Полная версия

Главная arrow Прочие arrow Основы научных исследований

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВО

К научным исследованиям очень тесно примыкает создание новых эффективных машин, механизмов, конструкций, материалов, т.е. всего того, что составляет суть изобретательства.

Изобретательство нередко представляют как абсолютно неуправляемый, спонтанный процесс с непредсказуемыми результатами. В связи с этим неоднократно предпринимались попытки упорядочить этот процесс и повысит его эффективность и плодотворность.

В 1953 г. американский психолог А.Ф. Осборн предпринял попытку усовершенствовать метод «проб и ошибок». Пытаясь решить задачу этим методом, изобретатель выдвигает какую-то идею («А если сделать так?»), а затем проверяет, плодотворна она или нет. Есть люди, которые по складу ума хорошо «генерируют» идеи, но плохо справляются с их анализом. И наоборот, некоторые люди больше склонны к критическому анализу идей, чем к их «генерации». Осборн решил разделить эти процессы. Пусть одна группа, получив задачу, только выдвигает идеи, хотя бы и самые фантастические. Другая же группа пусть только анализирует выдвинутые идеи.

Брейнсторминг (мозговой штурм, как назвал Осборн свой метод) не устраняет беспорядочные поиски. В сущности, он делает их даже более беспорядочными. «Пробы» долгое время идут в направлении «вектора инерции»: они не просто беспорядочны, они преимущественно направлены не в ту сторону. Поэтому переход к «простой беспорядочности» —уже какой-то прогресс.

Эта особенность брейнсторминга показана на рис. 7.1 — стрелки, обозначающие «пробы», расходятся от «задачи» более или менее равномерно по всем направлениям. Увеличивается и степень ветвистости: высказанная в процессе рассмотрения идея сразу подхватывается и видоизменяется.

Схема метода «проб и ошибок»

Рис 7.1. Схема метода «проб и ошибок»

Успехи брейнсторминга объясняются не столько его достоинствами, сколько недостатками традиционного метода «проб и ошибок».

Идеальное решение. Если задача решается методом «проб и ошибок», поиски идут либо по «вектору инерции» (ВИ), либо (в лучшем случае) «во все стороны». Между тем, приступая к решению задачи, изобретатель может резко сузить «угол поисков». Решение должно приближать исходный объект к идеальному. Определив, каким должно быть в данном случае идеальное решение, изобретатель сразу находит наиболее перспективное направление поисков (рис. 7.2).

Сужение области поиска при использовании идеального решения

Рис. 7.2. Сужение области поиска при использовании идеального решения

Естественно, в каждом конкретном случае нужно уметь определять идеальное решение. Чем точнее изобретатель представляет себе такое решение, тем меньше доля случайности и тем направленнее ведутся поиски.

Идеальное решение играет роль маяка, указывающего, куда надо идти. Когда изобретатель ищет решение без такого маяка, его мысли разбегаются под влиянием множества причин.

Привычные схемы осаждают изобретателя, блокируют пути, ведущие к принципиально новым решениям. В этих условиях особенно сильно дают себя знать обычные слабости мысли: стереотипность и предвзятость.

Планомерный поиск, наоборот, упорядочивает мышление, повышает его продуктивность. Мысли как бы концентрируются на одном (главном для данной задачи) направлении. При этом посторонние идеи оттесняются, уходят, а идеи, непосредственно относящиеся к задаче, сближаются. В результате резко повышается вероятность встречи таких мыслей, от соединения которых и рождается изобретение.

Направленные поиски совсем не исключают интуицию. Напротив, упорядочение мышления создает «настрой», благоприятный для ее проявления.

Используя понятия об идеальном решении и технических противоречиях, можно существенно упорядочить процесс решения изобретательской задачи. Идеальное решение помогает определить направление поисков, а техническое противоречие, присущее конкретной задаче, указывает на препятствие, которое предстоит преодолеть. Однако это противоречие подчас довольно хитро спрятано в условиях задачи. К тому же выявленное противоречие не исчезает само по себе, приходится изыскивать способы его устранения. Далеко не всегда удается одним броском преодолеть путь от постановки задачи до ее решения. Нужна рациональная тактика решения задачи, позволяющая шаг за шагом продвигаться к решению. Такую тактику дает алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), разработанный Г.С. Альтшулером.

АРИЗ обладает гибкостью: одна и та же задача может быть решена разными путями в зависимости от того, кто и как ее решает. Метод не игнорирует личность человека, который им пользуется, а, напротив, стимулирует максимальное использование именно тех качеств, которые особенно сильны у конкретного изобретателя. Поэтому путь от постановки задачи до ее решения может быть пройден по-разному, но важен конечный результат — получение наиболее эффективного решения. Допускаются развилки (рис. 7.3): в зависимости от знаний, опыта, способностей изобретатель может продвигаться по-разному — алгоритм помогает избавиться от заведомо неверных шагов.

Путь от задачи до решения может быть пройден по-разному

Рис. 7.3. Путь от задачи до решения может быть пройден по-разному

Используя АРИЗ, разные изобретатели могут прийти к несовпадающим решениям одной и той же задачи.

АРИЗ-61 делит творческий процесс на три стадии:

  • • анализ (аналитическая стадия);
  • • устранение технического противоречия (оперативная стадия);
  • • внесение дополнительных изменений (синтетическая стадия).

Каждая стадия подразделяется на ряд последовательно осуществляемых шагов. Таким образом, одно сложное (и потому очень трудное) действие алгоритм разбивает наряд частичных, более легких действий. Выглядит это так.

Аналитическая стадия

Первый шаг. Поставить задачу.

Второй шаг. Представить себе идеальный конечный результат.

Третий шаг. Определить, что мешает достижению этого результата (найти противоречие).

Четвертый шаг. Определить, почему мешает (найти причину противоречия).

Пятый шаг. Найти условия, при которых противоречие снимается.

2. Оперативная стадия

Первый шаг. Проверка возможных изменений в самом объекте (в машине, конструкции, технологическом процессе): изменение размеров, формы, материала, температуры, давления, скорости, окраски, взаимного расположения частей, режима работы частей с целью максимальной их нагрузки и т.п.

Второй шаг. Проверка возможности разделения объекта на независимые части: выделение «слабой» части, «необходимой и достаточной» части, разделение объекта на одинаковые или на разные по функции части.

Третий шаг. Проверка возможных изменений во внешней (для данного объекта) среде: изменение параметров среды, замена среды или ее разделение на несколько частичных сред либо использование для выполнения полезных функций.

Четвертый шаг. Проверка возможных изменений в соседних (работающих совместно с рассматриваемым) объектах: установление взаимосвязи между ранее независимыми объектами, участвующими в выполнении одной работы, устранение одного объекта посредством передачи его функций другому объекту, увеличение числа объектов, одновременно действующих на ограниченной площади, на основе использования свободной обратной стороны этой площади.

Пятый шаг. Исследование прообразов из других отраслей техники. (Как данное противоречие устраняется в других отраслях техники?)

Шестой шаг. Возвращение (в случае непригодности всех рассмотренных приемов) к исходной задаче и расширение ее условий, т.е. переход к другой, более общей задаче.

3. Синтетическая стадия

Первый шаг. Внесение изменений в форму рассматриваемого объекта (новой сущности объекта должна соответствовать новая форма).

Второй шаг. Внесение изменений в другие объекты, связанные с данным.

Третий шаг. Внесение изменений в методы использования объекта.

Четвертый шаг. Проверка применимости найденного принципа изобретения к решению других технических задач.

Эффективность и плодотворность описанного алгоритма стимулировала дальнейшее его развитие — появился АРИЗ-68. В случае АРИЗ-68 схема работы следующая.

Выбор задачи

Первый шаг. Определить, какова конечная цель решения задачи.

  • • Какова техническая цель решения задачи? («Какую характеристику объекта надо изменить?»)
  • • Какова экономическая цель решения задачи? («Какие расходы снизятся, если задача будет решена?»)
  • • Какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи?
  • • Каковы (примерно) допустимые затраты?
  • • Какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?

Второй шаг. Проверить, можно ли достичь той же цели решением «обходной» задачи.

