Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы научных исследований в научно-технической сфере. Учебно-методическое пособие.pdf
Вдохновение - это состояние творческого подъема, сильного обострения мысли и чувств человека, способствующее быстрому решению какого-либо вопроса. Вдохновение является
результатом упорного труда человека в определенной области и
не приходит само по себе.
Интуиция. Способность непосредственно, как бы внезапно, без логического продумывания, находить правильное решение проблемы. Интуитивное решение возникает как внутреннее
озарение, просветление мысли, раскрывающее суть изучаемого
вопроса, интуиция является непременной составляющей творческого процесса, она также имеет большое значение для процессов теоретического обобщения и прогнозирования. Интуиция это неосознанный компонент интеллектуальной, творческой
деятельности, в результате которой возникает цепь логичных,
последовательных рассуждений, которые ведут к решению поставленной задачи.
Техническое мышление. Интеллектуальная деятельность,
в процессе которой человек оперирует образами технических
объектов и понятий, называется техническим мышлением. Развитие технического мышления в процессе НТТ является важнейшим условием формирования творческих способностей инженеров. Особенности технического мышления изучены учеными О.Ф. Федоровой, Т.В. Кудрявцевым, Р.П. Скульским, С.Р.
Рубинштейном.
Техническое мышление рассматривают как процесс отражения в сознании производственно-технических процессов и
объектов, принципа их устройства и работы. Техническое мышление трехкомпонентное - оно понятийно-образно-практическое. Основополагающими процессами технического мышления
являются общие понятия законов для всех.
2.3.3. Уровни творческой деятельности инженера
Инженерное творчество подчиняется логике точных наук,
экономических знаний и доступно большинству людей с определенными личностными характеристиками. Деление по уровням принято исходя из наблюдаемой различной психологической организации мышления инженеров при различной успеш-
51
ности развития НТТ. Это деление подчинено признакам деления
психологической организации мышления и предполагает развитие логичности мышления, отход от интуитивности при движении от первого к пятому уровню. Вернее, интуитивность мышления будет присутствовать на всех уровнях, однако в сочетании с другими формами мышления.
Начальный инженерный уровень. Его можно характе-
ризовать как интуитивный. Специалист объективно наблюдает
за техникой, явлениями и процессами, но на первой стадии своей деятельности дает чаще субъективную оценку всему происходящему, мышление предпочтительно интуитивное, личностные характеристики развиты слабо. Специалист выполняет задачи производства по образцу, т.е. в условиях раскрытия руководителями производства алгоритма действий. Как правило, на
этом этапе практически не создается общественно-значимого
продукта мышления. Оценка действий эмоциональная и часто
необоснованная.
Начально-исследовательский уровень. Этот уровень
предпочтительно интуитивного мышления характеризуется субъективными взглядами на результаты наблюдений, но появляются и объективные оценки явлений, процессов, механизмов.
Уровень характеризуется низкой логичностью и субъективностью, высокой интуитивностью и объективностью наблюдений
и оценок. Личностные характеристики развиты ниже среднего
уровня.
Аналитический уровень. Этот уровень характеризуется
полуинтуитивный уровнем организации мышления, выражающимся в среднем уровне логичности, интуитивности, объективности наблюдений и субъективности оценок. Личностные характеристики имеют среднее значение. Уровень предполагает
умение решать творческие задачи, выходящие за рамки знаний
специальной подготовки, использовать научно-техническую
информации в целях создания новых продуктов творческой деятельности. На аналитическом уровне творчество инженера заключается в умении «свернуть» информацию, обобщить и представить для обсуждения и предложении новых технических решений. Уровень характеризуется самостоятельностью в решении задач поиска новых ТР.
52
Целевой уровень. Этот уровень является логическим.
Логичность в рассуждениях предпочтительна, интуитивность
незначительна. Объективность наблюдений - ниже средней, а
субъективность в оценке - высокая. Предполагает целевое накопление знаний, самостоятельную формулировку целей и задач
поиска новых технических решений. Личностные характеристики достаточно высоко сформированы. Специалисты в своих
действиях опираются на знания, навыки, умеют разрешать противоречия между новыми и имеющимися техническими решениями, устанавливать взаимосвязи между явлениями и процессами, выделять рациональное и доводить идею, найденную в
процессе поиска новых технических решений, до воплощения в
разработках. В своих действиях специалист использует только
эвристические предписания действий.
