
- •Морозов Александр Прокопьевич
- •К.Т.Н., доцент кафедры «Теплотехнических и энергетических систем»
- •Магнитогорского государственного технического университета
- •Методы изобретательского творчества в теплоэнергетике и теплофизике
- •Введение
- •1. Неалгоритмические методы решения задач
- •1.1. Метод проб и ошибок (мПиО)
- •1.2. Метод мозгового штурма (брейнсторминг)
- •1.3. Метод контрольных вопросов
- •1.4. Морфологический анализ
- •1.5. Синектика
- •2. Теория решения изобретательских задач
- •2.1. Уровни изобретательских задач
- •2.2. Принцип вепольного анализа
- •2.2.1. Понятие веполя и его значение
- •2.2.2. Правила построения и преобразования веполей
- •2.3. Изобретательская ситуация, задача и модель задачи
- •2.4. Противоречия: административные, технические и физические
- •2.5. Основные механизмы устранения противоречий
- •2.6. Приемы решения изобретательских задач
- •2.6.1. Типовые приемы устранения технических противоречий [11].
- •1. Принцип дробления:
- •3. Принцип местного качества
- •4. Принцип ассиметрии
- •5. Принцип объединения
- •7. Принцип "матрешки"
- •8. Принцип антивеса
- •10. Принцип предварительного исполнения или действия:
- •13. Принцип "наоборот"
- •14. Принцип сфероидальности
- •15. Принцип динамичности
- •17. Принцип перехода в другое измерение.
- •18. Использование механических колебаний
- •19. Принцип периодического действия.
- •20. Принцип непрерывности полезного действия.
- •22. Принцип "обратить вред в пользу".
- •24. Принцип посредника
- •25. Принцип самообслуживания
- •26. Принцип копирования
- •28. Замена механической системы
- •30. Использование гибких оболочек и тонких пленок.
- •31. Применение пористых материалов.
- •32. Принцип изменения окраски.
- •34. Принцип отброса и регенерации частей.
- •37. Применение теплового расширения.
- •38. Применение сильных окислителей.
- •39. Применение инертной среды
- •2.6.2. Фонд приемов по поиску новых технических решений [l9,20]
- •1. Количественные изменения
- •2. Преобразование формы
- •3. Преобразования в пространстве
- •4. Преобразование во времени
- •5. Преобразование движения и силы
- •6. Преобразование материала и вещества
- •7. Преобразования путем исключения
- •8. Преобразование путем добавления
- •9. Преобразование путем замены
- •10. Преобразование путем дифференцирования
- •11. Преобразования путем интеграции
- •12. Преобразования путем профилактических мер
- •13. Преобразование путем использования резервов
- •14. Преобразования по аналогии
- •15. Комбинирование и синтез.
- •16. Преобразование структуры
- •17. Повышение технологичности
- •2.6.3. Некоторые рекомендации и правила по использованию приемов преобразования объектов техники
- •2.6.4. Уровни приемов: макро и микро
- •2.7. Применение физико-химико-геометрических эффектов при решении изобретательских задач
- •2.7.1. Особенности и правила использования эффектов
- •2.7.2. Применение некоторых физических эффектов и явлений при решении
- •12. Силовое воздействие. Регулирование сил. Создание больших давлений:
- •23. Изменение объемных свойств объекта:
- •24. Создание заданной структуры. Стабилизация структуры объекта:
- •2.7.4. Применение механических эффектов
- •2. Эффекты, связанные с трением [33-35].
- •3. Эффект Ребиндера [36].
- •4. Эффект Александрова [36].
