Морозов Александр Прокопьевич к т. н., доцент кафедры «Теплотехнических и энергетических систем»



страница1/21
Дата26.10.2016
Размер3.58 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21


Морозов Александр Прокопьевич

к.т.н., доцент кафедры «Теплотехнических и энергетических систем»

Магнитогорского государственного технического университета
Методы изобретательского творчества в теплоэнергетике и теплофизике
Проводится критический анализ неалгоритмических методов решения задач: проб и ошибок, мозгового штурма, контрольных вопросов, морфологического анализа, синектики. Максимальное внимание уделено рассмотрению элементов «Теории решения изобретательских задач» (ТРИЗ): принципов вепольного анализа; формированию изобретательской ситуации, модели задачи, технических и физических противоречий; основных механизмов устранения технических противоречий; приемов преобразования технических систем; применению физико-химико-геометрических эффектов; использованию стандартов на решение задач и законов развития технических систем. Приведены две версии алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ-82 и АРИЗ-85). Осуществлен разбор конкретной задачи на основе АРИЗ-85-Б. Представлены, в качестве примеров, около 500 изобретений, в том числе, более 30 изобретений и полезных моделей составителя данного материала (в тексте помечены значком *). Для самостоятельного освоения приведенных методик, предлагаются 24 контрольные изобретательские задачи.

Материал предназначен для студентов вузов, изобретателей, а также будет полезен всем, кто разрабатывает или совершенствует новую технику, встречается в своей деятельности с творческими задачами, стремится к увеличению доли творчества в работе. Основное содержание материала представлено на основе учебного пособия составителя [108].



Введение

Основная функция инженера, бакалавра и магистра - решение технических задач, например, проектирование систем теплоснабжения, расчет парогенератора, надежная эксплуатация турбин и т.п. Предполагается, что квалифицированный специалист знает, где взять сведения, необходимые для решения той или иной задачи и как эти сведения использовать. Однако, решение технических задач способствует лишь количественному изменению техники. Для качественного ее преобразования необходимо решение изобретательских задач, то есть таких задач, средства решения которых еще не зафиксированы в технической литературе, не воплощены в известных правилах, приемах, рекомендациях, нормативных методах и т.п.

Как извлечь из "банка знаний", полученных будущим инженером при обучении в вузе, именно то, что необходимо для решения конкретной задачи? Обычно программа обучения в вузе формируется сложением дисциплин, стержень которых, - так называемый стандарт или паспорт специальности или направления. Однако, творческой составляющей он не содержит. Выпускник вуза чаще всего не в состоянии толком объяснить, какая деятельность его ожидает, к чему он готов.

Выпускник технического вуза, молодой инженер, бакалавр или магистр сегодня сплошь и рядом оказывается беззащитным на рынке труда: не научили создавать и распоряжаться интеллектуальной собственностью, которую он получил; не объяснили, как продать продукт своего труда. Изобретатель не знает, какие подлинные, а не декларированные правила игры, в которой он обречен участвовать. Умение генерировать идеи, решать разнообразные задачи, объективная оценка своих способностей и психологического статуса позволяет выпускнику определиться: либо рисковать на предпринимательской стезе, либо работать по найму на частных фирмах или служащим и чиновником в госсекторе, либо пойти в науку. В каждом из этих направлений имеется возможность для творческой изобретательской деятельности, а для овладения ее необходимо знание эффективных методов решения задач.



1. НЕАЛГОРИТМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1.1. Метод проб и ошибок (МПиО)

Суть метода заключается в последовательном выдвижении и рассмотрении всевозможных вариантов (проб) решения задач. Если выдвинутая идея оказалась неудачной, ее отбрасывают, а затем выдвигают новую. Правила выдвижения идей при этом отсутствуют, причем может быть выдвинута и нелепая идея. Перебор проб может быть мысленным или экспериментальным. Первые изобретательские задачи решались человеком методом проб и ошибок, перебирая всевозможные варианты. Вначале наугад, затем появились определенные приемы - копирование природных прототипов, увеличение или уменьшение размеров, изменение числа одновременно действующих объектов, объединение объектов в одну систему. Однако, решение современных технических задач требует перебора тысяч вариантов.

