажущейся «благополучной» идеи, конструкции или другой разработки.
Усиление «растормаживания» людей и избегание привычных, а потому часто бесплодных ассоциаций возможно, если взглянуть на объект под необычным углом. Это достигается в методе фокальных объектов, предложенном в 1926 г. Э. Кунце (Германия) и Ч. Вайтингом (США). Совершенствуемую техническую систему держат как бы в фокусе внимания, перенося на нее свойства других, не имеющих к ней никакого отношения объектов. Получающиеся необычные сочетания стараются развивать путем свободных ассоциаций. Наибольший эффект достигался при поиске новых возможностей выпуска товаров народного потребления для решения задач рекламы. Может быть применен и для тренировки творческого воображения при обучении изобретательству.
Морфологический анализ создан швейцарским астрофизиком Ф. Цвикки, предсказавшим с помощью этого метода существование нейтронных звезд. Сущность морфологического анализа заключается в стремлении систематически охватить все (известные или хотя бы главнейшие) варианты структуры совершенствуемого объекта. В совершенствуемом объекте анализируются характеристики и основные узлы или элементы, для которых составляется перечень возможных исполнений; выбираются наиболее интересные их сочетания. Удобнее всего выполнять анализ с помощью многомерной таблицы, называемой морфологическим ящиком, в котором выбранные характеристики или элементы играют роль осей. Основным недостатком метода является чрезвычайно большое количество возможных комбинаций. Так, например, если на 10 основных осях рассмотреть по 10 вариантов, то число возможных комбинаций составляет 1010. Варианты могут быть получены на ЭВМ. Но среди этой массы, в основном слабых, а иногда вообще бессмысленных сочетаний, очень сложно найти единственное «сильное» решение. Данный метод эффективен для несложных систем с малым числом комбинаций или когда нужно найти эффективные способы реализации уже найденного решения.
Повысить эффективность поиска можно, если заранее сформулировать наводящие вопросы (метод контрольных вопросов).
Все упомянутые методы, разработанные изобретателями-практиками, повышали эффективность практической изобретательской деятельности, но не отвечали на вопрос, как появляются новые идеи. Не добились успеха в этом вопросе и ученые-психологи, исследующие творчество.
Необходим был другой подход. В его основу было положено изучение технических систем, их развития, а также историко-технические материалы, прежде всего патентного фонда. Изучение этих материалов показало, что жизнеспособны изобретения, изменяющие исходную систему в соответствии с законами развития технических систем. Знание этих закономерностей позволяет резко сузить зону поиска, заменив угадывание научным подходом. Практически единственной, основанной на этом подходе методологией поиска новых решений, является ТРИЗ, обеспечивающая положительные результаты, доступная для массового применения и не влияющая вредно на психику. Основными механизмами ТРИЗ являются алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) и система стандартов на решение изобретательских задач. В ТРИЗ имеются свои методы и приемы, основным из которых считается вепольный анализ (ВЕщество - ПОЛе). Веполь - это минимальная модель технической системы, отражающая самые основные элементы, например, изделие, инструмент и энергию (поле), необходимую для воздействия инструмента на изделие. Модель сложной системы сводится к сумме веполей, но для эффективного использования ТРИЗ необходимы универсальные целостные знания на фундаментальном уровне, что не дается традиционным высшим образованием. Наверное, это является основным препятствием для массового внедрения ТРИЗ. Широта знаний на уровне понимания сущности позволяет быстро и комплексно оценить взаимосвязи и найти оптимальное решение, обеспечивающее существенное повышение эффекта по сравнению с решениями, найденными методами проб и ошибок. Интересно, что такое эффективное решение может широко использоваться в различных системах и других областях техники.
ТРИЗ может рассматриваться как углубление функционально-физического анализа систем. Максимальная эффективность может быть достигнута там, где использование ТРИЗ носит не эпизодический характер, а охватывает весь цикл производства - от проектирования нового изделия до его модернизации. Такой подход реализуется в рамках системы функционально-стоимостного анализа (ФСА). Суть ФСА заключается в следующем: применение системного подхода для выявления, по возможности, всех излишних затрат (трудо-, энерго-, материалоемкость и т. д.) в существующих или проектируемых технологиях или устройствах; применение методов инженерного творчества, направленных на повышение функциональных характеристик и снижение затрат всей системы; четкая эффективная организация работ. Этот перечень подчеркивает многоплановость инженерного творчества.
Основные этапы решения технических задач
При решении любой технической задачи или проблемы можно выделить ряд этапов:
1. Постановка задачи. В основу ее можно положить высказывание А. Эйнштейна: «Изобрести - это значит увеличить следующую дробь: произведенные товары / затраченный труд». Отсюда ясно, что темы рождаются повседневным трудом. В основе любого изобретения лежат полезность и новизна - необходимые условия выдачи патента на изобретение.
