Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические основы инженерно-технического творчества. Учебное пособие
.pdf
1. Задача (постановка задачи): снизить массогабаритные показа-
101
тели низкочастотного дросселя.
2. Формулировка проблемы (проблема): снизить массу и габари-
ты дросселя мешают ограничения, связанные с необходимостью сохранения сечения сердечника.
3. Процедуры, рекомендуемые методом: см. выше.
4. Решение задачи: использовать набор пластин специальной
формы с тем, чтобы перевести центральную часть сердечника из прямоугольной в круглую форму – экономится железо для сердечника, обмоточный п
рую рассчитан дроссель, снижается расход
ровод при сохранения количества витков и мощности, на кото-
изоляционных материалов.
Одновременно можно скруглить краевые выступы дросселя до сохранения равного сечения по всему периметру сердечника; в итоге снижается
масса дросселя, его габариты.
3.1.3. Морфологический анализ и синтез [22, с. 13; 24, с. 77; 28, с. 162].
1. Определение мето
да: метод, использующий систематизированное исследование возможных способов решения технической задачи
посредством сост
авления морфологического ящика (матрицы/таблицы).
2. Идея метода морфологического ящика, разработанного в 1942 г.
Фрицем Цвикки (Швейцария, США) при решении задачи поиска новых
ракетных двигателей [31. Ч. I]: систематически исследовать все возможные способы решения, найти неожиданные варианты (которые при
использовании метода проб и ошибок могли быть упущены).
3. Рекомендуемые этапы реализации:
точно сформулировать задачу;
составить список характеристик или функциональных узлов объек-
та техники (осей морфологической таблицы);
по каждому признаку (характеристике) перечислить все возможные
варианты объекта;
проанализировать возникающие варианты;
отобрать лучшие решения.
4. Достоинства метода: можно получить исчерпывающее количество вариантов реализации объекта в сжатой (компактной) форме.
5. Недостатки метода: нет системы отбора эффективных решений.
Число анализируемых вариантов может достигать невообразимых значений. Так, например, автор метода Ф. Цвикки к 1951 г. составил морфологический ящик, содержащий 36864 типа реактивных двигателей.
6. Пример(ы) практической реализации.
Требуется создать устройство, способное эффективно отводить
тепловую энергию от компактных источников тепловыделения.
Для последующего отбора потенциально пригодных для практиче-
102
ской реализации технических решений строят таблицу (матрицу). По
одной из осей вписывают варианты материалов изделия, например, 10
вариантов (медь, серебро, алюминий, композиционные материалы…).
По другой оси – вписывают способы теплосъема/теплоотвода (обдув, естественный конвективный теплообмен, использование тепловых
труб, фазовых переходов, эффекта Пельтье и т. д., всего, например,
10 вариантов).
В итоге получается 100 возможных вариа
рых отбирают наиболее оригинальные и те
нтов решения(ий), из кото-
хнически реализуемые. Если
использована трех- или четырехмерная матрица с количеством вариантов
10 по каждой, число возможных решений возрастает еще на 1–2 порядка.
3.1.3.1. Графологические ряды. Гомологические ряды [28].
Гомологические (т. е. соответственные, подобные) группы родственных объектов с одинаковыми свойствами, функциями, структурой,
например, гомологические ря
ды органических соединений, различающихся на одну или несколько метиленовых групп. Закон гомологических рядов устанавливает
параллелизм в изменчивости родственных
групп объектов.
Достоинства метода: позволяет прогнозировать появление новых
крытия новых химических элементов с помощью Периодической таблицы Д.И. Менд
елеева. На основе метода может быть разработана эф
фективная модификация метода морфологического анализа и синтеза
[27, с. 128–129]. Значительно облегчается выбор в морфологической
таблице новых улучшенных технических решений.
3.2. Метод прямой (логической) аналогии, подобия. Масштабиро-
вание, учет размерных и временных эффектов.
Пример 1
Задача (постановка задачи): создать регулятор нагрева к па-
1.
яльнику.
Формулировка проблемы (проблема): тиристорный регулятор
2.
сложен, дорог, но удерживает малые токи; автотрансформатор громоздок, тяжел.
Процедуры, рекомендуемые методом: другие нагревательные
3.
приборы, такие, например, как утюги, используют биметаллические
терморегуляторы, которые отключают нагревательный элемент при достижении заданной пользователем температуры.
