Евристика та теорія розв’язування винахідницьких завдань

Ще до недавнього часу дуже поширеною була думка, що навчити людину створювати винаходи неможливо, що винахідництво – імпульси осяяння, доля небагатьох, особливо обдарованих людей. Однак, було помічено, що майже всі люди в процесі пошуку нових рішень, завдяки певним стереотипам мислення, думають однаково, а 2/3 всіх винаходів зроблено за відомими схемами. Доречно порівняти винахідників з починаючими шахістами, які під час гри повторюють комбінації, відомі сотні років, не здогадуючись про це – адже до свого стилю гри вони прийшли самостійно, на основі власних досвіду та інтуїції.

Близько 50 років тому виникла наука про спрощення і упорядкування шляхів вирішення винахідницьких задач, яка отримала назву “ Теорія розв’язання винахідницьких задач” (ТРВЗ).

ТРВЗ, не заперечуючи концепцій таланту, натхнення, осяяння чи досвіду, пропонує початкуючому науковцю понад 100 методів вирішення технічних протиріч, які постійно вдосконалюються.

Прародителькою ТРВЗ була евристика (назва пов’язується з вигуком Архімеда: “Еврика!” при відкритті їм гідростатичного закону) – наука про те, як створювати винаходи та інші нові рішення в різних галузях людської діяльності. Основи евристики закладені ще в античні часи в Древній Греції та Римі. Батьком евристики вважають грецького математика Паппа, який жив у 300 році н. е.

В працях багатьох стародавніх філософів та вчених робилися спроби пояснити закономірності творчого мислення. Істотний крок в розвитку евристики зробив Сократ, який намагався пробудити приховані творчі здібності людини в процесі діалогів, основним принципом яких був вільний обмін думками, виявлення протиріч, використання аналогій і гумору, доведення понять до абсурду тощо. Справу Сократа продовжили його учні, в тому числі Платон, а одним з перших винахідників, який використав метод Сократа для винаходів (громовідводу та плоского конденсатору), став відомий Бенджамен Франклін.

Повертаючись до процесу творчої діяльності, слід наголосити, що задатки винахідника є у кожної психічно здорової людини, а знання основ ТРВЗ, гарантує будь-якому початківцю можливість стати винахідником, хоча перші його винаходи можливо будуть невисокого рівня. Згадуючи аналогію з шахами: шахіст, який знає теорію, грати буде пристойно, але невідомо, чи стане він у цій справі майстром.

Оптимальним контингентом для навчання ТРВЗ є студенти – вони знайомі з основними законами природи, підходи до вирішення задач у них свіжі, розум розкутий, не зіпсований стереотипами. Будь-який студент, знаючи основи ТРВЗ, зможе створювати нескладні винаходи першого та другого рівнів.

Тут доречним є повідомити, що за оцінкою складності винахідницькі задачі традиційно розподіляють на 5 рівнів.

Рівень 1 Новий об`єкт практично не змінюється, при цьому засоби вирішення задачі знаходяться в межах однієї галузі. Для розв’язання задач необхідно перебрати декілька очевидних варіантів. Такі утилітарні задачі виникають на роботі і в побуті, щоденно вирішуються багатьма людьми з ординарним рівнем інтелекту і практично ніколи не оформляються заявками на винаходи.

Рівень 2 Об`єкт змінюється незначно, задачі і засоби їх вирішення знаходяться в одній галузі. Для розв’язання задач потрібно проаналізувати 50-70 варіантів, що вимагає наявності ординарного інтелекту, підсиленого певним рівнем знань, досвіду та терпіння.

Рівень 3 Об`єкт змінюється суттєво, рішення знаходяться в іншій галузі техніки (для прикладу, задача з деревообробки вирішується методами, відомими в електроніці). Правильна відповідь прихована серед сотень неправильних і для свого рішення вимагає наявності неординарного інтелекту.

Рівень 4 Об`єкт змінюється повністю, рішення знаходяться, як правило, не в техніці, а в науці, серед рідко використовуваних фізичних та хімічних ефектів та явищ. Під час пошуку правильних відповідей дослідники з неординарним інтелектом роблять десятки тисяч спроб і помилок.