- •5. Применение вибраций
- •2.7.5. Некоторые электрохимические эффекты
- •2.7.6. Эффекты, связанные с тепловым расширением
- •1. Тепловое расширение (tp)
- •2. Сдвоенный эффект термического расширения (би-тр)
- •2.7.7. Применение фазовых переходов и изменения агрегатных состояний веществ
- •1. Фазовые переходы первого рода (фп-1)
- •2. Фазовый переход второго рода (фп-2)
- •2.7.8. Некоторые гидро-газодинамические эффекты
- •5. Парадоксы закона Бернулли:
- •2.7.9. Эффекты, связанные с тепломассообменом
- •2.7.10. Применение некоторых химических эффектов и явлений при решении изобретательских задач [84]
- •2.7.11. Геометрические эффекты
- •2.8. Вещественно-полевые ресурсы
- •2.9. Особенности управления психологическими факторами при решении изобретательских задач
- •2.9.1. Моделирование с помощью метода "маленьких человечков"
- •2.9.2. Применение оператора рвс
- •2.9.3. "Линия жизни" технических систем [11]
- •2.10. Применение стандартов для решения изобретательских задач [84]
- •2.10.1. Определение и типы стандартов
- •2.10.2. Стандарты на решение изобретательских задач [84]
- •Класс 2. Развитие вепольных систем
- •Класс 3. Переход к надсистеме и на микроуровень
- •Класс 4. Стандарты на обнаружение и измерение системы
- •Класс 5. Стандарты на применение стандартов
- •2.11. Законы развития технических систем
- •2.11.1. Закон полноты частей системы
- •2.11.2. Закон "энергетической проводимости" системы
- •2.11.3. Закон согласования ритмики частей системы
- •2.11.4. Закон динамизации систем
- •2.11.5. Закон увеличения степени вепольности системы
- •2.11.6. Закон неравномерности развития систем
- •2.11.7. Закон перехода с макро- на микроуровень
- •2.11.8. Закон перехода в надсистему
- •2.11.9. Закон увеличения степени идеальности системы
- •2.11.10. Закон развертывания-свертывания технических систем
- •2.11.11. Механизмы свертывания тс
- •2.11.12. Особенности использования законов развития технических систем для решения изобретательских задач
- •2.12. Алгоритм решения изобретательских задач - ариз-82 [19]
- •Часть 1. Выбор задачи
- •Часть 2. Построение модели задачи
- •Часть 3. Анализ модели задачи
- •Часть 4. Устранение физического противоречия
- •Часть 5. Предварительная оценка полученного решения
- •Часть 6. Развитие полученного ответа
- •Часть 7. Анализ хода решения
- •2.13. Алгоритм решения изобретательских задач ариз-85-б
- •Часть 1. Анализ задачи
- •Часть 2. Анализ модели задачи
- •Часть 3. Определение икр и фп
- •Часть 4. Мобилизация и применение впр
- •Часть 5. Применение информфонда
- •Часть 6. Изменение и/или замена задачи
- •Часть 7. Анализ способа устранения фп
- •Часть 8. Применение полученного ответа
- •Часть 9. Анализ хода решения
- •2.14. Пример разбора задачи по ариз-85б
- •1. Анализ задачи
- •2. Анализ модели задачи
- •3. Определение икр и фп
- •4. Мобилизация и применение ресурсов
- •5. Применение информфонда
- •6. Изменение и (или) замена задачи
- •7. Анализ способа устранения фп
- •8. Применение полученного ответа
- •9. Анализ хода решения
- •3. Контрольные изобретательские задачи
- •Библиографический список
1.3. Метод контрольных вопросов
Данный метод основан на утверждении о том что: чтобы задавать правильный вопрос, нужно наполовину знать ответ. При этом применяется список контрольных вопросов, содержащих набор вопросов и кратких рекомендаций, собранных в группы. Например: 1) какое новое применение техническому объекту вы можете предложить? или, что можно модифицировать?; 2) проведите фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии; 3) попробовать национальные решения - "хитрое шотландское", всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское; 4) бродить среди стимулирующей обстановки (технический музей, свалки лома и др.). А, затем определить идеальное решение и разрабатывать его. При этом специалист данной профессии может сам составить себе список вопросов с учетом специфики раздела техники и науки. Список должен содержать наводящие вопросы - экономические, смысловые, практические, технические, а также рекомендации по решению проблемы.
