книги из ГПНТБ / Хилл П. Наука и искусство проектирования. Методы проектирования, научное обоснование решений
.pdfТВОРЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
ТВОРЧЕСТВО
Творчество можно определить как успешный полет мысли за пределы известного. Оно дополняет знания, спо собствуя созданию вещей, которые не были известны ра нее. Творчески сконструированные технические устройст ва часто бывают построены из известных элементов или основаны на известных принципах, сочетаемых каким-либо новым, оригинальным способом. Инженерное творчество ближе к изобретательству, чем к научному исследованию. Творческой личности присущи огромная любознательность и стремление создать что-то необычное, уделяя при этом внимание не традиционным, а оригинальным решениям. Человек с творческой жилкой непрерывно изучает потреб ности общества в новой промышленной продукции и убеж ден, что стоящая перед ним задача всегда имеет оригиналь ное решение.
Наилучшей почвой для рождения творческих идей является личный опыт. Личный опыт ценен потому, что он всегда с вами и при необходимости им легко воспользовать ся. Подготовку, полученную на основе личного оаыта, мож но назвать активной. Пассивную подготовку дает косвен ный опыт, например чтение, слушание лекций или размышление. Таким образом, человек с творческими нак лонностями затрачивает много времени на приобретение личного опыта, для чего он наблюдает, копается в различ ных механизмах и изучает работу многочисленных совре менных изделий. Такой человек всегда знает потреб ности общества в устройствах и приспособлениях, которые экономят время, облегчают труд и создают комфорт,
рТворчество требует внутренней дисциплины. Если че-
1ловек берется за решение завладевшей им трудной пробле мы и не оставляет ее до тех пор, пока не будет получено решение, то он обладает качествами, необходимыми для творческой деятельности. Творческие люди, как правило, необычны, они глубоко верят в свои возможности и предпо читают работать в одиночку.
УПРАВЛЕНИЕ ТВОРЧЕСКИМ ВООБРАЖЕНИЕМ
Творческие открытия чаще всего делают люди, способ ные давать волю своему воображению, но умеющие свое временно вернуть его на землю. В фирме «Алюминум компани» родился новый термин управление творческим воображением (imagineering) ', удачно определяющий этот процесс. Творческое воображение можно заставить рабо тать, только сбросив оковы традиционности, выработав иммунитет против критики типа «это не будет работать» и приняв вызов достичь «невозможного». Существующими методами никогда не удастся получить удачных решений трудных, неупорядоченных, нерешенных проблем, порож денных нашим окружением. Обычно решения, получаемые с помощью имеющихся технических средств, являются лишь временными и часто служат источником новых проблем. Это скоростные автомагистрали, загрязнение воз духа, которое является побочным продуктом индустриали зации общества, и безработица как следствие автоматиза ции. При управлении творческим воображением мы даем нашему воображению возможность найти выход из возник шего тупика, а затем возвращаем нашу мысль к реальной действительности. Этим методом можно отыскать долго срочные решения многих существующих в настоящее вре мя проблем, в том числе таких, как бедность, трущобы, расовая сегрегация, автоматизация, ограниченность ресур сов, загрязнение окружающей среды, транспортные пробле мы, проблемы образования и урбанизация12.
ФОРМИРОВАНИЕ ИДЕЙ
Почти любую творческую идею выделяют из большого числа менее значительных идей. Если рассматривается достаточно большое число альтернатив, то вероятность отыскания действительно творческого решения возрастает. Процесс, посредством которого это достигается, называется формированием идей (ideation). Для отыскания действи тельно полезных вариантов решения задачи требуется тщательность, творческое воображение и внутренняя дис-
1 |
Imagineering — акроним |
от |
imagination |
engineering.— |
Прим, |
перев. |
|
|
|
2 Многие из перечисленных здесь автором проблем порождены капиталистическим строем современной Америки и едва ли могут быть решены с помощью даже самых смелых технических проектов. — Прим. ред.
2 -123
циплина. Одним из способов формирования идей является метод ассоциаций. Ассоциация, или связь идей, — это явление, состоящее в том, что человек, наблюдая, слушая, пробуя на вкус или осязая нечто, доступное ему в данный момент, одновременно представляет себе что-то другое, сходное с непосредственно воспринимаемым. Связь идей может дать наибольший эффект в том случае, когда творче ское воображение может обращаться к другим идеям и одна идея возникает на основе другой.