Рівень 5 Змінюється вся технічна система, в яку входить об`єкт. Засоби вирішення задач можуть опинитися за межами сучасної науки, тому, можливо, досліднику з елітним рівнем інтелекту спочатку доведеться зробити відкриття, а вже потім, спираючись на нові наукові дані, розв’язувати винахідницькі задачі. Число варіантів на цьому рівні зростає до мільйонів. Задачі такого рівня розв’язуються кількома поколіннями винахідників.

Фахівці із середніми знаннями (ординарний інтелект) у своїх галузях при виконанні службових завдань, не напружуючись, роблять прості винаходи 1-го та 2-го рівнів, які удосконалюють існуючу техніку. Статистика свідчить, що таких винаходів зареєстровано 77 %, з них 32 % - 2-го рівня. Менше чверті всіх винаходів складають такі, що забезпечують якісні зміни рівня техніки: 3-ий рівень – 19 %, 4-ий рівень – 3,7 %, 5-ий рівень – 0,3%.

Сьогодення потребує вирішення задач вищих рівнів за короткі терміни. Тому слід використовувати поєднання методів та прийомів теорії розв’язування винахідницьких задач з інформаційними технологіями і сучасним мотиваційним менеджментом.

Сучасна ТРВЗ пропонує сотні методів активізації творчої діяльності дослідників. Розглянемо найбільш відомі і нескладні.

Метод спроб та помилок

Хоча даний метод не відноситься до тих, які пропонує ТРВЗ, але не згадати його було б невірно. Винахідництво – одне з найдавніших занять людини. Спочатку первісна людина не створювала винаходи, а вишукувала їх у природі і користувалася готовими підказками, пристосовуючи до своїх потреб (використовувалися шкури, зуби та кістки тварин, гостре каміння та мушлі, вогонь, гілки дерев тощо). Згодом людині прийшлося вирішувати нескладні винахідницькі задачі: як захистити вогонь від дощу, як зі шкури звіря зробити одяг, а з каміння – знаряддя праці.

Всі задачі розв’язувалися методом спроб і помилок або методом нескінченних “наступів на граблі”, тобто простим перебором безлічі варіантів в пошуках кращого або правильного. Поступово, спостерігаючи за оточуючим світом і отримуючи безцінний досвід, людина навчилась витрачати менше сил і часу на вирішення утилітарних побутових проблем. Однак, з розвитком суспільства, задачі почали змінюватися і ускладнюватися, зустрічалися і такі, на рішення яких не вистачало цілого життя дослідника.

В кінці XIX століття застосування традиційного методу спроб та помилок удосконалив Томас Едісон. Він створив науково-дослідний інститут, у майстернях і лабораторіях якого працювало понад тисячу працівників, які досліджували безліч варіантів розв’язку однієї й тієї ж проблеми. За рахунок кількості дослідників час розв’язання задач істотно скоротився, але метод, на жаль, лишився тим самим.

Цікаво, що сучасна “індустрія винахідництва” в багатьох випадках побудована на едісонівському принципі: “чим складніша задача, тим більше людей її розв’язують". Зрозуміло, що метод безнадійно застарів і не може застосовуватися у вік інформаційних технологій, тотального використання в усіх розвинутих країнах комп’ютерної техніки та Інтернету.

Метод мозкового штурму

Метод мозкового штурму полягає у колективній генерації і наступному аналізі ідей вирішення конкретної винахідницької або іншої задачі і базується на психологічному ефекті, який полягає у тому, що кількість ідей з вирішення проблеми, яка обговорюється колективно, в декілька разів перевищує кількість ідей, висловлених кожним учасником окремо.

Під час колективної роботи відбувається ланцюгова реакція ідей, яка іноді призводить до справжнього інтелектуального вибуху. В одному з американських видань з проведення мозкових штурмів справедливо зауважено: “99% конструкторських ідей виникають подібно іскрі при контакті з думками інших людей”. Результатами таких вибухів є сильні неочікувані рішення, які неможливо отримати простим перебором варіантів.

