Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория технических систем и методы инженерного творчества в решении задач автоматизации технологических процессов. Учебное пособие
.pdf
ется, например, переходит в другое состояние или приобретает другие свойства, а со-
здается новый, неизвестный объект, разработана совершенно новая конструкция. Не-
редко находится новый принцип взаимодействия в системе, который становится ос-
новой решения других задач второго или третьего уровня, например, свойства маг-
нитной жидкости. Для нахождения решения требуется 10
3
– 104 проб. В качестве при-
мера можно привести следующее: по патенту 3 229 759 (США) предложено устрой-
ство, обладающее уникальной теплопроводностью. Внешне оно напоминает обыч-
ную металлическую трубу, запаянную с обоих концов. Скорость передачи тепла по
этой трубе в сотни и тысячи раз выше, чем у медного или серебряного стержня того
же диаметра. Она настолько проста и эффективна, что через четыре года уже исполь-
зовалась в космических аппаратах. Сильное решение.
Пятый уровень. Средства решения лежат за пределами современных знаний.
Они основаны на открытии. Потом на основе этого открытия решается изобретатель-
ская задача. На основе такого изобретения возникают новые направления в науке.
Например, открытие А.С. Поповым радио создало новое научное направление – ра-
диотехнику. Для нахождения решения требуется более 10
5
проб. Выдающееся реше-
ние или чаще его называют выдающееся открытие.
Как появляются задачи пятого уровня? Какими способами их можно решать?
Рассмотрим эти вопросы в следующем примере.
Дано задание: изобрести подземоход, способный передвигаться в земной коре
со скоростью 10 километров в час, с запасом хода более одного километра. Решение
такой задачи лежит за пределами современных знаний, неизвестны те физические эф-
фекты, на основе которых можно создать подобную систему. В данной задаче нет
прототипа и нет противоречий, которые надо решать. Противоречие возникает в про-
цессе создания принципиально новой технической системы. С чего же начать?
Во-первых, необходим анализ характера взаимодействия других транспортных
систем с внешней средой: движение ракеты в космосе, движение надводного судна в
водовоздушной среде, движение подводной лодки в воде, проходка скважины в по-
верхностных слоях грунта, бурение горных пород и так далее. Такой анализ может
121
натолкнуться на какую-то общую идею способа взаимодействия нашего подземохода
в земной коре.
Во-вторых, полезно ознакомиться с идеями из научно-фантастической литературы. Фантастика – это та единственная область, где такие подземоходы давно уже
существуют. Многие фантастические идеи сейчас получили конкретное воплощение.
Например, многие идеи, заложенные в «Наутилусе» Жуля Верна, уже стали не фантастическими, а реальными. Другие подобные задачи ждут своего решения.
6.4 Поиск новой технической информации
К источникам информации, которые являются общедоступными и исключают
новизну, а, следовательно, могут быть противопоставлены экспертом при рассмотре-
нии предлагаемого технического решения, относятся следующие:
– опубликованные описания к охранным документам с указанной на них датой
опубликования (официальные бюллетени «Открытия, изобретения, промышленные
образцы и товарные знаки», «Изобретения и полезные модели», «Изобретения за ру-
бежом», «Изобретения в СССР и за рубежом», сборник «Внедренные изобретения»;
– рационализаторские предложения;
– российские, советские и иностранные издания (монографии, учебники, журналы, сборники и тому подобное);
– реферативные и фирменные журналы по отраслям;
– отчеты о научно-исследовательских работах (НИР), пояснительные записки к
опытно-конструкторским работам (ОКР) и другая конструкторская, технологическая
и проектная документация, находящаяся в органах научно- технической информации;
– нормативно-техническая документация (ГОСТ, ТУ и так далее);
– диссертации и авторефераты диссертаций, изданные на правах рукописи;
– принятые на конкурс работы
– визуально воспринимаемые источники информации (плакаты, проспекты,
чертежи, схемы, фотоснимки, модели, изделия и тому подобное);
– экспонаты, помещенные на выставках;
122
– устные доклады, лекции, выступления, если они зафиксированы аппаратами
звукозаписи или стенографически;
– сообщения по радио, телевидению, в кино и тому подобное;
– использования в производственном процессе, в изготовляемой или эксплуатируемой продукции, в том числе в опытном образце, переданном в эксплуатацию.
Процедура поиска обычно включает четыре этапа.
Первый этап – определение предмета поиска. На этом этапе разработчик в со-
ответствии с разрабатываемой темой (заданием) конкретизирует предмет поиска и со-
ставляет рубрикатор по теме.
