Публикации по триз. Методы изобретательского творчества Использование магнитов и электромаг-нитов

Г.Я. Буш

Издательство "Лиесма", г. Рига, 1972

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА

3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ

Методы технического творчества, базирующиеся на объективных закономерностях, открытых наукой, являются основой создания новых решений технических задач с общественной значимостью. Известно множество практических методов технического творчества, которые различаются по своей эвристической ценности, уровню разработки, общности применения, четкости определения. Фонд методов технического творчества постоянно меняется. Одни найденные методы решения изобретательских задач становятся стереотипными и используются для решения других задач аналогичного типа. Некоторые методы технического творчества постепенно разрабатываются до уровня жесткого алгоритма и становятся методами решения тривиальных технических задач, причем и сами задачи, решаемые этими методами, становятся тривиальными. Чем более общим является метод решения изобретательских задач, тем дольше он сохраняет свои эвристические свойства.

Методы технического творчества еще недостаточно систематизированы и классифицированы. Научно обоснованные методы технического творчества должны удовлетворять следующим основным требованиям: они должны отражать обобщенный опыт работы изобретателей, быть достаточно понятно определены и легко актуализироваться, должны быть определены возможная роль и место метода в творческом процессе изобретателя и обобщены типовые условия применимости методов. Методы должны иметь единую и четкую классификацию. Следует также обобщить известные приемы комбинирования методов, расчленения их на разновидности, приемы и операции, объединения методов в программы решения изобретательских задач.

Остановимся подробнее на классификации методов изобретательства. Такая классификация может осуществляться по различным признакам.

По признаку общности методы изобретательства можно разделить на всеобщий, общие и частные методы изобретательства. Всеобщим методом изобретательства, как и всякого творчества, является марксистско-диалектический метаметод, причисляемый нами к стратегическим средствам решения изобретательских задач. Общие методы изобретательства применяются для решения широкого круга изобретательских задач в разных областях техники. К таким методам можно отнести методы эвристической аналогии, эвристического объединения, эвристической инверсии и т. д. К частным методам изобретательства принадлежат методы, предназначенные для решения специальных изобретательских задач или задач в определенной, как правило, узкой области техники. В их число входят, например, метод превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, метод отдаленной гибридизации, метод компаундирования и т. д.

Следует отметить, что деление методов на общие и частные является условным: практически трудно очертить границу между одними и другими. Кроме того, в изобретательской практике узкоспециальные частные методы нередко применяются для решения ранее не предусмотренных задач и дают в случае успеха, как правило, весьма оригинальные решения.

По признаку детерминированности методы изобретательства можно делить на эвристические и алгоритмические. Жестко детерминированные алгоритмические методы принципиально непригодны для нахождения решения изобретательской задачи, хотя и могут быть использованы в творческом процессе изобретателя для осуществления операций репродуктивного типа.

Эвристические методы (неполные алгоритмы, рекомендации, предписания, не обладающие свойствами детерминированности и обязательной результативности) в настоящее время являются основными при решении изобретательских задач.

По назначению методы изобретательства, применяемые для оптимизации творческого процесса изобретателя, упрощенно классифицируются следующим образом.

По уровню сложности методы изобретательства разделяются на простые и сложные.

К простым причисляют способы постановки, решения, реализации изобретательской задачи, содержащие элементарные операции, применяемые в определенных типовых ситуациях. Таковы, например, метод смешивания ингредиентов вещества, метод применения гибких промежуточных элементов для соединения технических объектов или их частей и т. д.

Сложные методы содержат элементы нескольких простых. Так, метод поэтапной мозговой атаки содержит элементы обратной мозговой атаки, прямой мозговой атаки, двойной мозговой атаки и мозговой атаки экспертов. Простые и сложные методы изобретательства, как правило, применяются для выполнения определенной стадии или шага творческого процесса изобретателя.

В связи с развитием кибернетики в последнее время принято подразделять методы изобретательства на методы, предназначенные для решения изобретательских задач человеком, методы решения изобретательских задач кибернетическими машинами и методы, предназначенные для решения человеком в содружестве с кибернетическими машинами. Некоторые из этих методов могут быть универсальными.

По эвристическому принципу методы решения изобретательских задач можно условно разделить на следующие основные виды: методы эвристической аналогии, эвристического комплекса, эвристического разделения и редукции, эвристической инверсии и методы эвристического комбинирования. Эти основные группы, в свою очередь, делятся на множество методов, имеющих свои особенности и приемы.

Особое практическое значение для изобретателей имеет классификация задач по эвристическому принципу, облегчающему выбор методов для поиска конкретного решения.

3.2. МЕТОДЫ ЭВРИСТИЧЕСКОЙ АНАЛОГИИ

Методы эвристической аналогии основываются на естественном стремлении человека к подражанию. С помощью этих методов изобретательские задачи решаются путем усмотрения аналогичных ситуаций в природе, технике, общественных и других явлениях и использования найденных аналогий для устранения противоречий, создавших проблемную ситуацию.

Простейшие аналогии видит каждый. Обнаружение скрытых аналогий - типичное качество изобретателя. Изобретатель прежде всего тот, кто видит аналогии качеств и свойств, хороший изобретатель тот, кто видит аналогии функций и поведения, наилучший изобретатель усматривает аналогии отношений и пропорций и великий изобретатель тот, кто способен усмотреть аналогии изобретательских задач и средств их решения.

Древнейшей группой методов аналогии является группа методов аналогии с природой. Природа была учителем изобретателя. Первые орудия труда человек находил непосредственно в природе. Потом он стал познавать свойства объектов природы и использовать их для удовлетворения своих потребностей. Так, например, некоторые племена Африки используют навоз в качестве связующего материала, а пепел навоза - как белила.

Начиная рассматривать эвристические методы изобретательства, следует оговориться, что методы аналогии, как и другие эвристические методы поиска решения задач, не гарантируют достижения решения в каждом отдельном случае и могут привести к ошибочным результатам. Так, например, в XVIII веке представляли себе, что условия плавания аэростатов в воздухе имеют полную аналогию с условиями плавания морских судов, поэтому предлагалось много проектов управляемых аэростатов с парусами, веслами и рулями. Управляемые аэростаты д"Артуа, Массэ и Христиана Крамба имели по два весла. Аэростат Гютона де Морво имел прямоугольный руль, аэростат Менье - треугольный руль, аэростат Миолана и Жанины - руль в виде хвоста рыбы. Аэростат Мартина был оборудован вертикальным парусом над корзиной, а аэростат Карры имел целых три паруса. Эти решения по аналогии успеха не имели.

Каждый из эвристических методов имеет свои сильные и слабые стороны, границы применяемости, разновидности, вариации, приемы. Ограничимся перечислением наиболее распространенных эвристических методов с примерами их использования в изобретательской практике.

Метод приспособления природных конструкций и веществ для технических целей предусматривает проведение ряда несложных операций с объектами природы.

Древнейшие галечные орудия представляли собой камни, окатанные движением морской или речной воды и наскоро оббитые немногими ударами в рабочей части. Первый топор в северных областях земного шара изобретен путем приспособления нижней челюсти пещерного медведя

Метод палеобионики заключается в использовании для поиска решения изобретательской задачи прототипов вымерших животных и растений.

Изобретатели Ю. Буштедт, Л. Лагиян, Н. Литвинов изобрели двухъярусную буровую колонну по аналогии с конструкцией зубов вымерших палеоящеров (авт. свид. СССР№ 161008).

Метод биомеханики рекомендует создать конструктивные изобретения по аналогии с механическим принципом действия объектов природы. Русский ученый П Л Чебышев в конце прошлого века разработал "стопоходящую машину", используя принципы движения ног кузнечика.

Метод биохимии рекомендует использовать процессы по аналогии с биохимическими реакциями, ферментами, катализаторами и т. п. Этот метод был использован при создании способов искусственного получения хлорофилла, хинина, мочевины, красителей и др.

Метод биоархитектуры заключается в использовании аналогии с формами, архитектоникой и пропорциями живой природы для решения изобретательских задач. Польский архитектор А Карбовский применил в жилищном строительстве опыт пчел в сооружении восковых сот, которые являются идеальной формой для монолитных конструкций - сотовых стен, ограждений, радиаторов и т. д.

Метод биокибернетики применяется для решения множества изобретательских задач вплоть до воссоздания искусственных биологических структур, процессов и функций, построения кибернетических устройств, способных осуществлять логические операции Создан целый ряд кибернетических устройств для решения интеллектуальных задач по аналогии с природными объектами, как например, "Перцептрон" Ф. Розенблата, "Личность Олдос" Дж. Лоулина, "Гомункулюс" Дж и С. Геллахоннов и др.

Метод аналогии с предметами, явлениями и веществами неживой природы также позволяет в ряде случаев решать изобретательские задачи Так, сотрудник Грозненского нефтяного научно-исследовательского института Я. Мирский для молекулярного раздела нефти создал молекулярные сита на основе аналогии с природными камнями - неолитами.

Метод аналогии с физическими явлениями позволил Г. Галилею изобрести маятник для измерения биений пульса по аналогии с раскачивающейся люстрой в Пизанском соборе.

Метод аналогии с общественными явлениями был использован Т Гротгусом для создания способа и теории электролиза воды. Механизм электропроводности, по Гротгусу, может быть представлен как цепочка последовательных разложений и воссоединений молекул воды и выделение крайних звеньев цепочки в виде свободных элементов у полюса тока. "Цепочка Гротгуса", как писал сам автор, возникла по аналогии с модным танцем того времени "grand chatne".

Метод прецедента применяется для создания новых технических объектов по аналогии с разработанными в прошлом изобретениями. Английский изобретатель Эверитт создал автомат для продажи спичек по аналогии с автоматом для продажи "священной воды", изобретенным еще Героном Александрийским (I век до н э.).

Метод реинтеграции (метод нити Ариадны) заключается в создании нового сложного технического объекта или процесса по аналогии с одной особо значащей деталью, операцией или простым техническим объектом. Известный изобретатель Ф. Цандер в 1930 г. создал свой ракетный двигатель ОР-1 по аналогии с паяльной лампой.

Метод применения стандартных копирующих приспособлений (трафаретов, шаблонов, масок, моделей и т д) использовал Т. А. Эдисон, когда он в 1875 г. создал мимеограф, применив парафиновый трафарет, под который подкладывалась чистая бумага Для размножения печатного текста по трафарету прокатывали валиком, смоченным специальными чернилами.

Метод замещения принципа работы технического объекта эквивалентным использовали проф. А. Лясс и сотрудники из научно-исследовательского института технологии и машиностроения, которые изобрели новый способ уплотнения формовочной смеси путем замещения традиционного принципа другим, эквивалентным: они предложили уплотнять формовочную смесь заливкой. Авторам изобретения в 1967 г. присуждена Ленинская премия; лицензия на него была продана во Францию с правом использования ее в Испании, Португалии и Швейцарии.

Метод замещения конструкций их эквивалентами использовал финский изобретатель Э. Хенриксон при создании новой конструкции замка без пружин, применив" поворачивающиеся шайбы кассового аппарата.

Метод замещения материалов их эквивалентами позволил Т. А. Эдисону в 1900 г. изобрести железо-никелевые щелочные аккумуляторы вместо применявшихся тогда свинцовых аккумуляторов.

