Методы инженерного творчества

Мы считаем, что специалист, не имеющий основательной методологической подготовки, не может должным образом ориентироваться в непрерывно обновляющемся многообразии мира техники, даже в относительно узкой "своей" специальной области, не говоря уже о межотраслевых задачах. Для полной деятельности совершенно не достаточно иметь даже очень хорошую, но относительно узкую подготовку. Необходимо сформировать свою мировоззренческую позицию, связанную с научным и инженерным творчеством в вашей области деятельности. Проблемы творчества не связываются с системным подходом и законами развития систем. Рассматриваются проблемы методологии творчества при изобретательстве и проектировании систем. Системный подход в них явно не используется, входит как-то интуитивно и подменяется другими понятиями. В ряде работ по системному подходу не рассматриваются законы развития и функционирования систем посвящено методам принятия решений, но они не базируются на идеях системности и законах развития систем. Есть ряд работ, посвященных методам создания новых технических решений.

Есть ряд работ, посвященных методам создания новых технических решений. Но предлагаемая в них методология не содержит взаимосвязи системного подхода, законов развития систем и методов принятия решений. Ряд работ посвящен анализу творческой деятельности, психологии творчества, влиянию человеческого фактора на принятие решений, но без связи с системным подходом, и закономерностями развития систем. Сегодня без ускорения научно-технического прогресса наше общество не решит своих экономических и социальных проблем. Особое внимание следует уделять анализу проблем на стыке разных наук - естественных, технических и общественных. Поэтому необходимо в общей взаимосвязи, на основе системного подхода овладение законами развития технических наук, эволюции антропогенного мира. Необходимо привлечь внимание к формированию мировоззренческих позиций инженеров, научных работников и преподавателей. Каждому из нас необходимо овладеть искусством системного подхода, использовать объективные законы и закономерности развития техники и на их основе принимать практические творческие решения. Три составные части инженерного творчества соответствии с предложенной концепцией тремя составными частями инженерного творчества являются:

системный подход;

законы развития техники;

методы принятия решений.

Системный подход как методология изучения объекта состоит в том, что его недопустимо рассматривать без учета всей его полноты и сложности строения, целостности, взаимодействия и взаимообусловленности всех составляемых элементов между собой и со средой, из которой этот объект (система) выделен. В сложности строения рождается новое качество, которое отсутствовало у элементов, ее составляющих. Сущность системного подхода и проста, и сложна. И ультрасовременная и древняя, как мир, ибо уходит корнями к истокам человеческой цивилизации. Законы развития техники должны быть основой и мощным ускорителем ее развития. Техника – это одно из проявлений творческой человеческой деятельности, то, что называют иногда второй природой (антропогенным миром), полагая при этом первой природой естественный мир. Ни у кого нет желания пренебрегать объективными законами природы. А вот в антропогенном мире у людей, не ведающих о законах его развития, о характере их действия возникает соблазн перескочить через эти законы. В наших институтах пока, к сожалению, законы развития техники не изучаются.

Методы принятия решений необходимы для поиска решений все более усложняющихся технических задач. Овладеть разнообразным инструментарием мыслительного процесса для интенсификации творческой деятельности это настоятельная задача инженера ученого педагога.

В целом речь идет о повышении общей культуры мышления, творчества в наши дни. Деятельность инженера, ученого педагога (учителя) должна опираться на творчество особенно в наше время. Недостаточно узкой специальной подготовки для полноценной научной и инженерной деятельности. Непрерывно обновляющееся многообразие мира техники неразрывная связь не только с естественными, но и социальными проблемами с межотраслевыми задачами требуют от специалиста основательной методологической подготовки, укрепления своих мировоззренческих позиции и совершенствования творческого арсенала.