Высший творческий уровень. Это логический уровень,
который характеризуется очень высокой логичностью и низкой
интуитивностью в психологической организации мышления,
низкой объективностью наблюдений и очень высокой субъективностью оценок. Этот уровень предполагает создание специалистами принципиально новых продуктов мыслительной деятельности, обладающих оригинальностью и общественной значимостью. Творческая деятельность специалиста может быть
охарактеризована в сочетании с уровнями и направлениями, дополнительно описывавшими состояние НTT.
2.3.4. Направления творческой деятельности инженера
Прикладное направление характеризуется развитием
первоначальных прикладных навыков. Решающими, в меньшей
мере, являются мыслительные процессы и, в большей, проявляются навыки, приобретенные ранее при обучении в вузе, при
работе в решении производственных вопросов, работе с приборами, машинами, аппаратами.
Собирательно-регенерационное направление. Направление связано с понятием недостаточно умелой деятельности по
специальности. Уровень сформировавшихся умений невысокий.
Системно-информационное направление. Развитие уме-
ний характеризуется достаточно высоким или средним уровнем.
53
Этот этап формирования психологической структуры характеризуется рядом отдельных высокоразвитых, но узких умений.
На этом направлении необходимы умения обобщать и систематизировать информацию.
Эрудиционно-экспертное направление включает возможности всех последующих направлений. Характеризуется
высоким уровнем развития всех умений. На этом направлении
творчество инженера достигает рационализации.
Идейно-генерационное направление включает в себя все
возможности других направлений. Характеризуется очень высоким уровнем развития всех умений: гностических, проектировочных, конструктивных, коммуникативных и организаторских.
2.3.5. Постановка и анализ задач поиска
улучшенного технического решения
Содружество философов, психологов, конструкторов, системотехников привело к разработке основных правил постановки и анализа задач поиска улучшенных технических решений.
Эти правила являются в своей основе универсальными, однако,
в зависимости от отрасли науки и сложности задач могут корректироваться. Задача поиска нового технического решения
возникает лишь при появлении проблемной ситуации.
Проблемная ситуация - существующая в реальности или
созданная экспериментально ситуация, восприятие и осмысление которой предполагает уяснение отношений между наличными условиями и требованиями задачи. Разрешение проблемной ситуации возможно лишь в результате мысленного или
практического оперирования с элементами ситуации. Проблемные ситуации в технике возникают, например, когда исчерпаны
физические принципы работы технических решений; когда, в
зависимости от задач производства, становится невозможной их
материализация или они не обеспечивают заданных параметров.
Назначение технического объекта. Определение назначения технического объекта (ТО) связано с изучением технической специфики его использования в связи с тем, что оно определяет параметры разрабатываемого технического объекта,
комплектацию его технических средств. Например, режимы и
54
параметры пищеварочного котла, используемого в общественном питании, подбираются с учетом формирования потребительских свойств готовой продукции (органолептические свойства и готовность), в то время как при использовании того же
пищеварочного котла для получения экстрактов из растительного сырья необходимы такие режимы и параметры, которые наряду с потребительскими свойствами позволят сохранить и биологическую ценность экстрактов (содержание витаминов, минеральных веществ, биофлавоноидов и др.).
Выбор прототипа технического решения. За прототип
разрабатываемого технического решения необходимо брать разработки, запатентованные или защищенные авторскими свидетельствами. В первом случае следует обязательно добиваться
патентного «чистого» решения; во втором - желательно, но не
обязательно, так как выбранное техническое решение будет патентно «чистым». Нельзя ориентироваться на готовые разработки, так как они, как правило, имеют давность с начала работ до
десяти лет. Следует выбирать прототипы, обеспеченные использованием новых технологий, новых физических эффектов, которые в конечном итоге дадут возможность сделать скачок в развитии техники.
Список недостатков прототипа - это список показателей,
которые не соответствуют сформулированной функции. Этим
показателям надо давать количественную оценку. Оценку прототипа необходимо производить, исходя из наименьшего риска
завышения существующих показателей.