Решение задачи: введение в паяльник биметаллического тер-
4.
морегулятора.
Пример 2
103
Задача (постановка задачи): создать индикатор температуры
1.
для утюга (паяльника).
Формулировка проблемы (проблема): ртутный термометр –
2.
опасен, биметаллический – занимает относительно много места.
Процедуры, рекомендуемые методом: в медицине используют
3.
безынерционные жидкокристаллические индикаторы температуры, изменяющие свою окраску в зависимости от изменения температуры.
Решение задачи: введение в объект термоиндикаторов, изме-
4.
няющих свою окраску при изменении температуры.
3.2. Метод прямой (логической) аналогии, подобия. Масштабиро-
вание, учет размерных и временных эффектов.
3.2.1. Метод прямых (логических) аналогий, см. также синектику.
Разновидности методов прямых (логических) аналогий рассмотрены в [24, с. 50; 33, с. 40]. Рассматриваемый объект (процесс) сравнивается с аналогичным из другой области техники или из живой при
роды
для нахождения искомого решения.
3.2.2. Фант
астическая аналогия [33, с. 41].
В задачу вводится фантастический объект, выполняющий то, что
требуется по условиям задачи (ковер-самолет, шапка-невидимка, волшебная палочка и т. п.). После того, как задача с помощью фантастических средств решена, эти средства «материализуют», т. е. заменяют реально существую
щими механизмами или их комбинациями [33, с. 41].
3.2.3. Метод символической аналогии [33, с. 41].
Характеристики объекта представляю
тся в обобщенном, абстрактном виде, и им ищется аналог. Затем производится обратное преобразование от найденных абстрактных аналогов к условиям решаемой задачи.
Например, для шлифовального круга символической аналогией бу-
дет «точная шероховатость» [33, с. 41].
3.2.4. Личные ан
Для использования метода решающ
алогии (эмпатия) [33, с. 41].
ий задачу человек вживается в
образ совершенствуемого объекта, отождествляет себя с ним, пытаясь
выявить возникающие при этом чувства, ощущения.
3.2.4.1. Метод моделирования маленькими человечками [33, с. 41].
Метод как частный случай личной аналогии применяется в тех
случаях, когда изменения, которые должны происходить с человеком в
процессе моделирования методом эмпатии (личной аналогии), выходит
104
за пределы возможностей человеческого организма, например быть разрезанным на несколько частей.
Суть метода состоит в том, чтобы представить объект в виде множества (толпы) маленьких человечков. Особо следует отметить, что объект
«населяют» не безликие атомы или иные частицы, а именно человечки,
наделенные разумом и име
Пример: открытие Ф.А. Кек
ющие свои индивидуальные особенности.
уле структурной циклической формулы
бензола; «демоны» Дж.К. Максвелла, использованные при разработке
динамической теории газов.
3.3. Ассоциативные методы.
3.3.1. Метод фокальных объектов (предложен в 1923 г. Фридрихом
Кунце, Германия, как метод каталога усовершенствован в 1953 г.
Чарльзом Вайтингом, США) [33].
Первоначальный вариант метода (метод каталога) по Ф. Ку
нце
предлагал воспользоваться любым источником текстовой информации
(книгой, справочником, журналом и т. п.), открыть его на любой стра-
нице, выбрать первое попавшееся слово и сопоставить его с наименованием сове
ршенствуемого объекта. Полученное сочетание, например
«горячий вихрь», затем творчески развить, используя ассоциации: горючий вихрь, твердый вихрь, разреженный вихрь и т. д.
Чарльз В
айтинг, в свою очередь, предлагает переносить на задан-
ный объект неожиданные свойства и качества, взятые у других объектов, которые выбраны случайным образом. В результате получаются
оригинальные вариан
ты решения.
1. Определение метода фокальных объектов: метод, использующий целенаправленно псевдослучайные признаки, сочетания для модифицирования исходного объекта.
2. Идея метода [33, с. 42]
: оригинальное усовершенствование
объекта нельзя осуществить путем дедуктивных рассуждений с использованием жестких алгоритмов; для это
го необходимо в случайном порядке находить большое число «подсказок» и анализировать построенные на их основе возможные вариантов решения.
