Тема 7. Проведення експериментальних досліджень

Проведення експерименту  самий важливий і найбільш трудоємкий етап. Експериментаьні роботи необхідно проводити у відповідності із затвердженим планом-програмою і, особливо, методикою експерименту. Приступаючи до експерименту, остаточно уточнюють методику його проведення і послідовність дослідження. Інколи при цьому використовують метод рандомізації, який полягає у тому, що досліди проводять у випадковій послідовності, яку визначають за допомогою ряду випадкових чисел. Цим способом виключають систематичні похибки, які можуть виникати при субєктивному призначенні послідовності досліджень.

Обовязковою вимогою проведення експерименту є ведення журналу. Форма його довільна. В журналі відмічають: тему НДР, тему експерименту, прізвище виконавця, місце і час проведення, характеристику навколишнього середовища, дані про обєкт експерименту і засоби вимірювання, результати спостереження і інші дані для оцінки отриманих результатів.

Виконавець експерименту повинен слідкувати за засобами вимірювання, зокрема за: стійкістю апаратів і установок, правильністю їх показів, характеристикою навколишнього середовища. Необхідно систематично проводити перевірку засобів вимірювання.

Першочергову увагу експериментатор повинен приділяти контролю якості експериментальних робіт: забезпечення надійності роботи засобів вимірювання, відтворюваності вимірювань, слідкувати за точністю і достовірністю отриманих результатів.

Точність обробки не повина бути вищою точності вимірювання.

Особливе місце має аналіз експерименту – це завершальна частина, на основі якої роблять висновок про підтвердження гіпотези наукового дослідження. Аналіз експерименту  творча частина дослідження. Інколи, маючи як результат цифри, важко чітко представити фізичну суть процесу. Тому потрібно особливо пильно співставити факти, причини, що обумовлюють хід того чи іншого процесу і встановлення адекватності гіпотези і експерименту.

Розділ “Організація експерименту” детально розкритий в частині ІІ даних методичних вказівок.

Тема 8. Винахідницька робота і її особливості

8.2. Винахідництво як творчий процес. Методи пошуку нових технічних рішень

Пошук нових технічних рішень при розвязанні винахідницьких задач є творчим процесом. Технічна творчість – це цілеспрямована діяльність людини, що зосереджена та спрямована на отримання нових технічних рішень і оригінальних результатів. В основі процесу творчого пошуку лежить відповідна методологія. Розвиток методики технічної творчості та пошуку нових технічних рішень має історичний характер (табл.8.1.)

Таблиця 8.1

Класифікація методів пошуку нових технічних рішень

№ п/п	Назва винаходу	Автор	Рік винаходу
1.	Метод проб і помилок	–	2 пол. 19 ст.
2.	Правила пошуку рішень	П.К.Енгельмейєр	1900
3.	Функціонально-вартісний аналіз	Ю.М.Соболєв	1950
4.	Алгоритм рішення винахідницьких задач	Г.С.Альтшуллер	1950
5.	Використання бібліотеки евристичних прийомів	А.І.Половинкін	1969
6.	Спрямованого мислення	Н.І.Середа	1961
7.	Гірлянд випадковостей і асоціацій	Г.Я.Буш	1972
8.	Десяткових матриць пошуку	Р.П.Повілейко	1972
9.	Каталогу	Ф.Кунце	1926
10.	Організуючих понять	Ф.Ханзен	1953
11.	Систематичної еврістики	І.Мюллер і ін.	1970
12.	Морфологічного аналізу	Ф.Цвікі	1942
13.	Синектики	Дж.Гордон	1944
14.	Фокальних обєктів	Ч.Вайтінг	1953
15.	Мозкової атаки	Азі Озборн	1957
16.	Контрольних запитань	Т.Ейлоарт, Г.Буш	1969
17.	Функціонально-фізичний аналіз	Р.Коллер і ін.	-
18.	Матриць відкриттів	А.Моль	1955
19.	Семикратного пошуку	Г.Я.Буш	1964

У світовій інженерній практиці на сьогодні розроблено понад 50 методів активізації творчості, які можна розділити на три основні групи:

1. Системні (комбінаторні або гібридні) – спрямовані на послідовний аналіз усіх можливих варіантів рішень і грунтуються на аналізі будови і особливостей обєкта (морфологічний аналіз і синтез, матриці відкриттів, десяткові матриці пошуку і ін.).

2. Асоціативні (психологічної активізації творчості) – передбачають активізацію генерування ідей за рахунок психологічного переборення інерційності мислення і представляють собою безсистемний пошук розвязку задачі (метод фокальних обєктів, мозкового штурму, контрольних запитань, гірлянд випадковостей і асоціацій, синектики і ін.).

3. Програмні (алгоритмічні) – забезпечують цілеспрямований рух до вирішення задачі шляхом виявлення технічних і фізичних протиріч у відомих обєктах та їх наступного розвязання (бібліотека еврістичних прийомів, вепольний аналіз, АРВЗ, ФВА і ін.).

Розглянемо основні системні методи.

Суть методу морфологічного аналізу (МА): у системі, що вдосконалюється, виділяють декілька типових структурних (морфологічних) ознак. Для кожної ознаки складають список різних конкретних варіантів (альтернатив). Ознаки і альтернативні варіанти зображують у вигляді морфологічного ящика (таблиці, матриці), що дає можливість максимально збільшити пошукове поле для генерування нових ідей.

Приклад. Морфологічна таблиця методів подріблення стружки при обробці металів різанням (табл.8.2).

Таблиця 8.2

№ вар. (альтернатива)	Ознака дії
	А-обєкт	В-спосіб	С-характер	Д-напрямок	Е-час
1.	А1 деталь	В1 механічний	С1 постійний	Д1 направлений	Е1 до обробки
2.	А2 стружка	В2 електр-й	С2 періодичн.	Д2 скалярний	Е2 під час обробки
3.	А3 інструмент	В3 тепловий	С3 імпульсний		Е3 в проц. різання
4.		В4 хімічний			Е4 після обробки
5.		В5 магнітний

За табл.8.2 синтез методів подріблення стружки створює N=35324=360 комбінацій. Кількість варіантів можна збільшити суміщенням елементів (альтернатив), наприклад, В6=В2+В4 (електрохімічний спосіб впливу). В цьому випадку N=36324=432. Надалі аналізують всі можливі варіанти:

1. А1-В1-С2-Д1-Е3 – віброрізання, коливання деталі;

2. А1-В4-С1-Д2-Е1 – зміна хім.складу деталі з метою підвищення оброблюваності і т.д.

На наступних етапах методом пріоритетності та почергового комбінування всіх можливих варіантів вибирають 2-3 найкращих рішення.

Метод десяткових матриць пошуку грунтується на аналізі результатів системного застосування 10 еврістичних прийомів і 10 основних показників. За основні показники вибрані: 1) геометричні (довжина…); 2)фізико-механічні (вага…); 3) енергетичні (ККД…); 4) конструкційно-технологічні (транспортабельність, технологічність…); 5) надійність і довговічність (знос…); 6) експлуатаційні (продуктивність…); 7) економічні (собівартість…); 8) ступінь стандартизації і уніфікації; 9) зручність обслуговування і безпечність роботи (шум, вібрація…); 10) художньо-конструкторські показники (колір, масштабність…).

Для перетворення показників застосовують 10 груп еврістичних прийомів: 1) неологія – перенесення в дану галузь техніки нових для неї показників технічного обєкту; 2) адаптація – прийом пристосування відомих процесів, конструкцій, форм, матеріалів і їх властивостей до даних конкретних умов; 3) мультиплікація – збільшення числа показників; 4) диференціація – подріблення числа показників; 5) інтеграція – складання, зєднання, наближення показників; 6) інверсія – зміна порядку, напрямку на протилежний; 7) імпульсація ­– імпульсна зміна та перетворення в технічному обєкті (ТО); 8) динамізація – зміна в часі ваги, температури, розмірів, кольору і ін.; 9) аналогія – пошук і використання подібностей показників обєкту; 10) ідеалізація – наближення ТО до ідеального.

Систематизація прийомів та показників дозволяє побудувати матрицю 1010, в якій в рядках розміщені показники, а в стовпцях прийоми.

Асоціативні методи пошуку грунтуються на застосуванні симантичних властивостей, понять шляхом використання аналогій, їх змістових відтінків. Основними джерелами генерування нових ідей є асоціації (звязки між словами типу різець–стружка), метафори (перенесення властивостей одного предмета чи явища на інше, але з аналогічною ознакою) та випадково вибрані поняття.

Суть методу фокальних обєктів полягає у перенесенні ознак випадково вибраних обєктів на вдосконалюваний обєкт, який лежить у фокусі переносу. При цьому використовують наступну послідовність:

1. Вибирають фокальний обєкт (напр., цанга).

2. Вибирають 3-4 випадкових фокальних обєкти (сталь, дискета, книга…).

3. Складають списки ознак випадкових обєктів: легована сталь, конструкційна, кипляча, швидкорізальна і т.д.

4. Генерують ідеї шляхом приєднання до фокального обєкта ознак випадкових обєктів (легована цанга, швидкорізальна цанга і т.д.)

5. Розвивають одержані поєднання шляхом вільних асоціацій.

6. Оцінюють одержані ідеї і відбирають корисні рішення групою експертів.

Метод контрольних запитань є одним з методів психологічної активізації творчого мислення. Його мета – підвести до розвязання задачі за допомогою навідних питань, типу: перерахувати всі якості і ознаки можливого винаходу і замінити їх на інші; в уяві проникнути всередину механізму; знаходитись серед стимулюючого оточення (технічні музеї, звалища металобрухту) тощо. На практиці широко відомі списки контрольних запитань А.Осборна, Г.Буша, Д.Пірсона, Т.Ейлоарта.

Метод мозкового штурму грунтується на генеруванні будь-яких ідей і абсолютній відсутності їх критики. При цьому формується колектив із 2-х груп: 1-ша група – генератори ідей, 2-га група ­– експерти (аналітики). Задача групи генераторів полягає у формулюванні великої кількості ідей, а групи експертів – в наступній оцінці даних ідей і відборі тих, що мають зміст.

Основні правила мозкового штурму:

1. В групу генераторів входять люди ріхних спеціальностей (4-12 чол.).

2. Основна задача групи – висказати максимальну кількість ідей (будь-яких – фантастичних, помилкових, несерйозних). На проголошення ідеї надається 2-3 хв.

3. При генеруванні ідей заборонена будь-яка критика не лише словесна, але й мовчазна. Коли нові ідеї перестають поступати, ведучий зачитує вголос декілька із старих, стимулюючи творче мислення. Штурм продовжується 20-40 хв.

4. В групу експертів входять спеціалісти з даної проблеми.

5. Якщо задача не розвязана, штурм повторюють іншим складом групи генераторів.

Одним із основних програмних методів є алгоритм розвязання винахідницьких задач (АРВЗ). Метод грунтується на вченні про протиріччя і являє собою алгоритм – комплекс послідовно виконуваних дій (кроків або етапів), спрямованих на розвязання даної задачі. Зміст АРВЗ полягає в тому, щоб шляхом порівняння ідеального і реального виявити протиріччя і його причину, усунувши дану причину шляхом перебору певних варіантів.

В кожній модифікації АРВЗ розглядається три основні моменти: 1)постановка задачі і визначення протиріччя, що заважає її розвязку звичайними способами, або тими, що відомі в техніці; 2) усунення причини протиріччя з метою досягнення більш нового технічного ефекту; 3)приведення елементів вдосконалюваної системи у відповідність із замінюваним елементом.