Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Решение инженерных и творческих задач. Учебное пособие
.pdf
31
7. Принцип непрерывности и своевременности усовершенствований,
инноваций.
Сохранение жизнеспособности решения — заключение в него программы
жизнеспособности реализации нововведений.
3.3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА
Методологию поиска новых технологических решений можно рассматривать как некую технологическую систему методов:
1. Основные (рациональные) методы и средства поиска новых техниче-
ских решений, опирающиеся на логику мышления и развития техники.
2. Методы и средства настройки и регулирования творческой активности,
опирающейся на приемы психологической и физиологической активизации умственного труда.
3 Специальные информационные методы обеспечения поиска новых технологических решений.
4. Алгоритмы (или искусство) синтеза поисковых стратегий, опирающих-
ся на гармоническое использование всех средств и методов поиска.
5. Методы и эффективные формы организации, и управление поисковой
деятельностью.
Существующие методы инженерного творчества можно разделить:
• 1 — по степени систематизации (формализации);
• 2 — по характеру применения.
По первому признаку можно выделить методы (по мере возрастания эффективности):
• несистематизированного поиска на основе инструкции с элементами
систематизированного поиска;
• систематизированного поиска, учитывающего правила и закономерно-
сти рационального мышления (эвристические методы);
• алгоритмически направленного поиска, основанные на строгой систе-
матизации и формализации.
Первая группа методов ориентирована на случайный поиск перебора вариантов, второй — на определенную систематизацию, третий — на комплексную
комбинацию различных приемов по определенной процедурной технологии.
По второму признаку — характеру применения методов инженерного
творчества — подразделяются на методы индивидуальные и коллективные
(групповые).
32
3.4. НЕСИСТЕМАТИЗИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Главный акцент индивидуальных несистематизированных методов инженерного творчества базируется на психофизиологической активизации мозговой деятельности (ассоциации, аналогии, эмпатии):
• Метод мозгового штурма (мозговой атаки) как разновидность методов
активизации мозговой деятельности — способ коллективного генерирования
идей на совещании экспертов с использованием специального алгоритмического инструментария;
• Синектика (объединение родовых элементов) — комплексный метод
стимулирования творческой активности, использующий методы аналогий, ассоциаций и мозгового штурма с помощью специалистов разных профессий.
3.5. СИСТЕМАТИЗИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
1. Метод морфологического анализа — систематизированное исследова-
ние различных комбинаций технических решений с целью выявления новых
продуктивных идей.
Наиболее распространена методика морфологических таблиц в форме
матрицы (двух- и трехмерные) с пошаговым алгоритмом анализа путем постановки организованной группы вопросов на каждом шаге. Обычно делят на
6 шагов (см. пример в п. 4.2).
2. Алгоритмические методы рационального поиска (изобретательских за-
дач Г.С. Альтшуллера, поискового конструирования А.С. Половинкина и др.).
Общее для этих методов — наличие правил, алгоритмов и примеров решения технических задач.
Центральным звеном в упорядоченной последовательности действий (алгоритме) поиска служит выявление технического противоречия (конфликта)
в функционировании технической системы и его устранение.
Под техническим противоречием подразумевается ситуация, возникающая в технической системе, при которой одному и тому же объекту (элементу
системы) предъявляют взаимоисключающие требования.
Для поиска новых технических решений инженерных (изобретательских)
задач применяют целый комплекс методических приемов решения. Он объединяет в себе теорию интеграционного и экономического анализов, которые сами
по себе являются системными.
33
Высокая эффективность систематизированных методов обусловлена использованием закономерностей развития технических систем, хорошим информационным обеспечением, созданным на основе анализа и обобщения лучших изобретений, а также приемов, устраняющих психологическую инерцию мышления.
Функционально-стоимостной анализ (ФСА) — это метод системного исследования функций объекта (изделия, процесса, структуры), направленный на
минимизацию затрат в сфере проектирования, производства и эксплуатации
объекта при сохранении (повышении) его качества и полезности в течение жизненного цикла технического объекта.