1.4. Морфологический анализ
Метод основан на известном факте, что классификация позволяет быстрее и точнее ориентироваться в многообразии понятий или конструкций. Автор данного метода поиска решений швейцарский астроном Фридрих Цвикки впервые предложил его в 1942 году для решения технических задач при разработке ракетных двигателей по американской программе.
Ход работы по морфологическому анализу рассмотрим на условном примере разработки конструктивных схем теплообменников. Во-первых, необходимо определить параметры, от которых зависит решение проблемы. В данном примере - основные функциональные узлы теплообменника и принципы действия: А - вид теплообмена; Б - вид теплоносителя; В - конструкция теплообменника; Г - параметры теплообмена. Во-вторых, указать возможные варианты их выполнения, например, вид теплообмена: А1 - теплопроводностью; А2 - конвекцией; A3 - радиационный; вид теплоносителя: Б1 - газ (пар); Б2 - жидкость; БЗ - твердое тело; Б4 – вещество в ионизированном состоянии; конструкция теплообменника: В1 - поверхностный рекуперативный; В2 - регенератор; ВЗ - смесительный; параметры теплообмена: Г1 - температура; Г2 - давление.
На основе полученных списков строится так называемый морфологический ящик, представленный либо в виде таблицы или морфологической матрицы, например, для теплообменника:
А1 А2 A3
Б1 Б2 БЗ Б4
В1 В2 ВЗ
Г1 Г2
Матрица дает представление о всех возможных конструктивных схемах причем каждый конкретный вариант - набор элементов из разных строк. Общее число вариантов, содержащихся в матрице, равно произведению чисел элементов в каждой строке (в примере теплообменника - 3x4x3x2= 72).
Построив матрицу, производят оценку вариантов и выбирают - наилучший. Существенный недостаток метода связан с трудоемкостью выбора и оценки эффективности варианта. Поэтому метод эффективен только при оценке области возможных решений [9,10].
1.5. Синектика
Автор синектики бакалавр философии Уильям Гордон в 1960 году основал специальную фирму по обучению творческому мышлению под названием "Синектик инкорпорейтид". Термин "синектик" в переводе с греческого означает - "совмещение разнородных элементов". По данному методу предполагается создание группы людей, подобранных по психологическому и эмоциональному типу, различных специальностей, которые встречаются в целях попытки творческих решений проблем путем неограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов. Главные отличия от мозговой атаки - высокий уровень специализации синекторов, появление профессиональных генераторов новых идей и более организованное генерирование идей. При этом используются специальные группы по 57 синекторов (причем 23 специалиста стороны и 34 работника основной организации) с широкими кругозором, знаниями и опытом, и имеющим по две и более специальности. Предпочтительный возраст синекторов 2540 лет и лучше, если они хотя бы раз меняли свои профессии и специальности.
Вся "соль" мозгового штурма, вся его сила - в запрете на критику. Но, здесь же и его слабость: для развития и видоизменения идеи нужно выяснить ее недостатки, то есть, нужна критика. Гордон преодолел это противоречие путем формирования более или менее постоянных групп. Члены этих групп постепенно привыкают к совместной работе, перестают бояться критики, не обижаются, когда кто-то отвергает их предложения. Постепенно накапливается опыт решения задач, растет взаимопонимание, идеи схватываются с полуслова. При этом происходит некоторое упорядочение процесса решения задачи, с сохранением стихийности, присущей мозговому штурму. По Гордону существуют два вида механизма творчества: неоперационные (неуправляемые) процессы - интуиция, вдохновение и т.д. и операционные процессы - использование разного вида аналогий. Необходимо учить применению операционных механизмов, что обеспечит повышение эффективности творчества и, кроме того, создаст благоприятные условия для проявления неоперационных механизмов.
Синекторы обучаются применению при поиске новых идей четырем видам аналогий.