В связи с этим, существуют следующие, не совсем верные, представления об изобретательском творчестве: 1) все зависит от случайности; 2) все зависит от упорства и настойчивости по перебору вариантов; 3) все зависит от прирожденных способностей. На самом деле не эффективен сам МПиО, поэтому много и зависит от удачи и личных качеств изобретателя - не всякий способен отважиться на "дикие" пробы и эксперименты, браться за трудные задачи и долго и терпеливо их решать. Например, в поисках наилучшего материала для получения долговечных угольных нитей электрических ламп Т. Эдисон проделал несколько тысяч опытов. Он перебрал в качестве исходного материала шелковые нити, фибру, целлулоид и др. Оказалось, что наиболее подходящим материалом являются листья бамбука. Тогда в поисках лучших сортов бамбука Эдисон организует экспедиции в труднодоступные джунгли. В данном случае, и во многих других, проявились существенные недостатки МПиО.

Для получения сильных решений необходимо применение методов активации поиска, чтобы: 1) процесс генерации идей шел более интенсивно; 2) повышалась концентрация оригинальных идей; 2) преодолевался психологический барьер, часто выражающийся в недоверии и недооценки изобретений (например, лорд Кельвин, крупнейший английский физик, считал ошибкой применение переменного тока; ядерный физик Резерфорд не верил в ядерную энергетику; первооткрыватель радиоволн Герц скептически относился к радиосвязи).

Бессистемный перебор вариантов по МПиО наблюдается при решении изобретательских задач инженерами и учеными, не знающими методов активации поиска. Теория и практика изобретательства утверждает, что изобретение изобретению рознь. Есть примитивные, когда для того, чтобы найти решения, достаточно перебрать один-два десятков вариантов. А есть изобретения высоких уровней, когда для нахождения решения требуется перебирать сотни тысяч вариантов. При решении изобретательской задачи первые пробы всегда делаются в привычном направлении, подсказанном психологической инерцией. И если задача простая, удовлетворительное решение находится быстро. Но, справиться со сложной задачей можно, только победив инерцию. В современных условиях МПиО просто беспомощен и наносит прямой вред, отнимая у инженера время и средства. Иммунитетом против слепого перебора вариантов может быть овладение осмысленной технологией поиска нового.

В ряде случаев творчески мыслить человеку мешают те знания, которые он приобрел, так как они формируют установки, часто действующие вне нашего сознания. Другими словами, установка - это несознательное побуждение к действию. При решении совершенно новой проблемы она может проявляться труднопреодолимыми психологическими барьерами: например, барьером трафаретного пути мышления, барьером узкой специализации, барьером авторитетных заявлений и предвзятого отрицания возможности решения задачи. Классической задачей о психологической инерции является следующая: даны четыре точки в вершинах квадрата, требуется провести через них три прямые линии, не отрывая карандаш от бумаги так, чтобы карандаш возвратился в исходную точку (подумайте, как это сделать?). Когда же серьезные психологические барьеры отсутствуют, творческая личность достаточно быстро находит ориентиры для решения задачи. Например, открытие эффективного и дешевого способа получения кислорода П.Л.Капицей, который прежде не занимался этим вопросом. Вместо малоэффективных поршневых детандеров другими учеными предполагались газотурбинные детандеры, без учета того, что воздух, благодаря большой сжимаемости при низких температурах, становится настолько плотным, что по своим физическим свойствам приближается к жидкости. Поэтому детандер для сжижения воздуха следовало бы строить по образцу не паровых, а водяных турбин. Капица, никогда не занимавшийся прежде тепловыми турбинами, тотчас же это понял. В то же время большая группа ученых и инженеров, "загипнотизированная" аналогией тепловых процессов в холодильных и паровых машинах, не смогла преодолеть элементарного психологического барьера.

