Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методические основы инженерно-технического творчества. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

М.А. Шустов

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО

ТВОРЧЕСТВА

Рекомендовано в качестве учебного пособия

Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

2013

УДК 62.001.5(075.8) ББК 30уя73

Ш97

Шустов М.А.

Ш97 Методические основы инженерно-технического творчества:

учебное пособие / М.А. Шустов; Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 140 с.

В пособии систематизированы и поэтапно-последовательно изложены методы инженерно-технического творчества по принципу «от сложного – к простому».

Описание методов осуществлено по структуре: определение и идея метода, рекомендуемые этапы реализации, достоинства и недостатки метода, пример практической реализации. В свою очередь, примеры подразделены на постановку задачи, формулировку проблемы, процедуры, рекомендуемые методом, решение задачи (итоговый результат).

В зависимости от степени сложности решаемых задач выделены: методы генерации новых ситуаций; творческие методы перебора, переноса и модифицирования ситуаций; механические методы комбинаторики при решении технических задач.

Предназначено для магистрантов вузов, а также широкого круга лиц, интересующихся методологией инженерно-технического творчества, может быть полезно новаторам, изобретателям, студентам, инженерам и научным сотрудникам.

УДК 62.001.5(075.8) ББК 30уя73

Рецензенты

Доктор технических наук,

профессор кафедры радиоэлектроники и защиты

информации ТУСУРа

А.А. Титов

Доктор философских наук,

профессор кафедры философии и социологии ТУСУРа

А.Д. Московченко

политехнического университета, 2013

ВВЕДЕНИЕ

В эпоху стремительного развития науки и техники с особой остротой встает проблема методического обеспечения процесса активизации творческой деятельности. При анализе динамики роста числа публикаций для большинства наук отмечается экспоненциальное нарастание массива новых теоретических, экспериментальных, прикладных данных. Аналогичная картина отмечается и в изобретательском творчестве. Если за весь дореволюционный период в России было выдано весьма ограниченное количество привилегий-патентов (до 1812 г. выдано 76 привилегий «на промыслы, торговлю и изобр за 1812–1896 гг. – 6333 привилегии, за 1896–1917 гг. – 29745 привилегий на изобретения), то в доперестроечное время каждый день регистрировалось несколько тысяч авторских свидетельств.

Несмотря на активный подъем изобретательской активности, до последнего времени попытки создания классификации и систематического изложения методик инженерно-технического творчества были единичны. Более характерны были узкоспециализированные ответвления, отображающие личную концепцию автора разработки или методики. Процесс создания нового сводился в трудах популяризаторов науки и техники к «озарению», особому состоянию человека, проявляющемуся в особых, малоповторимых обстоятельствах. В соответствии с подобной логикой невозможно было спрогнози тивизации этого процесса, направить сам процесс в нужное русло, вовлечь в этот процесс новых участников творческого процесса. Этот риод изложения «методик» изобретательского творчества можно отнести к категории описательной, повествовательной. Аналогичным образом описывалась жизнь и деятельность люд художников, писателей, поэтов, композиторов.

Новый этап в ра тельности обозначился в послевоенное время. Возникли такие прогрессивные методики активизации творческой деятельности, как мозговой штурм, морфологический анализ и др. Особенно бурное развитие эти методики получили в последние десятилетия. Так, за последние десятилетия возникли и стремительно развиваются такие пе активизации творческой деятельности, как теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).

В журналах «Изобретатель и рационализатор», других печатных изданиях появляются описания новых методов, приемов изобретательского творчества. Печатаются обзорные статьи, выходят в свет моно-

ровать момент очередного озарения, создать условия для ак-

звитии и систематизации методик творческой дея-

етения в ремеслах и художествах»,

разрозненные рекомендации, либо

пе-

ей творческих профессий:

рспективные методы

графии, публикуются учебные пособия по основам инженерного и тех-

нического творчества для студентов высших и средних технических учебных заведений, книги для учащихся старших классов средних школ. Все это свидетельствует о том, что появилась и развивается новая отрасль научного знания «Методические основы инженерно-технического творчества».

В настоящее время арсенал методов и приемов активизации творческой деятельности по данным разных авторов насчитывает несколько сотен наименований. Это АРИЗ, ТРИЗ, морфологический анализ, мозговой штурм,

функционально-стоимостный анализ и целый ряд других.

Очевидно, что эффективность применения арсенала перечисленных методов при решении нестандартных инженерно-технических задач будет тем существенней, чем разнообразнее и действеннее оружие, предлагаемое арсеналом. В этом случае каждый человек может выбрать применительно к себе наиболее подходящий для него набор приемов и методов, которыми сможет в совершенстве овладеть и в

дальнейшем с

успехом использовать.

