Лекция 7-8 Методы решения технических задач

  Вероятно, первым, кто пришел к мысли о необходимости повышения степени организации творческого труда, был древнегреческий философ-отшельник Диоген. За неимением лаборатории он избрал своим пристанищем бочку, где в полном уединении предавался размышлениям о совершенстве природы и безбрежности космоса.

  К сожалению, история не сообщает, были ли у Диогена последователи и насколько житие в бочке повышает творческие способности.

  Римский поэт и философ Тит Лукрецкий Кар в своей философской поэме «О природе вещей» излагает учение греческого философа Эпикура, который предлагает получать различные новые объекты путем комбинирования составляющих их частей. Это уже был значительный шаг вперед, который породит в будущем многие науки, в том числе комбинаторику.

  Знаменитый испанский ученый раннего средневековья Раймунд Луллий разработал свой метод познания истины и изложил его в труде под названием «Великое искусство». Основная идея заключалась в символическом обозначении различных понятий и последующем их комбинировании и толковании. Для этого Луллием была изготовлена специальная машина, представляющая собой набор вращающихся на одной оси дисков с символическими знаками. После остановки дисков с них считывались совпадающие знаки – символы и давался вполне определенный ответ по любой проблеме. Хотя «механизация» умственного труда и была полной, метод так и не получил заметного распространения. А сам Луллий ушел в пустыню и до конца дней своих продолжал совершенствовать свой прибор.

  Первые реально применяемые методы активизации творческого процесса стали появляться в конце 20-х годов нашего столетия. К ним относятся: метод мозгового штурма, метод фокальных объектов, метод морфологического анализа, метод контрольных в опросов, матричный метод, интегральный метод, ассоциативный метод и т.д.

Всего их насчитывается более тридцати. Познакомимся с некоторыми методиками поближе.

 

Традиционная технология решения изобретательских задач – метод проб и ошибок

Итак, мы рассмотрим логику постановки задачи:

· процесс генерации нового решения типичен при разработке любых объектов;

· объект техники, принятый к разработке, находится в конкретном факторном пространстве (наука, техника, технология и др.), которые определяют ограничения рамки поиска новых технических решений;

· для ограничения объекта разработки мы выявляем его параметры. Уровень технического решения определяется сравнительным сочетанием новых параметров объекта по сравнению с опытом про-шлого – прототипом;

· техническое решение признается изобретение, если удовлетворяет определенным критериям;

· для поиска нового технического решения должна быть правильно сформулирована постановка задачи;

· решение поставленной задачи имеет свои качественные ха-рактеристики – уровни;

· тот или иной уровень решения задачи соответствует определенному этапу развития технической системы.

 

Сформулировав постановку задачи, изобретатель приступает к ее реше-нию. Какова последовательность его действий, на каких принципах она построена.

Самый древний и самый долгоживущий метод решения изобретательских (и не только изобретательских) задач – метод проб и ошибок.

Суть метода заключается в генерации случайного сочетания признаков объекта и анализе полученного варианта технического решения.

При том необходимо учитывать следующие особенности:

· вариативное поле возможных сочетаний различных признаков объекта чрезвычайно широко и возрастает по мере возрастания уровня решаемой задачи, время перебора всех вариантов невозможно;

·  при генерации вариантов фильтруются невозможные (с точки зрения исследователя) сочетания признаков, что перекрывает доступ к решению задач на более высоком уровне;

· поиск вариантов ведется, как правило, только в известной, доступной исследователю области знаний, где весьма сильно влияние психологической инерции мышления.

Таким образом, метод проб и ошибок пригоден для маловариантных задач первого максимум второго уровня.

В современных условиях этот метод – тупик.

  Недостатки метода проб и ошибок были известны и ранее и велись поиски методов, сокращающих издержки метода. Рассмотрим некоторые из них.

  Метод мозгового штурма

  Мозговой штурм включает основные принципы:

· с целью снятия тормоза с мышления этапы синтеза и анализа решения строго разделяются. Причем на этапе синтеза анализ (критика) запрещен. Предлагаются идеи самые неожиданные (дикие) как попытка вырваться из объятий мышления. Высказанные предложения развиваются и дополняются;

· полученные идеи передаются группе экспертов, которые анализируют и развивают идеи.

  Это наиболее древний вид. Еще викинги применяли его при разрешении своих проблем. Во время морских экспедиций при экстремальных ситуациях вся команда собиралась на совет, и каждый вносил свои предложения. При этом вначале высказывались юнги и младшие матросы, затем старшие матросы и все остальные. Капитан высказывался последним, и он же принимал решение.

  Современная модификация мозгового штурма, так называемая «мозговая атака», предложена американским морским офицером А. Осборном, который во время второй мировой войны был капитаном небольшого транспортного судна.

  Однажды, опасаясь нападения немецких подводных лодок, А. Осборн собрал всю команду на палубу и попросил каждого высказать свои соображения по поводу того, как защитить безоружный корабль от торпеды. Вероятно, оптимисты есть везде. Один из матросов предложил всей команде встать вдоль борта и, когда торпеда будет приближаться к кораблю, всем разом и дружно дунуть на нее. Торпеда должна сбиться со своего пути и пройти мимо корабля. В тот раз не было необходимости проверять этот способ защиты на практике. Матросы дружно посмеялись и разошлись по своим кубрикам. Однако высказанная идея показалась А. Осборну плодотворной. Он установил на палубе вентилятор, который создавал мощный поток воздуха и в одном из рейсов действительно «отдул» торпеду от борта своего судна.

  Уже после войны А.Осборн начал детальную проработку метода. Его книга «Прикладное воображение» легла в основу курсов лекций во многих высших учебных заведениях, в НИИ и промышленных компаниях США.

  Сущность мозговой атаки – дать свободный выход мыслям из подсознания. По теории Фрейда, управляемое сознание является тонким слоем на массе неуправляемого подсознания. При мозговой атаке нужно создать условия, чтобы расковать подсознание.

 

  Метод фокальных объектов

  Сущность метода состоит в перенесении признаков случайно выбранных объектов на совершенствуемый объект.

Допустим, вам нужно усовершенствовать с помощью этого метода зубную щетку. Выбирают не менее трех-четырех случайных объектов предметов (наугад из словаря, каталога, книги, журнала и т.д.). Например, попались слова «звонок», «конфета», «лампа». Составляем список признаков этих предметов.

Звонок – электрический, школьный, часовой, велосипедный…

  Конфета – карамель, шоколадная, сладкая, душистая, витаминная …

  Лампа – настольная, навесная, бактерицидная…

  Теперь попытаемся хотя бы мысленно присоединить найденные признаки к изменяемому объекту – зубной щетке. Что получается? При известной доле фантазии можно предложить сделать щетку, которая сама рано утром звонит, призывая вас воспользоваться ею, испускает душистые запахи. Ручку этой щетки можно немного откусить, так как она выполнена съедобной, в ней много витаминной и к тому же она бактерицидная, т.е убивает все болезнетворные микробы во рту.

  Хорошая щетка?

  Метод фокальных объектов не дает никакой гарантии, что у вас получится что-то дельное, но все же, он раскрепощает мышление и порой приводит к неожиданным комбинациям. Метод содействует развитию фантазии, но говорить о каком-то направленном или планируемом изменении объекта не приходится.

  Разновидностью метода является метод гирлянд случайностей и ассоциаций.

 

  Метод синектики

Наиболее эффективная из созданных за рубежом методик психологической активизации творчества – синектика (предложена В. Дж. Гордоном), которая является развитием и усовершенствованием метода мозгового штурма.

При синектическом штурме допустима критика, которая позволяет развивать и видоизменять высказанные идеи. Этот штурм ведет постоянная группа. Ее члены постоянно привыкают к совместной работе, перестают бояться критики, не обижаются, когда кто-то отвергает их предложения.

В методе применимы четыре вида аналогий – прямая, символическая, фантастическая, личная.

При прямой аналогии рассматриваемый объект сравнивается с более или менее похожим аналогичным объектом в природе или технике. Например, для усовершенствования процесса окраски мебели применение прямой аналогии состоит в том, чтобы рассмотреть, как окрашены минералы, цветы, птицы и т.п. или как окрашивают бумагу, обои, кинопленки, телеизображение и т.п.

Символическая аналогия требует в парадоксальной форме сформулировать фразу, буквально в двух словах отражающую суть явления. Например, при решении задачи, связанной с мрамором, найдено словосочетание «радужное постоянство», так как отшлифованный мрамор (кроме белого) – весь в ярких узорах, напоминающих радугу, но все эти узоры постоянны.

При фантастической аналогии необходимо, представить фантастические средства или персонажи, выполняющие то, что требуется по условиям задачи. Например, хотелось бы, чтобы дорога существовала там, где ее касаются колеса автомобиля.

