Прикладные основы разработки инновационных технологий при проектировании радиоэлектронных систем. Учебное пособие

2.2. Изобретение как продукт творческого процесса

«мозговой атаке», суть которой в том, что решение возникшей проблемы ищут несколько человек (не более 12). Поиск решения реализуется в форме свободного высказывания каждого из участников обсуждения о возможном решении проблемы. Допускается высказывание любых, даже самых нелепых «фантастических» предложений. Критика предложений участников мозговой атаки запрещена! Кто-то из группы записывает каждое предложение, и после сеанса мозговой атаки 1,5 часа руководитель группы и участники анализируют высказанные предложения, отбирая наиболее приемлемые.

По сути дела, метод мозговой атаки – это метод коллективного творчества, хотя отбор результатов производится индивидуально. Это метод признается большинством теоретиков и практиков творчества, одним из наиболее действенных способов. Замечено, что чем чаще он принимается, тем ниже его результативность. Видимо, оно просто «приедается». Его нельзя применять с участием одних и тех же специалистов [8–12].

Другим методом – методом эвристических приемов, можно пользоваться сколь угодно часто и применительно к любой проблеме. Суть метода состоит в использовании при решении проблемы всего того набора приемов, который накоплен проектировщиками и конструкторами при работе над созданием самых разнообразных устройств. Набор этот упорядочен, известно около десяти его модификаций, т.е. созданы БД, БЗ [26].

31

2. Методы инженерного творчества

Достигнуть этого можно, только основательно зная свою специальность, имея хорошие знания в физике, химии процессов, электронику, информационные процессы математику. А. И. Половинкин предлагает автоматизированный синтез физических принципов действия: это связи физических процессов между собой «протекание тока – нагрев – удлинение провода».

Тому, кто хочет овладеть инженерным творчеством, можно дать совет академика Гранта Кардона: «Надо делать в 10 раз больше, чем необходимо в каждом конкретном случае».

2.3. Системный анализ

Системный подход относится к общенаучной методологии [15, 16].

Он позволяет не только более эффективно выявлять противоречия на разных уровнях представления системы и тем самым формулировать научную проблему, но и находить системные решения.

Особенностью системного подхода является стремление исследователя изучать систему в целом с комплексом ее взаимодействий с внешней средой. Система рассматривается как совокупность взаимосвязанных и особым образом взаимодействующих элементов, компонентов и подсистем, образующих единство и предназначенных для достижения цели (или множества целей, также образующих определенную структуру, чаще всего иерархию типа «дерево»). Изучение систем традиционно осуществляется при помощи анализа, в результате которого производят декомпозицию системы на части и выявляют связи и отношения между ними, и синтеза, в результате которого на основе полученных подсистем и связей пытаются модифицировать существующие системы, улучшая их показатели качества или же создавать совершенно новые, предназначенные для решения новых задач.

Процесс анализа систем имеет несколько следующих важных особенностей, игнорирование которых неизбежно приведет к утрате понятия системы:

1. Декомпозиция системы производится с различной степенью детализации в зависимости от цели изучения и особенностей самой системы. Например, при исследовании радиолокационной станции (РЛС) для специалистов, эксплуатирующих систему, наиболее удобной будет декомпозиция

32

2.3. Системный анализ

на два блока: антенный блок, включающий магнетрон, модулятор, переключатель приема/передачи (циркулятор), антенну, ограничитель, интегральную схему сверхвысокочастотного диапазона, усилитель промежуточной частоты, и блок дисплея, включающий АЦП, процессор, блок управления. С точки зрения схемотехника, обслуживающего РЛС, такая декомпозиция будет, очевидно, недостаточной, его будет интересовать детализация на уровне принципиальных и функциональных схем.

2.Различная степень декомпозиции при анализе системы порождает различное представление исследователя о системе, а значит, модель системы также будет различной. Создание модели призвано заместить оригинал, упростить его, отбросив второстепенные качества и свойства и оставив те, которые подлежат исследованию.

3.При исследовании системы важно выявить элементы, подсистемы и функции, которые являются системообразующими и которые порождают неаддитивность в системе. Правильная идентификация системообразующих составляющих – залог успешного разрешения системных противоречий, и напомним, основа для изобретений и открытий.

Рассмотрим системную классификацию наиболее крупных фундаментальных наук.

