3. Выявить знания, выходящие за предполагаемые границы проблемы, которые можно было бы использовать при трансформации проблемы.
Широкий поиск релевантных средств показал наличие больших возможностей; четыре из них, которые кажутся наиболее перспективными, приведены ниже. (Сам по себе выбор соответствующих средств требует навыка и интуиции, от которых в значительной степени зависит успешное применение метода; см. разд. 8.1.)
а) Большое количество свободного времени, которое слепые могут уделить обучению пользоваться каким-то прибором, который Позволит им увеличить их заработок.
б) Наличие в мозгу человека"распознающей машины" не поврежденной слепотой.
в) Способность мозга к распознанию главным образом по контексту и памяти и лишь частично по сигналам, соответствующим форме букв и слов.
г) Способность руки быстро двигаться, реагируя на сигналы мозга. Эту способность можно использовать для управления сканирующим устройством по методу, напоминающему движение глаз.
4. Найти сопоставимые промежуточные решения проблемы, которые проложили бы путь к частичному или полному использованию знаний из смежных областей.
Возможен следующий ряд промежуточных решений:
а) Дешевое и простое светочувствительное устройство, преобразующее явные различия между буквами и словами в звуковые сигналы.
б) Программа обучения, направленная на то, чтобы научить слепых быстро распознавать буквы и слова, используя в максимальной степени контекст и в минимальной степени звуковые сигналы, соответствующие форме букв и слов.
в) Небольшое ручное сканирующее устройство, позволяющее избежать расходов на механизированное приспособление и обеспечивающее быструю реакцию на "сигналы о пропуске", посылаемые мозгом, как только читатель схватывает из контекста значение непрочитанных еще букв, слов, выражений, предложений и т.д.
Этот пример является обобщением записей, сделанных при разработке опытного образца подобного устройства, которое должно было позволить слепым читать со скоростью примерно 100 слов в минуту. Поиск средств, обеспечивающих решение проблемы, потребовал изучения большого количества литературы по визуальному восприятию, движению глаз, восприятию азбуки Морзе, скоростной машинописи, скоростному чтению, машинам, распознающим образы, и по теории связи. Прибегли также к консультациям нескольких экспертов в данных областях. Смещение границ, потребовавшееся в данном случае для нахождения решения проблемы, показано на рис. 11.7.
11.6. Проектирование новых функций
Цель
Создание радикально новой конструкции, способной привести к новым моделям поведения и спроса.
План действий
1. Выявить функции каждого конкретного элемента существующего решения.
2. Охарактеризовать основную функцию, для которой указанные функции являются вспомогательными.
3. Охарактеризовать изменения основной функции, которые могут привести к улучшению данной проектной ситуации.
4. Объединить решения пп. 2 и 3 для получения новой основной функции.
5. Найти альтернативные решения разделения новой основной функции на вспомогательные и закрепить каждую из них за новыми конкретными элементами.
Примеры
Три первых примера являются ретроспективными попытками выработать план действий, который мог бы привести от существующих конструкций к хорошо известным новшествам, последовавшим за ними. Указанный выше план действий является результатом анализа примеров из истории техники и развит здесь как обобщенная методика, которая может оказаться полезной будущим новаторам. Четвертый пример представляет собой запись мыслей автора, возникающих при применении этой методики для решения новой для него проблемы.
Пример 1
От опасной бритвы к безопасной.
1. Выявить функции каждого конкретного элемента существующего решения.
Конкретные элементы: лезвие, ручка, ремень. Функции: бритье, управление, правка лезвия.
2. Охарактеризовать основную функцию, для которой указанные функции являются вспомогательными.
Бритье, управление и правка, вместе взятые, являются "средством для бритья волос на лице (предварительно намыленном)".
3. Охарактеризовать изменения основной функции, которые могут привести к улучшению данной проектной ситуации.
Было бы очень полезно, если бы бритье стало более безопасным занятием и отпала необходимость в правке лезвия.