Предметом и задачами теории ФСА являются исследование закономерностей формирования функционально-необходимых затрат при создании и эксплуатации агроэнергетических систем, в частности.
Более поздними методами развития ФСА является методология компьютерного структурно-функционального моделирования систем (IDEF-технология).
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое техническая потребность?
2. Дайте определение проблемы, технической задачи и технического
решения.
3. Перечислите этапы стандартной методологии решения задачи.
4. Охарактеризуйте семь принципов Мышления прорыва.
5. Какие бывают типы технических задач? Охарактеризуйте их.
6. Какие бывают уровни задач? Дайте им характеристики.
7. Что представляет собой система методов инженерного творчества?
8. Охарактеризуйте методы инженерного творчества по степени система-
тизации и по характеру применения.
9. Что дает функционально-стоимостной анализ при решении техниче-
ской задачи?
ТЕСТ
1. Что такое техническая система?
а) совокупность взаимосвязанных элементов, выполняющих определен-
ную функцию;
б) совокупность независимых элементов, выполняющих различные функции;
34
в) набор случайных компонентов без определенной структуры;
г) единичный элемент, выполняющий несколько функций.
2. Какие основные подходы к определению качества системы существуют?
а) естественно-физический и телеологический;
б) математический и физический;
в) геометрический и химический;
г) биологический и экологический.
3. Что такое изобретательская задача?
а) задача, требующая творческого подхода к решению;
б) задача, имеющая только одно решение;
в) задача, решаемая стандартными методами;
г) задача, не имеющая практического применения.
4. Какие закономерности относятся к закономерностям развития
систем?
а) закономерности взаимодействия части и целого;
б) закономерности иерархической упорядоченности;
в) закономерности развития и эволюции;
г) закономерности осуществимости.
5. Что такое веполь?
а) система, состоящая из вещества, поля и их взаимодействия;
б) математическая модель системы;
в) графическое представление системы;
г) физический закон.
6. Какие источники информации могут исключать новизну технического
решения?
а) только патентная документация;
б) только научные публикации;
в) патентная документация и опубликованные источники;
г) только устные сообщения.
35
7. Что такое синергизм в технических системах?
а) эффект, когда целое больше суммы частей;
б) эффект, когда целое равно сумме частей;
в) эффект, когда целое меньше суммы частей;
г) отсутствие взаимодействия между частями системы.
8. Какие условия преобразования соответствуют изобретательскому
уровню?
а) очевидность решения для специалиста;
б) неочевидность решения и наличие творческого вклада;
в) простота реализации решения;
г) экономическая выгода решения.
9. Что такое неосновная функция технической системы?
а) основная функция системы;
б) дополнительная функция, не влияющая на работу;
в) функция, которая может быть как основной, так и дополнительной;
г) функция, которая противоречит основной.
10. Что такое системный анализ в проектировании?
а) последовательное изучение отдельных элементов системы;
б) комплексное изучение системы как единого целого;
в) изучение только внешних характеристик системы;
г) изучение только внутренних процессов системы.
36
4. ЭВРИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА
4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
Для развития творческого мышления, преодоления инерции мышления
и ускорения поиска решения задач используются различные эвристические
приемы (от слова «эврика!» — нашел!).
Эвристика длительное время (с III в. Новой эры, когда греческий философ
Панн Александрийский предложил название «эвристика») представляла собой
комплекс методов открытия нового. Сегодня эвристика — наука о методах анализа проблемных ситуаций и поиска новых решений. Указанные методы разделяют на два основных класса:
1. Эвристические методы технического творчества.
2. Методы поискового компьютерного моделирования.
По характеру применения различают методы индивидуальные и коллек-
тивные.
По степени формализации различают методы: несистематизированные,
систематизированные и алгоритмические (направленного поиска).
Несистематизированные методы поиска технических решений базируются в основном на использовании инженерной интуиции (неосознанного опыта)
и введении некоторых элементов активизации мышления в случайном поиске.
Систематизированные методы исследования и направленного поиска различных комбинаций технических решений применяют с целью целенаправленного выявления оригинальных и полезных идей.
