6.3. Методы направленного поиска новых идей и решений

Методы направленного поиска новых идей и решений специально создавались для решения сложных задач, и, несмотря на достаточную сложность этих методов, их использование в данном случае оправдано. Использование же их для решения простых задач нецелесообразно из-за того, что сложность самих методов будет выше сложности решаемой задачи или просто из-за невозможности их применения для этого. Основными методами направленного поиска являются теория поискового конструирования Р. Коллера и теория решения изобретательских задач.

Сущность теории поискового конструирования Р. Коллера заключается в разделении всех технических систем на три класса: машины, аппараты и приборы. При этом метод полностью абстрагируется от реальной конструкции. Согласно методу машины характеризуются потоками и преобразованиями энергии, аппараты – потоками и преобразованием вещества, приборы – потоками и преобразованием информации (сигналов). Во всех технических системах изменяются физические величины: единицы измерения (качественные изменения), числовые значения (количественные изменения), иногда меняются направления. Все изменения в технических системах связываются исключительно с изменениями свойств.

Процесс исследования состоит из нескольких этапов. Постановка задачи включает описание цели, условий и ограничений. Первый шаг на пути от постановки задачи до конкретного решения – формулировка общей функции системы, подлежащей разработке. Под формулировкой общей функции понимается установление свойств и состояний входных и выходных величин в соответствии с заданной целью с учетом имеющихся ограничений. Входные и выходные параметры являются целями, которые необходимо достичь.

Каждая функция в дальнейшем делится на подфункции, а последние – на отдельные элементарные функции. Под основной операцией, согласно теории, понимается процесс (действие) преобразования независимо от того, какие были входные и выходные характеристики и состояния. Исключение из описания элементарной функции данных о «входе» и «выходе» дает описание основной операции. В состав работ по конструированию входят: выбор физического элемента; изображение принципиальной схемы реализации элементарной функции; комбинирование и синтез структур; конструирование элементов; проектирование системы.

Все функциональное разнообразие технических систем Г. Коллер сводит до 12 операций, позволяющих описать физические операции практически всех технических оборотов или их элементов. Каждая операция имеет два значения – прямое и обратное (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Прямые и обратные операции теории р. Коллера

Прямая операция		Обратная операция
1	2	3	4
Излучение	Отождествляется с источником энергии, вещества или информа-ции (солнце, топливо, генераторы)	Поглощение	Место входа энергии вещества или информации (покрытие, заземление)
Проводимость	Проводимое пространство, обеспечивающее движение или распространение потока от источника до места впадения (поглощения) – воздушное пространство для света или звука	Изолирование	Пространство, исключающее или усложняющее движение, распространение потока: непрозрачное стекло – для света, изолятор – для тока
			Продолжение табл. 6.2
1	2	3	4
Сбор	Служит для того, чтобы заставить поток энергии, вещества или информации, распространяю-щийся во всех направлениях, протекать в одном направлении или сфокусироваться в точке (антенна, линза)	Рассеивание	Служит для того, чтобы имеющийся сконцентриро-ванный или упорядоченный поток рассеять по всем направлениям или следовать более широким фронтом (антенна)
Проведение	Обеспечивает движение сконцентрированного потока по определенной траектории с помощью технических средств (трубопровод, шарнир)	Непроведение	Не осуществляет никакого влияния на естественное направление движения и распространение потока технического объекта
Преобразование	Наиболее распространена основ-ная операция, обеспечивающая смену свойств энергии, вещества и информации	Обратное преобразование	Наиболее распространена обратная операция преобразования свойств энергии, вещества и информации
Увеличение	Основная операция изменения состава потока (трансформатор, бинокль, рычаг)	Уменьшение	Операция, достаточно часто встречающаяся, для изменения состава потока
Смена направления	Обеспечивает смену направления векторной физической величины, значение которой не изменяется (зеркала, повороты реек, водопроводов)	Смена направления	Аналогично прямой операции
Выравнивание	Преобразует колеблющийся поток энергии или вещества в ориентированный по направлению поток (лифты свободного хода)	Колебание	Преобразует ориенти-рованный по направлению поток на колеблющийся (кривошипный механизм, колебательный контур)
Связь	Возобновляет движение или передачу энергии, вещества и информации в потенциально существующем потоке (затворы, лифты, засовы)	Прерывание	Прерывает поток энергии, вещества или информации и соответственно прекращает их передачу между двумя пунктами (затворы, лифты, засовы)
Соединение	Соединение неоднородных пото-ков, имеющих разные значения физических веществ (вес, плот-ность, амплитуда, геометрическая форма и т.п.). Реализуется с помощью карбюраторов, насосов	Разъединение	Разъединение неоднородных потоков (сепараторы, центрифуги, фильтры и т.п.)
			Окончание табл. 6.2
1	2	3	4
Сочетание	Объединение нескольких однородных потоков энергии, вещества и информации в один поток	Разделение	Разделение одного потока на несколько однородных потоков (тройники в водородных, тепловых, газовых, электрических и измерительных сетях)
Накопление	Накопление потока энергии, вещества, информации (маховики, пружины, конденсаторы; банки, резервуары; диски, пленка)	Выдача	Выдача потоков по требованию с накопителя (маховики, пружины, конденсаторы; банки, резервуары; диски, пленка)

Р. Коллер также разработал справочник физических эффектов и их носителей, реализующих отдельные основные операции. Он представляет собой систематизированный подбор эффектов для отдельных основных операций. Специализированный информационный справочник является важным вспомогательным средством для реализации элементарных функций.

Преимуществами метода является удобство справочника при поиске нового принципа действия объекта. Однако отсутствие четких критериев для выбора лучших вариантов среди их множества ведет к необходимости рассмотрения достаточного количества вариантов, что является весьма трудоемким процессом.

Теория решения изобретательских задач была создана в качестве альтернативы многочисленным и малоэффективным методам активизации перебора вариантов, позволяющей превратить процесс решения изобретательских задач в точную науку. Представляет собой набор методов, объединенных общей теорией, помогает в организации мышления изобретателя при поиске идеи и делает этот поиск более целенаправленным, продуктивным; способствует поиску идеи более высокого изобретательского уровня.

Основным инструментом теории является алгоритм решения изобретательских задач, те есть перечень последовательных логических шагов, целью которых является выявление и разрешение противоречий, существующих в технической системе и препятствующих ее усовершенствованию. Кроме того, метод использует также следующие инструменты для решения задач:

таблица устранения технических противоречий – противоречия представляются двумя конфликтными параметрами, которые избираются из списка. Для каждого сочетания параметров предлагается использовать несколько приемов устранения противоречий, которых всего насчитывается 40. Приемы сформулированы и классифицированы на основе статистических исследований изобретений;

стандарты решения задач – сформулированы стандартные проблемные ситуации, для решения которых предлагаются типовые решения;

репольний (вещественно-полевой) анализ – определены и классифицированы возможные варианты связей между компонентами технических систем. Выявлены закономерности и сформулированы принципы их преобразования для решения задачи. На основе данного анализа были расширены стандарты решения задач;

указатель физических эффектов – определены наиболее распространенные для изобретательства физические эффекты и возможности их использования для решения изобретательских задач;

методы развития творческого мышления – используется ряд приемов и методов, позволяющих преодолеть инерционность мышления при решении творческих задач. Примерами таких методов является метод «маленьких человечков» и оператор РВС.

В рамках теории принято делить задачи на пять уровней. Решение задач первого уровня не связано с устранением технических противоречий и ведет к незначительным совершенствованиям (не более десяти). Объект незначительно изменяется. Задачу такого уровня может решить любой специалист.

Задача второго уровня – с техническими противоречиями, которые легко преодолеть с помощью способов, известных по подобным системам. Меняется (и то частично) только один элемент системы, в результате можно получить незначительные изобретения, для получения которых необходимо было рассмотреть несколько десятков вариантов решений.

Задача третьего уровня – противоречие и способ его преодоления находятся в пределах одной науки. Полностью меняется один из элементов системы, частично изменяются другие. Количество вариантов, рассматриваемых при принятии решения, измеряется сотнями. В результате получается добротное среднее изобретение.

При решении задач четвертого уровня синтезируется новая техническая система. Противоречия устраняются способами, выходящими далеко за пределы науки, к которой относится задача. Число вариантов измеряется десятками тысяч. В результате получается крупное изобретение. При этом найденный принцип – это база для решения задач второго-четвертого уровней.

Задача пятого уровня – изобретательская ситуация, представляющая собой клубок сложных проблем (например, очистка океанов и морей от нефтяных и других загрязнений). Число вариантов, которые необходимо взять для решения, является практически неограниченным. В результате получается крупное изобретение, создается принципиально новая система, которая постепенно будет сопровождаться менее значительными изобретениями. Возникает новая отрасль техники. Условия задач данного уровня практически не содержат прямых указаний на противоречия. Они возникают в процессе синтеза принципиально новой системы.

Преимущество метода заключается в том, что в нем была предпринята попытка использовать для решения исследовательских задач диалектические подходы, связанные с выявлением и решением противоречий. Однако теория имеет несколько недостатков, затрудняющих ее практическое применение: сложность в использовании и то, что большинство из сформулированных законов таковыми не являются, а представляют закономерности развития техники.