Активизация инженерного творчества

Лекция 23. "Основы конструирования"

Тема ²Активизация инженерного творчества²

На предыдущей лекции, рассматривая логику создания изобретений, мы установили, что существенные изменения вносятся в технические объекты тогда, когда совмещение технических требований(реальных и необходимых) оказывается невозможным, а попытки улучшения одних параметров, функций или свойств объекта известными способами (ТР) приводит к недопустимому ухудшению других, т.е. путём разрешения технических противоречий.

Процесс проявления, обострения и разрешения противоречий определяет как ²общую² историю техники, так и историю развития её отраслей  и отдельных машин.

Каждый раз при существенном изменении объектов техники, внешние противоречия развёртываются в систему внутренних противоречий , которые нельзя устранить известным, или ²стандартным² способом.

(Иерархическая структура)

Поиск новой технической идеи (ТР) решения задачи состоит в последовательном выявлении внутренних противоречий  и их решении.

Если вспомните критерии изобретения: ²новизна² и ²существенные отличия², то можно сказать, что они являются составляющими более общей характеристики – существенной новизны изобретения, которое появляется при разрешении технических противоречий.

Рекомендуемые материалы

Эта характеристика количественно описывается,–

–числом существенных отличительных признаков и качественно,–

–уровнем изменений объекта– прототипа, новизной использованного знания и изменением параметров объекта.

В результате изменения параметров объекта изменяются две обобщённые противоречивые характеристики: полезность объекта и плата за эту полезность.

Если техническая задача решена–создано изобретение, то изменения параметров должны соответствовать требуемым внутренним и внешним положительным эффектам.

Ò.î., ïîèñê ãîòîâîé òåõíè÷åñêîé èäåè ðåøåíèÿ çàäà÷è - ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå îòâåòñòâåííûì ýòàïîì ñîçäàíèÿ èçîáðåòåíèé. Ýòîò ïðîöåññ ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè îñíîâíûå ýòàïà: (ñìîòðåòü ñòðóêòóðíóþ ñõåìó)

I этап- наиболее сложный и ответственный, т.к. при этом мы имеем наибольшее значение неопределённости,

-сколько изменений требуется внести в протокол ?

-какие знания потребуются для решения задачи ?

-какова в итоге будет полезность нового технического решения и плата за эту полезность ?

Полученные ответы на эти вопросы определяют:

-затраты времени и ресурсов на создание и внедрение нового технического решения ;

-и его жизненный цикл(период морального старения).

Также на I этапе при выборе направления решения  проблемы необходимо выявить скрытые резервы развития объекта. Для чего используется:

-закономерности развития технических объектов(минимальное знание и опыт в своей отрасли !?);

-методы активизации творческой деятельности.

Знание + Умение можно достичь реализацией принципа 3-С: самопознание«самосовершенствование«самообразование.

Второе - предмет нашего сегодняшнего разговора.

Почему важно владеть методами активизации…?

Цитата Д. И. Менделеева

Ответ - знание и умение пользоваться - это “фонарь”

-Активизация инженерного творчества.

Актуальность овладения методами технического творчества(активизации творческой деятельности) 

 При рыночной экономике степень развитости и благополучия любой страны в основном зависит от min exporta и max exporta - готового продукта, изделия и технологии.

Продавать готовый продукт в другие развитые страны можно лишь при условии, что он выдержит конкуренцию.

А это возможно только тогда, когда продукт изготовляется по изобретению с достаточно высоким творческим уровнем.

Творческий уровень изобретения.

-Все изобретения делятся на пионерные(…самого высокого уровня ) и остальные.

Изобретения разделяются на пять уровней в зависимости от степени новизны:

–  1^-й уровень - мельчайшие изобретения, незначительно изменяющие объект-прототип.

Задача и средства её решения лежат в пределах одной профессии, поэтому решение таких задач по силам каждому специалисту;

– 2^-й уровень - мелкие изобретения, полученные способами, известными в данной отрасли. При этом чаще всего меняется один элемент системы - частично;

– 3^-й уровень - средние изобретения, полученные способами, известными в пределах науки. Полностью меняется один из элементов системы;

– 4^-й уровень - крупные изобретения. Синтезируется новая техническая система. Создаются средствами, далеко выходящими за пределы науки, в которой решается задача;

– 5^-й уровень - самые крупные изобретения. Они образуют принципиально новую систему, при этом нередко создаётся новая отрасль техники или производства ( например самолёт , телефон , киносъёмка , лазер , шариковая ручка и т.п. - впервые изобретённые...)

‚  Я думаю, всем известен афоризм Козьмы Пруткова : “ Специалист подобен флюсу – он односторонен “

Это часто трактуют так : специалист – человек, хорошо знающий своё дело , но отличающийся стереотипностью мышления…

Страшное слово – “ стереотип “ / кстати потребность в “ образцах “ – порождает стереотипность мышления /

Побороть стереотипность мышления, активизировать инженерное творчество – главная задача методик технического творчества.

В курсе “ Основы конструирования “ не ставится задача – научить Вас изобретать. Но, при наличии желания, способностей, опыта работы, знание методик технического творчества (теории изобретательства) помогает инженеру с максимальной отдачей использовать имеющиеся у него знания и опыт в поиске новых ТР, (и, может быть, стать изобретателем).

1     C давних времён известен метод проб и ошибок , который был, можно сказать , основным методом изобретателей до конца 60-х годов нашего века.

Суть этого метода можно сформулировать как “поиск иголки в стоге сена“. Схематично это можно изобразить так :

Разумеется , количество “проб“ намного больше , чем изображено на схеме. Требуются иногда тысячи (10-ки тысяч ) “ а если “, чтобы нащупать удачное техническое решение.

Другая особенность , что на схеме стрелки расположены гуще в направлении , противоположном “Решению“, – это не случайно

Дело в том , что “пробы“ не так хаотичны , как кажется на первый взгляд.

Приступая к поискам , изобретатель опирается на свой предшествующий опыт. Эта первоначальная тенденциозность на схеме показана “В.И.” выходящим из точки “Задача” и направленным в противоположную сторону от “Решения”.

3 Изобретательство – древнейшее занятие человека. Собственно , с изобретений первых орудий труда и начался этот процесс. С тех пор сделаны миллионы изобретений. Но при усложнении задач, методы их решения почти не совершенствовались; изобретатели , как правило , шли к цели путём “проб и ошибок” ( да и , многие , – идут в наше время ).

1.1     Рассмотрев суть метода “проб и ошибок” , можно сказать , что творческий процесс носит неупорядоченный – “бестолковый” , характер.

           Для упорядочения этого процесса пытались найти правила , которые легли в основу эвристики – науки о решении творческих задач.

Слово “эвристика” впервые было использовано греческим математиком Паппом ( труды “математическое собрание” )   в III в.  н.э.

В последствии многие учёные , в т.ч. Лейбниц , Декарт и др. , занимались изучением творческого мышления , формулировали эвристические правила – схемы процесса творчества , которые сводились к следующему:

— I    – акт интуиции и желания . Происхождение замысла.

— II  – акт знания и рассуждения . Выработка схемы или плана.

— III – акт умения . Конструктивная реализация идеи.

Тем не менее , за 17 веков своего существования эвристика не создала эффективных методов решения творческих ( в т.ч. технических ) задач.

Главная причина – постановка слишком общей цели : найти универсальные правила позволяющие решать любые творческие задачи во всех отраслях человеческой деятельности.

То есть “ … не совсем чётко очерченная область исследования , относимая то к логике , то к философии , то к психологии. Она часто описывалась в общих чертах , редко излагалась детально , и по-существу предана забвению в настоящее время “ – американский математик Д.Пойта , 1944 г.

К сожалению ; объём курса не позволяет нам совершить исторический экскурс в развитие методов творчества.

ƒ   Далее мы рассмотрим основные методы , которые существуют и Вы можете их использовать при решении технических задач.

2        Практические методы активизации творческой деятельности стали появляться в начале ХХ века в связи с интенсивным развитием промышленного производства и техники.

Один из первых методов – мозговой штурм ( Brainstorming ) – это попытка американца А. Осборна ( 1939 г.) усовершенствовать метод “проб и ошибок”.

За прототип этого метода можно принять “ техническое совещание “.

Логика этого метода следующая: однородная группа участников совещания делится на две группы . В первую группу включены люди , склонные к выдвижению идей – “ генераторы“ , разных специальностей , и не связанные иерархическими служебными отношениями.

Во вторую группу – специалисты с критическим складом ума – “критики” , способные отобрать и развить рациональные , конструктивные предложения.

Поиск идей в решении поставленной задачи проводится под руководством ведущего – “ лидера “ – наиболее эрудированного в проблеме специалиста , пресекающего беспредметную критику : “ Это слишком сложно “ , “ Так уже делается “ , “ Это невозможно реализовать технически “ и т.п.; и поощряющего развитие выдвигаемых идей.

Всё это создаёт условия для разрешения содержащихся в задаче противоречий на интуитивном уровне.

Таким образом главная задача штурмующей группы – “единым мозгом “ преодолевать преграды на пути решения поставленной задачи.

Этот метод не устранил беспорядочность поисков , органически присущую методу “ проб и ошибок “, а сделал поиски “ещё более беспорядочными”.

Проиллюстрируем это схемой :

 

В ещё большей беспорядочности и заключается прогресс : на схеме видно , что преодолевается направление “ В.И.“ и увеличивается “ степень ветвистости “ направлений поисков . То есть прогресс достигается за счёт сокращения малоперспективных попыток в направлении “ В.И.“.

Но этот прогресс обеспечивается количественным путём – задачу решают “ оравой “, что, с учётом подготовки к “ штурму “, требует несколько сотен человеко-дней . И если задача решена в течении одного рабочего дня – это эквивалентно затратам изобретателя-одиночки в течение 100 дней.

Поэтому технические задачи этим методом решаются редко.

Лучшие результаты получают при решении задач (менеджмента) организационных (реклама, управление, планирование).А также, т.н. , “обратных изобретательских задач” на новое применение оригинальной технической идеи , нового вещества или эффекта.

2.1      Следующий метод – синектика – усовершенствованный Брейнсторминг  (предложен У. Гордоном в 1950 г.) .

Главное его отличие : не случайная , а постоянная группа специалистов , участвующих в “штурме” которые владеют применением аналогий.

Число аналогий постоянно , – их четыре :

– прямая аналогия (основной источник – биологические объекты)

– личная аналогия (эмпатия)

– символическая аналогия (ассоциации)

– фантастическая аналогия (идеализация).

Процесс “штурма” ведётся с целью выявления образного , в неявной форме сформулированного противоречия , содержащегося в поставленной задаче.

Примеры реализации этого метода , –

 – застёжка текстильная “велкро” , “репейник” или “липучка”;

‚ – искусственные аналоги мышц для устройств автоматики и робототехники на основе пневматического принципа действия и применения спиралеобразных коллагеновых волокон , скручивающихся при химическом воздействии.

3         Методы “контрольных вопросов” (А. Осборн , Т. Эйлоарт и др.) основаны на упорядовачивании перебора вариантов изменения свойств , функций или структуры объектов с помощью списка групп вопросов.

Список можно составить самому , или использовать готовые списки. И здесь возникает противоречие : список должен быть длинным , чтобы не пропустить нужную “подсказку” для решения , но он должен быть коротким , чтобы быстрее решить задачу.

Вопросы , например , такие , –

– какое новое применение объекта можно предложить ?

– можно ли приспособить, упростить, сократить объект ?

– что можно в объекте увеличить , уменьшить , заменить , преобразовать , инвертировать ?

– какие возможны новые комбинации элементов ?

Дополнительно , для расширения поиска  , предлагается дать

— фантастические , биологические и др. аналогии

— применить другие материалы

— узнать мнение дилетантов

— не расставаться с проблемой

— изучить историю вопроса

определить идеальное решение

4       Метод морфологического анализа (Ф.Ц. Викки 1944 г.) – относится к табличным или матричным способам представления информации.

Этот метод позволяет охватить почти все предполагаемые или возможные задачи.

Под “морфологией” понимается различная структура и различные внешние формы объекта.

Для реализации метода объект (устройство) расчленяют по существенным признакам :

блокам (модулям , секциям , агрегатам) , узлам , элементам (деталям). Когда объектом является процесс ,например , технологический – его делят на этапы (операции).

Затем для каждого признака указывают возможные варианты его исполнения (чем больше – тем лучше). Каждое решение ТЗ должно иметь по одному варианту для каждого признака.

1ч     Систематизация возможных вариантов (анализ) производится в виде морфологической таблицы.

2ч     Выбор приемлемого решения ТЗ (синтез) производится рассмотрением всех сочетаний решений. Поэтому выбор и оценка решений очень трудоёмки.

Пример. Давайте изобретём “вертолёт” – летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальным взлётом и посадкой. Подъёмная сила и горизонтальная тяга создаются одним или несколькими несущими винтами, приводимыми во вращение двигателем.

Существенные признаки :

А – схема несущей системы ;

Б – вид энергии ;

В – средства управления ;

Г – посадочные устройства ;

Д – назначение и т.п.

Варианты для признаков –

–А:       1– одновинтовая (классическая схема); 2– двух-винтовая соосная; 3– продольная; 4– поперечная; 5– с перекрещивающимися винтами; 6– много-винтовая.

–Б:        1–   мускульная; 2– двигатель внутреннего сгорания (ДВС); 3– газотурбинный двигатель (ГТД); 4– ПВРД; 5– электродвигатель (ЭД); 6– гравитационный; 7– ядерный (атомный) .

–В:       1–    автомат перекоса; 2– рулевой винт; 3– рулевые поверхности; 4– механизация несущих поверхностей; 5– газоструйное управление и т.п.

Морфологическая таблица

Всех решений будет . Например , решение
А2 – Б3 – В1 Þ Ка–50

Если рассмотреть все возможные решения (168) , то часть этих решений будет –

— известна ;

— новая ;

— бессмысленная (нереализуемая) , например А2 - Б3 - В2

Следует отметить , что морфологический анализ можно применять при анализе технического задания для выявления взаимосвязей ТТ к объекту.

Резюме :              Приведённые методы активизации творческой деятельности –

— имеют экстенсивный (затратный) характер – очень трудоёмки;

— основаны на психологической активации, действии интуиции, использовании случайных ассоциаций, увеличении числа учавствующих в поиске специалистов.

Эти методы распространены за рубежом.

5       В нашей стране (СССР) получила применение алгоритмическая методика, которая затем превратилась в АРИЗ (79–85).

Автор этой методики Генрих Саулович Альтшуллер – изобретатель, специалист ТРИЗ (Г.С. Альтов – литературный псевдоним).

В разработке АРИЗ применена диалектическая логика, он основан на законах развития технических систем и представляет собой комплексную программу алгоритмического типа, включающую последовательные операции для выявления и устранения технических противоречий, средства управления психологическими факторами и информационный фонд.

Направление решения проблемы может включать прямую и обходные задачи (умный в гору не пойдёт).

Если при решении задач не сталкиваются несовместимые требования , то они решаются известными инженерными методами без существенных изменений объекта – прототипа.

В других случаях возникает необходимость преобразования технической задачи в физическую путём развёртывания внутриобъектных противоречий в процессе постановки задачи.

Структура   АРИЗ

Пояснения к структурной схеме :
особенностью II этапа является то , что с момента определения ОНО‑П осуществляется формирование цели РЗ , которая развёртывается в последовательность ИКР 1...4 – идеальных конечных результатов , соответствующих различным уровням внутриобъектных противоречий.

ИКР отражает особенность идеи решения : объект (его часть или элемент) наделяются требуемым свойством и сам выполняет требуемую функцию без усложнения конструкции.

Окончательное ТР всегда является отступлением от ИКР и сопровождается изменениями объекта-прототипа.

Изменяемый фактор (ИФ) – характеристика объекта , которая допускает количественные изменения , например , число элементов конструкции , размеры элементов , режимы работы и т.п. Техническое противоречие ® невозможно устранить ОН при ­¯ ИФ.

Конфтликтующая пара (КП)– элементы объекта , взаимодействие которых обуславливает основной недостаток. Одному из элементов КП присваивается наименование “инструмент” , а другому “изделие”.

Функциональное противоречие (ФП) проявляется в том , что неудовлетворительное взаимодействие элементов КП не устраняется вариацией изменяемого фактора.

Рекомендуем посмотреть лекцию "35 Административная ответственность".

Другими словами : к функциям одного из элементов КП предъявляются противоречивые требования , не совмещаемые известным способом.

Оперативная зона (ОЗ) – зона проявления ФП , которой может оказаться “инструмент”, “изделие”, часть того или другого.

Характеристика ОЗ включает пространство и время , в пределах которых происходит неудовлетворительное взаимодействие элементов КП ; а также вещественные и энергетические ресурсы , которые можно использовать для решения задачи.

Причина технического и функционального противоречий – отсутствие требуемого сочетания физических свойств в ОЗ , которое не достигается без существенных изменений объекта.
         Таким образом , цель решения задачи (ИКР–4) :совмещение противоречивых требований к физическим свойствам , и задача преобразована в физическую , что позволяет облегчить поиск её решения.
         Физические задачи решаются на основе использования известных физических законов и явлений , которых насчитывается десятки тысяч [ физика º фундамент инженерных решений ].
         Такова сущность АРИЗ.

5.1    Дальнейшим развитием АРИЗ является программный продукт для ПЭВМ  “Изобретающая машина” , полное имя которого : “Семейство интеллектуальных систем поддержки решения изобретательских задач”.

Он может применяться практически в любой области техники. Язык программирования : LPA – Prolog Professional (Gbr). ЭВМ : IBM PC/XT/AT с графической платой EGA или VGA.