Метод протезирования заключается в подборе и замещении элементов технического объекта или живого организма функционально аналогичным техническим устройством, в случае, когда регенерация или замена тождественными запасными частями невозможны. Еще русский изобретатель И. Л. Кулибин в 1791 г. создал весьма совершенные протезы ног. Творческий коллектив под руководством Д. М. Иоффе изобрел протез плеча с биоэлектрическим управлением (авт. свид. СССР № 240176).

Метод увеличения размеров основан на существующей тенденции к увеличению размеров прототипа некоторых технических объектов. Метод прост и применяется с древнейших времен, о чем свидетельствуют гигантолиты, бифасы и мегалитические сооружения каменного века. Так, путем увеличения размеров ножа была изобретена сабля. Прием этого метода: увеличение технического объекта до предельно возможных размеров - гиперболизация,- дал множество новых технических устройств - гигантские экскаваторы, турбины, самосвалы, прокатные станы, корабли, самолеты, дирижабли.

Метод уменьшения был известен уже на заре изобретательства, о чем свидетельствуют микролиты в виде проколок, шипов-вкладышей весом в несколько граммов и даже миллиграммов. Методом уменьшения размеров автомобильного счетчика пройденного пути был изобретен курвиметр для измерения расстояния на картах и чертежах.

Метод моделирования позволяет решать многообразные изобретательские задачи. Для этой цели можно использовать физическое (миниатюрное, партикулярное), математическое и кибернетическое моделирование. Методом кибернетического моделирования зрительного аппарата человека сотрудники центра перспективных исследований компании "Дженерал Электрик" создали биоэлектрический датчик положения - визилог, сигнализирующий о своем положении в пространстве. Визилог может быть использован в космической навигации.

Метод имитации заключается в создании таких технических объектов, которые по форме, цвету, внешнему виду аналогичны какому-то объекту, но по ряду других свойств (например, по химическому составу, структуре) не соответствуют ему. Чукчи для приманки животных изобрели особый инструмент из кости - вабик, имитирующий поскребывание по льду нерпы. Конструкцию детского игрушечного автомата Б. Д. Робустов, С. С. Ферапонтов и М. К. Пучков создали путем имитации боевого автомата (авт. свид. СССР № 242726).

Метод псевдоморфизации предполагает выполнение" одного технического объекта в форме другого, имеющего совершенно иное назначение, с целью создать ложное представление. По методу псевдоморфизации создано огнестрельное оружие в виде тросточки, зажигалка в виде пистолета, авторучка в виде гвоздя, копилка в форме книги, радиоаппарат в виде бумажника и др.

Метод антропоморфизации заключается в создании человекоподобных по внешнему виду технических конструкций. Методом антропоморфизации созданы андроиды - железный "человек-привратник" Альберта Великого, "писец" Ф. Кнауса, "флейтист" Ж. Вокансона, "парикмахер" Г. Грасфельдера, а также куклы, кубки в форме человеческой головы, кариатиды - венчающие части колонн, служащие опорой для антаблемента или арки, и т. д.

Метод аналогии с формой животных и растений целесообразен не только с технической, но и с художественной точки зрения, поскольку пропорциональность, гармоничность, цветовые характеристики природных аналогов могут быть с успехом применены для создания совершенных и красивых технических изделий. Особый кастет, который по форме представляет собой почти точный слепок когтей тигра, изобрели индейцы. В истории изобретательства известны также "летающий голубь" Архита Теренского, швейная машина "белка" С. Б. Эллиторпа.

3.3. МЕТОДЫ ЭВРИСТИЧЕСКОЙ ИНВЕРСИИ

Методы этой группы предполагают поиск решений изобретательских задач в направлениях, противоположных традиционным, в инвертировании технического объекта, изменении расположения элементов объекта, уравновешивании нежелательных факторов средствами противоположного действия. Инверсии можно подвергать сами технические объекты, их элементы, структуру, агрегатное состояние, форму, параметры движения. Некоторые методы инверсии, например, метод инверсии гетерогенных структур в гомогенные, метод деструкции, применяются редко, в основном для решения ряда специальных задач; другие, например, методы антитезиса и компенсации, распространены и имеют универсальные свойства.

Метод инверсии агрегатного состояния веществ применяется с целью достижения технического эффекта путем преобразования агрегатного состояния веществ. Этот метод позволил изобрести холодильные компрессоры, сатуратор, льдогенератор, ингалятор, пульверизатор.

Метод инвертирования заключается в изменении расположения в пространстве традиционного технического объекта (нижней частью вверх или набок), превращении объектов горизонтального типа в объекты вертикальной композиции, перестановке элементов технического объекта в обратном порядке. Стенд для испытания и обкатки гусеничных повозок, созданный изобретателем М. Г. Жарновым, отличается тем, что в качестве бесконечной ленты и поддерживающего механизма применена ходовая часть гусеничной повозки, перевернутая опорными роликами вверх (авт. свид. СССР № 79242).

Метод инверсии плоскости действия технического" объекта позволил изобретателю Э. Берлинеру в 1887 г. изменить плоскость записи звука на валике фонографа Т. А. Эдисона и записать звук на пластинке.

Метод инверсии одних физических величин в другие чаще всего применяется в приборостроении, радиотехнике и электротехнике. Распространенным приемом является инверсия оптических, механических, звуковых, тепловых и других величин в электрические. Так, например, путем инверсии механических колебаний иглы, увлекаемой извилинами звуковой борозды вращающейся патефонной пластинки, в электрические колебания звуковой частоты был создан адаптер.

Метод инверсии вредных сил в полезные позволил инженеру А. Е. Маноцкову создать планер, у которого вибрация крыльев не оказывает вредного воздействия на пилота, а используется для создания дополнительной подъемной силы.

Метод антитезиса заключается в использовании для создания нового технического объекта явлений, процессов, приемов и свойств предметов, диаметрально противоположных традиционным.

Уже на заре изобретательства первобытные племена обрабатывали твердый кремень с помощью более мягкого рога или кости. Изобретатель активной турбины К. Г. Лаваль в 1889 г должен был решить проблему вращения турбины при скорости 30 тысяч оборотов в минуту. Традиционный прием - применение укорочения, утолщения и упрочения вала - не давал желаемых результатов, поскольку добиться точного уравновешивания турбинного колеса практически оказалось невозможным. Лаваль поставил свой знаменитый опыт с гибким валом из камышового стебля и решил проблему методом антитезиса - применением податливого гибкого вала.

Разновидностями метода антитезиса можно считать методы регенерации, рекуперации, инверсии жестких и твердых материалов в гибкие и пластичные.

Методы инверсии асинхронных процессов в синхронные или наоборот заключаются в целесообразном изменении протекания процессов во времени. Изобретатели В. Т. Яшков, А. В. Якименко и А. В. Худяков предложили аудиометр, отличающийся тем, что в нем применен блок синхронизации, содержащий схему совпадения сигнала коммутатора и сигнала начала записи (авт. свид. СССР №240167).

Метод механической компенсации представляет собой уравновешивание нежелательных и вредных факторов механическими средствами противоположного действия. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте хлебопекарной промышленности создан дозатор жидкости, отличительной особенностью которого является то, что для точности дозирования путем уравновешивания поплавка со штоком цилиндра в момент отсечки дозы на штоке укреплен уравновешивающий груз (авт. свид. СССР№ 188695).

Метод компенсации посредством упругих элементов является разновидностью метода механической компенсации. С применением этого метода изобретены вагонные буферы с пружинами для смягчения ударов о препятствия при движении. Аналогичным образом созданы гиреобразные и сальниковые компенсаторы, предотвращающие появление чрезмерных напряжений в стенках трубопроводов при тепловых деформациях.

Методом гидравлической компенсации Ю. В. Селезнев в содружестве с другими изобретателями разработал новую конструкцию пиметра с повышенной надежностью. Особенностью предлагаемого пиметра является то, что устройство для гашения колебаний выполнено в виде гидравлического демпфера (авт. свид. СССР № 217670).

Методом электромагнитной компенсации создан сварочный генератор, изобретенный Г. М. Каспржаком и другими. Генератор позволяет регулировать крутизну фронтов сварочного тока в широком диапазоне. Дополнительные полюсы генератора снабжены демпферными обмотками, создающими динамическую компенсацию их индуктивности при переходном процессе (авт. свид. СССР№ 188605).

Метод оптической компенсации применяется при решении ряда специальных изобретательских задач. По этому методу изобретены оптические компенсаторы в рефрактометрах для уничтожения окрашенной полосы на границе светлой и темной частей поля зрения, а также способ стабилизации космических аппаратов давлением солнечных лучей.

Метод акустической компенсации в изобретательской практике применяется сравнительно редко. Примером его применения может служить изобретение акустических компенсаторов для звуковой пеленгации.

Метод реверсирования заключается в изменении направления вращательного движения в противоположную* сторону. Японские изобретатели Т. Коляма и другие разработали способ колебательного перемешивания расплавленного металла, отличающийся тем, что сосуд с металлом подвергают эпицентрическому вращению-попеременно в прямом и обратном направлении (патент СССР №247141).

Метод реципрокации рекомендует возвращать технический объект или процесс к исходной точке, к начальному состоянию, к прежним условиям. Различают одинарную (метод бумеранга) и многократную реципрокации. Методом реципрокации созданы древние приспособления для добычи огня (рис. 9) - огнивное сверло, огнивная пила, огнивный круг, огнивное сверло с луком, а также способ реципрокативного сверления с поршнем.

Метод инверсии возвратно-поступательного движения во вращательное позволяет повысить быстроходность машин. Ф. Кениг и А. Бауэр в 1811 г. создали плоскопечатную машину, заменив верхнюю плиту печатного станка, производящую возвратно-поступательное движение, круглым барабаном, который вращался, соприкасаясь с нижней плитой печатного станка - талером, и прижимал бумагу.

Метод инверсии вращательного движения в возвратно-поступательное использовали австралийцы Г. В. Уолз, В. Э. О. Холт и Б. О. Левери, разработавшие устройство для формирования крученых нитей, отличительной особенностью которого является осевое возвратно-поступательное движение крутильного механизма, получаемое путем его превращения из вращательного движения кривошипным механизмом (авт. свид. СССР № 247088).

Метод инверсии пути рекомендует изменять направление движения технического объекта или его элемента на противоположное. Граммофонные пластинки Э. Берлинера проигрывались от центра к краю. Французские изобретатели братья Пате предложили способ проигрывания пластинок в обратном направлении - от края к центру. Новые проигрыватели стали называться по фамилии изобретателей патефонами.

Метод инверсии иммобильных технических объектов в мобильные - давно известный и эффективный метод технического творчества. Примером его применения может служить инверсия стационарных крепостей в подвижные осадные башни (Ассирия и Древняя Греция). Аналогичным образом было создано одно из важнейших русских военных изобретений своего времени - подвижная крепость - так называемый гуляй-город.

Методы эвристической инверсии формы технического объекта принадлежат к простейшим методам решения изобретательских задач. Инверсия формы может преследовать различные цели - расширение функций объекта, повышение производительности, удобства обслуживания или достижения другого технико-экономического эффекта.

Методом инверсии формы традиционной поперечной пилы были изобретены циркулярная пила и ее разновидности - лобзик, ленточная пила, ножовка, бугельная пила, лучковая пила, наградка.

