Методи пошуку нових винахідницьких рішень

Малінов Л.С.

Солошенко П.В.

Дорожко Г.К.

Маріуполь - 2008

УДК 165

Гриф надано

Міністерством освіти і науки України

(Лист № 1.4 / 18-Г-1579 від 03.06.2008 р.)

Рецензенти:

Цибульов П.М. - д.т.н., перший проректор Інституту

інтелектуальної власності і права м. Київ

Капланов В.І. - д.т.н., професор Приазовського даржавного

технічного університету

Малінов Л.С., Солошенко П.В., Дорожко Г.К.

Основи евристики. Навчальний посібник. – М.: ПДТУ. 2008. – 158 с.

ISBN 966-604-023-9

Навчальний посібник присвячений творчому процесу діяльності людини як важливій складовій прогресу суспільства. Розглянуті філософські та психологічні підходи до творчості та сучасні методи евристики.

Посібник розрахований на студентів спеціальності 8.000002 «Інтелектуальна власність» та інших інженерних спеціальностей.

УДК 165

ISBN 966-604-023-9

© Малінов Л.С., Солошенко П.В., Дорожко Г.К.

© 2008

ЗМІСТ

ВСТУП

Прискорення науково-технічного прогресу є ключовою задачею сучасності. Важливу роль у цьому грає науково-технічна творчість, генерація науково-технічних ідей і їх втілення у технічні рішення.

Думка, за словами психологів, народжується із задачі, яку ставлять перед дослідником зовнішні обставини, або внутрішні спонукання.

Перед нами виникає щось, з чим не в силах співволодіти наш несвідомий автоматизм. Деколи ми здивовані і навіть роздосадувані: нам потрібно подумати, зміркувати. Потік наших асоціацій неначе натрапляє на перешкоду. Це сприяє новій роботі мислення, як то кажуть, це відбувається тоді, коли ми знаходимося в проблемній ситуації і нам необхідно зробити вибір. Процесом мислення керує потреба особи подолати цю ситуацію.

На організацію і активізацію нашого творчого процесу і направлена дисципліна «Основи евристики», викладання якої у вузах України було введено ще у 70-ті роки. Головна мета курсу - дати уявлення про методи активізації творчого мислення, озброїти студентів теорією і практикою рішення задач з винахідництва.

У результаті вивчення даної дисципліни студенти повинні знати:

· закони розвитку технічних систем;

· сучасні методи пошуку нових технічних рішень і активізації творчості;

· основні принципи технічних і фізичних суперечностей.

Студенти повинні уміти:

· застосовувати на практиці сучасні прийоми і методи науково-технічної творчості і з їх допомогою розробляти нові технічні рішення;

· реалізувати системний підхід до рішення технічних задач, а саме – бачити об'єкт у всій його складності з розглядом системи у цілому, враховувати підсистеми і надсистему, що входять до неї, а також інші системи, з якими вона взаємодіє;

· орієнтуватися на підвищення ідеальності технічної системи, знаходячи і усуваючи технічні суперечності.

Для придбання навичок рішення творчих задач за допомогою теоретичних знань, які наводяться у посібнику, студентам пропонуються учбові домашні завдання, які розбираються на практичних заняттях. В період виробничих практик, курсового і дипломного проектування перед ними ставляться завдання з виявлення проблемних задач у реальних виробничих процесах і вживаному обладнанні, дати аналіз сучасному стану вибраної задачі і пропозиції по вдосконаленню виробництва.

Автори вважають, що даний посібник зміг з'явитися завдяки роботі у цьому напрямі видатних вчених і організаторів творчих лабораторій, таких як Г.С. Альтшуллер, Г.Я. Буш, А.В. Чус, В.Н. Данченко, Б.Л. Золотін, А.В. Зусман, А.І. Половинкін та ін.

Розробляючи ще перші технічні пристрої і прості механізми людство почало ставити перед собою і вирішувати винахідницькі завдання різної складності і значення. Людей не залишає потреба створення об’єктів техніки, здатних полегшити їхню працю, зробити її ефективнішою і продуктивнішою. Тривалий час творчість була долею небагатьох і вважалася привілеєм обдарованих особистостей. З розвитком науки стало ясно, що технічний прогрес вимагає зусиль великої кількості спеціально підготовлених людей. Стало зрозумілим, що творчість — це «ремесло», якому потрібно вчитися. Але щоб учитися творчості, спочатку потрібно пізнати її закономірності.