2. На втором этапе необходимо наглядно представить себе и сформулировать задачу, в основе которой лежит формулировка цели. Многие задачи и способы завершали свой путь на этапе составления эскизов или функциональных схем. Негативный результат на этом этапе также полезен - экономит время. Следует искать другие идеи и объекты изобретения. На этом этапе выясняется основное противоречие.
3. Патентный поиск. Выясняется, не решена ли кем-либо другим эта задача? Выбираются аналоги - близкие по основному функциональному назначению технические объекты, а из них выбирается наиболее близкий - прототип, имеющий наибольшее число общих признаков с ожидаемыми от создаваемого объекта. Среди аналогов может оказаться такой, который реализует поставленную цель, тогда следует сменить цель, не меняя существа разрабатываемого технического объекта и его функционального назначения.
4. После уточнения основных признаков разрабатываемого технического объекта и сопоставления их с признаками прототипа и аналогов выбирается наиболее приемлемый метод решения задачи, при этом рассматривается возможность применения ЭВМ. Допустимо комплексное использование различных методов (мозгового штурма, морфологического анализа, метода фокальных объектов), но принципиальные вопросы легче решаются посредством ТРИЗ на базе целостного фундаментального подхода.
Дальнейшие этапы формальны, но очень важны. Это - экономическое обоснование; составление формулы изобретения (перед чем полезно выполнить сопоставительный анализ признаков изобретения, прототипов и аналогов и четко выделить отличительные признаки); составление описания и оформление всей заявки. Но самый трудный этап - поиск заказчиков и организаций, способных внедрить изобретение. В этих видах деятельности также требуются творческие способности, но другого плана - организационного.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Приазовский государственный технический университет
Контрольная работа
по дисциплине
«Основы технического творчества»
Выполнил:
Студент группы З-09 ТиУВ-м
Павловский С.С.
Проверил: доцент, к.т.н.
Алистратов В.Н.
Мариуполь 2014 г
Уровни сложности технических задач
Отличительными признаками тех предметов, процессов, решений задач, идей или произведений искусства, которые принято называть творческими, являются, как правило, новизна или уникальность, полезность у технических решений или эстетическая ценность у произведений искусства, изящество (т. е. внесение простоты туда, где раньше была сложность). Для творческих решений характерно также создание новых соотношений, так как прежде не связанные элементы при объединении часто дают новый единственный в своем роде эффект
По этим признакам к творческим относят огромное количество решений, которые тем не менее внутри этой группы существенно отличаются степенью новизны и оригинальности, общественной значимости и полезности, долей творческого акта и его качественным уровнем в процессе работы над задачей. Допустимо говорить о низшем и высшем уровнях творчества. Низший состоит в использовании уже существующих знаний -- расширении области их применения. Так было, к примеру, с изобретением книгопечатания: уже известный ранее способ размножения рисунков был использован для размножения текстов. Творчество высшего уровня связано с созданием какой-то совершенно новой, не имеющей аналога, концепции, идеи, в большей или меньшей степени революционизирующей науку и технику (примером может служить создание А. Эйнштейном теории относительности) .
В нашей стране решения в области научно-технического творчества в зависимости от их формы и уровня, согласно Положению, признаются открытием, изобретением или рационализаторским предложением.
Открытие -- это установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания.
Изобретение -- новое и обладающее существенными отличиями техническое решение задачи в любой области народного хозяйства, социально-культурного строительства или обороны страны, дающее положительный эффект. Его считают новым, если до даты приоритета заявки сущность этого или тождественного решения не была раскрыта в СССР или за границей для неопределенного круга лиц настолько, что стало возможным его использование. Существенными отличиями изобретение обладает, если по сравнению с решениями, известными в науке.и технике на дату приоритета заявки, характеризуется новой.совокупностью признаков. Объектом изобретения могут быть: новое устройство, способ, вещество, а также применение известных ранее устройств, способов, веществ по-новому назначению.
Рационализаторское предложение -- это техническое решение, являющееся новым и полезным для предприятия, организации или учреждения, которому оно подано, и предусматривающее изменение технологии производства или конструкции изделий, применяемой техники или состава материала.
Из определений ясно, что в качестве основного признака отличия одного уровня (формы) творчества от другого можно использовать степень новизны полученного решения. Формы творчества, в той или иной мере присущие различным видам деятельности по созданию новой техники, характеризуются своим научно-техническим содержанием и соответствуют разным уровням новизны. Их можно разделить на несколько групп решений:основанных на разработке качественно иных принципов или процессов, ведущих к коренному преобразованию техники и, как правило, к качественным сдвигам в развитии науки и техники; связанных с воплощением одного и того же принципа, технологического процесса или их комбинаций в различных системах, ведущих прежде всего к глубоким преобразованиям техники внутриотраслевого характера; состоящих в качественных конструктивно-технологических изменениях внутри одной и той же системы, применяемой в разных условиях и с достижением различных целей; ведущих к конструктивно-технологическим изменениям, которые обеспечивают одну и ту же по своему характеру цель, но с различным эффектом (эти изменения выражают степень совершенства одного и того же технического объекта в эволюционной форме его развития);основанных на применении в новых условиях уже известного в одних связях и отношениях объекта с получением иного эффекта (развитие посредством приспособления).