Метод инверсии асимметрических конструкций в симметричные применяется для решения ряда специальных задач. Детали, обладающие зеркальной симметрией только в одной плоскости, порождают необходимость применения правых и левых деталей. Оригинальность гироскопического устройства, созданного Л. И. Карчу, заключается в том, что с целью повышения жесткости и равножесткости его конструкций опоры ротора выполнены симметрично относительно геометрического центра подвеса (авт. свид. СССР № 179013).

Метод инверсии симметричных конструкций в асимметрические также позволяет решить ряд изобретательских задач. С применением этого метода были изобретены, например, тиски с асимметрично смещенными губами, позволяющими зажимать в вертикальном положении длинные заготовки.

Методы инверсии стилевых трафаретов и штампов представляют собой приемы художественного конструирования и имеют прямое отношение к изобретательству. Современный художественный стиль в нашем веке пережил несколько трафаретов. Сперва появился стилевой штамп ступенчатой формы. В 20-х и 30-х годах строили ступенчатые небоскребы, радиоаппараты, холодильники, зажигалки, измерительные приборы. С начала 30-х до 40-х годов преобладал стилевой штамп обтекаемой формы.

К этой группе принадлежат методы инверсии ступенчатой, обтекаемой, прямоугольной формы, методы цилиндрических, конусообразных, трапециевидных, клиновидных, призматических, сферических и спиралеобразных конструкций.

3.4. МЕТОДЫ ЭВРИСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Эвристическое объединение технических объектов, их элементов, веществ, функций, операций и даже технических объектов с живыми организмами лежит в основе методов эвристического комплекса.

В изобретательской практике применяются три схемы комплексного объединения элементов: новое + новое; новое + старое; старое + старое.

В некоторых случаях создание комплекса принципиально просто. Например, путем объединения насоса с такими объектами, как горелка, паровая кастрюля, радиатор, счетчик оборотов и лодка, были получены соответственно примус, паровая машина, калорифер, анемометр и катер без винта. Разумеется, что в комплекс могут быть объединены и не два, а большее количество технических объектов, устройств и элементов. Так, объединенные с тем же насосом ресивер и трубопровод дали компрессор, пресс и манометр - гидравлическую испытательную машину, ручка и перо - авторучку.

Метод интеграции заключается в комплексном объединении технических объектов или элементов, имеющих самостоятельное значение и сохраняющих его после объединения в новом комплексе. Французский инженер Ж. Кюнью в 1783 г. изобрел паровую повозку путем объединения телеги с паровым котлом.

Метод концентрирующей интеграции заключается в создании нового технического объекта путем такого объединения двух или нескольких элементов самостоятельного назначения, при котором они полностью или частично включаются один в другой.

Изобретатель А. М. Пастухов создал удочку для подледного лова с рукояткой, внутри которой смонтированы электромагнит с якорем, гальванический элемент, триггерный преобразователь, регулятор частоты колебаний и противовес со стержнем, а в передней части рукоятки расположен карман для запасных мормышек (авт. свид. СССР № 246956).

Метод создания телескопических конструкций является разновидностью метода концентрирующей интеграции. Изобретатели Н. А. Берчин, О. М. Устинович и Г. Г. Намзер предложили устройство для подвода жидкости к подвижным объектам и для ее отвода, отличающееся тем, что с целью уменьшения утечек жидкости за пределы устройства применены телескопически раздвигаемые подводящие трубы, смонтированные внутри телескопических раздвигаемых отводящих труб (авт. свид. СССР №240191).

Метод пространственного сращения также является разновидностью метода концентрирующей интеграции. Примерами его применения для создания технических объектов могут служить стенные шкафы, радиоаппараты, встроенные в полки или в секретер, зеркало, вделанное в дамскую сумочку, аппараты связи, встроенные в рабочий стол.

Метод агглютинации осуществляется путем присоединения к основному техническому объекту другого, который может и не иметь самостоятельного значения, причем присоединение может осуществляться без изменения конструкции соединяемых объектов и быть временным.

На основе метода агглютинации создан электронный вычислительный центр. К основной машине можно по мере надобности присоединить несколько десятков внешних устройств - перфораторов, накопителей, приспособлений для ввода и печатания информации.

Метод объединения технических объектов посредством применения промежуточных элементов или операций позволил группе изобретателей Рижского государственного электротехнического завода ВЭФ под руководством Ю. П. Поне разработать новый способ установки радиоэлементов с гибкими выводами на платы с печатным монтажом. Оригинальность способа заключается в том, что радиоэлементы закрепляют на пленку с размещенными в отверстиях элементами на плату и после соединения выводов пленку как промежуточный элемент удаляют, например, растворением (авт. свид. СССР № 202258).

Метод объединения нескольких процессов был применен при создании способа переработки отходов титана. Особенность способа заключается в совокупном применении процессов хлорирования исходных отходов титана четыреххлористым титаном в среде хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов при температуре порядка 600-650°С, отделение низших хлоридов титана от примесей и восстановление низших хлоридов титана магнием или натрием (авт. свид. СССР № 188674).

Метод объединения технических элементов или систем с живыми организмами в единую техническую систему является прогрессивным приемом решения изобретательских задач. В США создан сверхчувствительный прибор, фиксирующий запах ядовитых газов. В основе этого прибора живая муха, обладающая высокой чувствительностью к запахам. К ее нервным окончаниям присоединены электроды по которым поступает сигнал о появлении газов.

Метод агрегатирования заключается в создании новых технических объектов путем объединения стандартных технических элементов, имеющих самостоятельное назначение. Методом агрегатирования В. В. Прибылков и И. М. Белянский создали агрегатную самоходную машину для раздачи корма и уборки навоза в свинарниках, содержащую скребковый транспортер, шнек, элеватор для выгребания корма и бульдозер для сгребания навоза (авт. свид. СССР № 127512). Все рабочие органы машины смонтированы на базовой детали - раме стандартного шасси ДСШ-М-14 и приводятся в действие от его двигателей.

Метод объединения унифицированных элементов, узлов, деталей , будучи эффективным методом технического творчества, редко дает решение задания на уровне изобретения. Им пользовался Леонардо да Винчи при создании оригинальной конструкции конюшни. Все здание по проекту Леонардо да Винчи возводилось из унифицированных элементов. В ширину конюшня состояла из трех отделений. Среднее отделение предназначалось для перехода и обслуживания, два боковых - для размещения лошадей. Здание могло быть увеличено в длину наращиванием стандартных секций.

Метод модульных элементов - разновидность рассматриваемого метода - применил еще Поллион Марк Витрувий, который установил модуль для калибров свинцовых водопроводных труб.

Архитектор А. Т. Полянский при строительстве зданий применил объемные модули унифицированно. Использование двух типов объемных модулей позволило построить более 70 зданий пионерского лагеря "Новый Артек", в том числе спальных корпусов, столовых, комнат, приемных и медицинских корпусов, пищевых блоков, костровых площадок, гостиниц.

Метод объединения микромодулей в техническом творчестве интенсивно начал использоваться в конце 50-х и в начале 60-х годов главным образом в электронной промышленности. Микромодуль - это простейший стандартный миниатюрный узел радиоэлектронной аппаратуры, собранный из диэлектрических пластинок с укрепленными на них микроэлементами схем.

Метод был с успехом применен при создании американской стратегической ракеты "Минитмэн-2", оперативно-технической ракеты "Першинг", ракет "Cnappoy-l", "Сайдвиндер", "Фалкон", "Феникс" и др.

Метод смешивания - один из простейших методов физического объединения материалов и веществ. Ф. Гофман в 1718 г. приготовил капли, прославившие его имя, смешав одну часть эфира с тремя частями спирта. Путем смешивания жидкого нитроглицерина с твердым пористым пироксилином А. Нобель изобрел динамит.

Метод легирования широко используют изобретатели для создания новых сплавов. Так, например, А. М. Корольков и Е. В. Безус создали новый сплав на основе меди, содержащий марганец и отличающийся тем, что он легирован цезием и цирконием с целью уменьшить удельное электросопротивление без применения температурного коэффициента электросопротивления (авт. свид. СССР №241673).

Метод непрерывного потока предполагает такое объединение материальных элементов производства, которое позволяет параллельно выполнять процессы, операции и приемы на участке производства и обеспечить непрерывное последовательное движение предмета труда через рабочие места в строго установленном ритме.

Метод непрерывного потока в производстве применяется около ста лет - со времени изобретения конвейера. Одним из первых ленточных конвейеров был "песковоз" русского изобретателя А. Лопатина, предназначавшийся для транспортировки золотосодержащих песков на приисках Восточной Сибири.

Методом увеличения количества одновременно выполняемых функций вместо сохи, лишь царапавшей почву, примерно за два столетия до нашей эры был изобретен плуг, который не только разрезал дерн, но и переворачивал вспаханный пласт.

Одной из отличительных особенностей устройства для гидравлической защиты погружного электродвигателя, предложенного коллективом изобретателей под руководством Б. А. Красикова, является то, что турбина двигателя одновременно выполняет функции пяты (авт. свид. СССР №237469).

Метод увеличения количества последовательно выполняемых функций позволяет создавать универсальные технические объекты. Рижский изобретатель О. Рутенберг предложил кровать-носилки для больных (патент Латвии № 307). Советский изобретатель И. А. Тихонов разработал способ пуска синхронных компенсаторов путем включения машины на время асинхронного режима через пусковой блок. Отличительной особенностью способа является использование пускового блока для последовательного пуска нескольких машин (авт. свид. СССР №239409).

Метод дублирования заключается в удвоении рабочих органов, рабочих позиций, технологических процессов. Латышский изобретатель Я. Абеле предложил граммофонную иглу с двумя заостренными концами (патент Латвии № 1907). Путем дублирования веретен Леонардо да Винчи изобрел двухверетенную самопрялку.

Метод компаундирования состоит в том, что для увеличения производительности параллельно соединяют два технических объекта. Спаривание осуществляется различными приемами: технические объекты устанавливаются параллельно как независимые агрегаты, связываются синхронизирующими, транспортными или другими устройствами, наконец, конструктивно объединяются в один агрегат.

Методом компаундирования древнегреческий изобретатель Ктесибий Александрийский изобрел двухсторонний пожарный насос. Русский изобретатель И. Ползунов в 1763 г. создал двухцилиндровую паровую машину.

Метод резервирования состоит в увеличении количества ненадежных технических объектов для повышения надежности технического объекта в целом.

В 1859 г. по проекту И. Брюнеля в Англии был сооружен корабль "Грейт Истерн", прозванный "Левиафаном", считавшийся чудом своего времени и описанный Жюль Верном в его романе "Плавающий город". Корабль имел трехкратное резервирование двигателей - он был оборудован гребными колесами диаметром 17 м, гребным винтом и парусами.

Метод мультипликации рабочих органов является простым, эффективным и одним из наиболее распространенных в изобретательской практике. Методом мультипликации отдельных блоков Архимед изобрел полиспаст. Русский изобретатель Р. Глинков в 1760 г. сконструировал 30-веретенную льнопрядильную машину, приводившуюся в действие водяным колесом.

Методом мультипликации рабочих позиций Леонардо да Винчи создал серию многоствольных органных пушек. Одна из них имеет 33 ствола, расположенных в три ряда. Одновременно стреляют 11 стволов, оборудованных общим устройством для воспламенения заряда. По этому же методу созданы русская ракетница Петра Первого и скорострельное 44-ствольное орудие А. К. Нартова,изготовленное в 1741 г.

