Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические основы инженерно-технического творчества. Учебное пособие
.pdf
Законы развития технических систем
11
Описание законов развития систем – классическая задача естествознания, решению которой посвящено невообразимое множество научных трудов философов, естествоиспытателей. Не углубляясь подробно в
суть проблемы, более развернуто рассмотрим законы развития технических систем с позиций новаторско-изобретательского подхода.
В середине 70-х гг. прошлого века
Г.С. Альтшуллер
[6] разработал
систему законов развития систем, которые подразделил на три группы.
Статика – законы, определяющие начало жизни технических си-
стем.
1. Закон полноты частей системы.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность
основных частей системы.
Следствие из закона 1.
Чтобы система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна
ее часть была управляемой.
2. Закон «энергетической проводимости» системы.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем час
тям
системы.
Следствие из закона 2.
Чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо
обеспечит
ь энергетическую проводимость между этой частью и органа-
ми управления.
3. Закон согласования ритмики частей системы.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний,
периодичности) всех частей системы.
Кинематика – законы, определяющие развитие технических си-
стем, независимо от конкретных технических и физических факторов,
обусловливающих это развитие.
4. Закон увеличения степени идеальности системы.
Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.
5. Закон неравномерности развития частей системы.
Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система,
тем неравномерное развитие ее частей.
6. Закон перехода в надсистему. Исчерпав возможности развития,
12
система включается в надсистему в качестве одной из частей; дальнейшее развитие идет уже на уровне надсистемы.
Динамика – законы, отражающие развитие современных технических
систем под действием конкретных технических и физических факторов.
7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень. Развитие рабо-
чих органов системы идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.
8. Закон увеличения степени вепольности по мере развития техни-
ческих систем.
Описание законов развития технических систем по Г.С. Альтш
ул-
леру было в дальнейшем развито В.М. Петровым (Израиль), который
выделил три уровня законов развития систем, табл. 3 [7, 8].
Таблица 3
Уровни законов развития систем
Уровни законов Законы
Потребностей Развития потребностей
Функций Изменения функций
Систем Развития систем
Закономерности развития потребностей определяют тенденции
их изменения. Это необходимо для определения функций и систем, с
помощью которых можно удовлетворить возрастающие потребности.
Закономерности развития функций связаны с закономерностями
развития потребностей, но имеют и свою специфику, например, переход
систем к многофункциональности (универсальности) или, наоборот, к
однофункциональности (специализации).
Законы техники можно разделить:
на законы организации систем (определяющие жизнеспособность
системы),
законы эволюции систем (определяющие развитие технических
систем).
Далее, отталкиваясь от классических законов диалектики,
В.М. Петров предложил ряд формулировок законов развития техниче-
ских систем [7].
Закон единства и борьбы противоположностей – ядро диалекти-
ки. Он служит источником возникновения любых объектов, в том числе
материального мира и, в частности, технических систем. Закон характеризует одно из основных понятий Теории решения изобретательских
задач по Г.С. Альтшуллеру – противоречие.
Закон перехода количественных изменений в качественные
13
вскрывает общий механизм развития. В процессе развития количественные изменения в системе происходят непрерывно. При достижении определенного предела совершаются качественные изменения. Новое качество ускоряет темпы роста. Количественные изменения совершаются постепенно (эволюционно), а качественные – скачком. Характер и продолжительность скачка могут быть разнообразными – длительными и кратковременными, бурными и относительно спокойными,
с взрывом и без не
го и т. д.
Закона отрицания отрицания – процесс поступательного разви-
тия происходит в относительной повторяемости, как бы по пройденным
ступеням. Но повторение каждый раз происходит на более высоком
уровне с применением новых элементов, материалов, технологий и т. д.
Можно сказать, что процесс развития происходит по спирали.
Уровни сложности изобретательских задач и методы их оценки
Для оценки степени значимости и сложности решаемой задачи, выбора оптимального выбора метода, способного решить проблему, необходима адекватная и объективная оценка уровня решаемой задачи.
В соответствии с табл. 1 в порядке иерархической соподчиненности выделено три уровня решаемых задач, по формальному признаку
соотнесенных с ранее существовавшим подразделением уровней решений на открытия, изобретения и рационализаторские предложения. Для
детального формирования более дифференцированной шкалы оценки
уровня решаемой проблемы необходимо использовать иные измерительные инструменты, иные шкалы.
Одна из ранних методик оценки уровней сложности изобретательских задач была предложена
Г.С. Альтшуллером
в 1979 г. [9]. Критерии
оценки отличия сложного решения от простого были по степени изменения объекта и по количеству проб и ошибок, необходимых для этого
изменения. Для ранжирования была использована логарифмическая
шкала, в соответствии с которой каждый уровень отличался от соседнего на порядок по числу возможных вариантов перебора решений.
Так, в решениях задач на
первом
уровне сложности объект (устройство или способ) не изменяется, для решения необходимо перебрать от
1 до 10 вариантов; для задач
щественно, нужно перебрать 10–100 вариантов; для
второго
уровня – объект меняется не су-
третьего
уровня –
объект меняется заметно, нужно перебрать 100–1000 вариантов; для
четвертого
1000–10000 вариантов; и, наконец, для
уровня – объект меняется полностью, нужно перебрать
пятого
– меняется вся техниче-
ская система (от 10000→∞ вариантов), табл. 4.
Таблица 4
14
<1
Кол-во в
фонде, %
патентном
Место
задачи
научных
За пределами
представлений
Вне научных
3…4
представлений
19
вне отрасли
В одной науке,
данной отрасли
45
32
В одной
отрасли, вне
одной области
Раздел отрасли,
одна профессия
Внедрение
конструкции
система
Изменена вся
Новые
Конструкция
Идея
решения
Этапы решения задачи
Сбор
информации
принципы
Новый
принцип
Новые
проблеме
данные по
нение
струкция
Новое приме-
Новая
Новое
Новые
данные
Новая кон-
исходная
Изменена
решение
Изменено
известное
по задаче
Изменена
к условиям
готовой
конструкции
Модификация
Одна из
струкция
Готовая кон-
Готовая
нескольких
Одна из
Несколько
Готовое
нескольких
источников
решение
Имеется
информация
Уровни изобретений по Г.С. Альтшуллеру [6] и их характеристики
поиска
Концепция
задачи
Выбор
№
уровня
метод
Новый
Новая
V
Новая
концепция
Новая
проблема
задача
IV
Применена
Изменена
к условиям
исходная
III
Одна из не-
Одна из
II
Готовая
скольких
концепция
задача
Готовая
нескольких
I
сти. Нет перестройки иерархии систем. Готовое решение для готовой задачи.
по родственным системам. Выбор из нескольких задач (решений).
ние исходной задачи. Противоречие и способ его разрешения – из одной науки.
Общая характеристика уровней:
1. Средства прямо предназначены для цели. Система меняется незначительно. Задача и средства решения в одной специально-
2. Частичное изменение элемента системы, изменение объекта. Задача в пределах одной отрасли техники. Способы решения –
3. Сильное изменение объекта (полное – одного элемента системы, частичное – остальных). Межотраслевое решение. Измене-
зе системы. Открытие, принципиально новая система, отрасль. Новая проблема, новый принцип.
4. Полное изменение объекта (синтез новой системы). Решения из науки, а не из техники, применение из различных наук.
5. Полное изменение системы. Сочетание сложных проблем. Нет прямых указаний на противоречие, они возникают при синте-
Таким образом, сложность решения можно оценить в затратах време-
x
15
ни, количеством выполненных проб, в объеме и диапазоне примененных
при решении знаний или в характере изменений объекта [9]. Зная полученный ответ, можно оценить его вклад в мировой научно-технический
прогресс и определить, была ли решена именно исходная задача (
уровень), либо она была полностью изменена (
разрешена совершенно новая крупная проблема (
третий
пятый
уровень), или была
уровень).
первый
Для выбора процедуры установления соответствия между прогноз-
ной задачей и методом проф.