4. Объединить решения пп. 2 и 3 для получения новой основной функции.
"Средство для бритья волос на лице (предварительно намыленном) с малой степенью вероятности пореза лица и без дополнительной операции правки лезвия".
5. Найти альтернативные решения разделения новой основной функции на вспомогательные и закрепить каждую из них за новыми конкретными элементами.
В результате исследований с применением некоторых из описанных в этой книге методов были выбраны следующие вспомогательные функции и элементы, предназначенные для их выполнения:
Сведения об изобретении безопасной бритвы (Джюйкс и др. [112]) говорят о том, что Жиллетт не руководствовался данной методикой. Он задался целью создать изделие разового пользования, на котором он мог бы нажить состояние. Жиллетт утверждает, что идея лезвия разового пользования "осенила" его в процессе бритья (в 1895 г.).
Цель приведенного примера — показать, что на основе ретроспективного анализа можно вывести упорядоченную методику получения изобретений и использовать ее для целенаправленного изобретательства в будущем. Точно таким же путем можно рассмотреть и новые наборы вспомогательных функций, например тот, который лежит в основе создания электробритвы.
Отыскание новых вспомогательных функций — дело очень трудное: отчасти потому, что всегда бывает много альтернативных решений, которые все проверить невозможно, отчасти же потому, что трудно судить заранее о возможности практической реализации тех или иных конкретных элементов новой конструкции. Жиллетт не поверил предсказанию изготовителей стали в 1895 г., что одна и та же марка стали не сможет обеспечить одновременно очень малую толщину и очень острую режущую кромку. Ему пришлось ждать много лет, пока усилиями его коллеги, изобретателя Никкерсона, не был найден способ изготовления этого наиболее важного элемента безопасной бритвы.
Пример 2
От лавки до супермаркета.
1. Выявить функции каждого конкретного элемента существующего решения.
2. Охарактеризовать основную функцию, для которой указанные функции являются вспомогательными.
"Способствовать обмену товаров широкого потребления на деньги покупателей".
3. Охарактеризовать изменения основной функции, которые могут привести к улучшению данной проектной ситуации.
"Торговля без задержки по вине продавца и увеличение товарооборота на одного торгового служащего".
4. Объединить решения пп. 2 и 3 для получения новой основной функции.
"Способствовать быстрому обмену дешевых товаров широкого потребления на деньги покупателей".
5. Найти альтернативные решения разделения новой основной функции на вспомогательные и закрепить каждую из них за новыми конкретными элементами.
В результате исследования сделан следующий выбор:
Реализация новых вспомогательных функций стала возможной благодаря введению расфасованных товаров, не требующих дополнительной упаковки продавцом.
11.7 Определение компонентов по Александеру
Цель
Найти правильные физические компоненты конкретной структуры, которые можно было бы изменять независимо друг от друга в соответствии с последующими изменениями среды.
План действий
1. Выявить все требования, оказывающие влияние на формирование конкретной структуры.
2. Определить, является ли каждая пара требований независимой или нет, и зафиксировать каждое решение в матрице взаимодействий.
3. Разложить матрицу на группы с тесной внутренней взаимосвязью и слабой связью между группами. Это и будут "правильные" компоненты.
4. Разработать конкретные компоненты для каждого набора требований.
5. Скомпоновать из этих новых компонентов новую конкретную структуру или ввести некоторые новые компоненты в конкретные существующие системы.
Пример
Поскольку знаменитый пример Алек-сандера с проектированием индейской деревни (Александер [4]) связан со специфическим образом жизни индейцев, неизвестным многим читателям этой книги, здесь приводится более традиционный пример. Это проблема отыскания правильной планировки для группы жилых зданий, пристраиваемых к какому-либо городу. (Пример дается по книге Чермаева и Александера [113].)
1. Выявить все требования, оказывающие влияние на формирование конкретной структуры.
Ниже дается перечень 33 требований.
1. Эффективные стоянки для личных автомобилей жителей и их гостей, наличие достаточного места для маневрирования автомобилей.