Метод увеличения количества обрабатываемых деталей имеет два основных приема: увеличение количества деталей, обрабатываемых одновременно на одной рабочей позиции, и расширение номенклатуры поочередно обрабатываемых деталей после некоторой переналадки станка.

Первым приемом созданы устройства для одновременной штамповки нескольких одинаковых деталей и кройки носильных костюмов. Второй прием позволил создать так называемые специализированные станки для обработки нескольких однотипных деталей разных размеров. Устройство для штамповки, разработанное рижскими изобретателями В. В. Мерий-Мери и Б. А. Иоффе, содержит несколько гидравлических цилиндров с соответствующей оснасткой. Каждый гидроцилиндр выполняет роль отдельной прессовой головки упрощенной конструкции, позволяющей путем изменения ее положения по уровню и наклону производить переналадку на различные размеры и форму деталей.

Метод мультипликации числа актов и операций , по данным советского историка С. А. Семенова, применялся еще в каменном веке. Использование этого метода дало значительный технико-экономический эффект: возросло количество однотипных заготовок, получаемых из одного и того же объема материала, облегчилась их дополнительная обработка при оформлении орудий, повысились качество орудий и эффективность их использования.

Методом многоэтажных конструкций создан многоступенчатый архимедов винт для откачки воды, описанный Джеронимо Кардано (1501-1577), известный "вольтов. столб", изобретенный Александром Вольта в 1799 г. (рис. 14).

Метод многослойных конструкций позволил коллективу изобретателей, руководимому Ш. А. Фурманом, прийти к идее создания ювелирных изделий, имитирующих драгоценные камни. Особенностью изделий является многослойный интерференционный фильтр с чередующимися слоями металлов и диэлектриков, который позволяет получать различные цвета и оттенки (авт. свид. СССР №189535).

Метод гирлянд заключается в мультипликации аналогичных технических объектов путем их последовательного присоединения к связывающему нитевидному элементу.

Древнейшими изобретениями, созданными по методу гирлянд, являются разного рода ожерелья: из раковин улиток, кусочков скорлупы яиц, зубов зверей и летучих.мышей, змеиных костей, птичьих клювов и сушеных ягод.

Советский изобретатель Б. С. Блинов создал высокоэффективные гирляндные продольные и поперечные гидротурбинные установки.

Метод каскадных конструкций и процессов использовали изобретатели Е. X. Ремпе и Т. М. Грюнберг при разработке способа определения содержания аминокислот и сахаров в корневых высших растениях, отличающегося тем, что с целью уменьшить потери аминокислот и сахаров и определить количество этих веществ жидкую питательную среду из-под растений пропускают через каскад колонок с ионообменными смолами (авт. свид. СССР №249028).

Этот метод заложен в основу конструкции каскадной пламенной печи для обжига ртутной руды и каскадного холодильника.

Метод многоступенчатых конструкций и процессов позволил Ч. Парсону в 1876 г. создать многоступенчатую реактивную турбину.

Метод сплетения основывается на объединении гибких однородных технических элементов. Аборигены Новой Гвинеи изобрели плетеный гамак и спальные мешки из травы киран. Южноамериканские индейцы изобрели "типити" - трубчатый пресс для отжима несъедобного сока из клубней маниоки при изготовлении муки. Трубка пресса сплетается из диагонально расположенных растительных волокон, которые сжимаются, если трубу тянуть за оба конца.

Развитие метода сплетения привело к появлению прядения, вязания, ткачества.

Раздел 2.3 Технологии изобретательства (продолжение)

Серия статей: Введение в ТРИЗ для аналитиков.

Рады приветствовать всех тех, у кого хватает терпения и желания отслеживать каждую следующую статью антологии о ТРИЗ!

Краткое превью

В мы подвели временные итоги второй части на том, что начали рассуждать о различных подходах к организации процесса изобретательства.

В этой статье, без лишних прелюдий и «шаманских» танцев с клавиатурой, мы рассмотрим окружение, эволюционные предпосылки появления ТРИЗ и её «соперников», обусловленные факторами развития человеческого мышления в области технологий и инноваций.

Подходы к процессу «изобретательства»

Процесс творчества, с момента своего проявления в человеческой деятельности, постоянно привлекал к себе особое внимание. Сначала, как нечто необыкновенное и заповедное. Затем, как чарующее и привлекательное действо. Потом, как элемент пристального рассмотрения и изучения.

Человеческая натура, в сути своей, является мятежной субстанцией. Она стремится «раскрыть», «пощупать», «разузнать» и, в конечном итоге, использовать себе во благо любой окружающий её предмет и явление. В этом, пожалуй, и есть смысл любого прогресса. Каждый раз, когда человек «заучивает» тот базис, на котором он находится, ему становится на нём тесно и не комфортно. После этого, используя «забетонированный» прочный фундамент (вот тут становится важно, чтобы этот фундамент был по-настоящему прочным и основательным) специалист начинает новые искания и исследования, с целью переосмысления существующих артефактов и освоения нового.

Таким образом, становится понятно, что каждая следующая теория появляется на основе/благодаря предыдущим и только в тот момент, когда есть группа умов способных оценить прогнозируемые результаты от её использования.

Исторически, складывались 3 основных группы методов, описывающих процесс творчества.

Первая группа – «Бабочки в моей голове»

Первая группа подходов описывает творчество, как абсолютно стохастичный процесс, который практически не поддается управлению и «происходит» только в те моменты, когда на человека «спускается» озарение, заряд энергии, который приводит бабочек в броуновское движение.

Сторонников этого подход, до последнего момента, (середина прошлого века) было большинство. Объяснить это можно тем, что творчество «исторически» считалось уделом избранных, которым повезло «вытянуть» счастливый билетик. Подтверждалось это тем, что эти избранные (вполне уместно будет в дальнейшем приводить слово «гении») отличались от окружающих по многим факторам (поведение, внешность и т.д.). Но, в момент рассмотрения явления гениальности стало ясно, что каждый гений может быть классифицирован по ряду признаков. Часть из этих характеристик является врожденными, а часть приобретенными. Какие из них отвечают за пресловутую гениальность не вполне понятно, так что, возможно, в ближайшее время появятся теории, которые обоснуют технологию введения личности в состояние гениальности (за большие заслуги) и обратно (соответственное, за провинности) :) .

Вторая группа подходов опирается на логический подход к построению цельной модели проблемы и ее окружения, с итогами, в виде систематических выявлений всех возможных вариантов проблем. В этой группе методов проявляется первый «бунтаризм» человеческой натуры и нежелание идти по укатанной тропе, сплавляться по течению.

Третья группа – «Творчество по полочкам»

В третьей группе постулируются принципы системности, которые основаны на том, что первоначально следует разобраться в сути проблемы, выявить элементы и свойства, которые являются результатами противоречия и устранить его.

Из-за кажущейся сложности, именно третье направление оставалось самым неразвитым до последнего времени. Есть множество факторов, благодаря которым это направление получило столь бурное развитие в последнее время. ТРИЗ является одним из таких факторов.

Работа по анализу патентного «поля», которую проделал Генрих Саулович Альтшуллер, явилась краеугольным камнем развития и популярности предложенных им алгоритмов, за счет четкого научного обоснования и абсолютно прозрачной и доступной логичности его идей.

Вторая группа – «Немного логики»

В начале XX века немногих пытливых умов стала не устраивать повсеместно распространенная, подавляющебытующая первая группа методов, да и, наверное, человеческое сознание созрело для того, чтобы «принять» на себя ответственность за то, что человеку самому по себе подвластно управлять творчеством и быть хозяином своих свершений.

В преддверии ТРИЗ появились методы, актуальность которых подтверждена и на сегодняшний день. Они представляют собой «переходные» стадии 3-ех вышерассмотренных групп методов. Практически все из них получили свое применения в бизнесе, преподавательстве и т.д.

Метод фокального объекта (МФО)

Сформулирован в 20-ых годах XX века Ф. Кунце и в дальнейшем (50-ые) усовершенствован Ч. Вайтингом.

Его суть состоит в том, что объект рассмотрения фиксируется в фокусе внимания, после чего он сопоставляется со случайно выбранным объектом реального мира (животное, бытовой предмет и т.д.). В дальнейшем, соединение свойств зафиксированных объектов может (ключевое слово) привести к оригинальным идеям для изменения первоначально исследуемого объекта.

Brainstorm (Метод мозгового штурма, ММШ)

Сформулирован в 40-ых годах XX века А. Осборном.

Пожалуй, один из самых распространенных методов генерации идей на сегодняшний день. Суть метода заключается в спонтанном и не критикуемом процессе генерации идей всеми участниками данного метода, с последующим подробным анализом и выделении наиболее оптимальных/приемлемых кандидатов на «победу». Метод получил довольно широкое распространение в бизнес среде за счет быстрого поиска возможного (опять же, ключевое слово) решения проблемы. Ориентирован, в отличие от предыдущего, на командную работу.

Синектика (С)

Сформулирован в 50-ых годах XX века У. Гордоном.

Метод «Синектика» является качественным и более социально направленным шагом вперед (или в бок) по сравнению с методом Brainstorm. Он не очень популярен в нашей стране за счет сложного модерирования процесса генерации идей. Описанная в нем технология работы с командой слишком сложна. Она требует от организаторов данного метода развития членов команды с их последующим тесным взаимодействием. Критика (в отличии от метода мозгового штурма), на этапе генерации, поощряется, но критика должна быть сугубо конструктивной и направленной только в адрес конкретной идеи, а не дай бог, в адрес участника процесса. Возможная психологическая закрепощенность критикуемых субъектов должна «сниматься» модераторами за счет мотивирующей психологической работы с ними.

Метод морфологического анализа (ММА)

Сформулирован в 60-70-ых годах XX века Ф. Цвикки.

В основе метода находятся идеи «всеобщего синтеза», предложенные Беренсом. Строго говоря, данный метод сложно считать простым методом генерации идей, в отличие от ранее рассмотренных. Его затруднительно использовать без компьютерной поддержки процесса «изобретательства». Ядром метода является матрица параметров, сочетание вариантов которых должно приводить к оптимальному варианту решения. Результативность метода зависит от того насколько правильно и корректно выбраны параметры и их варианты. Метод сложный, но он не направлен на командную работу и ему можно обучить.

Латеральное мышление (ЛМ)

Сформулирован в 60-70-ых годах XX века Э. Де Боно.

Латеральное мышление является методом, который представляет собой систему развития и «побуждения» центрального объекта любого из нижерассмотренных методов, речь, конечно же, о мыслителе. Направления поиска идей в ЛМ, стимулируют интуицию, позволяют «обозревать» решение и все его аспекты, увидеть подходы, приводящие к достижению результата. Но, метод латерального мышления всё также остается «пассивным» методом, который не предоставляет изобретателю определенного инструмента решения задач, а лишь «уповает» на удачное стечение многих обстоятельств, но не предполагает попытки управлять ими. ЛМ, по скромному мнению является более комплексным и персононаправленным совершенствованием ММШ.