Фундаментальные основы инженерного искусства. Человек, овладевая природными и общественными условиями своего существования, создает свою - "вторую природу". Этот человеческий мир, базируясь на природе вместе с тем составляет ту великую "прибавку", которая исторически является самой молодой, но вместе с тем самой качественно сложной реальностью миро знания. Техника как часть антропогенного мира определяется как совокупность средств человеческой деятельности создаваемых в целях производства и обслуживания непосредственных потребностей общества. Проблема качественных различий мира "естественного" и искусственного" не нова. Однако в нашем сознании главным образом в силу несовершенства образования сложился стереотип такого убеждения, при котором "искусственному" миру как вторичному как бы предписывается исполнять только законы, действующие в "естественном" мире. Однако в эпоху НТР такие стереотипы не только не соответствуют фактическому положению в науке, но наносят ей непоправимый вред, ибо сама практика научного познания начинает требовать, чтобы закономерности знания об искусственном нашли свое адекватное отражение в научной картине мира и методологии. Одним из ярких проявлении тому служат высказывания крупного естествоиспытателя Герберта Саймона. Сердцевина идеи Г. Саймона заключается в том, что необходимо разработать некую универсальную теорию конструирования или основы методологии создания искусственного. Он верит, что создание такой теории позволит исправить тот "флюс", который сейчас в нашем познании составляют естественно научные знания. Сейчас очевидным становится, что инженеру, чтобы строить конкретную действительность, исходя из потребностей общества, уже недостаточно только "всеобщей ориентации", он должен иметь под рукой "эффективные познавательные инструменты". Инженер, как правило, не добывает фундаментальных знаний "о природе вещей", но он добывает фундаментальные знания "о синтезе вещей". И вряд ли можно сказать, что эти исследования менее важны, чем первые. Потому что конечной целью всякого человеческого познания, да и вообще - проявления активной человеческой позиции, является не накопление знаний, как таковых, а стремление заставлять их служить себе. Здесь мы подходим к важному выводу, что объективное существование (точнее - сосуществование) двух типов знаний: об естественном и об искусственном - рождает два типа системных исследований, один из которых развивается на базе общетеоретической, общефилософской, другой - на специально научной. Если непосредственной целью естествознания является познание истины, раскрытия законов природы, то непосредственной целью технических наук является содействие человеку в практическом использовании этих законов, выяснение и обоснование их применения. Методологическое единство естествознания состоит в том, что как в природе, так и в технике люди имеют дело с единой материей, существующей и развивающейся по единым законам. Отсюда следует, что универсальные диалектико-материалистические принципы познания не могут не быть общими как для природы, так и техники. Обогащение материалистической диалектики, как общей теории развития, обусловливается преимущественно спецификой технического объекта, проявляющегося в том, что здесь взаимодействуют две формы объективного процесса: природа и целеполагающая деятельность человека. Принятие решений на основе системного подхода. Сознательная жизнь человека, особенно творческая деятельность, представляет непрерывную последовательность принятия решений по многим вопросам и проблемам, вызываемым потребностью общества и его лично.

Вследствие этого необходимо привлечь внимание к данной проблеме и попытаться разобраться и ответить на следующие вопросы. На каких принципах (основах) зиждется методология принятия решений в творческой деятельности? Что есть общего между философской теорией познания, системным подходом и разнообразными методами принятия решений? Как разобраться и овладеть многочисленными частными приемами, и в каких областях они эффективны? Как обучаться этим методам активизации и интенсификации мыслительного процесса? Какую роль играют в этом современные компьютеры, информационно-измерительная и другая техника? Могут ли они заменить творческую деятельность человека? Достаточно ли обучать инженера, ученого лишь специальным дисциплинам по его профессии? Как не завязнуть в трясине "глухоты специализации"? Принятие решений. Что это такое. Дадим содержательное определение понятия "принятие решения". В силу своей многоплановости оно не может быть простым, тем более - однозначным. Существует два понятия "принятие решения", а именно: философское (общее), затрагивающее глубинные мыслительные процессы в познании мира; прагматическое (конкретное), описывающее методологию решения инженерных задач.

Прагматический аспект. Сюда мы относим многочисленные практические методы принятия решений, изложенные ниже, в том числе Акоффа, Альтшуллера и др. Принятие решения рассматривается как процесс, состоящий условно по меньшей мере из четырех этапов.

Первый этап - исследование проблемы и постановка цели (задачи). Часто исследование потребности протекает медленно, часто бессознательно, а то и подспудно. Исследование потребности заканчивается постановкой задачи на разработку нового решения, на преодоление вскрытого основного противоречия.

Второй этап - разработка альтернативных вариантов нового (искомого) решения, т.е. поиск разных путей преодоления основного противоречия.
Третий этап - оценка и ранжирование альтернативных решений с точки зрения их приближения к требованиям, сформулированным в процессе постановки задачи. Четвертый этап - тесно связан с предыдущими, как и все между собой. После выбора и утверждения одного из альтернативных вариантов необходимо глубокое и системное осмысление полученного результата, какие новые проблемы порождаются? Если результаты неудовлетворительны, то необходимо вернуться к начальной стадии процесса, к следующему витку поиска решения. Методы направленного поиска решения инженерных задач. Теория и алгоритм решения изобретательских задач (ТРИЗ и ЛРИЗ) Г.С. Альтшулдера. Эти приемы разработаны известным изобретателем Г.С. Альтщуллером. В основе ТРИЗ лежит представление о закономерном развитии технических систем, а также патентный фонд, содержащий описание многих миллионов изобретений, справочный фонд физических эффектов и явлений. На базе ТРИЗ создан ряд алгоритмов решения изобретательских задач АРИЗ 77 и ТРИЗ-85 как альтернатива малоэффективному и неперспективному старому способу "проб и ошибок" и другим методам. ТРИЗ (теория решения изобретательских задач) является в настоящее время единственной методологией поиска новых решений, дающей стабильные положительные результаты, доступной для массового изучения и использования в производственных условиях. Так считают многие сторонники и последователи Г. С. Альтшуллера разработавшие "изобретающую машину". Теоретическим фундаментом ТРИЗ, наряду с законами развития технических систем, является анализ и обработка больших массивов патентной информации. В качестве ключевых понятий в ТРИЗ выступают: изобретательская ситуация (описание технической системы с указанием на тот либо иной недостаток); техническое противоречие. Это понятие основывается на том, что поскольку техническая система представляет собой целостный "организм" (систему), то попытки улучшения одной ее части (функции, свойства) приводят к неминуемому ухудшению других частей. Решить изобретательскую задачу - значит выявить и устранить техническое противоречие.