Существует тенденция развития МПиО - замена вещественных экспериментов – мысленными или компьютерными. Теоретическая оценка вариантов при этом идет намного быстрее, но мысленные эксперименты субъективны и не защищены от психологических помех, а компьютерные модели имеют определенные упрощения и допущения. Например, специалисты иногда отвергают необычные для своей области варианты, содержащие сильные решения. Страх выйти за пределы специальности заставляет изобретателя упорно решать задачу "своими" приемами. Кроме того, МПиО не дает возможности своевременно увидеть новые задачи и найти критерии оценки новых технических идей. Само понятие "творчество", в конце концов, слилось с технологией решения задач путем перебора вариантов, наощупь. Неизменными атрибутами творчества привыкли считать озарение, интуицию, прирожденные способности, счастливый случай [1].

1.2. Метод мозгового штурма (брейнсторминг)

Мозговую атаку или штурм предложил в 1937 году в США Алекс Осборн, причем рассекречен метод был только в 1957 году. Автор исходил из положения, что лишь очень небольшой процент людей способен высказывать новые идеи в условиях критики, поэтому было предложено при коллективном поиске идей и решений отсрочить критику и проводить поиск последовательно, в два этапа, с двумя группами. Первая группа - "генераторы" в составе не более 15 человек, предлагает идеи, причем быстро, одну за другой, в течение 0,25-1 часа, строго придерживаясь правила запрета критики и вынесения суждений (благоприятных или неблагоприятных), а также запрета обоснований выдвигаемых идей и поощрения предлагаемых идей. При этом генерируется возможно большое число идей, независимо от их качества, так как иногда одна "глупая" идея может дать толчок для рождения весьма плодотворной идеи. Вторая группа - эксперты, они обсуждают и анализируют выдвинутые генераторами идеи. Причем идеи участников мозговой атаки протоколируются и их список передается группе экспертов. В задачу экспертов входит оценка идей и анализ скрытых возможностей в каждом высказанном предложении, отбор и развитие наилучших [2,3].

Философская основа мозгового штурма - теория З.Фрейда, по которой сознание человека представляет собой тонкое и непрочное наслоение над бездной подсознания. В обычных условиях мышление и поведение человека определяется в основном сознанием, в котором властвуют контроль и порядок: сознание "запрограммировано" привычными представлениями и запретами. Hо, сквозь тонкую корку сознания то и дело прорываются темные и грозные стихийные силы и инстинкты, бушующие в подсознании и они толкают человека на нарушение запретов, нелогичные поступки [4]. Поскольку для изобретения приходится преодолевать психологические запреты, обусловленные привычными представлениями о возможном и невозможном, нужно создать условия для прорыва смутных иррациональных идей из подсознания.

Эффективность мозговой атаки повышается приглашением независимых исследователей и исключением руководителей, а во время обсуждения создается обстановка непринужденного обмена мнениями, поэтому гораздо легче варьируются и комбинируются идеи, высказываемые участниками различных специальностей. Поэтому за время мозговой атаки выдвигается в среднем 50150 идей, в то время как при индивидуальной работе за это же время - 1020. Также появились модификации штурма: обратная мозговая атака, двухстадийный штурм, конференция идей, кибернетическая сессия. Все эти методы слабее чистого мозгового штурма, поскольку попытки ввести управление в стихийный процесс генерирования идей пагубно сказывается на самом ценном механизме штурма - создании условий для проявления иррациональных идей, спонтанно прорывающихся из подсознания [5,6]. Однако оказалось, что мозговой штурм эффективен только при решении несложных задач, а также организационных проблем (например, нахождение нового применения для выпускаемой продукции, усовершенствование рекламы, выявление недостатков существующего изделия). К недостаткам метода также можно отнести проблему авторства идей, поэтому необходима предварительная договоренность по этому поводу [7,8].



1.3. Метод контрольных вопросов

Данный метод основан на утверждении о том что: чтобы задавать правильный вопрос, нужно наполовину знать ответ. При этом применяется список контрольных вопросов, содержащих набор вопросов и кратких рекомендаций, собранных в группы. Например: 1) какое новое применение техническому объекту вы можете предложить? или, что можно модифицировать?; 2) проведите фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии; 3) попробовать национальные решения - "хитрое шотландское", всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское; 4) бродить среди стимулирующей обстановки (технический музей, свалки лома и др.). А, затем определить идеальное решение и разрабатывать его. При этом специалист данной профессии может сам составить себе список вопросов с учетом специфики раздела техники и науки. Список должен содержать наводящие вопросы - экономические, смысловые, практические, технические, а также рекомендации по решению проблемы.