Настоящая монография является развитием предшествующих работ [1, 2] и посвящена изложению методических основ инженернотехнического творчества, описанию и систематизации методов для решения задач различного уровня сложности. Для иллюстрации методов приведены примеры.

ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ











Развитие представлений об окружающем нас мире идет по следующей схеме:

ЗАКОН ⇒ ЯВЛЕНИЕ ⇒ ЭФФЕКТ

Такая цепочка может быть выстроена для любой из областей наук, для любых форм движения материи, энергии или информации. В количественном соотношении звенья этой цепочки приблизительно соотносятся

0:n1:n2

как n

, т. е. при n = 10 на одно открытие закона приходится до десятка

открытых явлений и до сотни новых различных эффектов. Очевидно, что чем больше значение n, тем более значимым представляется открытие.

Для природы характерен закон параллельности развития представлений о процессах и явлениях; для различных отраслей наук о живой неживой материи характерны аналогии, прямые и косвенные, в характере проявления законов, явлений и эффектов.

В частности, всеобщ

им является закон сохранения количества материи (энергии). В этой связи весьма обоснованным представляется использование метода гомологических рядов, графологических аналогий, прямых аналогий и методологии технического творчества.

К другим законам, важным для понимания процессов трансформации материальных объектов во времени, относится закон развития степени совершенства технического объекта во времени.

На рис. 1 представлена кинетическая S-образная кривая относительного возрастан

ия количества идей, касающихся совершенствования конкретного технического объекта (устройства, способа), которую можно описать универсальной формулой [3]:



  

() 1 ln 1 exp () ,

tAB ptdt









 





где α(t) – степень изменения системы в пределах от 0 до 1; A и B – взаимосвязанные нормировочные коэффициенты; p(t) – закон развития модели процесса развития системы.

При определенных приближениях уравнение (см. выше) преобразуется:



 

() 1 exp () ,

tptdt









и в частном случае при p(t) ~ ts переходит в уравнение типа:

() 1 exp ,

tkt



 

хорошо известное, как уравнение Ерофеева−Колмогорова.

Условно S-образную зависимость развития технических систем,

рис. 1, можно расчленить на три участка.

Рис. 1. Кинетическая кривая нормированного количества идей для одной

отдельно взятой области знаний

Рис. 2. Производная нормированного количества идей во времени

Рис. 3. Характер изменения во времени сложности решения задачи

Участок I – характеризует латентный (скрытый) период: направле-



ние поиска задано, имеются предвестники нового оригинального решения, однако реально идей пока задействовано и реализовано мало. На этом участке зачастую улучшаются первостепенные признаки, намечаются задачи первостепенной, стержневой значимости. На участке II – отмечается максимальная скорость накопления идей. Это стадия прорыва, стадия улучшения и совершенствования второ

степенных признаков. Завершает процесс стадия III – на ней отмечается угасание активности, спад скорости. На этом

участке чаще всего совершенствуются третьесте-

пенные признаки объекта.

На рис. 2 приведена производная относительного (нормированного) количества идей по времени, характеризующая скорость поступления (возникновения, генерации) идей при решении научных или технических задач.

На рис. 3 показана зависимо ни степень трудности решаемой задачи по мере сове

сть, отражающая изменение во време-

ршенствования

технического объекта.

Наконец, на рис. 4 изображена зависимость, характеризующая временную зависимость количества остающихся недостатков в техническом объекте по мере его совершенствования.

Для ретроспективного анализа или, напротив, прогноза развития процесса по зависимости (рис. 1) может быть использован метод трех точек [4 времени

]. Следуя логике этого метода, производят три разнесенных во определения степени преобразования системы.

На основании приведенных выше уравнений несложно получить следующие выражения для вычисления давности события t

, а также ко-

эффициента k:

tta

(1);(2); ,

tt k

31 21





где

ln[1 ( )]; ln[1 ( )]; ln[1 ( )];atbtct

  

11 2 2 3 3



(), (), ()ttt



11 2 2 3 3

–

координаты трех точек на графике, рис. 1 (нормированные значения количественных изменений системы для трех моментов времени).

Считается, что внешний вид кинетической кривой (рис. 1) неизвестен. Далее, используя систему уравнений для метода трех точек, строят графические зависимости t

(m) – кривые tx(1) и tx(2). Точка пересечения

кривых дает сведения о «возрасте» процесса и о значении показателя степенной зависимости m. На основании вычисленных значений t

и m

может быть определен и коэффициент пропорциональности k.

Наиболее просто задачу установления давности события, опреде-

ления вида кинетической кривой и хода последующего развития процесса можно решить методом последовательных приближений, либо графическим методом.

Очевидно, что на рис. 1–4 представлен достаточно обобщенный, простейший случай; фактически в развитии технического объекта наблюдаются многомерность, ответвление от основного древа развития процесса, развитие параллельных и альтернативных вариантов.

Рис. 4. Примерная зависимость снижения во времени числа остающихся в

совершенствуемом объекте недостатков

В табл. 1 приведены характеристики этапов совершенствования объектов и используемые для этого методы научно-технического творчества. К методам, посредством использования которых могут быть решены творческие задачи первого уровня сложности, можно отнести поисковый метод научного исследования и моделирования, методы прогнозирования свойств и характеристик объекта, методы с использованием гипотетических и прогнос ситуац

ий можно отнести и теорию решения изобретательских задач

тических предпосылок. К методам генерации новых

(ТРИЗ), а также алгоритмы решения изобретательских задач (АРИЗ).

Для решения задач второго уровня сложности (уровень изобретений) могут быть использованы большинство из рассматриваемых в курсах методологии технического творчества методов – метод мозгового штурма, его разновидности, фонд эвристически

х приемов, банк физиче-

ских эффектов и ряд других.

И, наконец, для решения задач третьего уровня сложности (уровень технических решен

ий, имеющих местную новизну, уровень рацпредложений) могут быть использованы функционально-стоимостный анализ, морфологический анализ и синтез, метод проб и ошибок, компьютерные и иные методы перебора ситуаций и т. д.

Очевидно, что рекомендаций по решению задач первого уровня

сложности более сложны в практическом приложении, зато они могут быть автоматически перенесены и использованы для решения задач второго и третьего уровня сложности. То же можно сказать в отношении переноса рекомендаций для решения задач второго уровня сложности на решение задач третьего уровня.

Таблица 1

Характеристики этапов совершенствования объектов и используемые

для этого методы инженерно-технического творчества

Этап

I Научные

II Инженерные Прикладные Изобретения

III

Характер

задач

Производ-

ственные

Характер

исследований

Фундаменталь-

ные

Производ-

ственные

Уровень

решаемых

задач

Открытия Явления

Рацпредло-

жения

(полезные

модели)

Уровень использ. приемов

Эффек-

ты

Сочета-

ния при-

знаков

Используемые

методы

инженерно-

технического

творчества

Методы гене-

рации новых

ситуаций

(улучшение

первостепен-

ных призна-

ков)

Творческие

методы пере-

носа и моди-

фицирования

ситуаций

(улучшение

второстепен-

ных призна-

ков)

Механические

методы ком-

бинаторики

при решении

технических

задач (улуч-

шение третье-

степенных признаков)

Приведем далее иерархию технических систем [5], построенную по

нисходящей схеме, «от сложного – к простому», табл. 2.

Таблица 2

Иерархия технических систем

Ранг Название системы Пример Аналоги в природе

1 Техносфера Техника + люди + ресурсы +

система потребления 2 Техника Вся техника (все отрасли) Фауна 3 Отрасль Транспорт (все виды) Тип 4 Объединение Аэрофлот, автотранспорт,

железнодорожный транспорт 5 Предприятие Завод, метро, аэропорт Организм 6 Агрегат Локомотив, вагоны, рельсо-

вый путь 7 Машина Локомотив, автомобиль, са-

молет 8 Неоднородный меха-

низм (совокупность узлов, позволяющая

Электростатический генера-

тор, двигатель внутреннего

сгорания

осуществлять перевод энергии и вещества одного вида в другой)

9 Однородный меха-

низм (совокупность узлов, позволяющая

Винтовой домкрат, тележка,

парусное оснащение, часы,

трансформатор, бинокль

изменить энергию и вещество, не меняя их вида)

10 Узел Ось и два колеса (появляет-

ся новое свойство – способ-

ность качения)

11 Пара деталей Винт и гайка, ось и колесо Молекула, образован-

12 Неоднородная деталь

Винт, гвоздь Несимметричная угле-

(при разделении об-

разует неодинаковые части)

13 Однородная деталь

Проволока, ось, балка Углеродная цепь

(при разделении)

14 Неоднородное веще-

Сталь Смеси, растворы (мор-

ство

15 Однородное веще-

Химически чистое железо Простое вещество

ство

Биосфера

Класс

Органы тела: сердце, легкие и т. д. Клетка

Молекулы ДНК, РНК, АТФ

Молекула гемоглобина, способная транспортировать кислород

Сложные молекулы, полимеры

ная радикалами

родная цепь

ская вода, воздух)

(кислород, азот)

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]