4.2. МЕТОДЫ И ПРИЕМЫ АКТИВИЗАЦИИ ТВОРЧЕСТВА
Существует ряд методов, правил и приемов активизации инженерного
творчества.
Главные из них:
Аналогия — основана на соответствии, сходстве предметов (явлений, процессов и т.д.) в каких-либо свойствах объекта. Умозаключение по аналогии состоит в переносе знания, полученного в результате анализа какого-либо объекта, на
менее изученный, сходный по существенным свойствам и качествам объект.
37
Примеры: сердце — насос, нервная сеть — электрическая цепь, мозг —
компьютер.
Различают аналогии: функциональная, структурная, отношений, внешней
формы, субстратная.
Необходимо, однако, предупредить, что умозаключения, сделанные по
аналогии, носят, как правило, правдоподобный характер и требуют на последующих стадиях тщательной проверки и технического обоснования. Эта проверка необходима, так как известно, что самые сложные проблемы всегда имеют простые, ясные для понимания… неправильные решения.
Пример: несостоятельность теории теплорода как некой среды, наполняющей предмет, — как некая среда, наполняющая предмет, повышая его температуру.
Ассоциация — осознание взаимосвязей между двумя и более идеями,
восприятием и другими психическими образованиями.
Различают ассоциации по смежности (в пространстве или времени),
сходству и контрасту. Приемы ассоциации создают условия для быстрой генерации индивидуальных ассоциаций в ответ на раздражитель (слово, объект, знак и т.д.). Различают ассоциации: свободные (без ограничений смыслового и другого, например, грамматического характера), например пословицы, поговорки и т.д., и направленные по контрасту или сходству, а также
группы (гирлянды) ассоциации.
Метод ассоциаций используют для разрушения стереотипных представлений о совершенствуемых объектах на стадии постановки задачи и поиска решения при выявлении новых функций объекта.
Эмпатия — личная аналогия вживания в образ объекта, отождествления
с собой фокальных объектов (находящихся в фокусе совершенствования).
Системный анализ — по существу эвристический метод исследования ТО
посредством их представления в виде систем с использованием следующего
алгоритма:
• выявляют конкретные механизмы целостности объекта и технологию
связей между его элементами;
• из-за многообразия типов связей сложный объект относится не к одной,
а к нескольким альтернативных моделям;
• анализируют альтернативные модели, выявляют масштаб их неопреде-
ленности для каждого из вариантов и проводят сопоставление вариантов с использованием различных критериев;
38
• в качестве критерия обоснованности выбора оптимальной модели ис-
пользуют наиболее полное представление свойств целостного объекта, его
структуры и динамики.
Основные принципы системного анализа сводятся к следующим:
• процесс поиска решений начинают с выявления и формирования ко-
нечных целей (идеального конечного результата);
• вся проблема рассматривается как единая система, выявляются все по-
следствия и взаимосвязи каждого частного решения;
• выявляются и анализируются возможные альтернативные пути дости-
жения искомого результата;
• цели отдельных подсистем не должны вступать в конфликт с целями
системы.
4.3. ФОРМАЛЬНЫЕ ЭВРИСТИКИ
Достижения многих наук и в первую очередь физики и ее раздела механики способствовали становлению рациональности как метода мышления
и обоснования.
Р. Декарт выделил в качестве наиболее важных приемов рациональности
следующие:
• освобождение от всякого излишнего представления;
• разбиение на возможно большее число частей, черчение.
Опыт рационального мышления обобщен Б. Больцано (известный логик
и математик XIX в.) в виде различных приемов эвристики.
1. Необходимо точно сформулировать вопрос, ответ на который мы ищем
и строго ограничить область исследования.
2. Оценить, является ли истинный ответ на поставленный вопрос возмож-
ным с точки зрения имеющихся знаний.
3. Разбить задачу на подзадачи и искать ответы на них сначала выведени-
ем решения из известных истин.
4. Прямо вывести решение из уже имеющихся, если это возможно.
5. Выдвинуть гипотезы методом полной или неполной индукции или
аналогии.
6. Совокупность четвертого и пятого приемов.