1.4. Морфологический анализ

Метод основан на известном факте, что классификация позволяет быстрее и точнее ориентироваться в многообразии понятий или конструкций. Автор данного метода поиска решений швейцарский астроном Фридрих Цвикки впервые предложил его в 1942 году для решения технических задач при разработке ракетных двигателей по американской программе.

Ход работы по морфологическому анализу рассмотрим на условном примере разработки конструктивных схем теплообменников. Во-первых, необходимо определить параметры, от которых зависит решение проблемы. В данном примере - основные функциональные узлы теплообменника и принципы действия: А - вид теплообмена; Б - вид теплоносителя; В - конструкция теплообменника; Г - параметры теплообмена. Во-вторых, указать возможные варианты их выполнения, например, вид теплообмена: А1 - теплопроводностью; А2 - конвекцией; A3 - радиационный; вид теплоносителя: Б1 - газ (пар); Б2 - жидкость; БЗ - твердое тело; Б4 – вещество в ионизированном состоянии; конструкция теплообменника: В1 - поверхностный рекуперативный; В2 - регенератор; ВЗ - смесительный; параметры теплообмена: Г1 - температура; Г2 - давление.

На основе полученных списков строится так называемый морфологический ящик, представленный либо в виде таблицы или морфологической матрицы, например, для теплообменника:

А1 А2 A3

Б1 Б2 БЗ Б4

В1 В2 ВЗ

Г1 Г2


Матрица дает представление о всех возможных конструктивных схемах причем каждый конкретный вариант - набор элементов из разных строк. Общее число вариантов, содержащихся в матрице, равно произведению чисел элементов в каждой строке (в примере теплообменника - 3x4x3x2= 72).

Построив матрицу, производят оценку вариантов и выбирают - наилучший. Существенный недостаток метода связан с трудоемкостью выбора и оценки эффективности варианта. Поэтому метод эффективен только при оценке области возможных решений [9,10].



1.5. Синектика

Автор синектики бакалавр философии Уильям Гордон в 1960 году основал специальную фирму по обучению творческому мышлению под названием "Синектик инкорпорейтид". Термин "синектик" в переводе с греческого означает - "совмещение разнородных элементов". По данному методу предполагается создание группы людей, подобранных по психологическому и эмоциональному типу, различных специальностей, которые встречаются в целях попытки творческих решений проблем путем неограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов. Главные отличия от мозговой атаки - высокий уровень специализации синекторов, появление профессиональных генераторов новых идей и более организованное генерирование идей. При этом используются специальные группы по 57 синекторов (причем 23 специалиста стороны и 34 работника основной организации) с широкими кругозором, знаниями и опытом, и имеющим по две и более специальности. Предпочтительный возраст синекторов 2540 лет и лучше, если они хотя бы раз меняли свои профессии и специальности.

Вся "соль" мозгового штурма, вся его сила - в запрете на критику. Но, здесь же и его слабость: для развития и видоизменения идеи нужно выяснить ее недостатки, то есть, нужна критика. Гордон преодолел это противоречие путем формирования более или менее постоянных групп. Члены этих групп постепенно привыкают к совместной работе, перестают бояться критики, не обижаются, когда кто-то отвергает их предложения. Постепенно накапливается опыт решения задач, растет взаимопонимание, идеи схватываются с полуслова. При этом происходит некоторое упорядочение процесса решения задачи, с сохранением стихийности, присущей мозговому штурму. По Гордону существуют два вида механизма творчества: неоперационные (неуправляемые) процессы - интуиция, вдохновение и т.д. и операционные процессы - использование разного вида аналогий. Необходимо учить применению операционных механизмов, что обеспечит повышение эффективности творчества и, кроме того, создаст благоприятные условия для проявления неоперационных механизмов.

Синекторы обучаются применению при поиске новых идей четырем видам аналогий.

Первый вид - прямые аналогии, которые обеспечивают процесс сравнения параллельно существующих в различных областях знаний, фактов и технологий. Например, широко практикуется эффективный перенос идей из биологии и ботаники в инженерную практику: летучие мыши - УЗ локация; репейник - застежки "липучки" и др. Рассмотрим применение прямых аналогий при решении проблемы износа заслонки в пульпо-проводе при транспортировке руды (шлама, золы или шлака). При этом синекторы рассматривают похожие элементы в других объектах: в дробеструйных аппаратах, как защищаются растения, как защищаются пищеводы животных и рыб питающихся колючей пищей и другие, то есть проводятся очень глубокие и самые отдаленные аналогии.

Второй вид - аналогия личностная или эмпатия, при этом синектор отождествляет себя с техническим объектом и представляет себе, что бы он делал сам, если бы оказался на месте этого объекта. Этим приемом хорошо владеют дети, но затем рациональные методы обучения вытесняют эмпатию и к 25 годам она пропадает. Приемам эмпатии обучают артистов (система Станиславского), а инженеров - нет. По сути, представить себя объектом - это не просто назвать себя какой-то частью исследуемой технической системы. Это значит найти в себе какой-то отзвук на то, что делает система, понять трудности, возникающие нежелательные эффекты через свои трудности. Обучение вхождению в образ - сложный и довольно длительный процесс. Использование эмпатии при решении изобретательской задачи рассмотрим на уже приведенном примере поиска способов защиты заслонки от истирания частицами руды в потоке пульпы. В этом случае эмпатию можно представить следующим образом: человек стоит в коридоре, по которому летят поленья и ему необходимо регулировать их поток, не травмируя себя. Решение в эмпатии - нужно поймать первое же летящее в человека полено и с его помощью управлять полетом следующих. Решение реальное - заслонка намагничивается и она покрывется слоем частиц железной руды, который будет постоянно разрушаться потоком пульпы и постоянно восстанавливаться частицами, улавливаемыми магнитным полем заслонки. Личностная аналогия является наиболее действенной, обеспечивающей глубокую мотивацию решений.

Третьим видом аналогий является - выработка фантастического аналога, направленного на достижение образа идеала. Выражение "сознательный самообман" используется в синектике для выражения того факта, что человек, решающий проблему, должен быть раскрепощен по отношению к законам природы, которые находятся в конфликте с его идеальным решением. То есть, человек, решающий проблему, должен видеть, какие законы окружающего мира находятся в конфликте с его идеальным решением. При проведении фантастических аналогий осуществляется использование эффекта "золотой рыбки", "волшебной палочки", обученных животных и т.д., то есть синекторы представляют себе вещи такими, какими они не являются, но какими они хотели бы их видеть.

Четвертый вид аналогий реализуется в символических аналогиях, в которых подбираются поэтические метафоры и сравнения или ее можно назвать приемом нахождения метафоры "название книги". При этом происходит нахождение образной характеристики техническим объектам при поиске новых идей. Например, поиск "название книги" для ключевого слова "защита" при решении задачи предотвращения истирания заслонки пульпой, выявил такие символические аналогии: живая броня, невидимая кольчуга, отрастающий панцырь. Последняя аналогия выявила следующее техническое решение: подавать к заслонке охлаждающий агент - она будет покрываться льдом, предохраняющим ее от истирания. Для выявления символических аналогий выделяют главную функцию объекта, из совокупности функций определяют у объекта противоположные качества, которые и являются основой символической аналогии. Например, шлифовальный круг - точная шероховатость; пламя - видимая теплота, прозрачная стенка. Символическая аналогия может эффективно использоваться в заголовках статей, книг (например, "Архиппелаг ГУЛАГ"), а также в названиях фирм, товаров и рекламе.

Синекторы работают по программе включающей:

1) этап формирования и уточнения "проблемы так как она дана" (ПКД), при этом никто из участников не посвящается в конкретные условия задачи, так как преждевременное конкретизирование затрудняет абстрагирование;

2) на втором этапе формулируют "проблему, как ее понимают" (ПКП), при этом сложная проблема дробится на подпроблемы;

3) ведется генерирование идей, с использованием всех видов аналогий;

4) производится перенос выявленных в процессе генерации идей к ПКД с критической оценкой идей экспертами.

