3.4.2. Розвиток методики винахідницької творчості

Із часів появи перших технічних пристроїв і простих механізмів людство безупинно ставить перед собою й вирішує винахідницькі завдання різної складності й значення. Людей не залишає потреба створювати об'єкти техніки, здатні полегшити їхню працю, зробити її більше ефективною і продуктивною. Довгий час творчість була долею деяких і вважалося привілеєм обдарованих особистостей. З розвитком науки стало ясно, що технічний прогрес вимагає зусиль великої кількості спеціально підготовлених людей. Стало зрозумілим, що творчість - це «ремесло», якому потрібно вчитися. Але щоб учитися творчості, спочатку потрібно пізнати його закономірності.

Перші спроби зрозуміти закономірності творчого мислення були початі видатними вченими-філософами стародавності Архімедом, Гераклітом, Сократом, а пізніше А. Бэконом, Р. Декартом, Г. Лейбницем і ін. Вони в основному ставили перед собою завдання пізнати таємниці процесів мислення з філософської точки зору. Але навіть те, що було створено цими геніальними вченими, довго не знаходило практичного застосування через те, що не існувало вираженої потреби в масовій творчості.

У другій половині XIX в. з'явилися перші спроби пояснити процес рішення технічних завдань із психологічної точки зору. Дослідники вивчали особистість винахідника, шукали в ньому щось незвичайне, виняткове, намагалися встановити зв'язок між психічними захворюваннями й геніальністю, говорили про особливий склад крові винахідників і т.п. І тільки на початку XX в. поступово почала затверджуватися думка, що творчі задатки є майже у всіх людей. Це послужило серйозним поштовхом до вивчення процесів евристичної діяльності, методів пошуку творчих рішень, до підготовки людей до творчої праці.

Оскільки в той час на озброєнні винахідників був єдиний метод «проб і помилок», дослідники їм і зайнялися. Їх цікавило головне питання: яким чином деяким винахідникам вдається при наявності великої кількості проб і помилок вирішувати складні завдання, скоротивши до мінімуму їхнє число? У процесі пошуку відповіді з'ясувалося, що для творчої діяльності характерні певні закономірності, які можна використати для створення результативних методів пошуку рішень творчих завдань. Їх можна розділити на чотири групи.

1. Методи випадкового пошуку: «мозковий» штурм, записна книжка Хефеле, метод фокальних об'єктів, метод гірлянд асоціацій, метафор, система Кэрус, правила Тринга й Лейтуєйта, списки контрольних питань по А. Осборну, Ейлоарту, Д. Пойа, метод синектики, інтегральний метод Метра.

2. Методи функціонально-структурного дослідження об'єктів: метод морфологічного аналізу, метод матриць відкриття, десяткові матриці пошуку, метод комбінаторики, метод східчастого підходу до рішення винахідницьких завдань, метод функціонального винахідництва, алгоритмічний винахідницький метод конструювання по каталогах, системне конструювання по Хейзену, венольний аналіз по Тьякве, метод конструювання Колера, синтез виробів, тощо.

3. Методи логічного пошуку: метод Бартини, узагальнений евристичний алгоритм пошуку нових рішень, функціонально-вартісної аналіз, алгоритм рішення винахідницьких завдань (АРВЗ), теорія рішення винахідницьких завдань (ТРВЗ).

4. Проблемно-ориєнтовані методи: фундаментальний метод проектування Метчетта, індукування психоінтеллектуальної діяльності (ІПІД) і інші.

Методи першої й другої груп («мозковий штурм», синектика, методи фокальних об'єктів, контрольних питань, морфологічний аналіз) базуються на двох загальних механізмах - асоціативному мисленні й свідомо випадковому характері пошуку. Вони прості у використанні, але не пов'язані із сутністю об'єктів дослідження.

Методи третьої й четвертої груп (АРВЗ, ТРВЗ, функціонально-вартісний аналіз і ін.), навпаки, більше складні у використанні, але взаємозалежні із сутністю об'єктів застосування (табл.3.6)

Таблиця 3.6

Методи пошуку нових винахідницьких рішень

Країна й назва методу	Автор
Великобританія Метод фундаментального проектування Метод контрольних питань Метод функціонального винахідництва Метод розчленованого проектування Метод ліквідації тупикових ситуацій Метод трансформації системи	Е. Метчетт, 1966 Т. Ейлоарт, 1969 К. Джонс, 1970 К. Джонс, 1972 К. Джонс, 1972 К. Джонс, 1972
НДР Метод організуючих понять Метод конференцій ідей Метод систематичної евристики Метод функціонально-вартісного аналізу	Ф. Ханзен, 1953 В. Гильде й ін., 1970 И. Мюллер і ін., 1970 X. Еберт, К. Томас, 1971
Германія Метод каталогу	Ф. Кунце, 1926
СРСР Алгоритм рішення винахідницьких завдань (АРВЗ) Метод спрямованого мислення Метод семиразового пошуку Психоевристичне програмування	М. Альтшуллер, 1959 Н. Середа, 1961 М. Буш, 1964 В. Чавчанидзе, 1968

Продовження таблиці 3.6

Метод використання бібліотеки евристичних прийомів Системно-логічний підхід до рішення винахідницьких завдань Метод гірлянд випадків і асоціацій Метод десяткових матриць пошуку Узагальнений евристичний алгоритм	А. Половинкин, 1969 В. Шубін, 1972 М. Буш, 1972 Р. Повилейко, 1972 А. Половинкин, 1976
США Метод морфологічного аналізу Метод синектики Метод контрольних питань Метод контрольних питань Метод відомостей характерних ознак Метод мозкового штурму Метод контрольних питань Метод фокальних об'єктів Метод аналізу витрат і результатів Метод записної книжки Хефеле Метод творчого інженерного конструювання Метод контрольних питань Метод раціонального конструювання Метод східчастого підходу до рішення завдань Метод музейного експерименту	Ф. Цвіккі, 1942 В. Гордон, 1959 Д. Пойа, 1945 Р. Кроуфорд, 1954 Р. Кроуфорд, 1954 А. Осборн, 1953 С. Пирсон, 1957 Ч. Вайтинг, 1958 Ю. Фангу, 1959 Д. Хефеле, 1956 М. Буль, 1960 А. Осборн, 1964 Р.Мак-Крори, 1966 А. Фрейзер, 1969 Колект. авт., 1970
Франція Метод «матриць відкриття» Метод «Креатике» Інтегральний метод «Метра»	А. Моль, 1955 Колект. авт., 1970 И. Бувени ін., 1972
Чехословаччина Метод комплексного рішення проблем	С. Кручений, 1967

Розглянемо найпоширеніші з них.