Первым трем уровням новизны соответствуют изобретения, остальным -- усовершенствования и рационализаторская деятельность.
Изобретательские задачи разделяют условно на 5 уровней, а творческий процесс их решения на несколько стадий (выбор задачи, выбор поисковой концепции, сбор информации, поиск идеи решения, развитие идеи в конструкцию, внедрение), каждая из которых может быть пройдена на одном из пяти уровней.
Для первого уровня можно считать характерным использование готового объекта почти без выбора, второго -- выбор одного объекта из нескольких, третьего -- частичное изменение выбранного объекта, четвертого--создание нового объекта или полное изменение исходного и для пятого -- создание нового комплекса объектов.
Приведем примеры решения задач различного уровня.
1-й уровень. Предложено защитный колпак к баллонам для сжатых и сжиженных газов, с целью экономии металла, выполнять из пластмассы и снабжать ребрами жесткости на внутренней поверхности (авт. св. № 157356). В решении использована готовая поисковая концепция.
2-й уровень. Для отделения ферромагнитных частиц с поверхности постоянного магнита предложено в качестве очищающего материала использовать материал с высокой вязкостью, например пластилин (авт. св. № 273302). Направление поисков в данной задаче очевидно -- выбран один из нескольких вариантов.
3-й уровень. С целью уменьшения износа поверхности винтовой пары «винт --гайка» устранено трение. Винт и гайку расположили с постоянным зазором, в их резьбе уложили обмотки, создающие электромагнитное поле, которое обеспечивает поступательное движение гайки относительно винта (авт. св. № 154459). Объект сильно изменен по сравнению с прототипом.
4-й уровень. Для контроля износа двигателя предложено добавлять в масло люминофоры и по изменению свечения масла (мелкие частицы металла гасят его) непрерывно контролировать концентрацию частиц металла (авт. св. № 260249). Раньше время от времени отбирали пробы масла и определяли содержание в них металлических частиц. Исходный способ изменен полностью, использован малоизвестный физический эффект.
5-й уровень. Предложен способ получения высоких и сверхвысоких давлений путем импульсного электрического разряда внутри объема любой проводящей или непроводящей жидкости, (авт. св. № 105011). Открыто новое явление (эффект) --электрогидравлический удар.
Необходимо отметить, что на протяжении многовековой истории технического творчества изобретатели шли к цели старым, малопроизводительным методом проб и ошибок. Перебирая (часто бессистемно, случайно) большое количество вариантов, они находила нужное решение.
Изобретатель мысленно задавал себе вопрос: «А что, если сделать так? Или так?» и т. д. Причем чем сложнее задача, тем больше возможных вариантов ее решения, тем больше проб нужно совершать. Считают, что для решения задачи 1 уровня необходимо сделать несколько проб, а для каждого последующего уровня их количество на порядок увеличивается. Существует явная тенденция к уменьшению количества изобретений и увеличению их трудоемкости (оцениваемой условно по числу проб и ошибок) с ростом их уровня
Анализ изобретений, проведенный Г. С. Альтшуллером , дал следующее соотношение:
Уровень Количество изобретений Количество проб
Отсюда следует, что около 77% зарегистрированных изобретений представляют собой лишь новые конструкции, усовершенствования, для создания которых достаточны знания и навыки, которыми обязан обладать каждый современный инженер. Вместе с тем качественное изменение техники обеспечивают именно решения 3--5 уровней. А они составляют менее, одной четвертой от приведенного количества.
В истории техники не много великих изобретений революционного характера: исследователи называют всего 150--200 таких решений . Это связано с высокой трудоемкостью задач высших уровней, «цена» которых может составлять десятки и сотни тысяч проб.
Низкая продуктивность творческого труда, а также существенная зависимость процесса мышления от ряда отрицательных психологических факторов (психологической инерции и др.) -- основной недостаток метода проб и ошибок.
Приобретшая репутацию неразрешимой, задача часто решается благодаря действию «эстафетного» механизма. Усилиями многих неудачников она превращается в сравнительно простую к тому времени, когда на финише эстафеты кто-то делает последний рывок тем же методом проб и ошибок.
Задачи разных уровней имеют и качественные различия. Если на первом уровне решения задач ищут в пределах одной узкой специальности, то на втором -- в одной отрасли техники, на третьем -- в других отраслях, на четвертом -- не в технике, а в науке с использованием физических и химических эффектов и явлений. Наиболее сложные задачи пятого уровня могут быть решены лишь на основе новых знаний, т. е. после того как сделано открытие.
Научно-техническая революция требует решения задач высших уровней в короткие сроки. Именно этой цели служит методика технического творчества, которая позволяет сужать поисковое поле и превращать с помощью эвристических приемов и методов сложную задачу в простую. При этом конечный результат -- изобретение -- оценивается обществом как творческое решение высокого уровня, а сам процесс фактически проходит на более низком уровне (как по стандартной формуле).
