Теория решения изобретательских задач – новая технология интеллектуальной деятельности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теория решения изобретательских задач - новая технология интеллектуальной деятельности

Один из аспектов инженерной деятельности, связанный с необходимостью создания новых предметов и орудий труда и процессов их производства, - изобретательство. Именно этот аспект отражен в одном из определений профессии «инженер», данной в словаре Ларусса: «Инженер - человек, который изобретает сооружения, машины и инструменты и создает планы и чертежи, необходимые для их изготовления» [1].

Характерной чертой деятельности инженера является постоянная необходимость решать возникающие в процессе производства технические, организационные и социальные задачи. Большая часть этих задач тривиальна, инженер получает решение таких задач в готовом виде при обучении в ВУЗе и в первые годы практической деятельности. Длительная работа на одном месте, на одном предприятии, в одной отрасли промышленности формирует инженера с большим багажом отработанных на практике решений, хорошо знающего свою специальную литературу, но, как правило, беспомощного перед нетривиальной задачей, необходимостью привлекать знания из «чужой» области. В общем виде, инженер располагает следующими стратегиями решений:

1. Полное математическое описание процесса, составление и решение интегро-дифференциальных уравнений, определение граничных условий и сравнение полученных результатов с данными эксперимента;

2. Выдвижение интуитивной модели процесса или явления, построение логической и далее математической модели и. в случае достаточной их адекватности эксперименту, создание компьютерного аналога;

3. Решение методом последовательных приближений или, что то же самое, методом проб и ошибок [2].

Все три стратегии имеют существенные ограничения, как объективные, так и субъективные. Сложность исследуемой системы зачастую делает невозможным использование классического метода решения дифференциальных уравнений, уровень компьютерной грамотности и ЭВМ-обеспечения современного советского инженера делает метод математического моделирования не слишком доступным. Поэтому, при недостаточном уровне знания, метод проб и ошибок является предпочтительным. Сущность этого метода заключается в последовательном выдвижении и рассмотрении идей решения; при этом каждый раз неудачная идея отбрасывается, а вместо нее выдвигается новая. Правил поиска нет, нет и определенных правил первоначальной оценки - эти правила субъективны, результативность работы зависит, в основном, от профессионализма решающего, очень велик элемент случайности. Кроме того, мысленный эксперимент ограничивает возможность исследователя натолкнуться на неожиданное побочное открытие, обнаружить непредвиденные явления и эффекты [3,4]. Но наиболее существенным недостатком метода перебора вариантов является его очень низкая результативность: даже в наиболее благоприятных случаях коэффициент полезного действия не достигает 2%. Можно утверждать, что большая часть интеллектуального потенциала человечества растрачивается впустую - на генерацию неприемлемых решений [З]. Попытки преодоления этой ситуации осуществлялись исследователями разных стран [4].

Английский астрофизик А. Осборн в 1939 году предложил первый успешно реализованный на практике метод ускоренной коллективной генерации идей, получивший наименование «мозгового штурма». Группа «генераторов» идей из 5-7 человек, желательно разных специальностей, в ходе непринужденной беседы предлагают самые различные варианты решения предложенной задачи. Главным условием успеха работы группы является безусловное запрещение оценки и критики предложенных вариантов, более того, поощряются самые неожиданные и «дикие» предложения. Протокол заседания «генераторов» рассматривается другой группой специалистов - критиками, функция которых заключается в вылавливании идей и конкретных решений, которые можно реализовать практически. Метод прост в освоении, доступен большинству специалистов, дает существенное увеличение числа вариантов по сравнению с работой в одиночку. Очень сильные, принципиально новые решения таким методом не получены; в последние годы интерес к нему уменьшился.

В середине 50-х годов У. Гордон в США разработал метод активизации творчества, основанный на принципе аналогии, названный синектикой. Используются прямые аналогии - заимствования из других отраслей науки и техники, символические, фантастические аналогии и т.п. Сильным методом оказалась личная аналогия или эмпатия^'… представьте себя поршнем двигателя внутреннего сгорания. Что Вам мешает? Где жмет? Где горячо? Что сделать, чтобы было приятно?…»). Полное отождествление объекта и субъекта творчества характерно и для создателей художественных образов:

«Глядя на луну - я становлюсь луной,

Луна, на которую я смотрю, становится мной.

Я погружаюсь в природу, соединяюсь с ней»

(Мюе, японский поэт Х1У века).

К сожалению, продуктивность групп синекторов, на целенаправленную подготовку которых требуется немало времени и средств, оказалась не очень высокой из-за психологических ограничений - перегрузки нервной системы исследователей; кроме того, в их работе не было отмечено получения сильных решений.

Разработаны и другие несистемные методы активизации поиска - списки контрольных вопросов [5], семикратного поиска [6] и другие. Более системным является морфологический анализ швейцарца Ф. Цвикки 1942 г., сущность которого состоит в учете всех возможных вариантов обеспечения функций исследуемой система. Практически, составляют многомерные таблицы с перечислением всех морфологических признаков системы и всех вариантов каждого признака и рассматривают все сочетания вариантов. Очевидно, что морфологический анализ лишен элементов случайности - все решения, в том числе и самые сильные, есть внутри правильно сконструированного «морфологического ящика» - вопрос состоит лишь в том, как эти решения найти, не перебирая всех вариантов, число которых может быть очень большим: при анализе системы процессов разделения автор рассматривал морфологический ящик с 12 осями по 5-6 вариантов по каждой оси, т.е. учел не менее 12⁵ вариантов [7]. Существуют лишь вспомогательные правила выявления сильных решений - принцип наименьшего действия, выбор параметров, придающих системе экстремальные качества и т.п. [8]. Сделаны попытки использования ЭВМ для поэтапного перебора вариантов внутри ящиков сверхбольшой сложности [9].

Принципиально новая стратегия решения изобретательских задач, исключающая бессистемное блуждание в дебрях бесконечного числа вариантов, возникла в нашей стране в конце 40-х годов усилиями бакинского изобретателя Генриха Сауловича Альтшуллера и его школы [10-14]. Основой нового направления, получившего название теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), являются диалектико-материалистические утверждения о том, что технические объекты развиваются по объективным законам путем преодоления противоречий, законы развития могут и должны быть познаны и целенаправленно использованы для получения конкретных решений.

Исторически ТРИЗ возник из потребности Г.С. Альтшуллера понять психологию изобретательства, для чего он попытался проанализировать деятельность выдающихся ученых и изобретателей. Этот путь оказался тупиковым; сами творцы новых знаний и решений ничего не могут сообщить о механизме появления нового решения, кроме «внезапного озарения», «вспышки после многодневных (многомесячных, многолетних) раздумий». Продуктивным оказался анализ результатов творческой деятельности-то есть изобретений, причем психологические аспекты изобретательства на этом этапе не рассматривались.

Объектами исследования ТРИЗ являются «обезличенные» технические системы (ТС) и технические противоречия (ТП). TС мы понимаем как сумму элементов, причем функциональные возможности целого существенно отличаются от суммы функциональных возможностей элементов.

Очень плодотворными оказались введенные Г.С. Альтшуллером понятия «идеальность» - как предел развития ТС, при котором выполняются все полезные функции системы, а вредные функции, да и сама ТС как таковая, отсутствуют, и «идеальный конечный результат» (ИКР) - предельно сильное решение.

Исследование законов развития ТС позволило сформулировать ряд законов и закономерностей этого процесса. Было установлено, что жизнь любой ТС описывается S-образной кривой с двумя характеристическими точками, делящими кривую на три качественно разных участка - возникновение, развитие, остановка (стагнация). Интересно, что большинство специалистов, описывая S-образной кривой характер изменения «своей» системы, как правило, не отмечают ее универсальности, считая свой случай уникальным [15,16]. Для каждого из периодов жизни ТС выявлены свои закономерности, определяющие развитие. Период зарождения ТС определяют требования полноты частей, энергетической проводимости и согласования ритмики. Второй отрезок кривой - период экспоненциального роста - определяется неравномерностью развития отдельных частей ТС и увеличением степени идеальности. После достижения второй точки перегиба, - при стагнации исследуемой ТС, - дальнейшее прогрессивное развитие происходит в рамках надсистемы.

Проведено исследование формализованной модели простейшей ТС - «веполя», название которой включает обозначение компонентов системы: ВЕществ и ПОЛей. Эти вепольные представления позволили описать широкий круг превращений ТС, выделить типичные преобразования и набрать пакет сильных решений. Специфическим решательным инструментом служит система стандартов, при использовании которой реальная задача описывается терминами вепольного анализа, проводятся необходимые преобразования, и полученное типовое решение переводится обратно на реальный технический язык. Для решения задач, не сводимых к типовым, разработан универсальный решательный механизм, названный алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ). Современный АРИЗ прошел долгий путь развития - с 1968 года было исследовано более пятнадцати вариантов алгоритма. Последовательность решения задачи с помощью современной модификации АРИЗ следующая: задачу, подлежащую решению описывают, по возможности, без использования технических терминов, поскольку последние более, чем что-либо, фиксируют мысль решающего в русле готовых решений; при этом выделяют те элементы системы, которые при решении вступают в конфликт, образуют техническое противоречие (ТП); анализируют ресурсы всех видов, которыми располагают при решении данной задачи, - вещественные, энергетические, пространственные, временные, - и формируют ИКР, еще никак не определяя путей его достижения; ТП детализируют, выявляют физическое, т.е. самое глубинное противоречие, мешающее достигнуть ИКР, и с помощью специальных информационных фондов находят подходящее преобразование, снимающее противоречие. В случае, если в результате этих операций удовлетворительный ответ не был получен, пользуются предусмотренными АРИЗом циклическими процедурами - возврат к началу, уточнение или переформулировка модели задачи, выбор другой конфликтующей пары, поиск решения при других формулировках технического и физического противоречий. Заключительные шаги АРИЗа посвящены анализу решения, поиску более сильных решений и т.п. Поскольку АРИЗ предназначен для использования человеком, в него «вмонтированы» специальные механизмы преодоления психологической инерции - самого большого барьера на пути получения сильных решений.

Новые возможности, открываемые современным ТРИЗом, существенно повышают творческий потенциал пользователя, причем не только для разрешения проблем, но и для выявления новых задач, прогнозирования развития техники. Сделаны успешные попытки использовать ТРИЗ в качестве идеологии компьютеров пятого поколения.

Таким образом, можно констатировать, что в Советском Союзе создана мощная интеллектуальная технология решения задан и развития творческих способностей личности.

Литература

инженер изобретательский решение

1. Харитонович Д.Э. Изобретательство и ранние формы инженерной деятельности. // «Вопросы философии» 1985, №2, с. 91-102.

2. Абрамзон А.А. О научной методике // «Химия и жизнь», 1976, №12, с. 3-6.

3. Альтшуллер Г.С. Найти идею // Новосибирск, Наука, 1986.

4. Джонс Дж. Инженерное и художественное конструирование. // М.; Мир, 1976.

5. Эйлорат Т. Список контрольных вопросов. // «Изобретатель и рационализатор», 1970, №5.

6. Буш Г. Рождение изобретательских идей. // Рига, 1976.

7. Склобовский К.А. Исследование семейства взаимосвязанных процессов разделения гомогенных смесей методами ТРТС. // Доклад на конференции «ФСА и ТРИЗ», Петрозаводск, 1985.

8. Фрумкин Г.Т. Maximum maximorum/ «Химия и жизнь», 1976, Ml, с. 3-5.

9. Капустян В.М. Маханько Ю.А. Конструктору о конструировании атомной техники // М.: Атомиздат, 1981.

10. Альтшуллер Г.С., Шапиро Р.Б. Психология изобретательского творчества. «Вопросы психологии», 1956, 6, с. 37-49.

11. Альтшуллер Г.С. Основы изобретательства. // Воронеж, 1964.

12. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. // М.: Московский рабочий, 1973.

13. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. // М.: Советское радио, 1979.

14. Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара. // Петрозаводск, «Карелия», 1980.

15. Иваницкий Г.И. Пульсирующий процесс развития науки. // «Природа», 1982, №1, с. 14-21.

Размещено на Allbest.ru