Нейролингвистическое программирование (НЛП)

Проводя параллель с предыдущим методом (ЛМ) уместно будет сказать о том, что метод нейролингвистического программирования является «спиральным» продолжением метода «С». НЛП предоставляет богатый инструментарий (О, наконец-то!) по работе с индивидуумом, в результате применения которого возможно решение довольно сложных задач (освоение иностранных языков, преодоление отрицательных черт характера и т.д.). Обширная классификация подходов к преодолению проблем позволяет считать данный метод научным. Объем переработанного материала, послуживший фундаментом для НЛП, колоссален. Но данный метод является более (наверное, слово «совсем» точнее описывает его содержание) психологическинаправленным, чем технически. Многое в НЛП зависит от личности конкретного изобретателя.

Итоги

Предложенный обзор методов генерации идей составлен авторами, преследующими две основные цели.

Первая цель, вводно-комплексная, включает в себя следующие пункты:

• Cоставить/обновить у интересующегося коллеги представление о разнообразии методов, существующих на данный момент для процесса генерации идей
• Выработать представление о предпосылках появления каждого метода
• Оценить назначение каждого метода, которое позволит представить объективную картину преимуществ и недостатков, которыми обладает каждый конкретный инструмент

Понимая с какой целью создавался метод становится возможным его целевое и результативное использование.

Вторая цель, подготавливающе-катализаторная:

• Продемонстрировать шаги, предпосылки, окружение ситуации, которая бытовала в активности генерации идей
• Выявить очевидные направления развития данной активности, которые были необходимы для решения поставленных перед инженерно-аналитическим сообществом задач
• Подготовить читателя к ТРИЗ:)

Начиная с метода морфологического анализа начинает прослеживаться явное смещение тренда создаваемых методов с сугубо «социально-гуманитарного» направления в область более высокоинтеллектуальных, фундаментальных и логическиобоснованных методов, но, при этом, качественного «прорыва», перехода на другой тип используемых технологий, не происходит. Явным минусом всех приведенных методов является усиление только «человеческой» составляющей.

«Пользователям» не предлагается универсальный технический инструмент, который был бы свободен от множества, сопряженных с личностью «мыслителя», факторов. Не было инструментально-системного подхода к рассматриваемой задаче в целом, и к противоречию, лежащему в её основе, в частности. По настоящему системными методами их считать неправильно по причине очевидной односторонности.

Классическая ТРИЗ

Вот именно в таком методологическом «поле» и стало возможным появление теории решения изобретательских задач. Именно, так:) . Многие теории, вследствие того, что «мир» был к ним не готов, по причине их «опережающих» действительность идей развития (гениальности, если хотите), отвергались или откладывались на дальнюю полку. Ситуация с появлением ТРИЗ, была немного иной. Инженерам было необходимо что-то, позволяющее решать им, поставленные временем, руководством, государственным устройством и т.д. задачи.

В таких условиях профессиональное сообщество созрело для того, чтобы быть готовыми воспринять инструмент, который предлагал решение практически любой проблемы, представленной перед изобретателем в нужной форме.

Труд, созданный Генрихом Сауловичем Альтшуллером – это титаническая работа по анализу библиотеки патентов (с последующим синтезом полученной информации), существующих в СССР открытий и изобретений, на предмет кластеризации и классификации направлений мысли, представленной в них. Количество проанализированных патентов было колоссальным. По результатам своей работы Генрих Саулович смог сделать качественные выводы, опирающиеся на количественное обоснование, выявить закономерности технологии открытий и представить их в виде своей теории. Безусловно, Альтшуллер, не был тем, кому первому в голову пришла мысль о том, что эффективность большинства изобретений человечества низкоэффективна. Сам Альтшуллер в своей деятельности ссылался на К. Маркса и Ф. Энгельса («заигрывание» с временем и «режимом» здесь не при чем, так как именно из-за критики режима Генрих Саулович, в последствии, и был «закрыт» в научном «ящике»), которые в своих работах определили признаки и фазы эволюции изобретений, технологий, труда человека/работника. В основе его примеров лежат следующие идеи:

1. Изобретение – преодоление противоречия
2. Противоречие – это следствие неравномерного развития отдельных частей технических систем

Вот на такой интригующей ноте мы и закончим данную статью.

Не скучайте, развивайтесь, совершенствуйтесь, до скорой встречи!

Для начинающих создателей изобретений очень важно знать апробированные, проверенные практикой методы изобретательского творчества . По оценкам специалистов, в настоящее время разработано свыше пятидесяти, а с учетом частных методик - несколько сотен методов поиска решений творческих задач. Эти методы ориентированы на развитие как логического мышления, так и интуиции. Из множества методов поиска новых оригинальных решений практических задач выделим наиболее известные.

Метод проб и ошибок , называемый иногда «слепым перебором». Этот метод использовал в своей изобретательской практике величайший математик и механик Древней Греции Архимед . Его изобретения вызывают уважение ученых и сегодня. Среди них - зажигательные зеркала, блоки для подъема тяжестей, работающие с использованием «архимедова винта» водоподъемные машины, военные метательные машины и т.д. Архимед предложил в своих работах создание новых технических объектов путем комбинации 14 известных элементов. Некоторые из множества таких комбинаций стали затем изобретениями и были использованы для решения практических задач в различных отраслях. Впоследствии человечество предпринимало неоднократно попытки усовершенствовать этот метод. Известный писатель и изобретатель Н. Петрович в этой связи справедливо указывает : «Если бы мы задались целью последовательно, начиная со времен Архимеда и кончая нашим просвещенным ХХ веком, проследить и описать все попытки создать методику изобретательства, то получилась бы энциклопедия из многих томов. Ее смело можно было озаглавить «Малоуспешное единоборство разума с методом проб и ошибок за две тысячи лет».

Выдающийся американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847- 1931), автор 1099 изобретений, работал над изобретениями, разделяя техническую проблему на ряд конкретных задач и по каждой из них одновременно организуя поиск наиболее удачного решения путем проверки многочисленных возможных вариантов. Бесспорный изобретательский талант Эдисона и реализация им в техническом творчестве методики проб и ошибок привели к созданию целого ряда выдающихся технических новшеств. Однако над одним изобретением, по признанию самого Эдисона, приходилось трудиться в среднем до семи лет.

Метод контрольных вопросов. Решение изобретательских задач упомянутым выше методом проб и ошибок требует рассмотрения всевозможных вариантов, число которых при достаточно сложных задачах достигает значительной величины. Например, для изобретения щелочного аккумулятора Эдисону пришлось поставить 50 тыс. опытов. Чтобы как-то упорядочить, сделать более осмысленным и целенаправленным рассмотрение вариантов, составляются списки наводящих, «подсказывающих» вопросов. В этом суть метода контрольных вопросов. Он получил распространение в 20-30-е годы ХХ века. Широко известен список А.Ф. Осборна (США), состоящий из девяти групп вопросов: «Что можно в техническом объекте уменьшить?», «Что можно в техническом объекте перевернуть?» и т.д. В каждой группе имеются подвопросы типа: можно ли что-нибудь укоротить, сузить, сжать и т.д. .

Определенный интерес представляет следующий список-памятка, составленный английским изобретателем Т. Эйлоартом (цит. по ):

1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.

2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.

3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предположения.

4. Набросать фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии.

5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналогии).

6. Попробовать различные виды материалов и виды энергии: газ, жидкость, твердое тело, гель, пену, пасту и др.; магнитную и электрическую энергии, тепло, свет, силу удара и т.д.; различные длины волн, поверхностные свойства и т.п.; переходные состояния - замерзание, конденсация, переход через точку Кюри и т.д.

7. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.

8. Узнать мнение некоторых совершенно не осведомленных в данном вопросе людей.

9. Устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая всех и каждую идею без критики.

10. Попробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.

11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.

12. Побродить в стимулирующей обстановке (свалки лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), просмотреть журналы, комиксы.

13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д. для разных решений проблемы или разных ее частей; искать пробелы в решениях или новые комбинации.

14. Определив идеальное решение, разрабатывать возможные элементы.

15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т.п.

16. В воображении залезть внутрь механизма.

17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и таким образом создают нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.

18. Чья это проблема? Почему его?

19. Кто придумал это первым? История вопроса. Какие толкования этой проблемы имели место?

20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?

21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.

Эти и подобные им списки, как правило, указывают только, что надо делать, но не объясняют, как это сделать.

Метод контрольных вопросов дает возможность в какой-то мере «оторваться» от привычных, устоявшихся представлений о предмете, помогает преодолеть или уменьшить психологическую инерцию, изменить направление поиска.

Метод аналогий с живой природой . Суть метода ясна из названия. Умозаключение по аналогии, как известно, состоит в переносе знания, полученного в результате анализа какого-либо объекта, на менее изученный, сходный по существенным свойствам и качествам объект. Подобные умозаключения являются одним из источников научных гипотез. Попытки «подсмотреть» в живой природе рациональные решения своих проблем предпринимались на протяжении всей истории человечества. Среди первых, о ком история сохранила достаточно подробные сведения, следует назвать Леонардо да Винчи. Он известен не только как художник, автор «улыбки Моны Лизы (Джоконды)», но и как крупнейший изобретатель, использующий метод аналогий. Им созданы проекты летательных аппаратов, геликоптера по аналогии с винтом Архимеда, двухверетенной самопрялки, цепных передач, шарикового подшипника, маятниковых часов, надувного спасательного круга, водолазного скафандра и т.д. .

Поиск аналогий в деятельности живого организма и функционировании технических систем привлекало ученых во все времена. Так, сердце человека рассматривали как хорошо работающий механический насос. Век электричества породил аналогию процессов, протекающих в нервной системе, с теми, которые реализуются в электрических цепях. Сегодня одной из наиболее популярных аналогий является «компьютерная метафора». Ее смысл состоит в отношении к естественному интеллекту как к вычислительному устройству. Многие стороны интеллекта рассматриваются по аналогии со свойствами компьютеров (долговременная и оперативная память, процедурное и декларативное представление знаний и т. д.), которые известны проектировщикам ЭВМ и программистам. Эта метафора привела к созданию новой области психологических исследований интеллекта - когнитивной психологии .

В творчестве используются аналогии различных типов (функциональная, структурная, субстратная аналогии; аналогии отношений, внешней формы). Изобретательская практика свидетельствует о том, что чем отдаленнее области, между которыми проводят аналогии, тем более неожиданный, оригинальный результат может быть получен при решении задачи. Следует иметь в виду, что самые сложные проблемы всегда имеют простые, ясные для понимания, неправильные решения, поэтому умозаключения, сделанные по аналогии с конкретными объектами, носят, как правило, лишь правдоподобный характер и требуют последующей тщательной проверки и технического обоснования.

В техническом творчестве аналогии выполняют еще одну роль - их удобно использовать для выявления тенденций развития технических объектов, общественных и личных потребностей и технических средств, создаваемых для их удовлетворения.