Методом «проб і помилок» винахідники користувалися й користуються при рішенні різноманітних технічних завдань. Суть його полягає в тім, що винахідник перебирає всілякі варіанти рішення завдання й серед них знаходить той, котрий задовольняє поставленим вимогам. Не можна вважати, що в цьому випадку він діє навмання, адже при цьому йому довелося б навіть при рішенні простого завдання випробувати необмежену кількість варіантів. У цьому випадку проявляється інтуїція, використовується аналогія, спостережливість і ін. Багато чого в успіху рішення творчого завдання залежить від досвіду винахідника, його загальної ерудиції, інтелекту, таких рис особистості, як наполегливість, зосередженість і т.п. Однак недоліком методу «проб і помилок» є те, що не можна розібрати хоча б наближену методику його використання. При рішенні кожного нового завдання винахідникові доводиться діяти по-новому. Тому метод «проб і помилок» трудомісткий, а його використання не гарантує успішного рішення завдання. Однак досвід показує, що його основні риси тією чи іншою мірою проявляються майже у всіх сучасних методах пошуку рішень творчих завдань.

Метод «мозкового штурму». Наприкінці 30-х років у США з'явився й остаточно сформувався метод, що американський інженер Алекс Осборн назвав «мозковим штурмом».

Помітивши, що одні винахідники більше схильні до генерування ідей, а інші - до їхнього критичного аналізу, А. Осборн запропонував доручити пошук рішень технічних завдань колективу, що складається із груп таких «генераторів» і «експертів».

Метод простий і передбачає наявність наступних етапів:

підготовчого;

генерації ідей;

аналізу й оцінки ідей.

Були розроблені наступні правила «мозкового штурму» (МШ).

Оптимальна кількість людей, що вирішують пошукове завдання даним методом, повинне становити 12-25 чоловік. У групу «генераторів» включають людей з бурхливою фантазією, схильних до абстрактного мислення, але не скептиків; не можна в групу включати людей, присутність яких може в якійсь ступені стиснути інших (наприклад, керівників і підлеглих). Бажано, щоб до складу цієї групи ввійшли й фахівці-суміжники, і один - два фахівці з боку, що не мають відношення до розв'язуваного завдання.

У групу «експертів» уводять людей з аналітичним, критичним складом розуму. Керує «сесією» ведучий - найбільш досвідчений учасник «мозкового штурму».

Основне завдання «генераторів» полягає у пропозиції максимальної кількості ідей рішення пошукового завдання (у тому числі ідей фантастичних, а іноді жартівливих). Ідеї протоколюються або фіксуються за допомогою магнітофона. Завдання «експертів» складається у відборі прийнятних ідей. Ведучий, не прибігаючи до наказів і критичних зауважень, задає питання, іноді підказує й уточнює висловлення учасників обговорення, стежить, щоб бесіда не переривалася.

Тривалість «сесії» залежить від складності розв'язуваного завдання, але не повинна перевищувати 30-50 хвилин.

Між учасниками «мозкового штурму» повинні бути встановлені вільні й доброзичливі відносини. При генерації ідей дозволяється всяка критика, скептичні посмішки, жести й міміка. Треба, щоб ідеї, висунуті одним учасником, підхоплювалися й розвивалися іншими.

Аналіз ідей групою «експертів» проводиться дуже уважно. Без ретельного аналізу не повинні бути відкинуті навіть самі фантастичні або абсурдні ідеї. При цьому в ході аналізу ідеї оцінюється (на приклад, по 10- бальній системі) і враховується думка кожного «експерта». У випадках розбіжностей в оцінці проводять додатковий аналіз.

Якщо «сесія» закінчилась безуспішно, потрібно замінити склад груп або змінити формулювання завдання, залишивши кінцеву мету.

Подвійний прямий мозковий штурм (МШ) уперше був застосований у СРСР. Суть його полягає в тім що після проведення МШ робиться перерва від 2-х годин до 2- 3-х днів і ще раз повторюється прямий МШ.

Практика показала що при проведенні прямого МШ по одному й тому ж завданню часто виявляються найцінніші, практично корисні ідеї або вдалий розвиток ідей першої наради, тобто під час перерви включається в роботу потужний апарат рішення творчих завдань - підсвідомість людини, що синтезують несподівані фундаментальні ідеї.

Зворотний і прямий мозкові штурми (прогнозування й розвиток техніки). Розвиток технічного об'єкта являє собою повторюваний цикл: існуючий виріб - виявлення недоліків - усунення недоліків у новій серії виробів. Цю закономірність можна використати для уявного моделювання й прогнозування розвитку класу виробів, що цікавить. Для цього спочатку:

за допомогою зворотного МШ виявляють всі недоліки існуючого виробу й виділяють серед них головні;

проводять прямий МШ для усунення виявлених головних недоліків і розробляють ескіз нового технічного рішення, у якому, по можливості, усунуті або враховані ці недоліки.

Прямий і зворотний мозкові штурми (прогнозування недоліків технічного об'єкта). Для цього спочатку проводять прямий МШ і роблять ескізи на найбільш перспективні технічні рішення, потім зворотний МШ і виявляють можливі недоліки цих технічних рішень.

З метою збільшення часу прогнозування цей цикл має сенс ще раз повторити, тобто знову провести прямий МШ для усунення виявлених майбутніх недоліків і розробки відповідних ескізів технічних рішень, стосовно яких ще раз виконується зворотний МШ.

Мозковий штурм із оцінкою ідей. Призначений для рішення складних конструкторських завдань і виконується в три етапи.

Перший етап (перша нарада). Проводять прямий МШ. Складений загальний список ідей передається кожному учасникові наради. Кожний учасник одержує завдання індивідуально (не залежно від інших) відібрати із загального списку від трьох до п'яти загальних ідей із вказівкою їхніх переваг. При цьому дозволяється додавати свої ідеї.

