Лекции по основам инженерного творчества для энергетиков. Изобретательство как форма технического творчества. Теория решения изобретательских задач Г.С. Альтшуллера. Методы инженерного творчества

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

основы инженерного творчества

Учебное пособие

Волгоград

УДК 658.518.2(075.8)

Рецензенты: главный конструктор -КРАН» ; технический директор СМИ»

Никифоров, инженерного творчества: учеб. пособие / . ВолгГТУ, Волгоград, 2008. – 96 с.

Дается общее представление об основных методах инженерного творчества, приводится их краткая характеристика, классификация и сфера применения.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 151001.65 «Технология машиностроения», а также может быть полезно для инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, связанных с созданием и модернизацией техники.

Ил. 16. Табл. 2. Библиогр.: 14 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

ISBN 0087-4 Ó Волгоградский

государственный

0 " style="border-collapse:collapse">

Введение

Современное классическое техническое образование, предоставляемое в наших вузах, ориентировано в первую очередь на обучение студентов решению типовых задач, которые возможно встретятся в будущей профессиональной деятельности . Эти задачи могут быть решены путем логического вывода из ранее известных посылок, при этом имеется готовая постановка задачи, известен способ ее решения, а также предпола-гаемый ответ. Однако задачи, возникающие перед инженером, могут носить различный характер. И поэтому, безусловно, необходимое умение решать типовые инженерные задачи должно быть дополнено умением решать задачи инженерные творческие. А для этого необходимо, чтобы будущий специалист, прежде всего, овладел бы системным видение м мира, в том числе и мира технических систем, знаниями и навыками, необходимыми специалисту для решения нетиповых, творческих задач. Нельзя сказать, что накопленный на сегодняшний день огромный научно-технический потенциал создавался людьми, не владеющими творческим подходом к решению. Однако, как показывает анализ литературы по рассматриваемому вопросу, творческие инженерные задачи, как правило, находили решение в результате некоего интуитивного озарения, посетившего разработчика.

В настоящее время возникла и активно развивается наука, изучающая методы и способы ускоренного и целенаправленного нахождения оптимальных технических решений при создании сложных технических систем. Одно из названий этой науки – «Методы инженерного творчества». Помочь ознакомиться с этой дисциплиной и призвано данное учебное пособие . Учебное пособие структурировано на 5 глав. В первой главе приводится краткий исторический обзор развития методов технического инженерного творчества и изобретательства, описан применяемый до сих пор метод проб и ошибок, приведены направления его совершенствования и присущие недостатки. Во второй главе представлены различные подходы к классификации стратегий, методов и результатов изобретательского творчества. В 3, 4 и 5-ой главах последовательно освещены методы интуитивного поиска, методы систематизации и методы упорядоченного поиска технических решений.

Учебное пособие построено на основании ряда литературных источников, представленных в списке литературы. Автор учебного пособия не всегда придерживался указания ссылок на первоисточники, чтобы не перегружать текст и не быть привязанным к точному цитированию.

Для того чтобы оживить содержание учебного пособия, в него внесены художественные иллюстрации, специально подготовленные художником, которой автор приносит огромную благодарность.

Список аббревиатур

МПиО – метод проб и ошибок;

МА – мозговая атака; мозговой штурм;

ТО – технический объект:

ПКД – проблема, как она дана;

ПКП – проблема как её понимают;

ФСА – функционально-стоимостный анализ;

FDM – фундаментальный метод проектирования Мэтчетта;

ТРИЗ – теория решения изобретательских задач;

АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач;

ИКР – идеальный конечный результат;

ТС – техническая система;

КПД – коэффициент полезного действия;

ВПР – вещественно-полевые ресурсы;

ТП – техническое противоречие;

ФП – физическое противоречие;

РВС – оператор «размер–время–стоимость»;

ММЧ – метод моделирования «маленькими человечками»;

РТВ – курс развития творческого воображения.

1. Предпосылки возникновения методов поиска новых технических решений

1.1. Исторические корни технического творчества и изобретательства

Современное научно-теоретическое мышление стремится проникнуть в сущность изучаемых явлений и процессов. Это возможно при условии целостного подхода к объекту изучения, рассмотрения этого объекта в возникновении и развитии, т. е. применения исторического подхода к его изучению.

Ученые и философы с древних времен пытались определить закономерности творческого мышления. Термин «эвристика», произошедший от легендарного возгласа Архимеда «Эврика!» («Нашел!»), ввел древнегреческий математик Папп Александрийский в III веке н. э. Он обобщил труды античных математиков, рассказал о том, как работал Евклид при поиске мате­матических доказательств. Методы, отличные от чисто логических, Папп объединил под условным названием «эвристика». Его трактат «Искусство решать задачи» можно считать первым специальным методическим пособием, показывающим, как вернее действовать, если задачу нельзя решить с помощью известных математических или логических приемов.

Если рассматривать историю становления эвристики хронологи­чески, то следует отметить, что разработку учения об эвристических методах начал еще древнегреческий философ Сократ (469–399 гг. до н. э.). Он ставил себе цель преподавать не готовую систему знаний, а метод, с помощью которого можно создавать систему. В беседах, дискуссиях со своими собеседниками, ставя наводящие вопросы, он стимулировал пробуждение скрытых (латентных) творческих спо­собностей людей, рождение ими продуктивных идей. Метод называл­ся майотикой Сократа. Дословно это означает «акушерское искус­ство», что достаточно метко выражает суть.

Архимеду (287–212 гг. до н. э.) принадлежит уже подробное учение о методах рассмотрения и решения задач. С помощью упро­щенных представлений (говоря современным языком, моделей) он выдвигал и обосновывал гипотезы, которые затем можно было точно доказать математически. В своем труде «Стомахион» Архимед описал некоторые способы создания новых технических объ­ектов из уже известных элементов.

Таким образом, уже в древности с развитием науки возникли методические сборники о том, как нужно действовать, если задачу заранее нельзя решить с помощью известных математических или логических методов. Последующий упадок античных наук привел к забвению на многие века за­ложенных в прошлом тысячелетии некоторых начал эвристики. Сыграла свою негативную роль церковь, которая препятствовала всему новому, а образ техника, изобретателя, алхимика связывался с действием темных сил. Технические нововведения не только не приветствовались, но и запрещались.

Лишь в XVI–XVII вв. труды Г. Галилея (гг.), Ф. Бэкона (1561–1626 гг.) возродили эвристиче­ские подходы к науке.

В 1250 г. испанский философ Раймунд Луллий спроектировал систему, с помощью которой можно было комбинировать некоторые принципы и основные понятия и тем самым получить все познания, к которым вообще способен человеческий разум. Для комбинирования применялись вращающиеся четырехугольники или окружности, на которые были нанесены буквы, цифры и рисунки. Это позволяло механически или автоматически получать разные комбинации. Метод был чисто спекулятивным, принципы и понятия не были научно обоснованы, а вся методика была поставлена на службу религии.

Вторую систему создал французский философ и математик Рене Декарт (1596–1650). В своем труде «Правила для руководства ума» он предложил метод, с помощью которого все проблемы путем разложения на простые составные части можно свести к математическим, а все математические – к алгебраическим задачам. Для алгебраических задач Декарт хотел разработать универсальный метод решения. Труд остался незаконченным. Такая судьба постигла бы его и сейчас. Бесконечное множество проблем, с которыми сталкивается человек, нельзя решить с помощью универсального алгоритма. И не для всех задач можно дать четкие алгоритмы.

Под влиянием Луллия и Декарта первым, кто попытался описать логику создания основного про­дукта инженерного творчества – изобретения, был выдающийся ученый, основатель Академии наук в Германии, (1646–1716 гг.). Он призывал пользоваться разумом так, чтобы «оценивать не только явное, но также и изобретать, откры­вать скрытое». Путь к достижению цели он видел в расчленении всех понятий на некоторые элементарные ячейки, образующие как бы азбуку человеческих мыслей. А дальше в действие вступала ком­бинато-рика: «путем комбинирования немногого можно составить бес­конечное». Всю жизнь работал ученый над усовершенствованием «искусства изобретения», обоснованным им в своей диссертационной работе. Но труд его также полон пробелов.

Однако труды Луллия, Декарта и Лейбница оказались весьма перспективными. Комбинаторика как метод мышления в наше время нашла широкое применение. В 1932 г. Вильгельм Оствальд показал, как полезны могут быть комбинации для получения изобретений. А Фриц Цвикки, американский астроном, родившийся в Швейцарии, назвал этот метод «морфологическим анализом» и применил его сначала для поиска всех возможных классов звезд. Затем разработал несколько новых астрономических приборов и классифицировал все мыслимые принципы построения движителей и двигателей летательных аппаратов. Во Франции практически одновременно А. Молье использовал аналогичный метод.

Значительный вклад в развитие идей эвристики внес Христиан Вольф (1679–1754 гг.), который дал более четкое ее определение, предложил ряд правил искусства изобретательства.

Чешский математик и философ Бернард Больцано (1781– 1848 гг.) создал фундаментальный труд – «Наукоучение». В нем есть большой раздел «Искусство изобретательства» с изложением различ­ных его методов и эвристических правил.

В России теорией эвристики в начале XX века много занимался инженер-патентовед. В ряде своих книг он на­стойчиво декларировал возможность создания науки о творчестве, и в частности об изобретательстве. Но он оказался в плену триад формальной аристотелевской логики и творческую лабораторию изобретателя так и не показал.

1.2. Метод проб и ошибок

https://pandia.ru/text/78/049/images/image007_124.gif" width="296 height=182" height="182">

Рис. 1. Схема поиска методом "проб и ошибок".

ВИ – вектор психологической инерции; ПК – поисковая концепция

От точки, которую мы назовем "Задача", изобретатель должен попасть в точку "Решение". Где именно находится эта точка, заранее, конечно, неизвестно. Изобретатель создает определенную поисковую концепцию (ПК) , т. е. выбирает направление поисков. Начинаются "броски" в выбранном направлении (они условно обозначены стрелками): "А если попробовать так?" А потом становится ясно, что неправильна вся поисковая концепция – поиски идут не в том направлении. Изобретатель возвращается к задаче, выдвигает новую поисковую концепцию и начинает новую серию "бросков". В практике количество попыток обычно намного больше, чем изображено на схеме.

При переборе вариантов безраздельно властвует субъективизм, отсутствуют правила выдвижения идей и критерии их оценки. Правда, по мере развития тех­ники, накопления знаний и опыта изобретатель реже выдвигает нелепые идеи. Он, как правило, представляет себе, что возможно и что невозможно. В процессе поис­ка ему не нужно проверять все возможные варианты – опыт, знания позволяют многие из них заранее оце­нить, принять или отвергнуть. И все-таки далеко не все поддается оценке.