Методы использования случайностей. В истории науки и техники немало примеров, когда случайность помогала сделать серьезное открытие или изобретение. Кроме общеизвестных легенд об Архимеде и Ньютоне, имеются некоторые более достоверные случаи. Широко известна история открытия радиоактивности французским физиком А.А. Беккерелем в результате того, что он нечаянно проявил неэкспонированную фотопластинку, находившуюся рядом с урановой солью. Химик Фальберг после лабораторных опытов забыл вымыть руки перед тем, как сесть за обеденный стол. Ощутив, что почему-то все блюда сладкие, он связал это с обнаруженными на руках следами только что полученного вещества. В результате исследования этого вещества ученый открыл сахарин. Случайно опрокинутая на гусиное перо перекись водорода помогла Ричардсону изобрести способ обесцвечивания волос. Изобретением способа химической чистки ткани Мариле был обязан случайно упавшему в бочку со скипидаром загрязненному костюму рабочего. Такие примеры можно было бы продолжать и дальше. Однако, как справедливо отмечал французский ученый Луи Пастер, «Не всякому помогает случай; судьба одаряет только подготовленные умы». Известное «яблоко Ньютона» смогло появиться лишь в результате двадцатилетнего труда ученого. Поэтому вряд ли можно назвать благоразумным пассивное ожидание случайных результатов, ошибок и т.п.

Подвидами этого метода являются метод фокальных объектов метод и метода гирлянд случайностей и ассоциаций.

Метод фокальных объектов предложен американцем Ч.С.Вайтингом. Название метода происходит от слова «фокус» (означающего в оптике точку, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок световых лучей) и означает, что в данном случае имеется в виду концентрация внимания на каком-то объекте.

В соответствии с этим методом, решение технической задачи осуществляется посредством выполнения ряда последовательных шагов:

¨ определения фокального объекта, т.е. объекта, на который направлено наше внимание;

¨ выбора случайных объектов (от двух до шести);

¨ составления ведомости выбранных объектов и всех их признаков;

¨ генерирования идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайно выбранных объектов;

¨ развития первоначальных идей и генерирование новых путем свободных ассоциаций (фиксируются объекты, которые непроизвольно вспоминаются после данного объекта, затем - после нового и т.д.) по всем признакам случайно выбранных объектов. Объединение фокального объекта последовательно с каждым элементом полученного ряда ассоциаций приводит к новым идеям;

¨ оценки и выбор полезных решений.

Метод гирлянд случайностей и ассоциаций, предложенный рижским инженером Г.Я. Бушем, предусматривает следующие поведенческие рекомендации при решении каких-то сложных задач, когда кажется, что они неразрешимы вообще :

1) не надо падать духом, следует помнить, что, если задача не противоречит физическим законам, она обязательно будет иметь решение, если не на данном этапе, то в будущем;

2) надо искать пути выхода из возникшего тупика, среди которых предлагаются следующие:

2.1.изменить уровень задач. Например, вместо усовершенствования устройства надо искать новый принцип его конструирования;

2.2.преобразовать задачу в двухступенчатую, предусматривающую решение сначала простой ее части, которая выполнит роль подсказки для решения основной задачи изобретения;

2.3.поставить вспомогательный вопрос для выяснения возможных решений задачи при изменении параметров объекта;

2.4.рассмотреть инвертированную (т.е. обратную) задачу;

2.5.привлечь принципы решения, существующие в других отраслях, казалось бы, вообще далеких от рассматриваемой;

2.6.организовать коллективное генерирование идей, т.е. мозговой штурм;

2.7.временно прекратить поиск путей решения. Это создает возможность взглянуть через какое-то время на задачу с новых позиций.

Морфологический метод. Суть его состоит в проведении морфологического анализа, т.е. в исследовании структурных связей и взаимоотношений между предметами, явлениями, идеями. При этом вначале выявляются всевозможные взаимоотношения, независимо от их ценности. Метод, позволяющий за короткое время создать большое число оригинальных технических объектов, предложен в 1942 г. швейцарским ученым-астрономом Ф. Цвикки.

На основе морфологического подхода разработано целое семейство методов практического решения изобретательских задач, и один из них - метод морфологического ящика . В соответствии с этим методом, поиск решений технических задач состоит из нескольких этапов:

¨ точной формулировки изобретательской задачи;

¨ расчленения объекта (процесса, проблемы) на основные функциональные узлы (параметры);

¨ последовательного независимого рассмотрения всех узлов (параметров) и выбора для них всех возможных решений;

¨ составления многомерной таблицы («морфологического ящика»), которая бы вмещала все варианты решения задачи. Каждому функциональному узлу (параметру) в таблице соответствует определенная графа («ось»), где перечисляются все возможные (с точки зрения изобретателя) варианты его решения. В случае двух осей таблица имеет наиболее простой вид (обычная двумерная); при наличии n осей - n -мерный ящик;

¨ анализа и оценки всех без исключения возможных решений с позиций оптимального достижения поставленной цели (обычно - функции, которую должно выполнять устройство);

¨ отбора одного или нескольких наилучших вариантов для практического использования. В сложных ситуациях само использование также нуждается в морфологическом анализе.

Если параметров (характеристик) больше, то для каждого из них берется вертикальная ось, на которую наносят все возможные альтернативы (варианты), а затем каждую из них последовательно рассматривают совместно со всеми другими альтернативами.

Метод эффективен лишь для решения простых задач. В случае сложных задач необходимо рассматривать множество комбинаций. Так, пользуясь данным методом для прогнозирования только одного типа реактивных двигателей, Ф. Цвикки получил (при наличии 11 осей) 36 864 комбинации. Ему удалось создать несколько реактивных двигателей, которые базировались на новых принципах.

Метод мозговой атаки (или «мозгового штурма»). Предложенный американским психологом А.Ф. Осборном метод возник как попытка устранить одну из наиболее серьезных помех творческому мышлению - боязни критики выдвигаемых идей. В целях устранения этой помехи метод предполагает выдвижение и анализ любых идей (в том числе самых фантастических, явно ошибочных, шуточных), так как они могут стимулировать появление более ценных изобретений. Тем самым снимается запрет на критику. То, что такой подход эффективен, показывает следующий пример.

Во время второй мировой войны транспортное судно под командой морского офицера А.Ф. Осборна без надлежащего сопровождения военных кораблей перевозило груз в Европу. Получив радиограмму о возможном нападении на судно немецких подводных лодок, А.Ф. Осборн предложил членам команды высказать соображения о том, как противостоять надвигающейся опасности. Один из матросов предложил выстроить команду вдоль борта, к которому будет приближаться торпеда, и дружным дутьем «отдуть» торпеду в сторону. Впоследствии оснастка судна вентилятором, создающим мощный направленный поток воды, в действительности спасла атакованное судно от торпеды, которую в действительности удалось «отдуть». Сегодня это техническое решение, разумеется, уже устарело. Однако метод приобрел широчайшую популярность при поиске решений в неопределенных ситуациях. Это не случайно. Осборн интуитивно «уловил» механизм работы мозга, распределение функций генерации и анализа идей. Реализация абсурдной на первый взгляд идеи и явилась основанием для разработки метода мозговой атаки (цит. по ).

А.Ф. Осборн, создавая метод, основывался на том, что у одних людей ярче выражены способности к выдвижению идей, а у других - к их анализу, критическому осмыслению. Чтобы они, выполняя работу совместно, не мешали друг другу, было предложено разделить участников поиска решения технической задачи на две группы, например, «фантазеров» и «критиков» («генераторов идей» и «аналитиков»).

В задачу «фантазеров» входит только выдвижение идей. Обстановка должна быть доброжелательной, способствующей смелому предложению любых идей. При этом запрещена не только словесная критика, но и любые жесты, иронические улыбки и т.п. В составе «фантазеров» (5 - 10 чел.) должны быть люди разных специальностей с различным уровнем образования, квалификации, могущие за короткое время (от 15 мин до 1 ч) предложить несколько десятков идей. При этом должны учитываться не только самостоятельные новые идеи, но и попытки усовершенствовать или комбинировать только что предложенные. Несомненно, что в группе должен быть руководитель, способный в ходе коллективной мозговой атаки обеспечивать широкий разброс мнений и умеющий незаметно поворачивать процесс генерирования идей в нужное русло. На предварительном этапе организатор обеспечивает четкую формулировку задачи, а также подбор двух групп участников: «генераторов идей» и «аналитиков». «Мозговой штурм» обычно продолжается 1,5-2 ч.

При решении проблемы обе группы должны дать ответ на вопросы: 1) чем должна завершиться разработка и 2) что препятствует получению желаемого. Функции этих двух групп различаются: «генераторы» должны высказать возможно большее число идей решения, тогда как «аналитики» выделяют из этого потока идеи, перспективные для последующей проработки. Обязательным условием реализации метода является категорический запрет любых суждений относительно генерируемых идей, как благоприятных, так и критических. Иногда откровенно неудачные на первый взгляд идеи приводят к перспективным решениям. Успех «мозгового штурма» чаще всего определяется правильным подбором участников и обеспечением творческой атмосферы при его проведении.

После завершения «штурма» участники коллективно редактируют список наработанных идей. На этом этапе уже возможно «полукритическое» отношение к ним и расширение списка новыми идеями, возникшими в процессе редактирования. Практика показывает высокую эффективность метода: при индивидуальной работе несколько человек за 15-30 мин в сумме предлагают 10-20 идей, тогда как такая же по численности группа, принимающая участие в мозговом штурме, за то же время способна генерировать от 50 до 150 идей.

Выделенные идеи передаются группе экспертов, которые вначале разделяют их на осуществимые и неосуществимые (при данном уровне развития техники), а затем выбирают наиболее приемлемые. При этом ведется тщательный поиск «рационального зерна» в каждой выдвинутой идее.

Метод «мозгового штурма» успешно применяется в области управления, бизнеса, экономики и др. Не утратил он значения и для коллективного решения изобретательских задач в различных областях техники, и в процессе обучения (для тренинга начинающих изобретателей). Существуют много разновидностей мозговой атаки: «массовая мозговая атака», метод «конференции идей» и др.

Родственным этому методу являетсяметод синектики, или «объединения разнородных элементов» , предложенный американским ученым В. Гордоном в 50-х годах XIX в. . Творческие синектические группы (5-7 чел.) создаются из представителей разных профессий или научных дисциплин, людей разного возраста, образования, различной квалификации и т.п. В основе синектики лежит мозговая атака, однако проводится она постоянными группами, которые, овладевая специальными приемами и накапливая опыт, работают более эффективно, чем случайно собранные люди. Организация технического творчества по методу синектики реализуется в 4 этапа:

1. Подбор группы специалистов - «синекторов».

2. Освоение практики использования аналогий при решении различных технических задач.

3. Анализ проблемы и поиск ее решения.

4. Оценка результатов решения проблемы, их оптимизация и реализация.

На первом этапе подбирают группу специалистов в возрасте 25-40 лет, которые на своем жизненном пути хотя бы раз меняли свою профессию. В качестве критериев отбора используются профессия, образование, гибкость мышления, диапазон знаний и практических навыков, контрастность психологических типов личности .

Во время второго этапа формируются в коллективе взаимопонимание, заинтересованность каждого участника в эффективном решении изобретательских задач, создаются предпосылки для «синектического» мышления:

¨ умения отвлечься от частностей, выделять сущность задачи, абстрагироваться от привычного контекста, мысленно удаляться от предмета разработки;

¨ способности управлять процессом развития тривиальных идей;

¨ навыков повышенной терпимости к идеям других людей, готовность учитывать и развивать их;

¨ уверенности в успешном решении проблемы;

¨ умения обнаруживать в обычных явлениях нечто особенное и использовать выявленные оригинальные качества как стартовые для творческого воображения.

Для формирования такого мышления коллектив тренируется в использовании аналогий различных типов :

¨ прямых - разрабатываемый технический объект «синектор» сопоставляет с похожими объектами из различных областей техники и естествознания;

¨ личных - «вживание» в образ объекта, отождествление «синектора» самого себя с каким-либо элементом проблемной ситуации, исследуемым объектом или какой-то его частью, с целью проникнуть в суть его работы;

¨ символических - реализующихся при подборе метафор и сравнений, в которых характеристики одного предмета отождествляются со свойствами других;

¨ фантастических - позволяющих представлять вещи в виде, какими они не являются, но какими «синектор» хотел бы их видеть.

На третьем этапе участники группы:

¨ знакомятся с формулировкой проблемы в той редакции, как ее представляет заказчик;

¨ выявляют очевидные (тривиальные) решения (которые вряд ли позволят создать что-то новое и оригинальное);

¨ ищут аналогии, превращающие необычное в привычное, при этом допускается игнорирование физических законов;

¨ устанавливаются главные трудности и противоречия, препятствующие решению проблемы.

Суть четвертого этапа составляет дискуссия, по итогам которой формулируются интересные идеи, которые доводятся до степени, достаточной для изготовления модели решения.

Вметоде «обратного мозгового штурма» при создании новаторского решения отталкиваются от перечня недостатков анализируемого объекта, который затем должен быть предельно критически рассмотрен. При этом перечень по возможности должен быть максимально полным. Объектом анализа служат конкретные изделия, технологии, их отдельные элементы и т.д. Метод широко используется для решения таких задач, как составление технических заданий на разработку объекта изобретения, проведение экспертизы проектно-конструкторской документации и др. Предметом коллективного обсуждения могут быть: описание анализируемого объекта, анализ его известных недостатков, связанных с изготовлением, эксплуатацией, ремонтом, а также представление об идеальном конечном результате и о нежелательных недостатков.

При подборе участников в группу «генераторов» дополнительно включают специалистов, обеспечивающих весь жизненный цикл объекта. Правила для участников обсуждения те же, что и при прямом «мозговом штурме». Результатом работы является список возможных противоречий и недостатков объекта, отредактированный «аналитиками». Поиск путей устранения недостатков и ограничений осуществляют прямым «мозговым штурмом».

Выявленные недостатки служат основанием для постановки новых изобретательских задач. Поэтапная мозговая атака предусматривает последовательное решение проблемы от постановки задачи до внедрения.

Стратегия семикратного поиска. Сущность этого метода, разработанного Г.Я. Бушем, заключается в последовательном, системном и многократном применении различных таблиц, матриц, диаграмм, схем и т.п. Автор метода исходит из того, что эффективному одновременному рассмотрению, сравнению, изучению человек может подвергнуть до семи предметов, понятий, идей .

В методе различают стратегическую и тактическую части. Стратегия подразделяется на семь стадий:

1) анализ проблемной ситуации, общественных потребностей.

2) анализ функций аналогов и прототипа. Выявление оптимальных условий потребления и эксплуатации. Определение актуальных и главной функций.

3) постановка задачи. Формулировка задачи в общем виде, определение требуемого уровня решения и уровня качества технического объекта.

4) генерирование изобретательских идей, направленных на лучшее выполнение объектом его функци­онального назначения. Выбор и использование эвристических средств.

5) конкретизация идей (структура, конструкция, форма, материал, операции и их последовательность).

6) оценка альтернативы и выбор рациональных вариантов решения, отбор оптимального варианта.

7) упрощение, развитие и реализация решения.

Тактическая часть метода состоит из практических приемов, применяемых на разных стадиях процесса создания нового технического объекта.

Один из них - прием «семь ключевых вопросов». Как указывает Г.Я. Буш, еще римский оратор Квинтиллиан (I в. н.э.) определил семь вопросов, на которые необходимо ответить, чтобы информация о событии, явлении, процессе, задаче была полной. К ним относятся следующие: кто? что? где? чем? зачем? как? когда? Эти вопросы направлены на получение информации соответственно о субъекте, объекте, месте, средствах, цели, методах и времени, относящихся к рассматриваемому явлению или событию.

Метод ступенчатого подхода основан на системном анализе причин, определяющих цели разработки, и препятствий на пути выработки конкретных решений. Его реализация может быть представлена в виде следующей цепочки действий:

¨ определяется конечная цель решения задачи;

¨ выявляется основание для возникновения потребности в новом решении;

¨ находятся противоречия, которые вызывают необходимость решения задачи;

¨ определение препятствий (или ограничений) на пути устранения выявленных противоречий;

¨ осуществляется поиск возможных средств для преодоления препятствий;

¨ строится модель задачи и проверка правильности решения.

Реализация метода способствует систематизации имеющейся информации и преобразованию найденной идеи в техническое решение.

Метод «матриц открытия» базируется на морфологическом анализе, но ориентирован, главным образом, на систематическое исследование приемлемого числа исполнения создаваемого объекта. По результатам анализа строится таблица, в строках которой записывают выбранные признаки объекта, а в столбцах - эвристические принципы их реализации. На пересечения ряда и столбца в каждую клетку записывают сведения о соответствующих возможных решениях. Реализацию этого метода затрудняет то, что использование в качестве показателей функциональных и конструктивных признаков объекта затрудняет выбор соответствующих эвристических приемов.

Метод функционального изобретательства , т.е., разработка операций реализации технического объекта (физического преобразования, химического превращения и др.) и потребность, которая может быть удовлетворена с помощью этого объекта. Реализация метода может быть представлена как последовательность действий по определению функций отдельных элементов технического решения, выявления основной функции, поиска путей изменения последней, поиска методов реализации вспомогательных функций, которые необходимы для осуществления новой основной функции.

Метод функционального конструирования , предложенный Р. Коллером, основан на полном абстрагировании от конструктивных особенностей объекта. Внимание концентрируется на анализе функций, которые этот объект должен выполнять. При реализации уточняется основная функция объекта, которую представляют в виде совокупности элементарных парных (прямых и обратных) операций (излучение - поглощение, увеличение - уменьшение, соединение - разъединение, объединение - разделение и т.д.). Метод также предусматривает применение математических и логических операций. Выделение элементарных операций позволило осуществлять комбинаторный поиск их возможных носителей для воспроизведения основных функций конструируемых объектов. Метод пригоден при автоматизированном поиске конструкций для реализации новых технических решений .

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - это комплексная программа, основанная на законах развития технических систем и позволяющая проанализировать исходную задачу, построить ее модель, выявить противоречие, мешающее получению желаемого результата обычными (известными) путями, и найти наиболее эффективный прием разрешения этого противоречия. Сущность АРИЗ описана Г.С. Альтшуллером . Им же предложена классификация изобретательских задач, включающая пять уровней сложности:

1. Задачи, для решения которых достаточно применение средств (устройств, способов, веществ), которые используются по своему назначению. Сам объект не изменяется. В процессе решения достаточен «перебор» нескольких, вполне очевидных вариантов. Задача и средства ее решения обычно относятся к одной узкой сфере деятельности.

2. Задачи, в которых происходят некоторые изменения объекта и имеет место переход к отраслевому масштабу. Количество рассматриваемых вариантов решений возрастает до нескольких десятков.

3. Задачи, в которых предполагается значительное изменение объекта. Принципы решения чаще всего заимствуются из других областей техники.

4. Задачи, в которых объект изменяется полностью, а решения основаны на достижениях фундаментальной науки, прежде всего, в области физических и химических эффектов и явлений.

5. Задачи, в которых происходит изменение всей системы, в которую входит объект. Здесь средства решения чаще всего основаны на обширных экспериментальных данных (результаты сотен тысяч - миллионов опытов, собственных и описанных в литературе). Отправной точкой для решения задач этого уровня могут стать научные открытия. Например, решающее значение для становления передовых информационных технологий имели два открытия, сделанные в XX веке и отмеченные Нобелевскими премиями. Первое из них - лазерно-мазерный принцип, установленный Ч. Таунсом (США) и российскими физиками Н. Басовым и А. Прохоровым. Второе - интегральные схемы и полупроводниковые гетероструктуры для высокоскоростной и оптоэлектроники, разработанные интернациональным коллективом ученых: Д. Килби (США), Г. Кремером (ФРГ) и Ж. Алферовым (РФ) (цит. по ). Эти открытия создали предпосылки как для улучшения действия ранее существующих устройств, так и создания принципиально новых, которые сегодня широко используются в системах спутниковой связи и Интернета, мобильных телефонах и др.

Открытие принципов функционирования природных объектов вооружает изобретателей новыми средствами создания технических решений. Обобщение опыта создания технических решений изобретателями представлено в межотраслевом фонде эвристических приемов . Этот фонд ориентирован на различные области техники и содержит систематизированное обобщенное описание приемов, а также по 2-3 примера решения технических задач, активизирующих техническое творчество на стадии устранения главных недостатков и противоречий прототипа. Структура фонда включает 12 групп эвристических приемов (табл. 1 ).

Изобретательство можно свести к следующей классификации:

· изменение естественных форм, физического или химического состояния природных предметов путем соединения целых или частей;

· изменение путем разделения целого на части;

· изменение путем придания других свойств обработкой (нагреванием, высушиванием, смешиванием с частицами других веществ);

· использование энергии окружающей природы;

· использование объединенных усилий многих людей (простая кооперация);

· использование животных в качестве тягловой силы;

· форсирование важнейших параметров технического объекта (скорости движения, мощности, точности и т. д.);

· геометризация, симметризация, стандартизация;

· обеспечение непрерывности производственного процесса;

· использование тяжести и упругости тел для механизации и автоматизации;

· переход на рациональное движение;

· дифференциация орудий путем подбора их по форме, весу, размерам, габаритам, материалу, особенностям обработки, функциям;

· специализация производства;

· рационализация путем упрощения, двухсторонней обработки, перехода на прогрессивные способы производства;

· вовлечение в круг хозяйственной деятельности новых природных веществ и изменения их физико-химического состояния;

· комплексное использование полезных материалов (рекуперация, утилизация и т. д.);

· изобретательная деятельность в технике.

По признаку общности методы изобретательства можно разделить: на всеобщий, общие, частные методы изобретательства.

Всеобщий метод изобретательства относится к стратегическим средствам решения изобретательских задач.

Общие методы изобретательства применяются для решения широкого круга изобретательских задач в разных областях техники. К таким методам можно отнести методы эвристической аналогии, эвристического объединения, эвристической инверсии и т. д. (эвристика от греч. heurisko - отыскиваю, открываю).

К частным методам изобретательства принадлежат методы, предназначенные для решения специальных изобретательских задач или задач в определенной, как правило, узкой области техники. В их число входят, например, метод превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, метод отдаленной гибридизации, метод компаундирования и т. д.

Следует отметить, что деление методов на общие и частные является условным: практически трудно провести границу между одними и другими. Кроме того, в изобретательской практике узкоспециальные частные методы нередко применяются для решения ранее не предусмотренных задач и дают в случае успеха, как правило, весьма оригинальные решения.

По уровню сложности методы изобретательства подразделяются:

· на простые;

· на сложные.

К простым методам причисляют способы постановки, решения, реализации изобретательской задачи, содержащие элементарные операции, применяемые в определенных типовых ситуациях. Таковы, например, метод смешивания ингредиентов вещества, метод применения гибких промежуточных элементов для соединения технических объектов или их частей и т. д.