3. Рекомендуемые этапы реализации: [33, с. 42]:
определение фокального объекта, на котором сосредоточено вни-
мание при решении задачи;
случайный выбор, например, из энциклопедии нескольких слов –
как правило, от двух до шести, которые не обязательно должны
обозначать технические объекты;
составление ведомости выбранных объектов и выявление их разно-
105
образных признаков;
развитие первоначальных идей и генерирование новых путем сво-
бодных ассоциаций (сопоставляя случайные признаки с новыми
объектами);
оценка полученных вариантов решений и выбор из них практиче-
ски осуществимых.
4. Достоинства метода: простота и доступность, возможность
применения без обучения персонала, минимальные затраты средств.
5. Недостатки метода: возможность совершенствования только
ранее существующих объектов или решений преимущественно за счет
улучшения второстепенных признаков, например формы, внешнего вида объекта, расширения его функциональных возможностей, использования нового сочетания ранее изв
естных свойств.
6. Пример(ы) практической реализации [33, с. 43].
Необходи
ма сортировка патронов для бобин с шерстью, часть из
которых загрязнена остатками шерсти, а патроны имеют два типоразмера. Здесь фокальный объект – патроны.
Выберем случайные предметы, нас окружающие: лампа, графин,
вода, кресло.
Составим ведомость случайных объектов и их св
ойств, табл. 10.
Ведомость случайных объектов и их свойств
Случайный
объект
Лампа Вакуум, стекло, колба,
Графин Стекло, форма графина,
Вода Текучесть, вкус, запах,
Кресло
Признаки случайных
объектов
электрический ток, пластик, проводка, выключатель
прозрачность стекла,
пробка
цвет, наличие растворенных солей, pH
Сидение с балансирным
креплением, мягкая
спинка
Таблица 10
Выбранные признаки
Электрический ток (поскольку при трении шерсти о пластик происходит электризация)
–
–
Балансирное крепление сидения (при попадании на такую балансирную площадку
конического патрона он опускает площадку там, где находится утолщение патрона)
Из анализа признаков случайных объектов вытекает две полезные
106
для решения задачи идеи. Во-первых, при трении шерсти о пластик происходит электризация. Эта идея может быть использована для отделения пустых патронов от патронов с остатками шерсти. Во-вторых, для
ориентации патронов в определенном положении можно использовать
балансирное устройство, обеспечивающее нужную ориента
цию патрона.
3.3.2. Метод гирлянд ассоциаций и метафор.
Метод представляет развитие метода фокальных объектов, описан
впервые в 1964 г. Г.Я. Бушем
(Латвия, СССР, США), изложен в
[22, с. 43; 24. С. 83; 39]. От метода фокальных объектов отличается тем,
что дает большее количество сочетаний фокального объекта со случайными. Расширение сочетаний понятий возрастает также за счет испол
ь-
зования синонимов объекта.
1. Определение метода: метод технического творчества, позволяющий за счет генерации большого числа ассоциаций и метафор к совершенствуемому объекту найти новое его воплощение.
Идея метода: посредством ассоциаций найти максимальное
2.
количество подсказок для решения задачи.
Рекомендуемые этапы реализации [39]:
3.
Шаг 1. Определение синонимов совершенствуемого объекта. Со-
ставление гирлянды синонимов.
Шаг 2. Произвольный выбор случайных объектов. Составление
гирлянды из слов, выбранных наугад.
Шаг 3. Составление комбинаций по первым двум шагам. Объеди-
няют каждый рассматриваемый объект с каждым случайным.
Шаг 4. Составляем перечень признаков случайных объектов (фор-
мируют таблицу признаков случайных объектов).
Шаг 5. Генерирование идей путем по
очередного присоединения к
объекту и его синонимам признаков из таблицы.
Шаг 6. Генерирование гирлянд ассоциаций. Поочередно из призна-
ков (смотрят таблицу) генерируют цепочки ассоциаций.
Шаг 7. Генерирование новых идей. К элементам гирлянды синони
-
мов объекта поочередно пытаются присоединить элементы гирлянд ассоциаций.
Шаг 8. Выбор альтернативы. Принимается решение: достаточно ли
гирлянд ассоциаци
й для отбора полезных идей.
Шаг 9. Оценка и отбор рациональных вариантов (отбрасывание нера-
циональных; отбор наиболее оригиналь
ных; определение приемлемых).
Шаг 10. Отбор оптимального варианта. Решается, какой объект ну-
жен для выпуска.
4. Достоинства метода: позволяет быстро найти большое число
107
подсказок для решения изобретательских задач посредством последовательно выполняемых этапов.
5. Недостатки метода: в существенной мере зависит от уровня
подготовки и фантазии изобретателя.
6. Пример(ы) практической реализации [39].
Требуется модифицировать стул (предложить его новый вариант).
В соответствии с пошаговой инструкцией реализации метода:
Определяют гирлянду синонимов, например стул–кресло–табурет–
пуф–скамейка.
Подбирают гирлянду слов, выбранную наугад, например, лампочка–
решетка–карман–кольцо–цветок–пляж.
Объединяют каждый рассматриваемый объект с каждым случай-
ным словом, например стул–лампочка, решетчатый стул, стул с
карманом, стул для пляжа, электрическое кресло, табуретка для
цветов и т. п.
Составляют перечень признаков случайных объектов, табл. 11.
Таблица 11
Перечень признаков случайных объектов
Наименование Признаки случайных объектов
Лампочка
Решетка
Карман
Кольцо
Цветок
Стеклянная, свето- и теплоизлучающая, электрическая, колбообразная, с цоколем, с электроконтактами, матовая, цветная
Металлическая, пластмассовая, плетеная, сварная, кованая, гибкая,
жесткая, крупная, мелкая, с одинаковыми или неодинаковыми ячейками из разных по материалу элементов
Передний, боковой, задний, наружный, внутренний, накладной, ложный, с молнией, для хранения документов, носовых платков, денег,
письменных принадлежностей, зеркала, карманного фонаря, радиоприемника
Металлическое, деревянное, пластмассовое, витое, сплошное, надувное, эмалированное, с гальваническим покрытием, с орнаментом, с
часами, с радиоприемником, для спортивных упражнений, кольцо
Сатурна, для птиц
Одноцветный, многоцветный, душистый, чашеобразный, пятнистый,
автоматически поворачивающийся к солнцу, зонтичный, самораскрываюшийся, полевой, горный, осенний, водяной, садовый, с шипами, симметричный, лекарственный, волосистый
Пляж
Морской, речной, солнечный, песчаный, галечный, гладкий, бугри-
стый, узкий, широкий, длинный
Генерирование идей путем поочередного присоединения к
108
объекту и его синонимам признаков из таблицы. Если взять только признаки лампочки, можно получить: стеклянный стул, теплоизлучающее
кресло, колбообразный пуф и т. д.
Генерирование гирлянд ассоциаций. Поочередно из признаков
(см. табл. 11) генерируют цепочки ассоциаций с тем, чтобы цепочка
рождаемых ассоциаций развивалась с учетом чередования объекта и его
характеристики и учитывала не только технические, но и эргономические, психологические, эстетические и другие функции объекта. Требования к цепочкам ассоциаций: лампочка стеклянная. Что напоминает
слово «стеклянная»? Может, волокно. Что оно напоминает? Кому-то
плетение, вязание. У кого-то ассоциируется с бабушкой, лечащей ревматизм на курорте на юге и т.
д. Цепочка может быть огромной: стекло–
волокно–вязание–бабушка–ревматизм–курорт–юг и т. д. Если брать
другие объекты и признаки (а их около 100) и считать гирлянды по 40
элементов, то уже будет 4000 элементов.
Генерирование новых идей. К элементам гирлянды синонимов
объекта поочередно присоединяют элементы гирлянд ассоциаций.
Стеклянный стул, кресло из стекловолокна, вязаный пуф, табуретка для
бабушки, кресло для лечения радикулита, кресло от жары (или создающее жару) и т. д. Могут получаться сочетания, лишенные рационального содержания.
Выбор альтернативы. Принимается решение: достаточно ли
гирлянд ассоциаций для отбора полезных идей?
Оценка и отбор рациональных вариантов:
отбрасывание явно нерациональных вариантов;
отбор наиболее оригинальных вариантов сомнительной
полезности, которые привлекают неожиданностью;
определение приемлемых вариантов.
Отбор оптимального варианта. Например, элипсообразное
пластмассовое кресло с зонтиком (для пляжа) со встроенными часами и
радиоприемником.
3.3.3. Стратегия семикратного поиска (1964 г., Г.Я. Буш, Латвия,
СССР, США).
Стратегия семикратного поиска относится к классу эмпирических
рациональных методов [24, с. 82; 38].
Идея «семи ключевых вопросов» восходит к рекомендации древнеримского ритора Квинтиллиана (I век н. э.), согласно которой для полной характеристики события нужно ответить на вопросы: кто, что, где,
чем, зачем, ка
сов очень эффективны на первых
к, когда? Г.Я. Буш полагал, что эти семь ключевых вопро-
этапах выявления проблемы и форму-
лирования изобретательской задачи, особенно если их использовать во
109
взаимных сочетаниях, комбинациях.
В стратегии семикратного поиска центральный этап процесса изобретательской разработки – генерирование изобретательской идеи – требует ответа на следующие вопросы:
1. Какие тактические средства целесообразно применить для
улучшения функциональных показателей объекта?
2. Как улучшить выполнение функций методами:
аналогии;
инверсии;
объединения;
разделения;
трансформации;
транслокации;
интенсификации.
3. Какие конкретные методы из семи вышеперечисленных целе-
сообразно применять для поиска решения?
4. Каким методом целесообразно преобразовать усовершенство-
ванный объект для улучшения конкретных функциональных показателей?
Из перечисленных вопросов главный – второй. Каждый из семи
пунктов второго вопроса далее детализируется и конкретизируется. Для
первого варианта – возможности применения аналогии для формирования решения изобретательской задачи Г.Я. Буш выделяет семь видов
эвристической аналогии [39]:
1.
Имитация (моделирование).
2.
Псевдоморфизация.
3.
Технический эквивалент.
4.
Масштабное копирование.
5.
Каузальная аналогия.
6.
Функциональная аналогия.
7.
Аналогия с природой.
Эти виды аналогии можно подразделять или дополнять другими.
Так, в подгруппу аналогии с природой можно включить методы биоархитектуры, биомеханики, биокибернетики, биохимии, палеобионики,
аналогии с объектами неживой природы.
1. Определение метода: изобретательский метод, для реализации
которого выбор правильной идеи производится путем ее поиска последовательно по семи этапам на основе системологии, охватывающей
функциональный, структурный и исторический подходы.
2. Идея метода: изобретательский процесс разделяется на семь
этапов (стадий), на которые он условно делится.
3. Рекомендуемые этапы реализации:
110
3.1. Анализ проблемной ситуации, общественных и личных потребностей.
3.2. Анализ функций аналогов и прототипа. Выявление оптимальных условий потребления и эксплуатации. Определение актуальных и
второстепенных функций.
3.3. Постановка задачи. Формулировка задачи в общем виде, определение требуемого уровня решения.
3.4. Генерирование изобретательских идей, направленных на лучшее выполнение объектом его функционального назначения. Выбор и
использование эвристических средств.
3.5. Конкретизация идей (структура, конструкция, форма, материал, операции и их последовательност
ь).
3.6. Оценка альтернатив и выбор рациональных вариантов решения, отбор оптимального варианта.
3.7. Упрощение, развитие и реализация решения.
4. Достоинства метода.
5. Недостатки метода.
6. Пример(ы) практической реализации.
Зажигалка в форме пистолета. Человекоподобные технические кон-
струкции (железный «человек-привратник» Альберта Вел
икого; андроиды, кариатиды, рекламные куклы и т. д.). Автомат для продажи спичек –
по аналогии с автоматом для продажи «священной воды», изобретенным в I веке до н. э. Героном Александрийским.
3.4. Метод контрастов и противоречий с переходом к методу по-
следовательных приближений.
1. Задача (п
остановка задачи): создать надежный паяльник.
2. Формулировка проблемы (проблема): обгорание конца нагре-
ваемого стержня и сгорание самого нагревательного элемента.
3. Процедуры, рекомендуемые методом:
1а – конец стержня (оптим.) – не обгорает.
1б – конец стержня (не оптим.) – быстро сгорает (исчезает).
2а – нагревательны
й элемент (оптим.) – не сгорает.
2а – нагревательный элемент (не оптим.) – сгорает сразу.
1а – стержень из стали – но... мала теплопроводность.
1б – конец стержня – припой, выдавливаемый, как, например, кра-
сящий состав из шариковой ручки, цангового карандаша, фломастера
(при разогреве, плавлении
).
1а – вновь возникла проблема, необходимо ответвление.
... после ряда последовательно выполненных процедур – три решения.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]