Научная организация творческого процесса. Алгоритм решения изобретательских задач

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

Научная организация творческого процесса

Алгоритм решения изобретательских задач

Литература

Приложения

процесс творчество алгоритм изобретательство

Введение

Тема реферата «Научная организация творческого процесса. Алгоритм решения изобретательских задач» по дисциплине «Основы технического творчества»

Научная организация творческого процесса. Алгоритм решения изобретательских задач

Творческий процесс, связанный с созданием новой техники и технологии, очень тесно связан с изобретательством, которое является древнейшим занятием человека.

Собственно, с изобретения первых орудий труда и начался процесс очеловечения наших древних предков.

С века в век изобретательские задачи становились все более сложными, а методы их решения почти не совершенствовались, как правило, изобретатели шли к цели путем «проб и ошибок».

Специалисты говорят, что было бы очень удобным, если бы изобретения были результатом логического и упорядоченного процесса. К сожалению, это не так. Изобретения являются продуктом того, что психологи называют «интуицией» - неожиданной вспышкой вдохновения, механизм которого лежит в глубинах человеческого разума.

Ранее процесс изобретательства представлял следующую схему процесса:

Первый акт – акт интуиции и желания. Происхождение замысла (постановка задачи).

Второй акт – акт знания и рассуждения. Выработка схемы или плана (решение задачи).

Третий акт – акт умения. Конструктивное выполнение (воплощение задачи).

Вместе с тем эта схема настолько неконкретна, что практически ничего не даёт изобретателю. Вплоть до недавнего времени.

В настоящее время процесс изобретательского творчества учитывает сложность задач по созданию какого-либо технического объекта. Сложность задач может иметь пять уровней, причем на каждом уровне может быть 6 стадий (А, Б, В, Г, Д, Е).

В целом процесс изобретательского творчества состоит из следующих стадий:

¾  выбор задачи;

¾  выбор поисковой концепции;

¾  сбор информации;

¾  поиск идеи решения;

¾  развитие идеи в конструкцию;

¾  внедрение.

Для того, чтобы осуществить все стадии творческого процесса при изобретательстве ученые и специалисты старались разработать теорию изобретательства и создать необходимую методику.

Теория изобретательства исходит из того, что развитие техники, как и всякое развитие, происходит по законам диалектики, и соответственно она основывается на приложении диалектической логики к творческому решению технических задач.

Но для создания работоспособной методики одной логики недостаточно. Методика изобретательства обобщает критически отобранные наиболее ценные приемы и основная ее цель – научная организация творческого труда [3,4,6].

В настоящее время процесс решения изобретательских задач можно рассматривать как методику по установлению последовательности операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия.

Направленность мышления достигается ориентировкой на идеальный способ, идеальное устройство. На всех этапах решения используется системный подход и надо учитывать, что любая изобретательская задача может быть решена в результате планомерных мыслительных операций, при этом главное значение приобретает правильная организация творческого процесса.

В наше время долгие поиски идеи, решения свидетельствуют не только о настойчивости изобретателя, но и о плохой организации творчества.

Творчество вполне совместимо с системой, с планомерностью. Творчество характеризуется не озарением и вдохновением, а результатом работы. Если создано нечто, новое, значит, работа творческая.

Творчество – понятие меняющееся: его содержание постоянно обновляется. Весь смысл теории изобретательства, в сущности, состоит в том, что задачи, сегодня по праву числящиеся творческими, она позволяет решать на том уровне организации умственного труда, который будет завтра.

Нужно помнить, что новые машины не возникают «из ничего». В любой современной машине (механизме, технической системе) аккумулированы десятки, сотни и тысячи последовательных изобретений. Даже на карандаш выдано более 20 тысяч патентов и авторских свидетельств.

Каждое изобретение подталкивает развитие машин, при этом исходят из того, что решение изобретательской задачи – это тот случай, когда вообще нет готового ключа (рецепта) для этого решения.

Вместе с тем известно, что машины развиваются не «как попало», а в определенной логической последовательности. Они могут появиться каких-то средних размеров, а затем как меньших, так и больших размеров. Это наглядно видно при создании грузовых автомобилей. Они есть как малой, средней, так и большой грузоподъемности.

Каждая машина стремится к определенному идеалу «идеальной машине».

«Идеальная машина», представляет собой условный эталон и обладает следующими особенностями: вес, объем и площадь объекта, с которым машина работает (т.е. транспортирует, отрабатывает и т.п.) совпадает ли почти совпадает с весом, объемом и площадью самой машины.

В качестве примера не «идеальной машины» можно назвать вертолет. Он перевозит груз и пассажиров, и самого себя, затрачивая на это примерно 1/3 развиваемого усилия. При создании идеального вертолета надо добиваться, чтобы развиваемое усилие в большем количестве шло на перевозку груза.

При создании любой машины приходится сталкиваться с техническими противоречиями. Эти противоречия возникают между важнейшими показателями, имеющие место в любой машине: вес (масса), габариты, мощность, надежность и др. Между этими показателями всегда есть определенные взаимосвязи, причем чтобы улучшить один из показателей уже известными в данной отрасли техники путями, приходится платить ухудшением другого.

Из-за указанных противоречий часто обычная задача переходит в разряд изобретательских в тех случаях, когда необходимым условием ее решения является устранение технического противоречия.

Нетрудно создать новую машину, игнорируя технические противоречия. Но тогда машина окажется неработоспособной и нежизненной.

Если решенная техническая задача будет обладать новизной и полезностью, будет выше уровня техники, то тогда эту решенную задачу признают изобретением.

Существует два понятия «изобретение» - правовое (патентное) и техническое.

Правовое понятие различно в разных странах, к тому же оно часто меняется.

Правовое понятие стремится возможно точнее отразить границы, в которых в данный момент экономически целесообразна юридическая защита новых инженерных конструкций.

Для технического понятия важны не столько эти границы, сколько сердцевина изобретения, его исторически устойчивая сущность.

С точки зрения инженера создание нового изобретения сводится к преодолению (полному или частичному) технического противоречия.

Возникновение и преодоление противоречия – одна из главных особенностей технического процесса.

Используя понятие об идеальной машине и технических противоречиях, можно существенно упорядочить процесс решения изобретательской задачи.

Идеальная машина помогает определить направление поисков, а техническое противоречие, присущее данной задаче, указывает на препятствие, которое предстоит преодолеть.

Поэтому для решения технической задачи нужна рациональная тактика, позволяющая шаг за шагом это осуществлять [3].

Одной из научно обоснованных и хорошо зарекомендовавших себя в практике массового технического творчества является методика программного решения технических задач, созданная советским изобретателем и писателем Г.С. Альтшуллером. Он назвал ее алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ).

АРИЗ — наглядный пример применения материалистической диалектики и системного подхода к процессу технического творчества. Методика основана на учении о противоречии. Алгоритм - это комплекс последовательно выполняемых действий (шагов, этапов), направленных на решение изобретательской задачи (понятие «алгоритм» используется здесь не в строгом математическом, а более широком смысле). Процесс решения рассматривается как последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Последовательность, направленность и активизация мышления достигаются при этом ориентировкой на идеальный конечный результат (ИКР), т. е. идеальное решение, способ, устройство.

Совершенствуемый технический объект рассматривается как целостная система, состоящая из подсистем, взаимосвязанных элементов, и одновременно являющаяся частью надсистемы, состоящей из взаимосвязанных систем. Перед решением прямой задачи, связанной с техническим объектом, производят поиск задач в надсистеме (обходные задачи) и выбирают наиболее приемлемый путь.

При постановке задачи в АРИЗ учитывается тот факт, что источником психологической инерции служит техническая терминология и пространственно-временные представления объекта. Поэтому рекомендуют формулировать нежелательный эффект или главную трудность какой-либо ситуации, а не требования того, что надо сделать.

Действие психологической инерции уменьшают также применением оператора РВС (Размеры — Время — Стоимость), суть которого состоит в проведении серии мысленных экспериментов по изменению размеров объекта от заданной величины до 0 и затем до ∞, времени действия (скорости) объекта от заданного до 0 и затем до ∞ и стоимости объекта от заданной до 0 и до ∞. Формулировка условий задачи дается по определенной схеме в терминах, доступных неспециалисту.

Стратегию решения изобретательской задачи по АРИЗ можно представить в виде схемы в соответствии с рисунком 1. Она состоит в следующем. Формулируют исходную задачу (ЗИ) в общем виде. Обрабатывают и уточняют ее, учитывая действие вектора психологической инерции (ВИ) и технические решения в данной и других областях.

Излагают условия задачи, состоящие из перечисления элементов технической системы и нежелательного эффекта производимого одним из элементов (обработанная задача на рисунке 1.-ЗО). Затем формулируют по определенной схеме ИКР. Он служит ориентиром (маяком), в направлении которого идет процесс решения задачи (при формулировке ИКР не нужно задумываться над тем, как он будет достигнут).

В сравнении ИКР с реальным техническим объектом выявляется техническое противоречие, затем его причина— физическое противоречие (на рисунке 1. противоречие между ИКР и ЗО может быть проиллюстрировано расстоянием между ними на плоскости поискового поля).

(ЗИ – исходная задача, ВИ – вектор психологической инерции; ЗО – обработанная задача; ИКР – идеальный конечный результат).

Рисунок 1 – Схема решения изобретательской задаче по АРИЗ.

Смысл АРИЗ состоит в том, чтобы путем сравнения идеального и реального выявить техническое противоречие или его причину — физическое противоречие — и устранить (разрешить) их, перебрав относительно небольшое число вариантов.

При разработке АРИЗ, после анализа 40 тысяч изобретений, было установлено, что в них преодолено около 1200 противоречий с применением в основном 40 типовых приемов. Выходит, что определенный тип противоречий устраняется определенным небольшим числом «своих» приемов.

Это позволило составить таблицу приемов преодоления технического противоречия. По ее вертикали расположены параметры, которые необходимо улучшить, а по горизонтали — параметры, недопустимо ухудшающиеся, если решать задачу известными путями. При этом пересечение строки (улучшаемого параметра) со столбцом (ухудшающимся параметром) дает сочетание, которое может быть устранено с помощью приемов, указанных в соответствующей ячейке таблицы.

В приложении А рассмотрены основные приемы устранения технических противоречий и некоторые технические решения, которые на них базируются.

АРИЗ – развивающаяся и постоянно совершенствующаяся система. Известны ее варианты: АРИЗ-59, АРИЗ-61, АРИЗ-64, АРИЗ-65, АРИЗ-68, АРИЗ-71, АРИЗ-77 и АРИЗ-80. Рассмотрим один из них.

В приложении Б приведен один из вариантов алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ-77).

Используя алгоритмы решения изобретательских задач можно довольно быстро найти решение поставленной задачи. Для использования указанных АРИЗ необходимо детально изучить их содержание и строго придерживаться частей данного алгоритма.

Коллективом лаборатории математических методов оптимального проектирования Марийского политехнического института (г. Йошкар-Ола) под руководством профессора А.И. Половинкина проведен глубокий научный анализ более 30 известных методов поиска технических решений, активизации и рациональной организации творческой деятельности. Результатом исследования стала разработка обобщенного алгоритма поиска новых технических решений (обобщенный эвристический алгоритм).

Эта методика является дальнейшим развитием АРИЗ, положенного в ее основу, и содержит ряд оригинальных разработок авторов, а также рациональные приемы и процедуры из некоторых других методов, в том числе: морфологического ящика, функционального изобретательства, организующих понятий и др. Такое сочетание, основанное на достижениях методологии технического творчества, делает методику достаточно полной, емкой, подробной и универсальной, применимой для решения самых различных задач во многих отраслях техники.

Обобщенный алгоритм может быть использован для построения более простых, но эффективных частных алгоритмов, предназначенных для решения конкретных задач (частные алгоритмы должны включать этапы с наибольшей частотой применения для данного класса). Методика ориентирована на синтез новых рациональных технических решений с помощью ЭВМ (для работы в диалоговом режиме «человек — машина»), но может быть с успехом использована человеком, преимущественно отдельными блоками, и при безмашинном поиске решений.

Алгоритм состоит из 17 этапов, при прохождении которых используется большой информационный аппарат, состоящий из восьми массивов информации. Хранение их в памяти ЭВМ обеспечивает быстрый поиск нужных вариантов на каждом этапе решения задачи.

Литература

 

1. Чус А.В., Данченко В.Н. Основы технического творчества.– Киев – Донецк: Вища школа, 1983-183с.

2. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. – М.: Машиностроение, 1988.-366с.

3. Альшулер Г.С. Алгоритм изобретения. – М.: Московский рабочий, 1973.

4. Альшулер Г.С. Творчество как точная наука. – М.: Советское радио, 1979.

5. Альшулер Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. – Новосибирск: Наука, 1986.

6. Буш Г.Я. Рождение изобретательских идей. – Рига: Лиссма, 1976.

7. Буш Г.Я. Методологические проблемы технического творчества. Тезисы докладов. – Рига: Латвийское РС ВОИР, 1979.

8. Буш Г.Я. Методы технического творчества. Рига: Лиссма, 1972.

9. Антонов А.В. Психология изобретательского творчества. – Киев: Вища школа, 1978.

10. Грамп Е.А. Функционально-стоимостной анализ: сущность, теоретические основы, опыт применения за рубежом. – М.: Информэлектро, 1980.

11. Карпунин М.Г., Майданчик Б.И. Функционально-стоимостной анализ в электротехнической промышленности. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Основные приемы устранения технических противоречий  и примеры технических решений

1 Принцип дробления. Разделить объект на части, выполнить разборным, увеличить степень дробления.

Гайка (авт.св. № 742639), в которой резьба и корпус выполнены раздельными деталями, снимается с болта без свинчивания – достаточно снять корпус и резьбовая часть сама распадается.

2 Принцип вынесения. Отделить от объекта мешающую часть (свойство) или выделить единственно нужную.

3 Принцип местного качества. Перейти от однородной структуры объекта (процесса) к неоднородной. Разные части объекта должны иметь разные функции и характеристики, наиболее соответствующие их работе.

Изнашиваемые участки деталей машин, рабочего инструмента (валков прокатных станов) наплавляют дорогим износостойким сплавом, увеличивая их долговечность.

4 Принцип асимметрии. Перейти от симметричной формы к асимметричной.

Прокатка биметаллических полос в валках разного диаметра, вращаемых с разными угловыми скоростями, обеспечивает улучшение качества продукции. При этом валок меньшего диаметра устанавливают со стороны компонента с более высоким пределом текучести (авт.св. № 508380).

5 Принцип объединения. Соединить (объединить) в пространстве или времени однородные или смежные операции (объекты).

Значительного повышения производительности сортового прокатного стана достигают одновременной прокаткой нескольких профилей из одной заготовки (пат. Англии № 1040119). Например, из швеллера можно получить два уголковых профиля.

6 Принцип универсальности. Объект выполняет функции других объектов (тех, в которых теперь нет нужды).

Вместо отдельного электродвигателя, приводящего во вращение нажимные винты устройства регулирования расстояния между валками прокатного стана, предложено их привод осуществлять от главного станового двигателя, вращающего прокатные валки (пат. ЧССР № 120705).

Ручка портфеля может одновременно служить эспандером (авт.св. № 187961).

7 Принцип «матрешки». Один объект размещен внутри другого, проходит сквозь полость в другом объекте, другой – внутри третьего и т.д.

В шариковой ручке-указке, корпус которой состоит из выдвигаемых телескопических трубок, объединены одновременно принцип «матрешки» и принцип универсальности.

Кузов самосвала-полуприцепа выполнен из двух частей, телескопически входящих друг в друга, - груз из такого самосвала вываливается лучше (авт.св. № 712309).

8 Принцип антивеса. Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой, или взаимодействие со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил).

9 Принцип предварительного напряжения. Заранее придать объекту деформации (напряжения), противоположные нежелательным.

Если при навивке пружины одновременно закручивать вокруг своей оси и проволоку, то полученная таким образом предварительно-напряженная пружина «двойной» закрутки по своим механическим показателям намного превосходит изготовленные обычным способом (авт.св. № 316509).

10 Принцип предварительного исполнения. Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или частично), расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с минимальными затратами времени на их доставку.

С целью повышения излучательной способности факела в мартеновской печи газ в горелку подают до температуры 600-700°С (авт.св. № 235053).

11 Принцип «заранее подложенной подушки». Компенсировать невысокую надежность объекта подготовленными аварийными средствами.

С целью быстрого залечивания места среза на дереве, на его ветвь (до спиливания) ставят сжимающее кольцо, что является сигналом накопления в этом «больном» месте питательных и лечащих веществ (авт.св. № 456594).

В ядовитые химические вещества заранее еще при изготовлении добавляют присадки, уменьшающие опасность отравления (авт.св. № 246626).

12 Принцип эквипотенциальности. Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

Предложен контейнеровоз (авт.св. № 110661), в котором груз не поднимается в кузов, а лишь устанавливается гидроприводом на опорную скобу. Это позволяет обходится без крана и перевозить более высокие контейнеры.

13 Принцип «наоборот». Вместо действия, диктуемого условиями, осуществить обратное действие; сделать движущуюся часть неподвижной, а неподвижную – движущейся; перевернуть объект.

Процесс вибрационной очистки металлических изделий в абразивной среде упрощается, если вибрационное движение сообщать не среде, а обрабатываемой детали (авт.св. № 184649).

В устройстве для тренировки пловцов (авт.св. № 187577) пловец остается на месте, а ему навстречу подается вода.

При отливке крупногабаритных тонкостенных деталей по мере заполнения формы жидким металлом, поступающим сверху из неподвижного питателя (чаши), форма движется вниз (авт.св. № 109942).

14 Принцип сфероидальности. Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим; использовать ролики, шарики, спирали.

Устройство для вварки труб в трубную решетку имеет электроды в виде катящихся шариков (пат. ФРГ № 1085073).

15 Принцип динамичности. Характеристики объекта (процесса) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы, разделить объект на перемещающиеся относительно друг друга части; неподвижный объект сделать подвижным.

Смазку валков прокатного стана осуществляют только при наличии металла в клети (пат. Англ. № 1287244).