Личная аналогия (эмпатия) позволяет представить себя тем предметом, о котором идет речь в задаче. В примере с окраской мебели можно вообразить себя белой вороной, которая хочет окраситься. Или, если совершенствуется зубчатая передача, то представить себя шестерней, которая крутится вокруг своей оси, подставляя бока соседней шестерне. Нужно в буквальном смысле входить «в образ» этой шестерни, чтобы на себе почувствовать все, что достанется ей, и какие она испытывает неудобства или перегрузки. Что дает такое перевоплощение? Оно значительно уменьшает инерцию мышления и позволяет рассматривать задачу с новой точки зрения.

 

Морфологический анализ

Морфологический анализ – пример системного подхода в области изобретательства. Метод разработан известным швейцарским астрономом Ф. Цвикки. Благодаря этому методу ему удалось за короткое время получить значительное количество оригинальных технических решений в ракетостроении.

Для проведения морфологического анализа необходима точная формулировка проблемы, причем независимо от того, что в исходной задаче речь идет только об одной конкретной системе, обобщаются изыскания на все возможные системы с аналогичной структурой и в итоге дается ответ на более общий вопрос. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу – снегохода.

Точное определение класса изучаемых систем (устройств) позволяет раскрыть основные характеристики или параметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к транспортному средству (снегоходу) морфологическими признаками могут быть функциональные узлы снегохода: а – двигатель, Б – движитель, В – опора кабины, Г – управление, Д – обеспечение заднего хода и т.п.

Каждая характеристика (параметр) обладает определенным числом различных независимых свойств. Так, двигатели: А₁ – внутреннего сгорания, А₂ – газовая турбина, А₃ – электродвигатель, А₄ – реактивный двигатель и т.д.;

движители: Б₁ –воздушный винт, Б₂ –гусеницы, Б₃ –лыжи, Б₄ –снегомет, Б₅ – шнеки и т.д.;

кабины: В₁ – опора кабины на снег, В₂ – на двигатель, В₃ – на движитель и т.д.

По заданной проблеме в матричном выражении (морфологическом ящике) фиксируются наиболее существенные параметры.

Например, для снегохода матрица будет иметь вид:

(А₁ А₂ А₃ А₄)

(Б₁ Б₂ Б₃ Б₄ Б₅)

(В₁В₂В₃)

  Возможные сочетания: А₁ Б₃ В₂, или А₁ Б₂ В₃ или  А₂ Б₁ В₂  или А₄ Б₄ В₃ и т.д.

  Матрица – символическая форма описания решений. Она дает представление о всех возможных конструктивных схемах снегохода путем фиксирования в каждой строке матрицы одного из элементов. Набор этих элементов будет представлять возможный вариант исходной задачи. Рассматривая разные сочетания этих элементов, можно получить большое сочетание возможных вариантов решений, в том числе и самых неожиданных. Так, морфологическая матрица для реактивных двигателей, работающих на химическом топливе, построенная Ф. Цвикки, содержала 576 возможных вариантов решений.

  Ответственный этап метода – оценка вариантов решений, вытекающих из структуры морфологической таблицы. Сравнивают варианты по одному или нескольким наиболее важным для данной технической системы показателям.

 

Метод контрольных вопросов

Этот метод позволяет генерировать новые идеи и решения, стимулировать их с помощью наводящих вопросов. Применяется в форме монолога, обращенного к самому себе, либо диалога изобретателей.

В сущности это усовершенствованный вариант метода проб и ошибок, ведь каждый вопрос служит своеобразной пробой (или серией проб) с единственным отличием: по списку вопросов проще и быстрее охватить некоторое начальное поле вариантов. Авторы отбирают из изобретательского опыта вопросы, которые обеспечивают преимущества метода контрольных вопросов перед обычным методом проб и ошибок.

Один из наиболее полных и удачных списков контрольных вопросов принадлежит английскому изобретателю Т. Эйлоарту.

Например:

узнать мнение некоторых неосведомленных в данном деле людей (т.е. избежать психологической инерции);

устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая без критики каждую идею;

испробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.;

представить фантастические, биологические, экономические, химические и другие аналоги.

Вопросы в такой системе позволяют полнее увидеть свойство совершенствуемого объекта, но как его изменять – этого, к сожалению, они не подсказывают.

Итак, вы познакомились с несколькими методиками поиска технических решений, все они по сути дела являются лишь модификациями метода проб и ошибок и предшествовали появлению ТРИЗ (теория решения изобретательских задач)