Проверено, что человек, способный предложить боль шое число идей за единицу времени, имеет больше шансов выдать действительно ценные идеи. Умение высказывать новые идеи требует постоянной практики и может совер шенствоваться путем познания природы, окружающих предметов и повседневных событий. Обдумывание вариан-' тов решения задачи наиболее продуктивно тогда, когда человек выполняет работу, не требующую умственного напряжения, например косит траву, красит, моет окна, ожидает автобуса или приема у врача. Действительно, в процессе обдумывания идей часто можно выполнять рабо ту такого рода. Если в голову приходит идея, которая дей ствительно является оригинальной или представляется ценной, то ее необходимо как можно быстрее записать, ибо она может быть забыта, как только человек начнет раз мышлять над чем-нибудь другим.
При более строгом подходе к формированию идей необходимо, чтобы характеристики проблемы аналпзировалпсь на основе следующих критериев.
Что здесь не так?
Составьте полный перечень недостатков, которыми, по вашему мнению, обладают какие-либо известные вам изде лия и идеи. (Почему консервные банки, открываемые ключом, заменяют на банки с отвинчивающимися крыш ками?)
Как улучшить положение?
Не задумываясь над способом практической реализа ции, перечислите все возможности улучшения существую щего изделия. (Установка на шины стальных шипов по вышает проходимость машины на заснеженной дороге.)
Другие применения
Какие другие применения может иметь изделие в его настоящем виде? Какие другие применения возможны при
его модификации? Может ли изделие выполнять функцию, для реализации которой оно первоначально не предназна чалось? (Убирающееся запасное колесо первоначально бы ло создано для самолета.)
Модификация
Измените отделку, форму, внешний вид, вес, звук, кон фигурацию, очертания. (Ежегодное изменение моделей автомобилей учитывает меняющиеся вкусы и нужды ши рокого потребителя.)
Увеличение
Сделайте вещь крупнее, выше, длиннее, шире, тяжелее, прочнее.
Уменьшение
Сделайте вещь компактнее, короче, уже, легче, кое-что в ней уберите, попытайтесь ее миниатюризировать. (По явление микросхем привело к созданию новой отрасли промышленности.)
Приспособление
Имеется ли что-либо похожее? Что можно заимство вать? Можно ли обнаружить сходство с чем-либо еще? Нет ли среди запасов и излишков чего-либо такого, что можно было бы использовать? (Прессуя пропитанную клеем дре весную стружку, которую раньше просто сжигали, дерево обрабатывающие предприятия в настоящее время изготов ляют плиты, превосходящие по ряду показателей фанеру.)
Противоположный подход
Попробуйте иной подход: посмотрите вещь с другой стороны, переверните ее вверх дном, осмотрите со всех сторон, перекомпонуйте, примените другую конфигурацию, воспользуйтесь другим принципом действия. (Классиче ским примером является катушка спининга, конструкция которой противоположна конструкции барабана для на мотки проволоки.)
Изменение внешнего вида
Измените цвет, форму или фасон, очертания, примени те новую упаковку или обертку. (Цветные телефонные ап параты, а также новые упаковочные материалы привлека ют внимание потребителя.)
2*
Сохранение старого
Дайте стилизованное конструкционное решение изде лия; повторите в нем элементы конструкции, популярной в прошлом; поищите в конструкции выигрышные стороны; критически отнеситесь к замечаниям типа: «Так больше уже не делают». (Такому подходу следуют многие разра ботчики осветительных приборов и арматуры.)
Перестановка
Попробуйте другой порядок расположения, замените одни элементы другими, соедините их между собой иначе, переставьте местами. (Автомобили с задним расположе нием двигателя раскупаются довольно успешно; приобре тают популярность автомобили с передними ведущими ко лесами.)
Замена
Посмотрите, что чем можно заменить: пластмассу ме таллом, металл пластмассой, светлое темным, круг квад ратом. Какими другими процессами, принципами, теория ми или методами можно воспользоваться? (Применение пластмассовых приборных панелей на щитке управления легкового автомобиля позволило снизить его стоимость, а также избавиться от проблем, порождаемых применением хромированных металлических панелей.)
Сочетание
Комбинируйте различные идеи, принципы, методы, компоненты, группы компонентов, аппаратуру, результа ты. (Хорошим примером сочетания инженерных принци пов является применение вычислительного устройства для стабилизации судовых гребных винтов.)
Удобство обращения
Добейтесь, чтобы вещь стала легче, облегчала труд, бы ла удобней в обращении и проще в эксплуатации, отмеча лась бы большим быстродействием, работала автоматиче ски. (Электрический нож для открывания консервных ба-
нок, электропосудомойка и другие бытовые приборы превращают кухню в приятное для домашней хозяйки ме сто и привели к развитию ряда прибыльных отраслей про мышленности.)
