Методы  активизации  решения  творческих  задач

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 9

3.5.1. Постановка творческой задачи

В практике научной и инженерной деятельности постоянно возникают разнообразные  проблемы  и  задачи,  которые  можно  разделить  на следующие виды

     1. Улучшение известных устройств, технологии, метода.

     2. Выявление новых потребностей и формулировка новых функций су­ще-

ствующего ТО.

     3. Разработка принципиально новых технических  решений, не имеющих прототипов.

     4. Разработка   ТО  и  технологий,  предназначенных  для  выполнения из-

вестных функций, но основанных на новых принципах или использо­ва-
нии новых физико-технических эффектов.                                                        

Задачи инженерного и научного творчества, как правило, решаются итерационным  путем,  т. е.  делается  несколько попыток приближения к искомому решению на основе имеющейся информации. И огромное значение  имеет  пра­вильная,  конкретная, полная постановка задачи, которая состоит из двух этапов. На первом этапе выполняются следующие операции.

     а) Описание проблемной ситуации в виде ответов на вопросы:

     в чем состоит затруднение, недостаток существующего ТО или тех­нологии;

     что  требуется  сделать  для  устранения  проблемной  ситуации,  т. е. ка­кую потребность нужно удовлетворить;

     что мешает устранению недостатка или достижению цели;

     что   дает  решение  задачи   для   людей,   предприятия,   народного хозяйст­ва.

     б) Описание функции (назначения) ТО с указанием

     – выполняемого действия;

     – объекта, подвергаемого действию;

   – условий (качественно и количественно).
     в) Выбор прототипа и составление списка требований.

Обычно в качестве основного прототипа указывают ТО (или техноло­гию), который требуется усовершенствовать. Кроме этого рекомендуется вы­брать еще один – два прототипа, имеющих аналогичное назначение и определенные достоинства по сравнению с исходным. При выборе дополнительных прото­типов рекомендуется  использовать словари технических функций, междуна­родную  классификацию изобретений (МКИ), патентные описания за последние 5 – 10 лет, каталоги выставок.

Список требований составляется в соответствии с техническим описани­ем ТО и включает в себя следующее:

функциональные требования (перечень количественных показателей действия, показателей объекта обработки, особых условий и ограничений, уровень надежности, вид и параметры используемой энергии);

дополнительные требования к потокам веществ, энергии, сигналов в элементах ТО, а также на входе и выходе; ограничения на эти потоки, вызванные взаимодействием ТО с подсистемой и окружающей сре­дой или связанные с их переработкой внутри ТО;

                дополнительные требования, относящиеся к функциональным эле­ментам, из которых состоит ТО;                                                                                  
      требования, связанные с условиями и ограничениями, накладывае­мыми на выбор основных материалов;

                требования  по массе, форме, габаритам и компоновке ТО и его элементов;

                требования по возможности управления и регулирования, безопасности, запасам прочности, устойчивости, серийности, взаимозаменяе­мости, стандартизации, унификации, условиям эксплуатации и транс­портировки и хранения.

Перечень требований является ядром технического задания на разработ­ку ТО (технологии).

        г) Составление списка недостатков прототипа.

Как следует из закона прогрессивной конструктивной эволюции ТО, ка­ждый используемый ТО обычно имеет некоторые недостатки, устранение ко­торых обеспечивает получение улучшенной модификации ТО. При выполне­нии этой работы необходимо стремиться выявить все недостатки прототипа, которые могут быть устранены в новом изделии, т. е. для каждого прототипа следует указать:

     критерии развития (критерии качества) ТО;

     показатели (параметры), не соответствующие требованиям обеспечения выполнения заданной функции с необходимым уровнем качества;

     факторы, снижающие эффективность или затрудняющие использование прототипа;

     показатели, которые желательно улучшить.

     Для каждого критерия, показателя, параметра следует дать, по возмож­ности, количественную оценку с перспективой на будущее. Перечень тре­бующих улучшения критериев, показателей и параметров с их количественной оценкой называется списком недостатков прототипа; его необходимо упорядочить по степени важности устранения недостатков и выделить самые важ­ные, устранение которых является главной целью решения задачи.

д) Предварительная формулировка задачи – итог первого этапа. Кратко обобщаются результаты, полученные при выполнении операций 1 – 4. При этом задача традиционно содержит две части: «дано» и «требуется». Такое обобще­ние  дает  комплексное  и  легко  обозримое  представление о задаче, что  способ­ствует продуктивной работе. Таким образом, в результате:

     дано:

          качественное  и  количественное  описание  функции  и  ограничений, накладываемых на ее реализацию;

    перечень и описание возможных прототипов  и  списки требований к  ним;

    списки недостатков прототипов;

    требуется:

         в  процессе  решения  задачи так  изменить  прототип, т. е. найти такое новое техническое решение, которое бы реализовало требуемую функцию и не имело (или имело в меньшей мере) недостатки, прису­щие прототипу.