Второй этап – определение широты поиска, то есть установление круга стран.
При выборе стран следует ориентироваться на те страны, в которых данная отрасль
промышленности наиболее развита.
Третий этап – определение глубины поиска, то есть выбор временного интер-
вала поиска. При этом учитывается, для каких исследований на каких стадиях научно-
исследовательских работ (НИР) проводится поиск. Так, при планировании НИР целе-
сообразно изучать описания изобретений за последние 7-10 лет; при патентных исследованиях перед началом разработки изобретения по конкретной теме – за 10-15
лет.
Четвертый этап – просмотр и отбор описаний изобретений, анализ получен-
ной информации.
6.5 Вопросы для самоконтроля
1) Что такое первый критерий изобретения?
2) Что такое второй критерий изобретения?
3) Что такое третий критерий изобретения?
4) Что такое объекты патентных прав?
5) Что не является объектом патентных прав?
6) Что не является изобретением?
7) На что не предоставляется правовая охрана в качестве изобретения?
123
8) На что не предоставляется правовая охрана в качестве полезной модели?
9) На что не предоставляется правовая охрана в качестве промышленного об-
разца?
10) Каковы сроки действия прав на изобретения?
11) Что такое первый уровень решения изобретательских задач?
12) Что такое второй уровень решения изобретательских задач?
13) Что такое третий уровень решения изобретательских задач?
14) Что такое четвертый уровень решения изобретательских задач?
15) Что такое пятый уровень решения изобретательских задач?
16) Что такое поиск новой технической информации?
124
7 Методы инженерного творчества
7.1 Ассоциативные методы поиска технических решений
Ассоциативные методы активизации мышления основаны на семантических
(языковых) свойствах понятий, на использовании аналогий их вторичных смысловых
оттенков. Основными источниками генерации новых идей служат ассоциации (смыс-
ловые связи), метафоры и случайно выбранные понятия. Цель данных методов поиска
технических решений – активизация мышления.
К ассоциативным методам относятся:
1) метод каталогов;
2) метод фокальных объектов;
3) метод гирлянд случайностей и ассоциаций.
Эти методы во многом аналогичны и основаны на установлении логической
связи (ассоциативного перехода) между несвязанными понятиями (словами). Напри-
мер, рассмотрим два понятия «небо» и «чай». Ассоциативный переход может быть
таким: «небо» – «туча» – «вода» – «чай».
1 Метод каталогов – это определенным образом систематизация алгоритмов
решения изобретательских задач, связанных поиском отдельных аналогов, с перено-
сом знаний из одной области в другую. Если на совершенствуемый (или создаваемый)
объект перенести признаки других выбранных объектов, то резко возрастает число
неожиданных вариантов решения задачи.
Выбирается «рабочее» слово, затем подбираются ещё два слова, далёкие друг
от друга и называются их признаки. Теперь эти признаки переносятся на «рабочее»
слово, игрокам необходимо объяснить получившееся словосочетание.
Например: тетрадь лужа яблоко
грязная вкусное
большая червивое
Что значит «грязная тетрадь», «вкусная тетрадь» и так далее?
125
2 Метод фокальных объектов (МФО) – это метод, который направлен на поиск
идей в неожиданных направлениях, позволяет отслеживать динамику внешней среды
чаще всего противоположным взглядом, развивает диалектику мышления.
Метод фокальных объектов предложен американским специалистом Чарльзом
Вайтингом (Whiting Ch. S. Creative thinking. – New-York, Reinhold, 1958).
Суть метода состоит в следующем: объект, который нужно изменить, берут в
фокус внимания («фокальный объект») и придают ему некое свойство, взятое у дру-
гого, совершенно постороннего объекта, например, «кожаный диван» «клавиатура
с подсветкой» «кожаная клавиатура» и прочие «фокусы». Результативность поиска
с помощью этого метода во многом определяется творческой рефлексией полученных
речевых конструкций и умением пользователя выстраивать ассоциативные цепочки.
Кроме того, метод предъявляет высокие требования к воображению пользователя.
Использование случайностей позволяет быстро получать оригинальные нестан-
дартные решения. На поиск аналогичных решений обычными способами потребова-
лось бы затратить многократно большее время. Эффективность объясняется тем, что
посредством специальной процедуры различные знания и признаки случайных объ-
ектов фокусируются на объекте обновления.
Типовой сценарий тренинга.