Перші спроби зрозуміти закономірності творчого мислення були зроблені видатними вченими-філософами давнини Архімедом, Гераклітом, Сократом, а пізніше Ф. Беконом, Р. Декартом, Г. Лейбніцем та ін.. Вони в основному ставили перед собою завдання пізнати таємниці процесів мислення з філософської точки зору. Але навіть те, що було зроблено цими геніальними вченими, довго не знаходило практичного застосування тому, що не існувало вираженої потреби в масовій творчості.

У другій половині XIX ст. з’явилися перші спроби пояснити процес розв’язання технічних завдань із психологічної точки зору. Дослідники вивчали особистість винахідника, шукали в ньому щось незвичайне, виняткове, намагалися встановити зв’язок між психічними захворюваннями і геніальністю, говорили про особливий склад крові винахідників тощо. І тільки на початку XX ст. поступово почала укріплюватися думка, що творчі задатки є майже в усіх людей. Це стало серйозним поштовхом до вивчення процесів евристичної діяльності, методів пошуку творчих рішень, до підготовки людей до творчої праці.

Оскільки в той час на озброєнні винахідників був єдиний метод «проб і помилок», дослідники ним і зайнялися, їх цікавило головне питання: як деяким винахідникам вдається за наявності великого числа проб і помилок розв’язувати складні завдання, скоротивши до мінімуму їх число? Відповіді на це питання не знайдено й досі. Однак у процесі пошуку відповіді вчені багато дізналися про творчу діяльність. З’ясувалося, що для творчої діяльності характерні певні закономірності, які можна використовувати для створення результативних методів пошуку рішень творчих завдань, які автори роботи [1] розділили на чотири групи.

1. Методи випадкового пошуку. «Мозковий штурм». Записна книжка Хефеле. Метод фокальних об’єктів. Метод гірлянд асоціації і метафор. Система Керує. Правила Тринга і Лейтуейта. Списки контрольних питань по А. Осборну, Ейлоарту, Д. Пойа. Метод синектики. Інтегральний метод Метра.

2. Методи функціонально-структурного дослідження об’єктів. Метод морфологічного аналізу. Метод матриць відкриття. Десяткові матриці пошуку. Метод комбінаторики. Метод східчастого підходу до розв’язання завдань. Метод функціонального винахідництва. Алгоритмічний винахідницький метод конструювання по каталогах. Системне конструювання по Хейзену. ін.вин к аналіз по Тьякві. Метод конструювання Коллера. Синтез виробів.

3. Методи логічного пошуку. Метод Бартіні. Узагальнений евристичний алгоритм пошуку нових рішень. Функціонально-вартісний аналіз. Алгоритм розв’язання винахідницьких задач (АВВЗ). Теорія розв’язання винахідницьких завдань (ТВВЗ).

4. Проблемно-орієнтовані методи. Фундаментальний метод проектування Метчетта. Індукування психоінте-лектуальної діяльності (ІПІД).

Методи першої і другої груп («мозковий штурм», синектика, методи фокальних об’єктів, контрольних питань, морфологічний аналіз) базуються на двох загальних механізмах — асоціативному мисленні і свідомо випадковому характері пошуку. Вони прості у використанні, але не пов’язані із сутністю об’єктів застосування. Методи третьої і четвертої груп (алгоритм вирішення винахідницьких задач — АВВЗ, ТВВЗ, функціонально-вартісний аналіз та ін..), навпаки, складніші у використанні, але взаємозв’язані з сутністю об’єктів застосування. Розробка методів активно йшла [1] у 60 – 70 рр. ХХ ст. (табл. 1).

Таблиця 1.1.

Методи пошуку нових винахідницьких рішень

Найбільш давнім є метод «спроб і помилок». Цим методом «спроб і помилок» винахідники користувалися і користуються при розв'язанні різноманітних технічних задач. Суть його полягає в тому, що винахідник під час пошуку розв'язку завдання розглядає усілякі варіанти і серед них знаходить той, що задовольняє поставлені вимоги. Не можна вважати, що в цьому разі він діє навмання, адже йому довелося б навіть при розв'язанні простого завдання випробувати необмежену кількість варіантів. У даному разі спрацьовує інтуїція, використовуються аналогія, спостережливість тощо. Успіх вирішення творчого завдання значною мірою залежить від досвіду винахідника, його загальної ерудиції, інтелекту, таких особистих рис, як цілеспрямованість, наполегливість, зосередженість тощо. Однак недоліком методу «проб і помилок» є неможливість розроблення хоча б наближеної методики його використання. Щоразу, розв'язуючи нове завдання, винахіднику доводиться діяти по-новому. Тому метод «спроб і помилок» найбільш трудомісткий, а його використання не гарантує успішного розв'язання завдання.

Звичайно, в умовах науково-технічного прогресу, коли бурхливо розвивається техніка й успіх будь-якої справи залежить від реалізації нових ідей, не можна покладатися на метод, який так мало гарантує успіх. Потрібні дійєвіші методи. Але це не означає, що метод «проб і помилок» потрібно вилучити з арсеналу винахідників. Досвід показує, що його основні риси тією чи іншою мірою виявляються майже в усіх сучасних методах пошуку рішень творчих задач.

Сучасна психологія стверджує, що уявлення про єдиний інтелект не цілком відповідає дійсності й не відбиває всієї розмаїтості завдань, які виникають у людини при адаптації до навколишнього світу. Кожна людина в повсякденному житті діє по-своєму, і його інтелект при цьому проявляється в його перцептивних, мнемічних, язикових, рахункових і інших здатностях.

Тьорстоун [2] за допомогою статистичних методів досліджував ці різні сторони загального інтелекту, які він назвав первинними розумовими потенціями. Він виділив такі потенції:

- рахункову здатність, тобто здатність оперувати числами й виконувати арифметичні дії;

- вербальну (словесну) гнучкість, тобто легкість, з якою людина може говорити, використовуючи найбільш відповідні слова;

- вербальне сприйняття, тобто здатність розуміти усну й письмову мову;

- просторову орієнтацію, або здатність уявляти собі різні предмети й форми в просторі;

- пам'ять;

- здатність до міркування;

- швидкість сприйняття подібностей або розходжень між предметами або зображеннями, а також їхніх деталей.

На думку деяких психологів, одні завдання вимагають конкретного, а інші - абстрактного інтелекту.

Конкретний, або практичний, інтелект допомагає нам вирішувати повсякденні проблеми й орієнтуватися в наших взаєминах з різними предметами. У зв'язку із цим психологи відносять до першого рівня інтелекту так звані асоціативні здібності, що дозволяють використати певні навички або знання й взагалі інформацію, що зберігається в пам'яті. Що стосується абстрактного інтелекту, то з його допомогою ми оперуємо словами й поняттями, і його відносять до другого рівня інтелекту - рівню когнітивних здатностей. Співвідношення між цими двома рівнями в кожної людини визначаються різними факторами.

Тьорстоуном були розроблені тести, що дозволяють оцінити ті або інші інтелектуальні здатності (мал. 2.1).

Мал. 2.1. Приклад тесту, розробленого Тьорстоуном для оцінки просторових подань. Необхідно вказати, яка рука зображена на кожній із цих картинок - ліва або права.

Існують два способи пошуків рішення тієї або іншої проблеми.

Одні люди думають, що є тільки одне вірне рішення, й намагаються знайти його за допомогою вже існуючих знань і логічного мислення. Це конвергентне мислення, при якому всі зусилля концентруються на пошуку єдиного правильного рішення. Інші, навпроти, починають шукати рішення по всіх можливих напрямках для того, щоб розглянути якнайбільшу кількість варіантів. Такий пошук найчастіше приводить до оригінальних рішень і є властивим дивергентному мисленню.

Очевидно, що більша частина людей із самого раннього дитинства й, особливо при навчанні в школі, майже винятково звикла використовувати конвергентне мислення. Подібний ухил у шкільній педагогіці завжди був бичем для дітей із творчим мисленням. Відомо, що Ейнштейну й Черчіллеві вчитися в школі було важко, але не тому, що вони були неуважними і недисциплінованими, як вважали вчителі. Насправді це було зовсім не так, але викладачів просто дратувала їхня манера не відповідати прямо на поставлене питання, а замість цього задавати " недоречні" питання начебто: " А якби трикутник було переверненим? ", " А якщо замінити воду на...? ", " А якщо подивитися з іншої сторони? ", " А якби час не був часом" і т.п.

Творчим особистостям зазвичай властиво дивергентне мислення. Такі люди схильні утворювати нові комбінації з елементів, які більшість людей знає і використовує тільки певним чином, або формує зв'язки між двома елементами, що не мають на перший погляд нічого спільного.

Творче мислення, по-перше, пластично. Творчі люди пропонують безліч рішень у тих випадках, коли звичайна людина може знайти лише одне або два.

Творче мислення рухливо: для нього не становить труднощів перейти від одного аспекту проблеми до іншого, не обмежуючись однією єдиною точкою зору.

І, нарешті, головне – це те, що творче мислення є оригінальним. Воно породжує несподівані, небанальні й незвичні рішення.

Творча особистість побачить у силуеті гірського пасма обрис голови крокодила, зрівняє порожні полки в бібліотеці з " порожніми очами ідіота", знайде два десятки різних застосувань зубочистці або газеті (мал. 2.2).

Мал. 2.2 Стандартні й оригінальні рішення в тестах на творчі здатності (ліворуч - тест Barron, 1958; праворуч - тест Wallach, 1968). Видно, що оригінальні рішення більше складні й незвичайні.

Пікассо говорив: " Я не шукаю, я знаходжу". Отже, саме в цьому криється головне розходження між інтелектуальною й творчою особистістю. З іншого боку, цілком певно, що ці дві якості повинні сполучатися, і для того, щоб творчий дух виявив себе на повну силу, необхідний певний рівень інтелекту.

Особливу роль у процесі творчої діяльності грає психологічна інерція, що істотно впливає на фантазію й уяву дослідника. Інерція свідомого мислення може бути віднесена до психологічних феноменів. Проведені дослідження показали [2], що горезвісна психологічна інерція має логічну природу, і для її подолання може бути застосований досить відомий метод " переходу через абстракцію". Так, перехід від звичайних понять досліджуваної системи до абстрактних дозволяє зруйнувати стереотипи. Інертність мислення пов'язана значною мірою з відсутністю логічної культури мислення, зокрема абстрагування й конкретизації понять про ті об'єкти, які стали предметом вивчення. У роботі [2] автор пропонує у випадку, якщо Ви " стартуєте" від окремого конкретного терміна, то бажано:

§ по можливості послідовно, крок за кроком підніматися по щаблях абстракції, а не злітати відразу на максимально високий рівень;

§ на кожному проміжному рівні абстракції складати найбільш повні переліки незалежних варіантів визначення обраного терміна.

Тим самим Ви застрахуєте себе, як мінімум, від занадто швидкого одержання довгого переліку, що його практично неможливо буде перебрати, а в кінці - від переходу в дурну нескінченність, що у принципі не піддається перебору.

Реальною перешкодою в такому сходженні на вершини абстракції служить явище, яке брати Стругацькі образно назвали " лінгвістичною ядухою".

Дійсно, особистий словник кожної окремо взятої людини набагато бідніше сукупного лексикону будь-якої мови. Однак одного лише усвідомлення такої бідності вже досить, щоб звернутися до тезаурусів (скарбів) і духовно збагатитися.

Для цього Ви можете, зокрема, залучити:

§ для використання при постановці й вирішенні питань у науці або мистецтві – різні варіанти бібліотечних класифікаторів (УДК, ББК і т.п.), які практично по всіх галузях знань дають цілком пристойні по повноті охоплення ієрархічно впорядковані списки термінів;

§ для самоорганізації творчої роботи в якій-небудь вузькій галузі науки або техніки - терміносистеми: викладені в підходящому переважно сучасному підручнику або в офіційно виданому міжнародному або національному стандарті;

§ для технічної творчості - Міжнародну патентну класифікацію (МПК) або її національні аналоги, які використовують у США, Великобританії й ряді інших країн;

§ для художнього конструювання – Міжнародну класифікацію промислових зразків (МКПЗ);

§ для розробки товарних знаків і знаків обслуговування – Міжнародну класифікацію товарів і послуг (МКТП) і практичні посібники з реєстрації таких знаків у патентних відомствах і судовому захисті офіційних свідоцтв про реєстрацію від нападок конкурентів.

Не виключене використання й інших довідкових і/або навчальних видань. Важливо лише, щоб терміни в них розглядалися не ізольовано. Крім того, Вам можуть допомогти навички проведення системного аналізу, якщо Ви, зрозуміло, придбаєте їх активним самонавчанням.

Розуміння наведених даних призвело до появи комплексних теорій інтелектуальної обдарованості. Яскравим прикладом є концепція обдарованості Дж. Рензуллі, що виділяє три " складові частини" обдарованості [2]. Серед них:

1) інтелектуальні здібності вищі за середній рівень, у тому числі загальні здібності (вербальні, просторові, цифрові, абстрактно-логічні й т.і.) і спеціальні здатності (можливості засвоєння знань і навичок у конкретних предметних областях - біології, математиці, спорті й т.і.);

2) креативність (гнучкість і оригінальність мислення, сприйнятливість до всього нового, готовність до ризику й т.п.);

3) висока мотиваційна включеність у завдання (значний рівень інтересу, ентузіазму, наполегливості й терпіння в рішенні тих або інших проблем, витривалість у роботі й т.і.).

Інтелектуальна обдарованість, говорячи умовно, - це " місце перетинання" трьох зазначених факторів (мал. 2.3).

Мал. 2.3. Модель інтелектуальної обдарованості за

Дж. Рензуллі.

Аналіз отриманої моделі та приведених даних дозволяє стверджувати, що у творчості, враховуючи здатності й можливості людини, велика роль належить його мотивації, бажанню з терпінням і наполегливістю вирішувати поставлене завдання, постійно підтримуючи інтерес до нього на високому рівні.

Нова технічна система з'являється на певному рівні розвитку науки і техніці, коли виконані дві головні умови: є потреба в системі і є можливості її реалізації. Умови ці виконуються, як правило, не одночасно і, звичайно, одне стимулює появу іншого. Нова система спочатку вельми примітивна, володіє масою недоліків, тому тут же починається робота по її вдосконаленню. Ефективність системи на цьому етапі надзвичайно низька, часто негативна.

Користі від системи мало, а витрати великі. Одна з причин - суперечність між новим змістом і старою формою, в якій воно, як правило, реалізується. Стара форма не дозволяє відразу виявити нові можливості.

На першому етапі головною рушійною силою є особистий інтерес її творців (ентузіазм, пихатість, спортивний дух, надія на збагачення). Протистоять їм могутні сили гальмування. До психологічної інерції додається опір фахівців, що розробили стару систему. Важливою складовою сил гальмування є величезні технічні труднощі, відсутність засобів, високий рівень розплати, у тому числі і загибель ентузіастів. Основна робота на першому етапі - зниження чинників розплати: збільшення надійності, безаварійності, зручність у експлуатації. Коли корисність системи усвідомлюється суспільством, а рівень розплати знижується до прийнятного, починається новий етап її розвитку. Період інтенсивного розвитку технічної системи, характеризується швидким лавиноподібним, таким, що нагадує ланцюгову реакцію, розвитком. Головна рушійна сила на цьому етапі розвитку - суспільна потреба. Сили гальмування, характерні для попереднього етапу, ослабляються і поступово зникають. З'являються нові гальмуючі чинники: брак навчаних людей, потрібного обладнання, ресурсів. Виникають технічні труднощі: відсутність теоретичного обґрунтування. Суспільство реалізує сили і засоби для подолання цього.

На другому етапі технічна система стає економічно вигідною і ефект постійно росте. Але до кінця етапу, не дивлячись на зростаючий внесок сил і засобів у розвиток системи, зростання найважливіших її характеристик сповільнюється. Це відбувається через те, що різко починає збільшуватися та або інша шкідлива функція, якийсь з чинників розплати.

На етапі «Старість» і «Смерть» технічної системи відбувається стабілізація параметрів системи. Невеликий приріст їх ще спостерігається на початку етапу, але надалі практично сходить нанівець, не дивлячись на те, що вкладення сил і засобів росте. Різко збільшується складність, наукоємної системи. Навіть невеликі поліпшення вимагають серйозних досліджень. Разом з тим економічність системи залишається ще високою, тому що невелике удосконалення, помножене на масовий випуск, виявляється ефективним. Рушійними силами розвитку на цьому етапі залишається потреба суспільства. Суспільство, можливо, не потребує поліпшення системи (ніж, лопата, револьвер і ін.). Системи можуть поліпшуватися попутно розвитку нових систем за рахунок нових матеріалів, технологічних можливостей, нового устаткування. Врешті-решт, стара система замінюється новою. У багатьох випадках нова система, здатна змінити стару, виникає практично одночасно з нею. Типовим на етапі старості системи є її «гігантизм» (величезні дирижаблі перед витісненням їх літаками; паровози, перед витісненням їх тепловозами; надпотужні лінкори, які виявилися беззахисними перед підводними човнами).

Повного вимирання старої системи не відбувається. Вона займає свою нішу. Схемний етапи розвитку технічної системи приведені на мал. 3.1.а. Народження технічної системи пов'язано з невеликою кількістю винаходів високого рівня, часто пов'язане з відкриттями (мал. 3.1.б).

У момент переходу до другого етапу розвитку спостерігається деякий пік в рівні винаходів (часто для переходу до масового випуску). По кількості ж винаходів спостерігається два піки: одні при переході до другого етапу, інший - пов'язаний із спробами продовжити життя системі, що одряхліла, на третьому етапі (мал. 3.1.в). При виникненні технічної системи економічного ефекту немає. Потрібні значні витрати. Економічний ефект з'являється при переході до другого етапу і росте у міру вдосконалення технічної системи. На третьому етапі приріст економічного ефекту незначний (мал. 3.1.г).

Закони можна умовно розділити на статичні (що визначають початок життя технічних систем), кінематичні (що визначають їх розвиток) і динамічні (головні тенденції розвитку технічних систем, що відображають).