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - пример применения материалистической диалектики и системного подхода к процессу технического творчества. Методика основана на учении о технических противоречиях (ТРИЗ). Процесс решения - это последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Последовательность, направленность и активизация мышления достигаются при этом ориентировкой на идеальный конечный результат (ИКР), т.е. идеальное решение, способ, устройство.

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.

...

Издательство: Машиностроение

Год издания: 1988

Язык: русский

Страниц: 368

Краткое содержание

Предисловие

Условные обозначения

Введение

Часть 1. Теоретические основы инженерного творчества

Глава 1. Основные инвариантные понятия техники В основе любой сформировавшейся научной или учебной дисциплины лежит относительно небольшой набор четко определенных понятий, которые служат строительными блоками всего здания определенного раз¬дела науки. Эти понятия, как правило, связаны между собой и с понятиями фундаментальных наук. Правильно выбранные и правильно определенные понятия живут, можно сказать, вечно в соответствующей дисциплине и способствуют ее прогрессивному развитию. К таковым можно отнести, например, понятия вида и рода, органа и клетки, гена и экологической ниши в биологии, массы и ускорения, электрического заряда и напряженности поля, атома и электрона в физике и т. д. Введение ошибочных понятий, напротив, затормаживает развитие науки или способствует возникновению ложных построений, которые затем отбрасываются. В настоящей главе сделана попытка определить основные понятия техники в рамках обобщенных методов ИТ. Система таких понятий позволит рассуждать на одном языке о разных объектах техники и достаточно четко сопоставлять их свойства. При формировании основных понятий руководствовались следующими принципами: каждое понятие должно иметь отношение ко всем известным (или почти ко всем) техническим объектам (ТО)

Глава 2. Функционально-физический анализ технических объектов В настоящей главе дается методика углубленного изучения конструкции и структуры ТО, который требуется усовершенствовать. При таком изучении в первую очередь необходимо понять и уточнить следующее: какие функции выполняет каждый элемент ТО и как элементы функционально связаны между собой; какие физические операции (преобразования) выполняет каждый элемент и как они взаимосвязаны между собой; на основе каких физико-технических эффектов работает каждый элемент ТО и как они взаимосвязаны между собой. При выяснении этих вопросов появляется четкое и цельное представление об устройстве ТО (которое требуемся усовершенствовать) с функциональной и физической точек зрения. Без такого представления затруднительно заниматься поиском наиболее эффективного нового технического решения. Построение конструктивной ФС основывается на законе соответствия между функцией и структурой ТО. Разделение ТО на элементы. В основу анализа функций ТО и построения конструктивной ФС положен принцип выделения и рассмотрения структур с двухуровневой иерархией, т. е. любой ТО можно разделить на несколько элементов, каждый из которых имеет вполне определенную функцию (или функции) по обеспечению работы ТО или его элементов.

Глава 3. Критерии технических объектов Значение критериев развития особенно важно для специалистов, которые стремятся при разработке новых изделий превзойти уровень лучших мировых достижений или приобрести изделия на уровне лучших мировых достижений. Для решения этих задач критерии развития играют роль компаса, указывающего направления магистрального прогрессивного развития изделий и технологий. Поскольку любой ТО, как правило, имеет несколько критериев развития, то принцип прогрессивного развития для каждого нового поколения ТО заключается в улучшении одних и неухудшении других критериев. Наборы критериев развития для различных классов ТО в значительной степени совпадают, поэтому в целом развитие техники в большой мере подчинено, можно сказать, единому набору критериев, определяющих развитие техники. Этот единый набор включает следующие четыре группы критериев: функциональные критерии, характеризующие важнейшие показатели реализации функции ТО; технологические критерии, связанные только с возможностью и простотой изготовления ТО; экономические критерии, определяющие только экономическую целесообразность реализации функции с помощью рассматриваемого ТО.