Виникнення методу мозкового штурму занурюється своїми коріннями далеко в глибину сторіч. До нас дійшли приклади застосування мозкового штурму у мореплавстві ще у XШ столітті. Якщо корабель зазнавав нападу ворогів або терпів аварію, капітан збирав команду і кожен мав право висловити варіанти порятунку. Спочатку ідеї пропонували нижчі чини – юнги та матроси, потім офіцери і так – аж до капітана. Така процедура стимулювала загальне мислення і допомагала більш досвідченим морякам відшукати серед пропозицій необхідні.

Пізніше факт реального застосування мозкового штурму було продемонстровано під час війни на одному з бойових кораблів, коли команда обговорювала, як можна було б ухилитися від торпедної атаки ворога. Один з матросів запропонував зібратися всім на борту, до якого наближається торпеда, і дружно дути в її бік, щоб віддути від судна. Хтось з офіцерів зауважив, що торпеда повністю занурена у воду і віддути повітрям її неможливо, хоча можна спробувати подіяти струменями води. Інший офіцер нагадав, що на багатьох суднах є потужні джерела водяного напору – насоси, призначені для відкачування води в аварійних випадках. І ось тут виникло рішення: системою труб, пов’язаних з насосами, створити потоки води, які могли би відхиляти торпеду від борту і дати судну можливість уникнути зіткнення з нею. Таким чином, ідея, при всій її первинній абсурдності, дуже швидко була реалізована, з’явились кораблі з надпотужними насосами, спроможними відганяти торпеди від суден.

Засновником сучасного універсального методу мозкового штурму, який використовується для отримання нових ідей в науці, техніці, адміністративній, виробничій та комерційній діяльності вважається американський підприємець та науковець А. Осборн.

Мозковий штурм проводиться керівником обговорення за певними, заздалегідь визначеними правилами і складається з кількох етапів.

1 Формулювання завдання, в якому мають бути враховані:

· бажаний результат;

· фактори, які заважають отримати бажаний результат.

2 Формування двох творчих груп, кожна з якихскладається з кількох учасників. Одна, разом з керівником, - постійні учасники, які знають правила обговорювання і легко генерують ідеї. Друга – випадкові люди, запрошені зі сторони, за фахом далекі від проблеми, яка обговорюватиметься. У них немає досвіду з вирішення таких задач, тому вони пропонуватимуть несподівані, можливо, й неприйнятні рішення. Неординарні рішення, до речі, знаходять частіше не фахівці, а саме особи, які не обтяжені думками про те, що проблема розв’язку не має. Обговорення проблеми триває у межах 1,5 годин і проводиться керівником.

3 Підготовка та проведення мозкового штурму:

1 вибрати відповідні приміщення, інтер’єр та музику для бесіди;

2 організувати попереднє знайомство учасників з проблемою та між собою;

3 підтримувати невимушену доброзичливу, часом жартівливу атмосферу бесіди;

4 стимулювати висловлювання учасниками максимуму ідей, віддаючи перевагу не їх якості, а кількості;

5 ні при яких обставинах не допускати критики (навіть посмішкою чи мімікою) висловлених ідей;

6 обговорювати всі ідеї, що прийшли в голову, навіть непрактичні, абсурдні та нерозумні;

7 комбінувати та розвивати висловлені ідеї, намагатися отримувати від них нові асоціації;

8 всі ідеї записати, після чого відредагувати список з відкиданням явно неприйнятних і розподілом тих, що залишилися на:

· найприйнятніші, що можуть бути легко та швидко реалізовані;

· ефективні, що потребують для реалізації часу і певної підготовки;

· перспективні, які можуть бути реалізовані у майбутньому;

9 аналіз відредагованого списку доручити експертам, які повинні визначити найкращі ідеї, в тому числі, й патентоспроможні;

10 відзначити кращих учасників.

Як свідчить практика, метод мозкового штурму довів свою простоту і ефективність при вирішенні багатьох, не дуже складних задач у всіх сферах людської діяльності.