МАИ Ю.В. Сидельников
предлагает [10]:
1. Четко определить подмножество задач, для которых может быть
использована соответствующая процедура отбора наиболее эффективных методов их решения.
2. Четко определить подмножество методов решения.
3. Учитывать многокритериальность реальных задач, используя раз-
личные модели проблемной ситуации.
4. Рассмотреть различные виды характеристик не только метода и
объекта, но и самой решаемой задачи.
Ю.В. Сидельников
выделил пять уровней сложности решаемых задач и составил приведенную ниже табл. 5 соответствия между уровнями
сложности и группами методов [10].
Таблица 5
Соответствие между уровнями сложности и группами методов
Уровень
сложности
задачи
V Метод неизвестен, но используется интуиция исследователя
IV Методы с элементами рефлексии
III Методы хаотизации перебора. Итеративные процедуры
II Методы систематизации перебора. Итеративные процедуры
I Простейшие неитеративные процедуры
Группы инструментов (методов, процедур)
Для количественной оценки уровня сложности решаемых изобре-
тательских задач
Г.Я. Буш
предложил средствами системного подхода
компоненты технической задачи представлять как системные объекты
задачи: начальное состояние – вход, конечный результат – выход, алгоритм преобразования входа в выход – процесс, табл. 6 [11].
Степень творчества T
(уровень сложности изобретательской задачи
c
в диапазоне от 0 до 1) Г.Я. Буш предложил определять, исходя из соотношения
yz
,
T
c
abc
где a и x – известный и неизвестный вход (начальное состояние); b и y –
рыту
р
у
16
известный и неизвестный процесс (способ) превращения начального
состояния в конечный результат; c и z – известный и неизвестный вы-
ход (конечный результат).
Поскольку в первоисточнике [11] не указаны численные привязки
уровней слагаемых и на практике вычислить уровень сложности проблематично, то для расч
изменяться в пределах от 0 до 1 (в соответствии с экспертн
етов следует принять a = b = c = 1; x, y, z могут
ыми оценками, не заявленными в [11]; 0 – минимальный уровень сложности, 1 –
максимальный).
Как следует из табл. 6, в случае, если все три основных компонента
технической задачи равны нулю (x = y = z = 0), она является тривиальной, T
высшей степени сложности, T
= 0. Напротив, если x = y = z = 1, задача будет соответствовать
c
= 1.
c
Таблица 6
Соответствие между уровнями сложности и группами методов
Системные
объекты
задачи
a-b-c
x-b-c
a-y-c
Типологическая характеристика тех-
нической задачи
Системные объекты задачи известны. Тривиальная задача. Условное
название задачи «Прохождение через
отк
Неизвестно начальное состояние –
вход. Изобретательская задача поиска сырья, исходного продукта, источника энергии или информации,
новой формы, новой структуры объекта для достижения известной цели
известным способом. Условное
название задачи «Поиск нового места
Неизвестен способ превращения исходного положения в конечный результат.
Исследовательская задача поиска
нового технологического способа
переработки сырья, преобразования
энергии или информации, новой
конструкции для переработки конкретного сырья в заданный продукт.
Условное название задачи «Перчатки
из па
ю дверь»
аботы»
тины»
Примеры типовых задач
По образцу обычного велосипеда сконструировать детский
велосипед заданной высоты
Найти недефицитный исходный продукт для создания искусственного ализарина путем
осуществления окислительновосстановительных реакций с
известным естественным ализарином.
Предложить сплав с заданными свойствами
Отделить спелые помидоры от
не спелых.
Бумагой резать сталь.
Из свиного уха изготовить
шелковый кошелек.
Из заданных керамических
материалов изготовить пористые печные изразцы
Окончание табл. 6
17
Системные
объекты
задачи
a-b-z
x-y-c
a-y-z
x-b-z
x-y-z
Типологическая характеристика тех-
нической задачи
Неизвестен конечный результат –
выход. Изобретательская задача поиска новой конструкции, формы,
функции, материала, способа путем
преобразования заданных элементов
заданными известными или аналогичными способами (агрегатирование, смешивание, пермутация, заданные природные аналоги, заданные химические реакции). Условное
название задачи «Капли Гофмана»
Известен лишь конечный результат.
Изобретательская задача поиска новой исходного сырья и технологии
для достижения известной цели создания искусственных конструкций
и способов по естественным аналогам. Условное название задачи «Чудовище Франкенштейна»
Известно лишь начальное состояние –
вход. Изобретательская задача утилизации, эффективного использования резервов и возможностей, превращения вредных явлений в полезные, поиска нового применения известного. Условное название задачи
«Фиговый лист»
Известен лишь способ, предназначенный для превращения неизвестного начального состояния в неизвестный конечный результат (оператор без входов и выходов).
Задача практического применения
научных открытий и исследований,
законов и эффектов. Условное
название задачи «Эффект безызносности»
Неизвестен ни один компонент задачи. Задачи не существует, т. к. без
исходной информации ее нельзя поставить
Примеры типовых задач
Используя данные физиологии заданных насекомых,
предложить новый способ защиты от радиации.
Предложить новые технические изделия, изготовленные
способом пле
ных отходо
тения из задан-
в пластмассовых
прутков
Создать искусственные заменители льна, молока, хмеля,
перца, не уступающие по качественным показателям прототипам
Предложить способ рационального использования шлака котельной ТЭЦ.
Предложить способ рационального использования пустыни Сахара
Предложить способ или конструкцию рационального
применения в технике электрогидравлического эффекта
–
Из табл. 6 также следует, что ни первый, ни последний из рассмат-
18
риваемых вариантов не могут относиться к понятию «изобретательская
задача», в первом случае – ввиду ее тривиальности, во втором – нереализуемости. Таким образом, диапазон значений уровней сложности решаемых изобретательских задач может лежать в диапазоне 0 < T
< 1.
c
Характеристики и особенности творческой деятельности
Творческую деятельность по Дж. Гилфорду следует рассматривать
как взаимодействие двух мыслительных процессов – дивергентного
(выработка большего числа возможных решений) и конвергентного
(выбор оптимального решения из ряда возможных) [12].
Конвергентное мышление (сходящееся мышление) направлено на
анализ всех имеющихся способов решения задачи с тем, чтобы выбрать
из них единственно верный. Конвергентное мышление лежит в основе
интеллекта.
Дивергентное мышление – мышлен
ие «идущее одновременно во
многих направлениях», направлено на то, чтобы породить множество
различных вариантов решения задачи. Дивергентное мышление лежит в
основе кр
еативности.
Выделяют четыре показателя мыслительной деятельности:
Беглость, или быстрота, – способность высказывать максимальное
1.
количество идей (важно не качество, а количество).
Гибкость – способность высказывать широкое многообразие идей.
2.
Оригинальность – способность порождать новые нестандартные
3.
идеи (может проявляться в решениях, не совпадающих с общепринятыми).
Степень детализации, или законченность, – способность совершен-
4.
ствовать «продукт» или придавать ему законченный вид.
В свою очередь мышление подразделяют на три вида [13]:
логическое, опирающиеся на результаты понятий, выступающие
как логический процесс (суждения, умозаключения), который заканчивается выработкой знаковых моделей;
интуитивное, внедренные в практическую деятельность, на основе
неосознанных побочных восприятия, представлений, навыков;
дискурсивное – как единство интуитивного и логического мышления.
Психологически научное открытие, творчество имеет два существенных признака [14]: интуитивный момент и формализация интуитивного полученного эффекта. Таким образом, творчество – это интуитивный момент, но эффект его осознан и формирован средствами дискурсивного мышления.
Если для решения конкретной задачи в жизненном опыте человека
19
имеются готовые логические программы-заготовки, то решение протекает преимущественно на логическом уровне. На начальных стадиях
решения творческих задач человек стремиться применить к ним известные логические схемы, но неразрешимость таких задач известным путем трансформирует их в творческие. Решение теперь возможно лишь с
помощью интуиции.
Закономерности моделей интуитивных решений [14
Интуитивное решение возможно лишь в том случае, если ключ к
1.
]:
нему уже содержится в неосознанном опыте.
Такой опыт малоэффективен, если он сложился в действиях, пред-
2.
шествующих попыткам решить творческую задачу.
Опыт становиться эффективным, формируется на фоне целевой
3.
поисковой должности.
Эффективность опыта возрастает, когда исчерпываются направ-
4.
ленные приемы решения задачи, но не гаснет поисковая доминанта.
Влияние неосознанной части действия тем эффективнее, чем
5.
меньше по себе его осознаваемая часть.
Усложнение ситуации, в которой приобретается неосознанный
6.
опыт, препятствует его последующему использованию.
Аналогичное усложнение самой задачи тоже действует отрица-
7.
тельно.
Успех решения связан со степенью автоматизации способов дей-
8.
ствия, в ходе которых складывается необходимый неосознанный
опыт, – чем меньше автоматизирован этот способ, тем больше
шансов к успеху.
Чем к более общей категории можно отнести итоговое решение
9.
творческой задачи, тем вероятнее нахождение такого решения.
Исследователь проблемы творчества А.Н. Лук (СССР) [15] на основе
анализа биографий широко известных людей творческих профессий –
ученых, изобретателей, художников, музыкантов выделил им присущие
характерные черты, а именно творческие способности. Это умение:
видеть проблему там, где ее не видят другие;
сворачивать мыслительные операции, заменяя несколько понятий
одним и используя все более емкие в информационном отношении
символы;
применить навыки, приобретенные при решении одной задачи к
решению другой;
воспринимать действительность целиком, не дробя ее на части.
легко ассоциировать отдаленные понятия;
выдавать из памяти нужную информацию в нужную минуту;
гибко управлять мыслительным процессом;
20
выбирать одну из альтернатив решения проблемы до ее проверки;
включать вновь воспринятые сведения в уже имеющиеся системы
знаний;
видеть вещи такими, какие они есть, выделить наблюдаемое из то-
го, что привносится интерпретацией;
легко генерировать идеи;
активизировать творческое воображение;
дорабатывать детали, совершенствовать замысел.
Базируясь на анализе характерных особенностей представительной
выборки лиц, обладающих разными стилями мышления, Е.И. Рогов [16]
выделил
ряд типовых мыслительных стратегий, им присущих, табл. 7.
Классификация типов творческих личностей (ученых) Ганса Се-
лье [17] позволяет контрастно выделить основные разновидности людей
разного склада ума и характера. Стоит отметить, что в чистом виде такие
люди встречаются крайне редко, чаще человек обладает набором тех или
иных свойств перечисленных ниже характеров, с весовыми коэффициентами, соотношение которых может меняться со временем.
«Делатели»
1. Собиратель фактов. Его интересует только обнаружение новых фактов. Поскольку эти факты ранее не были опубликованы, все
находки для него одинаково интересны (и в равной степени лишены
смысла), и он не пытается подвергать их оценке. Обычно он хороший
наблюдатель и добросовестно относится к своей работе, но начисто лишен воображения.
Усовершенствователь. Эта разновидность близко связана с
2.
предыдущей. Постоянно пытается улучшить аппаратуру и методы исследования, настолько увлекаясь их совершенствованием, что руки у
него так и не доходят до применения достигнутого им по назначению.
Рассматривает исследовательский материал как «вещь в себе», зато
много оригинальнее, обладает большим воображением и больше увлечен работой.
«Думатели»
1. Книжный червь. Это наиболее чистая форма теоретика. Он
ненасытный читатель, обладающий порой познаниями энциклопедиста.
Обычно очень интеллигентен, демонстрирует большую предрасположенность к философии, математике или статистике; он прекрасно информирован о наиболее сложных теоретических аспектах. Перед тем,
как решиться на эксперимент, досконально все изучит в этой области,
после чего решит вовсе не проводить экспери
мента, поскольку тот уже
проведен или бесперспективен.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]