Глава 4. Конструктивная эволюция технических объектов Изучение конструктивной эволюции связано с изучением и анализом истории развития интересующего класса ТО, имеющих одинаковые или близкие функции. Такое исследование основывается на законе прогрессивной эволюции ТО, суть которого состоит в повторении следующего цикла: 1) начало изготовления и использования поколения технических объектов; 2) накопление в течение времени недостатков у поколения 3) создание (разработка) нового поколения устраняющего недостатки и начало его изготовления и использования. Укажем некоторые наиболее важные цели проведения анализа конструктивной эволюции, которые, как увидим, несомненно оправдают значительные затраты на изучение и исследование истории техники. При создании нового поколения ТО, как правило, имеется несколько путей дальнейшего конструктивного изменения и совершенствования ТО. Среди всех альтернативных путей обычно только один бывает наиболее правильным и перспективным. Остальные часто оказываются тупиковыми. Поэтому перед конструктором каждый раз стоит ответственная задача не только изобрести несколько альтернативных улучшенных технических решений, но, главное, найти единственное наиболее правильное решение.

Глава 5. Законы строения и развития техники и их приложения Как уже было сказано, наивысший уровень инженерного творчества заключается в выявлении и формулировании законов и закономерностей строения и развития техники и сознательном их использовании при поиске более эффективных и рациональных конструкторско-технологических решений. Наука о законах техники только начинает формиро¬ваться. И первый этап, естественно, связан с формулированием и обоснованием гипотез о законах строения и развития техники. Сегодня нет пока достаточно обоснованных общепризнанных отдельных законов техники и нет еще даже в гипотезах полной замкнутой их системы. Создание такой системы, как и обоснование отдельных законов - одно из важнейших актуальных современных направлений фундаментальных исследований, относящихся к технозианию и общей теории проектирования. Это направление ждет своих энтузиастов-исследователей. Однако, в отличие от недавнего времени сегодня уже имеются теоретические и методические разработки по законам и закономерностям техники, которые представляют большой интерес для практического использования в инженерном творчестве. Законы техники, а также более частные и локальные закономерности могут иметь многоплановое приложение в инженерном творчестве. Во-первых, на основе законов и закономерностей техники могут быть разработаны наиболее эффективные методология и методы инженерного творчества. Во-вторых, привязка законов и закономерностей к конкретному классу ТО позволяет определить наиболее правильные структурные свойства, облик и характеристики ТО в следующих поколениях.

Глава 6. О роли красоты в инженерном творчестве и эстетической подготовке инженеров Часть 2. Методы инженерного творчества

Глава 7. Постановка и анализ задачи

Глава 8. Методы мозговой атаки

Глава 9. Метод эвритических приемов

Глава 10. Морфологический анализ и синтез технических решений

Глава 11. Автоматизированный синтез физических принципов действия

Глава 12. Автоматизированный синтез технических решений

Глава 13. Автоматизированный поиск оптимальных технических решений

Глава 14. Функционально-стоимостный анализ технических объектов

Заключение

Приложение

Список литературы

Алфавитно-предметный указатель

• 707 просмотров

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.

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

основы инженерного творчества

Учебное пособие

Волгоград

УДК 658.518.2(075.8)

Рецензенты: главный конструктор -КРАН» ; технический директор СМИ»

Никифоров, инженерного творчества: учеб. пособие / . ВолгГТУ, Волгоград, 2008. – 96 с.

Дается общее представление об основных методах инженерного творчества, приводится их краткая характеристика, классификация и сфера применения.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 151001.65 «Технология машиностроения», а также может быть полезно для инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, связанных с созданием и модернизацией техники.

Ил. 16. Табл. 2. Библиогр.: 14 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

ISBN 0087-4 Ó Волгоградский

государственный

0 " style="border-collapse:collapse">

Введение

Современное классическое техническое образование, предоставляемое в наших вузах, ориентировано в первую очередь на обучение студентов решению типовых задач, которые возможно встретятся в будущей профессиональной деятельности . Эти задачи могут быть решены путем логического вывода из ранее известных посылок, при этом имеется готовая постановка задачи, известен способ ее решения, а также предпола-гаемый ответ. Однако задачи, возникающие перед инженером, могут носить различный характер. И поэтому, безусловно, необходимое умение решать типовые инженерные задачи должно быть дополнено умением решать задачи инженерные творческие. А для этого необходимо, чтобы будущий специалист, прежде всего, овладел бы системным видение м мира, в том числе и мира технических систем, знаниями и навыками, необходимыми специалисту для решения нетиповых, творческих задач. Нельзя сказать, что накопленный на сегодняшний день огромный научно-технический потенциал создавался людьми, не владеющими творческим подходом к решению. Однако, как показывает анализ литературы по рассматриваемому вопросу, творческие инженерные задачи, как правило, находили решение в результате некоего интуитивного озарения, посетившего разработчика.

