книги / Методы и инструменты поиска инновационных решений

Введение понятия «основная операция» (под которой понимается сам процесс преобразования в отрыве от параметров на входе и выходе, т.е. от того, что преобразуется) представляет собой более высокий уровень абстрагирования и обобщения по сравнению с понятием «функция». Р. Коллер утверждает, что все функциональное многообразие ТС сводится к 12 парам противоположных основных операций.

При построении структуры элементарных функций анализируются несколько ТС с наиболее близкими общими функциями, поэтому может быть получено несколько вариантов структур элементарных функций. Путем перестановки основных операций, используя известные алгебраические (сложение, вычитание, умножение, деление и т.д.) и логические («и», «или», «не») действия, получают альтернативные структуры, отсеивая недопустимые структуры, противоречащие основным законам природы. Далее отбирают те структуры, которые существенно отличаются друг от друга.

2. Выбор физических эффектов (ФЭ) для реализации каж-

дой функции и принципиальных технических решений (качественное конструирование).

После разработки структуры элементарных функций она реализуется с помощью подбора одного или нескольких ФЭ, у которых наименования физических величин совпадают с наименованиями физических величин на входе и выходе элементарной функции и их носителей. Поиск ФЭ производится с помощью указателя ФЭ для соответствующей пары противоположных основных операций. При выборе физических эффектов Р. Коллер рекомендует рассмотреть возможно большее число вариантов физических идей для реализации каждой элементарной функции и каждой основной операции. Особое внимание при этом следует обращать на реализацию двух или более элементарных функций одним ФЭ. Все возможные реализации структур элементарных функций с помощью различных ФЭ сводятся в структуры ФЭ. Каждая такая структура еще называется физическим принципом действия ТС. Затем на основании анализа принципов действия осуществляется выбор наи-

61

более перспективных физических принципов действия для последующей проработки. Для этого рекомендуется использовать морфологический анализ.

Выбор носителей ФЭ осуществляется с помощью справочников по веществам и материалам. После выбора материалов проводится конструкторская проработка.

3. Разработка конструкторской документации заключает-

ся в подготовке технического и рабочего проекта (количественное конструирование). Таким образом, предложенная Р.Коллером последовательность операций позволяет перейти от постановки задачи к ее принципиальному решению.

К достоинствам метода можно отнести удачную организацию фонда ФЭ, удобную для поиска нового принципа действия ТС.

Недостатки метода. Отсутствие критериев для выбора наилучших вариантов среди множества возможных ведет к необходимости рассмотрения очень большего числа вариантов. Для большинства «основных операций» нет указателей ФЭ, отсутствуют также указатели химических, геометрических и биологических эффектов. Следует отметить и неоднозначность синтеза функциональной структуры, многовариантность действительности.

1.21. МЕТОД КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

Это метод систематизированного поиска решений с помощью специальных вопросов. Применяется в различных областях человеческой деятельности при решении несложных задач [28].

Цель метода – повысить эффективность поиска идей с помощью наводящих вопросов, заранее подготовленных на основе опыта решения сходных задач.

Специально подобранные вопросы, обобщающие опыт решения определенного класса задач, позволяют лучше уяснить проблему и условия ее решения, подсказывают возможные пути решения, помогают преодолевать психологическую инерцию. Вопросы подраз-

62

деляют на универсальные (для решения разнообразных задач) и специализированные (для решения конкретного класса задач).

План действий:

1.Уточнить проблему.

2.Подготовить или выбрать список контрольных вопросов, наиболее соответствующих характеру решаемой проблемы.

А. Рассмотреть некоторые или все вопросы, пытаясь использовать заложенную в них информацию для решения проблемы.

Б. Фиксировать все идеи и возникающие вопросы, для ответа на которые необходимо привлечь дополнительную информацию. При использовании этого метода как в индивидуальной работе, так

ипри коллективном обсуждении проблемы не следует работать с вопросником более 1,5–2 часов подряд.

Пример. Сеть ключевых вопросов Квинтиллиана

(Quintillianus), I в. н.э.

За прошедшие 20 веков к этому списку добавился вопрос «Сколько?».

Результат: перечни идей и направлений решения проблемы. Списки дополнительной информации, необходимой для последующей работы.

Достоинство. Самый простой метод решения задач. Недостатки. Решение только простых задач. Отсутствие внут-

ренних критериев для сравнения альтернативных вариантов.

63

1.22. МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ «МАЛЕНЬКИМИ ЧЕЛОВЕЧКАМИ»

Автор Г.С. Альтшуллер (СССР), 70-е гг. ХХ в. [4].

Метод моделирования «маленькими человечками» применяется в теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). При решении изобретательских задач этот метод применяется в тех случаях, когда изменения, которые должны происходить в процессе моделирования методом эмпатии (личной аналогии), выходят за пределы возможностей человеческого организма.

Цель – повысить эффективность поиска идей, используя не только психологическую активизацию творческого мышления, но и эвристический (поисковый) механизм решения задачи. Облегчить работу по алгоритму решения изобретательских задач. Метод позволяет представить конфликтующие требования в виде условного рисунка, на котором действует множество «маленьких человечков» (МЧ), и отчетливее увидеть идеальное действие – «что надо сделать», не задумываясь при этом, «как это сделать».

План действий:

1.Необходимо выделить часть объекта, которая не может выполнять требования задачи и представить эту часть в виде маленьких человечков.

2.Разделить человечков на группы, действующие (перемещающиеся) по условиям задачи.

3.Полученную модель надо рассмотреть и перестроить так, чтобы выполнялись конфликтующие действия:

а) используя метод моделирования «маленькими человечками», построить схему конфликта;

б) изменить изначальную схему так, чтобы «маленькие человечки» действовали, не вызывая конфликта;

в) перейти к технической схеме.

Должно быть как минимум два рисунка – исходное состояние

итребуемое. Человечков должно быть много, и они могут делать

64

все, даже самое фантастическое, самое невероятное. Позже найдется способ, как достичь того, что показали человечки.

Графически использование метода моделирования «маленькими человечками» представлено на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Метод моделирования «маленькими человечками»

Достоинства/недостатки. Такая модель сохраняет достоинства эмпатии, но не имеет присущих ей недостатков. Благодаря этому преодолевается психологическая инерция, форсируется работа воображения. При этом моделирование «маленькими человечками» осуществляется с опорой на объективные законы и закономерности развития системы.

65

1.23. МЕТОД ФОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

Метод фокальных объектов – метод поиска новых идей пу-

тем присоединения к исходному объекту свойств или признаков случайных объектов. Метод используется при поиске новых модификаций известных устройств и способов, в частности ТНП, создании рекламы товаров, а также для тренировки воображения [7].

Цель метода– совершенствование объекта за счет получения большого количества оригинальных модификаций объекта с неожиданными свойствами. Перенесение признаков случайно выбранных объектов на совершенствуемый объект, который лежит как бы в фокусе переноса и поэтому называется фокальным. Возникшие необычныесочетания стараются развитьпутем свободных ассоциаций.

План действий. Из условий задачи выделить объект (прототип), подлежащий усовершенствованию (фокальный объект – ФО), уточнить цель (рис. 1.16).

1.Выбрать 3–4 случайных объекта (открыв наугад каталог, книгу и т.п.).

2.Выписать для каждого из них несколько характерных признаков (свойств).

3.Полученные признаки перенести на прототип (ФО) – получить новые сочетания.

4.Новые сочетания развить путем свободных ассоциаций. Зафиксировать все интересные идеи.

5.Оценить новые идеи и отобрать наиболее эффективные

сточки зрения реализации. Сформулировать задачи на разработку новых модификаций объекта.

Результат: списки идей и предложений по новым модификациям объекта.

Достоинства:

– простота освоения и неограниченные возможности поиска новых подходов к проблеме;

– нешаблонность выдвигаемых идей;

– универсальность метода.

66

Рис. 1.16. Метод фокальных объектов

Недостатки:

–непригодность для решения сложных задач;

–методивсеегоразновидностидаюттолькопростыесочетания;

–отсутствие правил отбора и внутренних критериев оценки получаемых идей.

1.24. МЕТОД ЭВРИСТИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ

Эвристическими называют методы решения задач, которые противопоставляются формальным методам, опирающимся на точные математические модели. Понятие «эвристика» в переводе с греческого – отыскиваю, открываю. Эвристики сокращают время решения задач по сравнению с методом целенаправленного перебора альтернатив. Полученное решение не является наилучшим, а относится лишь к множеству допустимых решений [28].

Цель метода – найти улучшенное техническое решение путем логического анализа недостатков и их устранения или путем поиска и приспособления аналогичного решения в природе либо в другой области техники, или путем случайных изменений прототипа.

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

67

Когда изобретатель встречается с новой творческой инженерной задачей, то в первую очередь пытается ее решить с помощью изобретенного им способа. Если это не удается (поскольку встретился другой тип задачи), то изобретатель опять вынужден искать решение методом «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 творческой инженерной задачи называют эвристическими приемами, в которых содержится краткое предписание или указание, «как преобразовать» имеющийся прототип или «в каком направлении нужно искать», чтобы получить искомое решение. Эвристический прием обычно не содержит прямого однозначного указания, как преобразовать прототип. Опытные изобретатели обычно имеют свой индивидуальный набор (фонд) эвристических приемов.

Многие эвристические приемы могут быть успешно использованы в самых различных областях техники. Они со временем морально не стареют и оказываются полезными для других изобретателей. Именно на этих свойствах основывается метод эвристических приемов, который интегрирует в методически доступной форме опыт многих изобретателей.

Метод эвристических приемов основывается на межотраслевом фонде эвристических приемов. Этот фонд содержит описания 180 отдельных эвристических приемов (ЭП), которые разделены на

12 групп (табл. 1.1).

Технология метода. Выделяется шесть последовательных этапов в постановке и решении творческой инженерной задачи методом эвристических приемов:

1 этап. При использовании метода эвристических приемов можно ограничиться предварительной формулировкой задачи. Более глубокий и плодотворный поиск решения с помощью метода эвристических приемов осуществляют на основе уточненной постановки задачи.

68

2этап. Решение задачи начинается с выбора подходящих эвристических приемов. Исходной информацией для этого являются:

– конкретный прототип, который требуется улучшить;

– главный недостаток прототипа, который необходимо устранить;

– главное противоречие развития прототипа, которое требуется устранить.

Исходя из этой информации просматривают в таблице наименования групп эвристических приемов и отбирают (в основном интуитивно) наиболее подходящие группы. В каждой из этих групп просматривают все эвристические приемы, которые представляют интерес для рассматриваемой задачи. Если выбор групп эвристических приемов вызывает затруднения, то наиболее подходящие эвристические приемы отбирают путем просмотра всего фонда.

3этап. Преобразование прототипа начинают с помощью выбранных приемов. При этом фиксируют идеи улучшенных технических решений в виде короткого описания или (и) упрощенной схемы.

69

Следует заметить, что у межотраслевого фонда эвристических приемов есть одно сильное свойство, которое называем эвристической избыточностью. Отметим две разновидности этого свойства. Во-первых, многие задачи могут быть решены независимо разными эвристическими приемами. Во-вторых, одновременное использование двух и более эвристических приемов может приводить к их взаимному усилению, т.е. к облегчению нахождения улучшенного технического решения.

Таким образом, с помощью отдельных приемов и наборов эвристических приемов получают множество улучшенных допустимых технических решений. Если при этом не удается получить удовлетворительного улучшенного решения, то рекомендуется наиболее перспективный из найденных вариантов принять за прототип

иснова повторить его обработку с помощью подходящих эвристических приемов.

4 этап. Следует напомнить, что множество улучшенных допустимых технических решений получено только с учетом главного недостатка или главного противоречия развития. В дальнейшем эти решения используются как прототипы для поиска новых улучшенных технических решений, учитывающих другие недостатки

ипротиворечия развития. В результате получают новое множество улучшенных допустимых технических решений.

5 этап. Для найденных на 4-м этапе технических решений проводят анализ их совместимости со смежными и вышестоящими по иерархии техническими объектами. При этом составляют таблицы. Сопоставительный анализ результатов таких таблиц для разных улучшенных технических решений позволяет обоснованно выбрать наиболее эффективное из них. Для особо перспективных вариантов делаются попытки устранить нетерпимые отрицательные последствия. При этом могут быть использованы метод эвристических приемов или методы мозговой атаки.

6 этап. На 2–5-м этапах работа выполняется для всех прототипов, рекомендуемых в постановке задачи. В результате формируется достаточно полное множество улучшенных технических ре-

70