2. Места для временной стоянки автомобилей служб быта и доставки грузов.
3. Места для групп обслуживания. Навесы в местах доставки грузов и в местах ожидания. Средства информации; ящики для корреспонденции, бандеролей и грузов; места для хранения тележек.
4. Место для обслуживания и контроля коммунальных установок. Телефон электричество, водопровод, канализация система центрального отопления, газ, кондиционирование воздуха, мусоросжигательные станции.
5. Места для отдыха и прогулок. Детские площадки и площадки для игр.
6. Индивидуальные входы в квартиру. Защищенный подъезд, навес над площадкой для нескольких человек, устройства для удаления грязи с обуви.
7. Удобное и достаточно просторное место для личных встреч; общественная прачечная, помещения для хранения верхней одежды и переносных вещей, а также места для колясок, тележек, велосипедов и т.д.
8. Фильтровальные установки для очистки воздуха от запахов, вирусов, бактерий, грязи. Экраны для защиты от насекомых, пыли, мусора, сажи, отбросов.
9. Улавливатели насекомых и паразитов, заграждения от пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.
10. Одностороннее наблюдение за прибывающими посетителями. Односторонний обзор пространства у входа и въезда.
11. Места входа и въезда, которые можно надежно охранять.
12. Изоляция детей и животных от проезжей части.
13. Отделение пешеходной дорожки от проезжей части.
14. Защита водителей при переходе от зоны быстро движущегося транспорта к пешеходным зонам.
15. Предохранение мест въезда и входа от воздействий: перегрева, ветра, луж, льда и снега.
16. Противопожарная защита.
17. Четкие границы в получастной сфере: между соседями, между съемщиками и управляющим домом.
18. Четкие границы между получастной и общественной сферами.
19. Поддержание достаточной освещенности и отсутствие резких световых контрастов.
20. Контроль за источниками шума от грузового транспорта, легковых автомобилей, других машин и механизмов.
21. Контроль за источниками шума, создаваемого в общественной сфере.
22. Средства защиты жилища от городского шума.
23. Средства снижения фона городского шума в пешеходной зоне.
24. Средства защиты жилища от местного шума.
25. Средства защиты наружных зон от шума, создаваемого в прилегающих к ним зонах.
26. Возможность беспрепятственного подъезда автомобилей в часы "пик".
27. Возможность въезда и выезда автомобилей в экстренных случаях: пожар, скорая помощь, реконструкция и ремонт.
28. Переход людей из автомобилей в жилище при минимальных расстояниях и затратах сил.
29. Пешеходные тротуары без опасных или приводящих в замешательство резких изменений уровня и направления движения.
30. Безопасные и живописные места для пешеходных и велосипедных прогулок.
31. Изолированные места для свалки мусора, предотвращающие засорение окружающей среды.
32. Эффективная организация службы быта и размещение приемных пунктов.
33. Частичная защита от атмосферных воздействий пространств между стоянкой автомобилей и жилищем.
Александер указывает, что этот перечень должен включать все требования, имеющие какое-либо отношение к формированию конкретной системы.
2. Определить, является ли каждая пара требований независимой или нет, и зафиксировать каждое решение в матрице взаимодействий.
Два требования считаются взаимодействующими друг с другом, если любая попытка удовлетворить одно из них упрощает или усложняет удовлетворение другого и если такая взаимосвязь является естественной, а не случайной для этих двух требований (Александер [4] ). Матрица взаимодействий для данной проблемы показана на рис. 11.9.
Симметричность узора точек относительно диагонали, проведенной из левого верхнего угла в правый нижний, показывает, что каждое взаимодействие проявляется дважды. Поэтому труд по заполнению матрицы можно вдвое сократить без какой-либо потери информации.
Чермаев и Александер [113] приводят следующий пример, показывающий, каким путем они обнаруживают наличие или отсутствие взаимодействия:
"Рассмотрим требования, изложенные вп. 11:
"Места входа и въезда, которые можно охранять".