Пункт № 1. Записать фокальный объект, то есть выбрать продукт, требующий
обновления. Например, сотовый телефон (ФО).
Пункт № 2. Выбрать три случайных объекта, никак не связанных с фокальным,
записать их. Например, кошка (А), книга (Б), свеча (В).
Пункт № 3. Для каждого случайного объекта записать от 10 до 20 свойств, ха-
рактеристик, функций или форм существования этого объекта. Например, для объ-
екта (А): мурлыкает, тёпленькая, полосатая, шерстяная и так далее; для объекта (Б):
бумажная, цветная, обучающая, захватывающая, глянцевая, с картинками и так далее.
Пункт № 4. Соотнести эти свойствам характеристики случайных объектов с фокальным объектом. Например, ФО + А1 = «сотовый телефон мурлыкает», ФО + А2 =
«сотовый телефон тёпленький» и так далее; ФО + Б1 = «бумажный сотовый телефон»,
126
ФО + Б2 = «цветной сотовый телефон», ФО + Б3 = «обучающий сотовый телефон» и
так далее.
Пункт № 5. По каждому из полученных соотношений необходимо ответить на
вопросы: «Что получилось?», «Как или где это можно использовать?», «Кому это
нужно?». Например, «ФО + А1 = сотовый телефон мурлыкает» означает, что телефон
в качестве звонка использует не обычный звонок, а звук мурлыкающей кошки. Этот
звонок можно использовать в тех ситуациях, когда нельзя применять тихий стандарт-
ный или вибровызов, например, на совещании или семинаре. Этот тип звонка, воз-
можно, будет необходим студентам на занятиях в университете, когда они ждут очень
важный звонок и который бы не отвлекал всех остальных своим гудением.
Пункт № 6. Оставшиеся идеи сформулировать как готовые варианты новых
продуктов.
Пункт № 7. Приступить к реализации решений. Ответить на вопрос: «Как на
практике осуществить полученные решения?»
3 Метод гирлянд случайностей и ассоциаций, является дальнейшим развитием
метода фокальных объектов. Составляется две гирлянды. Первая – гирлянда синонимов, вторая – гирлянда случайных слов. Генерирование идей идёт путём поочерёд-
ного присоединения к гирлянде синонимов случайно выбранных слов из второй гир-
лянды.
Рассмотрим суть метода на примере поиска оригинальных конструкций стула:
1) гирлянда синонимов: «стул – кресло – пуф – табурет – скамейка»;
2) произвольный выбор случайных слов для образования второй гирлянды
«электролампочка – стекло – цоколь – пляж – тепло»;
3) образование комбинаций из элементов двух гирлянд: «стул с электролампоч-
кой, табурет для цветов, кресло для пляжа, стеклянный стул, теплоизлучающий пуф,
табурет с цоколем» и так далее);
4) генерирование новых идей;
5) выбор альтернативы;
6) оценка рациональных идей;
7) отбор оптимального варианта.
127
Наибольший эффект метод фокальных объектов дает при поиске нового ассор-
тимента товаров массового потребления.
7.2 Методы случайного поиска
К методам случайного поиска относят следующие методы:
1)метод проб и ошибок;
2)метод мозгового штурма;
3)метод синектики;
4)метод морфологического анализа.
1 Метод проб и ошибок (МПиО) известен человечеству с древних времен, но
был сформулирован и получил название лишь в 1898 году в работе американского
психолога Э. Торндайка.
Цель этого метода – приобрести мысленные навыки в результате хаотично повторяющихся опытов.
Типичный случай использования МПиО − история изобретения Ч. Гудьиром
способа получения резины из каучука (1841 год). Он начал опыты наугад, смешивал
сырую смолу каучуконосного дерева с любым попадавшимися под руку веществами:
солью, перцем, песком, с куриным супом – полагая, что рано или поздно он перепро-
бует все, что есть на земле, и наткнется на удачное сочетание. И вот однажды он об-
работал каучук парами кислоты и увидел, что упругие свойства каучука улучшились.
Первый успех. Затем опять «пустые» пробы и случайно обнаруженное второе условие
– подогрев. Снова «пустые» опыты и, наконец, исследователь нашел оптимальный
режим обработки каучука. На это ушла вся его жизнь. Ему помог случай, а многие
творцы, изобретая так, ничего не достигли. Например, алхимики в поисках путей по-
лучения золота.