Системотехник и в данном случае видит проявление системного принципа: окружающий нас мир является сложной системой, отдельные составляющие которого изучаются различными прикладными и фундаментальными науками. В зависимости от изучаемых составляющих, уровня декомпозиции сами науки образуют иерархию: от относительно простых по числу связей абстрактных объектов физики до очень сложных систем экологии с многочисленными нечеткими связями. Различаются и способы представления основных закономерностей: от сочетания математических и словес-

33

2. Методы инженерного творчества

ных (вербальных) определений физики до преимущественно вербальных определений экологии.

Только совокупность сведений, полученных при исследовании объектов различными специалистами, с различной степенью детализации, обеспечивает более объективное представление об объекте и процессах, протекающих в них. Таким же качеством многопозиционности обладает творческое мышление.

Безусловно, все получающиеся сведения должны соответствовать сложившейся научной картине мира, не противоречить известным законам природы.

Основная сложность для изобретателя в том, что в процессе в инженерного творчества он знает и применяет примерно 100 200 приемов, а в научно-технической литературе описано свыше 3 103 приемов, например, в книге крупного методолога изобретательства А. И. Половинкина [12].

В базе данных фонда каждый физико-технический объект описан на трех уровнях [26]:

I – краткое качественное описание;

II – одностраничные описания в виде стандартной карты, на которой приведены наиболее важные сведения о сущности эффекта и областях его технического применения;

III – детальное описание на 5 10 страницах, содержащее инженерные характеристики эффекта и математические модели.

Современная научная картина мира предполагает существование определенной иерархии в системе знаний, объектов окружающего мира, что отражает принцип фундаментального единства мира. Кроме того, система эта отнюдь не статична, а изменяется во времени, развивается. Возможность усложнения, развития систем заложена в асимметричности составляющих ее элементов и подсистем, что отражается принципом функциональной асимметрии. Указанные принципы носят универсальных характер, и справедливы как для технических, так и для биологических систем.

Благодаря пониманию этих принципов достаточно много открытий и изобретений делается на основе умозаключений по аналогии, т.е. выявляются сходства в структурах, протекающих процессах, закономерностях развития систем одной природы, которые переносятся на системы и объекты иной природы. Достаточно упомянуть, сколько идей было «подсмотрено» в биологических системах и перенесено на технические объекты.

34

2.3. Системный анализ

Умозаключение по аналогии состоит в переносе знания, полученного в результате анализа какого-либо объекта, на менее изученный сходный по существенным свойствам объект. Подобные умозаключения являются одним из источников научных гипотез.

Аналогия – следствие фундаментального единства мира.

В творчестве используются аналогии различных типов (функциональные, структурные, отношений, внешней формы, субстратная).

Изобретательская практика свидетельствует, что чем отдаленнее области, между которыми проводят аналогии, тем более оригинальным может быть получен результат при решении задачи. Следует иметь в виду, что умозаключения, сделанные по аналогии с конкретными объектами, носят, как правило, правдоподобный характер и требуют на последующих стадиях тщательной проверки и технического обоснования. Как известно, самые сложные проблемы всегда имеют простые, ясные для понимания… неправильные решения. Однако эффективность решений, получаемых на стыке различных научных дисциплин, не раз доказывалась на практике, поэтому поиск таких решений необходим, но и этап проверки должен быть более отвественным.

Системный анализ, как метод инженерного творчества, предполагает следующую последовательность действий [15, 16, 27].

1.Выявляют конкретные механизмы целостности объекта и типологию связей между элементами.

2.Из-за многообразия типов связей сложный объект сводят не к одной,

ак нескольким моделям.

3.Анализируют альтернативные модели, выявляют масштаб их неопределенности для каждого из вариантов, а также проводят сопоставления различных вариантов с использованием различных критериев. В качестве критерия обоснованности выбора оптимальной модели используют наиболее полное представление свойств целостного объекта, его структуры и динамики.

При поиске технического решения используют основные принципы системного анализа:

- начинают с выявления и формирования конечных целей; - вся проблема рассматривается как единая система, выявляются все

последствия и взаимосвязи каждого частичного решения;

35

2.Методы инженерного творчества

-выявляются и анализируются возможные альтернативные пути достижения искомого результата;

-цели отдельных подсистем не должны вступать в конфликт с целями системы.

2.4. Формальные эвристики

Изначально эвристика (III в. до н.э.) – наука о методах анализа проблемных ситуаций и поиска новых решений. В настоящее время известно множество эвристических методов, которые образуют систему принципов и правил, задающих наиболее вероятные стратегии и тактики деятельности решающего и стимулирующие его интуитивное мышление в процессе решения, генерирование новых идей и на этой основе существенно повышающие эффективность решения определенного класса творческих задач [27].