Например, в средние века решение алгебраических уравнений 3-й степени было настоящим творчеством, но появилась формула Кардано, и оно стало доступно всем. Современная методика научно-технического творчества вооружает изобретателя как бы аналогичной формулой, с помощью которой можно получать новые, оригинальные технические решения. Понятие «творчество» не есть что-то неизменное: содержание, вкладываемое в него, постоянно меняется -- творческая деятельность поднимается на все более а более высокий уровень, одновременно растет количество и сложность задач, требующих разрешения.
Построение, превращение веполей
Одним из самых эффективных методов познания является моделирование, т.е. замена реальных систем моделями (идеализированными системами). В ТРИЗ используется вепольный анализ (веполь от слов вещество и поле). Веполь является минимальной моделью технической системы: он включает изделие, инструмент и энергию (поле), необходимую для воздействия инструмента на изделие. Модель сложной технической системы можно свести к сумме веполей. Вещества принято записывать в вепольных формулах в строчку, поле на входе - над строчкой, поле на выходе - под строчкой. Веполь обозначают в виде треугольника. Используются следующие условные обозначения:
Для обозначения природы веществ и полей, их характеристик также используются условные сокращения типа: маг. - магнитный, макс. - максимальный.
Записывая условия задачи в вепольной форме, мы отбрасываем все несущественное, выделяя суть (строим модель задачи): что дано (поля, вещества, действия), что надо изменить или ввести. Поэтому вепольный анализ не только дает удобную символику для записи изобретательских “реакций”, но и служит инструментом проникновения в глубинную суть задачи и отыскания наиболее эффективных путей преобразования технических систем.
Вепольное преобразование подсказывает изобретателю, что именно необходимо ввести в систему для решения задачи (вещество, поле, то и другое вместе), но не характеризует, какие именно. Для получения технического ответа нужно подобрать подходящие вещества и поля.
При этом необходимо начинать перебор с полей, т.к. их существенно меньше, чем веществ. Перебирать поля удобней в такой последовательности: механическое, тепловое, химическое, электрическое, магнитное.
Удобна для заполнения аббревиатура МаТХЭМ, отражающая указанную последовательность. Суммарные взаимодействия отражаются в МаТХЭМ соседними буквами, например, электрохимические, ЭМ - электромагнитные поля и т.п. Большинство полей связаны со “своими” веществами: химическое поле - с различными катализаторами, ингибиторами, особо активными или, наоборот, инертными веществами; электрическое поле - с заряженными частицами (электронами, ионами); магнитное поле - с ферромагнитными материалами.
Стандарты на построение веполей
1. Достройка веполя. Если по условиям дана невепольная система - один элемент (вещество В или поле П) или неполная вепольная система, два элемента (два вещества В1, В2 или вещество и поле В - П), то для решения задачи необходимо достроить систему до полного веполя.
Например, если есть два вещества - вода (В1) и сталь (В2), то для того, чтобы осуществить закалку необходимо ввести тепловое поле.
Гравитационное поле и спиленное дерево ещё не образует вепольной системы - нет второго вещества, поэтому поле не обработает дерево. Падающее дерево встречает ножевое устройство, которое срезает сучья.
Веполи часто приходится образовывать при решении задач на выполнение операций с тонкими, хрупкими и легко деформирующимися объектами. На время выполнения этих операций объект объединяют с веществом, делающим его твёрдым и прочным, а затем это вещество удаляют растворением, испарением.
2. Переход к комплексному веполю. Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение добавок в имеющиеся вещества, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внутреннему комплексному веполю, вводя в В1 или В2 добавки, увеличивающие управляемость или придающие веполю нужные свойства.
При построении внутреннего комплексного веполя вещество, которое вводится, и то в которое вводят указывают в круглых скобках. Примером может служить введение воздуха в вещество для создания пены (или лигирующих элементов в сталь для увеличения прокаливаемости).
Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи содержат ограничения на введение добавок в имеющиеся вещества В1 или В2, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внешнему комплексному веполю, присоединяя к В1 или В2 внешнее вещество В3, увеличивающее управляемость или придающее веполю нужные свойства. В этом случае скобки не ставятся.
Если нужно менять вес движущегося тела, а менять его нельзя, то телу надо придать форму крыла. И, меняя наклон крыла к направлению движения, получить дополнительную, направленную вверх или вниз силу. Если внешняя среда не содержит веществ необходимых для построения веполя, это вещество может быть получено заменой внешней среды, её разложением или введением в неё добавок. В опорном узле скольжения используют смазку (это внешняя среда) для улучшения демпфирования смазку газируют, разлагая её электролизом.
3. Стандарты для реализации экстремальных действий
Если нужен минимальный (дозированный, оптимальный) режим действия, а обеспечить его по условию задачи трудно или невозможно, надо использовать максимальный режим, а избыток убрать. При этом избыток поля убирают веществом, а избыток вещества - полем.