Метод проб и ошибок можно назвать слепым методом. Перебор вариантов про-
водится наугад. Правил выдвижения идей нет. Предлагается и экспериментально про-
веряется любая идея. Совершалась своеобразная обменная операция: незнание обме-
нивалось на время (чем меньше знаем, тем дольше ищем). Известный американский
128
изобретатель Томас Эдисон свои 1093 изобретения получил, перебрав огромное
число вариантов. Он обменивал своё незнание на десятки тысяч бесконечных опытов.
Вот что говорил о работе Эдисона чешский учёный Николай Тесла, который некото-
рое время работал в лаборатории Эдисона:«Его методы крайне неэффективны. Он
может затратить огромное количество времени и энергии и не достигнуть ничего… Я
с печалью наблюдал за его деятельностью, понимая, что небольшие творческие зна-
ния и вычисления сэкономил бы ему тридцать процентов труда. Но он питал непод-
дельное призрение к книжному образованию и математическим знаниям, доверяясь
всецело своему чутью изобретателя и здравому смыслу американца».
Так в 1878 году Эдисон начал опыты с электрической лампой накаливания.
Нить из обугленной бумаги светилась 8 минут, из платины – 10 минут, нити из бора,
хрома, молибдена, никеля дали плохие результаты. Следующая серия проб: обугленная хлопчатобумажная нить светилась 13,5 часов, из обугленного картона 170 часов,
из обугленного бамбука 1200 часов! Начались поиски различного сорта бамбука в
Японии, Китае, Индонезии. Было использовано 1600 различных материалов. Наконец
в 1906году он покупает патент у русского изобретателя Лодыгина на закрученную
особым образом вольфрамовую нить, которая светилась несколько месяцев. Похожая
нить используется в современных лампах накаливания.
Несмотря на низкую эффективность МПиО позволял справляться с большин-
ством поставленных задач, пока открывались очевидные и не требующие глубинных
исследований природные эффекты, что обеспечивало быстрое использование их в
технике. Экономика бурно развивалась, принцип «больше людей – больше идей»
вполне оправдывал себя. И к концу XIX века, благодаря этому методу, появились
электродвигатели, буровые установки, автомобили, пароходы, первые самолёты, ра-
дио, кинематограф и многое другое.
В течение многих веков техника развивалась без поддержки теоретических ис-
следований. Наука далеко отставала от техники и не могла предложить новые реше-
ния. В середине XIX века наука приблизилась к потребности техники, появились тео-
ретические исследования в теплотехнике, электротехнике, химии. К середине 20 века
129
существенно увеличилась сложность изделий. Если сложность изделия, разработан-
ного в 1950 году принять за единицу, то к 1980 году она увеличилась в два раза, а к
2000 году– в 5 раз. В то же время сокращаются сроки старения техники. Если в 1950
году достаточно эффективно использовались машины и приборы, разработанные 1015 лет назад, то в 1980 году моральное старение наблюдалось через 5 лет, а с 2000
году – через 2-3 года. Примеры этого – мобильные телефоны и оргтехника.
Всё это потребовало увеличение численности инженеров и научных работни-
ков. Так, по данным всесоюзной переписи в СССР с 1950 по 1975 годы число научных
работников увеличилось почти в 7 раз. Но дальше развивать технику таким образом
нельзя, иначе в научных работников должны будут превратиться все жители страны.
Надо идти другим путём: повысить качество исследования, перейти на освоение но-
вых методов поиска технических решений.
2 Метод мозгового штурма (ММШ) был разработан американским
исследователем А. Осборном в 1937 году и представляет собой метод получения
новых идей при решении проблемы путем творческого сотрудничества членов двух
организованных групп.
Философская идея ММШ – фрейдизм. Обычное мышление, по З. Фрейду, кон-
тролируется сознанием, которое сдерживает нас от нелогичных поступков. Но каждое
изобретение – это преодоление привычных представлений о возможном и невозмож-
ном. Поэтому освобожденный от гнета сознания мозг способен выдать неожиданные
идеи. Но, однако, опыт показывает, что современные изобретательские задачи плохо
поддаются решению этими методами.
3 Метод синектики (МС).
Синектика – это сочетание разнородных, а иногда даже не совместимых
элементов в процессе постановки и решения задач.
Метод синектики появился в начале 50-х годов прошлого века как результат
многолетней работы Уильяма Гордона над усовершенствованием метода мозгового
штурма. Важной отличительной особенностью рассматриваемого способа является
то, что метод синектики применяется при решении конкретных проблем и не направ-
лен на использование объективных закономерностей развития различных систем.
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]