Безопасность
Какие устройства, органы контроля, датчики пли свой ства необходимо добавить, чтобы исключить возможность несчастных случаев, телесных повреждений, взрыва? Сде лайте вещь нетоксичной, невоспламеняющейся, нержавею щей, неразрушающейся. Ваше изделие должно быть более надежным, чем изделие конкурирующей фирмы, менее опасным в обращении, более прочным. (Например, широ кому распространению электробритв, пластмассовых буты лок для моющих средств, жидкого шампуня и туалетной воды, а также пластмассовых канистр для бензина способ ствовало то, что они безопаснее в обращении, чем вытес ненные ими изделия из стекла.)
Другим методом получения идей, эффективность кото рого была подтверждена в последнее время при поиске неисправностей и решении исключительно сложных про блем, является так называемое вживание в ролъ 1 (roleplaying) .
При использовании этого метода необходимо, чтобы че ловек, занятый поиском идей, ставил себя на место рас сматриваемой вещи, идеи или устройства и, отвечая па собственные вопросы, представил себе, что он стал бы де лать в этом случае. Этим методом можно также эффектив но пользоваться для проверки осуществимости идеи; для этого один человек «становится» идеей, а другие задают ему наводящие вопросы, как защищающие, так и критику ющие эту идею. Для проверки возможностей сбыта изде лия несколько инженеров или руководителей фирмы бе рут на себя роль покупателей и критически оценивают это изделие или обдумывают все причины возможной коммер ческой неудачи своего продукта.
Вживание в роль с целью выработки эффективных идей может быть индивидуальным или в составе группы. Одна ко для применения этого метода необходима некоторая практика, позволяющая выбрать наиболее продуктивного медиума.
1 Этот метод называют иногда еще эмпатией. Краткое описание эмпатии читатель может найти в книге Дж. Диксона «Проектиро вание систем», М., «Мир», 1969, стр. 45, 46, 58. — Прим, перев.
НАГЛЯДНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗАДАННОЙ ФУНКЦИИ
Стимулированию творческих решений при проектиро вании может способствовать соответствующая постановка задачи. Очень часто инженеры тратят время иа ре шение неверно сформулированных или малозначитель ных проблем. Метод наглядного представления заданной функции (functional visualization), разработанный стар шим консультантом по экономическим вопросам фирмы «Харбридж хаус» Тейлором, служит переходным звеном между постановкой задачи и ее решением и способствует соответствующему настроению мыслей и расширению ин формационной основы творчества.
Основная цель наглядного представления состоит в такой постановке задачи, при которой особое внимание уделяется назначению проекта и обеспечивается постепен ный и обдуманный переход от заданной функции к кон цепции, которая наилучшим образом отвечает поставлен ным требованиям.
Рассмотрим в качестве примера типичную постановку задачи, заключающейся в разработке новой газонокосилки. Естественно, что, пытаясь придумать новую конструкцию, конструктор должен иметь наглядное представление о су ществующих двухили четырехколесных ротационных газонокосилках. Возможно, что, вместо того чтобы изобре тать что-то новое, он примет решение усовершенствовать существующую газонокосилку.
Постановка той же задачи, но с упором иа заданную функцию, будет выглядеть так: разработать метод илп устройство для подрезки травы. В данном случае разработ чик автоматически станет думать о том, как осуществить заданную функцию, в то время как необходимое для этого оборудование отодвинется на второй план. Оборудование в этом случае следует рассматривать как средство реализа ции заданной функции.
Другим примером может служить следующее задание конструктору: разработать новый ключ для открывания консервных банок. Используя метод наглядного представле ния заданной функции, эту проблему можно сформулиро вать следующим образом: разработать метод извлечения содержимого из консервной банки.
В целом метод наглядного представления предполагает изображение заданной функции, изобретение способов осуществления этой функции и создание на их основе со ответствующего устройства.
ДИАГРАММА ИДЕЙ
Исключительно трудно думать о нескольких вещах сразу, хотя глаз может воспринимать одновременно почти бесконечное множество предметов и легко отличать один от другого. Метод генерирования идей на основе диаграм мы идей своей наглядностью способствует повышению
Фиг. 2.1. Типичная диаграмма идей.
гибкости мысли при отыскании различных вариантов ре шения проблемы или задания.