Упорядочение функциональной структуры. В целях
упорядочения функциональной структуры прототипа рекомендуется представлять ее в виде графика. Такое построение необходимо для более полного представления и правильного понимания физической сущности работы ТС. В структуре выделяются отдельные функциональные элементы, не обеспечивающие
работоспособность функционального узла или ТС при изменении значения входных и выходных параметров функции, дополнительные ресурсы.
Выявление и анализ технических противоречий. Противоречия возникают тогда, когда улучшение одних показателей
(требований) ТС приводит к нежелательному изменению других
55
ее показателей или окружающей среды, включая ТС и человека.
Для выявления противоречий строят прямоугольную матрицу, в
которой по вертикали перечисляют список требований, а по горизонтали - требования и факторы окружающей среды. Далее
для каждого улучшаемого требования в матрице отмечаются
другие ухудшаемые требования и факторы среды.
Формирование идеального технического решения связано с попыткой использования различных физических эффектов и применением искомого ТР необходимыми элементами. В
ходе поиска идеального решения формулируются новые физические принципы действия ТС и ее основных элементов.
Улучшение других показателей ТО связано с улучшением допустимых функциональных узлов во всех допустимых ТР.
При этом используются: поиск технических идей, решений и
физических принципов действия и выбор наилучших технических решений.
Уточненная постановка задачи производится после
предварительной постановки задачи, изучения и анализа задачи.
Составляется полный список требований, которые представляют
собой техническое задание на разработку новой ТС. Этот список
включает эксплуатационные, конструктивные, технологические,
ремонтные, экономические, эргономические, экологические и
другие группы требований с их количественной оценкой. Изучаются взаимосвязи между отдельными требованиями. Затем
используются эвристические приемы поиска ТР.
2.4. Эвристические методы
научно-технического творчества
2.4.1. Обзор эвристических методов
Под эвристическими методами научно-технического творчества (НТТ) понимается последовательность предписаний и
процедур обработки информации, выполняемая с целью поиска
более рациональных и новых технических, технологических,
конструктивных решений. Для такой последовательности нет
обоснованного доказательства, что она является наилучшей в
56
смысле быстродействия и трудоемкости решения задач и нет
гарантии нахождения наилучшего или глобального оптимального решения. Эвристические методы в определенных ситуациях
целесообразно использовать, поскольку другие математически
обоснованные методы оказываются менее эффективными.
Как правило, эвристические методы содержат приемы и
процедуры обработки информации, которые затруднительно
запрограммировать или нецелесообразно выполнять на ЭВМ.
Эти процедуры называют «эвристиками». Они направлены на
решение проблемных задач в условиях дефицита информации и
времени. В них используются универсальные процедуры анализа целей и средств, способы правдоподобных рассуждений, основанные на прошлом опыте, интуиции, аналогии, индукции и
другие.
В конце ХХ века было разработано большое количество
различных эвристических методов поиска новых технических
решений.
В задачи инженеров входит освоение отдельных методов,
изучение и отбор приемов, используемых успешно коллегами в
данной области науки, а также в смежных областях с тем, чтобы
использовать их в практических целях.
К наиболее эффективным из известных методов поиска
новых технических решений, направленных на исследование
самого объекта, построенных на принципах логической обработки информации и имеющих предпочтение относятся: метод
мозгового штурма, метод морфологического ящика, метод матриц открытия, метод организующих понятий, АРИЗ, метод систематической эвристики, метод ступенчатого подхода к решению задач, метод функционального изобретательства, интегральный метод Метра, метод десятичных матриц, метод синектики и другие.
Общее количество известных методов научно-технического творчества более двухсот, примерно 50 из них являются
основополагающими, базовыми. Все методы можно классифицировать на три основные группы: 1) методы для улучшения,
совершенствования известных технических решений; 2) методы,
позволяющие изыскать принципиально новые подходы и решения в техносфере; 3) методы, позволяющие получать абсолютно
57
новые, на первый взгляд фантастические решения, расширяющие научные знания человека. Применение методов научнотехнического творчества допускает использование нескольких
методов последовательно или параллельно для решения одной
проблемы. Комбинирование методов позволяет совершенствовать методы и создавать новые, в том числе с использованием
возможностей современной вычислительной техники. Безусловно, потенциальные, обширные творческие возможности человека выше, чем у созданной им вычислительной техники, которая
при этом позволяет существенно сокращать время на проектирование и выбор оптимального решения.