В настоящее время возникла и активно развивается наука, изучающая методы и способы ускоренного и целенаправленного нахождения оптимальных технических решений при создании сложных технических систем. Одно из названий этой науки – «Методы инженерного творчества». Помочь ознакомиться с этой дисциплиной и призвано данное учебное пособие . Учебное пособие структурировано на 5 глав. В первой главе приводится краткий исторический обзор развития методов технического инженерного творчества и изобретательства, описан применяемый до сих пор метод проб и ошибок, приведены направления его совершенствования и присущие недостатки. Во второй главе представлены различные подходы к классификации стратегий, методов и результатов изобретательского творчества. В 3, 4 и 5-ой главах последовательно освещены методы интуитивного поиска, методы систематизации и методы упорядоченного поиска технических решений.

Учебное пособие построено на основании ряда литературных источников, представленных в списке литературы. Автор учебного пособия не всегда придерживался указания ссылок на первоисточники, чтобы не перегружать текст и не быть привязанным к точному цитированию.

Для того чтобы оживить содержание учебного пособия, в него внесены художественные иллюстрации, специально подготовленные художником, которой автор приносит огромную благодарность.

Список аббревиатур

МПиО – метод проб и ошибок;

МА – мозговая атака; мозговой штурм;

ТО – технический объект:

ПКД – проблема, как она дана;

ПКП – проблема как её понимают;

ФСА – функционально-стоимостный анализ;

FDM – фундаментальный метод проектирования Мэтчетта;

ТРИЗ – теория решения изобретательских задач;

АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач;

ИКР – идеальный конечный результат;

ТС – техническая система;

КПД – коэффициент полезного действия;

ВПР – вещественно-полевые ресурсы;

ТП – техническое противоречие;

ФП – физическое противоречие;

РВС – оператор «размер–время–стоимость»;

ММЧ – метод моделирования «маленькими человечками»;

РТВ – курс развития творческого воображения.

1. Предпосылки возникновения методов поиска новых технических решений

1.1. Исторические корни технического творчества и изобретательства

Современное научно-теоретическое мышление стремится проникнуть в сущность изучаемых явлений и процессов. Это возможно при условии целостного подхода к объекту изучения, рассмотрения этого объекта в возникновении и развитии, т. е. применения исторического подхода к его изучению.

Ученые и философы с древних времен пытались определить закономерности творческого мышления. Термин «эвристика», произошедший от легендарного возгласа Архимеда «Эврика!» («Нашел!»), ввел древнегреческий математик Папп Александрийский в III веке н. э. Он обобщил труды античных математиков, рассказал о том, как работал Евклид при поиске мате­матических доказательств. Методы, отличные от чисто логических, Папп объединил под условным названием «эвристика». Его трактат «Искусство решать задачи» можно считать первым специальным методическим пособием, показывающим, как вернее действовать, если задачу нельзя решить с помощью известных математических или логических приемов.

Если рассматривать историю становления эвристики хронологи­чески, то следует отметить, что разработку учения об эвристических методах начал еще древнегреческий философ Сократ (469–399 гг. до н. э.). Он ставил себе цель преподавать не готовую систему знаний, а метод, с помощью которого можно создавать систему. В беседах, дискуссиях со своими собеседниками, ставя наводящие вопросы, он стимулировал пробуждение скрытых (латентных) творческих спо­собностей людей, рождение ими продуктивных идей. Метод называл­ся майотикой Сократа. Дословно это означает «акушерское искус­ство», что достаточно метко выражает суть.

Архимеду (287–212 гг. до н. э.) принадлежит уже подробное учение о методах рассмотрения и решения задач. С помощью упро­щенных представлений (говоря современным языком, моделей) он выдвигал и обосновывал гипотезы, которые затем можно было точно доказать математически. В своем труде «Стомахион» Архимед описал некоторые способы создания новых технических объ­ектов из уже известных элементов.

Таким образом, уже в древности с развитием науки возникли методические сборники о том, как нужно действовать, если задачу заранее нельзя решить с помощью известных математических или логических методов. Последующий упадок античных наук привел к забвению на многие века за­ложенных в прошлом тысячелетии некоторых начал эвристики. Сыграла свою негативную роль церковь, которая препятствовала всему новому, а образ техника, изобретателя, алхимика связывался с действием темных сил. Технические нововведения не только не приветствовались, но и запрещались.

Лишь в XVI–XVII вв. труды Г. Галилея (гг.), Ф. Бэкона (1561–1626 гг.) возродили эвристиче­ские подходы к науке.

