Эвристические способы технического творчества

Часть 1 . Творчество – основа создания интеллектуальной собственности

Введение

Многие ошибочно полагают, что изобретать могут лишь редкие, особо одаренные люди. Замечено, однако, что многие на определённых этапах жизни проявляют подлинную изобретательность. «Изобретательность – это самое замечательное свойство человека. В сущности, все, что составляет смысл человеческой жизни, сводится к изобретательности. Без неё жизнь остановилась бы в повторении себя самой. Если определить психологическим термином, что же является движущей пружиной прогресса, то окажется, что этой пружиной является изобретательность», — писал Луначарский А.В. Известно множество имён выдающихся изобретателей, известных по одному, но ключевому для развития науки и техники решению. Но известен и феномен русского изобретателя и выдающегося конструктора, который спроектировал и построил 500 мостов, телевизионную ажурную башню на Шабаловке, паровые котлы, нефтеперегонные установки, трубопроводы, баржи, домны, элеваторы, ангары, краны, маяки, Шухова В.В. О том, что человеческая мысль находится в постоянном поиске, не останавливаясь на достигнутом, свидетельствует такой факт: по достаточно простой конструкции карандаша выдано уже более 20000 охранных грамот.

Изобретательство, представляя собой, процесс творческого воплощения научных идей в технические решения, является одним из важнейших элементов общественного развития, одним из обязательных условий создания новой техники, средством обеспечения высокого научно-технического уровня.

Всякая продуктивная деятельность человека, в сущности, является творчеством. Но, в зависимости от объёма и глубины знаний, накопленного опыта, интуиции уровень творчества различен. Изобретательское мастерство во многом определяется умением видеть тенденции развития техники. Новое техническое решение задачи, как правило, базируется на большом исследовательском, инженерном, производственном опыте разработчика и немыслимо без тщательного изучения технической и патентной литературы, непрерывного сопоставительного анализа с известными аналогами. «Когда я желал что-нибудь изобрести, я начинал с изучения всего, что было сделано по данному вопросу за прошлое время» — подчёркивал один из самых даровитых изобретателей Томас Эдисон. Известен феномен Жюля Верна, который сумел предсказать развитие науки и техники на несколько десятков лет вперёд: из 108 предсказанных изобретений и открытий к настоящему времени стали реальностью 64 и только 14 не подтвердились. Феномен объясняется просто – после смерти великого фантаста осталось 20 000 карточек, исписанных сведениями из различных отраслей науки и техники.

Есть два способа работы с патентной литературой. Первый состоит в том, что к ней обращаются при возникновении необходимости решения определённой задачи. У первого способа важная, но узкая цель: избежать затраты сил и времени на решение уже решённой задачи. Второй способ предусматривает многоцелевое использование патентной литературы. При втором способе патентная литература в соответствующей области техники просматривается систематически. Регулярный просмотр с анализом интересного развивают способности, делают мышление острее, талантливее.

Новое техническое решение задачи, как правило, базируется на большом исследовательском, инженерном, производственном опыте разработчика и немыслимо без тщательного изучения технической и патентной литературы, непрерывного сопоставительного анализа с известными аналогами.

Человечеством накоплен огромный объём знаний, составивший основу теории, методологии и практики творческой деятельности. Однако сведения о многих существующих методах, приемах, стратегиях и тактиках творчества разрознены, не систематизированы. Поэтому до сих пор наиболее распространенным методом творческой деятельности является так называемый метод проб и ошибок, заключающийся в «слепом» переборе вариантов решения задач. Эффективность метода проб и ошибок зависит от глубины знаний, интуиции, настойчивости творца и ряда других факторов. Во второй половине ХХ века превратилась в позитивную реальность «третья культура» – проектная, распространившаяся во всех сферах человеческой деятельности (технической, художественной, политической, социальном дизайне). Все это вызвало необходимость систематизации знаний о теории, методологии и практике творчества.

Глава 1. Эвристические методы поиска новых решений

Огромное количество работ отражают основные аспекты индивидуального и коллективного технического творчества, его методического обеспечения, а также знания о законах и закономерностях развития технических систем, эвристических методах, приемах, тактике и стратегии решения технических задач, способах оценки и выбора проектных решений, методах преодоления психологических барьеров мышления, информационных фондах, методах и средствах развития творческих способностей, нравственных особенностях технического творчества.

Эвристические методы творчества – последовательность предписаний или процедур обработки информации, выполняемая с целью поиска более рациональных и новых конструктивных решений. Их обычно противопоставляют формальным методам решения, опирающимся на точные математические модели.