Примером может служить следующее. Чтобы при пожаре стальной каркас здания не перегрелся (избыток поля), не потерял устойчивость, полые колонны и другие элементы заполняют водой, которая циркулирует внутри корпуса, а при закипании воды пар сбрасывается в атмосферу.
Для получения тонкого слоя краски, на изделие наносят избыточное покрытие, окуная изделие в бак с краской. Затем изделие вращают, и центробежные силы сбрасывают избыток краски.
Если нужно обеспечить максимальный режим действия на вещество, а это по тем или иным причинам недопустимо, максимальное действие следует сохранить, но направить его на другое вещество, связанное с первым.
При изготовлении предварительно напряжённого железобетона нужно растянуть стальные стержни. Для этого их нагревают; от тепла стержни удлиняются и в таком виде их закрепляют. Однако, если вместо стержней используют проволоку, её нужно нагревать до 700 єС, а допустимо только до 400 єС. Предложено нагревать не расходуемый жаропрочный стержень, который от нагрева удлиняется и в таком виде соединяется с проволокой. Охлаждаясь, стержень сокращается и растягивает проволоку, остающуюся холодной.
Если нужен избирательно максимальный режим (максимальный режим в определённых зонах при сохранении минимального режима в других зонах), поле должно быть: либо максимальным - тогда в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество; либо минимальным - тогда в места где необходимо максимальное воздействие вводят вещества, дающие локальное поле, например, термитные составы, лазерный и электронный лучи для теплового воздействия, взрывные составы - для механического воздействия.
4. Стандарты на переход от веполя к феполю
Если дана вепольная система с недостаточным взаимодействием веществ, то ее можно улучшить переходом к феполю путем использования ферромагнитного вещества и магнитного поля.
Китайский император Цинь Ши-Хуанди, живший 22 в. назад, для предотвращения покушений на свою жизнь с применением холодного оружия сделал ворота своего замка из магнитного железняка. На этом же принципе основана магнитная рамка в аэропорту.
Если неудовлетворительно взаимодействующие вещества (В1 и В2) неферромагнитны, то либо вводят во внутрь, либо наносят на них ферромагнитное вещество Вф и создают внутренний или внешний ферромагнитный комплексный веполь.
5. Стандарт на динамизацию системы.
Если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена путем увеличения динамизации, включающей, например, разделение веществ на шарнирно соединенные части, переход на импульсное поле. (система перестраивающаяся в процессе работы).
6. Стандарты на разрушение веполя.
Если между двумя веществами в веполе возникают сопряжённые полезные и вредные действия, причём непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ не запрещено, задачу решают введением между двумя веществами третьего вещества. Вещество В3 может быть введено в систему извне в готовом видеили получено действие поля (П1 или П2) из имеющихся веществ В1или В2. В частности, В3 может быть “пустотой”, пузырьками, пеной и т.д. Если есть ограничение на введение посторонних веществ, то должны быть использованы модификации имеющихся веществ В1 или В2, соответственно, В1ґ или В2ґ.
Примером может служить способ предупреждения кавитационной эрозии у скоростных судов подводных крыльев намораживанием на них льда или способ защиты трубопровода для транспортировки пульпы с абразивными частицами, отличающийся тем, что с целью снижения износа, его стенку охлаждают до образования слоя замороженной пульпы. Если необходимо устранить вредное действие поля на вещество, задача может быть решена введением второго элемента, оттягивающего на себя вредное действие поля. Например, для защиты труб от разрыва при замораживании в трубе размещают надувную пластмассовую вставку (шланг). Вода при замерзании расширяется и сдавливает мягкую вставку, что предотвращает разрушение труб.
Для разрушения вредного веполя может применять другое поле. Это иллюстрирует следующий пример. Для экономного полива воду нужно очень мелко распылять, но вылетающие из распылителя мельчайшие капельки слипаются друг с другом, что не желательно. Для их разделения вводят электрическое поле, создающее в капельках одноименные заряды. Это приводит к их отталкиванию.
В случае, если между веществом существует нежелательное химическое взаимодействие, его можно устранить (или сильно ослабить) применением теплового поля, но со знаком (-), т.е. применить охлаждение до отрицательных температур.
Если нужно разрушить веполь с магнитным полем, задача может быть решена размагничиванием при ударе или нагреве.
7. Стандарты на обнаружение.
Если невепольная система плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают построением веполя с полем на входе и выходе.
Примером может служить определение дефектов рентгеновским или ультразвуковым методами.
Если система (или её часть) плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают переходом к внутреннему или внешнему комплексному веполю, вводя легко обнаруживаемые добавки. Если их нельзя ввести во внутрь, их вводят во внешнюю среду.