МПиО и сегодня можно использовать для решения простых задач. Но как быть со сложными проблемами, которые требуют рассмотрения и оценки сотен или даже тысяч возможных вариантов? Ведь на их решение могут уйти многие месяцы или годы и безо всяких гарантий на успех. Нередко именно поэтому изобретатель подчас останавливается далеко не на лучшем варианте решения.

Изобретений без признаков яркой творческой мыс­ли многие тысячи. И если, за неимением лучшего, их все-таки внедряют, то часто этим не столько ускоряют, сколько тормозят научно-технический прогресс.

МПиО не для создания изобретений высокого уровня. Даже если кому-то удается найти удачную идею, терпеливо перебрав множество вари­антов или случайно выйдя на правильное решение, то маловероятно, что со следующей задачей изобретатель сумеет справиться на таком же уровне и в приемлемый срок. Большие творческие способности несколько увели­чивают эту вероятность, но в целом и способности не компенсируют недостатков метода проб и ошибок. Не намного облегчает дело так называемый эстафетный механизм нахож­дения сильных решений, при котором последующие по­коления исследователей и изобретателей учитывают отрицательный опыт предшественников и не ищут в заведомо бесперспективных направлениях. Выявляя и отбрасывая все новые подобные направления, исследо­ватели постепенно как бы достраивают пирамиду по­иска до самой вершины.

Хотя с помощью метода проб и ошибок создана вся современная техника, однако до 70–80-гг. XIX века несовершенство метода ничем не компенсировалось. Решение трудных задач растягивалось на десятки лет. Одной и той же проблемой иногда занималось не­сколько поколений изобретателей. Чтобы повысить эффективность творческого поиска, в него стали постепенно вовлекать все больше специалистов, причем самого разного профиля. Зону поиска в таких случаях дробили на небольшие участки, каждым из которых занимался подчас специальный многочисленный коллектив . Так рождались специализированные, узкопрофильные НИИ, КБ с многочисленными подразделениями. С развитием НТР и ростом объемов творческого труда увеличивалось число отраслевых институтов и конструкторских бюро.

Такой, чисто экстенсивный, путь развития не способен удовлетворить уровень и темпы развития техники сегодняшнего дня. В условиях современной экономики столь нерациональная растрата материальных средств, людских ресурсов, их творческого потенциала способна привести лишь к банкротству предприятия.

Некоторые скептики могут возразить и привести факты, свидетельствующие о том, что открытие или изобретение сделано внезапно, по воле случая, безо всякого пере­бора вариантов. Пришла мгновенная догадка – и задача решена. В качестве подтверждения приведут с десяток широко известных, но мало что объясняющих примеров.

Марилс вынул из бочки со скипидаром случайно упавший ту­да рабочий костюм. Он оказался чистым, без пятен. Благодаря этому в 1870 г. был изобретен способ химической очистки тканей.

Физик Беккерель случайно открыл радиоактивность, обнаружив, что завернутая в черную бумагу фотопластинка, лежавшая ря­дом с солью урана, оказалась засвеченной.

Уатта вид кипящего чайника натолкнул на идею паровой машины, а обычная паутина подсказала инженеру Брандту принцип конструкции висячих мостов.

Случайных открытий действительно было, да и сей­час есть, немало, но не бывает случайных открывате­лей! «На случай наталкиваются те, кто его заслу­живает», – прекрасно сформулировал Лагранж. Или, как сказано в биографии Пастера: «Те, кто делает все, чтобы на него натолкнуться».

Эдисону, по его собственному признанию, прихо­дилось работать над одним изобретением в среднем семь лет. По крайней мере треть этого времени уходила на по­иски идеи.

Вот что писал изобретатель Николай Тесла, работав­ший одно время в лаборатории Эдисона: «Если бы Эди­сону понадобилось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять времени на то, чтобы определить наиболее ве­роятное место ее нахождения. Он немедленно с лихора­дочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соло­минку за соломинкой, пока не нашел бы предмета своих поисков. Его методы крайне неэффективны: он может за­тратить огромное количество времени и энергии и не до­стигнуть ничего, если только ему не поможет счастливая случайность. Вначале я с печалью наблюдал за его дея­тельностью, понимая, что небольшие теоретические зна­ния и вычисления сэкономили бы ему тридцать процентов труда. Но он питал неподдельное презрение к книжному образованию и математическим знаниям, доверяясь все­цело своему чутью изобретателя и здравому смыслу аме­риканца».

Названные выше открытия и изобретения сделали вовсе не случайные люди, а видные ученые, опытные специалисты, накопившие обширные знания и опыт. Случай лишь ускорил ход их мыслей, сконцентриро­вал их в едином направлении, стал своего рода им­пульсом в создании нового. Но подобное может про­исходить лишь с человеком ищущим, способным такой случай заметить, понять и, наконец, объяснить и сде­лать выводы.

Не нужно забывать, что известные «случайные» от­крытия – лишь малая толика всего огромного количества открытий и изобретений, сделанных на протяжении ис­тории человечества. А основная масса новшеств – ре­зультат постепенного накопления знаний и длительного творческого труда.

Извечный и безостановочный поиск на основе МПиО помог человеку открыть мир тех­ники. Но времена неудержимо меняются. Метод пере­бора вариантов, тысячелетия добросовестно служивший человечеству, стал недостаточно быстрым и эф­фективным. Уже в XIX в. он практически исчерпал свои возможности. А в наш век лавинного потока информа­ции, быстрого развития науки и техники МПиО стал неприемлемым. Основанная на нем тех­нология творческого труда пришла в глубокое противо­речие с требованиями научно-технического прогресса.

Систематизируем ряд "усовершенствований" МПиО:

1. Увеличение числа "проб", например, с помощью большого числа людей, одновременно работающих над проблемой.

В конце XIX века применение метода проб и ошибок усовершенствовал Эдисон. В его мастерской работало до тысячи человек, поэтому можно было разделить одну техническую проблему на несколько задач и по каждой задаче одновременно вести проверку многих вариантов. Фактически Эдисон изобрел научно-исследовательский институт.

2. Замена вещественных проб мысленными.

Замена вещественных экспериментов мысленными – большой шаг вперед. Из 100 вариантов 99 или 95 рассматривают мысленно, и только оставшиеся 1–5 вариантов испытывают "в натуре" – это огромный выигрыш в затраченных силах, средствах, времени. Увеличение количества занятых в решении проблемы специалистов – тоже большой шаг вперед в организации технического творчества. Но как можно разделить задачу и чтобы каждый перебирал свои варианты?

Объем знаний, доступных современному изобретателю, настолько велик, что результаты многих проб могут быть предсказаны заранее. Изобретатель может опираться не только на личные знания, но и на необъятную научно-техническую литературу , может консультироваться с другими специалистами. Все это позволяет теоретически оценивать большую часть вариантов, не прибегая к реальным, вещественным опытам. Мысленные эксперименты идут намного быстрее, в этом их основное преимущество. Но мысленные эксперименты субъективны, они не защищены от психологических помех. Кроме того, мысленные эксперименты, в отличие от реальных, как правило, не сопровождаются неожиданными побочными открытиями, обнаружением всевозможных непредвиденных явлений и эффектов.

3. Увеличение степени фильтрации – главная тенденция исторического развития метода проб и ошибок.

Когда-то варианты решения задач перебирали буквально наугад. Но по мере развития технических знаний формировались представления о том, что в принципе возможно и что невозможно. Сообразуясь с этими представлениями, современный изобретатель фильтрует варианты, отбрасывая то, что кажется ему неудачным. Фильтрация облегчает решение задач, имеющих нормальные, т. е. более или менее привычные, ответы, и резко затрудняет решение задач, требующих нетривиальных, "диких" идей.

4. Создание т. н. "неалгоритмических методов" (методы мозговой атаки, синектика и др.)

Несмотря на перечисленные направления улучшения работы по МПиО, он обладает рядом недостатков :

1) при решении творческой задачи по МПиО, пробы осуществляются либо по линии наименьшего сопротивления (по "вектору инерции"), либо (что лучше) "во все стороны";

2) процесс решения по МПиО плохо управляется человеком, так как зависит от множества случайных и трудноучитываемых факторов;

3) положительный опыт, полученный при решении задачи не накапливается и не становится широко доступным другим;

4) за внешнюю простоту МПиО приходится расплачиваться потерями времени, бесконечными пробами и отсутствием гарантии получения решения задачи.

2. Классификация методов поиска новых

технических решений

Существуют различные подходы к классификации методов инженерного творчества. Классификация может основываться на рассмотрении уровня полученных технических решений. Такая классификация была предложена на основе анализа множества опи­саний изобретений. Он разделил процесс творческого поиска на несколько последовательных стадий и сформулировал осуществляемые на каж-дой из них изменения. Таким образом сложилась классификация уровней творчества, одна из ее возможных модификаций представлена в табл. 1.

Поиск начинается с выбора задачи, а затем поисковой концепции (подхода), и это не случайно: очень важен верный выбор задачи в начале пути. При выборе проис­ходит конкретизация задачи. Анализ данных табл. 1 показывает, что от первого к пятому уровню меняется сам характер поиска по всем его стадиям. При этом на первом уровне используется готовое решение почти без выбора, на втором осуществляется выбор, а от третьего к пятому уровню все более сложными становятся вно­симые изменения, качественно меняется их характер. На четвертом уровне создается принципиально новый объект, а на пятом – новая система таких объектов. Таким образом, творческий характер поиска нарастает от одного уровня к другому.

Введение

инженерный творчество изобретательский

Творчество - процесс человеческой деятельности, в результате которого создаются качественно новые материальные и духовные ценности. В процессе творчества принимают участие все духовные силы человека, в том числе воображение, а также приобретаемое в обучении и в практике мастерство, необходимое для осуществления творческого замысла. В изучении творчества, творческого мышления еще остается на сегодняшний день много загадок, ждущих своего вдумчивого исследователя.

Творческая деятельность в наше время, в условиях непростой экономической и социальной обстановки, особенно актуальна и способна придать человечеству новые силы на пути экономического, социального и духовного развития.

Виды творчества определяются характером созидательной деятельности человека (например, творчество изобретателя и рационализатора, организатора, научное и художественное творчество), однако, все виды творчества имеют между собой глубокую взаимосвязь. Например, изобретателю и рационализатору, ученому необходимо иметь также и способности к организаторскому творчеству для успешной организации проведения исследований в своей области.

Изобретательство - одна из форм творческой деятельности человека. Каждый образованный человек имеет право на эту деятельность и должен испытать себя в этой области интеллектуального труда. Ведь подлинная цель образования - дать человеку шанс раскрыть свои возможности, познать себя.

