2. Практическая часть: методы постановки и решения творческих задач (на примере изобретательства) Введение и краткий обзор литературы

Мысли некоторых людей столь глубоки, что их добыча не окупает расходов.

Д. ОПОЛЬСКИЙ

Мысли некоторых людей столь жидки, что не достигают их головы.

Ст. Ежи ЛЕЦ

По методологии «решения творческих задач» и «методологии изобретательства» написаны миллионы страниц, к большинству которых вполне применимы эти эпиграфы.

Так происходит потому, что, в соответствии с крылатым изречением: «Кто умеет работать, работает, кто не умеет работать, учит, как надо работать, а кто не умеет учить, либо учит, как надо учить, либо руководит».

Соответственно:

* специалисты, то есть по существу инженерно-технические работники (ИТР) и, при необходимости, художники-конструкторы, создают новые товары и способы и средства их изготовления,

* философы размышляют о процессах их создания и пытаются учить ИТР и художников-конструкторов, как надо работать, а

* психологи учат тех и других, как надо учиться работать и думать.

Инженерам (в отличие от подавляющего большинства философов и психологов) понятно, что техническое творчество включает такие необходимые этапы:

* изобретательство, то есть «сотворение» изобретений и/или полезных моделей,

* проверку технической осуществимости и социально-экономической целесообразности осуществления сотворённых изобретений и/или полезных моделей,

* проектирование (включая разработку технической документации на новые товары и/или технологические процессы их производства) и

* организацию воспроизводства и продажи товаров, изготовленных с использованием изобретений и/или полезных моделей.

Методам целенаправленного проектирования по относительно узким техническим специальностям успешно учили в СССР и пока ещё иногда учат в средних и высших технических учебных заведениях постсоветских государств.

Применяя на практике полученные знания, хорошо подготовленные специалисты способны выполнять свою инженерную работу и корректно оформлять её результаты в соответствии с предписаниями, которые заложены в такие комплексы государственных стандартов, как Единая система конструкторской документации (ЕСКД) и/или Единая система технологической документации (ЕСТД).

Поэтому проблематичным до сих пор остаётся обучение именно целенаправленному (а ещё лучше – целеустремлённому!) изобретательству.

Применительно к нему так называемые «методы поиска новых (поиска готовых, что ли? так тогда не новых! – В.К.) технических решений» характеризуются прежде всего тем, насколько явно и осознанно изобретатели используют:

* системные представления о вопросных ситуациях для хорошо осмысленной корректной постановки явных изобретательских задач,

* рассмотренные выше в «тезаурусе производительного труда» общие понятия о методе (способе) и средствах труда и

* абстрактные логические модели ( фреймы  дескриптивные функции) объектов техники для инвентаризации полноты и/или точности исходных данных и выбора направлений поиска и источников недостающих сведений в ходе решения поставленных задач.

Наиболее примитивные «методы» такого рода построены на неявных допущениях, что понятие о технологии изобретательского труда и иные нужные для самоорганизации изобретательства логические модели невесть откуда уже имеются в распоряжении изобретателей и что для их срабатывания достаточно «психоэвристической стимуляции», например, в сеансах мозгового штурма.

Этот простейший «метод» коллективных проб и ошибок основан на предположении о возможности рождения ребёнка в течение месяца, если удастся собрать вместе девять беременных женщин сразу после зачатия. Если же говорить серьёзно, то сей «метод» включает:

(1) выбор темы сеанса мозгового штурма;

(2) подбор участников сеанса, в том числе:

(2.1) комплектование относительно большой (обычно 10-15, а иногда и более человек) группы «генераторов идей», которые имеют как можно более разные (причём не обязательно технические) специальности, и

(2.2) комплектование относительно узкой (обычно из 3-5 человек) группы «экспертов», которые имеют специальности, соответствующие поставленной «на штурм» теме;

(3) свободное, то есть исключающее любую критику по ходу сеанса генерирование и высказывание «идей» (обычно в течение времени, достаточного для начала явных повторений сказанного);

(4) запись высказанных «идей» и

(5) анализ записанных «идей» экспертами с целью отбора чего-либо ценного для доработки.

К сожалению, в большинстве случаев генераторами идей служат собранные «с бору по сосенке» энтузиасты, которым «нет преград ни в море, ни на суше». Даже если умы некоторых из них «хорошо наполнены» применительно к теме мозгового штурма, то организация знаний практически у всех участников действа, мягко говоря, обычно оставляет желать лучшего. Поэтому их совместное «орание» вместо ожидаемого прорыва в будущее даёт множество нередко просто смехотворных «изобридей». Остаётся надежда, что «если долго мучиться, то что-нибудь получится».

Вариант метода мозгового штурма, именуемый искусственным словом «синектика», предусматривает длительную, многосеансную работу в узких (из 3-5 человек) группах под руководством «главного синектора». Он формулирует исходную «задачу», ставит по мере необходимости наводящие вопросы и организует обсуждение и оценку приемлемости высказываемых «идей» непосредственно в сеансах. Результатом «синектической сессии» должно быть решение задачи на уровне преимущественно патентоспособного изобретения.

Подбору специалистов-синекторов уделялось больше внимания, чем в классическом мозговом штурме. Поэтому в сравнении с ним эффективность синектики, казалось бы, должна быть выше. Однако опыт показал, что рекламного шума было намного больше, чем практически полезных результатов. Шум постепенно угас, и в истории осталось лишь словечко «синектика».

Более совершенные, по словам их создателей и пропагандистов, методы типа ТРИЗ («теории» решения изобретательских задач»), в «ручном» (по Альтшуллеру Г.С.) и даже автоматизированном (см. Koller R. и Половинкин А.И.) вариантах, предусматривают использование некоторых явных информационных моделей объектов техники.

Работа по построению ТРИЗ началась с внедрения в лексикон изобретателей завлекательного словосочетания «идеальный конечный результат» и его аббревиатуры «ИКР». Ими Генрих Саулович Альтшуллер обозначал по сути НАЗНАЧЕНИЕ, то есть абстрактную цель применения некоторой группы уже известных и намечаемых к созданию объектов техники, без указания средства её достижения. Тем самым он в однобоком варианте (только со стороны цели) переоткрыл для изобретательства известный со времён Древней Греции и описанный выше на примере фреймов принцип «перехода через абстракцию».

Затем было проведено «бурение патентных скважин» в связанных с машиностроением отраслях техники, о которых товарищ Альтшуллер и его последователи были осведомлены как инженеры соответствующих (обычно механических) специальностей. Результаты «бурения» были обобщены и сведены во внешне привлекательные, но весьма искусственные:

а) вначале – «приёмы» разрешения «технических противоречий», надуманных под влиянием догматически понятого диалектического материализма и

б) позднее – такие функциональные схемы типовых взаимодействий частей внутри преимущественно механических устройств, которые были обозначены очередным неологизмом «веполи».

Это словечко по замыслу его изобретателя должно было указывать на некоторые варианты возможных взаимодействий вещественных предметов и физических полей.

Как быстро выяснилось, для бурно развивающихся химии, биотехнологии, медицины и микроэлектроники, в массивах сведений о которых поклонники ТРИЗ не смогли или не успели «набурить патентных скважин», ни типовые приёмы устранения типовых «технических противоречий», ни надуманный вепольный анализ не имели, не имеют и не будут иметь какое-либо практическое применение.

Поэтому ТРИЗ, неосторожно подхваченная рядом специалистов как теоретическая основа «автоматизации поискового конструирования», плавно трансформировалась в узко специализированные абстрактные фреймы устройств некоторых типов, в частности велосипедов (по-видимому, для «обкатки» методов автоматизации), взрывателей (для усовершенствования взрывных работ в горном деле) и ряда других весьма простых преимущественно механических устройств.

Такие фреймовые модели можно считать логико-математическими, ибо в логике им соответствуют тезаурусы, а в дискретной математике – орграфы типа И-ИЛИ деревьев, которые одно-однозначно могут быть преобразованы в тезаурусы и обратно.

Как и в мозговом штурме и синектике, так и во всех известных попытках автоматизации изобретательства на основе ТРИЗ и «алгоритма изобретения» Альтшуллера или иного такого же псевдоалгоритма просматривается один общий недостаток, а именно: в состав того, что ТРЕБУЕТСЯ в задаче, заранее не включены:

* ни требование выполнить юридические условия патентоспособности создаваемых изобретений или полезных моделей,

* ни требование практически приемлемого соответствия материальных объектов изобретений или полезных моделей конкретным характеристикам природной и/или социально-экономической среды, в которой создаваемые объекты будут работать.

Поэтому методы случайного комбинаторного перебора вариантов с применением тезаурусов и орграфов не целенаправленны без оценки патентоспособности «в ручном режиме» для каждой «комбинации признаков», которая автоматически «разработана» электронно-вычислительной машиной, никаких практически приемлемых изобретений не дали, не дают и принципиально не могут дать.

Ещё одним побочным эффектом работ по развитию ТРИЗ и кажущимся средством её спасения от логических неувязок оказалась идеология использования «физических эффектов» в пресловутом «поиске новых технических решений». Термином «физический эффект» сторонники ТРИЗ по существу обозначали только те явления и закономерности Природы, которые были открыты в физике как одной из отраслей естествознания.

Однако без развитых представлений о порядке технологического освоения причинных взаимодействий и соответствующих открытий в любой отрасли естествознания, включая химию и биологию, эта идеология не привела к заметному приросту «пионерских изобретений» в СССР. Не помогли изобретателям и появившиеся справочники по «физическим эффектам» с примерами их практического использования в технике.

Кроме того, для постановки якобы «изобретательских» задач в СССР был широко разрекламирован метод функционально-стоимостного анализа (далее – ФСА). В его основу были положены:

(1) «разделение» целостного объекта технико-экономического исследования на функционально обособленные части, например:

(1.1) разделение выпускаемого сложного продукта (товара) типа машины – на узлы или блоки и далее на детали,

(1.2) разделение выпускаемого сложного продукта (товара) типа композиционного материала – на компоненты (ингредиенты) вплоть до самых простых исходных материалов,

(1.3) разделение технологического процесса производства какого-либо товара на отдельные основные и вспомогательные операции; (с привлечением, по возможности, данных о средствах выполнения выделенных операций и их стоимости),

(2) выделение в полной себестоимости товара долей, соответствующих частям товара (узлам или блокам, а иногда и отдельным деталям устройства, ингредиентам композиционного материала) и/или отдельным операциям технологического процесса;

(3) выбор наиболее «весомых» в себестоимости товара частей устройства или композиционного материала и/или операций технологического процесса; и

(4) постановка задач по усовершенствованию таких частей продукта и/или операций процесса (и, возможно, средств их выполнения) со снижением их доли в себестоимости продукта (товара), который был подвергнут функционально-стоимостному анализу.

Этот метод в рамках «капиталистического соревнования» между рационализаторами во всех частях производственных «цепочек» широко используют японские, южнокорейские и китайские фирмы.

Для этого отделы маркетинга систематически сравнивают внутрифирменную себестоимость комплектующих частей и их цены в собственной фирме с ценами поставщиков аналогичных комплектующих на внутреннем и внешнем (мировом) рынке.

Когда покупка готовых полуфабрикатов выгоднее, чем собственное производство, рационализаторам в лице работников участков и цехов обычно ставят такие задачи по усовершенствованию изделий и/или методов их изготовления, решение которых способно «устранить крен».

К сожалению, ФСА реально служит для снижения издержек только на действующих производствах хорошо известных товаров и потому не может быть применён для технологического освоения естественнонаучных открытий и создания принципиально новых товаров и технологических процессов.

Казалось бы, ФСА, который направлен прежде всего на постановку задач, должен хорошо сочетаться с предложенным Цвикки так называемым «морфологическим анализом и синтезом», позволяющим систематически создавать плоские морфологические матрицы и даже трёхмерные морфологические ящики, содержащие «все» возможные комбинации признаков какого-либо объекта техники.

Однако «морфанализ» практически со старта уводит изобретателей в трудно обозримое множество абстрактно возможных комбинаций. Действительно, даже плоская матрица форматом 5х2=10 имеет комбинаторную ёмкость 10! = 1_*2_*3_*4_*5_*6_*7_*8_*9_*10 = 3628800 (Три миллиона шестьсот двадцать восемь тысяч восемьсот).

Если же учесть, что матрицы могут иметь существенно бóльшую комбинаторную ёмкость (например: 100!; 1000! и более), то очевиден отрицательный ответ на ехидный дихотомический вопрос: «Можете ли Вы «вручную» оценить патентоспособность каждой комбинации?»

Для справки. Восклицательный знак справа от произвольного числа обозначает факториал, то есть произведение всех чисел от единицы до выбранного числа, как это было показано для 10! Должно быть понятно, что 11! имеет порядок десятков миллионов, 12! - порядок сотен миллионов, а 13! – порядок миллиардов (и т.д.).

Чтобы не быть голословным, рассмотрим практический пример морфологического анализа обычной заклёпки. В простейшем случае это стержень из пластичного материала, который под определённым прилагаемым к торцам давлением способен заполнить сквозное отверстие по меньшей мере в двух деталях и неразъёмно соединить их.

Сколько реальных металлических и неметаллических материалов могут быть основой заклёпок? В пределе – бесконечно много. А сколько форм поперечного и продольного сечения заклёпки может быть предложено? Ответ тот же.

Добавьте сочетание стержней с закладными головками разных форм и разные соотношения размеров стержней и головок. В итоге Вы уже на старте «морфологического синтеза» получите существенно больше 1000! абстрактно возможных вариантов конструкции заклёпок, что практически равносильно так называемой (это – термин!) дурной бесконечности.

Поэтому в практике технического творчества реальное применение получили не автоматизированные методы изобретательства, а так называемые САПр(ы), то есть по существу дедуктивные узко специализированные «системы автоматизированного проектирования» различных устройств, композиционных материалов и технологических процессов. По существу – это системы оптимизации:

* типовых конструкций, например:

** сетей водо-, электро- или газоснабжения – в зависимости от планировки зон групповой застройки или отдельных зданий и от типа и количества расположенных в них потребителей,

** кожухотрубчатых (и многих иных) теплообменников – в зависимости от агрегатного состояния (жидкость, газ), состава и теплофизических свойств конкретных теплоносителей или хладагентов и от нагрузки на «входе» и «выходе»,

** самолётных шасси – в зависимости от назначения (гражданский, военный), от допустимых габаритов, от максимально возможных величин взлётной и посадочной масс самолёта и от требований к качеству взлётно-посадочных полос,

** коробок передач для автомобилей – в зависимости от их типов, грузоподъёмности, требований к качеству дорог и т.д.;

* типовых композитов, например:

** магнитных сплавов определённого качественного состава – в зависимости от требуемых магнитных и некоторых иных (заранее оговоренных!) эксплуатационных свойств,

** бетонных смесей для возведения высотных зданий с применением скользящей опалубки – в зависимости от принятого «закона» изменения плотности бетона по высоте и

* типовых же технологических процессов, например:

** синтеза полиэтилена при высоком или низком давлении - в зависимости от желаемой производительности, предельно допустимых температур и давлений и требований к качеству продукта (например: степени полимеризации, допустимой полидисперсности, структурной однородности и т.д.),

** выбора оптимального оперативного доступа в микронейрохирургии в зависимости от анатомии мозга или аксонов, вида заболевания или травмы у конкретного пациента и т.д.

Разработка и коммерческая эксплуатация САПр стала ныне высокодоходным делом, которое тем менее связано с «полётом фантазии», чем полнее и точнее в программного обеспечения таких систем увязаны «вариации на заданную (техническую) тему» с возможными требованиями покупателей соответствующих товаров. Действительно, во всех существующих и создаваемых творцами-программистами САПр должны быть чётко и ясно представлены:

* данные о техническом типе проектируемого продукта,

* неполное и/или неточное описание, в котором выделены инвариантные (неизменные) и переменные данные о составе, структуре и иных признаках возможных продуктов и

* правила работы специалиста-проектировщика в режиме диалога с САПр, соблюдение которых позволяет получить такое описание конкретного продукта, которое:

** соответствует техническому заданию на проект и

** практически достаточно для его реализации «в натуре».

К сожалению, изобретатели не могут почерпнуть практически полезные представления указанного типа из подавляющего большинства трудов «методологов», которые сами не работают проектировщиками (и, тем более, изобретателями), а всего лишь учат «как, по их мнению, надо работать».

PS Тем студентам и иным читателям, которые из-за торопливости и предвзятости прочтения пособия не согласны с автором, я приношу глубокие извинения за памфлетный стиль частей обзора, которые посвящены:

* мозговому штурму, уже тысячи лет повсеместно применяемому на военных советах и на совещаниях «у начальства» любых уровней несмотря на то, что его обольстительная простота воистину хуже воровства,

* теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), на обнаучивании и преподавании которой многие «технари» сделали себе карьеру методологов, и

* автоматизации поискового конструирования (АПК), которая была выдумана в СССР «за государственный счёт», а ныне заглохла из-за отсутствия финансирования от рыночных структур.

Но я не вижу другого, не памфлетного средства обратить внимание студентов и иных любознательных людей на то, что творческое мышление никогда не было, не есть ныне и никогда не будет столь лёгким, как это кажется верующим в мозговой штурм, ТРИЗ и АПК.

Контрольные вопросы

1. Насколько корректен термин «поиск» применительно к эвристике?

2. Является ли применение «проб и ошибок» признаком любого способа творчества?

3. Укажите основные принципы «организации» мозгового штурма!

4. Что такое «синектика»?

5. Можно ли считать функционально-стоимостный анализ методом решения творческих задач?

6. Допустимо ли рассматривать морфологический анализ как метод постановки, а вольную морфологическую комбинаторику – как метод решения творческих задач?

7. Можно ли полагать термин «физический эффект» родовым наименованием «физических явлений» и «физических закономерностей»?

8. Почему ТРИЗ принципиально не применима в химии, биотехнологии (включая генную инженерию), медицине и нанотехнологиях?

9. Почему методы «автоматизированного проектирования» практически неприменимы в изобретательстве?

10. Могут ли «системы автоматизированного проектирования» произвольных устройств служить источником патентоспособных изобретений и полезных моделей?

11. Могут ли «системы автоматизированного проектирования» произвольных композиционных материалов служить источником патентоспособных изобретений?

12. Могут ли «системы автоматизированного проектирования» произвольных технологических процессов служить источником патентоспособных изобретений?

13. Что обозначает термин «алгоритм»?

14. Возможны ли «алгоритмы творчества»?

Литература

1. Александров Л.В., Блинников В.И. и Карпова Н.Н. Графическое изображение структуры технических решений, проблем и задач их разработки. М.: ВНИИПИ, 1990.

2. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М.: Советское Радио, 1979.

3. Буш Г.Я. Методы технического творчества. Рига: Лиесма, 1972.

4. Буш Г.О. Синектический диалог и возможности его применения в решении конструкторско-изобретательских задач. / В межвузовском сб. “Автоматизация конструирования в приборостроении”, – Горький, ГГУ, 1978. – с. 49-61.

5. Диксон Дж. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ: Изобретательство, анализ и принятие решений. / Пер. с англ. – М.: “Мир”, 1969.

6. Емельянов А.М. Метод анализа управляющей деятельности человека посредством фреймов и специальной модальной логики. – Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1981, № 4, с. 94-102.

7. Зверева Т.М., Милосердов Е.П. Автоматизация поиска вариантов технических решений морфологическим методом. – В сб.: Проблемы эвристики. Ч.ІІ. Техническая, кибернетическая и педагогическая эвристика: Тезисы докладов к научно-теоретической конференции 29-30 ноября 1984 г. в г.Юрмала. Рига: О-во «Знание» Латв. ССР, 1984. с. 57-60.

8. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Информационная модель процессов принятия конструктивных решений/“Вычислительная техника в машиностроении” (Минск), 1979, № 4, с. 70-81.

9. Крон Г. Исследование сложных систем по частям – диакоптика.: Пер. с англ. / Под. ред. Баранова А.В. – М.: “НАУКА”, 1972.

10. Методы поиска новых технических решений. / Под ред. Половинкина А.И. – Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1976.

11. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках (методы нужно применять). / Пер. с нем. – М.: “Радио и связь”, 1984.

12. НОРМАТИВНЫЕ И ДЕСКРИПТИВНЫЕ МОДЕЛИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ. По материалам советско-американского семинара. Тбилиси, 1979. – М.: “НАУКА”, 1981.

13. Одрин В.М. Морфологический метод поиска технических решений: современное состояние, возможности и перспективы. Киев: О-во “Знание” УССР, 1982.

14. Одрин В.М., Картавов С.С. Некоторые итоги и перспективы развития морфологического анализа систем. – Киев: Ин-т кибернетики АН УССР, препринт, 1973. – с.62-73.

15. Орлов П.И. Основы конструирования. / Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. – М.: “Машиностроение’, 1977. – кн. 1 – 623 с.; кн. 2 – 574 с.; кн. 3 – 360 с.

16. Пойа Д. Как решать задачу: пособие для учителей. Пер. с англ., изд. 2-е, - М.: Учпедгиз, 1961.

17. Пойа Д. Математика и правдоподобные рассуждения. Пер. с англ., изд. 2-е, испр. - М.: Наука, 1975.

18. Пойа Д. Математическое открытие. Решение задач: основные понятия, изучение и преподавание. Пер. с англ. - М.: Наука, 1970.

19. Половинкин А.И. Автоматизация поискового конструирования: Искусственный интеллект в машинном проектировании. М.: Радио связь, 1981.

20. Половинкин А.И., Вершинина Н.И., Зверева Т.М. Функционально-физический метод поискового конструирования. Иваново: Изд-во Ивановского госуниверситета, 1983.

21. Chalon M., Sielicki A. Informacyjny model programowanego procesu projektowania. – “Post. cybern…”, 1981, 4, No. 1, S. 83-88.

22. Bagchi A., Mahanti A. Search algorithms under different kinds of heuristics – a comparative study. “Jornal of the Association for Cоmputing Machinery”, 1983, v. 30, No. 1, pp. 1-21.

23. Czap H. Mengenflussgraphen – Ein Werkzeug zur automatischen Generierung von Entscheidungsmodellen. – “Angewandte Informatik”, 1982, Bd. 24, No. 12, S. 600-606.

24. Darringer I.A. Automated logic synthesis. – Lect. Notes Comp. Sci., 1984, 163, pp. 177-186.

25. Gasparski W. O ogólnych i szczególowych badaniach projektowania. – “Zagadnienia naukoznawstwa”, 1980, 16, No. 2, с. 123-132 (польск.).

26.. Koller R. Konstruktionsmethode für den Maschinen-, Geräte- und Apparatebau. – Berlin: Springer, 1979, - S. 191.

27. Nishio Hidenosuke. Series of graphs generated by rational machines. – “Lect. Notes Computer Science”, 1981, 100, p. 20-31 (англ.).

28. Tsuai H. Promotion of Inventions in Japan. “Industrial Property in Asia”, 1983, No.3, Sept. – pр.3-7.

29. Tyugu E.H. Computational frames and structural synthesis of programs. – “Machine Intelligence 10: Proceeding, Cleveland, Nov., 1981.” Chichester; New York e.a., 1982, pp. 145-156.

30. Wolfengagen W.E. Frame theory and computation. – Computering and Artificial Intelligence, 1984, 3, No. 1, pp. 1-30.

31. ZWICKY F. Entdecken, Erfinden, Forschen im morfologischen Weltbild. – München, Zürich: Droemersche Verlaganstalt Th. Knaur Nachf., 1966.