Чтобы обнаружить частицы изношенного металла двигателя, которые поступают в смазывающее его масло, в последние добавляют люминофор и облучают ультрафиолетовыми лучами. Металлические частицы гасят свечение.Если не возможно непосредственно обнаружить или измерить происходящие в системе изменения, задачу решают возбуждением в системе резонансных колебаний (всей системы или её какой-то части), по изменению частоты которых можно определить происходящее в системе. Примером может служить способ измерения массы жидкости в резервуаре, согласно которому возбуждают механические резонансные колебания системы резервуар - жидкость, и измеряют частоту, по величине которой судят о массе.
Для повышения эффективности обнаружения или измерения необходимо перейти к феполю. Известен способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов, отличающихся тем, что с целью неразрушающего контроля в состав вводят магнитный порошок и измеряют изменения магнитной проницаемости в процессе его затвердевания (размягчения).
Если нельзя заменить вещество в вепольной системе ферромагнитным веществом, переходят к комплексному внутреннему или внешнему феполю.
Алгортим решения изобретательских задач
АРИЗ - инструмент для мышления, а не вместо мышления.
АРИЗ - инструмент для решения сложных технических задач (нестандартных задач).
Анализ задачи
От расплывчатой изобретательской ситуации осуществляется переход к мини-задаче, а затем модели задачи. Мини-задача формулируеться таким образом, что всё (или почти всё) в системе остается как было (или упрощается), а вредный эффект должен исчезнуть (или появится полезное действие). При формулировании мини-задачи следует отказаться от специальных терминов; сформулировать ТП-I и ТП-2, выбрать конфликтующую пару, включающую изделие и инструмент. Иногда в задачах бывает 2 изделия или инструмента. Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить и т.д.). Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок; огонь, а не горелка). Инструментом может быть часть окружающей среды, а также стандартные детали, из которых собирают изделие. ТП-I и ТП-2 должно быть представлено графически.
ТП-IРазмещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
АРазмещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
БРазмещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Необходимо из двух схем конфликта выбрать ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса. Указать, что является главным производственным процессом.
Модель задачи - предельно упрощенная схема конфликта, составляющего суть задачи. Она условна, в ней искусственно выделена часть технической системы.
Анализ модели задачи
Цель второй части АРИЗ - учет имеющихся в системе ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей.
1) Определить оперативную зону (ОЗ). В простейшем случае оперативная зона - это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи.
2) Определить оперативное время (ОВ). Это время протекания конфликта и время до конфликта.
3) Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР). ВПР - это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи. ВПР бывают 3-х видов:
Внутрисистемные: а) ВПР инструмента; б) ВПР изделия;
Внешнесистемные: а) ВПР среды, специфичной для данной задачи; б) ВПР, общие для любой внешней среды, например, гравитационное, магнитное поле земли;
Надсистемные: а) отходы посторонней системы (если такая система доступна по условиям задачи); б) “копеечные” - очень дешевые посторонние вещества, стоимостью которых можно пренебречь.
В первую очередь следует использовать внутрисистемные ВПР, затем внешнесистемные и в последнюю очередь - надсистемные. При решении задач на прогнозирование целесообразно использовать максимум различных ВПР. Изделие входит в ВПР лишь в тех сравнительно редких случаях, когда его можно легко менять, не меняя (допускается соединение с пустотой, изменения на время, переход в надсистему). Если изменяющихся ресурсов недостаточно, то следует использовать другие вещества и поля.
Определение ИКР и ФП
1) Записать ИКР-I: икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет вредное действие в течение ОВ в пределах ОЗ, сохраняя способность инструмента совершать полезное действие (указать какое). Общий смысл любых формулировок ИКР таков: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества).
2) Усилить формулировку ИКР-I дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, а необходимо использовать ВПР в такой последовательности: ВПР инструмента, ВПР внешней среды, побочные ВПР, ВПР изделия, если на это нет запрета по условиям задачи.
3) Указать физическое противоречие (ФП). Им называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны. Записать формулировку ФП на макроуровне: оперативная зона в течение оперативного времени должна (указать физическое макросостояние, например, “быть горячей”), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий) и не должна быть горячей (указать противоположное физическое макросостояние, например, “быть холодной”), чтобы выполнять (указать другое конфликтующее требование). Можно составить краткую формулировку ФП: элемент (или часть элемента в оперативной зоне) должен быть, чтобы (указать для чего он нужен), и не должен быть, чтобы (указать почему он вреден).
4) Записать формулировку физического противоречия на микроуровне: в оперативной зоне должны быть частицы вещества (указать их физическое состояния или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по п. 3 макросостояние) и не должны быть такие частицы (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по п.3 другое макросостояние).
5) Записать формулировку идеального конечного результата ИКР-2: оперативная зона (указать) в течение оперативного времени должна сама обеспечить (указать противоположные физические макро- или микросостояния).
6) Проверить возможность применения системы стандартов к решению физической задачи, сформулированной в виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к четвертой части АРИЗ.
Мобилизация и применение ВПР
Правило. Каждый вид частиц, находясь в одном физическом состоянии, должен выполнять одну функцию. Если частицы А не справляются с действиями 1 и 2, надо ввести частицы Б, которые будут выполнять действие 2, а частицы А - действие 1.