Сложные методы содержат элементы нескольких простых. Так, метод поэтапной мозговой атаки содержит элементы обратной мозговой атаки, прямой мозговой атаки, двойной мозговой атаки и мозговой атаки экспертов. Простые и сложные методы изобретательства, как правило, применяются для выполнения определенной стадии или шага творческого процесса изобретателя.

Классификация методов изобретательства по степени использования кибернетической техники:

· решения изобретательских задач человеком;

· методы решения изобретательских задач кибернетическими машинами;

· методы, предназначенные для решения человеком и кибернетическими машинами.

По эвристическому принципу методы решения изобретательских задач можно условно разделить на следующие основные виды:

· методы эвристической аналогии;

· эвристического комплекса;

· эвристического разделения и редукции, (редукция это упрощение, сведение сложного к более простому, обозримому, понимаемому, более доступному для анализа или решения; уменьшение, ослабление чего-либо);

· эвристической инверсии;

· методы эвристического комбинирования.

Особое практическое значение для изобретателей имеет классификация задач по эвристическому принципу, облегчающему выбор методов для поиска конкретного решения, но не гарантируют достижения решения в каждом отдельном случае и могут привести к ошибочным результатам.

Так, например, в XVIII веке представляли себе, что условия плавания аэростатов в воздухе имеют полную аналогию с условиями плавания морских судов, поэтому предлагалось много проектов управляемых аэростатов с парусами, веслами и рулями. Эти решения по аналогии успеха не имели.

Методы эвристической аналогии. Основываются на естественном стремлении человека к подражанию. С помощью этих методов изобретательские задачи решаются путем усмотрения аналогичных ситуаций в природе, технике, общественных и других явлениях и использования найденных аналогий для устранения противоречий, создавших проблемную ситуацию.

Древнейшей группой методов аналогии является группа методов аналогии с природой. Природа была учителем изобретателя. Первые орудия труда человек находил непосредственно в природе. Потом он стал познавать свойства объектов природы и использовать их для удовлетворения своих потребностей. Так,

например, некоторые племена Африки используют навоз в качестве связую-

щего материала, а пепел навоза - как белила.

Выявлением и использованием «механизмов природы» занимается наука бионика. Она исследует объекты живого и растительного мира и выявляет принципы их действия и конструктивные особенности, с целью применения этих знаний в науке и технике.

Иллюстрировать это можно:

· по аналогии с кальмаром американские инженеры сконструировали судно, принцип движения которого схож с движением кальмара. Кальмар, как известно, передвигается резкими толчками, выбрасывая назад воду. Новое судно приводится в движение также реактивной отдачей. Пар выталкивает воду из трубы, направленной к корме судна. От этого толчка судно получает импульс. Оставшийся в трубе пар конденсируется, давление в котле падает, и всасывается очередная порция воды. Теперь котел снова готов к рабочему циклу. Разумеется, это лишь грубая схема, сама конструкция несколько сложнее.

Шлюпка с опытным образцом двигателя уступала в скорости пешеходу. Но не следует забывать о достоинствах - у такого двигателя нет движущихся частей (Судно-кальмар. - Социалистическая Индустрия, 27.03.75).

· Перистальтический насос - аналог кишечника живого организма. Этот насос предназначен для перекачивания пульпы - вязкого вещества и абразивных пульпообразных сред. Насос содержит шланг (гибкий цилиндр), расположенный в подковообразном корпусе, и три ролика, закрепленные на роторе. При вращении ротора ролики поочередно подводятся к шлангу, постепенно пережимая его и прокатываясь по корпусу. При сплющивании шланга ролик передвигает впереди себя перекачиваемую среду. Гибкий шланг позади ролика восстанавливает свою первоначальную форму и всасывает новую порцию жидкости за счет создаваемого разряжения. Затем подходит следующий ролик и вновь пережимает шланг, перекатываясь по корпусу. При вращении роторов все процессы в насосе повторяются [Изобретатель и Рационализатор, № 7, 1987, с.16].

· По аналогии с принципом встряхивания пляжного коврика (резкое волнообразное движение) разработан фильтр. Удаление осадка в нем производится путем нанесения удара "в противофазе".

Основная и довольно часто встречающаяся ошибка при использовании методов эвристической аналогии это слепое использование аналогии. Сделаем так, как это делает человек. Скопируем эти действия и заменим человека роботом. Как правило, такая тактика обречена на провал.

Как же следует использовать аналогию.

1. Выяснить основные принципы и конструктивные особенности исследуемого объекта.

2. Выявить ведущую область техники по функции, которую выполняет этот объект.

3. Воспроизвести основной принцип и конструктивные особенности, используя опыт ведущих областей, на имеющихся элементах, материалах и технологиях. При этом что-то нужно будет придумать новое, учитывая недостатки прототипа.

Таким образом, появится новое конкурентоспособное изделие.

Методы эвристической инверсии. Методы этой группы предполагают поиск решений изобретательских задач в направлениях, противоположных традиционным, в инвертировании технического объекта, изменении расположения элементов объекта, уравновешивании нежелательных факторов средствами противоположного действия.

Инверсии можно подвергать сами технические объекты, их элементы, структуру, агрегатное состояние, форму, параметры движения.

Метод инверсии агрегатного состояния веществ применяется с целью достижения технического эффекта путем преобразования агрегатного состояния веществ. Этот метод позволил изобрести холодильные компрессоры, ледогенератор, ингалятор, пульверизатор.

Метод инвертирования заключается в изменении расположения в простран-

стве традиционного технического объекта (нижней частью вверх или набок), превращении объектов горизонтального типа в объекты вертикальной композиции, перестановке элементов технического объекта в обратном порядке.

Примеры методов эвристической инверсии приведены ниже:

· спортсмены тренируются, бегая по беговой дорожке на стадионе. Можно использовать для этого движущиеся беговые дорожки и тренажеры, в которых можно задавать скорость движения ленты, ее наклон и другие параметры.

· Устройство для тренировки пловца.

Пловец на месте, а движется вода (рис. 3.3).

· Методом инверсии формы традиционной поперечной пилы были изобретены циркулярная пила и ее разновидности - лобзик, ленточная пила, ножовка, бугельная пила, лучковая пила.

Аналогично рассмотренным примерам сконструирован эскалатор (человек стоит, а лестница движется) и многое другое.

Инверсии могут быть: функциональными, структурными, параметрическими, инверсные связи, инверсия пространства, инверсия времени

Функциональная инверсия. Сделать функцию или действие обратным. Нагревание - охлаждение, притягивание - отталкивание, строить - ломать и т.д.

Примеры функциональной инверсии:

· обычно траву сначала косят, а потом сушат, выбирая для этого самые жаркие и сухие дни. А что если делать на оборот - сначала сушить, причем как можно быстрее, а потом косить? Голландские специалисты сконструировали машину, которая довольно быстро подсушивает траву, обрабатывая ее паром при температуре 300°С. Ширина захвата машины 6 метров, производительность 40 т/час.

· В печи-гриле вертится приготавливаемая пища, например, курица. Разработан гриль, где приготавливаемая пища неподвижна, а вокруг нее вращаются горячие потоки воздуха.

Структурная инверсия. В понятие структуры входит состав системы и ее внутреннее устройство. Много - мало элементов, однородные - разнородные элементы, сплошная - дискретная структура, монолитная - дисперсная - пустая, статичная - динамичная структура, линейная - нелинейная, иерархическая - одноуровневая и т.п.

Примеры структурной инверсии:

· электронная и радио аппаратура ранее имела платы со многими элементами (транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, соединительные провода и т.п.), которые в дальнейшем были заменены на микросхемы, а затем и на процессоры. Процессор заменил многие элементы.

· Суда, как правило, имеют постоянную (статическую) структуру: сухогруз, танкер и т.д. Разработана модульная (динамичная) конструкция судна, которая имеет носовую и кормовую части (оконечности), а в середину (среднюю часть корпуса) может помещаться любой модуль [Нарусбаев А.А. Судостроение - XXI век. - Л.: Судостроение, 1988, с. 70-74.]. Таким образом, собираются транспортные суда различного назначения. Модульные суда строили в США на Великих озерах.

Аналогичное решение, еще раньше, было предложено для грузовиков. Еще более ранние аналоги - буксир и различные баржи; паровоз и различные вагоны

Параметрическая инверсия. Противоположные параметры. Проводник - диэлектрик, длинный - короткий, темный - светлый, твердый - мягкий.

Примеры параметрической инверсии:

· предложили трудно деформируемые и легко окисляющиеся металлы и сплавы ковать в вакууме, и при этом обрабатывающий инструмент и заготовку не нагревать, а охлаждать от 0°С до порога хладноломкости [Изобретатель и Рационализатор, № 2, 1979, МИ 0254].

· Изменение размера детали при токарной обработке обычно выполняют путем контроля размера изделия. Если контролировать расстояние между щупом и резцом, то можно гарантировать абсолютно точное изготовление деталей. Этот принцип лег в основу новых прецизионных токарных станков, созданных в Швейцарии. При обработке на них изделий с припуском 20-30 микрон не требуется последующее шлифование.

Инверсные связи. Возможные состояния системы относительно внутренних и внешних связей. Есть связь - нет связи. Положительная связь - отрицательная связь.

Примеры инверсионных связей:

· соединять - разъединять (отключать). На этом принципе построены многие средства связи, например, телефонная связь.

· Отрицательная и положительная обратная связь используется в системах автоматического управления.

Инверсия пространства. Изменение положения в пространстве на 90° и 180°.

В качестве примера рассмотрим положениеветряного электрического генератора.

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.

Подобные документы

Терминология развивающейся техники. Основные методы и приемы творческого труда. Виды операций при создании технических объектов, принятием идеальных технических решений. Метод контрольных вопросов. Порядок подготовки технического задания для объекта.

контрольная работа , добавлен 06.02.2011


Характеристика технического творчества как важной сферы интеллектуальной деятельности человека. Классификация методов поиска новых технических решений. Анализ списка вопросов по А. Осборну для изобретателя. Сущность идеального технического решения.

контрольная работа , добавлен 26.03.2015


История возникновения и развития технологии напыления, ее современные методы, преимущества, недостатки. Классификация процессов газотермического напыления покрытий. Основные виды установок напыления. Схема универсальной установки газопламенного напыления.

курсовая работа , добавлен 17.10.2013


Достоинства и недостатки сжигания промышленных отходов в многоподовой, барабанной печи и в американской установке надслоевого горения. Низкотемпературная и бароденструкционная технология утилизации резиносодержащих промышленных и бытовых отходов.

контрольная работа , добавлен 23.09.2009


История дисциплины "Техническая диагностика". Теоретические принципы технической диагностики. Установление признаков дефектов технических объектов. Методы и средства обнаружения и поиска дефектов. Направления развития методов и средств диагностики.

реферат , добавлен 29.09.2008


Разновидности методов получения деталей. Прокатка как один из способов обработки металлов и металлических сплавов методами пластической деформации. Определение, описание процесса волочения, прессования, ковки, штамповки. Достоинства, недостатки методов.

контрольная работа , добавлен 11.11.2009


Проектирование приспособления для контроля неперпендикулярности пазов рычага к оси отверстия. Разновидности установок и габаритов. Универсально-безналадочные приспособления: достоинства и недостатки. Последовательность разработки приспособления.

контрольная работа , добавлен 15.08.2010