В 1250 г. испанский философ Раймунд Луллий спроектировал систему, с помощью которой можно было комбинировать некоторые принципы и основные понятия и тем самым получить все познания, к которым вообще способен человеческий разум. Для комбинирования применялись вращающиеся четырехугольники или окружности, на которые были нанесены буквы, цифры и рисунки. Это позволяло механически или автоматически получать разные комбинации. Метод был чисто спекулятивным, принципы и понятия не были научно обоснованы, а вся методика была поставлена на службу религии.

Вторую систему создал французский философ и математик Рене Декарт (1596–1650). В своем труде «Правила для руководства ума» он предложил метод, с помощью которого все проблемы путем разложения на простые составные части можно свести к математическим, а все математические – к алгебраическим задачам. Для алгебраических задач Декарт хотел разработать универсальный метод решения. Труд остался незаконченным. Такая судьба постигла бы его и сейчас. Бесконечное множество проблем, с которыми сталкивается человек, нельзя решить с помощью универсального алгоритма. И не для всех задач можно дать четкие алгоритмы.

Под влиянием Луллия и Декарта первым, кто попытался описать логику создания основного про­дукта инженерного творчества – изобретения, был выдающийся ученый, основатель Академии наук в Германии, (1646–1716 гг.). Он призывал пользоваться разумом так, чтобы «оценивать не только явное, но также и изобретать, откры­вать скрытое». Путь к достижению цели он видел в расчленении всех понятий на некоторые элементарные ячейки, образующие как бы азбуку человеческих мыслей. А дальше в действие вступала ком­бинато-рика: «путем комбинирования немногого можно составить бес­конечное». Всю жизнь работал ученый над усовершенствованием «искусства изобретения», обоснованным им в своей диссертационной работе. Но труд его также полон пробелов.

Однако труды Луллия, Декарта и Лейбница оказались весьма перспективными. Комбинаторика как метод мышления в наше время нашла широкое применение. В 1932 г. Вильгельм Оствальд показал, как полезны могут быть комбинации для получения изобретений. А Фриц Цвикки, американский астроном, родившийся в Швейцарии, назвал этот метод «морфологическим анализом» и применил его сначала для поиска всех возможных классов звезд. Затем разработал несколько новых астрономических приборов и классифицировал все мыслимые принципы построения движителей и двигателей летательных аппаратов. Во Франции практически одновременно А. Молье использовал аналогичный метод.

Значительный вклад в развитие идей эвристики внес Христиан Вольф (1679–1754 гг.), который дал более четкое ее определение, предложил ряд правил искусства изобретательства.

Чешский математик и философ Бернард Больцано (1781– 1848 гг.) создал фундаментальный труд – «Наукоучение». В нем есть большой раздел «Искусство изобретательства» с изложением различ­ных его методов и эвристических правил.

В России теорией эвристики в начале XX века много занимался инженер-патентовед. В ряде своих книг он на­стойчиво декларировал возможность создания науки о творчестве, и в частности об изобретательстве. Но он оказался в плену триад формальной аристотелевской логики и творческую лабораторию изобретателя так и не показал.

1.2. Метод проб и ошибок

https://pandia.ru/text/78/049/images/image007_124.gif" width="296 height=182" height="182">

Рис. 1. Схема поиска методом "проб и ошибок".

ВИ – вектор психологической инерции; ПК – поисковая концепция

От точки, которую мы назовем "Задача", изобретатель должен попасть в точку "Решение". Где именно находится эта точка, заранее, конечно, неизвестно. Изобретатель создает определенную поисковую концепцию (ПК) , т. е. выбирает направление поисков. Начинаются "броски" в выбранном направлении (они условно обозначены стрелками): "А если попробовать так?" А потом становится ясно, что неправильна вся поисковая концепция – поиски идут не в том направлении. Изобретатель возвращается к задаче, выдвигает новую поисковую концепцию и начинает новую серию "бросков". В практике количество попыток обычно намного больше, чем изображено на схеме.

При переборе вариантов безраздельно властвует субъективизм, отсутствуют правила выдвижения идей и критерии их оценки. Правда, по мере развития тех­ники, накопления знаний и опыта изобретатель реже выдвигает нелепые идеи. Он, как правило, представляет себе, что возможно и что невозможно. В процессе поис­ка ему не нужно проверять все возможные варианты – опыт, знания позволяют многие из них заранее оце­нить, принять или отвергнуть. И все-таки далеко не все поддается оценке.

МПиО и сегодня можно использовать для решения простых задач. Но как быть со сложными проблемами, которые требуют рассмотрения и оценки сотен или даже тысяч возможных вариантов? Ведь на их решение могут уйти многие месяцы или годы и безо всяких гарантий на успех. Нередко именно поэтому изобретатель подчас останавливается далеко не на лучшем варианте решения.