Метод гірлянд асоціацій

Метод гірлянд асоціацій призначений для розв’язання винахідницьких задач і базується на переносі традиційних знань з однієї галузі в іншу шляхом використання асоціативних слів та метафоричних виразів.

В результаті може бути отримано кілька оригінальних та ефективних рішень, серед яких тільки лишається обрати найбільш прийнятне. Винахідники, реалізуючи цей метод, використовують випадкові асоціації як джерело підказок для генерування нових ідей, які виникають спонтанно, без систематичного пошуку. Метод має декілька модифікацій і відноситься до того ж виду, що й мозковий штурм – він використовує внутрішні резерви дослідника, інформацію, закладену в його мозку та інтелектуальну розкутість.

Розглянемо одну з модифікацій методу.

1 Складання гірлянди синонімів об`єкту.

Стілець-крісло-табурет-пуф…

2 Складання другої гірлянди – гірлянди випадкових об`єктів.

Електролампочка-решітка-кишеня-квітка-пляж

3 Складання комбінацій з елементів гірлянди синонімів та елементів гірлянди випадкових об`єктів.

Стілець-електролампочка, стілець-решітка, стілець-кишеня…

Крісло-лампочка, крісло-решітка…

4 Складання переліку ознак випадкових об`єктів.

Лампочка: скляна, прозора, світло - та тепловипромінююча…

Решітка: металічна, зварна, дрібна, з різними чарунками…

Кишеня: внутрішня, накладна, на блискавці…

Квітка: багатокольорова, духмяна, водяна, з шипами, симетрична…

Пляж: морський, сонячний, довгий…

5 Генерування ідей шляхом почергового приєднання до об`єкту ознак, випадкових об`єктів (гірлянду синонімів з’єднують з кожною ознакою випадкових об`єктів).

Скляний стілець, крісло з лампочкою, прозорий табурет…

6 Генерування гірлянд асоціацій. Почергово з ознак випадкових об`єктів (п. 4) генерують гірлянди вільних асоціацій. Для кожного окремого ознаку вони можуть бути практично будь-якої довжини:

Лампочка – скляна – скловолокно – в’язання – бабця – хворіє – курорт –південь – спека – сонце – орбіта - космонавт…

Аналогічно створюється гірлянда по решті ознак лампочки. Потім генеруються гірлянди асоціацій по всіх інших ознаках інших об`єктів. Кількість елементів всіх гірлянд може бути величезною.

1 Генерування нових ідей. До елементів гірлянди синонімів об`єкту почергово намагаються причепити елементи гірлянд асоціацій.

Скляний стілець, крісло для лікування ревматизму з лампочкою та кишенями, табурет і скловолокна з підігрівом…

2 Оцінка та вибір раціональних варіантів та визначення двох – трьох оптимальних.

 

Морфологічний аналіз

Морфологічний аналіз заснований на комбінаториці і полягає в тому, що в об`єкті відокремлюють групу істотних конструктивних (або інших) ознак, при цьому, для кожної ознаки вибирають можливі варіанти виконання або реалізації та, комбінуючи їх, отримують безліч рішень, в тому числі і таких, що представляють собою практичний інтерес.

Метод морфологічного аналізу був розроблений у 30-х роках ХХ століття Ф. Цвіккі для конструювання астрономічних пристроїв. Вперше Цвіккі результативно використав свій метод у 1942 році в американській авіаційній фірмі, де він працював. За невеликий термін Цвіккі запропонував декілька десятків нових технічних рішень ракетних двигунів та самих ракет, серед яких, як з’ясувалося пізніше, були рішення, що повторювали німецькі ракети ФАУ-1 та ФАУ-2.

Продемонструємо дієвість даного методу на простому прикладі конструювання ножа для харчових продуктів з допомогою морфологічної таблиці (див. Таблиця 10.1.). Якщо для кожної строки нижченаведеної морфологічної таблиці для виробу “Ніж для харчових продуктів” взяти по одному варіанту з кожного із чотирьох стовпчиків, отримаємо декілька сотень різних можливих конструкцій ножів. Нам залишиться тільки відібрати з них найкращі.

Таблиця 10.1 - Морфологічна таблиця на виріб “Ніж для харчових продуктів”

Ч/ч	Ознаки
	Матеріал леза	Метал	камінь	кістка	пластмаса
	Матеріал ручки	Дерево	кістка	пластмаса	метал
	Форма леза	подовжений прямокутник	витягнута крива	трикутник	кругла
	Безпечність зберігання	відкрите лезо	лезо в чохлі	лезо в ручці	-
	Додаткові функції	розпилює предмети	відкорковує пляшки	викручує шурупи	відвертає гайки

Цілком імовірно, що кілька цих можливих рішень можуть бути охороноспроможними, як корисні моделі або, навіть, як винаходи.

Морфологічний аналіз був дуже поширений в Європі і США, а в 60-70 роки були створені сотні варіантів методу. І сьогодні багато винахідників, які працюють над удосконаленням техніки і технологій, розбивають об`єкти на ознаки, розміщують в таблиці і перебором варіантів знаходять такі оригінальні рішення, які до цього часу просто не приходили нікому в голову.

Синектика

Одним з найсильніших методів активізації творчої діяльності вважають синектику (з грецьк. - поєднання різнорідних об`єктів) – метод, запропонований філософом Е. Гордоном, який, помінявши безліч професій та використавши свій життєвий досвід, заснував у США фірму “Синектика”.

В основу синектики покладено метод мозкового штурму, в якому приймають участь високопрофесійні постійні групи фахівців різних галузей, які використовують прийоми аналогій та асоціацій.

Такі групи від штурму до штурму накопичують досвід і прийоми вирішення протиріч, відпрацьовують процес проведення сеансів і підвищують свій фаховий рівень.

Вирішення винахідницької задачі проводиться за наступними правилами.

1 Проблему досконало вивчають.

2 Проводять власне мозковий штурм з намаганням зрозуміти проблему з різних боків, перетворити незвичайне в звичайне та навпаки, збиваючи, тим самим, психологічну інерцію.

3 Обов’язково використовують 4 спеціальних прийоми, які базуються на аналогіях:

· при прямих аналогіях об`єкт порівнюють з аналогічними об`єктами в інших галузях техніки або живій природі;

· при особистих аналогіях або емпатії уявляють себе об`єктом, що вдосконалюється, намагаючись відчути, виникаючі незручності та відчуття, тобто “оживити” об`єкт;

· при символічних або абстрактних аналогіях формулюють фрази, що в парадоксальній формі відображають суть явища. Фрази називається “назвою книги”, складається з двох слів і обов’язково містять парадокс, щось дивне, несподіване, наприклад: храповий механізм можна назвати надійною переривчастістю, в'язкість – нерішучою видозміною, розчин – зваженою плутаниною, полум'я – видимою теплотою, безліч – розсудливою обмеженістю, міцність – примусовою цілісністю, атом – енергетичною незначністю тощо. Ці аналогії дозволяють відразу перейти в іншу сферу діяльності;

· при фантастичних аналогіях в завдання вводяться фантастичні істоти або казкові персонажі, які намагаються вирішити проблему зі своїх позицій.

4 На обговорення запрошують експерта – кваліфікованого фахівця з даної проблеми, який по ходу сеансу дає необхідні пояснення і уточнення, разом з керівником штурму направляє його у правильне русло.

Головні переваги синектики – простота, велика продуктивність, універсальність, тобто можливість використовування для розв’язання будь-яких завдань: наукових, технічних, організаційних тощо. Вихід ідей у синектиці на порядок вищий, ніж у мозковому штурмі.

Фірма “Синектика” плідно співпрацювала з багатьма великими промисловими підприємствами, розв’язуючи для них винахідницькі завдання, навчаючи персонал методам активізації пошуку технічних рішень. Про популярність фірми свідчить вартість навчання в ній – кілька тижнів опанування методом одному слухачу вартує від 20 тис. до 200 тис. доларів.