Также синекторы используют приемы углубленного представления исходной ситуации, средства ее начальной обработки, применяют операторы психофизиологической активации. Наибольший объем работы синекторов заключается не в решении проблемы, а в ее постановке, в возможности увидеть неожиданный ракурс, поворот, акцент. Поэтому синектика - сильное средство для постановки задач и собственно нахождение решения есть следствие широко известного положения о том, что правильная постановка задачи есть половина решения. Не зря один из девизов синекторов: "Сформулированные задачи решаются".

Достижение решения задачи часто сопровождается приятным возбуждением, душевным подъемом. Само по себе чувство, что ты находишься на правильном пути - цельное психологическое состояние, определяемое бессознательно как индикатор для выбора направления работы. С помощью подобной психофизиологической активации можно вводить себя в состояние, близкое к тому, которое испытывает человек во время "инсайта", и это значительно повышает вероятность выхода на сильные решения. Синектика не облегчает процесс творческой активности и требует огромных затрат энергии, но она активизирует мышление, делая его тем самым более напряженным.

Процесс формирования синектической группы состоит из трех основных фаз: отбор членов группы, обучение и тренировка, вживление в реальную среду. Отбор членов группы производится на основе бесед с людьми в три этапа. Главные критерии первичного отбора: а) образование должно соответствовать общей ориентации группы (исследование, инженерное дело, маркетинг), например, включающий трех инженеров и двух гуманитариев; б) уровень энергии - предпочтение отдается энергичным и активным (не следует путать с людьми с ярко выраженным маниакальным поведением); в) возрастные требования - члены группы подбираются примерно одного возраста в диапазоне 2540 лет; г) административный потенциал - синекторы должны иметь организационный опыт и способность к обобщению; д) предпринимательство - член группы должен принимать на себя определенную долю ответственности за успех или провал проекта для данной фирмы; е) профессия - предпочтение отдается людям имеющим несколько профессий с большим жизненным опытом; ж) образование - желательно более высокий его уровень и способность к быстрому самообучению; з) индивидуальность - отсутствие крайнего индивидуализма или повышенной критичности.

При окончательном отборе синекторов учитываются: 1) метафорические способности - то есть умение использования метафор и аналогий, богатство словарного запаса, чистота языка; 2) отношение поддержки - в группу отбираются люди, реализующие наиболее самостоятельную, активную позицию поддержки в коллективе; 3) координация - неуклюжие, неповоротливые исключаются; 4) риск - отбираются люди с чувством осмысленного риска; умеющие рисковать и во время остановиться; 5) эмоциональная зрелость - предпочтительнее люди, имеющие способность интегрировать "детскую" эмоциональность в конструктивные действия; 6) способность к обобщению - необходимо уметь быстро выбирать главное из нескольких фактов, обобщить материал, находить путь к результату; 7) обязательность - умение доводить дело до конца, вера в успех предприятия, готовность к неудачам; 8) антикомфортная ориентация - синектор должен быть вне традиционных символов общественного статуса и материального положения (шикарное жилье, ковры на полу, постоянно новые машины и т.д.).

Услугами фирмы "Синектик инкорпарейтид" пользовались многие известные американские фирмы - "Дженерал Электрик", ИБМ, 'Зингер". При этом обучение специалистов синекторов обходится, в зависимости от объема курса, в 20200 тыс. долларов.

В целом, методы активации поиска по различным модификациям проб и ошибок могут применяться при решении любых задач - технических, организационных. Однако в своей сути они сохраняют старую тактику перебора вариантов и не опираются на знание законов развития технических систем (ТС). Кроме того, отдельные и наиболее важные детали, нюансы методов обучения активации поисков не публикуются и являются "ноу-хау" (т.е., "знаю как). Наиболее полно опубликованной и опробированной методикой технического творчества является "Алгоритм решения изобретательских задач" (АРИЗ), разработанный Г.С. Альтшуллером с учениками. Всего предложено несколько модификаций этой методики, а в предлагаемом читателю материале представлены варианты АРИЗ-82 и АРИЗ-86 [11].

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница