Г. Типы проблем и задач, методы их решения

ПРОБЛЕМА – (греч.) задача, вопрос, загадка, что предложено на разрешение, на научное решение; задача, для отыскания неизвестного по данному. В. Даль.

Проблема состоит в открытии посредствующих звеньев, которые, будучи помещены между отдаленной целью и данными средствами, согласует их друг с другом. Д. Дьюи.

Посредствующие звенья или недостающие звенья цепи несколько проясняется, если проблема определяется как ситуация, в которой есть два состояния: одно называется существующим, а другое - предлагаемым (предполагаемым). В таком понимании ситуация отличается от просто положения дел и, чтобы их различать, первую еще называютпроблемной ситуацией,а положение дел просто ситуацией. Рубинштейн называлзадачу - как цель в определенных условиях. Наличие цели, верней ее осознание, существенным образом изменяет ситуацию, т. е. это уже не просто освещение положения дел, не холодная констатация фактов, а придание им психологической окраски, формы, их увязка с потребностью действовать и осознанием неполноты той системы, которая решила бы проблему. При таком подходе есть смысл развести понятия: проблема и задача. Проблема как бы задача в начальной стадии (в начальном состоянии) ее решения. В задаче больше определенности в структуре (во взаимосвязи) между элементами системы, которая решит проблему. В задаче один вопрос, а в проблеме их много и они взаимно обусловлены. Потому то и стремятся тем или иным методом свести решение проблемы к решению совокупности задач (конкретных). И еще, у проблемы обязательно много альтернативных наборов средств (вариантов) решения, а задача и в этом более определенна. Именно это ее роднит с таким ее видом как задание. Так, М. Мескон определил задачу следующим образом:«Задача – это предписанная работа, серия работ или часть работы, которая должна быть выполнена заранее установленным способом в заранее установленные сроки». Решая задачи, свойственные его должности, человек вносим определенный вклад в достижение целей организации. Рассуждая в обратном порядке можно отметить, что проблема растет как снежный ком, все больше скрывая из виду задачу, если нет четкости в том, что предписано, каким способом, в какие сроки делать, чтобы достичь цели. В таком случае,решение проблемы это деятельность, которая сохраняет или улучшает характеристики системы как средства достижения определенной цели в определенной ситуации.

Всякое человеческое, разумное мышление так или иначе связано с решением проблем.

РАЗУМ способность верного, последовательного сцепления мыслей, от причины, следствия ее и до цели, конца, особенно в приложении к делу. В. Даль.

Взгляд на решение проблем и задач, как на деятельность, позволяет этот процесс четко структурировать, с выделением и увязыванием в систему: субъекта, предмета (объекта), средств и конечного опредмеченого результата, выступающего в начале в виде цели. Решение проблем, как и любая деятельность, должно быть надлежащим образом организовано, т. е. должно иметь управление.

Проблемы, решаемые инженером, связаны с технологией производства, представляемой как способ, как специфически организованные средства по преобразованию сырья в искомые продукты. В этом случае типы проблем и задач самые разнообразные и могут систематизироваться по разным основаниям. Но в любом случае они связаны с одной стороны, с поиском информации и преобразованием ее в знания для пользы делу, с другой стороны, с преобразованием знаний в информацию по увязке и назначению параметров в предметной области деятельности, т. е. в деле. В первом случае, будем иметь проблемы и задачи – научно-исследовательские, - по установлению причинно-следственных связей между потенциально возможными объектами и средствами преобразования. Во втором, - технологические, по созданию определенной (конкретной) технической системы с учетом знаний первого рода. В том и другом случае могут быть своеобразные и значительные проблемы, проблемы, связанные с организацией самого мышления, т. е. методологические.

Таким образом, для начала весьма важно определиться с типом проблемы. Затем может быть полезным представление об организационной структуре инженерной деятельности, отражающей содержательную и временную ее составляющие, как решение проблем и задач (например, по В. Л. Попову)

Постановка задачи								Реализация решения
Определение задачи			Инженерный анализ		Выдача результатов			Экспертиза, утверждение
Формирование идеи			Изменение		Принятие решения			Оформление решения

На каждом этапе инженерной деятельности могут быть и всегда есть в разном наборе проблемы выделенных трех типов.

Если возникли методологические проблемы, то можно бы иметь в виду, чтометод проб иошибокеще ни кто не отменял. Пробы и ошибки продолжают существовать, но в рамках формальной процедуры. Широко развит и применяетсяэвристический методрешения проблем и задач. Эвристическое мышление – творческий психический процесс, позволяющий человеку находить решение стоящей перед ним проблемы, используя процесс логического вывода лишь для последующей проверки и отработки решения.

В своих работах Д. Пойа(1965) предлагает развернутую содержательную модель процесса решения задач математического склада, которая вполне может служить инвариантом мыслительной деятельности. В ней семь этапов:

1. Уяснение и анализ задачи, понимание искомого.

2. Организация содержания задачи в соответствии с искомым.

3. Нахождение пути, идеи решения (анализ).

4. Составление плана.

5. Осуществление плана идеи и реализация идеи решения (синтез).

6. Проверка и оценка решения.

7. Эвристический анализ решения.

В настоящее время все больше находит применение системный анализкак – методология решения научных, деловых и промышленных задач.

Цель системного анализа – найти такие решения, которые имеют наибольшую ценность при наименьшем риске. Это возможно при итерационном процессе, наслаивая элементы решения, исключая те, которые имеют низкую ценность и высокий риск.

Системный анализ – как метод решения проблем, фиксирует основные элементы анализа в надлежащем отношении к проблеме. Это априори вооружает человека, решающего проблему, пониманием того, какова структура частей проблемы и каким образом можно получить согласующееся с ней решение. Для решения проблем, которым внутренне присуща нечеткая структура, метод располагает набором приемов, облегчающих процесс определения структуры.

Научные проблемы, в которых целью является установление истины, лучше соотнести с той или иной наукой (научной деятельностью), которые различаются своей предметной частью.

Горные науки относятся к классу прикладных и обслуживают горное дело. Можно назвать научные проблемы, связанные с разведкой, эксплуатацией месторождений, приведением их в посттехногенное состояние.

Технологические (инженерные) проблемы, в которых целью является создание технических систем по преобразованию, лучше всего систематизировать по преобразуемому объекту и способам его преобразования.

ГОРНОЕ ДЕЛО – область деятельности человека по освоению недр Земли. Включает все виды техногенного воздействия на земную кору, гл. образом извлечение п. и., их первичную переработку и научные исследования, связанные с горными технологиями.

ТЕХНОЛОГИЯ ГОРНАЯ – совокупность приемов и способов изменения природного состояния недр Земли с целью получения минеральных продуктов или использования подземных пространств. (Горная энциклопедия, т.2 и 5).

Было бы хорошо, если бы горную технологию мы в основе своей связали с ГОРНами.

ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА – искусственная полость в земной коре, образуемая в земной коре в результате ведения горных работ.

Полезно также вспомнить, что горная технология базируется на трех элементарных операциях: отделение, перемещение и управление, в смысле создания и поддержания условий протекания процесса, а недра Земли могут быть представлены на двух уровнях: -месторождение и горный массив. На уровне месторождения имеем стадии разработки (эксплуатации): вскрытие, подготовка и очистная выемка, на уровне массива – технологические процессы: по отделению (отбойке), по перемещению (доставке и транспорту) и управлению горным давлением. И всюду проблемы, проблемы… проблемы.

Как любопытство связано с приобретением материала для мышления, как представление связано с гибкостью и силой мысли, так организация деятельности, сама по себе в основе не интеллектуальная,связана с выработкой интеллектуальной силы последовательности.

Д. Дьюи

При решении проблем процессуально желательно выделить следующие этапы:

1. Целеполагание. 2. Анализ ситуации. 3. Определение проблемы.4. Решение проблемы.

При рассмотрении технологических проблем целеполагание легче всего связать с требованиями, предъявляемыми к процессу, и, в частности, применительно к горному делу, с требованиями правильной разработки месторождения. Основные из них: безопасность труда, обеспечение заданной производительности рудника по руде и металлу, повышение производительности труда и обеспечение эффективного использования техники, снижение прямых затрат на отдельных технологических процессах и по технологии в целом, полнота и качество извлечения полезного ископаемого при рациональном использовании недр, соблюдение экологически равновесного состояния в регионе.

Анализ ситуации,в свою очередь, более или менее четко можно провести, если иметь в виду горно-геологические и горнотехнические условия разработки конкретного месторождения.Определение проблемы, а может быть и целого комплекса, формируется при системной увязке целей (требований) и ситуации.

Труднее с самим решением проблемы. Определенная в таком виде проблема не дает направления поиска ее решения. Она выглядит как административное противоречие(по Г. С. Альтшуллеру). Желательно продолжить конкретизацию проблемы, т. е. перевести ее в ранг технической задачи –задачи усовершенствования исполнения того или иного технологического процесса.На этом этапе нам уженужна идея –предположение: либо мы решаемся найти ответ на административное беспокойство на уровне способа разработки месторождения и конкретно на одной из его стадий или мы сосредотачиваемся на способе одного из технологических процессов по преобразованию массива. Здесь-то нам ипонадобятся знания о достижениях научно-технического прогресса (НТП). Весь ход решения проблемы в таком случае выглядитв виде проектно-конструкторских изысканийна базе известных технических наработок. Если проектным способом решенная техническая задача все же не устраняет административное противоречие, то ее необходимоперевести в ранг изобретательской, т. е. ее надо еще более конкретизировать и искать решения на уровне исполнения конкретного способа конкретного технологического процессас использованием новых физико-технических эффектов(говорят, задача решается на уровне физического противоречия).

Д. МЕТОДОЛОГИЧСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ПОДХОДЫ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ И ЗАДАЧ

ПОЛНЫЙ ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ АКТ МЫШЛЕНИЯ по Д. ДЬЮИ. При организации мышления (мыслительной деятельности) мы из памяти извлекаем фактологические знания и совершаем над ними определенные преобразования индуктивного и дедуктивного характера. Полный акт мышления (по Д. Дьюи) содержит пять логических ступеней и выглядит следующим образом:

1. Чувство затруднения.

2. Его определение и определение его границ.

3. Представление о возможном решении.

4. Развитие путем рассуждения об отношениях представления.

5. Дальнейшие наблюдения, приводящие к признанию или отклонению, то есть заключение уверенности или неуверенности.

Затруднение заключаетв себесомнение или проблему, конфликт между существующими условиями и желаемым или ненужным результатом, между целью и средствами ее достижения. Проблема состоит в открытии посредствующих звеньев, которые, будучи помещены между отдаленной целью и данными средствами, согласует их друг с другом.

Определение затруднения и его границсоставляет суть добывания фактов, организации наблюдений, необходимых для того, чтобы именно осветить, в чем собственно затруднение, или выявить специфический характер проблемы и тем самым обеспечить глубину и результативность процесса формирования представлений о возможном решении.

Представление или предположениеявляется самым центром акта мышления (умозаключения). Оно заключает в себе переход от того, что дано к тому, что отсутствует. Поэтому его следует признать рискованным, требующим критического отношения, смысл которого в задержке окончательного суждения и свертывания мыслительного процесса.

Возникший в представлении вывод, поскольку он временно не принят, но сохраняется для опыта, составляет идею. Синонимами для него являются предположение, догадка, гипотеза и (в разработанном виде) теория. Критическое отношение к выводу поддерживается наличием альтернативных предположений. Поэтому способность на этой стадии их формировать следует отнести к культуре мышления.

Процесс вскрытия отношений– или, как их называют более специально, скрытых связей – между какой-нибудь идеей и какой-нибудь проблемой называетсярассуждением.

Как идея выводится из фактов, так рассуждение вытекает из идеи.

Рассуждение оказывает тоже действие на возникшее представление решения, как накопление и более близкое, подробное рассмотрение фактов на саму проблему. В целом идея решения развивается и обогащается. Представления, казавшиеся по первому взгляду возможными, часто оказываются не подходящими и даже печальными. Представления, казавшиеся чуждыми и дикими, часто так изменяются при разработке того, что из них вытекает, что становятся применимыми и плодотворными. И все же сомнение, критическое отношение остается.

Последняя и заключительная ступень является своего рода проверкой– экспериментальным подтверждением. Поскольку последствия умозрительны, как и идея, постольку возникает потребность в дополнительных фактах. В процессе практических действий прогнозы приобретают форму фактов, связи - форму закона.

Эвристическая силаметодологического описания полного акта весьма плодотворна. В это можно убедиться (и с пользой для дела), если им руководствоваться при организации творческого процесса решения задач, возникающих в инженерной и научной деятельности.

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ДРЕВНЕГРЕЧЕСКОГО МАТЕМАТИКА ПАППА. Папп,знаменитый греческий математик, живший предположительно около 300г. нашей эры, в седьмом томе своего «Математического сборника» изложил известные емуНачала анализа и синтеза, используемые для решения задач и, прежде всего, «задач на нахождение», постоянно возникающих перед инженером и решаемых им.Используя свободный перевод и некоторуюперефразировку, постараемся осмыслить и практически использовать следующие методологические положения.

Исходным пунктом анализа является допущение, что задача уже решена. Необходимо представить конечную ситуацию и увидеть (найти) идею, позволяющую ее разрешить. В свою очередь реализация возникшей идеи превращается в новую задачу в пределах ситуации исходных условий. Мы пытаемся найти очередную идею, которая позволяет разрешить возникшую проблемную ситуацию. И так продолжаем продвигаться от одной ситуации к другой, подыскивая очередную идею для решения. В конечном итоге мы обнаруживаем, что при вновь возникшей ситуации больше не требуется идей, т. к. она разрешается имеющимися средствами. Действия по решению всей задачи выстраиваем в обратном порядке. Это и будет синтезом. В целом этот подход можно назвать решением задач, организуя правдоподобные рассуждения от конца к началу.

В математической интерпретации с перефразойПойа эвристика Паапа выглядит следующим образом: «Если перед нами «задача на нахождение», то мы должны определить какое-то неизвестноеx, которое удовлетворяет четко сформулированному условию. Нам еще неизвестно, имеется ли такое значениеxили нет, но, полагая, что такое значение есть, мы выводим из него другое неизвестноеy,которое должно удовлетворять соответствующему условию. Затем мы устанавливаем связь междуyи еще другим неизвестным. Так поступаем до тех пор, пока, наконец, мы не приходим к неизвестномуz, значение которого мы можем определить каким-нибудь знакомым методом. Если, в самом деле, есть такое значениеz, которое удовлетворяет требуемому условию, то при обратимости всех наших выводов будет существовать и такое значениеx, которое удовлетворяет исходному условию. При этом поступаем следующим образом:

Сначала мы определяем значение z, затем, знаяz, мы находим то неизвестное, которое в нашем анализе предшествуетz. Таким способом, продолжая решение, мы возвращаемся по пройденному пути, и, наконец, знаяy, мы находим искомоеx.Цель достигнута, но остается еще проверка».

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ Д. ПОЙА. В своих работах Д. Пойа(1965) предлагает развернутую содержательную модель процесса решения задач математического склада, которая вполне может служить инвариантом мыслительной деятельности. В ней семь этапов:

1. Уяснение и анализ задачи, понимание искомого.

2. Организация содержания задачи в соответствии с искомым.

3. Нахождение пути, идеи решения (анализ).

4. Составление плана.

5. Осуществление плана идеи и реализация идеи решения (синтез).

6. Проверка и оценка решения.

7. Эвристический анализ решения.

ПРАВИЛА Декарта. Рене Декарт (1596 1650) – французский философ и математик, один из величайших умов человечества в своих «Правилах для руководства ума» и работе «Рассуждения о методе» сформулировал основные принципы своего «универсального» метода, которые и по сей день являются краеугольным камнем методологии мышления. Каждый вправе по- своему их осмысливать, интерпретировать, но главное - они работают. Приведем некоторые из них:

1. Оградить себя от всякой торопливости в суждениях и от всяких предвзятых мнениях.

2. Каждый трудный вопрос разлагать на столько частных вопросов, чтобы стало возможным более легкое их разрешение.

3. Всегда начинать с простейшего и постепенно переходить к более сложному, и даже там, где не представляется естественной постепенности, все-таки устанавливать некоторый порядок.

4. Везде составлять настолько полные обзоры сделанного предшественниками, чтобы быть уверенными, что ничего не пропущено.

Вот грубый набросок схемы, которая, как ожидал Декарт (по Д. Пойа), может быть применима ко всем видам задач:

Первое: задача любого вида сводится к математической задаче.

Второе:математическая задача любого вида сводится к алгебраической задаче.

Третье:любая алгебраическая задача сводится к решению одного-единственного уравнения.

Обратите внимание на некоторые высказывания Рене Декарт:

1… «Все знания в целом являются не чем иным, как человеческой мудростью, остающейся всегда одинаковой, как бы ни были разнообразны те предметы, к которым она применяется, и…это разнообразие имеет для нее не больше значения, нежели для солнца разнообразие освещаемых им тел»…

2… «Метод состоит в размещении и упорядочении того, на что должно быть направлено острее ума в целях открытия какой-либо истины».

3… «Каждая решенная мною задача становится образцом, который служил впоследствии для решения других задач».

4… «Подобные представления о вещах весьма полезны, поскольку ничто не является для нас более наглядным, чем фигура, ибо ее можно осязать и видеть»…

Они обладают изумительной эвристической силой и способны помочь вам в трудную минуту.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГОРНОГО ДЕЛА

А. Проблемы соблюдения требований правильной разработки МПИ

при изменяющихся горно-геологических условиях:

1. Проблемы сверхглубоких рудников;

2. Проблемы разработки мелких месторождений и их совокупностей;

3. Проблемы разработки месторождений в удароопасных районах;

4. Проблемы разработки МПИ в сейсмоопасных районах:

5. Проблемы разработки моломощных и пологопадающих месторождений;

6. Проблемы разработки мощных сложноструктурированных месторождений (с малым коэффициентом оруденения и нераномерным содержанием металла);

7. Проблемы разработки МПИ в зоне вечной мерзлоты;

8. Проблемы разработки МПИ в районах со сложной тектонической обстановкой;

9. Проблемы разработки МПИ в районах, не допускающих сдвижения горных пород (под водоемами, городами, заказниками и национальными парками и т. д.);

10. Проблемы разработки островных месторождений;

11. Проблемы разработки отдаленных и высокогорных местороджений.

12. Проблемы шахтного способа разработки месторождений жидкого ПИ.

Б. Проблемы соблюдения требований правильной разработки МПИ

при изменяющихся горнотехнических условиях:

1. Проблемы совместной разработки МПИ различными способами горной технологии;

2. Проблемы последовательной разработки МПИ различными способами горной технологии;

3. Проблемы повторной подземной разработки МПИ;

4. Проблемы разработки МПИ при ее возвратно-поступательном порядке;

5. Проблемы разработки МПИ способом подземного выщелачивания;

6. Проблемы разработки МПИ на базе самоходного оборудования.

В. Проблемы буровзрывного способа отделения руды от массива:

1. Проблема обеспечения заданного качества дробления руды;

2. Проблема качественного оконтуривания при взрывном отделении руды от массива;

3. Проблема повышения КПД при взрывной отбойке;

4. Проблема снижения сейсмического воздействия взрыва при отбойке;

5. Проблема снижения вредного воздействия УВВ при массовых взрывах на отбойке;

6. Проблемы механизированного заряжания скважин россыпными ВВ;

7. Проблемы обеспечения надежной детонации ВВ в зарядах различной конструкций и формы;

8. Проблемы бурения скважин и шпуров различного направления, диаметра и длины;

9. Проблемы транспорта ВВ и СИ по шахте и в приделах блока.

Г. Проблемы выпуска и доставки руды при очистной выемке:

1. Проблемы выпуска руды непосредственно под обрушенными породами;

2. Проблемы выпуска руды под разделяющими (руда/порода) перекрытиями;

3. Проблемы применения различных режимов донного выпуска под обрушенными породами;

4. Проблемы торцового выпуска руды под обрушенными породами;

5. Проблемы применения ВДПУ и доставки самоходным оборудованием;

6. Проблемы люкового выпуска руды;

7. Проблемы конвейерной и новейших способов доставки.

Д. Проблемы управления горным давлением (УГД):

1. Проблемы расчета и выбора параметров несущих элементов выемочной единицы при различных углах залегания и мощности рудных тел;

2. Проблемы применения крепей при УГД;

3. Проблемы применения одновременной закладки (в цикле очистной выемки);

4. Проблемы последующей закладки;

5. Проблемы применения сухой, мокрой и твердеющей закладки;

6. Проблемы составов твердеющей закладки

7. Проблемы расчета выбора и обеспечения нормативной прочности твердеющей закладки;

8. Проблемы управления горным давлением обрушением вмещающих пород