Возможно ли научиться изобретать более успешно, направленно, как-то учитывать весьма богатый изобретательский опыт предшественников, и если да, то в чём этот опыт состоит? Советский инженер-патентовед, изобретатель, писатель и учёный Генрих Альтшуллер был убеждён в возможности выявить из опыта предшественников устойчиво повторяющиеся приёмы успешных изобретений и возможности обучить этой технике всех заинтересованных и способных к обучению. С этой целью было проведено исследование более 40 тысяч авторских свидетельств и патентов и на основе выявленных закономерностей развития технических систем и приёмов изобретательства разработана Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), знаменем которой стал призыв превратить искусство изобретательства в точную науку.

Инженерное творчество

Виды инженерного творчества

Различают научное, научно-техническое и техническое творчество.

Научное творчество удовлетворяет потребности познания окружающего мира, т.е. это творчество в фундаментальных науках, результатом которого являются открытия.

Открытие - это установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания.

Научно-техническое творчество заключается в исследовании закономерностей известных явлений с целью их использования в практике. В основе этого вида творчества лежат прикладные науки, различного рода отраслевые исследования, в результате которых разрабатываются новые технические и технологические решения. Результатом данного вида творческой деятельности являются преимущественно сложные изобретения.

Техническое творчество реализуется в результате инженерной деятельности, направленной на разработку новых технических решений на основании известных закономерностей. Результатом технического творчества являются простые изобретения, рационализаторские предложения и конструкторские разработки.

Изобретательство, как форма технического творчества может включать в себя все виды инженерного творчества, однако, для решения изобретательской задачи необходим системный подход.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Приазовский государственный технический университет

Контрольная работа

по дисциплине

«Основы технического творчества»

Выполнил:

Студент группы З-09 ТиУВ-м

Павловский С.С.

Проверил: доцент, к.т.н.

Алистратов В.Н.

Мариуполь 2014 г

Уровни сложности технических задач

Отличительными признаками тех предметов, процессов, решений задач, идей или произведений искусства, которые принято называть творческими, являются, как правило, новизна или уникальность, полезность у технических решений или эстетическая ценность у произведений искусства, изящество (т. е. внесение простоты туда, где раньше была сложность). Для творческих решений характерно также создание новых соотношений, так как прежде не связанные элементы при объединении часто дают новый единственный в своем роде эффект

По этим признакам к творческим относят огромное количество решений, которые тем не менее внутри этой группы существенно отличаются степенью новизны и оригинальности, общественной значимости и полезности, долей творческого акта и его качественным уровнем в процессе работы над задачей. Допустимо говорить о низшем и высшем уровнях творчества. Низший состоит в использовании уже существующих знаний -- расширении области их применения. Так было, к примеру, с изобретением книгопечатания: уже известный ранее способ размножения рисунков был использован для размножения текстов. Творчество высшего уровня связано с созданием какой-то совершенно новой, не имеющей аналога, концепции, идеи, в большей или меньшей степени революционизирующей науку и технику (примером может служить создание А. Эйнштейном теории относительности) .

В нашей стране решения в области научно-технического творчества в зависимости от их формы и уровня, согласно Положению, признаются открытием, изобретением или рационализаторским предложением.

Открытие -- это установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания.

Изобретение -- новое и обладающее существенными отличиями техническое решение задачи в любой области народного хозяйства, социально-культурного строительства или обороны страны, дающее положительный эффект. Его считают новым, если до даты приоритета заявки сущность этого или тождественного решения не была раскрыта в СССР или за границей для неопределенного круга лиц настолько, что стало возможным его использование. Суще­ственными отличиями изобретение обладает, если по сравнению с решениями, известными в науке.и технике на дату приоритета заявки, характеризуется новой.совокупностью признаков. Объектом изобретения могут быть: новое устройство, способ, вещество, а также применение известных ранее устройств, способов, веществ по-новому назначению.

Рационализаторское предложение -- это техническое решение, являющееся новым и полезным для предприятия, организации или учреждения, которому оно подано, и предусматривающее изменение технологии производства или конструкции изделий, применяемой техники или состава материала.

Из определений ясно, что в качестве основного признака отличия одного уровня (формы) творчества от другого можно использовать степень новизны полученного решения. Формы творчества, в той или иной мере присущие различным видам деятельности по созданию новой техники, характеризуются своим научно-техническим содержанием и соответствуют разным уровням новизны. Их можно разделить на несколько групп решений:основанных на разработке качественно иных принципов или процессов, ведущих к коренному преобразованию техники и, как правило, к качественным сдвигам в развитии науки и техники; связанных с воплощением одного и того же принципа, технологического процесса или их комбинаций в различных системах, ведущих прежде всего к глубоким преобразованиям техники внутриотраслевого характера; состоящих в качественных конструктивно-технологических изменениях внутри одной и той же системы, применяемой в разных условиях и с достижением различных целей; ведущих к конструктивно-технологическим изменениям, которые обеспечивают одну и ту же по своему характеру цель, но с различным эффектом (эти изменения выражают степень совершенства одного и того же технического объекта в эволюционной форме его развития);основанных на применении в новых условиях уже известного в одних связях и отношениях объекта с получением иного эффекта (развитие посредством приспособления).

Первым трем уровням новизны соответствуют изобретения, остальным -- усовершенствования и рационализаторская деятельность.

Изобретательские задачи разделяют условно на 5 уровней, а творческий процесс их решения на несколько стадий (выбор задачи, выбор поисковой концепции, сбор информации, поиск идеи решения, развитие идеи в конструкцию, внедрение), каждая из которых может быть пройдена на одном из пяти уровней.

Для первого уровня можно считать характерным использование готового объекта почти без выбора, второго -- выбор одного объекта из нескольких, третьего -- частичное изменение выбранного объекта, четвертого--создание нового объекта или полное изменение исходного и для пятого -- создание нового комплекса объектов.

Приведем примеры решения задач различного уровня.

1-й уровень. Предложено защитный колпак к баллонам для сжатых и сжиженных газов, с целью экономии металла, выполнять из пластмассы и снабжать ребрами жесткости на внутренней поверхности (авт. св. № 157356). В решении использована готовая поисковая концепция.

2-й уровень. Для отделения ферромагнитных частиц с поверхности постоянного магнита предложено в качестве очищающего материала использовать материал с высокой вязкостью, например пластилин (авт. св. № 273302). Направление поисков в данной задаче очевидно -- выбран один из нескольких вариантов.

3-й уровень. С целью уменьшения износа поверхности винтовой пары «винт --гайка» устранено трение. Винт и гайку расположили с постоянным зазором, в их резьбе уложили обмотки, создающие электромагнитное поле, которое обеспечивает поступательное движение гайки относительно винта (авт. св. № 154459). Объект сильно изменен по сравнению с прототипом.

4-й уровень. Для контроля износа двигателя предложено добавлять в масло люминофоры и по изменению свечения масла (мелкие частицы металла гасят его) непрерывно контролировать концентрацию частиц металла (авт. св. № 260249). Раньше время от времени отбирали пробы масла и определяли содержание в них металлических частиц. Исходный способ изменен полностью, использован малоизвестный физический эффект.

5-й уровень. Предложен способ получения высоких и сверхвысоких давлений путем импульсного электрического разряда внутри объема любой проводящей или непроводящей жидкости, (авт. св. № 105011). Открыто новое явление (эффект) --электрогидравлический удар.

Необходимо отметить, что на протяжении многовековой истории технического творчества изобретатели шли к цели старым, малопроизводительным методом проб и ошибок. Перебирая (часто бессистемно, случайно) большое количество вариантов, они находила нужное решение.

Изобретатель мысленно задавал себе вопрос: «А что, если сделать так? Или так?» и т. д. Причем чем сложнее задача, тем больше возможных вариантов ее решения, тем больше проб нужно совершать. Считают, что для решения задачи 1 уровня необходимо сделать несколько проб, а для каждого последующего уровня их количество на порядок увеличивается. Существует явная тенденция к уменьшению количества изобретений и увеличению их трудоемкости (оцениваемой условно по числу проб и ошибок) с ростом их уровня

Анализ изобретений, проведенный Г. С. Альтшуллером , дал следующее соотношение:

Уровень Количество изобретений Количество проб

Отсюда следует, что около 77% зарегистрированных изобретений представляют собой лишь новые конструкции, усовершенствования, для создания которых достаточны знания и навыки, которыми обязан обладать каждый современный инженер. Вместе с тем качественное изменение техники обеспечивают именно решения 3--5 уровней. А они составляют менее, одной четвертой от приведенного количества.

В истории техники не много великих изобретений революционного характера: исследователи называют всего 150--200 таких решений . Это связано с высокой трудоемкостью задач высших уровней, «цена» которых может составлять десятки и сотни тысяч проб.

Низкая продуктивность творческого труда, а также существенная зависимость процесса мышления от ряда отрицательных психологических факторов (психологической инерции и др.) -- основной недостаток метода проб и ошибок.

Приобретшая репутацию неразрешимой, задача часто решается благодаря действию «эстафетного» механизма. Усилиями многих неудачников она превращается в сравнительно простую к тому времени, когда на финише эстафеты кто-то делает последний рывок тем же методом проб и ошибок.

Задачи разных уровней имеют и качественные различия. Если на первом уровне решения задач ищут в пределах одной узкой специальности, то на втором -- в одной отрасли техники, на третьем -- в других отраслях, на четвертом -- не в технике, а в науке с использованием физических и химических эффектов и явлений. Наиболее сложные задачи пятого уровня могут быть решены лишь на основе новых знаний, т. е. после того как сделано открытие.

Научно-техническая революция требует решения задач высших уровней в короткие сроки. Именно этой цели служит методика технического творчества, которая позволяет сужать поисковое поле и превращать с помощью эвристических приемов и методов сложную задачу в простую. При этом конечный результат -- изобретение -- оценивается обществом как творческое решение высокого уровня, а сам процесс фактически проходит на более низком уровне (как по стандартной формуле).

Например, в средние века решение алгебраических уравнений 3-й степени было настоящим творчеством, но появилась формула Кардано, и оно стало доступно всем. Современная методика научно-технического творчества вооружает изобретателя как бы аналогичной формулой, с помощью которой можно получать новые, оригинальные технические решения. Понятие «творчество» не есть что-то неизменное: содержание, вкладываемое в него, постоянно меняется -- творческая деятельность поднимается на все более а более высокий уровень, одновременно растет количество и сложность задач, требующих разрешения.

Построение, превращение веполей

Одним из самых эффективных методов познания является моделирование, т.е. замена реальных систем моделями (идеализированными системами). В ТРИЗ используется вепольный анализ (веполь от слов вещество и поле). Веполь является минимальной моделью технической системы: он включает изделие, инструмент и энергию (поле), необходимую для воздействия инструмента на изделие. Модель сложной технической системы можно свести к сумме веполей. Вещества принято записывать в вепольных формулах в строчку, поле на входе - над строчкой, поле на выходе - под строчкой. Веполь обозначают в виде треугольника. Используются следующие условные обозначения:

Для обозначения природы веществ и полей, их характеристик также используются условные сокращения типа: маг. - магнитный, макс. - максимальный.