Правило. Разделение частиц на группы выгодно и в том случае, когда должны быть частицы одной группы А. Одну группу частиц А оставляют в прежнем состоянии, а у другой группы частиц меняют главный для данной задачи параметр.
Правило. Разделенные или введенные частицы после отработки должны стать неотличимыми друг от друга или ранее имевшихся частиц.
Применить метод моделирования “маленькими человечками” (ММЧ):
а) используя метод ММЧ, построить схему конфликта;
б) изменить схему так, чтобы “маленькие человечки” действовали не вызывая конфликта;
в) перейти к технической системе.
Изображать в виде “маленьких человечков” следует только изменяемые частицы модели задачи (инструмент, икс-элемент). Следует на рисунке указать плохое и хорошее действие. Если события развиваются во времени, целесообразно сделать несколько последовательных рисунков. Метод ММЧ позволяет отчетливее увидеть идеальное действие (“что надо сделать”) без физики (“как это сделать”). Благодаря этому снимается психологическая инерция, фокусируется работа воображения.
Если из условий задачи известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к определению способа получения этой системы, можно использовать метод “шаг назад от ИКР”. Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее изменение. Например, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача (микро-задача): как устранить дефект. Разрешение такой микро-задачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает решение общей задачи.
Определить решается ли задача применением смеси ресурсных веществ? Если требуется, осуществить переход от моновещества к бивеществу или поливеществу. По возможности широко использовать смесь веществ с "пустотой", которая является исключительно важным вещественным ресурсом. Она всегда имеется в неограниченном количестве, предельно дешева, легко смешивается с различными веществами (пена, пузырьки, пористые структуры). Например, смесь воздуха и пустоты - это воздух под пониженным давлением. Смесь какого-либо вещества с "пустотой" позволяет получить пену (пенопласт, пеношамот, пеноалюминий, и др.).
Определить решается ли задача заменой имеющихся веществ "пустотой".
Определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой").
Производные ресурсные вещества получают изменением агрегатного состояния имеющихся ресурсных веществ. Если ресурсное вещество жидкость, то производные - лед и пар. Для воды производные - кислород и водород.
Определить, решается ли задача введением вместо веществ одного или нескольких полей: электрического, магнитного, электромагнитного, теплового и т.д.
Определить, решается ли задача применением пары поле - добавка вещества, отзывающегося на поле (например, магнитное поле - ферровещество, ультрафиолет - люминифор, тепловое поле - металл с памятью формы и т.д.).
Решение мини-задачи тем идеальнее, чем меньше затраты ВПР. Однако не каждая задача решается при малом расходе ВПР. Иногда приходится отступать от этого, вводя посторонние” вещества и поля. Делать это надо только при действительной необходимости, если никак нельзя обойтись наличными ВПР.
Применение информационого фонда
Во многих случаях мобилизация ВПР (см. 3.1.4) приводит к решению задачи. В таких случаях можно переходить кп. 3.1.7, который будет рассмотрен ниже Если же после этого шага ответа нет, нужно перейти к п. 3.1.5, а именно к использованию информационного фонда ТРИЗ. К этому моменту задача существенно проясняется и становится возможным ее прямое решение с помощью этого фонда. Для этого необходимо рассмотреть возможность решения задачи:
По стандартам вепольного анализа;
С использованием физических эффектов;
С применением технических приемов.
Изменение (или) замена задачи
1) Если задача решена, перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ.
2) Если ответа нет, проверить формулировку задачи. При необходимости изменить ее условие, выделив отдельные задачи для первоочередного решения.
3) Если ответа нет, изменить задачу, выбрав другое противоречие.
4) Если ответа нет, заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме.
Анализ способа устранения физического противоречия
Главная цель этой части АРИЗ - проверка качества полученного ответа. ФП должно быть устранено почти идеально “без ничего”. Лучше потратить два-три часа на получение нового более сильного ответа, чем потом полжизни бороться за плохо внедряемую, слабую идею. В этой части АРИЗ необходимо осуществить следующее.
I. Контроль ответа: рассмотреть вводимые вещества и поля, ответить на вопрос, нужно ли вводить новые? Можно ли не вводить новые вещества и поля, использовав ВПР, - имеющиеся и производные? Можно ли использовать саморегулируемые вещества? Ввести соответствующие поправки в технический ответ.
Саморегулируемые вещества (в условиях данной задачи) - это такие вещества, которые определенным образом меняют свои физические параметры при изменении внешних условий, например, теряют магнитные свойства при нагревании выше точки Кюри. Применение саморегулируемых веществ позволяет менять состояние системы или проводить в ней изменения без дополнительных устройств. Провести предварительную оценку полученного решения, ответив на следующие контрольные вопросы:
а) обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР-I?
б) какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением?
в) содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?
г) годится ли решение, найденное для “одноцикловой” модели задачи в реальных условиях со многими циклами.
Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к анализу задачи. В случае решения задачи проверить по патентным данным формальную новизну. Указать, какие подзадачи возникнут при технической разработке полученной идеи. Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.
Применение полученного ответа
Действительно хорошая идея не только решает конкретную задачу, но и дает универсальный ключ ко многим другим аналогичным задачам. Рассматриваемая часть АРИЗ имеет целью максимальное использование ресурсов найденной идеи. Для этого следует:
Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система;
Проверить, может ли измененная система (или подсистема) применяться по-новому;
Использовать полученный ответ при решении других технических задач:
а) сформулировать в обобщенном виде полученный принцип решения;
б) рассмотреть возможность применения полученного принципа при решении других задач;
в) рассмотреть возможность использования принципа, обратного полученному;
г) применить морфологический анализ для выяснения возможных вариантов;
д) рассмотреть изменение найденного принципа при варьировании размеров системы (или главных ее частей): размеры стремятся к нулю, размеры стремятся к бесконечности.
Анализ хода решения
Каждая решенная по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. Для этого необходимо тщательно проанализировать ход решения. В этом смысл завершающей части АРИЗ. Для чего следует сравнить:
Реальный ход решения данной задачи с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать;
Полученный ответ с данными информационного фонда ТРИЗ (стандарты, приемы, физэффекты). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный накопитель.
1. Чус А.В., Данченко В.Н. Основы технического творчества. - Киев; Донецк: Вища шк., 1983, - 183 с.
2. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. - М.: Сов. Радио, 1979.- 176 с.
3. Буш Г.Я. Аналогия и техническое творчество. - Рига: Авотс, 1981. - 139с.
4. Основы функционально-стоимостного анализа / Под ред. М.Г. Карпунина и Б.И. Майданчика. - М.: Энергия, 1986. - 176 с.
5. Патентоведение / Под ред. В.А. Рясенцева. - М.; Машиностроение, 1976. - 305 с. изобретатель экстремальный задача
6. Крюков И.В., Петров С.П. Оформление заявки на изобретение. - Киев: Вища шк. Головное иэд-во, 1988. - 152 с.
7. Альтшуллер Г.С. и др. Поиск новых идей: от озарения к технологии - Кишинев: Картя Молдовеняска. 1989. - 381 с.
8. Правила игры без правил / Сост. А.Б. Селюцкий - Петрозаводск: Карелия, 1989.-280с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные понятия и определения алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ) как комплексной программы алгоритмического типа, основанной на законах развития технических систем. Классификация противоречий, логика и структура АРИЗ. Пример решения задачи.
реферат , добавлен 16.06.2013
Исследование составляющих элементов теории решения изобретательских задач и её значение для науки, изобретателей и производства. Анализ степени изменения объекта в зависимости от степени трудоемкости: закон полноты, ритмики и увеличения степени системы.
контрольная работа , добавлен 10.02.2011
Алгоритм решения изобретательских задач. Замена специальных терминов на функциональные. Применение системы изобретательских стандартов к модели задачи. Описание приспособления (упаковки саморазогревающейся), используемого для разогрева продуктов питания.
курсовая работа , добавлен 16.01.2013
Закономерности существования и развития технических систем. Основные принципы использования аналогии. Теория решения изобретательских задач. Нахождение идеального решения технической задачи, правила идеальности систем. Принципы вепольного анализа.
курсовая работа , добавлен 01.12.2015
Характеристика методов решения инженерных задач (морфологический анализ, мозговая атака, функционально-стоимостный анализ). Теории решения изобретательских задач. Поиск технического решения устранения трения при обработке изделий из алюминиевых сплавов.
курсовая работа , добавлен 26.10.2013
Традиционный метод решения технических задач и кустарный промысел. Особенности чертежной тактики машиностроения и современного проектирования. Использование способов "мозгового штурма", синектики, морфологического анализа и ликвидации тупиковых ситуаций.
реферат , добавлен 09.02.2011
Базирование механизмов решения изобретательских задач на законах развития технических систем. Закон полноты частей системы и согласования их ритмики. Энергетическая проводимость системы, увеличение степени ее идеальности, переход с макро- на микроуровень.
курсовая работа , добавлен 09.01.2013
Непротиворечивый вариант геометрически нелинейной теории плоских криволинейных стержней в квадратичном приближении. Алгоритм численного решения задачи устойчивости плоского криволинейного стержня. Линеаризованные уравнения нейтрального равновесия.
дипломная работа , добавлен 13.07.2014
Изготовление электронных наручных часов с водонепроницаемым корпусом, будильником, измеряющих пульс. Устройство и принцип работы кварцевых часов. Теория решения изобретательских задач. Определение сущности и признаков патентноспособности изобретения.
творческая работа , добавлен 23.12.2011
Описание способа сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений. Анализ изобретений в области сварки. Изучение основных приемов и методов теории решения изобретательских задач, позволяющих устанавливать системные связи.