Эвристическими приемами и методами принято считать процедуры, применяемые для решения сложных, многомерных, нестандартных задач, которые, возможно, не гарантируют получение лучшего, оптимального, точного результата, но обеспечивают некоторое решение, которое впоследствии можно улучшать уже с использованием точных алгоритмов и технологий. Такие процедуры могут заимствоваться и применяться по аналогии из других областей. Но именно благодаря эвристикам дается толчок в решении первоначально казалось нерешаемым задачам.

Эвристические методы и приемы в силу указанной специфики в отличие от алгоритмов допускают привнесение новых компонентов, творческого элемента в зависимости от использующего их специалистов и особенностей решаемой задачи. Открытость эвристик привела к тому, что в мире насчитывается их огромное множество, и каждая эвристика хотя и не гарантирует получение наилучшего результата, однако может стать своеобразным трамплином к преодолению сложных проблем.

Процесс решения задач с помощью метода эвристических приемов состоит из пяти последовательных этапов [9–11].

1.Постановка задачи технического творчества.

2.Выбор подходящих приемов на основе анализа недостатков и дефектов прототипа (прототип – наиболее близкий по технической сущности (по смыслу) и по достигаемому эффекту аналог (устройство, способ, вещество, штамм) предполагаемого изобретения) и противоречий его развития.

36

2.4.Формальные эвристики

3.Преобразование прототипа с помощью выбранных приемов и формирование нескольких новых технических решений.

4.Анализ новых технических решений относительно осуществимости и степени эффективности использования.

5.Работу этапов 2–4 выполняют, выбирая другие прототипы. Наибольший эффект при эвристическом обучении дают задачи предпо-

лагающие открытие новых причинно-следственных связей, закономерностей, общих признаков решения целого класса задач, в основе которых лежат еще не известные субъекту отношения между определенными компонентами исследуемых конкретных ситуаций. Наиболее выразительной формой эвристического метода является эвристическая беседа, состоящая из серии взаимосвязанных вопросов, каждый из которых служит шагом на пути решения проблемы, и которые требуют осуществления небольшого поиска.

Безусловно, эвристические методы широко применяются при решении задач различной природы, и не раз доказали целесообразность использования, однако необходимо принимать во внимание ряд недостатков, которыми они обладают [27]:

а) процедуры эвристических приемов предполагают поиск или генерацию всех возможных альтернатив при решении задач, среди которых выбирают наиболее выгодные. Отсутствие формальных процедур, гарантирующих выявление всех возможных альтернатив, означает, что получают лишь их часть (подмножество), которая не обязательно содержит наилучшие решения. Таким образом, качество получающегося решения будет зависеть от того, насколько полно и удачно сформировано множество возможных решений;

б) в эвристических процедурах заложен неявный парадокс. Стремление сформировать наиболее полное множество возможных альтернатив стимулирует творческую составляющую, появление инновационных, нетривиальных решений, однако это позитивный момент зачастую нивелируется некорректной процедурой отбора наилучших вариантов;

в) невозможно сформулировать универсальный критерий отбора наилучших вариантов, ведь эвристические методы применяются для сложных, плохо формализованных и мнопараметрических задач, отбор лучших альтернатив также может быть неоднозначным, зависеть от различных целей исследования и от субъективных представлений специалиста об изучаемом объекте.

37

2.Методы инженерного творчества

Кэвристическим принципам инженерного творчества можно отнести общие тенденции развития технических решений. В результате анализа истории изобретательства Генрих Альтшуллер сформулировал их так [26]:

1. Точно сформулировать вопрос, ответ на который мы ищем. Необходимо строго ограничивать область исследования.

2. Оценить, является ли истинный ответ на поставленный вопрос возможным с точки зрения имеющихся знаний.

3. Разбить задачу на подзадачи и подвопросы и искать ответы на них сначала выведением решения из известных истин или сведением к решению подобных задач.

4. Прямо вывести решения из уже имеющихся знаний, если это возможно.

5. Выдвинуть гипотезы методом полной или неполной индукции или аналогии.

6. Проверить точность использования логических приемов. Логика не всегда надежно работает на стадии поиска технического решения. Тем не менее, вне логики невозможно обосновать и формализовать полученный в процессе результат.

2.5.Метод мозгового штурма

Самый распространенный метод коллективного генерирования идей – метод мозгового штурма или метод мозговой атаки (Brainstorming), который был предложен американским ученым А. Ф. Осборном, позволяет в рамках делового совещания использовать по максимуму творческий потенциал каждого его участника и добиться необходимого эффекта при решении нестандартных ситуаций и проблем силами коллектива.