Впервые учение об эвристических методах разработано и введено в практику Сократом. Архимед в «Учении о методах механики» подробно описал способы рассмотрения и решения новых задач. От него искусство решения трудных задач получило название «Эвристика». Известно, что межотраслевой фонд эвристических приемов насчитывает около 200 проверенных мировым опытом рекомендаций по совершенствованию известных или синтезу новых проектных решений. Использование этих методов и приемов помогают решать самые различные проблемные задачи, возникающие в человеческой деятельности.

Эвристические методы обеспечивают выявление, обработку и упорядочение системы закономерностей, механизмов и методологических средств конструирования нового задания и целеустремленных способов деятельности на основе обобщения прежнего опыта и опережающего отражения моделей будущего с целью решения поставленной задачи наиболее эффективно.

Система эвристических методов решения задач, как и знаний вообще, является системой открытого типа, т.е. с развитием науки и техники будут появляться все новые и новые эвристические методы.

Процесс решения задач с помощью метода эвристических приемов состоит из 5 последовательных этапов.

1. Постановка задачи технического творчества.

2. Выбор подходящих приемов на основе анализа недостатков и дефектов прототипа и противоречий его развития.

3. Преобразование прототипа с помощью выбранных приемов и формирование нескольких новых технических решений.

4. Анализ новых технических решений относительно осуществимости и степени эффективности использования.

5. Работу этапов 2 – 4 выполняют, выбирая другие прототипы.

Глава 2. Теория решения изобретательских задач

К настоящему времени российскими и зарубежными учеными опубликовано множество статей и книг по теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), научно-техническому направлению по разработке и применению эффективных методов решения творческих задач, генерации новых идей и решений в технике и других областях деятельности человека. Основное теоретическое положение этого направления заключается в том, что технические системы развиваются по объективным, познаваемым законам, которые выявляются путём изучения больших массивов научно-технической информации.

В рамках теории проанализированы и отобраны наиболее целесообразные подходы к поиску нового, аккумулирован опыт многих изобретателей из разных стран, живших в разные эпохи. На базе выявленных законов развития технических систем в теории решения изобретательских задач разработаны конкретные инструменты поиска новых идей:

— комплекс стандартных решений изобретательских задач;

— типовые приемы устранения (разрешения) технических и физических противоречий;

— методология прогнозирования развития технических систем.

Алгоритм решения — это комплексная программа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач, то есть программа последовательных операций по обработке изобретательской задачи путём выявления противоречия, из-за которого она возникла, и его устранения.

Программа позволяет шаг за шагом переходить от случайной постановки задачи к научно-обоснованной, затем к предельно упрощенной модели задачи, анализу противоречий и поисков способов их разрешения. В процессе реализации программы задача постоянно претерпевает изменения, её формулировка уточняется до тех пор, пока решение задачи не становится практически очевидной (находится задача-аналог, решение которой приемлемо для решаемой задачи). Постепенные преобразования задачи, сопровождающиеся все более глубоким проникновением в её физическую сущность позволяет последовательно подключать к её решению различные операторы и информационные фонды, обеспечивая все более высокий уровень решения по мере продвижения по алгоритму. Алгоритм включает средства борьбы с психологической инерцией и стимуляции работы воображения, например, правила по исключению из формулировки условия задачи специальных терминов – основных носителей психологической инерции. Сюда же можно отнести метод моделирования «маленькими человечками» – использование условных рисунков, на которых требуемое действие выполняется группами маленьких человечков, олицетворяющих те или иные реальные объекты и действия.

Большим «антиинерционным» действием обладает формулирование идеального конечного результата – идеального решения, при котором запрещается задумываться о том, как оно будет реализовано и возможно ли это в принципе.

Значительное психологическое воздействие оказывает само существование и использование алгоритма: работа по программе придает уверенность, позволяет смелее выходить за пределы узкой специализации и, главное, ориентирует работу мысли в наиболее перспективном (в соответствии с развитием технических систем) направлении.

Алгоритм снабжен постоянно пополняемым обширным, но в то же время компактным информационным фондом. Имеется обширный фонд задач-аналогов. Алгоритм обеспечивает многоразовый подход к решению задачи, к поиску решения.

Решение задачи по алгоритму – это в большой мере исследовательская работа, в результате которой можно получить нечто большее, чем решение одной, пусть даже и очень важной задачи.

Для повышения эффективности работы изобретателя в теории решения изобретательских задач создано специальное информационное обеспечение: таблицы и указатели изобретательского применения физических, химических, геометрических эффектов и явлений. Теория включает ряд психологических операторов, предназначенных для уменьшения психологической инерции, а также систему упражнений по тренировке и развитию творческого воображения.

