Инноватика

Глава 10. Методы разработки нововведений

Глава 10. Методы разработки нововведений

10.1. Задачи технического творчества

Постановка задачи технического творчества обычно включает описание целей инновации и определение реальных ограничений или условий решения задачи, которые необходимо учитывать. Такая процедура часто предполагает не один, а несколько вариантов как постановки задачи, так и способов их решения, что позволяет за несколько шагов действий приблизиться к более точному и детальному описанию задачи, отсечь возможные тупики, исключить бесперспективные решения.

Основой успеха при этом является использование так называемого базального1 принципа эвристики, когда для эффективного формирования конкретной проблемной ситуации в данной области осуществляется «выход» в метаобласть, метазнания, а затем «возвращение» в проблемную ситуацию с привнесенной информацией. Такой «выход» возможен, когда, например, необходимые функциональные свойства или потребительские качества при постановке задачи формулируют в виде обобщенных функций. Обобщенные потребительские качества являются главными критериями продукции, технологии или услуги при их выборе покупателем, пользователем или потребителем из нескольких альтернативных вариантов. Список потребительских качеств включает многие функциональные, экономические или антропологические показатели, которые на последующих этапах проектирования обобщают и перечисляют в карте технического уровня и качества изделия, в технических условиях на продукцию, в руководствах или инструкциях по эксплуатации, либо в рекламных проспектах для характеристики конкурентоспособности.

Например, список потребительских качеств:

1)для нового телефонного аппарата предприятие может установить кроме основных показателей качества вызова, сохранения абонентских номеров, использования сокращенного набора номера, настройки громкости звука и звонка, мелодий, гарантии дальности связи и т.п., также характеристики дисплея,

1 От греч. – основной, относящийся к основанию (базе).

231

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

влияние телефона на работу других приборов, срок службы;

2)для DVD-плейера, совмещенного с видеомагнитофоном,

предприятие-изготовитель, как правило, перечисляет воспроизведение форматов2, функции интегрированного пульта дистанционного управления, наличие функций поиска по индексу (VISS), мультиплексного звучания при записи и воспроизведении, свойств функции записи и проигрывания, графического экранного меню, наличия коаксиального или оптического цифрового выхода, встроенного декодера, наличия функций «родительского замка», субтитров, масштабирования (ZOOM) и т.д. Эти функциональные свойства являются базовыми для оценки конкурентоспособности изделия потребителем.

При постановке задачи технического творчества, создании более конкурентоспособной модели и организации изобретательской деятельности нередко возникают технические противоречия. Для устранения, например, ситуаций, когда при улучшении одного показателя или характеристики начинает ухудшаться другой качественный критерий разрабатываемой технической системы, в теории решения изобретательских задач рекомендуется использование специальных эвристических приемов: дробления, вынесения, местного качества, асимметрии, объединения, универсальности, «матрешки», предварительного действия (антидействия), инверсии (переворачивания, перестановки, выполнения наоборот), частичного или избыточного действия, перехода в другое измерение, использования механических колебаний или периодических действий, «обращения вреда в пользу», использования обратной связи, копирования, обеспечения дешевой недолговечности взамен дорогой долговечности, использования гибких оболочек и тонких пленок, использования пористых материалов, изменения окраски, однородности, отброса и регенерации частей, изменения физикохимических параметров объекта, применения фазовых переходов, применения теплового расширения, применения инертной среды, применения композиционных материалов и т.п.

Постановка задачи технического творчества позволяет перейти к следующему этапу творческого процесса – разработке предложений

2DVD, CD, VCD, CD-R, CD-RV, VHS и т.д.

232

Глава 10. Методы разработки нововведений

по решению поставленных задач. Для этого используют различные методы эвристики: аналогий, систематической эвристики, специальных эвристических приемов, метод «мозгового штурма», синектики и другие способы изобретательской деятельности новаторов. Рассмотрим часть таких методов, способов и приемов более подробно.

10.2. Методы разработки инновационных решений

«Метод проб и ошибок». Ранее мы уже отмечали, что, изобретая щелочной аккумулятор, Эдисон получил положительный результат после примерно 50 тыс. опытов, т.е. параллельно с изобретением щелочного аккумулятора Т. Эдисон разработал новую форму организации творческой деятельности – он изобрел научноисследовательский институт. Пятьдесят тысяч проб он поделил примерно на тысячу сотрудников. Простая идея дала приемлемый результат. Тем не менее, к середине XX в. «метод проб и ошибок» исчерпал свои возможности вследствие достаточно низкой результативности, так как примерно половина поисковых работ закрывалась, четверть из оставшихся не выдерживали требований производства, и только пятая часть разработок приносила успех. При этом велики были не только трудозатраты, но и сроки научнотехнической деятельности до постановки новой продукции на производство и/или практического использования новой технологии.

«Метод проб и ошибок» и различные способы его усовершенствования в настоящее время в большинстве своем уже не применяют, их заменяют более прогрессивными методами целенаправленной научно-технической деятельности, которые не только сокращают сроки, но и повышают эффективность изобретательского творчества. Рассмотрим часть таких методов более подробно.

Метод аналогий. Данный путь решения проблем и творческих задач нередко базируется на анализе соответствия элементов, совпадения соотношений или свойств объектов усовершенствования. Он основан на переносе информации с объекта-аналога на объект проектирования, если между ними имеются определенные сходства. Метод аналогий развивает интуицию и воображение специалиста, позволяет ему находить нетривиальные решения в поиске способов,

233

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

устройств и веществ (материалов), которые можно использовать для создания новой технологии, конструкции или при обосновании изобретения.

Метод аналогий вызывает ассоциации и поиск эвристических путей определения новых технологических или технических решений. Ассоциации, которые возникают у разработчика новой научно-технической идеи, – это основной прием субъективной логики в условиях сравнения объектов, их структуры, функций, процессов развития, который стимулирует воображение, поиск отдаленных и более близких подобий. Например, аналогия с паутиной подсказала конструкцию вантового подвесного моста, способ движения вертолета – это аналогия полета стрекозы и т.д.

***

Примеры. Пути устранения противоречий с использованием метода аналогий могут быть различными, например, задача замены трения качения в тихоходных подшипниках вращения на высокоскоростное проскальзывание сопрягаемых поверхностей может осуществляться с помощью различных аналогий:

− скольжение плоского камня, брошенного по поверхности жидкости – эта аналогия позволила предложить конструкции гидравлических (гидростатических и гидродинамических) подшипников, которые являются не только более экономичными с точки зрения расхода энергии, но и более долговечными, они нередко работают с частотами вращения до 45000 мин-1 (об/мин ) и биениями до 0,1 микрона (микрометра), что находится далеко за пределами возможностей подшипников качения;

−скольжение крыла птицы по воздушному потоку – эта аналогия позволила предложить конструкции воздушных высокоточных бесконтактных подшипников, точность вращения (биения) которых может доходить до 0,05 микрон (микрометров); частоты (скорости)

вращения небольших подшипников воздушных турбин по данным опытного производства могут доходить до 200 000 мин-1 (об/мин), что значительно интереснее, например, для пациента стоматологического кабинета в сравнении со старой технологией сверления зубов с приводом инструмента от ременной передачи;

−скольжение магнитов относительно друг друга при попытке соединения одноименных полюсов – эта аналогия позволила предложить конструкции магнитных подшипников, которые работают практически без износа, нечувствительны к внешним загрязнениям и не требуют

234

Глава 10. Методы разработки нововведений

смазки; частоты вращения таких подшипников также измеряются десятками тысяч об/мин (мин-1)3.

Метод аналогий имеет многие способы своей реализации:

−прямая аналогия – это выбор близкого к решаемой задаче объекта или процесса, например, в живой природе (биологическая аналогия), так на основе прямой аналогии со строением кожи дельфинов, о чем уже

упоминалось, создана мягкая обшивка для подводных судов, позволяющая, увеличить их скорость движения под водой на 20 %;

−символическая аналогия – это аналогия, с помощью которой проблема описывается обобщенно, абстрактно и парадоксально несколькими словами. Например, символ ножа – это «острая сталь». Противоположным символом «стальной остроты» может быть другое устройство, например, лезвие бритвы, скальпель хирурга, режущий клин деревообрабатывающего или металлорежущего инструмента, острая кромка сетки электробритвы и т.п.

***

Ассоциация4 – это психологическое свойство человека искать и находить взаимосвязи различных явлений через образы, чувства, понятия, представления. В таких условиях появление одного из них служит стимулом для возникновения в сознании другого образа, т.е. первый элемент можно назвать причиной ассоциации, а второй – следствием, например, наблюдение за движением хвоста плывущей рыбы вызывает ассоциацию с новым типом движителя5 для подводного транспортного средства.

Метод ассоциаций как эвристический способ технического творчества включает различные процедуры поиска решений, например, построения «гирлянд ассоциаций»:

a)определение синонимов объекта, в результате которого образуется гирлянда синонимов (например, синонимами объекта «табурет» можно назвать кресло, стул, пуф или пуфик);

b)выбор случайных объектов, при помощи которых генерируется гирлянда случайных существительных (например, колесо, кровать, стеллаж – эти объекты имеют другие назначения и свойства);

3Теоретически значения произведения частоты вращения на диаметр вала может доходить до 4 млн., в то время как для шариковых подшипников это значение не превышает 1,5 млн.

4От лат. associatio – соединение.

5 Движитель – устройство для преобразования работы двигателя или источника энергии в работу по перемещению транспортной машины, например, колеса и гусеницы наземных транспортных средств, винты и водометы кораблей и т.д.

235

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

c)комбинирование всех элементов гирлянды синонимов с каждым элементом гирлянды случайных существительных позволяет найти приемлемые сочетания, которые могут служить конструктивными идеями для решения творческой задачи (например, кресло-кровать, кресло-качалка, вращающийся стул, многоярусная кровать) – эти новые объекты имеют комбинации новых свойств, что отличает такие новации от тривиальных объектов новыми качественными свойствами;

d)оценка и выбор рациональных идей.

Приведенный пример позволяет любому читателю этих строк

изобрести, например, комбинацию пуфа и стеллажа – новое устройство типа мягкого бокса для сидения и одновременного хранения, допустим, парфюмерных или косметических принадлежностей, ниток, пуговиц и т.п.

Разновидностью метода аналогий является метод эмпатии6 – это способ постижения эмоционального состояния, проникновение в переживания другого человека, актерский прием вхождения в образ с целью глубже понять, например, состояние производителя, покупателя или даже самого технического объекта. Например, «вхождение конструктора в образ чайника» позволяет предложить конструкцию свистка для крышки или носика чайника в целях оповещения о готовности кипятка.

Метод аналогий в настоящее время формализован до упрощенных процедур технического творчества с использованием различных способов анализа взаимодействий информационных фондов (технических эффектов, технических решений, технологических процессов, материалов, эвристических приемов) и формализованных списков требований для обеспечения разработки, выбора и оценки вариантов технических решений.

Морфологический метод. Термин «морфология» означает учение о форме. Метод был разработан в 1942 г. швейцарским астрономом Ф. Цвикки и позволяет получить списки всевозможных вариантов решения задач технического творчества. Морфологический анализ чаще всего применяют при решении задач проектирования машин для разработки на стадии технического предложения компоновочных решений, но метод может

6 От греч. empathia – сопереживание.

236

Глава 10. Методы разработки нововведений

использоваться также и для прогноза развития технических систем. Суть метода состоит в следующем. В технической системе выделяют характерные признаки. Каждый признак может характеризовать, например, узел (сборочную единицу) технической системы, свойство, режим работы, т.е. те параметры системы, от которых зависит решение проблем. Далее по каждому выделенному признаку составляют список возможных вариантов решений. Перебирая возможные комбинации, можно выявить решения задачи, которые при простом переборе могут быть упущены.

Обобщенный морфологический метод предлагает способы поиска новых технических решений, которые предусматривают:

−разделение рассматриваемой системы на подсистемы (компоненты) или элементы;

−формирование подмножеств альтернативных вариантов реализации каждой подсистемы;

−комбинирование различных вариантов решения системы из альтернативных вариантов реализации подсистем;

−выбор наилучших вариантов компоновки системы.

Вслучае поиска новых технических решений и принципов действия технических систем обычно формируют «морфологические ящики», в которых заголовками столбцов могут быть технические функции элементов (компонентов), их принципы действия или обобщенные конструктивные признаки (материал, форма, компоновка и т.д.).

237

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

В каждый столбец заносят соответствующие альтернативные варианты их реализации, при этом рекомендуется использовать «метод мозговой атаки» и эвристические приемы. Например, функция «разрезать» может иметь большое множество

альтернативных вариантов реализации на уровне отдельных операций, например, твердым телом (ножом, лезвием, ножницами

или другим режущим инструментом: резцом, фрезой, шлифовальным кругом), жидкостью (гидроабразивной струей, струей электролита в

случае электрохимической обработки), газом (газовой горелкой, кумулятивной струей взрыва), плазмой, лазерным или электронным

лучом и т.д.

Комбинация альтернатив (по одному из каждого пересечения строк и столбцов) различных способов и устройств представляет собой возможный вариант решения творческой задачи.

Морфологический метод имеет много вариантов своего применения, например, путем многократной «фильтрации» морфологического множества, путем пошагового снижения степени агрегированности компоновок разрабатываемых технических систем с соответствующим исключением малопригодных вариантов на каждом шаге «фильтрации».

Преимущество морфологического метода состоит в том, что он позволяет образовывать и рассматривать средствами комбинаторики большое множество возможных решений с последующим

исключением малопригодных вариантов.

Методы эвристики. Под эвристическим методом7 в настоящее время понимают любые методы исследования, подходы, пути, способы, приемы, образы действий и учения, направленные на сокращение перебора, или индуктивные методы решения задач. Впервые учение об эвристическом методе разработано и введено в

практику Сократом. Позже Архимед в «Учении о методах механики» подробно описал эвристические способы рассмотрения и решения новых задач. От него искусство решения трудных проблем получило свое название "Эвристика". Известно несколько десятков эвристических методов, использование которых позволяет решать

7 Техническое творчество: теория, методология, практика. Энциклопедический словарьсправочник / Под ред. А. И. Половинкина, В. В. Попова. Министерство образования РФ. Центр информационно-аналитического обеспечения системы дистанционного образования

(ЦИАН). 2001.

238

Глава 10. Методы разработки нововведений

самые различные проблемные задачи, возникающие в человеческой деятельности и общении. Эвристические методы обеспечивают выявление, обработку и упорядочение системы закономерностей, механизмов и средств разработки нового задания и целеориентированных способов деятельности на основе обобщения прежнего опыта и опережающего отражения моделей будущего с целью полного удовлетворения потребностей таких моделей.

Вследствие некоторой неопределенности эвристическим методам нельзя точно задать конкретную область их применения. В основе каждого эвристического метода заложен базальный методологический принцип, требующий, чтобы в творческом процессе осуществлялось сложное многостадийное движение мыслей: от исходной определенности к неопределенности и от неопределенности – в область проблемной задачи. Первая стадия обеспечивает выход за пределы исходной информации, вторая – привнесение новой информации в поиск решения задач.

Методы эвристики для поиска оптимальных, эффективных или рациональных решений чаще всего применяют, когда на этапе постановки задачи не используют математические методы или нет эффективных методов численного решения поставленной задачи. Применяемые в этом случае методы эвристики являются совокупностью правил, предписаний или рекомендаций, которые ориентируют мышление разработчика в направлении получения новых творческих результатов. Решению такой задачи в значительной мере способствует рассмотрение мыслительного процесса как системы, имеющей вход в виде исходных данных и выход – цель новации. Таким образом, деятельность разработчика соответствует принципу самообучающейся системы, и, в конечном счете, он вырабатывает оптимальный стереотип поведения человека в процессе поиска решения.

***

Справочные данные. В настоящее время не существует общей научной классификации эвристических методов. Вместе с тем можно выделить теоретические обобщения таких методов, использование эвристических возможностей которых эффективно в техническом творчестве – это системы:

−обобщенных кодов, включающих категории и другие собирательные понятия (закономерности, законы, теории, принципы, правила и т.д.);

−кодового упорядочения предметов и явлений по существенным признакам (классификация, систематизация, тезаурус, матрица);

239

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

−объектов, содержащих общие инварианты (морфизмы, аналоги, модели, преобразования, синонимы, задачи, отгадки);

−вывода нового знания на основе изменения степени общности или

отнесения утверждений к другой предметной области (дедукция, индукция).

Использование таких систем, приемов кодирования и декодирования позволяет реализовать следующие способы получения новых идей:

1)перехода к общим кодам или общей интерпретации кодов;

2)переход к кодам более конкретного уровня общности;

3)переход к кодам, ассоциативно связанным с проблемной ситуацией. Для первого способа характерны формулирование проблемной задачи в

обобщенном виде, замена частной цели более общей, замена условий задачи настоящего времени на требования будущего. При этом задачу рекомендуется сформулировать на уровне наиболее общего физического принципа действия, используя многократное, многоуровневое формулирование задачи с постепенно увеличивающейся степенью общности.

Во втором способе идеи генерируются путем построения выводов: в контексте задачи осуществляются поиск и интерпретация аналогов, метафор, синонимов, загадок, персонификаций, моделей, идеализации, формализации и т.д., причем наиболее ярко выраженной эвристической функцией обладают аналоги.

Особенностью третьего способа является то, что при реализации перехода не проводится предварительная оценка степени общности аналогов; наиболее часто используются: случайный поиск разнообразных ситуаций, предварительное ограничение вида ассоциаций, предварительное упорядочение кодов, связанных с проблемной ситуацией (графы, матрицы, тезаурусы, комбинаторики) и ассоциативный поиск других упорядоченных систем.

***

Метод «мозгового штурма» или «мозговой атаки» – это коллективный метод поиска новых технических идей и решений. Цель данного метода – получение большого количества различных идей и предложений за ограниченное время (обычно около получаса). Метод состоит из двух фаз: генерации идей и их последующей оценки.

Рациональной основой данного метода является усиление генерации идей за счет использования ассоциативных случайностей, появления дальних ассоциативных связей из-за присутствия в группе генераторов идей лиц с различающейся профессиональной ориентацией. Психологической основой метода является снятие барьера психологической инерции в результате запрета критики и поощрения самых неординарных высказываний, создания благоприятного повышенного эмоционального фона, необходимого для получения

240