Если каждый из методов представить в виде набора последовательных этапов, то можно получить обобщенный метод поиска новых технических решений.
2.4.2. Обобщенный метод
поиска новых технических решений
Для рассмотрения обобщенного метода поиска новых технических решений определим несколько методов, которые наиболее часто применяются для решения технических задач в пищевой отрасли и машиностроении. Это методы, представленные
цифрами в таблице 7.1:
1 - метод морфологического ящика;
2 - метод контрольных вопросов по Т. Эйлоарту;
3 - метод контрольных вопросов по Д. Пойа;
4 - метод семикратного поиска;
5 - метод алгоритма решения изобретательских задач;
6 - метод ступенчатого подхода;
7 - метод систематической эвристики;
8 - метод функционального изобретательства.
Наличие основных этапов решения задачи в некоторых из
известных методов поиска новых технических решений выделено в таблице 2.2. Из данных таблицы видно, что во всех методах
присутствуют этапы 3 и 6, в 85 % методов - этапы 4 и 7, в 50 %
методов - этапы 1, 8 и 9, в 60 % методов - этап 2, только в 35 % этап 10 и только 25 % методов - этап 5.
58
Таблица 1 - Этапы решения задачи
поиска новых технических решений в различных методах
Метод
Этапы
1 2 3 4 5 6 7 8
Частота исполь-
зования этапа, %
Определение целесообразности постановки задачи
Определение цели
решения задачи
Сбор и анализ информации о задаче
Уточнение формулировки задачи
Формулировка идеального конечного
результата
Поиск идеи решения
задачи
Анализ и проработка
идей
Выбор рационального
варианта технического решения
Развитие и упрощение
технического решения
Обобщение результатов решения задачи
+ + + + 50
+ + + + + 60
+ + + + + + + + 100
+ + + + + + 85
+ + 25
+ + + + + + + + 100
+ + + + + + + 85
+ + + + 50
+ + + + 50
+ + + 35
В результате предварительного анализа методов поиска новых технических решений можно сделать следующие выводы:
1. Представляется возможным построить обобщенный эвристический алгоритм поиска новых технических решений, который включает все основные этапы научного процесса решения технических задачи.
59
2. Определение функционального назначения этапов в из-
вестных методах позволяет выделить основные для использования в практическом решении задач поиска новых технико-технологических решений.
Первый вывод означает то, что возможно создание специальных программных продуктов для использования методов
творчества при решении научно-технических задач с применением вычислительной техники, что имеется в практической деятельности инженеров и ученых и позволяет существенно сократить время изыскания необходимых результатов, сокращается
период проектирования. Второй вывод означает, что при организации научно-исследовательской, инженерной работы можно
обоснованно выделить приоритетные направления работы, концентрировать для них основные интеллектуальные, материальные и другие ресурсы, а значит, в минимальные сроки достигнуть поставленных целей и задач.
2.4.3. Метод мозговой атаки
Метод мозговой атаки, или «мозговой штурм» относится к
наиболее распространенным методам поиска новых технических решений. Метод является одним из наиболее простых,
применяется в упрощенном виде давно. Например, известно, что
попавшие в сложные условия мореплаватели-европейцы проводили опрос «как быть» всех членов команды (от младших до
старших по возрасту).
Современный вариант «мозгового штурма» сформулировал американский психолог Алекс Осборн. Активно метод был
востребован в Англии для решения проблемы борьбы с фашистскими подводными лодками во время второй мировой войны. В
настоящее время такие популярные телепередачи, как «Что?
Где? Когда?», «КВН» и многие другие являются типичными
примерами применения различных модификаций «мозгового
штурма» (брейнсторминга).
Метод применяется при коллективном поиске новых идей
и решений, метод предполагает отсрочку критики и проведение
поиска в два этапа (сессиями) генерирования идей и их экспертизы двумя группами.
60