Теорию решения изобретательских задач можно использовать в различных областях техники для решения актуальных технических, научных и управленческих задач, прогнозирования развития, выявления перспективных направлений развития и задач с последующим их решением.

Глава 3. Развитие изобретательских способностей студентов

Развитие изобретательских способностей студентов – деятельность, основанная на использовании комплекса способов и средств, обеспечивающих выявление и развитие творческих способностей студентов инженерных специальностей. Эти способы и средства следует рассматривать как дополнение к существующей системе инженерной подготовки.

Основные способы и средства развития изобретательских способностей студентов включают следующие виды деятельности:

— изучение фундаментальных дисциплин (математики, физики, химии и др.) с использованием примеров открытий и изобретений в каждой дисциплине, а также возможностей и путей, реализованных в каждой дисциплине для целей анализа и синтеза новых принципов действия и технических решений;

— изучение дисциплин по основам изобретательского творчества, основам и методам технического творчества;

— гуманитарную подготовку, связанную с повышением морально-нравственных качеств личности, изучением психологии творческих процессов, творческим овладением элементами отдельных искусств, развитием ощущения вкуса к красоте и гармонии в природе, искусстве и технике;

— освоение средств компьютеризации инженерного и технического творчества и адаптацию их к задачам специальности;

— изучение дисциплин по истории техники, законам и закономерностям техники, теории проектирования новой техники с адаптацией их к специальности (фундаментализация технических дисциплин);

— постановку и решение реальных задач инженерного и технического творчества в курсовом и дипломном проектировании;

— изготовление и испытание студентами экспериментальных и опытных образцов по собственным творческим разработкам;

— оформление заявок на собственные изобретения и их защита (переписка с экспертами);

— проведение внутривузовских и межвузовских конкурсов и олимпиад по техническому творчеству студентов.

Вопросы для самопроверки

1. В чём суть эвристических методов решения изобретательских задач?

2. Основные понятия теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

3. Охарактеризуйте основные отличия эвристических методов решения изобретательских задач от методов, изложенных в теории решения изобретательских задач.

4. Приведите свое отношение к изложенным методам решения изобретательских задач.

Источник

Научно-техническое творчество, основанное на использовании эвристик

Доктор технических наук, профессор Валерий Васильевич Попов о новом подходе в работе с юными техниками и изобретателями.

Во всем мире в научно-техническом творчестве широко используются метод «проб и ошибок», интуиция, умозаключения по аналогии, а также вызванные ассоциациями. Эти методы малоэффективны и характеризуются высокой непредсказуемостью по времени получения результатов из-за низкой креативности, связанной с использованием описаний аналогов разрабатываемых технологий, техники, изделий (технических систем – ТС) в виде репродуктивных знаний, отражающих фактическое состояние аналогов ТС.

Такие описания могут быть успешно использованы как справочные, для обучения, репродуцирования (воспроизведения, изготовления) по образцу, инструкции, но из-за низкой креативности крайне редко являются подсказкой для генерации актуальных новых знаний, ведущих к созданию новых ТС.

Такими возможностями обладают продуктивные знания, скрытые: 1) в ТС; 2) в живой и неживой природе; 3) в систематизированных, ранжированных и отобранных по определенному критерию репродуктивных знаниях. Разумеется, должны быть и методики использования продуктивных знаний. Тогда эти знания превращаются в эвристики: принципы, стратегии, тактики, методы, приемы.

Выдающийся методолог научно-технического творчества Г.Я. Буш насчитывал около 3 тыс. эвристик, однако считал, что большинству достаточно уверенно владеть 15-20 эвристиками, чтобы резко поднять свой собственный творческий потенциал.

В таблице представлен рекомендуемый нами перечень эвристик, включая их назначение или сферу использования.

Таблица – Рекомендуемый перечень эвристик

Наименование эвристики

Назначение или сфера использования

1	2
Базальный принцип эвристики	Исключение или нивелирование вредных последствий «узкой» специализации субъектов научно-технического творчества и обеспечение резкого повышения эффективности механизма конвергенции знаний
Метод использования устойчивых потребностей человека	Формирование при разработке ТС новых актуальных потребностей, реализация которых с большой вероятностью приведет к существенному улучшению потребительских свойств ТС
Этапы, стратегии и базовые тактики проектирования	Формирование рациональной последовательности действий проектировщика (инноватора) при различных целях проектирования и в различных ситуациях: при наличии множества аналогов ТС, обеспечивающего выбор аналога (прототипа) и реализацию потребности (с возможной параметрической оптимизацией); при наличии аналогов ТС, требующих совершенствований, выходящих за пределы параметрической оптимизации; при отсутствии аналогов (прототипа) ТС, что вызывает необходимость создания пионерных ТС
Модель научно-технического творчества с использованием эвристик	Образное представление действий субъекта творчества при использовании эвристик, способствующее более глубокому пониманию методологических основ эффективной творческой деятельности
Накопленные и систематизированные в виде тезаурусов репродуктивные знания о потребностях человека, функциях (в том числе «обобщающих» функциях) и свойствах технических систем (ТС) и методики их использования	Поиск и генерация новых потребностей человека, функций и свойств ТС при создании пионерных ТС, совершенствовании ТС и создании ТС новых поколений
Элементарные операции Р. Коллера и методика их использования	Формирование функциональных структур ТС на высоком уровне абстракции, препятствующем возникновению психологических барьеров мышления, в том числе самого вредного – барьера терминов
Способ синтеза физических, химических, биологических, экономических принципов действия	Автоматизация поиска и синтеза принципов действия
Критерии прогрессивного развития ТС и методика их использования	Определение наиболее вероятных тенденций изменения параметров свойств разрабатываемых ТС, ведущих к повышению конкурентоспособности ТС
Понятие усиленного противоречия, методика формирования усиленных противоречий и стандарты на разрешение противоречий	Устранение или нивелирование психологических барьеров мышления при разработке ТС; интенсификация генерации продуктивных идей по созданию новых конкурентоспособных ТС
Эвристические приемы, методика их выявления и использования	Использование реализованных в ТС технических решений, сформулированных в виде методических советов, при создании новых конкурентоспособных ТС
Аналоги и аналогии ТС в объектах живой и неживой природы, методика умозаключений по аналогии	Конвергенция знаний об аналогах и аналогиях при разработке новых конкурентоспособных ТС
Систематики готовых, модифицированных и преобразованных ресурсов в ТС, способы модификации, преобразования и использования ресурсов	Использование готовых, модифицированных и преобразованных ресурсов в ТС для удешевления эксплуатации существующих ТС или для разработки новых конкурентоспособных ТС
Законы и закономерности развития ТС и методики их использования	Определение наиболее перспективных направлений разработки новых конкурентоспособных ТС или создания ТС новых поколений
Базы данных о материалах с необычными свойствами и методики их использования	Поиск материалов с необычными свойствами для разработки новых конкурентоспособных ТС
Понятие «идеальный конечный результат» и методика его формирования	Разработка новых конкурентоспособных технических решений, близких к идеальным
«Хорошие» и «плохие» прилагательные, в том числе «умный» и «чистый» и их систематики; рекомендации по их использованию	Формирование при разработке новых конкурентоспособных ТС новых «хороших» свойств ТС, которые надо реализовать или выявление «плохих» свойств ТС, появление которых надо предотвратить, а также генерация идей по созданию новых классов конкурентоспособных ТС на основе прилагательных «умный» и «чистый»
«Хорошие» («сильные» или «управляющие») и «плохие» глаголы и рекомендации по их использованию	Использование «хороших» глаголов для формирования новых полезных функций, а «плохих» глаголов – для выявления возможных вредных функций при разработке конкурентоспособных ТС
Функционально-физический (-химический, -биологический) анализ ТС	Выявление, систематизация и использование продуктивных знаний для синтеза новых функций, свойств, функциональных структур, принципов действия и технических решений ТС
Функционально-стоимостной анализ ТС	Выявление возможностей уменьшения затрат на производство товаров и оказание услуг
Морфологический анализ и синтез ТС	Формирование новых функций, свойств, функциональных структур, принципов действия, технических решений ТС
Метод фокальных объектов	Преодоление имеющихся психологических барьеров мышления или препятствие возникновению таких барьеров при инновационной деятельности
Конструктивная математика, или оператор «РВС+»	Формирование абстракции потенциальной осуществимости в мысленных экспериментах по генерации технических решений, когда отвлекаются от практических ограничений конструктивных, технологических возможностей в размерах, времени, стоимости, весе, материале и другом, что способствует устранению психологических барьеров мышления
Метафоры и методика по их формированию и использованию	Перенос свойств одного объекта на другой по принципу их сходства в каком-либо соотношении или по контрасту, что способствует более глубокому пониманию сущности ТС, явления и может служить импульсом для возникновения множества взаимосвязанных продуктивных идей в инновационной деятельности
Метод «восхождения-спуска»	Формирование многообразия возможностей использования результатов инновационной деятельности для их коммерциализации (использования), дальнейшего развития

Особо следует отметить, что создание и использование в обучении научно-техническому творчеству компьютерной поддержки эвристик позволит обучающимся не только эффективно развивать творческое мышление, но уже в процессе обучения получать значимые научные и практические результаты, формировать основы новой инновационной культуры.

Источник