Другий етап (друга нарада). Кожний учасник повідомляє про відібрані їм (або запропонованих додатково) 3-5 ідеях із вказівкою їхніх достоїнств. По кожній ідеї проводиться короткий (5-10 хв.) МШ із метою: висування ідей по поліпшенню запропонованого варіанта; виявлення недоліків; висування ідей по усуненню недоліків.

При цьому однакові ідеї повторно не обговорюються.

У результаті обговорення складають таблицю позитивно-негативної оцінки ідей (достоїнства й недоліки ідей).

Кожному учасникові дається завдання вибрати з таблиці незалежно від інших 1-2 найкращих варіанта й представити по них ескізи технічного рішення.

Третій етап (третя нарада). Обговорюються представлені ескізи з метою ранжирування їх від кращих до гіршого. Складаються пропозиції з описом найкращих технічних рішень. При цьому ескізи можуть бути додатково пророблені й деталізовані.

Метод синектики. Подальшим розвитком «мозкового штурму» став метод пошуку творчих рішень, запропонований В. Дж. Гордоном і названий їм синективним. У перекладі з грецького, це - сполучення різнорідних елементів.

На відміну від «мозкового штурму», для синектики формують постійні групи людей (оптимальний склад 5-7 чоловік) різних спеціальностей з обов'язковим попереднім навчанням. Курс навчання розрахований на рік. Спочатку члени навчальної групи (їх називають синектори) живуть разом. Потім проводять разом тиждень на місяць, інший час працюють у своїх фірмах. Із сьомого місяця й до кінця навчання для них організують зустрічі для рішення пошукових завдань. Основна мета навчання, крім підвищення рівня професійних знань, - створити колектив людей, що добре розуміють один одного, а також виховати в кожного члена групи здатність до так званому синектичного мислення.

Синектор у процесі навчання повинен опанувати наступними якостями: умінням абстрагуватися від предмета обговорення; схильністю до роздумів, фантазії; здатністю перемикатися, позбуватися від настирливих ідей, умінням слухати інших, терпимо ставитися до ідей, висловлених колегою; звичкою знаходити у звичайному незвичайне.

Уміле використання аналогій дозволяє охопити величезну кількість об'єктів, зрівняти їх з досліджуваними, знайти щось подібне й використати в рішенні завдань. Більші можливості в цьому випадку надає винахідникам природа. Вона, як правило, дає ідеальні зразки рішення самих складних завдань.

Широко використають 4 типи аналогій: пряму (як вирішуються завдання, схожі на дане?), особисту (ототожнення себе з технічним об'єктом), символічну (викласти буквально двома словами суть завдання), фантастичну (увести які-небудь фантастичні засоби або персонажі, що виконують те, що потрібно за умовами завдання).

Організація «сесій» сенекторів аналогічна «мозковому штурму»; відмінність полягає в тому, що в групі сенекторів використаються деякі прийоми психологічного настроювання.

Засідання керівник починає з обговорення проблеми в загальному виді. Головне його завдання - виявлення, відбір раціональних ідей. Експерт показує неспроможність запропонованих ідей: «проблему як вона дана» (ПЯД). У ході аналізу перших спроб її рішення синектори формулюють проблему у своєму розумінні. Цей етап називають формулюванням «проблеми, як її розуміють» (ПЯР).

Далі починається генерування ідей рішення проблеми. При цьому використовуються всі види аналогій: пряма, особиста, символічна, фантастична. Отримані ідеї переносять, наближають до ПЯД і ПЯР і виявляють їхні можливості. Якщо після оцінки експертом виявиться, що ідея не реалізується, весь процес «сесії» повторюється для розбору інших ідей. Прийнятна ідея рішення пошукового завдання розвивається, конкретизується. Синектори проводять аналіз, вивчають і обговорюють отримані результати, шукають оптимальні способи реалізації.

Синектичні засідання, що тривають, звичайно, кілька годин, займають лише незначну частину загального часу рішення поставленого завдання. Інший час синекторы присвячують інженерному аналізу об'єкта, вивчають і обговорюють отримані результати, консультуються з фахівцями, експериментують, а коли рішення дозріло, займаються пошуками найкращих способів його реалізації.

Метод морфологічного аналізу й синтезу був розроблений швейцарським астрономом Ф. Цвіккі, залученим до участі в ракетних дослідженнях.

За допомогою цього метода за короткий час йому вдалося одержати значну кількість рішень (вибухові речовини, спосіб комбінування фотографії й ін.).

Морфологічний аналіз - перший спосіб системного підходу в області винахідництва. Суть його полягає в наступному. У технічній системі виділяють кілька характерних для неї структурних або функціональних морфологічних ознак. По кожній ознаці складається список можливих конкретних варіантів, альтернатив технічного вираження. Ознаки можна розташувати у формі таблиці, називаної морфологічним ящиком або матрицею. Перебираючи сполучення варіантів виділених ознак, можна виявити нові рішення завдання. Тому морфологічний аналіз часто застосовують як для пошуку якого-небудь одного рішення, так і в тих випадках, коли потрібно досліджувати область можливих рішень.

Суть морфологічного аналізу розглянемо на прикладі створення транспортного засобу - місячного всюдихода. Спочатку визначаємо параметри, від яких залежить рішення проблеми, і складаємо їхній список:

А - двигун (А1 - електричний, А2 - хімічний, A3 - реактивний, А4 -ядерний);

Б - рушій (Б1 - колісний, Б2 - гусеничний, БЗ - крокуючий, Б4 - шнековий);

У - кабіна (В1 - герметична, В2 - негерметична);

Г - керування (Г1 - радіоуправління, Г2 - програмне, ГЗ - за допомогою ЕОМ) і т.д.

На основі списку будуємо матрицю:

А1 А2 A3 А4

Б1 Б2 БЗ Б4

Bl B2

Г1 Г2 ГЗ

Ця матриця є символічною формою опису можливих рішень. Кожний конкретний варіант конструкції визначається набором елементів з різних рядків. Наприклад, варіант А1Б2В2Г2 буде місяцеходом з електричним двигуном, на гусеничному ходу, з негерметичною кабіною й програмним керуванням.