Изобретений без признаков яркой творческой мыс­ли многие тысячи. И если, за неимением лучшего, их все-таки внедряют, то часто этим не столько ускоряют, сколько тормозят научно-технический прогресс.

МПиО не для создания изобретений высокого уровня. Даже если кому-то удается найти удачную идею, терпеливо перебрав множество вари­антов или случайно выйдя на правильное решение, то маловероятно, что со следующей задачей изобретатель сумеет справиться на таком же уровне и в приемлемый срок. Большие творческие способности несколько увели­чивают эту вероятность, но в целом и способности не компенсируют недостатков метода проб и ошибок. Не намного облегчает дело так называемый эстафетный механизм нахож­дения сильных решений, при котором последующие по­коления исследователей и изобретателей учитывают отрицательный опыт предшественников и не ищут в заведомо бесперспективных направлениях. Выявляя и отбрасывая все новые подобные направления, исследо­ватели постепенно как бы достраивают пирамиду по­иска до самой вершины.

Хотя с помощью метода проб и ошибок создана вся современная техника, однако до 70–80-гг. XIX века несовершенство метода ничем не компенсировалось. Решение трудных задач растягивалось на десятки лет. Одной и той же проблемой иногда занималось не­сколько поколений изобретателей. Чтобы повысить эффективность творческого поиска, в него стали постепенно вовлекать все больше специалистов, причем самого разного профиля. Зону поиска в таких случаях дробили на небольшие участки, каждым из которых занимался подчас специальный многочисленный коллектив . Так рождались специализированные, узкопрофильные НИИ, КБ с многочисленными подразделениями. С развитием НТР и ростом объемов творческого труда увеличивалось число отраслевых институтов и конструкторских бюро.

Такой, чисто экстенсивный, путь развития не способен удовлетворить уровень и темпы развития техники сегодняшнего дня. В условиях современной экономики столь нерациональная растрата материальных средств, людских ресурсов, их творческого потенциала способна привести лишь к банкротству предприятия.

Некоторые скептики могут возразить и привести факты, свидетельствующие о том, что открытие или изобретение сделано внезапно, по воле случая, безо всякого пере­бора вариантов. Пришла мгновенная догадка – и задача решена. В качестве подтверждения приведут с десяток широко известных, но мало что объясняющих примеров.

Марилс вынул из бочки со скипидаром случайно упавший ту­да рабочий костюм. Он оказался чистым, без пятен. Благодаря этому в 1870 г. был изобретен способ химической очистки тканей.

Физик Беккерель случайно открыл радиоактивность, обнаружив, что завернутая в черную бумагу фотопластинка, лежавшая ря­дом с солью урана, оказалась засвеченной.

Уатта вид кипящего чайника натолкнул на идею паровой машины, а обычная паутина подсказала инженеру Брандту принцип конструкции висячих мостов.

Случайных открытий действительно было, да и сей­час есть, немало, но не бывает случайных открывате­лей! «На случай наталкиваются те, кто его заслу­живает», – прекрасно сформулировал Лагранж. Или, как сказано в биографии Пастера: «Те, кто делает все, чтобы на него натолкнуться».

Эдисону, по его собственному признанию, прихо­дилось работать над одним изобретением в среднем семь лет. По крайней мере треть этого времени уходила на по­иски идеи.

Вот что писал изобретатель Николай Тесла, работав­ший одно время в лаборатории Эдисона: «Если бы Эди­сону понадобилось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять времени на то, чтобы определить наиболее ве­роятное место ее нахождения. Он немедленно с лихора­дочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соло­минку за соломинкой, пока не нашел бы предмета своих поисков. Его методы крайне неэффективны: он может за­тратить огромное количество времени и энергии и не до­стигнуть ничего, если только ему не поможет счастливая случайность. Вначале я с печалью наблюдал за его дея­тельностью, понимая, что небольшие теоретические зна­ния и вычисления сэкономили бы ему тридцать процентов труда. Но он питал неподдельное презрение к книжному образованию и математическим знаниям, доверяясь все­цело своему чутью изобретателя и здравому смыслу аме­риканца».

Названные выше открытия и изобретения сделали вовсе не случайные люди, а видные ученые, опытные специалисты, накопившие обширные знания и опыт. Случай лишь ускорил ход их мыслей, сконцентриро­вал их в едином направлении, стал своего рода им­пульсом в создании нового. Но подобное может про­исходить лишь с человеком ищущим, способным такой случай заметить, понять и, наконец, объяснить и сде­лать выводы.

Не нужно забывать, что известные «случайные» от­крытия – лишь малая толика всего огромного количества открытий и изобретений, сделанных на протяжении ис­тории человечества. А основная масса новшеств – ре­зультат постепенного накопления знаний и длительного творческого труда.

Извечный и безостановочный поиск на основе МПиО помог человеку открыть мир тех­ники. Но времена неудержимо меняются. Метод пере­бора вариантов, тысячелетия добросовестно служивший человечеству, стал недостаточно быстрым и эф­фективным. Уже в XIX в. он практически исчерпал свои возможности. А в наш век лавинного потока информа­ции, быстрого развития науки и техники МПиО стал неприемлемым. Основанная на нем тех­нология творческого труда пришла в глубокое противо­речие с требованиями научно-технического прогресса.

Систематизируем ряд "усовершенствований" МПиО:

1. Увеличение числа "проб", например, с помощью большого числа людей, одновременно работающих над проблемой.

В конце XIX века применение метода проб и ошибок усовершенствовал Эдисон. В его мастерской работало до тысячи человек, поэтому можно было разделить одну техническую проблему на несколько задач и по каждой задаче одновременно вести проверку многих вариантов. Фактически Эдисон изобрел научно-исследовательский институт.

2. Замена вещественных проб мысленными.

Замена вещественных экспериментов мысленными – большой шаг вперед. Из 100 вариантов 99 или 95 рассматривают мысленно, и только оставшиеся 1–5 вариантов испытывают "в натуре" – это огромный выигрыш в затраченных силах, средствах, времени. Увеличение количества занятых в решении проблемы специалистов – тоже большой шаг вперед в организации технического творчества. Но как можно разделить задачу и чтобы каждый перебирал свои варианты?

Объем знаний, доступных современному изобретателю, настолько велик, что результаты многих проб могут быть предсказаны заранее. Изобретатель может опираться не только на личные знания, но и на необъятную научно-техническую литературу , может консультироваться с другими специалистами. Все это позволяет теоретически оценивать большую часть вариантов, не прибегая к реальным, вещественным опытам. Мысленные эксперименты идут намного быстрее, в этом их основное преимущество. Но мысленные эксперименты субъективны, они не защищены от психологических помех. Кроме того, мысленные эксперименты, в отличие от реальных, как правило, не сопровождаются неожиданными побочными открытиями, обнаружением всевозможных непредвиденных явлений и эффектов.

3. Увеличение степени фильтрации – главная тенденция исторического развития метода проб и ошибок.

Когда-то варианты решения задач перебирали буквально наугад. Но по мере развития технических знаний формировались представления о том, что в принципе возможно и что невозможно. Сообразуясь с этими представлениями, современный изобретатель фильтрует варианты, отбрасывая то, что кажется ему неудачным. Фильтрация облегчает решение задач, имеющих нормальные, т. е. более или менее привычные, ответы, и резко затрудняет решение задач, требующих нетривиальных, "диких" идей.

4. Создание т. н. "неалгоритмических методов" (методы мозговой атаки, синектика и др.)

Несмотря на перечисленные направления улучшения работы по МПиО, он обладает рядом недостатков :

1) при решении творческой задачи по МПиО, пробы осуществляются либо по линии наименьшего сопротивления (по "вектору инерции"), либо (что лучше) "во все стороны";

2) процесс решения по МПиО плохо управляется человеком, так как зависит от множества случайных и трудноучитываемых факторов;

3) положительный опыт, полученный при решении задачи не накапливается и не становится широко доступным другим;

4) за внешнюю простоту МПиО приходится расплачиваться потерями времени, бесконечными пробами и отсутствием гарантии получения решения задачи.

2. Классификация методов поиска новых

технических решений

Существуют различные подходы к классификации методов инженерного творчества. Классификация может основываться на рассмотрении уровня полученных технических решений. Такая классификация была предложена на основе анализа множества опи­саний изобретений. Он разделил процесс творческого поиска на несколько последовательных стадий и сформулировал осуществляемые на каж-дой из них изменения. Таким образом сложилась классификация уровней творчества, одна из ее возможных модификаций представлена в табл. 1.

Поиск начинается с выбора задачи, а затем поисковой концепции (подхода), и это не случайно: очень важен верный выбор задачи в начале пути. При выборе проис­ходит конкретизация задачи. Анализ данных табл. 1 показывает, что от первого к пятому уровню меняется сам характер поиска по всем его стадиям. При этом на первом уровне используется готовое решение почти без выбора, на втором осуществляется выбор, а от третьего к пятому уровню все более сложными становятся вно­симые изменения, качественно меняется их характер. На четвертом уровне создается принципиально новый объект, а на пятом – новая система таких объектов. Таким образом, творческий характер поиска нарастает от одного уровня к другому.