7. Сопоставить полученный результат с известными знаниями.
8. Проверить точность использования логических приемов.
39
9. Проверить правильность всех определений и суждений, используемых
в решении.
10. Выразить все понятия решаемой задачи в «целесообразных» знаках
(воспользоваться символическим языком).
11. Стремиться к выработке наглядных образцов объекта задачи.
12. Результат решения формулировать логически строго.
13. Оценить все «за» и «против» полученного результата.
14. Решать с возможно большим сосредоточением внимания на задаче.
В эвристических приемах объединены методы логического мышления с
психофизическими приемами активизации мышления.
Метод контрольных вопросов основан на применении системы наводящих вопросов, ответы на которые приводят к решению задачи.
Один из списка таких вопросов разработал А. Осборн — автор метода мозгового штурма. В этом списке 9 групп вопросов типа: что можно в техническом
объекте уменьшить, увеличить, уплотнить, сжать, сгустить, укоротить, сузить,
отделить, раздробить и т.д. Каждая группа вопросов содержит подвопросы.
Разработан ряд других систем вопросов, которые при определенном опыте в заданной технической области приводят к достаточно сильным решениям.
Творческий инженер может самостоятельно разработать систему вопросов, оказывающую существенную помощь для своей области деятельности.
Метод фокальных объектов основан на пересечении признаков случайно
выбранных решений на совершенствуемый объект, который лежит как бы в фокусе переноса этого решения на объект.
Пример:
1-й шаг — определение цели совершенствуемого фокального объекта,
например, часы.
2-й шаг — выбор трех-четырех случайных объектов наугад, хотя бы из
словаря каталога, журнала, например, кино, змея, плюс.
3-й шаг — составление списка признаков случайных объектов (например,
кино: широкоэкранное, звуковое, цветное, объемное и т.д.).
4-й шаг — генерирование идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайных объектов, например, широкоэкранные часы, звуковые часы и т.д.
5-й шаг — развитие полученных сочетаний, например, широкоэкранные
часы, циферблат которых растягивается в узкий, как змея, или проецируется на
экран.
40
6-й шаг — оценка полученных идей и отбор полученных решений, кото-
рый целесообразно поручить экспертам, специалистам в разных областях.
Этот метод дает хорошие результаты на уровне модификации и модернизации существующих технических решений, используя приемы аналогий и ассоциаций, и полезен для тренировки воображения и развития фантазии.
Метод конструирования Р. Коллера предлагает прежде всего полное абстрагирование от реального объема и концентрацию внимания на его функциях
с последующей комбинацией элементарных функций и структуры взаимодействующих элементов.
Метод морфологического анализа состоит в выявлении и систематическом исследовании всех возможных вариантов исполнения технического объекта, вытекающих из закономерностей его строения (морфологии). Автор метода — известный швейцарский астроном Ф. Цвикки, время разработки —
1942 г., определял морфологическое исследование как целостное системное
изучение вариантов создаваемого объекта, из которого можно объективно вывести все решения технической задачи.
Метод предусматривает выполнение работ в пять последовательных
этапов:
1. Формулировка цели и задач, по возможности наиболее полное и точное
определение исследуемого объекта.
2. Выявление и раскрытие иерархического набора характеристик объекта,
параметров, функций, необходимых для существования и функционирования
объекта, то есть решения задачи.
3. По каждой характеристике раскрытие возможных вариантов ее испол-
нения, сведение полученных вариантов в матрицу — «морфологический ящик».
4. Составление всех возможных комбинаций вариантов, определение их
функциональной ценности, исключения из рассмотрения технически несовместных, не новых решений.
5. Анализ решений, оценка и выбор наиболее подходящих решений по
совокупности принятых критериев эффективности, оформление решения в виде
схемы, инструкции, устройства, словесного (вербального) описания.
Важнейшим элементом морфологического анализа является определение
объекта исследования. При этом понимается логический прием, предназначенный для раскрытия объемного содержания понятия «определение».
Недаром великий математик прошлого Рене Декарт утверждал: «Определяйте значения слов, и Вы избавите мир от половины заблуждений».
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]