Число всіх можливих варіантів дорівнює добутку кількості елементів у кожному з рядків. У нашому прикладі:

N = 4 х 4 х 2 х 3 = 96.

Після побудови матриці приступаємо до визначення функціональної цінності варіантів рішень. Аналіз варіантів можливих рішень дозволяє вибрати з них найбільш раціональні, прийнятні в конкретних умовах.

З причини того, що поки не існує універсального способу оцінки варіантів рішення, метод морфологічного аналізу доцільно використати при рішенні конструкторських завдань загального плану.

Ф. Цвіккі розробив кілька модифікацій свого методу. Одна з таких модифікацій представлена в табл. 3.7, у якій наведені різні технологічні принципи обробки металів.

Таблиця 3.7.

Морфологічна модель технологічних принципів

Класифікаційна ознака		Альтернативні значення класифікаційних ознак
Номер	Найменування	Номер	Найменування
01	Вид зміни (перетворення) стану речовини вихідного предмета праці (заготівки) -	01 02 03 04 05 06	Зміна форми речовини Зміна обсягу речовини Зміна властивостей речовини Зміна форми й обсягу речовини Зміна форми й властивостей речовини Зміна форми, обсягу й властивостей
02	Вид агрегатного стану речовини вихідного предмета, що вилучається в процесі перетворення	01 02 03 04 05 06	Тверде Розплавлене Іонізоване Текуче Хімічно зв'язне Речовина, що вилучається, відсутня
03	Фізико-хімічний ефект, що лежить в основі процесу перетворення	01 02 03 04 05 06	Дифузія Ерозія Анодне розчинення Гідравлічний удар Консолідація (спікання) Електроліз розчинів (розплавів)

Продовження табл. 3.7.

04	Вид енергії реалізації фізико-хімічного ефекту	01 02 03 04 05 06 07	Теплова Механічна Потенційна Електрична Хімічна Ядерна Випромінювання
05	Характер підведення й розподілу енергії в процесі перетворювання	01 02 03	Точковий Лінійний Поверхневий
06	Характер дії енергії в часі	01 02	Безперервне Перервне (імпульсне)
07	Вид фізичного стану робочого середовища	01 02 03 04 05	Рідке Газоподібне Тверде Грузле (текуче) Вакуум
08	Вид фізичного стану інструменту	01 02 03 04	Рідкий Газоподібний Твердий В’язкий
09	Вид руху інструментів в процесі перетворення	01 02 03 04	Обертальний Поступальний Обертально-поступальний Нерухомий
10	Вид руху предмета праці в процесі перетворення	01 02 03 04	Обертальний Поступальний Обертально-поступальний Нерухомий

Метод контрольних питань. Установлено, що в багатьох винахідників конструктивні ідеї найчастіше виникають при «контакті» з думками інших людей. Але, виявляється, не завжди можна знайти співрозмовника подібного до Сократа, що у діалозі так мистецьки задавав питання, що співрозмовникові нічого не залишалося, як винаходити. Можливо, відсутність у кожного винахідника свого Сократа й спонукала дослідників винайти метод контрольних питань.

Суть цього методу складається у використанні під час пошуку рішень творчих завдань списку спеціально підготовлених питань. Винахідник відповідає на питання й, у зв'язку із цим, аналізує своє завдання.

Список контрольних питань - це коротка пам'ятка винахідникові. Деякі списки містять не питання, а короткі рекомендації, в інших є й те, і інше. Іноді використають не один, а кілька списків, які застосовують у певній послідовності.

У методиці контрольних питань виникає потреба, коли інші методи при рішенні пошукового завдання не дають результатів.

У практиці винахідницької діяльності широке поширення одержали універсальні запитальники, складені А. Осборном, Т. Ейлоартом, Л. Пірсоном, Д. Пойа й ін.

Функціонально-вартісної аналіз інноваційного об'єкта. З метою вдосконалювання якості й споживчих властивостей будь-якого виробу (товару) на всіх стадіях його життєвого циклу необхідно застосовувати функціонально-вартісної аналіз (ФВА).

Функціонально-вартісної аналіз - це ефективний метод комплексного техніко-економічного дослідження інноваційного об'єкта з метою розвитку й удосконалення його корисних функцій при оптимальному співвідношенні між їхньою значимістю для споживача й витратами на їхнє здійснення. Перша робота з ФВА з'явилася в СРСР в 1946р. (автор Н.А. Бородачев), в 1947р. у США Л.Д. Майлз розробив метод інженерно-вартісного аналізу, в 1946-1952р. Ю.М. Соболєв виклав метод по елементного відпрацьовування конструкцій. Основні ідеї Ю. М. Соболєва були враховані в ГДР X. Ебертом і К. Томасом при створенні методу, спрямованого на аналіз витрат споживчої вартості. ФВА є «концентрованою атакою» на непродуктивні витрати, пов'язані з недосконалістю конструкцій машин і виконуваних ними функцій. Головні принципи ФВА: у будь-якій справі є сховані резерви; деталь машини легше вдосконалити, чим машину; зайвих витрат варто запобігти на стадії наукових досліджень і проектно-конструкторських розробок.

До проведення ФВА доцільно залучати різних фахівців: розроблювачів, дизайнерів, виробничників, економістів, маркетологів, інноваційних менеджерів, інших фахівців. Із цією метою формуються аналітичні цільові групи фахівців під керівництвом одного з вищих менеджерів. У завдання цих груп входить вивчення виробів, що є об'єктами ФВА. Чисельність груп залежить від складності виробів, масштабів підприємства, обсягів і періодичності майбутньої роботи. Групи можуть збиратися на наради раз на тиждень або на місяць для обговорення критичних зауважень і виникаючих ідей. Однак, занадто багаточисельна група стає некерованою. Тому звичайна кількість учасників групи ФВА - 5-8 чоловік.

Основна мета проведення ФВА - сприяти зниженню витрат на виробництво, проведенню робіт і наданню послуг при одночасному підвищенні або збереженні досягнутої якості виконуваних робіт на всіх стадіях ЖЦТ.

При цьому виходять із того, що аналізований виріб є товаром, тобто споживчою вартістю, не для виробника, а для споживача. Разом з тим, споживчую вартість виробу не завжди можливо оцінити за допомогою тільки кількісних показників. Наприклад, при якісному й складному описі (оцінки естетичних, ергономічних або смакових якостей виробу) застосовуються відносні бальні оцінки.

