Современные методы генерирования идей при решении научно-технических задач.

Выработка идей при решении изобретательских задач - один из древнейших видов человеческой деятельности. Поразительно, что основной метод генерирования идей сохранил свою суть до наших дней - это метод проб и ошибок. Суть его заключается в последовательном выдвижении и рассмотрении всевозможных идей решения задачи. Такая традиционная технология изобретательства отличается низкой эффективностью. Пришедшая научно-техническая революция вызвала необходимость в его интенсификации и выработке методов активизации перебора вариантов. Классификация используемых методов генерирования идей показана на рис. 1.2.

 

 

 

Морфологическое описание объекта дает представление о его строении и позволяет охватить все мыслимые варианты решения задачи.

В основу расчленения (декомпозиции) проблемы при ее морфологическом описании (анализе структуры объекта) могут быть положены три подхода: объективный, функциональный и смешанный.

При объективном подходе осуществляется выделение из проблемы подпроблем, каждая из которых может рассматриваться как самостоятельная проблема соответствующего уровня иерархии. При этом каждая подпроблема может быть описана информационно и функционально.

Объективный подход к декомпозиции проблемы рекомендуется в тех случаях, когда задача имеет количественно сложную структуру при небольшой сложности и разнообразии составляющих ее подзадач. В этом случае выделяют группы сходных по свойствам подзадач и анализируют наиболее типичную подзадачу каждой группы, благодаря чему существенно снижается размерность описания проблемы.

Функциональный подход, в основе которого положен функциональный признак, рекомендуется применять в том случае, когда число подзадач невелико, но их функциональное описание является весьма сложным. В этом случае выделяется группа сходных функций и рассматривается возможность их реализации независимо от принадлежности к тем или иным подзадачам.

Выбор подхода к анализу проблемы зависит от множества факторов, таких, как цель исследования, природа проблемы, ее масштабность и др. Поэтому иногда бывает трудно принять однозначное решение о принципе формирования структуры. В таких случаях используют смешанный объектно-функциональный принцип расчленения проблемы.

От выбора того или иного принципа структурирования зависит достоверность результатов научного исследования.

Пример. В легкой промышленности имеется проблема упаковки изделий. Схематично методику морфологического анализа проблемы применительно к какому-либо виду изделий можно представить следующим образом. Если по одной оси записать, скажем, 20 видов материалов (металл, дерево, картон, пластик и т.д.), а на другой - 20 видов форм (сплошная жесткая, сплошная гибкая, решетчатая упаковка, сетчатая и т.д.), получится таблица, включающая 400 сочетаний, каждое из которых соответствует одному варианту. Можно ввести и другие оси, неограниченно наращивая число полученных вариантов. Общее количество полученных вариантов получают путем перемножения всех возможных альтернатив:

 

V = Пmi=1 Pi (1.2)

 

 

где V - количество возможных вариантов,

m - количество различных аспектов или признаков деления,

Pi - количество элементов i-го типа.

Затем осуществляется упорядочение вариантов, решается задача выбора критериев и их оценка, с помощью которых выбирается подмножество оптимальных решений из множества вариантов. На заключительном этапе осуществляется выбор окончательного варианта решения.

К положительным сторонам метода морфологического анализа относится возможность учета максимального числа путей решения поставленной задачи, а к недостаткам - отсутствие в настоящее время алгоритмов варианта.

Мозговой штурм (мозговая атака) - психологический метод. Его автор Алекс Осборн родился в конце XIX века В Нью-Йорке. Впервые этот метод он применил при выдумке новых изделий и поиске новых идей для рекламы.

В основе метода лежит мысль об отделении процесса генерирования идей от процесса их оценки. Осборн предложил вести генерирование идей в условиях, когда критика запрещена; наоборот, всячески поощряется каждая идея, даже шуточная или явно нелепая. Дня этого отбирают небольшую, по возможности разнородную группу (6-8 человек) "генераторов идей". Высказанные идеи записывают и передают группе экспертов для оценки или отбора перспективных. Таков смысл обычной мозговой атаки.

Философская концепция мозгового штурма основана на теории Зигмунда Фрейда. Считается, что в таких условиях подсознанием вырабатываются иррациональные (невыразимые в понятиях логики) идеи, которые позволяют выйти за пределы привычных представлений и стереотипов.

Улучшенным методом мозгового штурма является синектика. Смысл ее заключается в том, что используются постоянный группы "генераторов идей", которые накапливают опыт решения задач. Растет взаимопонимание, идеи схватываются с полуслова. В этом методе участвуют два механизма творчества: неоперационные и операционные процессы.

Неоперационные процессы основаны на интуиции, операционные - на использовании разного рода аналогий. Обратимся к последнему.

Гегель утверждал: "В умозаключении по аналогии мы из того, что вещи известного рода обладают известными свойствами, заключаем, что и другие вещи этого рода также обладают этим свойством".

Рабочими механизмами для выработки свежего взгляда на задачу являются аналогии:

а) прямая - любая аналогия, например, из природы;

б) личная - попытка взглянуть на задачу, отождествив себя с объектом и войдя в его образ;

в) символическая - нахождение кратного символического описания задачи или объекта;

г) фантастическая - изложение задачи в терминах и понятиях сказок, мифов, легенд.

 

Пример мозгового штурма при решении задачи раскалывания орехов (стенограмма):

Руководитель: Как расколоть орехи быстро и качественно?

А: В домашних условиях их раскалывают зубами, руками, дверью, молотком, клещами.

Р: Как быть, когда орехов много?

Б: Нужно рассортировать орехи на фракции по размерам, а затем каждую фракцию давить на прессе.

Б: можно на орехи наклеивать какое-нибудь вещество, порошок, превратив в шары одного размера и давить, не разделяя на фракции.

Г: Наклеиваемый порошок может быть ферромагнитным, тогда после раздавливания скорлупу можно будет удалить магнитным полем.

Р: Какие силы нужно будет приложить к ореху, как их создать?

А: Сосредоточенную силу, ударить чем-нибудь по ореху или орехом обо что-то.

Б: Скорлупу нужно обработать каким-либо раствором, смягчить, растворить и т.п.

Б: Использовать земное притяжение в момент падения ореха на пол.

Р: А как эту задачу решают животные?

А: разбивают клювом или бросают на что-либо твердое.

Б: орехи можно раскалывать электро-гидравлическим ударом, поместив в емкость с жидкостью.

В: Нужно раскалывать не снаружи, а изнутри просверлить дырочку и подать туда воздух под большим давлением.

Г: можно поместить орехи в камеру, подать туда воздух под большим давлением, а затем давление резко уменьшить - орех разорвет внутренне давление, т.к. оно не сможет быстро упасть.

Последний ответ соответствует идее, которая признака изобретением.

С методом мозгового штурма мы сталкиваемся В телевизионной передаче "Что? Где? Когда?", в которой играющие команда чаще всего используют синектический принцип генерирования идей.

Синектика - предел того, что можно достичь, сохраняя принцип перебора вариантов. Этот принцип сравним с костяной иглой, что позволила человеку одеваться, однако промышленное производство одежды стало возможным только после изобретения челночного переплетения нитей и создания принципиально нового устройства - швейной машины. Точно так и современный творческий процесс требует принципиально отличающихся способов. Одним из них является недавно возникшая теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Суть ТРИЗ в том, что она принципиально меняет технологию выработки новых технических идей. Вместо перебора вариантов ТРИЗ предполагает мыслительные действия, опирающиеся на знания законов развития технических систем.

"ТРИЗНАЯ" технология решения сложных нестандартных задач построена на применении АРИЗ (алгоритма решения изобретательских задач).

АРИЗ, являясь комплексной программой (методикой) анализа и решения изобретательских задач включает в себя девять частей (в частности, модификация АРИЗ-85-Б):

1. Анализ задачи - переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко поставленной и предельно простой схеме (модели) задачи.

2. Анализ модели задачи - учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, вещества и полей.

3. Определение идеального конечного результата (ИКР) и физического противоречия (ФП), мешающего достижению ИКР.

4. Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов (веществ и полей, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи).

5. Применение информационного фонда - использование опыта, сконцентрированного в информационном фонде ТРИЗ, т.е. имеющихся методик решения сходных задач.

6. Изменение или замена задачи. Если задача не решается буквальным преодолением ФП, например, разделением противоречивых свойств во времени или в пространстве, то обычно необходимо изменить смысл задачи - снять первоначальные ограничения, обусловленные психологической инерцией и до решения кажущиеся самоочевидными. Так как изобретательские задачи не могут быть сразу поставлены абсолютно точно, то эта часть может совмещаться с первой частью.

7. Анализ способа устранения ФП - это проверка качества полученного ответа, т.к. физическое противоречие должно быть устранено почти идеально. В противном случае можно получить плохо внедряемую слабую идею.

8. Применение полученного ответа - максимальное использование ресурсов найденной идеи, в том числе для многих аналогичных задач.

9. Анализ хода решения - такой анализ повышает творческий потенциал человека.

Пример: Ледокол двигается во льдах по принципу клина. Если лед имеет толщину 2-3 метра, скорость ледокола не превышает 4 км/час. Наращивать мощность двигательной установки, больше возможности нет. Как значительно повысить скорость движения ледокола? Решение:

1. Сначала надо убрать терминологию ("ледокол" - значит "колоть лед, а нам надо найти новую технологию). Назовем его, например, "штуковиной".

2. Сформулируем идеальный конечный результат ИКР. "Штукавина" со страшной силой мчится сквозь лед, как будто льда вовсе нет.

3. Нужно выбрать элемент, который следует изменить. Лед -природный элемент, поэтому менять его свойства трудно. Меняемтехнический элемент - "штуковину".

4. Какая часть выбранного элемента должна быть изменена? Мешает часть, упирающаяся в лед (см. рис.1.3.).

 

 

Между нижней и верхней частями корабля должна быть пустота, в которую проходит лед. Эти части соединяются ножами.

Арктический НИИ предложил резать лед гигантскими фрезами, расположенными в носовой части судна. Вырезанные блоки льда специальными конвейерами подаются на палубу, переходят на боковые конвейеры и сбрасываются в сторону. Огромная установка по переработке льда, которая так и не была построена. А в середине 70-х годов началось проектирование и строительство полупогруженных судов по изложенному выше принципу.