Записывая условия задачи в вепольной форме, мы отбрасываем все несущественное, выделяя суть (строим модель задачи): что дано (поля, вещества, действия), что надо изменить или ввести. Поэтому вепольный анализ не только дает удобную символику для записи изобретательских “реакций”, но и служит инструментом проникновения в глубинную суть задачи и отыскания наиболее эффективных путей преобразования технических систем.

Вепольное преобразование подсказывает изобретателю, что именно необходимо ввести в систему для решения задачи (вещество, поле, то и другое вместе), но не характеризует, какие именно. Для получения технического ответа нужно подобрать подходящие вещества и поля.

При этом необходимо начинать перебор с полей, т.к. их существенно меньше, чем веществ. Перебирать поля удобней в такой последовательности: механическое, тепловое, химическое, электрическое, магнитное.

Удобна для заполнения аббревиатура МаТХЭМ, отражающая указанную последовательность. Суммарные взаимодействия отражаются в МаТХЭМ соседними буквами, например, электрохимические, ЭМ - электромагнитные поля и т.п. Большинство полей связаны со “своими” веществами: химическое поле - с различными катализаторами, ингибиторами, особо активными или, наоборот, инертными веществами; электрическое поле - с заряженными частицами (электронами, ионами); магнитное поле - с ферромагнитными материалами.

Стандарты на построение веполей

1. Достройка веполя. Если по условиям дана невепольная система - один элемент (вещество В или поле П) или неполная вепольная система, два элемента (два вещества В1, В2 или вещество и поле В - П), то для решения задачи необходимо достроить систему до полного веполя.

Например, если есть два вещества - вода (В1) и сталь (В2), то для того, чтобы осуществить закалку необходимо ввести тепловое поле.

Гравитационное поле и спиленное дерево ещё не образует вепольной системы - нет второго вещества, поэтому поле не обработает дерево. Падающее дерево встречает ножевое устройство, которое срезает сучья.

Веполи часто приходится образовывать при решении задач на выполнение операций с тонкими, хрупкими и легко деформирующимися объектами. На время выполнения этих операций объект объединяют с веществом, делающим его твёрдым и прочным, а затем это вещество удаляют растворением, испарением.

2. Переход к комплексному веполю. Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение добавок в имеющиеся вещества, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внутреннему комплексному веполю, вводя в В1 или В2 добавки, увеличивающие управляемость или придающие веполю нужные свойства.

При построении внутреннего комплексного веполя вещество, которое вводится, и то в которое вводят указывают в круглых скобках. Примером может служить введение воздуха в вещество для создания пены (или лигирующих элементов в сталь для увеличения прокаливаемости).

Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи содержат ограничения на введение добавок в имеющиеся вещества В1 или В2, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внешнему комплексному веполю, присоединяя к В1 или В2 внешнее вещество В3, увеличивающее управляемость или придающее веполю нужные свойства. В этом случае скобки не ставятся.

Если нужно менять вес движущегося тела, а менять его нельзя, то телу надо придать форму крыла. И, меняя наклон крыла к направлению движения, получить дополнительную, направленную вверх или вниз силу. Если внешняя среда не содержит веществ необходимых для построения веполя, это вещество может быть получено заменой внешней среды, её разложением или введением в неё добавок. В опорном узле скольжения используют смазку (это внешняя среда) для улучшения демпфирования смазку газируют, разлагая её электролизом.

3. Стандарты для реализации экстремальных действий

Если нужен минимальный (дозированный, оптимальный) режим действия, а обеспечить его по условию задачи трудно или невозможно, надо использовать максимальный режим, а избыток убрать. При этом избыток поля убирают веществом, а избыток вещества - полем.

Примером может служить следующее. Чтобы при пожаре стальной каркас здания не перегрелся (избыток поля), не потерял устойчивость, полые колонны и другие элементы заполняют водой, которая циркулирует внутри корпуса, а при закипании воды пар сбрасывается в атмосферу.

Для получения тонкого слоя краски, на изделие наносят избыточное покрытие, окуная изделие в бак с краской. Затем изделие вращают, и центробежные силы сбрасывают избыток краски.

Если нужно обеспечить максимальный режим действия на вещество, а это по тем или иным причинам недопустимо, максимальное действие следует сохранить, но направить его на другое вещество, связанное с первым.

При изготовлении предварительно напряжённого железобетона нужно растянуть стальные стержни. Для этого их нагревают; от тепла стержни удлиняются и в таком виде их закрепляют. Однако, если вместо стержней используют проволоку, её нужно нагревать до 700 єС, а допустимо только до 400 єС. Предложено нагревать не расходуемый жаропрочный стержень, который от нагрева удлиняется и в таком виде соединяется с проволокой. Охлаждаясь, стержень сокращается и растягивает проволоку, остающуюся холодной.

Если нужен избирательно максимальный режим (максимальный режим в определённых зонах при сохранении минимального режима в других зонах), поле должно быть: либо максимальным - тогда в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество; либо минимальным - тогда в места где необходимо максимальное воздействие вводят вещества, дающие локальное поле, например, термитные составы, лазерный и электронный лучи для теплового воздействия, взрывные составы - для механического воздействия.

4. Стандарты на переход от веполя к феполю

Если дана вепольная система с недостаточным взаимодействием веществ, то ее можно улучшить переходом к феполю путем использования ферромагнитного вещества и магнитного поля.

Китайский император Цинь Ши-Хуанди, живший 22 в. назад, для предотвращения покушений на свою жизнь с применением холодного оружия сделал ворота своего замка из магнитного железняка. На этом же принципе основана магнитная рамка в аэропорту.

Если неудовлетворительно взаимодействующие вещества (В1 и В2) неферромагнитны, то либо вводят во внутрь, либо наносят на них ферромагнитное вещество Вф и создают внутренний или внешний ферромагнитный комплексный веполь.

5. Стандарт на динамизацию системы.

Если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена путем увеличения динамизации, включающей, например, разделение веществ на шарнирно соединенные части, переход на импульсное поле. (система перестраивающаяся в процессе работы).

6. Стандарты на разрушение веполя.

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряжённые полезные и вредные действия, причём непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ не запрещено, задачу решают введением между двумя веществами третьего вещества. Вещество В3 может быть введено в систему извне в готовом видеили получено действие поля (П1 или П2) из имеющихся веществ В1или В2. В частности, В3 может быть “пустотой”, пузырьками, пеной и т.д. Если есть ограничение на введение посторонних веществ, то должны быть использованы модификации имеющихся веществ В1 или В2, соответственно, В1ґ или В2ґ.

Примером может служить способ предупреждения кавитационной эрозии у скоростных судов подводных крыльев намораживанием на них льда или способ защиты трубопровода для транспортировки пульпы с абразивными частицами, отличающийся тем, что с целью снижения износа, его стенку охлаждают до образования слоя замороженной пульпы. Если необходимо устранить вредное действие поля на вещество, задача может быть решена введением второго элемента, оттягивающего на себя вредное действие поля. Например, для защиты труб от разрыва при замораживании в трубе размещают надувную пластмассовую вставку (шланг). Вода при замерзании расширяется и сдавливает мягкую вставку, что предотвращает разрушение труб.

Для разрушения вредного веполя может применять другое поле. Это иллюстрирует следующий пример. Для экономного полива воду нужно очень мелко распылять, но вылетающие из распылителя мельчайшие капельки слипаются друг с другом, что не желательно. Для их разделения вводят электрическое поле, создающее в капельках одноименные заряды. Это приводит к их отталкиванию.

В случае, если между веществом существует нежелательное химическое взаимодействие, его можно устранить (или сильно ослабить) применением теплового поля, но со знаком (-), т.е. применить охлаждение до отрицательных температур.

Если нужно разрушить веполь с магнитным полем, задача может быть решена размагничиванием при ударе или нагреве.

7. Стандарты на обнаружение.

Если невепольная система плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают построением веполя с полем на входе и выходе.

Примером может служить определение дефектов рентгеновским или ультразвуковым методами.

Если система (или её часть) плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают переходом к внутреннему или внешнему комплексному веполю, вводя легко обнаруживаемые добавки. Если их нельзя ввести во внутрь, их вводят во внешнюю среду.

Чтобы обнаружить частицы изношенного металла двигателя, которые поступают в смазывающее его масло, в последние добавляют люминофор и облучают ультрафиолетовыми лучами. Металлические частицы гасят свечение.Если не возможно непосредственно обнаружить или измерить происходящие в системе изменения, задачу решают возбуждением в системе резонансных колебаний (всей системы или её какой-то части), по изменению частоты которых можно определить происходящее в системе. Примером может служить способ измерения массы жидкости в резервуаре, согласно которому возбуждают механические резонансные колебания системы резервуар - жидкость, и измеряют частоту, по величине которой судят о массе.

Для повышения эффективности обнаружения или измерения необходимо перейти к феполю. Известен способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов, отличающихся тем, что с целью неразрушающего контроля в состав вводят магнитный порошок и измеряют изменения магнитной проницаемости в процессе его затвердевания (размягчения).

Если нельзя заменить вещество в вепольной системе ферромагнитным веществом, переходят к комплексному внутреннему или внешнему феполю.

Алгортим решения изобретательских задач

АРИЗ - инструмент для мышления, а не вместо мышления.

АРИЗ - инструмент для решения сложных технических задач (нестандартных задач).

Анализ задачи

От расплывчатой изобретательской ситуации осуществляется переход к мини-задаче, а затем модели задачи. Мини-задача формулируеться таким образом, что всё (или почти всё) в системе остается как было (или упрощается), а вредный эффект должен исчезнуть (или появится полезное действие). При формулировании мини-задачи следует отказаться от специальных терминов; сформулировать ТП-I и ТП-2, выбрать конфликтующую пару, включающую изделие и инструмент. Иногда в задачах бывает 2 изделия или инструмента. Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить и т.д.). Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок; огонь, а не горелка). Инструментом может быть часть окружающей среды, а также стандартные детали, из которых собирают изделие. ТП-I и ТП-2 должно быть представлено графически.

ТП-IРазмещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

АРазмещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

БРазмещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Необходимо из двух схем конфликта выбрать ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса. Указать, что является главным производственным процессом.

Модель задачи - предельно упрощенная схема конфликта, составляющего суть задачи. Она условна, в ней искусственно выделена часть технической системы.

Анализ модели задачи

Цель второй части АРИЗ - учет имеющихся в системе ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей.

1) Определить оперативную зону (ОЗ). В простейшем случае оперативная зона - это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи.

2) Определить оперативное время (ОВ). Это время протекания конфликта и время до конфликта.

3) Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР). ВПР - это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи. ВПР бывают 3-х видов:

Внутрисистемные: а) ВПР инструмента; б) ВПР изделия;

Внешнесистемные: а) ВПР среды, специфичной для данной задачи; б) ВПР, общие для любой внешней среды, например, гравитационное, магнитное поле земли;

Надсистемные: а) отходы посторонней системы (если такая система доступна по условиям задачи); б) “копеечные” - очень дешевые посторонние вещества, стоимостью которых можно пренебречь.

В первую очередь следует использовать внутрисистемные ВПР, затем внешнесистемные и в последнюю очередь - надсистемные. При решении задач на прогнозирование целесообразно использовать максимум различных ВПР. Изделие входит в ВПР лишь в тех сравнительно редких случаях, когда его можно легко менять, не меняя (допускается соединение с пустотой, изменения на время, переход в надсистему). Если изменяющихся ресурсов недостаточно, то следует использовать другие вещества и поля.

Определение ИКР и ФП

1) Записать ИКР-I: икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет вредное действие в течение ОВ в пределах ОЗ, сохраняя способность инструмента совершать полезное действие (указать какое). Общий смысл любых формулировок ИКР таков: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества).

2) Усилить формулировку ИКР-I дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, а необходимо использовать ВПР в такой последовательности: ВПР инструмента, ВПР внешней среды, побочные ВПР, ВПР изделия, если на это нет запрета по условиям задачи.

3) Указать физическое противоречие (ФП). Им называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны. Записать формулировку ФП на макроуровне: оперативная зона в течение оперативного времени должна (указать физическое макросостояние, например, “быть горячей”), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий) и не должна быть горячей (указать противоположное физическое макросостояние, например, “быть холодной”), чтобы выполнять (указать другое конфликтующее требование). Можно составить краткую формулировку ФП: элемент (или часть элемента в оперативной зоне) должен быть, чтобы (указать для чего он нужен), и не должен быть, чтобы (указать почему он вреден).

4) Записать формулировку физического противоречия на микроуровне: в оперативной зоне должны быть частицы вещества (указать их физическое состояния или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по п. 3 макросостояние) и не должны быть такие частицы (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по п.3 другое макросостояние).

5) Записать формулировку идеального конечного результата ИКР-2: оперативная зона (указать) в течение оперативного времени должна сама обеспечить (указать противоположные физические макро- или микросостояния).

6) Проверить возможность применения системы стандартов к решению физической задачи, сформулированной в виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к четвертой части АРИЗ.

Мобилизация и применение ВПР

Правило. Каждый вид частиц, находясь в одном физическом состоянии, должен выполнять одну функцию. Если частицы А не справляются с действиями 1 и 2, надо ввести частицы Б, которые будут выполнять действие 2, а частицы А - действие 1.

Правило. Разделение частиц на группы выгодно и в том случае, когда должны быть частицы одной группы А. Одну группу частиц А оставляют в прежнем состоянии, а у другой группы частиц меняют главный для данной задачи параметр.

Правило. Разделенные или введенные частицы после отработки должны стать неотличимыми друг от друга или ранее имевшихся частиц.

Применить метод моделирования “маленькими человечками” (ММЧ):

а) используя метод ММЧ, построить схему конфликта;

б) изменить схему так, чтобы “маленькие человечки” действовали не вызывая конфликта;

в) перейти к технической системе.

Изображать в виде “маленьких человечков” следует только изменяемые частицы модели задачи (инструмент, икс-элемент). Следует на рисунке указать плохое и хорошее действие. Если события развиваются во времени, целесообразно сделать несколько последовательных рисунков. Метод ММЧ позволяет отчетливее увидеть идеальное действие (“что надо сделать”) без физики (“как это сделать”). Благодаря этому снимается психологическая инерция, фокусируется работа воображения.

Если из условий задачи известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к определению способа получения этой системы, можно использовать метод “шаг назад от ИКР”. Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее изменение. Например, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача (микро-задача): как устранить дефект. Разрешение такой микро-задачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает решение общей задачи.

Определить решается ли задача применением смеси ресурсных веществ? Если требуется, осуществить переход от моновещества к бивеществу или поливеществу. По возможности широко использовать смесь веществ с "пустотой", которая является исключительно важным вещественным ресурсом. Она всегда имеется в неограниченном количестве, предельно дешева, легко смешивается с различными веществами (пена, пузырьки, пористые структуры). Например, смесь воздуха и пустоты - это воздух под пониженным давлением. Смесь какого-либо вещества с "пустотой" позволяет получить пену (пенопласт, пеношамот, пеноалюминий, и др.).

Определить решается ли задача заменой имеющихся веществ "пустотой".

Определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой").

Производные ресурсные вещества получают изменением агрегатного состояния имеющихся ресурсных веществ. Если ресурсное вещество жидкость, то производные - лед и пар. Для воды производные - кислород и водород.

Определить, решается ли задача введением вместо веществ одного или нескольких полей: электрического, магнитного, электромагнитного, теплового и т.д.

Определить, решается ли задача применением пары поле - добавка вещества, отзывающегося на поле (например, магнитное поле - ферровещество, ультрафиолет - люминифор, тепловое поле - металл с памятью формы и т.д.).

Решение мини-задачи тем идеальнее, чем меньше затраты ВПР. Однако не каждая задача решается при малом расходе ВПР. Иногда приходится отступать от этого, вводя посторонние” вещества и поля. Делать это надо только при действительной необходимости, если никак нельзя обойтись наличными ВПР.

Применение информационого фонда

Во многих случаях мобилизация ВПР (см. 3.1.4) приводит к решению задачи. В таких случаях можно переходить кп. 3.1.7, который будет рассмотрен ниже Если же после этого шага ответа нет, нужно перейти к п. 3.1.5, а именно к использованию информационного фонда ТРИЗ. К этому моменту задача существенно проясняется и становится возможным ее прямое решение с помощью этого фонда. Для этого необходимо рассмотреть возможность решения задачи:

По стандартам вепольного анализа;

С использованием физических эффектов;

С применением технических приемов.

Изменение (или) замена задачи

1) Если задача решена, перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ.

2) Если ответа нет, проверить формулировку задачи. При необходимости изменить ее условие, выделив отдельные задачи для первоочередного решения.

3) Если ответа нет, изменить задачу, выбрав другое противоречие.

4) Если ответа нет, заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме.

Анализ способа устранения физического противоречия

Главная цель этой части АРИЗ - проверка качества полученного ответа. ФП должно быть устранено почти идеально “без ничего”. Лучше потратить два-три часа на получение нового более сильного ответа, чем потом полжизни бороться за плохо внедряемую, слабую идею. В этой части АРИЗ необходимо осуществить следующее.

I. Контроль ответа: рассмотреть вводимые вещества и поля, ответить на вопрос, нужно ли вводить новые? Можно ли не вводить новые вещества и поля, использовав ВПР, - имеющиеся и производные? Можно ли использовать саморегулируемые вещества? Ввести соответствующие поправки в технический ответ.

Саморегулируемые вещества (в условиях данной задачи) - это такие вещества, которые определенным образом меняют свои физические параметры при изменении внешних условий, например, теряют магнитные свойства при нагревании выше точки Кюри. Применение саморегулируемых веществ позволяет менять состояние системы или проводить в ней изменения без дополнительных устройств. Провести предварительную оценку полученного решения, ответив на следующие контрольные вопросы:

а) обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР-I?

б) какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением?

в) содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?

г) годится ли решение, найденное для “одноцикловой” модели задачи в реальных условиях со многими циклами.

Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к анализу задачи. В случае решения задачи проверить по патентным данным формальную новизну. Указать, какие подзадачи возникнут при технической разработке полученной идеи. Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

Применение полученного ответа

Действительно хорошая идея не только решает конкретную задачу, но и дает универсальный ключ ко многим другим аналогичным задачам. Рассматриваемая часть АРИЗ имеет целью максимальное использование ресурсов найденной идеи. Для этого следует:

Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система;

Проверить, может ли измененная система (или подсистема) применяться по-новому;

Использовать полученный ответ при решении других технических задач:

а) сформулировать в обобщенном виде полученный принцип решения;

б) рассмотреть возможность применения полученного принципа при решении других задач;

в) рассмотреть возможность использования принципа, обратного полученному;

г) применить морфологический анализ для выяснения возможных вариантов;

д) рассмотреть изменение найденного принципа при варьировании размеров системы (или главных ее частей): размеры стремятся к нулю, размеры стремятся к бесконечности.

Анализ хода решения

Каждая решенная по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. Для этого необходимо тщательно проанализировать ход решения. В этом смысл завершающей части АРИЗ. Для чего следует сравнить:

Реальный ход решения данной задачи с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать;

Полученный ответ с данными информационного фонда ТРИЗ (стандарты, приемы, физэффекты). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный накопитель.

1. Чус А.В., Данченко В.Н. Основы технического творчества. - Киев; Донецк: Вища шк., 1983, - 183 с.

2. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. - М.: Сов. Радио, 1979.- 176 с.

3. Буш Г.Я. Аналогия и техническое творчество. - Рига: Авотс, 1981. - 139с.

4. Основы функционально-стоимостного анализа / Под ред. М.Г. Карпунина и Б.И. Майданчика. - М.: Энергия, 1986. - 176 с.

5. Патентоведение / Под ред. В.А. Рясенцева. - М.; Машиностроение, 1976. - 305 с. изобретатель экстремальный задача

6. Крюков И.В., Петров С.П. Оформление заявки на изобретение. - Киев: Вища шк. Головное иэд-во, 1988. - 152 с.

7. Альтшуллер Г.С. и др. Поиск новых идей: от озарения к технологии - Кишинев: Картя Молдовеняска. 1989. - 381 с.

8. Правила игры без правил / Сост. А.Б. Селюцкий - Петрозаводск: Карелия, 1989.-280с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Основные понятия и определения алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ) как комплексной программы алгоритмического типа, основанной на законах развития технических систем. Классификация противоречий, логика и структура АРИЗ. Пример решения задачи.

реферат , добавлен 16.06.2013


Исследование составляющих элементов теории решения изобретательских задач и её значение для науки, изобретателей и производства. Анализ степени изменения объекта в зависимости от степени трудоемкости: закон полноты, ритмики и увеличения степени системы.

контрольная работа , добавлен 10.02.2011


Алгоритм решения изобретательских задач. Замена специальных терминов на функциональные. Применение системы изобретательских стандартов к модели задачи. Описание приспособления (упаковки саморазогревающейся), используемого для разогрева продуктов питания.