Склад і розмір витрат визначають виходячи з витрат, що формують повну собівартість продукції. У цілому ФВА припускає такі етапи: підготочий; інформаційний; аналітичний; дослідницький; рекомендаційний; упроваджувальний.

Підготовчий етап є необхідний для відбору істотних факторів майбутнього виробу: масовість, якість, собівартість. Доцільніше проводити ФВА продукції, що розробляється до випуску, тому що в цьому випадку є резерв часу для внесення змін у конструкцію виробу або технологію його виробництва, не витрачені засоби на придбання устаткування, матеріалів, що комплектують вироби, інструментів, не укладені договори на поставку сировини й енергоносіїв, і багато чого можна відкоригувати.

Інформаційний етап припускає збір інформації про досліджуваний об'єкт: призначення й технічні можливості майбутнього виробу, його якість і собівартість. Вся інформація заноситься в спеціальні картки або пам'ять комп'ютера. Докладно перераховуються функції окремих деталей і вузлів виробу, матеріали й собівартість виготовлення. Паралельно для порівняння приводиться вартість виготовлення деталей на стороні або вартість покупних деталей. Велике значення надається оцінкам і думці споживачів про майбутній виріб. Доцільно зібрати інформацію про аналогічні параметри аналогічних виробів, що випускають конкуренти.

Аналітичний етап припускає детальне вивчення функцій майбутнього виробу й витрат на їхнє забезпечення. Розглядають таке коло питань:

яка основна функція виробу?

які функції корисні, а які зайві?

яка дійсна вартість виробу?

яким може стати виріб у майбутньому?

який могла б бути нова вартість виробу?

На цьому етапі докладно описуються службові (техніко-економічні, експлуатаційні, ергономічні й естетичні) функції виробу в цілому й додаткові технічні функції окремих його частин. Ці функції підрозділяються на основні, другорядні й непотрібні. Останні убирають. Питома вага окремих функцій у загальній сукупності споживчих властивостей виробу називається коефіцієнтом важливості або значимості. При визначенні цього коефіцієнта враховують параметри найбільш важливі для споживача (табл. 3.8).

Відношення питомої ваги параметра (функції) по витратах до значущості (або важливості) параметра (функції) називається коефіцієнтом витрат по окремих функціях. У табл. 3.8 найважливішим параметром (функцією) є перший, для якого

,

що вказує на несумірність витрат і важливості функції, тому що в теорії ФВА повинно бути Кф=1.

Таблиця 3.8

Зіставлення коефіцієнтів значущості й коефіцієнтів витрат

Параметр	Значимість, %	Питома вага параметрів по витратах, %
Швидкодія Споживана потужність Ергономіка Взаємозамінність вузлів Естетика	50 20 15 10 5	70 10 10 5 5
Разом	100	100

Якщо Кф<1, співвідношення вважається більше сприятливим. При Кф>1 рекомендується знижувати витрати. Так, у цьому випадку маємо

;

;

;

.

.

Для визначення значимості параметрів (функцій) використають також ранжирування й метод експертних оцінок.

На основі проведених етапів аналізу й пов'язаних із цим досліджень пропонують кілька варіантів рішення , кожне з яких має певні достоїнства й економічний ефект. Однак, достоїнства можуть виявитися не рівнозначними, тому що при значному підвищенні якості виробу по одному з варіантів витрати збільшуються, а по іншому - знижуються, але якість залишається на колишньому рівні. Існує також третій варіант, коли якість поліпшується незначно, а собівартість знижується, але в меншому ступені, чим у другому варіанті. Який з варіантів оптимальний? Це з'ясовується за допомогою економічних розрахунків і визначення впливу того або іншого конструкторського рішення на собівартість і рентабельність виробу. Після обґрунтування варіанта його захищають перед керівництвом фірми. При цьому кожному етапу розробки нової продукції властиві як загальні, так і специфічні роботи із впровадження.

Дослідницький етап припускає оцінку ідей і варіантів рішень, вироблених на попередніх етапах, з метою виключення диспропорцій між функціями й витратами.

Рекомендаційний етап пов'язаний з відбором найбільш прийнятних для даного виробництва варіантів удосконалювання виробу.

Упроваджувальний етап - заключний варіант удосконалювання виробу (товару). Розробляють рекомендації для робочої групи після реалізації пропозицій, оцінюють економічний ефект внесених пропозицій.

Теорія рішення винахідницьких завдань (ТРВЗ) розроблена Г. С. Альтшуллером, винахідником і письменником-фантастом (псевдонім Г. Альтов). Автор з першого кроку розглядав її як частину загальної теорії сильного мислення. Розробка ТРВЗ почалася зі створення апарата рішення завдань високого творчого рівня. Оскільки цей апарат створювався на базі техніки, тільки в техніці є класифікований інформаційний фонд - фонд опису винаходів, то й «рішучий інструмент (АРВЗ)» був створений саме для винахідницьких завдань. Свою назву алгоритм рішення винахідницьких завдань (АРВЗ) одержав в 1965 р. Його основою є програма послідовних операцій з аналізу невизначеного, а найчастіше невірно поставленого завдання й перетворення його в чітку модель конфлікту, нерозв'язаного раніше відомими способами. Аналіз конфлікту приводить до виявлення фізичного протиріччя - протилежних вимог до фізичного стану технічної системи або її частини. У самій структурі АРВЗ і правилах виконання окремих операцій відображені об'єктивні закономірності розвитку технічних систем.

АРВЗ оснащений великим і, у той же час, компактним інформаційним фондом, що включає прийоми, стандарти по усуненню технічних протиріч, покажчики ефектів (фізичних, хімічних, геометричних).

Процес рішення завдань методом АРВЗ полягає в послідовному здійсненні дій по виявленню, уточненню й вирішенню технічних протиріч (нагадаємо, що алгоритм - це система правил послідовного виконання дій для рішення певного класу завдань).

Для технічного протиріччя характерно те, що в його основі лежить діалектичне протиріччя між предметами, явищами, процесами, тобто протиріччя фізичне. Наприклад, технічне протиріччя проявляється, коли при спробі поліпшення однієї частини (або одного параметра) технічної системи неприпустимо погіршується інша частина (або інший параметр).

АРВЗ використовує чотири механізми усунення технічних протиріч:

формулювання ідеального рішення, тобто уявлюваного рішення, що могло б задовольнити всім вимогам завдання (не замислюючись над тим, як воно буде досягнуте);

перехід від технічного протиріччя до фізичного;

усунення фізичного протиріччя;

застосування операторів, що відображають інформацію про найбільш ефективні способи подолання протиріччя (списки й таблиці використання типових прийомів, таблиці й покажчики застосування фізичних ефектів, тощо).

Відповідно до цих механізмів будується процес пошуку рішень творчих завдань. Формулюється завдання. У формулюванні описується технічна система або її частина й вказується властиве їй технічне протиріччя. Потім іде спеціальна «обробка» умови завдання, спрямована на подолання психологічної інерції, впливу минулого досвіду. При цьому умова завдання повинна бути звільнена від спеціальної термінології, тому що терміни нав'язують винахідникові старі уявлення про об'єкт, відомі неефективні рішення й т.п. Дію психологічної інерції зменшують також використанням оператора РЧВ (Розміри - Час - Вартість), суть якого складається в проведенні уявних перетворень. Застосування оператора РЧВ передбачає такі операції:

а) подумки міняємо розміри об'єкта від заданої величини до нуля (Р → 0); як тепер вирішується завдання?

б) подумки міняємо розміри об'єкта від заданої величини до нескінченної (Р → ∞); як тепер вирішується завдання?

в) подумки міняємо час протікання процесу (або швидкість руху об'єкта) від заданої величини до нуля (В → 0); як тепер вирішується завдання?

г) подумки міняємо час протікання процесу від заданої величини до нескінченної (Ч → ∞); як тепер вирішується завдання?

д) подумки міняємо вартість (припустимі витрати) об'єкта або процесу від заданої величини до нуля (З → 0); як тепер вирішується завдання?

е) подумки міняємо вартість об'єкта або процесу від заданої величини до нескінченної (З → з); як тепер вирішується завдання?

У процесі застосування оператора РЧВ вдається змінити уявлення про завдання й звільнитися від впливу минулого досвіду.

Попередня обробка умови завдання, як правило, не показує реального шляху усунення протиріччя, але зате служить засобом для знаходження ідеального рішення завдання.

Ідеальне рішення звільняє винахідника від того, що сковує його творчу думку й приводить до негативного наслідку (обліку вартості раціонального використання матеріалів, часу й т.п.). Однак, орієнтація на ідеальне рішення аж ніяк не означає далекий відхід від реальності рішення. У всякім ідеальному рішенні повинен бути здоровий глузд. Ідеальне рішення по суті є найбільш сильним рішенням і служить орієнтиром напрямку рішення завдання.

Зіставлення ідеального рішення з реальним технічним об'єктом дозволяє виявити технічне протиріччя, а потім і його причину - фізичне протиріччя. Аналіз численних винаходів показав, що певний тип протиріч усувається невеликою кількістю прийомів. Це дозволило Г. С. Альтшуллеру скласти таблицю прийомів подолання протиріч.

Усуненню протиріч сприяють і фонд фізичних ефектів і явищ (сукупність відомих людині фізичних ефектів і явищ, які можна використати при рішенні технічних завдань), і фонд технічних рішень (сукупність конкретних прикладів, що ілюструють застосування фізичних ефектів і явищ при рішенні технічних завдань та ін.).

Після подолання протиріччя приймають технічне рішення й приступають до розробки ідеї. Завершується процес розрахунковим рішенням, що включає обґрунтування основних характеристик винаходу. Ці етапи являють собою перехід від рішення пошукового завдання до конструкторської розробки винаходу.

Функціонально-фізичний мeтoд конструювання був розроблений Р. Коллером. У його основі лежить аналіз функцій технічних систем і їхніх елементів, систематизований фонд фізичних ефектів, чіткий (алгоритмоподібний) опис процесу пошуку конструйованих пристроїв.

Все різноманіття техніки пов'язане з різними комбінаціями форм існування потоків речовини, енергії й інформації, а в основі перетворення цих потоків лежить невелике число найпростіших або основних операцій. З основних операцій можна скласти будь-який ланцюжок перетворення потоків. У такому випадку завдання конструювання системи зводиться до підбора елементів, які будуть виконувати ці операції; вказавши, як конкретно фізична величина перетвориться в іншу фізичну величину, одержимо елементарну функцію, яку можна зобразити графічно.

Сукупність елементарних функцій дозволяє побудувати функціональну модель технічної системи. З зовнішнього вигляду вона схожа на блок-схему електрорадіопристрою. Однак, не завжди можна одержати функціональні структури, елементарні функції яких можна реалізувати відомими технічними пристроями. З'являється необхідність створити щось нове, що задовольняє вимогам елементарної функції. Але спочатку потрібно знайти фізичне явище, що лежало б в основі роботи нового пристрою. Для цього Коллер розробив каталог фізичних ефектів. Це свого роду довідник, складений зі спеціальних таблиць, за допомогою яких, знаючи «вхід» і «вихід» елементарної функції, можна підрахувати фізичний ефект для необхідного перетворення. Після того, як знайдене фізичне явище, що забезпечує елементарну функцію, розробляється технічний пристрій, що реалізує його.

Перспективність функціонально-фізичного методу конструювання полягає в тім, що він добре узгоджується з методами автоматизованого проектування.

Асоціативний метод пошуку технічних рішень. Технічна творчість пов'язана з рядом психологічних явищ, які можуть стати союзниками винахідника, але можуть і, навпаки, заважати знаходженню істинно творчих рішень. Наприклад, перенос знань, досвіду з однієї області в іншу, з одного боку, сприяє швидкій орієнтації винахідника в новій обстановці, а з іншого боку - не дозволяє йому відійти від звичних уявлень, тим більше помітити нове.

Досить помітний вплив на творчу активність винахідника робить установка. Вона може бути привнесена з боку (вказівка керівника), але може бути придбана разом зі спеціальністю або виявитися з досвідом, віком і т.п. Так, багатьом інженерам властивий раціоналізм, бухгалтерам - точність і т.д. Однак, установці властиво проявлятися не тільки в професійній діяльності, але й при виконанні іншої роботи.

Для того, щоб розібратися в цьому, потрібно познайомитися з таким психологічним явищем, як асоціація.

Асоціація - це зв'язок, що виникає за певних умов між двома й більше психологічними утвореннями (відчуттями, сприйняттями, ідеями й т.п.). Їх можна використати для активізації пошуку творчих рішень. До асоціативних методів відносяться метод фокальних об'єктів, метод гірлянд випадків і асоціацій і ін.

Метод фокальних об'єктів полягає в тому, що ознаки декількох випадково обраних об'єктів переносять на удосконалюваний об'єкт, у результаті чого виходять незвичайні сполучення, що дозволяють перебороти психологічну інерцію. У цьому випадку удосконалюваний об'єкт лежить як би у фокусі переносу. Наприклад, як фокальний об'єкт візьмемо годинник. Як випадкові об'єкти - стіл, книгу, телевізор і т.п. Ознаки випадкових об'єктів, наприклад, для поняття «стіл» будуть наступними: круглий, полірований, дерев'яний. При перенесенні цих ознак на фокальний об'єкт одержимо: годинники круглі, годинники поліровані, годинники дерев'яні.

Розвиток отриманих сполучень шляхом вільних асоціацій дозволяє одержати, наприклад, для годинника круглого: годинники круглої форми, годинники із круглим циферблатом, годинники з округленими цифрами, годинники на круглій підставці й т.д. Після оцінки отриманих сполучень, експерти пропонують найбільш підходящі варіанти для використання.

Радянським винахідником Г. Я. Бушем цей метод був транспортований у метод гірлянд випадків і асоціацій. За допомогою асоціацій цей метод дозволяє знайти велику кількість підказок для винахідника. Від методу фокальних об'єктів він відрізняється тим, що дає велику кількість сполучень фокального об'єкта з випадковими. Розширення сполучень понять досягається використанням синонімів об'єктів.

Метод гірлянд випадків і асоціацій. Сутність цього методу доцільно розглянути на конкретному прикладі. Дано завдання: для розширення асортименту запропонувати нові, оригінальні модифікації стільців. Пошук ідеї рішення завдання здійснюється з трьох послідовно виконуваних кроків:

1 крок - визначення синонімів об'єкта. Наприклад, синонімами об'єкта «стілець» є: крісло, табуретка, пуф. Із цих синонімів складається гірлянда: стілець - крісло - табуретка - пуф;

2 крок - вибір випадкових об'єктів. Відібрані випадково декілька іменників утворять другу гірлянду - гірлянду випадкових об'єктів. Наприклад: електролампочка - ґрати - кишеня - кільце - квітка - пляж;

3 крок - складання комбінацій з елементів гірлянди синонімів об'єкта й елементів гірлянди випадкових об'єктів. Комбінації складаються із двох елементів шляхом спроби об'єднання кожного синоніма розглянутого об'єкта з кожним випадковим об'єктом. Таким чином, одержуємо: стілець із електролампочкою, ґратчастий стілець, стілець із кишенями, стілець для квітів, стілець для пляжу, електричне крісло, табуретка для квітів і т.д.;

4 крок - складання переліку ознак випадкових об'єктів. Визначаються ознаки випадково обраних об'єктів з можливо більшою кількістю ознак протягом обмеженого часу (2-3 хв.). Успіх пошуку значною мірою залежить від широти охоплення ознак випадкових об'єктів, тому доцільно перераховувати як основні, так і другорядні ознаки. Для зручності складається таблиця ознак, у якій в одному стовпці один по одному зазначені випадкові об'єкти, а в іншому - ознаки цих випадкових об'єктів. Наприклад: електролампочка...скляна, прозора й т.д. Ґрати...металеві, пластмасові й т.д.;

5 крок - генерування ідей шляхом почергового приєднання до технічного об'єкта і його синонімів ознак випадково обраних об'єктів. Так, приєднуючи до гірлянди синонімів «стілець - крісло - табуретка - пуф» гірлянди ознак електролампочки, можна одержати наступні з'єднання: скляний стілець, прозоре крісло й т.д. Аналогічно утвориться перелік нових конструкцій, отриманих шляхом почергового приєднання до гірлянди синонімів ознак інших випадкових об'єктів: ґрати, кишені, кільця, квітки й пляжу;

6 крок - генерування гірлянд асоціації. По черзі з ознак випадкових об'єктів, виявлених на четвертому кроці, генерують гірлянди вільних асоціацій. Для кожної з окремих ознак вони можуть бути практично необмеженої довжини, тому генерування варто обмежити за часом або по кількості елементів гірлянди (якщо генерування гірлянд асоціацій здійснюється колективно, то кожний член колективу займається цим самостійно).

Першою ознакою випадкового об'єкта «електролампочка» є - скляна. Гірлянда асоціації створюється шляхом постановки питання: що нагадує слово «скляна»? Відповідь може бути, наприклад, скляне волокно. Далі, що нагадує слово «волокно»? Кому-небудь може нагадувати в'язання, плетиво й т.д. Продовжуючи пошук гірлянди асоціацій, можна збільшити довжину гірлянди. Гірлянда асоціацій у цьому випадку може виглядати як: стекло - волокно - в'язання - бабуся й т.д. Аналогічним образом створюється гірлянда асоціацій по всіх ознаках інших технічних об'єктів, перерахованих у таблиці четвертого кроку. Кількість елементів всіх гірлянд може бути досить значною;

7 крок - генерування нових ідей. До елементів гірлянди синонімів технічного об'єкта намагаються приєднати елементи гірлянд асоціацій. Так, використовуючи тільки одну гирлянду асоціацій, можна одержати наступні поєднання: стеклянний стілець, крісло з скловолокна, в’язаний пуф, табуретка для бабусі і т. д. Як видно з цих сполучень, інколи утворюються несумісні або, на перший погляд, позбавленої раціонального змісту сполучень слів;

8 крок - вибір альтернативи. На цьому кроці вирішується питання: продовжувати генерування гірлянд асоціацій або їх вже досить для відбору корисних ідей? Якщо по попередній оцінці таких ідей мало, можна продовжити створення гірлянд асоціації, починаючи з якого-небудь нового елемента гірлянд, створених на шостому кроці;

9 крок - оцінка й вибір раціональних варіантів ідей. Серед безлічі нераціональних, тривіальних і навіть безглуздих ідей, як правило, завжди перебувають оригінальні й раціональні. Якщо протягом короткого часу можна знайти кілька десятків варіантів рішення, то цілком задовольнить положення, при якому хоча б п'ять-шість варіантів виявляться раціональними;

10 крок - вибір оптимального варіанта.