Если судить поверхностно, может показаться, что это требование могло бы быть связано с требованием, изложенным в п. 6 ("индивидуальные входы в квартиру"), поскольку оба они связаны с физической возможностью что-то закрывать. Но наличие контролируемого закрывающего устройства не обеспечивает эффективного преграждения или облегчения доступа внутрь. С другой стороны, хотя в п. 11 не упоминаются акустические аспекты, если подумать о физическом воплощении устройства, например о весе, размере и плотности подгонки двери к косякам, то сразу можно увидеть связь между требованиями пп. 11 и 21 — регулирование шума. Конечно, сам тот факт, что вход или доступ должен контролироваться, с проблемами шума никак не связан. Но если вход должен полностью закрываться, значит, дверь должна быть плотно пригнана, а это качество и относительно небольшие размеры дверей, как и простота их конструкции, позволяют легче решить проблемы защиты от шума и атмосферных воздействий".
Это объяснение довольно трудно понять. В требованиях п. 11 указывается, что места доступа должны "охраняться", что скорее наводит на мысль о мерах безопасности, чем о защите от атмосферных явлений. Может возникнуть мысль и о том, что "охрана" двери имеет отношение к требованию п. 6 — обеспечению индивидуального входа, а что п. 21 "контроль за источниками шу-
ма, создаваемого в общественной сфере", относится к снижению шума автомобилей, а не к плотности закрывания дверей.
Трудно понять, каким образом автор пришел к решениям, зафиксированным в матрице (рис. 11.9), и вполне вероятно, что другие специалисты могли бы выявить совсем другие модели взаимодействия. В ответ на эти критические замечания Александер прислал автору объяснения по поводу того, что он имел в виду под "индивидуальным входом" и "контролем за источниками шума"; при этих субъективных значениях схема взаимодействия приобретает смысл. Он
разъясняет, что метод может быть полезен проектировщику лишь в ограниченной мере, позволяя ему осознать структуру его собственных размышлений, но не является средством проверки этих мыслей по отношению к реальной действительности.
3. Разложить матрицу на группы с тесной внутренней взаимосвязью и слабой связью между группами. Это и будут "правильные" компоненты.
Имеется несколько вариантов первоначальной машинной программы, использованной Александером и Мангеймом [114] для декомпозиции матрицы. В
11.8. Классификация проектной информации
Цель
Разделить проектную проблему на поддающиеся решению части.
План действий
1. Записать на отдельной карточке каждую единицу информации, собранной в результате исследования проектной ситуации.
2. Классифицировать карточки по альтернативным наборам категорий до тех пор, пока не будет найден набор, соответствующий как зафиксированным данным, так и субъективной точке зрения проектировщика на проблему.
3. Использовать отобранные наборы категорий как основу для индексации информации, собранной на более позднем этапе, для разбивки проблемы на части с целью последовательной или параллельной работы над ними, а также для пробной идентификации переменных величин и взаимосвязей между ними.
4. Пересмотреть классификацию на более позднем этапе, если появятся противоречивые доказательства, изменятся задачи или точка зрения проектировщика на проблему.
Пример
"Описать и проанализировать проблему автомобильного сиденья" в качестве основы для исследований и разработок, финансируемых фирмой - изготовителем автомобильных сидений. Эта работа была начата в 1962 г. для фирмы "Кокс оф Уотфорд, Лтд" (ныне "Кокс оф Ноттингем", Англия) и выполнена автором и его коллегами (Джонс, Грей и Уорд [116]) совместно с сотрудниками отдела дизайна фирмы-изготовителя.
1. Записать на отдельной карточке каждую единицу информации, собранной в результате исследования проектной ситуации.
Задача, поставленная изготовителем так, как она сформулирована выше, была понята как поиск переменных, которые:
а) в значительной степени влияют на комфортность автомобильного сиденья;
б) могут контролироваться изготовителями автомобильных сидений.