На фиг. 2.1 приведена диаграмма идей для случая по иска идеи создания новой транспортной системы. Состав ление диаграммы начинается с перечисления широких областей, которые могут служить источником идей, затем подобластей, более мелких рубрик и т. д. Чем более деталь ной является диаграмма, тем больше вероятность извлече ния из нее полезных идей. Наглядное представление неко торых идей содействует их более четкому пониманию, что побуждает конструктора к более творческому подходу. По казанная здесь диаграмма, не являясь полной, но позволя ет читателю самостоятельно воспользоваться данным ме тодом. (См. упражнение 8 в конце главы.)
|
5\л |
юз |
|
|
' Р |
3 « |
|
|
s.? |
5 о |
|
a |
*s - |
5 .S |
о- |
с |
ш |
о ^ |
о |
S. |
«ч |
X |
«t |
і— |
|
о |
|
О) |
|
s l |
|
|
|
|
■і
АЕ Т Е |
UE SE ME GE |
-Электрическая(Е) |
||
AM ТМ |
им SM ММ GM |
---- Магнитная (М) |
||
А Т Т Т UT |
S T М Т GT |
--------Атомная (Т) |
||
----- Солнечная (О) |
||||
АО ТО UO |
SO MO GO |
|||
— Топливные эле |
||||
A F T F |
U F S F M F G F |
|||
менты (F) |
||||
|
|
|
||
Фиг. 2.2. Морфологическая матрица идей.
а — двумерная матрица, которая дает 30 возможных комбинаций. При ведем некоторые из них: электромобиль (АЕ); автомобиль, приводимый в движение солнечной энергией (АО); поезд, приводимый в движение маг нитной энергией (ГМ); поезд метрополитена, приводимый в движение атомной энергией (ОТ); движущийся тротуар, приводимый в действие электрической энергией (SE); монорельсовый транспорт, приводимый в действие энергией топливных элементов (ME); монорельсовый транспорт, приводимый в движение солнечной энергией (МО); аэросани, приводимые в движение электрической энергией (GE); аэросани, приводимые в дви
жение солнечной энергией (GO).
б — трехмерная матрица, которая дает 150 возможных комбинаций. Приведем некоторые из них: Электромобиль; финансирование за счет дотации федерального правительства (AEF). Поезд, приводимый в движе ние магнитной энергией; финансирование за счет налога на недвижи мость (ГМА). Поезд метрополитена, приводимый в движение атомной энергией; финансирование за счет средств штата (UTS). Монорельсовый транспорт, приводимый в движение магнитной энергией; финансирование из частных фондов (ММР). Аэросани, приводимые в движение солнечной энергией; финансирование за счет налога на недвижимость (GOX). Движущийся тротуар, приводимый в действие энергией топливных эле ментов; финансирование за счет сборов за пользование транспортными средствами (SFT). Поезд метрополитена, приводимый в движение магнит ной энергией; финансирование из федеральных источников (UMF).
МАТРИЦА ИДЕЙ
Более сложный метод генерирования идей заключает
ся в морфологическом (т. е. |
относящемся к |
форме или |
|
структуре) |
анализе независимых переменных, связанных |
||
с решаемой проблемой или |
поставленной |
задачей. Для |
|
каждой из |
этих переменных рассматриваются различ |
||
ные параметры, типы систем, свойства или методы и в со вокупности эти характеристики образуют таблицу, или матрицу.
Различные сочетания указанных характеристик рож дают альтернативные идеи или рекомендуемые решения поставленной задачи. Таким образом, число возможных комбинаций здесь больше, чем в случае генерирования идей методом свободных ассоциаций.
Для сформулированной выше задачи поиска идеи соз дания новой транспортной системы на фиг. 2.2 показано 30 различных идей, полученных для механической системы наземного транспорта при рассмотрении двух переменных: типа системы и источника энергии. Если эту же .задачу исследовать с добавлением третьей переменной — источни ка финансирования (что очень важно), то матрица стано вится трехмерной и имеет вид параллелепипеда, составлен ного из кубов малого размера, число которых зависит от числа переменных. В нашем случае получено 150 возмож ных комбинаций, образующих такое же число различных идей. Многие идеи явно неприемлемы и их сразу же необ ходимо отбросить, но в распоряжении конструктора все же остается большое число идей, которые при ином подходе могли бы остаться незамеченными.
МЕТОД МОЗГОВОГО ШТУРМА 1
Мозговой штурм представляет собой метод получения новых идей путем творческого сотрудничества отдельных членов организованной группы. Образование термина свя зано с тем, что группа как единый мозг штурмует творче ские решения рассматриваемых проблем. Это необходимо делать энергично, причем все члены группы должны сосре доточивать свое внимание на одном и том же вопросе. Этот метод изобрел в 1939 г. Осборн, заместитель ректора
1 Метод мозгового штурма называют также «штурмом мозгов» плн «мозговой атакой», см. Диксон Дж., «Проектирование систем», М., «Мир», 1969, стр. 40—42. — Прим, перев.