Метод записної книжки Хефеле. Відповідно до рекомендацій, даними Дж. В. Хефеле, тему задають учасникам задовго до проведення колективного навчання - сесії. Їм також роздають записні книжки, у яких два рази в день необхідно фіксувати свої ідеї. Цю організаційну форму доповнюють методичними рекомендаціями; учасникам видають також опитні аркуші зі списком контрольних питань.

Приведемо тут деякі із цих питань:

Чи можна використати конструкцію у двох цілях, якщо нічого не міняти або зробити незначні зміни?

Із чим можна зрівняти конструкцію?

Що можна в ній змінювати?

Що можна збільшити (кількість, час, частоту, міцність, висоту, довжину, товщину, вартість, число компонентів і т.д.)?

Що можна зменшити?

Чи можна замінити конструкцію (або її складові частини) на що-небудь?

Що можна зробити навпаки?

Слід зазначити, що при використанні опитного аркуша кожне з питань по черзі видозмінюють доти, поки воно не виявляється прямо стосовним до даної проблеми - удосконалюваного об'єкта. Постановку того або іншого питання не можна вважати правильною або неправильною, тому, що питання всього лише заготівки для виявлення оптимальних варіантів. Деякі питання варто мати на увазі протягом усього дослідження. До їх числа відносяться, наприклад, питання: «що можна зробити навпаки», що має, на думку автора методу, більшу евристичну цінність.

Десяткові матриці пошуку (ДМПА). Р. П. Повилейко - інженер-дослідник з Новосибірська запропонував десяткові матриці пошуку (ДМПА). Це матриці, де в горизонтальних і вертикальних рядах застосовані якісні показники, що враховують при проектуванні, і типові прийоми рішення завдань. Автор проаналізував всі наявні в літературі прийоми рішення завдань (їх виявилося 428) і показники (129). З них у результаті порівняльного аналізу були виділені 95 показників і 223 не дубльовані прийоми. За підсумками угруповання було сформовано 10 рівнопотужних груп показників і прийомів. Нижче наведені основні показники, що враховують при проектуванні техніки.

1. Геометричні показники (довжина, ширина, висота, площа, займана конструкцією в плані й площі перетинів, обсяг, форма).

2. Фізико-механічні показники (маса конструкції й окремих її елементів, матеріалоємкість, міцність і інші якості використовуваних матеріалів, у тому числі нових матеріалів, корозіостійкість і т.д.).

3. Енергетичні показники (вид і потужність енергії, привід, КПД і т.д.).

4. Конструктивно-технологічні показники (технологічність виготовлення машини, її транспортабельність, складність або простота конструкцій і ін.).

5. Надійність і довговічність (фактори чисто технічного характеру - технічна надійність і довговічність, а також захищеність від шкідливих впливів середовища; всі фактори, пов'язані з участю людини в роботі, винесені в іншу групу показників).

6. Експлуатаційні показники (продуктивність, точність і якість роботи машини, стабільність її параметрів, ступінь готовності до роботи й т.д.).

7. Економічні показники (собівартість машини й окремих її елементів, трудові затрати на виробництво й експлуатацію, витрати, втрати й т.д.).

8. Ступінь стандартизації й уніфікації.

9. Зручність обслуговування й безпека (всі показники, пов'язані з охороною праці й технікою безпеки, ергономікою й інженерною психологією, зручністю виготовлення, роботи, контролю й ремонту, вимогами комфортабельних умов праці й високої культури виробництва).

10. Художньо-конструкторські (всі показники, які надають формам машини високі художньо-конструкторські достоїнства - масштабність, цілісність, гармонійність, пропорційність і ін.).

Основні групи типових прийомів технічної творчості.

1. Неологія (від латинського «знання нового», «новизна») полягає у використанні проектувальником процесів, конструкцій, форм, матеріалів, їхніх властивостей і ін., нових для даної галузі техніки, але не нових взагалі.

2. Адаптація передбачає пристосування проектувальником відомих процесів конструкцій, форм, матеріалів і їхніх властивостей для конкретних умов праці.

3. Мультиплікація полягає в множенні функцій і деталей системи, причому помножені системи залишаються подібними одна одній, однотипними.

4. Диференціація полягає в поділі функцій і елементів системи: послабляються функціональні зв'язки між елементами системи, підвищується ступінь свободи їх взаємопереміщення, розносяться елементи конструкції й робочи процеси в просторі й у часі.

5. Інтеграція припускає об'єднання, сполучення, скорочення й спрощення функцій форм і елементів і системи в цілому: зближуються елементи виробництва, конструкції й робочі процеси в просторі й у часі.

6. Інверсія полягає в обігу функцій, форми й розташування елементів системи в цілому.

7. Імпульсація охоплює групу конструкторсько-винахідницьких прийомів, пов'язаних зі зміною переривчастості процесів, що протікають.

8. Динамизация припускає, що характеристики, параметри елементів системи або всієї системи, що змінюються, повинні бути оптимальними на кожному етапі процесу або на новому режимі.

9. Аналогія полягає у відшуканні й використанні подібності, подоби в якому-небудь відношенні систем (предметів і явищ), у цілому різних.

10. Ідеалізація припускає подання ідеального рішення, від якого варто відштовхуватися.

Перераховані вище показники й прийоми зводять у матриці. Потім проводять послідовний аналіз обраного об'єкта. Ціль роботи - занести в кожну клітку матриці (вона відповідає одному показнику й одному прийому) нове технічне рішення. Методика ефективна при рішенні «полярних» завдань, тобто пов'язаних зі зміною зовнішнього вигляду, дизайну об'єкта, а також з корінною зміною об'єкта, наприклад, пошуком нових принципів реалізації виконуваних їм функцій.