курсовая работа , добавлен 16.01.2013


Закономерности существования и развития технических систем. Основные принципы использования аналогии. Теория решения изобретательских задач. Нахождение идеального решения технической задачи, правила идеальности систем. Принципы вепольного анализа.

курсовая работа , добавлен 01.12.2015


Характеристика методов решения инженерных задач (морфологический анализ, мозговая атака, функционально-стоимостный анализ). Теории решения изобретательских задач. Поиск технического решения устранения трения при обработке изделий из алюминиевых сплавов.

курсовая работа , добавлен 26.10.2013


Традиционный метод решения технических задач и кустарный промысел. Особенности чертежной тактики машиностроения и современного проектирования. Использование способов "мозгового штурма", синектики, морфологического анализа и ликвидации тупиковых ситуаций.

реферат , добавлен 09.02.2011


Базирование механизмов решения изобретательских задач на законах развития технических систем. Закон полноты частей системы и согласования их ритмики. Энергетическая проводимость системы, увеличение степени ее идеальности, переход с макро- на микроуровень.

курсовая работа , добавлен 09.01.2013


Непротиворечивый вариант геометрически нелинейной теории плоских криволинейных стержней в квадратичном приближении. Алгоритм численного решения задачи устойчивости плоского криволинейного стержня. Линеаризованные уравнения нейтрального равновесия.

дипломная работа , добавлен 13.07.2014


Изготовление электронных наручных часов с водонепроницаемым корпусом, будильником, измеряющих пульс. Устройство и принцип работы кварцевых часов. Теория решения изобретательских задач. Определение сущности и признаков патентноспособности изобретения.

творческая работа , добавлен 23.12.2011


Описание способа сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений. Анализ изобретений в области сварки. Изучение основных приемов и методов теории решения изобретательских задач, позволяющих устанавливать системные связи.

А. И. Половинкин

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

2-е издание, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений

«МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1988

ББК 32.81 П52 УДК 668.512.2 (075.8)

Рецензенты д-р техн. наук проф, Р. Р. Мавлютов, канд. техн. наук А. В. Никитин, канд. психологических наук А. А. Вербицкий Половинкин А. И.

Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов.—М.: Машиностроение, 1988. — 368 с.г ил.

ISBN 5-217-00016-3

Даны основные понятия, единые для различных эвристических и машинных методов инженерного творчества (функция технического объекта, функциональная структура, физический принцип действия, техническое решение, критерии развития и др.). Изложены наиболее распространенные эвристические методы: мозговой штурм, метод эвристических приемов, морфо< логический анализ и синтез, функционально-стоимостной анализ, Изложены машинные методы поискового проектирования и конструирования применительно к задачам поиска улучшенных физических принципов действия и технических решений. Весь материал иллюстрирован иа примерах из различных областей техники.

ISBN 5-217-00016-3 Издательство «Машиностроение», 1988

ПРЕДИСЛОВИЕ

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года», утвержденных XXVII съездом КПСС, указана генеральная линия нашей страны — ускорение социально-экономического развития на основе научно-технического прогресса и всесторонней интенсификации. При этом отмечено главное направление работы: «Осуществить коренное повышение технического уровня выпускаемой продукции. Обеспечить создание и освоение производства техники новых поколений, позволяющей многократно повысить производительность труда, улучшить его условия, существенно снизить материальные затраты». Решение этих задач в первую очередь связано с изобретением, разработкой и освоением новых машин, приборов и оборудования, новых технологий и материалов.

Один из главных недостатков в подготовке большинства выпускников инженерных специальностей — неумение самостоятельно ставить новые задачи, неумение решать задачи поиска новых конструкторско-технологических решений на уровне изобретений, обеспечивающих в итоге повышение качества продукции, достижение мирового уровня, всестороннюю интенсификацию и экономию ресурсов. Учебный процесс в основном построен на решении таких теоретических и практических задач, для которых уже имеется готовая постановка задачи, дается способ ее решения в виде четкого алгоритма, имеются примеры решения задач по этому способу, а преподавателю (а часто и студенту) известен ответ. При этом решение задачи часто превращается в рутинную работу, не требующую глубоких творческих размышлений.

В дополнение к приобретению навыков решения таких задач (что выпускник также должен уметь хорошо делать!)будущийспециалист обязан овладетьзнаниями и навыками решения творческих инженерных задач, в которых нет готовой постановки, неизвестен способ решения, нет близких примеров решения аналогичных задач, а преподавателю — неизвестен ответ, обычно имеющий несколько вариантов.

Необходимость восполнения указанного пробела в подготовке специалистов особо выделена в «Основных направлениях перестройки высшего и среднего специального образования в стране», где сказано: «Первоочередная задача — осуществить решительный поворот от массового, валового обучения к усилению индивидуального подхода, развитию творческих способностей будущих специалистов... Процесс формирования инженерных кадров должен быть подчинен развитию у них навыков самостоятельного технического творчества, системного анализа технико-экономических проблем, умения находить эффективные решения».

Введение в вузах дисциплины «Основы инженерного творчества» призвано сыграть ключевую роль в реализации этого директивного указания, а также в перестройке и повышении эффективности их работы. Опыт преподавания такой дисциплины в ряде вузов страны и за рубежом позволяет прогнозировать прогрессивные положительные результаты изучения методов инженерного творчества в увязке с другими дисциплинами и различными видами учебной работы.

Во-первых, резко возрастает доля студентов, работающих увлеченно и самостоятельно, в итоге приобретающих активную позицию и повышенный творческий потенциал — весьма актуальные качества для молодого специалиста. Во-вторых, многократно увеличивается доля курсовых и дипломных проектов, содержащих творческие инженерные решения. В-третьих, возрастает объем интеллектуальной продукции на кафедре в виде авторских свидетельств и патентов на изобретения, сделанных преподавателями и студентами, а также в виде разработанных и реализованных на практике предложений по новым конструкторско-технологическим решениям.

Автор выражает благодарность и признательность Т. П. Бабинцевой, С. А. Генералову, Т. М. Зверевой, С. Г. Колесникову, С. А. Николаеву, Я- Ш. Флейтману, С. А. Фоменкову, оказавшим большую помощь в подготовке рукописи книги.

УСЛОВНЫЕОБОЗНАЧЕНИЯ

АБИЗ — автоматизированный банк инженерных енаний

ИТ — инженерное творчество ИТР — идеальное техническоерешение КПД — коэффициент полезного действия

МА — мозговая атака НТП — научно-технический прогресс

ОС — окружающая среда РЭА — радиоэлектронная аппаратура САПР — система автоматизированного проектирования СДС — синтез допустимой структуры

ТЗ — техническое задание ТИЗ — творческая инженерная задача

ТО — технический объект

ТР — техническое решение

ТФ — техническая функция УПП — универсальноепространство параметров -

ФО — физическая операция

ФП — функция планирования ФПД — физическийпринцип действия

ФС — функциональная структура ФСА — функционально-стоимостной анализ ФТЭ — физико-технический эффект

ФУ — функция управления

ФЭ — функциональный элемент ШЛП — шаг локального поиска

ЭП — эвристический прием

ЭФ — энергетическая функция

ВВЕДЕНИЕ

История развития человечества — это прежде всего история изобретения, создания и совершенствования различных изделий и технологий. Систематическое использование и обработка нашими далекими предками камня и палки, начавшиеся около миллиона лет назад, технология добывания и использования огня, возникшая примерно 100 тыс. лет назад, лук и стрелы с кремниевыми наконечниками, появившиеся около 10 тыс. лет назад, повозка с колесами, выплавка бронзы, водяное колесо, токарный станок, скрипка, паровая машина, пластмассы, телевизор, вычислительная машина, космический аппарат, искусственное сердце и необозримо многое другое — все это результаты удивительного, мучительного и величественного процесса, называемого творчеством.

Тысячи известных и безымянных изобретателей и рационализаторов породили необъятный теперь мир техники и технологии. Этот мир действительно велик. Только в нашей стране номенклатура выпускаемых изделий превышает 20 млн. единиц!

Если говорить в целом об истории инженерного творчества (ИТ), то прежде всего вызывают удивление темпы его роста, которые иллюстрируются табл. 1, где под классом изделий подразумеваются технические объекты, имеющие одинаковые или очень близкие функции (например, класс молотков, болтов, стульев, стиральных машин, токарных станков, паровых турбин и т. д.). При взгляде на табл. 1 невольно возникает вопрос, какие же показатели по числу классов и сложности изделий будут через 100 лет?! Что изменится за этот, с одной стороны, малый промежуток времени (по сравнению со всей историей технического прогресса), а с другой — очень большой, если учесть современные, заметные каждому темпы развития техники, которые продолжают ускоренно возрастать?!

Что Вы, дорогой читатель, запишите в последней строке табл. 1? Каков будет мир техники через 25, 50 и 100 лет?

Цели и задачи настоящей учебной дисциплины — обучение навыкам постановки и решения задач поиска (изобретения) новых, более эффективных конструкторско-технологических решений, в том числе решений, превосходящих мировой уровень. Такие задачи возникают при разработке новых машин, приборов, технологического оборудования и технологий, при выполнении плановых работ по реконструкции и модернизации. Решение проблемы интенсивного развития экономики выдвинуло большое число дополнительных творческих инженерных задач, связанных с экономией трудовых ресурсов, сырья, материалов и энергии.

Другая не менее важная цель изучения дисциплины — подготовка к овладению интенсивной технологией инженерного творчества, основанной на использовании методов ИТ, специально подготовленной информации и вычислительной техники.

Почему с возрастающей настойчивостью ставится вопрос массового обучения молодежи методам ИТ?

В возрасте до 20—25 лет значительно легче формируется творческая личность, осваиваются психология и методология ИТ, нежели после 30 лет. Известно, что революционные идеи создания новых высокоэффективных машин, аппаратов, приборов и технологий чаще выдвигают и разрабатывают люди до 30 лет. Ускорение научно-технического прогресса, экономическая мощь страны находятся в прямой зависимости от ее творческого потенциала, т. е. от числа творчески работающих конструкторов, технологов, ученых. Широкое и активное участие молодежи в инженерном творчестве многократно увеличивает творческий потенциал страны.

Другая причина связана с возрастанием сложности изделий, что было уже показано в табл. 1, в глобально-историческом разрезе. Однако особый интерес вызывают последние десятилетия, в течение которых наблюдаются быстрый рост сложности изделий по числу деталей и используемых физических эффектов, расширение номенклатуры используемых материалов и комплектующих элементов, рост разнообразия самих технических систем, сокращение времени их создания и морального старения, возрастание объема патентной и научно-технической информации и т. д. Эти факторы привели к такому положению, когда объем работ по выбору новых улучшенных проектно-конструкторских решений, т. е. по ИТ, начиная с середины XX века возрастает за каждые 10 лет примерно в 10 раз (при условии сохранения качества разработок). Это по существу не прекращающееся во времени взрывообразное увеличение объема работ все более не согласуется с фактическим ростом числа научных и инженерно-технических работников, призванных обеспечивать технический прогресс. Ниже показано относительное возрастание объема работ по ИТ и максимально возможные темпы роста кадрового потенциала, призванного заниматься ИТ:

Заметим, что среди всех инженеров, техников и рабочих без обучения методам ИТ результативно занимаются ИТ не более 20%, т. е. абсолютный прирост кадрового потенциала в соответствии с приведенными данными нужно умножить на коэффициент 0,1—0,2.

Несоответствие между нормальным ростом объема работ и качеством подготовки инженерных кадров породило ряд негативных последствий, в первую очередь снижение качества многих новых изделий. В ближайшем будущем наиболее высокие темпы технического прогресса (в смысле повышения показателей эффективности изделий) будут в тех странах, в которых объем работ по ИТ в наибольшей мере приближается к нормальному росту. В связи с этим мы сможем справиться с быстро нарастающим объемом работ по ИТ и обеспечить нормальные темпы технического прогресса при выполнении двух условий:

при введении массового обучения ИТ;

при широком использовании вычислительной техники в решении трудоемких и сложных задач ИТ.

Существует мнение, что умение находить, ставить и решать изобретательские и рационализаторские задачи — это «божий дар», которому нельзя обучить. Как относиться к такой точке зрения? Может ли каждый научиться изобретать?

По мнению ряда авторитетных педагогов обучение ИТ заметно повышает творческий потенциал каждого человека. Конечно, у одаренных людей при одинаковом обучении со всеми творческий потенциал остается относительно более высоким. Здесь вполне можно провести аналогию со спортом. Каждого здорового человека можно научить достаточно хорошо играть в волейбол или шахматы, но у спортсменов, имеющих соответствующие природные данные, результаты будут выше.

Если говорить конкретнее, то основная цель обучения заключается в выявлении и раскрытии творческих наклонностей и способностей, о которых многие обучаемые не подозревают (и может быть до конца своей жизни не узнали бы!). Обучение ускоряет приобретение опыта и мастерства одаренными (в смысле ИТ) специалистами. Для людей, имеющих слабые природные задатки, обучение дает в руки инструмент и навыки, которые позволяют успешно решать довольно широкий круг творческих инженерных задач. И еще один нюанс, который лучше передать словами английских проф. М. Тринга и Э. Лейтуэйта: «Как показал наш собственный опыт, лишь немногие из тех, кто наделен талантом изобретателя, умеют развивать талант и пользоваться им» .

Таким образом, необходимость массового обучения молодежи ИТ кроме всего прочего сильно связана с поднятием престижа инженера, популярности инженерного труда и повышением качества обучения во втузе. Дело в том, что многие инженеры, не умея ставить и решать творческие задачи, вынуждены заниматься утомительной и неинтересной рутинной работой. Приобретение навыков постановки и решения творческих инженерных задач значительно увеличит долю творческого труда. Хорошо известно, что с ИТ обычно связаны наиболее яркие страницы внутренней жизни человека, работающего в области техники. Кроме того, ИТ часто приносит еще дополнительное моральное и материальное вознаграждение и глубокое удовлетворение полученным результатом. Поэтому массовое обучение методам ИТ — это один из наиболее действенных путей повышения интереса к инженерному труду.

Ответим на ряд вопросов. Какие в настоящее время существуют методы ИТ? Известно довольно большое число методов, которые условно можно разделить на две группы:

1.Эвристические методы технического творчества, основанные на использовании достаточно четко описанных методик и правил поиска новых технических решений. Эти методы начали разрабатывать еще с древних времен (Сократ, Архимед); особое внимание им уделили выдающиеся ученые XVII—XVIII вв. Ф. Бэкон, Р. Декарт и Г. Лейбниц. Начиная с 40-х гг. нашего столетия резко возросли исследования и разработки по созданию и применению эвристических методов, методик, приемов, принципов, правил и т. п. В настоящее время известно более 100 эвристических методов, методик, подходов и их модификаций.

2.Компьютерные методы поискового конструирования, основанные на использовании ЭВМ в решении творческих инженерных задач. Эти методы начали разрабатывать и применять в 60-х годах. В настоящее время известны десятки различных подходов и методов поискового конструирования.

Обзор эвристических и компьютерных методов ИТ достаточно широко освещен в литературе .

Принимая во внимание довольно большое разнообразие методов ИТ и то, что их число продолжает расти (в силу молодости самой дисциплины), зададимся вопросом: Какому методу или каким методам рекомендуется в первую очередь обучать?

Как считают опытные педагоги и методисты, нецелесообразно обучать какому-либо одному методу или стараться освоить все имеющиеся подходы и методы. Студент или специалист на первом этапе или на первой ступени овладения методами ИТ должен научиться свободно пользоваться небольшим набором из трех — пяти методов. Дальнейшее повышение эффективности деятельности творчески работающего инженера связано с приобретением собственного опыта и расширением набора используемых методов и систем методов решения творческих инженерных задач.

Настоящий курс направлен на изучение трех эвристических методов (методы мозговой атаки, эвристических приемов, морфологического анализа и синтеза) и трех компьютерных методов (методы синтеза технических решений на И—ИЛИ графах, синтеза физических принципов действия, математического программирования — синтеза оптимальных структур и форм). Имеются и другие эффективные методы и системы методов инженерного творчества; метод синектики , метод контрольных вопросов 141], алгоритм решения изобретательских задач 12], специальные объектно-ориентированные компьютерные методы синтеза и анализа конструкторско-технологических решений и др.

Какие принципиальные отличия имеют эвристические методы технического творчества и методы поискового конструирования?

В 1977 г. было проведено условное разделение между эвристическими и компьютерными методами (с помощью первых решают задачи технического творчества, с помощью вторых — задачи поискового конструирования). К задачам технического творчества были традиционно отнесены такие, при которых человек решает поставленную задачу способом «проб и ошибок» или с помощью эвристических методов без использования ЭВМ. К задачам поискового конструирования отнесены такие творческие инженерные задачи, которые человек решает с использованием ЭВМ.

...

По определению ЮНЕСКО инженер - это такой работник, который умеет творчески использовать научные знания, проектировать и строить промышленные предприятия, машины и оборудование, разрабатывать (применять) производственные методы, используя различные инструменты (отдельно или в различных комплектах), конструировать эти инструменты, пользоваться ими, хорошо зная принципы их действия и предугадывая их «поведение» в определенных условиях.

Обращает на себя внимание условие творчески использовать знания. Есть немало понятий, интуитивно нами принимаемых, над которыми мы даже не задумываемся. Все знают, что такое время, пространство. Но никто не может дать им строгого определения. Это понятия априорные, принимаемые на веру. Творчество - тоже понятие всем знакомое. Но что можно считать творчеством? Ответ не так прост, как кажется. Попробуйте дать ему определение…

БСЭ определяет творчество как деятельность, порождающую нечто качественно новое, никогда ранее не бывшее. Новизна, оригинальность продукта, результата – необходимый признак творчества. Но еще не достаточный. Мы говорим об инженерном, техническом творчестве. Чаще всего это связывается с открытиями и изобретениями. Изобретение – всегда новое. Но задумаемся:

— Инки в Америке не знали колеса,

— Европейцы не изобрели катамарана.

А если бы кто-то из них сделал такое изобретение не зная, что на другом конце Земли оно уже есть? Было бы творчество? Несомненно. Следовательно, мировая новизна – еще не все. Результат творчества может быть и личностно значим. Особенно ярко это в обучении, освоении наук. Рацпредложение – имеющее новизну в пределах одного предприятия. Но тоже - продукт творчества.

Кстати, почему инки не изобрели колеса, а папуасы изобрели катамаран? У инков практически не было дорог, подходящих для колес, одни джунгли. А у папуасов – твердые пальмовые стволы и примитивные инструменты. Общественная потребность и технологические условия накладывают отпечаток на творчество.

Еще пример. В Англии был запатентован чайник с двумя носиками. Чтобы хозяйка не затруднялась, кому из двух почетных гостей налить первому. В России запатентованы запонки в виде цилиндрика, куда вставлялся огрызок карандаша. По замыслу автора, такие запонки должны носить деловые люди, чтобы их все узнавали. Сейчас такое не запатентуют. Актуальную общественную потребность они не удовлетворяют.

Но не надо путать с полезностью. Уничтожать народы или защищаться - это тоже актуальная общественная потребность. Поэтому создание атомной бомбы - это тоже инженерное творчество, а не антитворчество, как предлагают некоторые ученые.

Не менее важен и еще один аспект - та основа, на которой базируется творческая деятельность. Это общественный опыт человечества, преломленный в знаниях отдельного человека. Чистый, «лабораторный» эксперимент в этой связи предлагает нам мировая литература. Человек терпит бедствие на необитаемом острове. В романе Дефо «Робинзон Крузо» и у Ж.Верна в «Таинственном острове».

Но Крузо - неграмотный матрос с корабля. Определенный минимум: жилище, огонь, земледелие он создал, но для полноценной жизни ему понадобился подарок судьбы – разбитый корабль, а с него – порох и ружья. У инженера Смита в «Таинственном острове» не было ничего, кроме металлического собачьего ошейника. Но он сумел сделать все, вплоть до стекла и нитроглицерина. Совсем другой запас знаний, навыков, умения применять их творчески. Представьте, что на необитаемый остров попал бы современный инженер… Существует также расхожее, но некорректное разделение на творческие и нетворческие деятельности, профессии, результаты. Вернее будет определить творчество какуровень деятельности, возможный в любой профессии. При этом выбор в пользу репродуктивного пути решения задачи, дабы «не изобретать велосипед», тоже является актом творчества.

Но все это так или иначе касается инженерного, профессионального, «взрослого» творчества. А может ли оно быть присуще деятельности студента, тем более школьника? В институте вы не раз услышите мнение, что сначала надо овладеть основами наук, освоить инженерные приемы, вот тогда можно говорить о творчестве. Не раз это будут говорить на младших курсах. А на старших – будут удивляться почему у вас такая лень мысли, нежелание блеснуть оригинальным решением в курсовом и дипломном проекте? А дело все в том, что творческий характер человеческого мышления не в силах отменить ни учебный график, ни самый уважаемый профессор. Творчество для нас естественно как дыхание. Дело лишь в глубине этого процесса, в значимости его продуктов. Учение – это всегда совершение уже кем-то совершенных открытий. Это всегда процесс творчества. Есть расхожее, но неверное мнение, что учитель передает ученику какую-то сумму знаний и получается слепок, копия знаний учителя в памяти ученика. Это невозможно. Информация, сообщаемая учителем, всегда преломляется через личный опыт ученика, какие-либо непонятые места домысливают через фильтр его «представлений». В результате получается знание, лишь в общих чертах отвечающее знаниям обучающего. Но о том, как эффективнее обучаться, мы еще поговорим, а пока попробуем опуститься в глубины психологии творчества, попытаемся разобраться в его механизме.