Постановка задачи – нелегкая, важная и ответственная работа. Всегда нужно помнить о том, что правильная постановка творческой инженерной задачи – это половина ее решения так же, как от формулировки вопроса зависит воз­можность правильного ответа. Правильная постановка задачи позволяет от­сечь многие бесперспективные и тупиковые направления поиска. Нередки случаи, когда решение задачи находят в процессе ее постановки, поэтому не следует экономить время и труд на анализ и постановку задачи.

Вторым этапом постановки задачи является ее уточнение, и  здесь выполняются следующие операции.

Во-первых, проводят корректировку (улучшение) функциональной структуры ТО путем введения новых элементов или, наоборот, уменьшения числа элементов,  перераспределения  функций  между  элементами  ТО (с  уче­том последних достижений техники, изобретений и открытий новых физико-технических эффектов).

Во-вторых, проводится анализ вышестоящей по иерархии системы, в которую входит ТО, с целью выяснения возможности выполнения функции рас­сматриваемого ТО путем внесения изменений в смежные объекты надсистемы. Кроме того, выясняется, что мешает внесению необходимых изменений, нельзя ли устранить мешающие этому факторы.

В-третьих, устанавливаются конкретные причины недостатков прототипа ТО и возможные способы их устранения; выявляются противоречия развития ТО (когда улучшение одного показателя приводит к ухудшению других пока­зателей) и намечаются пути их устранения.

Результатом второго этапа постановки задачи является идеальное техни­ческое решение (ИТР), характеризующееся следующими уровнями показате­лей. В ИТР массы и размеры ТО должны быть минимальными. В ИТР время обработки объекта предусматривается минимальным. В ИТР КПД  ТО приближается к 1,0 (или равен 1,0), а расход энергии минимизируется. В ИТР все части ТО все время выполняют полезную функцию в меру расчетных возможностей. ТО, имеющий ИТР, должен функционировать бесконечно долго без ремонта и остановок. ТО, имеющий ИТР, функционирует без человека или при минималь­ном его участии. ТО, имеющий ИТР, не оказывает никакого отрицательного влияния на человека и окружающую среду.

При формировании ИТР для своего класса ТО рекомендуется на время
стать футурологом или писателем-фантастом и описать, по возможности, подробно (для реализации рассматриваемой функции) техническое решение бу­дущего, удовлетворяющего указанным свойствам ИТР. При этом не следует заранее думать: возможно или невозможно в принципе осу­ществить ИТР, как и какими путями будет реализовано ИТР.

3.5.2. Методы достижения цели, поставленной в творческой задаче

Для достижения цели, четко сформулированной при постановке задачи, применяют несколько методов (способов), используя различные пути: методы мозговой атаки, эвристических приемов, морфологический анализ и синтез технических решений, автоматизированный синтез физических принципов действия ТО, автоматизированный синтез технических решений ТО, автоматизированный поиск оптимальных технических решений ТО, функционально-стоимостный анализ технических объектов.

Методы мозгового штурма или мозговой атаки (МА) основываются на следующем психологическом эффекте. Если взять группу в 5 – 8 чел. и предло­жить  каждому  независимо и индивидуально высказывать идеи и предложения  по  решению  поставленной  изобретательской или рационализаторской задачи, то  в  сумме  можно  получить N  идей. Если предложить этой группе коллек­тивно  высказывать  идеи  по  этой  же  задаче, то получится  N_K идей. При этом оказывается, что N_K намного больше N; обычно за 15 – 20 мин коллективно высказывается (при соблюдении правил МА) от 50 до 150 разных идей, а при индивидуальной работе – только 10 – 20.

Во время сеанса МА происходит как бы цепная реакция идей, приводя­щая к интеллектуальному взрыву. В одном из американских руководств по методу МА говорится: «99 % ваших конструктивных идей возникает подобно электрической искре при контакте с мыслями других людей». Методы  МА  представляют  собой эмпирически найденные эффективные способы решения творческих задач. С точки зрения психологии, кибернетики и других наук феномен МА остается белым пятном, которое требует серьезно­го и глубокого изучения.

     Достоинствами метода МА являются высокая эффективность, отсутствие  требования  предварительной  подготовки  участников (но наличие у каждого хоть минимального индивидуального «фонда», «опыта»...), универсальность и широкая область применения.

    Сформулируем главные правила для участников МА.

1. Надо стремиться высказать максимальное число идей, отдавая пред-­
почтение их количеству, а не качеству.

2. Не критиковать предложенных идей.

3. Внешне и внутренне одобрять и принимать все идеи, даже заведомо
непрактичные и, казалось бы, несостоятельные.

     4. Стремиться по ходу МА развивать, комбинировать и улучшать высказан­ные идеи.

     5. Обеспечивать свободные, демократические, дружественные и доверительные отношения между участниками МА.

     6. Рекомендуются шутки, каламбуры, юмор, смех.

Ведет сеанс МА ведущий (руководитель, инициатор), протоколирует стенографист. Далее материалы систематизируются, анализируются, прорабатываются и т. д.

     Различают следующие методы МА: прямой мозговой атаки, направленной на идею создания, синтеза более совершенного ТО или технологии, и обратной мозговой атаки, направленной на выявление полно­го  списка  имеющих-ся  и  прогнозируемых в  будущем недостатков существующего ТО, а также         комбинированное использование методов МА.

    Эвристические  приемы  появились  в древности. С  давних  времен  перед

человеком возникала следующая ситуация. Существующее орудие труда, ста­нок, машина или оружие переставали удовлетворять новым требованиям или имели нетерпимые недостатки, которые требовалось исключить. Человек (конструктор) пытался найти улучшенное техническое решение путем логиче­ского анализа недостатков и их устранения или поиска и приспособления ана­логичного решения в природе либо в другой области техники, или путем слу­чайных изменений прототипа.

Все эти не очень систематизированные попытки поиска улучшенного решения называют методом «проб и ошибок». На основании этого древнего способа  в 40 – 50-е гг.  прошлого  века возник метод эвристических приемов путем накопления и систематизации опыта решения возникавших творческих инже­нерных задач.

При  успешном решении творческой инженерной задачи (ТИЗ) даже на­чинающий изобретатель  всегда  получает  два  результата:  методический результат (изобретение способа решения интересующей его ТИЗ) и искомое техническое решение, полученное с помощью изобретенного способа.

Когда  изобретатель  встречается  с  новой  ТИЗ,  то в  первую  очередь пытается ее решить с помощью изобретенного им способа. Если это не удается, то изобретатель опять вынужден искать решение путем метода «проб и ошибок». При   успешном решении он открывает для себя второй способ решения изо­бретательских задач. Так постепенно у человека формируется свой набор способов и он из начинающего превращается в опытного изобретателя.                                                                                                       

Такие способы или правила решения ТИЗ называют эвристическими приемами (ЭП), в которых содержится краткое предписание или указание, «как преобразовать»  прототип, в каком направлении нужно искать, чтобы получить искомое  решение.  ЭП  обычно  не  содержит  прямого  однозначного  указания,  а  содержит лишь подсказку, которая облегчает получение искомо­го решения, но не гарантирует его нахождение. Опытные изобретатели обычно имеют свой  индивидуальный набор (фонд) ЭП.

Способы  решения  ТИЗ, открытые  различными  изобретателями, собирались, обобщались и на этой основе создан межотраслевой фонд ЭП, который содержит  описание  180  ЭП,  разделенных  на  12  групп [4].  Межотраслевой  фонд  ЭП имеет универсальный характер, т. е. ориентирован на самые различные области техники. Поэтому ЭП имеют обобщенное описание. В них под объектами под­разумеваются ручные орудия и инструменты, станки, приборы, машины, ап­параты, технологические процессы, комплексы станков, а также их детали, уз­лы, технологические операции и т. д.

Метод  морфологического  анализа  и  синтеза  технических  решений основан на комбинаторике. Суть его состоит в том, что в интересующем ТО выде­ляют группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты его исполнения или реализации. Комбинируя их между собой, можно получить множество различных решений, в том числе и представляющих практический интерес. Для примера приведена морфологическая  таблица  на  изделие  «Нож  для  резания  пищевых  продуктов» (табл. 3).

                                                                                                 Т а б л и ц а  3

Варианты технических решений

Признаки

вариантов

Альтернативный вариант

Материал лезвия

Металл

Камень

Кость

Пластмасса

Луч

электронного

лазера

Материал рукоятки

Дерево

Кость

Пластмасса

Металл

Металл и

кожа

Форма

лезвия

Удлиненный прямоуголь­ник

Кривая

 вы­тянутая

Треугольник

Круглая

–

 Безопасность

хране­ния

Открытое

лезвие

Лезвие

в чехле

Лезвие

 в ру­коятке

–

–

 Выполняемые

дополнительные функции

Распиливает твердые тела

Открывает

 металлические

пробки бутылок

Выворачива­ет шурупы

Отворачива­ет

гайки Ml

Открывает

замок

Автоматизированный синтез физических принципов действия ТО  (ФПД) основан  на  использовании  перечня  известных  физико-технических  эф­фектов  (ФТЭ) [4].

Поиск физических принципов действия ТО и технологий – один из самых высоких уровней научно-инженерного творчества, позволяющий получать принципиально новые решения, включая и пионерные. Однако разработка ФПД  – это и наиболее сложная задача инженерного творчества, поскольку че­ловек вынужден варьировать и оценивать не только конструктивные призна­ки, обычно хорошо обозримые и логически увязанные друг с другом.  Здесь  приходится  абстрагироваться на уровне физико-технических эффектов ФТЭ,  не всегда очевидных и доста­точно глубоко познанных. В отличие от новых комбинаций конструктивных признаков мысленно представить и оценить новые комбинации ФТЭ значи­тельно труднее. Трудность состоит и в том, что инженер обычно знает до 200, а достаточно свободно использует не более 100 ФПД, хотя в научно-техничес­кой литературе их описано более 3000. Кроме того, в связи с возрастающими темпами НТП число ФТЭ постоянно увеличивается. Эти трудности можно преодолеть применением автоматизированного синтеза ФПД с использовани­ем вычислительной техники и полного перечня ФТЭ.

Остальные из упомянутых методов решения инженерных и научных творческих задач являются развитием рассмотренных, дополненных вопроса­ми учета экономических показателей и оптимизации выбираемых техниче­ских решений, а иногда и физических принципов действия [4].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     В связи с расширением в технических вузах подготовки магистров и введением систематических занятий с аспирантами в учебные планы введена дисциплина «История и методология технических наук». Данное учебное пособие является первой попыткой подготовки методического обеспечения занятий по этой дисциплине. Небольшое количество часов, выделенных в учебном плане для  изучения названной дисциплины, сказалось на ограничении материала пособия как по широте затронутых методологических аспектов технических наук, так и по глубине их рассмотрения.

 В соответствии со спецификой технических наук (в отличие от фундаментальных наук о природе) акцент сделан на вопросах создания технических систем, технических объектов и технологических процессов, установления законов их развития, что и определяет методологию технических наук.

Указанная ограниченность настоящего пособия предполагает продолжение работы по расширению и углублению методологического обеспечения процесса совершенствования технических систем и технических объектов.

Библиографический список

    1. М о и с е е в Н. Н. Алгоритмы развития / Н. Н. М о и с е е в М.: Наука, 1987: с.304.

    2. Р а к и т о в А. И. Прогноз развития науки и технологий в России на период  до  2025 года /А. И. Р а к и т о в // Вестник Российской академии наук.  1998. Т. 68. № 8. С. 746 – 753.

3. Г о р о х о в В. Г. Знать, чтобы делать: история инженерной профессии и ее роль в современной культуре. / В. Г. Г о р о х о в М.: Знание, 1987. 176 с.

4. П о л о в и н к и н А. И. Основы инженерного творчества: Учебное пособие / А. И. П о л о в и н к и н. М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

5. Основы научных исследований: Учебник / В. И. К р у т о в, И. М. Г л у ш- к о и  др. М.: Высшая школа, 1989. 400 с.

6. Поиск новых идей: от озарения к технологии / Г. С. А л ь т ш у л л е р, Б. Л. З л о т и н и др. Кишинев: Картя Молдовеняска, 1989. 381 с.

7. Н о с ы р е в Д. Я. Методология инженерной и научной работы: Учебное  пособие  / Д. Я. Н о с ы р е в,  В. А. Ч е т в е р г о в,  Е. А. С к а ч к о в а / Самарская гос. акад. путей сообщения. Самара, 2005. 172 с.

8. Ч е т в е р г о в В. А. Методологические аспекты научной и инженерной творческой деятельности: конспект лекций / В. А. Ч е т в е р г о в, В. Г. Г р и -г о р е н к о / Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. Хабаровск, 2004. 120  с.

    9. Ч е т в е р г о в В. А. Алгоритмы творчества и роль творческой активности  в  инженерной и  научно-исследовательской  работе: Конспект  лекций / В. А. Ч е т в е р г о в /Омский ин-т инж. ж.-д. трансп.. Омск, 1980. 40 с.

Учебное издание

ЧЕТВЕРГОВ Виталий Алексеевич

ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ НАУЧНО-

ТЕХНИЧЕСКОЙ   ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Учебное пособие

______________________

Редактор  Н. А. Майорова

***

Подписано в печать      10.2008. Формат 60×84 ¹/₁₆.

Плоская печать. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 4,9. Уч.-изд. л. 5,5.

Тираж 50 экз. Заказ .

**

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа

Типография ОмГУПСа

*

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

Затраты

на подготовку и получение

информации

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии