24

Международный университет

научно-технического творчества и развития

Неалгоритмические методы решения задач

Конспект лекций

Преподаватели - Герасимов О.М.

Захаров А.Н.

Санкт-Петербург

1996 г.

Тема № 1. Метод проб и ошибок (мПиО)1

Народ о МПиО:

Пословицы: Семь раз примерь, один раз отрежь.

Песни: Если долго мучиться, что-нибудь получится. Сделать хотел грозу, а получил козу, сделать хотел утюг, - слон получился вдруг.

Сказки: Репка (несколько попыток уборки урожая), Курочка Ряба (несколько попыток разбить яйцо), Три медведя (несколько попыток выбрать стул, похлебку, кровать), Лиса, заяц и петух (несколько попыток выгнать лису), Сказка о попе и работнике его Балде (несколько попыток чертей победить Балду), Сказка о царе Салтане (несколько попыток угодить царю), Сказка о рыбаке и рыбке (несколько попыток рыбалки).

1. Примеры решения задач из разных областей техники с помощью МПиО:

Конструктор ЗИЛа И.Г.Шаров, самобытный инженер-изобрета­тель, прекрасно рисовал, сочинял хорошую музыку, писал стихи:

Это пишется и рвется,

Это корчится в корзине.

Это трудно, как в пустыне

От колодца до колодца...

(Захарченко В.Д. Это Вы можете. Приглашение к творчеству. М., "Молодая гвардия", 1989, с. 174).

1720	Пылеуловители проектируют, моделируя пыль маленькими шариками. А в действительности - это пластинки, чешуки, рыхлые образования… Результат - до 70% пыли циклоны не улавливают! В сознании засела картина “Натюрморт с раковинами”, через год родилась оригинальная конструкция циклона 000.23130.321000 А если бы картину О. Жолондковский ранее не видел?
1830	История разработки бутылки с горючей смесью для борьбы с танками: ведро с бензином, вата, спички - в бою практически не применить самовоспламеняющаяся смесь - очень опасно Любой химик со школы знает, что есть жидкости, которые в отдельности не опасны, а вместе образуют самовосплменяющуюся смесь 000.22720.321000 МПиО. А нужные знания - в учебнике!
1910	Многие измельчительные установки имеют КПД не более 1%. Взрывы, движение частиц со скоростью звука и удар о твердую стенку, электрический пробой в жидкости, замораживание и разгрев, воздействие ИК-излучением - нужный результат не получался. Решение - использовать пружину… 000.23100.321000 МПиО в чистом виде
2053	Многочисленые попытки (добавки в расплав, прессование, лазер) нанести антифрикционный материал дисульфид молибдена на баббит. От отчаяния попробовали аппарат для плазменного напыления, и все получилось… 000.23130.321000 МПиО во всей красе
2476	Долго мучались при сверлении твердых материалов: использовали алмазными или корундовыми монокристаллами с подсыпкой алмазного абразива. Случайно увидел обломок иглы от швейной машины - готовое сверло! 000.23130.321000 МПиО во всей красе
3297	До тех пор пока теория плетется в хвосте технологической практики, конструкторская деятельность человека во многом напоминает используемый эволюцией метод «проб и ошибок». Подобно тому как эволюция «опробует» приспособительные силы животных и растений, создавая «головные образцы» - мутанты, инженер исследует реальные возможности новых изобретений, летающих устройств, транспортных средств, машин, часто прибегая к созданию уменьшенных моделей. Именно такой метод эмпирического отсева ложных решений и возобновлений конструкторских усилий сопутствовал открытиям (?)2 XIX века: лампочке с угольной нитью, фонографу, динамомашине Эдисона, а еще раньше - локомотиву и пароходу. Подобный прием привел к представлению об изобретателе как о человеке, которому для достижения цели не нужно ничего, кроме искры божьей, здравого смысла, терпения, клещей и молотка. Однако это расточительный метод; он почти столь же расточителен, как и деятельность биоэволюции, эмпирические приемы которой, отнимавшие миллионы лет, поглощали гекатомбы жертв, этих «ложных решений» задачи о сохранении жизни, поставленной в новые условия. С.Лем. Сумма технологии. М, «Мир», 1968, http://lib.ru/LEM/summa.htm 130.20000.321000 Подтверждение правоты идеи ГСА о расточительности МПиО. Но задача осталась та же самая – сохранение жизни.

- осада Трои, деревянный конь ахейцев (карт. № 675);

0675	Ахейцам, осаждавшим Трою, по легенде, понадобилось 10 лет, чтобы додуматься до уловки с деревянным конем! 000.22720.321000 МПиО в действии, апофеоз…

- случайно удалось добиться растяжения частиц дробящегося материала (карт. № 679);

0679

Максимальное измельчение материала наступает, когда в нем создаются растягивающие напряжения (микротрещины не залечиваются, а растут). Неожиданно для ученых (?) конусная дробилка стала выдавать сверхтонкий помол: конус износился, стал совершать еще и маятниковое движение. Но специально создать такой привод не удалось… Однажды на молокозаводе (??) специалист по размолу заметил, что вал молочного сепаратора совершает нужное вращательно-маятниковое движение… 000.22410.321000 МПиО - не слишком ли много случайностей???

- защита автомобильной фары от загрязнений (карт. № 666);

0666	При формулировании требований к защите фары автомобиля от грязи пришли к мысли, что нужен прозрачный заградитель, но такой, чтобы сам не загрязнялся. Однажды я обратил внимание на днище вездехода на воздушной подушке (ВВП): оно оказалось сухим даже после движения по влажной дороге… 000.23340.321000 МПиО в действии. А если бы автор не видел ранее ВВП?!
1518	Самоочищающаяся фара (ас 998169): щетка + подача воды… Анализ известных способов очистки фар: механические дворники сложны, малоэффективны водяные форсунки неэкономичны А если не допускать загрязнения? Нужен прозрачный заградитель, но чтобы сам не загрязнялся… 000.23340.32100 МПиО: поиски, поиски… А ведь как просто сформулировать ИКР по правилам ТРИЗ

- способ дробления горных пород ударным способом (карт. № 661);

0661

Отбойный молоток - точечное разрушение породы, а площадь забоя большая - маленькая производительность. С.Кишкашев перебрал десятки вариантов, но решение не находилось. Но однажды, когда жена начала красить валиком стену, мелькнула идея: цилиндр при качении разворачивается в плоскость! На трубу наварим зубья и покатим по забою, добавим вибрацию… 000.23110.321000 МПиО в действии. ЗРТС - развитие инструмента “по Кошкину” - точка à линия à плоскость à объем

1.1. Новая личина МПиО:

- Т.Эдисон, создание НИИ (карт. № 676);

0676	Т.Эдисон в своих лучших изобретениях…воплотил в жизнь новый метод решения прикладных задач, основанный на тщательно продуманных и хорошо организованных экспериментах. Он создал первый НИИ… 000.22420.321000 МПиО в новой личине: экспериментируют большие коллективы…

- математическое моделирование и компьютер - современный антураж МПиО (карт. № 855).

0855	Моделирование на ЭВМ делает ненужным создание экспериментального образца, поднимает гибкость и экономичность исследований 000.22420.322410 Прием - использование копий (переход от механических копий к электронным)

- команда из клуба “ЧГК” может быть городской службой решения задач (карт. № 2163).

2163	Команда «знатоков» может быть городской службой решения задач. Звонок по телефону, - команда мозговым штурмом или логическим методом находит нетривиальное решение. 000.23000.311000 МПиО - метод знатоков из «ЧГК». И это сказано тогда, когда есть ТРИЗ-консультанты

1.2. Задачи, которые решают с помощью метода проб и ошибок:

Как доказать способность бетонного сооружения выдержать па­дение реактивного самолета? Для решения этого важного вопроса, речь идет о куполах АЭС, хранилищ радиоактивных и отравляющих веществ, на опытном полигоне в одном из штатов США бросают на таран "Фантомы", которые стоят десятки миллионов долларов. До­рого, но дешевле Чернобыля. (МИ 0126, "Изобретатель и рационализатор", 1/91).

2. МПиО - исторически сложившийся метод решения задач:

- процесс выделения человека из мира животных начался примерно 2 млн. лет назад: охота, рыболовство, собирательство. Применение подручных средств (камень, палка), потом - производство примитивных орудий (заостренная палка-копалка, более острый камень). Длившееся тысячелетиями совершенствование заостренной палки привело к созданию мотыги, лопаты, плуга...

- Т.Эдисон - 10 тыс. опытов для создания щелочного аккумулятора, 50 тыс. опытов в поисках материала для нити лампы накаливания.

- Ч.Гудьир - многочисленные опыты с целью повысить стойкость натурального каучука;

- О.К.Антонов - создание оперения для “Антея”³

- С.С.Брюхоненко, изобретение аппарата “искусственное сердце-легкое”, 1975 г.

Самое сложное - напитать кровь кислородом. Поверхность бронхов легких человека, где кровь обогащается кислородом, равна почти Красной площади! Как добиться такой площади соприкосно­вения в небольшом аппарате? Цель казалась недостижимой.

Однажды я, как всегда, утром брился в ванной. И вдруг у меня мелькнула мысль: нашел, нашел... На эту мысль меня натолкнула пена, падавшая с помазка на раковину умывальника. Надо просто вспенить кровь с помощью кислорода! Именно это открытие оказалось решающим в конструировании аппарата.

(Захарченко В.Д. Это Вы можете. Приглашение к творчеству. М., "Молодая гвардия", 1989, с. 43).

В.Ф.Гудов, изобретатель метода механического сшивания кро­веносных сосудов, переключился на использование ферромагнети­ков для лечения тяжелых заболеваний, например, рака...

Нужно, чтобы принимаемое лекарство действовало лишь на больной орган. В.Ф.Гудов поставил перед собой необыкновенно сложную задачу: доставить препарат непосредственно к опухоли.

Необходимый транспорт - кровь. Но как удержать лекарство в нужной точке? У Гудова сработала инженерная интуиция: осадить лекарство на тончайшую ферромагнитную пыль, подмешать к кро­вотоку, задержать магнитом в нужном месте.

Мысль работает дальше: разогревать ферромагнетик до нужных 43,5^оС - губительная температура для раковых клеток, а для клеток тела человека - 45,5^оС. Как не перейти границу? Введение термо­метра - очень грубо и сложно. Случайно помощь пришла из астро­физики: температуру можно измерить с помощью замера радио­излучения тела.

Итак, ЭВМ следит за перемещением ферромагнитных частиц в организме, нагревает их до нужной температуры, удерживает тем­пературу нужное время...

Десятки ученых создают ЭВМ, многие НИИ разрабатывают эле­менты схемы...

(Захарченко В.Д. Это Вы можете. Приглашение к творчеству. М., "Молодая гвардия", 1989, с. 48).

3. О современных задачах и их решениях - сложные задачи, задач много, времени на решение мало. Требования к образованию:

- приобретение навыков постоянного самообразования и умения творчески мыслить (карт. № 889);

0889	Быстрый рост научной информации и учащение технических переворотов: ... смещение центра тяжести образования в сторону приобретения навыков постоянного самообразования и умения творчески мыслить 000.22200.332000 Научить человека умению жить в изменяющемся мире см. 1681, 1853, 1736

- надо готовить людей к неопределенному будущему (карт. № 1736).

1736

4. “Творцы”: рецепты творчества, пояснения к процессу.

- творческий процесс - это непрерывная работа, непрерывные неудачные попытки... (карт. № 1694);

1694

П.С.Александров: Творческий процесс - это непрерывная работа, непрерывные неудачные попытки. Рухнувшие гипотезы вбирают в себя 99% всех творческих усилий, и лишь изредка прерываются кратковременным успехом. Этот успех - как крупица золота после тонн промытого песка… 000.22000.321000 Сколько можно говорить о творчестве, как о многочисленных бесплодных попытках и лишь о мгновении удачи!?

- об интуиции и озарении (карт. № 664);

0664	Творческое вдохновение - это мобилизация всех духовных сил человека на самое красивое и самое простое техническое решение. В большинстве случаев это скорее счастливая концентрация духовных сил… 135.22300.330000

0663
0662

4.1. Методы, упоминаемые М.Трингом (Как изобретать?, М., Мир, 1980, с. 100):

а) Насилие на собой - устанавливаются жесткие сроки, и изобретатель заставляет себя упорно размышлять над задачей, пока не появится возможное решение (Т.Эдисон запирался в маленьком буфете и просиживал там многое часы, размышляя над лампой накаливания);

б) “Высиживание” - на листе бумаги пишется условие задачи и вносятся заметки, поправки и пр. Процесс может длиться неделями и месяцами, пока не забрезжит свет и не появится идея решения. Большое подспорье - техника “случайного поиска” (поиск 1 книги по интересующему вопросу, а затем просмотр книг, стоящих на полке рядом!).

в) Синектика или “мозговой штурм” (для поиска оригинальных решений трудных и важных задач).

г) Систематический метод - составляется таблица или список всех возможных решений, которые затем поочередно обдумываются. Вариант способа - проводятся всевозможные лабораторные эксперименты без ясной цели (!), но в надежде на то, что какое-то наблюдение даст ключ к решению задачи.

5. Чему учить новых творцов? И как?

Важнейшую роль в создании новой техники по-прежнему играют индивидуальные таланты, способные так или иначе предвидеть бу­дущее и опирающиеся на цельное восприятие окружающего мира. Имено эти качества помогают, по-видимому, преодолеть "психологический пресс" и обнаружить верные решения в без­брежном океане "пустышек" и псевдоизобретений.

Весьма вероятно, что такие таланты, роднящие инженеров-нова­торов с художниками, могут быть выявлены с детства и развиты особыми игровыми методами...

(Силин А.А. На тропе в будущее. Размышления о судьбе изобре­тений и открытий. М., "Знание", 1989, с. 205.)

Для подготовки новых Дедалов требуется какой-то совсем новый тип учебных задач. Специфика инженерного творчества далеко не раскрыта, и задачи, предлагаемые будущим кулибиным и эдисонам, нередко бьют мимо цели.

(Силин А.А. На тропе в будущее. Размышления о судьбе изобре­тений и открытий. М., "Знание", 1989, с. 146.)

Принятие решений в системах управления на всех уровнях на­родного хозяйства часто связано с дефицитом времени: лучше при­нять не самое хорошее решение, но в требуемый срок...

(Системный анализ в экономике и организации производства. Уч. для ВУЗов. Л., "Политехника", 1991, с. 67)

Основные направления повышения квалификации специалистов - создателей эффективных технологий:

- непрерывность обучения;

- обучение экономическим знаниям;

- обучение психологии общения;

- экологическое образование;

- гуманизация научно-технического образования;

- обучение работе с информацией (ЭС, ЭВМ);

- обучение инженерному творчеству.

(Александров Л.В. и др. Роль изобретений в разработке эффек­тивных технологий. М., ВНИИПИ, 1991, с. 78)

6. Почему плох МПиО :

6.1. Для решения сложной задачи, а именно такие задачи надо решать, трудно сделать большое количество проб:

Число проб	Уровень	Комментарий
До 10 проб	1	От 80 до 90% всех решаемых задач относятся к этим уровням.
До 100 проб	2
До 10 тыс. Проб	3
До 1 млн. Проб	4
Свыше 1 млн. проб	5

6.2. Нет гарантии, что решение лежит на линии развития данной системы.

6.3. Нет гарантии, что решение является наилучшим.

6.4. Трудность, а чаще всего невозможность перейти к решению задачи, относящейся к другой области техники.

6.5. Нет способов описания систем с помощью специального языка (для выявления возможной общности задач и способов решения).

6.6. Неалгоритмичность работы (работа в 1 шаг).

6.7. Нет системы подсказок из уже решенных задач.

6.8. Неучет свойств человеческой психики вообще, психики конкретного человека в частности. Источник ПИ - экономия энергии при работе мозга (карт. № 650).

6.9. МПиО не развивается. Хотя, если быть точным, есть его модификации, но принцип остался прежним: раскачка психики...