Актуальность рассматриваемого вопроса объясняется тем, что мозговой штурм, как креативный метод решения задач, стимулирует активность и интуитивное мышление людей в процессе поиска идей, предложений; способствует интегрированию накопленной информации и на этой основе значительно повышают эффективность принимаемых решений, что особенно важно в условиях жесткой конкуренции, когда необходимы инновационные стратегии, неординарные идеи и действия, новые способы поведения

[27].

38

2.5. Метод мозгового штурма

Метод относится к группе эвристических [8–12], но имеет ряд специфических особенностей, благодаря которым он обычно рассматривается как самостоятельный.

Основная специфика метода состоит в коллективном генерировании новых идей, подходов к решению нестандартных проблем за ограниченный промежуток времени, что подразумевает обмен идеями, интеллектуальное и творческое взаимодействие. Поэтому самым главным ограничением при реализации метода является запрет какой-либо критики. В результате процедуры мозгового штурма желательно сгенерировать как можно больше вариантов решения поставленной задачи (как логичных, так и абсурдных) без каких-либо ограничений, и лишь затем из большого числа идей отбираются наиболее удачные – всего лишь 10–15 %, которые могут быть использованы на практике.

При реализации метода желательно привлекать специалистов из разных областей, что позволит повысить качество и разнообразие предлагаемых идей. Кроме того, обязательно необходимо отделить процесс генерации идей от их критики.

Процедура метода мозгового штурма предполагает следующие этапы

[5, 6, 8–12].

1.Отбор участников – привлекаются участники из разных профессиональных областей, которые должны быть знакомы с процедурой мозгового штурма. Количество участников также зависит от решаемой проблемы и модификации метода, но, как правило, составляет 10–15 человек.

2.Сообщение проблемы, которую предстоит решить. Чаще всего проблема представляется в письменном виде.

3.Собственно штурм. Задача: получить как можно больше идей. Тут и вводится основное правило: приветствуются любые, самые безумные, явно ошибочные идеи, критика категорически запрещена (даже в виде скептических улыбок). Наоборот, любую высказанную мысль нужно поощрять. Такая поддержка должна стимулировать творческий процесс.

На данном этапе крайне важно сформировать благоприятную психологическую атмосферу среди участников. Практика проведения процедур «мозгового штурма» неоднократно доказывала, что количество и качество получаемых идей напрямую зависит от заинтересованности участников, их совместимости, компетентности. Обеспечение наилучшей атмосферы возлагается на руководителя процедуры мозгового штурма.

39

2.Методы инженерного творчества

4.Этап анализа. Среди множества сгенерированных идей необходимо отобрать наиболее перспективные, обладающие определенным потенциалом при реализации и способные принести выгоду в будущем.

Метод мозгового штурма подразумевает получение решения как продукта коллективного творчества специалистов в ходе заседания, проводимого по определенным правилам, так и последующего развернутого анализа его результатов [27].

Несмотря на некоторую схожесть метода мозгового штурма с эвристическими методами в стремлении получить как можно больше различных вариантов решения задачи, метод мозгового штурма имеет серьезную теоретическую основу, сформированную по результатам психологических исследований коллективной деятельности. Простые совещания, разрешения конфликтов или решения «в рабочем порядке» далеки от по эффекту от процедуры мозгового штурма, поскольку участники ограничены различными барьерами психологического, социального, культурного и т.п. рода, сдерживающим творческий потенциал. Кроме того, зачастую хорошие специалисты с высоким изобретательским потенциалом просто не привыкли к творческому способу деятельности, самостоятельному и активному решению задач, не всегда знают о приемах творческой деятельности, а традиционно просто добросовестно исполняют свои должностные обязанности.

Иногда мозговой штурм рассматривают как вариант дискуссии, но без психологических и интеллектуальных противостояний. Главной целью является обеспечение и стимулирование процесса генерирования идей. Оценка качества получаемых решений выносится на отдельный независимый этап и может проводится даже другими специалистами, специализирующимися на критике и рациональному отбору наилучших решений.

Успех проведения мозгового штурма зависит от соблюдения двух главных принципов. Один из них лежит в области теории синергетики. Он заключается в следующем: при совместном обсуждении появляются идеи более высокого качества, чем при индивидуальной работе тех же людей. Это происходит за счет того, что идея, которая сама по себе может быть отвергнута в силу недостаточной обоснованности или непрактичности, дорабатывается совместными усилиями, додумывается другими и тем самым улучшается, становится все более конструктивной и пригодной к осуществлению [5, 9, 12].

40