Было решено составить максимальную по объему и по разнообразию выборку информации по автомобильным сиденьям, какая только могла быть быстро собрана группой из трех человек, работающих неполный рабочий день в течение 2—3 месяцев. В качестве источников информации использовались:
Публикации: научные доклады по антропометрии, о реакциях человека на вибрации, о положении "сидя" и т.д.; технические доклады инженеров и других специалистов, отвечающих за проектирование сидений; автомобильные журналы (в особенности объявления о новых изобретениях, улучшающих комфортность сиденья) .
Интервью: со специалистами, занимающимися исследованиями комфортности сидений; с людьми, которым приходится
много ездить, например коммивояжерами, шоферами грузовых машин и такси.
Наблюдения: запись на ленте объективных показателей, проведенная исследовательской группой во время специально предпринятых поездок на большие расстояния, по хорошим и плохим дорогам, в автомобилях разного типа.
Оценка конструкций: критические замечания и суждения о конкретных конструкциях сидений, в особенности тех, что создаются для американских автомобилей будущего, и специальных сидений для гоночных автомобилей.
Мозговая атака: длительная свободная дискуссия при одновременном прослушивании записей и ознакомлении с данными, полученными из перечисленных выше источников.
Каждая мысль и каждый факт, представляющие интерес, записываются на отдельную карточку. Вот примеры типовых записей:
"При повороте возникают боковые усилия".
"Слегка поворачивать сиденья при повороте автомобиля, чтобы пассажиры частично были обращены лицом в сторону поворота?"
"Неприятные ощущения от неудобства сидения проходят медленно". "Некоторые предпочитают водить машину, вытянув руки вперед, другие - нет". "Мягкое сиденье, создающее приятное ощущение комфорта в демонстрационных залах, может при длительных поездках оказаться очень неудобным". "Предусмотреть для инвалидов специальное сиденье, выносимое в случае аварии вместе с человеком". "Есть ли действительно основания не устанавливать сиденье над задней осью?" "Централизованное управление для двух лиц, сидящих впереди, - пассажира и водителя (как в автомобилях будущего) ".
"По-видимому, водители не могут хорошо отрегулировать более двух независимых положений сиденья". "Себестоимость изготовления автомобильных сидений должна быть невысокой". "Во время тестов с сиденьями, допускающими различные положения тела, люди меняют его каждые пять минут".
"Плохо обеспечена деятельность пассажиров во время длительных поездок — нет приспособлений для приема пищи, чтения, письма и т.д.".
"Подголовник может предотвратить травму шейных позвонков". "Неудобство сидения из-за отсутствия движений и плохой циркуляции крови". "Аккерблом не рекомендует опоры в области бедер - автомобильная промышленность считает это необходимым". "Джэклин предлагает следующую шкалу чувствительности к вибрациям: по вертикали 1, в продольном направлении 8, в поперечном направлении 16". "Во время дорожных испытаний верхняя часть тела и голова пассажира подвергались в два раза большей вертикальной вибрации, чем у водителя". "Во время езды по неровным дорогам удобнее сидеть, не откидываясь на спинку сиденья".
"Замечено, что во время езды водители автобусов делают больше ненужных движений".
"Противоречие между наилучшими позами в состоянии настороженного внимания и в состоянии отдыха".
Сбор информации продолжался до тех пор, пока в разных источниках реже стали появляться новые данные и чаще повторяться старые. Это было принято за доказательство того, что ни одна важная часть проблемы не упущена.
Всего было составлено 350 карточек.
2. Классифицировать карточки по альтернативным наборам категорий до тех пор, пока не будет найден набор, соответствующий как зафиксированным данным, так и субъективной точке зрения проектировщика на проблему.
Были выбраны следующие критерии классификации:
а) классификация должна охватывать все 350 элементов;
б) большинство элементов относится только к одной категории;
в) выбранные категории указывают на определяющие факторы комфортности сиденья или на возможность для изготовителя улучшить ее.
Многие системы классификации были от-