В философском, обобщенном, освобожденном от частностей смысле процесс творчества часто изображается так (Б.М.Кедров):

Обращает на себя точка разрыва, психолого-познавательный барьер (ППБ), который мы преодолеваем в виде таинственно возникшей догадки, озарения, инсайта. «И случай, бог изобретатель…» (А.С.Пушкин).

Часто связывают это с каким-либо внешним событием, натолкнувшим на решение. Это и порождает легенды об сцепившихся обезьянах, натолкнувших Кекуле на формулу бензола. Или прыгающая крышка чайника – на изобретение паровой машины. Но для этого мозг должен долго и безуспешно работать над решением этой задачи.

Схема эта слишком алгоритмична, практически повторяет структуру любой деятельности. Но так или иначе отметим важнейшую особенность творчества – необходимость выхода за пределы непосредственно данной информации.

Нам интереснее разобраться еще глубже в психологическом механизме творчества. И не лишне будет привести самонаблюдения человека, имя которого носит наш институт – А.Н. Туполева.

«Случается, что мысли и соображения вокруг приходят в гостях, в театре, на улице, и тогда я набрасываю эскизики на всем, что окажется под рукой — на газете, на картине, на коробке от конфет.… Люблю двигаться, обдумывая те или иные технические элементы, связанные с будущей конструкцией, расхаживаю по комнате».

«Когда начинаешь продумывать вопрос, занимаешься поисками, критически просматриваешь то, что было тобой сделано. Сознаешь, ощущаешь, что оно не годится, но уже кажется не приятным, иногда даже физиологически противным. Стремишься отойти от тех решений, которые были, хочется подойти к задаче с какой-то новой, непривычной стороны, взглянуть на нее с новой точки зрения». Обратите внимание: сознательное и бессознательное ощущение, эстетическое неприятие.

Собственно, с таких самонаблюдений ученых и начиналась психология творчества. И сейчас, хотя еще много непонятных и спорных вопросов в ней, представляет интерес схема центрального звена психологического механизма творчества Я.А.Пономарева, который он предложил рассматривать как пять уровней организации мышления:

Образно мы можем сравнить механизм творчества с морем, логическую, осознаваемую поверхность которого мы отчетливо видим и оцениваем, а жемчужины открытий скрываются на дне интуитивного. Наша мысль при решении проблемы не раз проходит через эти уровни. Но есть две общих закономерности:

1. Осознание задачи всегда происходит на уровне более высоком, чем тот, на котором приходит решение.

2. От амплитуды проникновения через уровни зависит глубина творческого процесса и ценность его результатов.

Поэтому не только мировые открытия, но и поиск инженерных компромиссов и в какой-то мере применение готовых решений к новым задачам – это тоже творчество.

Интересно, что независимо от этой схемы, при создании теории решения изобретательских задач Г.С. Альтшуллером выделено пять классов возможных технических изобретений:

1. Мелкие усовершенствования в одном классе ТО, которые, строго говоря, и не являются изобретениями.

2. Изобретения, в которых задача одного класса ТО решается способом, примененным в другом классе ТО. Например, для токарного станка усовершенствование – методом, известным для фрезерных станков.

3. Изобретение, совершаемое в пределах возможностей одной науки.

4. Изобретение, совершаемое на стыке наук.

5. Основополагающие изобретения, приводящие к созданию принципиально новой отрасли техники (лазер, авиация и т.п.)

Но тут же возникает вопрос: а почему именно пять уровней и откуда они, собственно, взялись в нашем мозге?

А дело в том, что эти пять уровней – это видоизмененные пять этапов развития, которые все мы проходили, беря один рубеж за другим, начиная с самого рождения:

1 этап – Решение задачи путём манипуляций с вещами. Структура деятельности во внутреннем плане не дифференцирована

2 этап – Решение задачи путём манипуляций с предметами. Структура деятельности дифференцируется

3 этап – Манипуляция представлениями вещей. Различение процесса и результата

4 этап – Манипуляция представлениями предметов. Найденный путь – основа плана повторных действий. Развивается структура деятельности

5 этап – Тенденции полностью развиваются, действия систематичны, программированы, построение плана предваряется анализом структуры задачи

Все эти этапы вы прошли. У вас были те или иные игрушки, те или иные задачи вставали перед вами. Или – наоборот, не вставали и не было игрушек. У кого-то на этих этапах возник интерес к авиации, своего рода фанатизм. Кто-то логически рассудил – куда легче поступить. То есть у вас может быть разное качество исполнения этих пяти уровней. Могут быть определенные провалы, которые вы компенсируете более сильно развитыми уровнями. В быту это выражается в словах типа: «у него быстро варит котелок», «этот досконально во всем разбирается» и т.д. От этого – разные степени успешности в инженерной деятельности в учебе. Усредненный подход к образованию не дает проявиться оптимальным для каждого человека качествам мышления.

На уровне представлений, полуинтуитивных догадок могут сформироваться понятия, которые логикой не проверяются, но по сути неверные, хоть мы и верим в них.

В институте к ним обычно не возвращаются, как к элементарным, само собой разумеющимся.

Поэтому есть инженеры, которые окончив КАИ, уверены, что самолет способен в буквальном смысле «преодолеть звуковой барьер», и дальше лететь легко и свободно. Хотя это лишь неудачное, но «прилипшее» журналистское выражение.

Или угар компьютеризации, термины типа «диалог с ЭВМ», «делегирование полномочий компьютеру» наводят на устойчивое представление, что с ЭВМ можно общаться. И когда-то она станет умнее нас. Ничего подобного. Общаются люди. Пользователь программы – с разработчиком. И только их общение опосредовано ЭВМ, разнесено во времени и пространстве. Ведь не общаемся мы с телефонной трубкой, хотя можем на нее сердито смотреть, бросить с досадой и т. п. Это кажется неважным, но вспомним Конфуция: «Когда имена неправильны – суждения несоответственны. Когда суждения несоответственны – дела не исполняются».

Так вот, неразвитость у вас тех или иных уровней, разница в стиле решения задач, компенсируется другими, более развитыми качествами. В учебе можно недостаток продуктивного мышления компенсировать памятью (крайний случай – зубрежка). Можно наоборот.Но усредненный подход к обучению в вузе будет наталкивать на мысль, что среди нас есть люди способные и неспособные к инженерному творчеству.

На самом же деле – это навязанные стереотипы. Я назову слова, а вы подумайте, какие ассоциации они у вас вызывают.

• Рабочий (плакат с улицы)
• Начальник (кабинет, секретарша, хам)
• Интеллигент (очкарик)
• Инженер (холодный практик)
• Учёный (чудаковатый профессор)

Вот такие стереотипы и налипли на понятие инженера, инженерного творчества. Вроде бы как неприлично быть поэтом, обладать фантазией, яркостью ассоциаций. Надо быть строгим, логичным, сухим. Это опять «накручено» журналистами. Но ведь вся логика доказательств – это лишь приукрашивание пути, пройденного для получения интуитивного результата.

И все-таки – о способности и неспособности к творчеству.

Творческие способности.

Гальтен считал их наследственными.

Ломброзо считал гениальность психическим расстройством.

Более симпатичная гипотеза, что только творчески работающий мозг нормален.

Можно дать краткий перечень, исходя из схемы процесса творчества.

1. Зоркость в поисках проблемы.

2. Способность к свертыванию мыслительных операций.

3. Перенос опыта (аналогии)

4. Гибкость мышления

5. Дивиргентность мышления

6. Готовность памяти (не объём)

7. Способность к сцеплению и антисцеплению

8. Владение речью, языком

9. Легкость генерирования идей

10. Склонность к риску.

Но если по этому показателю сравнить Туполева и Королева, Туполев получил бы низкую оценку. Скорость и качество не одно и тоже.

Какое полушарие мозга и в какой степени активизировано. Мозг функционально асимметричен: левое – логическое, вербальное; правое – образное, эмоциональное.

В американских технических колледжах в семестре преподается серьезный гуманитарный предмет. Для чего? «Накачивание» только левого приводит к недогрузке правого, а оно в свою очередь тормозит развитие левого. Заставляя работать активно правое полушарие, мы получаем и развитие левого. Поэтому, когда вам говорят о гармоничном развитии, это не пустые назидания. Это – физиологическая необходимость.

Дарвин в конце жизни сказал, что если бы он мог начать жизнь сначала, он бы поставил себе за правило хотя бы полтора часа в день слушать музыку и читать стихи. Это как раз один из эффективных способов развивать ассоциативное мышление (Авангардная живопись, «Аквариум»).

Гибкость ума – это и наличие чувства юмора, умение думать в условиях неопределенности, парадокса. Читайте юмористов, особенно афоризмы.

У человека могут быть разные склонности к профессиям, в зависимости от того, что является предметом его труда (Е.А.Климов):

Человек — человек

Человек — природа

Человек – знаковая система

Человек – техника

Человек – художественный образ

Это можно диагностировать. И исходя из этого, строить свою работу над собой. Соответственно – разные успехи в разных науках. Человек с низкой склонностью к типу «знаковая система» будет испытывать трудности с матанализом, аэродинамикой, теорией упругости и подобными науками. Значит надо компенсировать сложности в этих науках памятью, логикой, решением типовых задач и т.п.

Есть и специальные, эмпирически найденные приемы активизации творчества, так называемые эвристики.

Научно-техническая эрудиция – в первую очередь умение сворачивать и обобщать. Можно выучить ТТХ всех самолетов, а можно запомнить, что у Як-40 взлетная масса – 13 тонн, а у Ил-62 – 160,5. И, знакомясь с описанием нового самолета, мысленно прикидывать его параметры к знакомой машине. Например, узнав, что взлетная масса Су-27 – двадцать пять тонн, можно удивиться, что этот истребитель вдвое тяжелее Як-40, который перевозит тридцать пассажиров.

Выведены общие законы развития техники. Закономерности можно найти и для любых частных ТО, например, самолета. Изучение истории техники со свертыванием информации – благодатный путь для развития технической эрудиции.

Не раз пригодится в вашей деятельности прием анализа, т.е. расчленение на элементы и их связи, выявление наиболее значимых из них. На этом построена теория решения изобретательских задач и созданные на ее базе алгоритмы.

Синтез – установление новых связей между элементами на основе анализа задачи.

Но главное – для успешной творческой деятельности – познать себя, свои развитые качества, неразвитые, найти оптимальные приемы учебы и работы, свободные от внешних стереотипов.