  • • Допустим, задача принципиально неразрешима. Какую другую задачу надо тогда решить, чтобы получить требуемый результат?
  • • Какой технико-экономический показатель надо улучшить при решении «обходной» задачи?

Третий шаг. Определить, решение какой задачи —первоначальной или «обходной» — может дать больший эффект.

  • • Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
  • • Сравнить «обходную» задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
  • • Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития ведущей отрасли развития техники.
  • • Сравнить «обходную» задачу с тенденциями ведущей отрасли техники.
  • • Сопоставить первоначальную задачу с «обходной». Сделать выбор.

Четвертый шаг. Определить требуемые количественные показатели (скорость, производительность, точность, габариты и т.д.).

Пятый шаг. Внести в требуемые количественные показатели «поправку на время».

Шестой шаг. Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.

Учесть особенности внедрения. В частности, допускаемую степень сложности решения.

Учесть предполагаемые масштабы применения.

Уточнение условий задачи

Первый шаг. Уточнить задачу, используя патентную литературу.

  • • Как (по патентным данным) решаются задачи, близкие к данной?
  • • Как решаются задачи, похожие на данную, в ведущей отрасли техники?
  • • Как решаются задачи, обратные данной?

Второй шаг. Можно ли решить данную задачу, если не считаться с затратами?

Третий шаг. Как изменится задача, если уменьшить величину требуемого показателя почти до нуля?

Четвертый шаг. Как изменится задача, если увеличить величину требуемого показателя раз в десять?

Пятый шаг. Как меняется задача, если изложить ее без специальных терминов?

Аналитическая стадия

Первый шаг. Определить идеальный конечный результат. («Что желательно получить в идеальном случае?»)

  • • Схематически показать, что было и что стало (в идеальном случае).
  • • Упростить конечную схему до предела, при котором еще сохраняется работоспособность.

Второй шаг. Определить, что мешает получению идеального результата. («В чем состоит помеха?»)

Третий шаг. Определить, почему мешает. («В чем непосредственная причина помехи?»)

Четвертый шаг. Определить, при каких условиях ничто не мешало бы получить идеальный результат. («При каких условиях помеха исчезнет?»)

  • • Можно ли сделать так, чтобы помеха исчезла?
  • • Можно ли сделать так, чтобы помеха осталась, но перестала быть вредной?

Пятый шаг. Каким должно быть устройство, устраняющее помеху?

  • • Каково агрегатное состояние этого устройства?
  • • Как меняется это устройство в процессе работы?
  • (При необходимости анализ проводится повторно.)

Оперативная стадия

Первый шаг. Проверить возможность устранения технического противоречия с помощью таблицы типовых приемов.

Второй шаг. Проверить возможные изменения в среде, окружающей объект.

Третий шаг. Проверить возможные изменения в объектах, работающих совместно с данным.

Четвертый шаг. Проверить возможные изменения во времени.

Нельзя ли устранить противоречие, «растянув» во времени происходящее по условиям задачи действие?

То же, «сжав» во времени происходящее по условиям задачи действие?

То же, выполнив требуемое действие заранее, до начала работы объекта?

То же, выполнив требуемое действие после того, как объект закончит работу?

Если по условиям задачи действие непрерывно, проверить возможность перехода к импульсному действию.

Если по условиям задачи действие периодично, проверить возможность перехода к непрерывному действию.

Пятый шаг. Как решаются в природе более или менее сходные задачи?

  • • Как решаются подобные задачи у вымерших или древних организмов? У современных организмов? В неживой природе?
  • • Каковы в данном случае тенденции развития?
  • • Какие поправки надо внести, учитывая особенности используемых техникой материалов?

Синтетическая стадия

Первый шаг. Определить, как после изменения одной части объекта должны быть изменены другие его части.

Второй шаг. Определить, как должны быть изменены другие объекты, работающие совместно с данным.

Третий шаг. Проверить, может ли измененный объект применяться по-новому.

Четвертый шаг. Использовать найденную техническую идею (или идею, обратную найденной) при решении других технических задач.

Пользуясь алгоритмом, изобретатель постепенно приближается к решению. Некоторые этапы этого пути почти нацело «логизированы»; иногда логика отступает на второй план, и тогда алгоритм начинает подталкивать воображение изобретателя в нужном направлении, создает условия для проявления интуиции. Есть и такие участки, на которых алгоритм работает за счет обобщенного изобретательского опыта.

Две первые стадии посвящены выбору задачи и уточнению ее условий. Исходная формулировка, в которой задача попадает к изобретателю, почти всегда неточна или даже ошибочна. Например, изобретателю говорят: «Нужно найти способ осуществления такой-то операции». Но ведь можно пойти в обход, устранив необходимость в самой этой операции! Очень часто обходные пути оказываются перспективнее прямых.

На первой стадии творческого процесса изобретатель определяет конечную цель решения, проверяет возможность использования обходных путей, уточняет условия задачи (прямой или «обходной»).

Очень важен пятый шаг, при котором изобретатель сам несколько завышает требования, содержащиеся в условиях задачи. Допустим, по условиям задачи нужно обеспечить точность контроля порядка ± 0,5 микрона. Целесообразно самому ужесточить это требование и считать, что нужна точность ± 0,1 микрона. На разработку и внедрение изобретения всегда нужно время, в течение которого требования к точности неизбежно повысятся.

По оценкам разработчиков АРИЗ, в большинстве случаев изобретатель пытается решать задачу, не разобравшись достаточно внимательно в ее условиях. После каждого неудачного наскока он возвращается к условиям задачи, уясняет какую-то одну их часть и сразу же совершает очередную «пробу». Это повторяется многократно, и изобретатель нередко бросает попытки найти решение, так и не разобравшись в условиях задачи.

АРИЗ учитывает существование этой распространенной ошибки. Работая по алгоритму, изобретатель в первую очередь основательно изучает задачу, шаг за шагом с нее снимаются внешние, нехарактерные слои, выделяется то, что составляет ее существо.

Первая часть алгоритма представляет собой, таким образом, цепочку логических действий. Здесь довольно отчетливо видна роль логики в творческом процессе.

Вторая часть алгоритма внешне тоже похожа на серию логических действий. Изобретатель продолжает работать по четкой программе: задаются конкретные вопросы, требующие столь же конкретных ответов. Тем самым сохраняется приобретенная ранее организованность, направленность мышления.

Третья часть алгоритма начинается с определения идеального конечного результата. Казалось бы, нетрудно ответить на вопрос «Что желательно получить в идеальном случае?».

Однако практика обучения изобретательству показала, как трудно отвлечься от ограничений и запретов, накладываемых реальными обстоятельствами, и представить себе действительно идеальный результат.

Правильное определение идеального конечного результата чрезвычайно важно для всего творческого процесса.

Существуют два правила, помогающие точнее определить идеальный конечный результат. Правило первое: не следует загадывать заранее, возможно или невозможно получить идеальный результат. Правило второе: не следует заранее думать о том, как и какими путями будет достигнут идеальный конечный результат. При решении многих задач наилучший способ определить идеальный конечный результат состоит в том, чтобы просто перевести вопрос, содержащийся в задаче, в утвердительную форму.

Аналитическая стадия должна дать в результате ясное представление о техническом противоречии, присущем задаче. «Ясно» или «не ясно» — об этом судит изобретатель. Если «не ясно», анализ повторяют, причем в качестве исходной задачи берут «полупродукт», полученный в результате первого тура анализа.

Ясное представление о техническом противоречии и его, так сказать, внутренней механике позволяет в ряде случаев уже на этом этапе прийти к изобретению. Конечно, тут важную роль играет вся предыдущая обработка задачи, в ходе которой гасится инерция мышления и появляется готовность к восприятию самых неожиданных идей. Бывает, однако, и так, что противоречие выявлено, причины противоречия установлены, а пути устранения противоречия по-прежнему не определены. Начинается четвертая, оперативная стадия творческого процесса.

Изобретательских задач — бесчисленное множество. Но содержащиеся в них технические противоречия довольно часто повторяются. А коль скоро существуют типичные противоречия, то должны существовать и типичные приемы их устранения. Статистическое исследование изобретений позволило выявить три с половиной десятка наиболее эффективных приемов устранения технических противоречий. Их использование (порознь или в том или ином сочетании) лежит в основе многих изобретений.

Зная содержащееся в задаче техническое противоречие, можно по перечню наиболее эффективных приемов определить вероятный способ его устранения. Перечень этот следующий:

  • принцип дробления — разделить объект на независимые одна от другой части. Иногда после разделения объекта на части не надо передвигать эти части «к месту работы» — они там уже находятся. Нужно только удалить части, ставшие лишними после разделения;
  • принцип вынесения — отделить от объекта «мешающее» свойство («мешающую» часть) или, наоборот, выделить единственно нужное свойство;
  • принцип местного качества — перейти от однородной структуры объекта к неоднородной (каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе);
  • принцип асимметрии — перейти от симметричного объекта к асимметричному;
  • принцип объединения — соединить однородные (или предназначенные для смежных операций) объекты;
  • принцип универсальности — один объект выполняет несколько функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах;
  • принцип «матрешки» — один объект размещается внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего, и т.д.;
  • принцип «антивеса» — компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой; обеслечить самоподдержание объекта за счет аэродинамических, гидродинамических, электромагнитных и тому подобных сил;
  • принцип предварительного напряжения — заранее придать объекту изменения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим изменениям;
  • принцип предварительного исполнения — предварительно расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на их доставку и с наиболее удобного места;
  • принцип «заранее подложенной подушки» — компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами;
  • принцип эквипотенциальности — изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать и опускать объект;
  • • принцип «наоборот» — вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие; сделать движущиеся части системы неподвижными, а неподвижные — движущимися; перевернуть объект «вверх ногами»;
  • принцип сфероидальности — перейти от прямоугольных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей — к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, — к шаровым конструкциям;
  • принцип динамичности — характеристики объекта (вес, габариты, форма, агрегатное состояние, температура, окраска и т.д.) должны меняться так, чтобы сохранять оптимальность на каждом этапе процесса;
  • • принцип частичного решения — добиваться не полного, а частичного решения задачи, поскольку часто добиться 90% требуемого эффекта намного легче, чем всех 100%. Задача перестает быть трудной, если отказаться от абсолютно полного ее решения (что нередко вполне достаточно);
  • принцип перехода в другое измерение — трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (по плоскости); соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, упрощаются при переходе к пространству трех измерений; при нескольких объектах иногда решение приходит, если изменить их взаимное расположение в пространстве;
  • принцип изменения среды — изменить внешнюю среду, окружающую объект, или другие объекты, соприкасающиеся с данным;
  • принцип импульсного действия — перейти от непрерывного действия к периодическому или импульсному;
  • принцип непрерывности полезного действия — вести работу непрерывно (все части объекта должны все время нести полную нагрузку); устранить холостые и промежуточные ходы; перейти от поступательно-возвратного движения к вращательному;
  • принцип проскока — преодолевать вредные или опасные стадии процесса на большой скорости;
  • принцип «обратить вред в пользу» — использовать вредные факторы для получения положительного эффекта;
  • принцип «клин клином» — устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором;
  • принцип «перегибания палки» —усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным;
  • принцип самообслуживания — объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции; использовать отходы (энергии, вещества) для выполнения вспомогательных операций;
  • принцип копирования — вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии (модели, изображения), в частности оптические копии;
  • дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности — изменить объект так, чтобы он использовался только один раз;
  • замена механической схемы — заменить механическую схему электрической, оптической, акустической или другой;
  • использование пневмоконструкций и гидроконструкций — вместо твердых конструкций использовать газообразные и жидкие: воздушную подушку, гидрореактивные устройства и т.д.;
  • использование гибких оболочек и тонких пленок — вместо жестких конструкций использовать гибкие оболочки или тонкие пленки;
  • использование магнитов и электромагнитов — применить магниты или электромагниты;
  • изменение окраски — изменить окраску или сделать объект прозрачным;
  • принцип однородности — объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала;
  • принцип отброса или видоизменения ненужных частей — выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта не должна оставаться мертвым грузом, ее следует отбросить (растворить, испарить и т.д.) или видоизменить;
  • изменение физико-технической структуры объекта — изменение агрегатного состояния, степени гибкости, степени дробления, концентрации или консистенции либо давления.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>