Первый вид - прямые аналогии, которые обеспечивают процесс сравнения параллельно существующих в различных областях знаний, фактов и технологий. Например, широко практикуется эффективный перенос идей из биологии и ботаники в инженерную практику: летучие мыши - УЗ локация; репейник - застежки "липучки" и др. Рассмотрим применение прямых аналогий при решении проблемы износа заслонки в пульпо-проводе при транспортировке руды (шлама, золы или шлака). При этом синекторы рассматривают похожие элементы в других объектах: в дробеструйных аппаратах, как защищаются растения, как защищаются пищеводы животных и рыб питающихся колючей пищей и другие, то есть проводятся очень глубокие и самые отдаленные аналогии.
Второй вид - аналогия личностная или эмпатия, при этом синектор отождествляет себя с техническим объектом и представляет себе, что бы он делал сам, если бы оказался на месте этого объекта. Этим приемом хорошо владеют дети, но затем рациональные методы обучения вытесняют эмпатию и к 25 годам она пропадает. Приемам эмпатии обучают артистов (система Станиславского), а инженеров - нет. По сути, представить себя объектом - это не просто назвать себя какой-то частью исследуемой технической системы. Это значит найти в себе какой-то отзвук на то, что делает система, понять трудности, возникающие нежелательные эффекты через свои трудности. Обучение вхождению в образ - сложный и довольно длительный процесс. Использование эмпатии при решении изобретательской задачи рассмотрим на уже приведенном примере поиска способов защиты заслонки от истирания частицами руды в потоке пульпы. В этом случае эмпатию можно представить следующим образом: человек стоит в коридоре, по которому летят поленья и ему необходимо регулировать их поток, не травмируя себя. Решение в эмпатии - нужно поймать первое же летящее в человека полено и с его помощью управлять полетом следующих. Решение реальное - заслонка намагничивается и она покрывется слоем частиц железной руды, который будет постоянно разрушаться потоком пульпы и постоянно восстанавливаться частицами, улавливаемыми магнитным полем заслонки. Личностная аналогия является наиболее действенной, обеспечивающей глубокую мотивацию решений.
Третьим видом аналогий является - выработка фантастического аналога, направленного на достижение образа идеала. Выражение "сознательный самообман" используется в синектике для выражения того факта, что человек, решающий проблему, должен быть раскрепощен по отношению к законам природы, которые находятся в конфликте с его идеальным решением. То есть, человек, решающий проблему, должен видеть, какие законы окружающего мира находятся в конфликте с его идеальным решением. При проведении фантастических аналогий осуществляется использование эффекта "золотой рыбки", "волшебной палочки", обученных животных и т.д., то есть синекторы представляют себе вещи такими, какими они не являются, но какими они хотели бы их видеть.
Четвертый вид аналогий реализуется в символических аналогиях, в которых подбираются поэтические метафоры и сравнения или ее можно назвать приемом нахождения метафоры "название книги". При этом происходит нахождение образной характеристики техническим объектам при поиске новых идей. Например, поиск "название книги" для ключевого слова "защита" при решении задачи предотвращения истирания заслонки пульпой, выявил такие символические аналогии: живая броня, невидимая кольчуга, отрастающий панцырь. Последняя аналогия выявила следующее техническое решение: подавать к заслонке охлаждающий агент - она будет покрываться льдом, предохраняющим ее от истирания. Для выявления символических аналогий выделяют главную функцию объекта, из совокупности функций определяют у объекта противоположные качества, которые и являются основой символической аналогии. Например, шлифовальный круг - точная шероховатость; пламя - видимая теплота, прозрачная стенка. Символическая аналогия может эффективно использоваться в заголовках статей, книг (например, "Архиппелаг ГУЛАГ"), а также в названиях фирм, товаров и рекламе.
Синекторы работают по программе включающей:
1) этап формирования и уточнения "проблемы так как она дана" (ПКД), при этом никто из участников не посвящается в конкретные условия задачи, так как преждевременное конкретизирование затрудняет абстрагирование;
2) на втором этапе формулируют "проблему, как ее понимают" (ПКП), при этом сложная проблема дробится на подпроблемы;
3) ведется генерирование идей, с использованием всех видов аналогий;
4) производится перенос выявленных в процессе генерации идей к ПКД с критической оценкой идей экспертами.
Также синекторы используют приемы углубленного представления исходной ситуации, средства ее начальной обработки, применяют операторы психофизиологической активации. Наибольший объем работы синекторов заключается не в решении проблемы, а в ее постановке, в возможности увидеть неожиданный ракурс, поворот, акцент. Поэтому синектика - сильное средство для постановки задач и собственно нахождение решения есть следствие широко известного положения о том, что правильная постановка задачи есть половина решения. Не зря один из девизов синекторов: "Сформулированные задачи решаются".
Достижение решения задачи часто сопровождается приятным возбуждением, душевным подъемом. Само по себе чувство, что ты находишься на правильном пути - цельное психологическое состояние, определяемое бессознательно как индикатор для выбора направления работы. С помощью подобной психофизиологической активации можно вводить себя в состояние, близкое к тому, которое испытывает человек во время "инсайта", и это значительно повышает вероятность выхода на сильные решения. Синектика не облегчает процесс творческой активности и требует огромных затрат энергии, но она активизирует мышление, делая его тем самым более напряженным.
Процесс формирования синектической группы состоит из трех основных фаз: отбор членов группы, обучение и тренировка, вживление в реальную среду. Отбор членов группы производится на основе бесед с людьми в три этапа. Главные критерии первичного отбора: а) образование должно соответствовать общей ориентации группы (исследование, инженерное дело, маркетинг), например, включающий трех инженеров и двух гуманитариев; б) уровень энергии - предпочтение отдается энергичным и активным (не следует путать с людьми с ярко выраженным маниакальным поведением); в) возрастные требования - члены группы подбираются примерно одного возраста в диапазоне 2540 лет; г) административный потенциал - синекторы должны иметь организационный опыт и способность к обобщению; д) предпринимательство - член группы должен принимать на себя определенную долю ответственности за успех или провал проекта для данной фирмы; е) профессия - предпочтение отдается людям имеющим несколько профессий с большим жизненным опытом; ж) образование - желательно более высокий его уровень и способность к быстрому самообучению; з) индивидуальность - отсутствие крайнего индивидуализма или повышенной критичности.
При окончательном отборе синекторов учитываются: 1) метафорические способности - то есть умение использования метафор и аналогий, богатство словарного запаса, чистота языка; 2) отношение поддержки - в группу отбираются люди, реализующие наиболее самостоятельную, активную позицию поддержки в коллективе; 3) координация - неуклюжие, неповоротливые исключаются; 4) риск - отбираются люди с чувством осмысленного риска; умеющие рисковать и во время остановиться; 5) эмоциональная зрелость - предпочтительнее люди, имеющие способность интегрировать "детскую" эмоциональность в конструктивные действия; 6) способность к обобщению - необходимо уметь быстро выбирать главное из нескольких фактов, обобщить материал, находить путь к результату; 7) обязательность - умение доводить дело до конца, вера в успех предприятия, готовность к неудачам; 8) антикомфортная ориентация - синектор должен быть вне традиционных символов общественного статуса и материального положения (шикарное жилье, ковры на полу, постоянно новые машины и т.д.).
Услугами фирмы "Синектик инкорпарейтид" пользовались многие известные американские фирмы - "Дженерал Электрик", ИБМ, 'Зингер". При этом обучение специалистов синекторов обходится, в зависимости от объема курса, в 20200 тыс. долларов.
В целом, методы активации поиска по различным модификациям проб и ошибок могут применяться при решении любых задач - технических, организационных. Однако в своей сути они сохраняют старую тактику перебора вариантов и не опираются на знание законов развития технических систем (ТС). Кроме того, отдельные и наиболее важные детали, нюансы методов обучения активации поисков не публикуются и являются "ноу-хау" (т.е., "знаю как). Наиболее полно опубликованной и опробированной методикой технического творчества является "Алгоритм решения изобретательских задач" (АРИЗ), разработанный Г.С. Альтшуллером с учениками. Всего предложено несколько модификаций этой методики, а в предлагаемом читателю материале представлены варианты АРИЗ-82 и АРИЗ-86 [11].