Основы теории решения изобретательских задач

ПРЕДИСЛОВИЕ

Краткая история методов изобретательства

«...Пусть человек пользуется прошедшими веками, как материалом, на котором возрастает будущее...».

Жан Гюйо

Потребность в изобретательстве была всегда у человечества.

Эта книга о том, как сделать процесс изобретательства более простым, как развить творческое мышление.

Истоки изобретательства уходят своими корнями в глубокую древность. По-видимому, начало изобретательства положил процесс очеловечивания наших далеких предков. Для добычи пищи и защиты первые «изобретатели» пользовались объектами, «изготовленными» природой: камни, палки и т.д. Поэтому первые «изобретения» были на применение известных в природе «устройств», веществ и способов по новому назначению. Изобретательность в те времена сводилась к наблюдательности и удачливости нашего дальнего предка.

Так, судоходство, скорее всего, началось с момента, когда человек заметил, что бревно, находящееся в воде, может поддерживать его на плаву. А судостроение ведёт начало с изобретения первого плота.

"Считают, что история судостроения и судоходства насчитывает 6000 лет! При этом говорят об использовании человеком плота, имеют в виду уже плот, скрепленный из нескольких бревен. Применение же необработанных стволов, с сучьями и ветками, в качестве плавучего средства для поиска пищи или преодоления пространства началось, по-видимому, значительно раньше"

^[10].

Первые попытки создать методику творчества, и в частности технического творчества, предпринимались еще в древней Греции.

Создатель первой логической системы в античный период Демокрит из Абдера (ок. 460 - 370 гг. до н. э.) строил ее преимущественно как логику индукции, особое внимание, обращая на аналогию. Правильность рассуждений он связывал с их свойствами:

"Видно, что рассуждение правильно, из того, что оно всегда открывает (нам) и оказывает содействие относительно будущего"

^[11].

Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.) видел цель науки в полном определении предмета. Он различал диалектические и аподиктические виды познания. Первые - "мнение", получаемое из опыта, вторые - достоверное знание. Опыт, по Аристотелю, не является последней инстанцией достоверности знания, ибо высшие принципы знания созерцаются умом непосредственно. Полное определение предмета достигается только путем соединения дедукции и индукции:

1. знание о каждом отдельном свойстве должно быть приобретено из опыта;

2. убеждение в том, что это свойство - существенное, должно быть доказано умозаключением особой логической формы - силлогизмом.

Основной принцип силлогизма выражает связь между родом, видом и единичной вещью, Аристотель понимал, как отражение связи следствия, причины и носителя причины^[12].

Древнегреческий ученый, математик и механик Архимед Сиракузский (ок. 287 - 212 гг. до н. э.) был автором многих технических решений. Происхождение термина "эврика" приписывают его восклицанию в момент открытия им гидростатического закона (heureka! - нашёл!). Он описывал и способы создания новых технических объектов из стандартных элементов. Известна его игрушка из 14 пластин слоновой кости различной конфигурации; с помощью транспонирования отдельных элементов можно создать множество фигур - шлем, кинжал, корабль и т. д.^[13]

Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар в своей философской поэме "О природе вещей" излагает учение греческого философа Эпикура, который предлагает получать различные объекты путем комбинирования составляющих их частей и присоединением других частей ^[14].

Эвристика - наука о творческом мышлении. Цель эвристики - исследовать правила и методы, ведущие к открытиям и изобретениям.

Английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон (ок. 1214 - 1292 гг.) видел основу всякого познания в опыте, который, по его представлениям, может быть двух видов: внутренний - мистический "озарение" и внешний. Бэкон предугадал ряд открытий, например, телефона, самодвижущихся повозок, летательных аппаратов и др. Он предсказал большое значение математики, без которой, по его мнению, не может существовать ни одна наука ^[15].

Знаменитый испанский ученый раннего средневековья Раймунд Луллий (ок. 1235 - 1315) разработал метод познания с помощью логических операций и изобрёл первую логическую машину. Свой метод он изложил в труде под названием "Великое Искусство". Основная идея метода заключалась в символическом обозначении различных понятий и последующем их комбинировании (сочетании) с целью получения новых знаний.

При этом Луллий исходил из принятого тогда убеждения, что в каждой области науки имеется небольшое число исходных понятий, с помощью которых выражаются бесспорные, самоочевидные положения, не нуждающиеся в аргументации и доказательствах. Из сочетания этих понятий и сформулированных с их помощью истин и возникает знание. В овладении этими сочетаниями и тем, что из них вытекает, и состоит истинная мудрость.

Его машина представляла собой систему тонких концентрических дисков, каждый из которых мог вращаться независимо от остальных. По краю каждого диска были нанесены обозначения элементарных понятий (понятий о свойствах объектов, из различных модификаций и отношений и др.); при вращении дисков на радиусах получались самые разнообразные сочетания данных понятий, которые затем можно было подвергать анализу^[16].

Английский философ и государственный деятель, лорд-канцлер Фрэнсис Бэкон (1561-1626 гг.) основой познания и творчества считал индукцию, опирающуюся на наблюдение, опыт, подчеркивая значение эксперимента. По словам Маркса, для Бэкона "Наука есть опытная наука, и состоит в применении рационального метода к чувственным данным"^[17].

Бэкон написал "Новый органон", который, по мнению автора, должен был заменить аристотелевский "Органон" и стать основой логики изобретений и открытий" ^[18].

Бэкон предложил создать научную организацию, которая бы действовала как коллективный орган. Её задача, как говорил он сам, заключалась в том, чтобы вооружить человечество орудием познания и действия - логикой "Нового органона". Бэкон дал науке новое направление развития и связал его с прогрессом материальной деятельности. Он, пожалуй, первый рассмотрел науку, с одной стороны, как систему научного знания, и, с другой стороны, как вид научной деятельности с его собственной организацией. Карл Маркс назвал Ф. Бэкона настоящим родоначальником "всей современной экспериментирующей науки" ^[19].

Французский философ и математик Рене Декарт (1596-1650 гг.) разрабатывал вопрос о методе познания. Как и Фрэнсис Бэкон, он видел конечную задачу знания в господстве человека над силами природы, в открытии и изобретении различных технических объектов и выявлении всевозможных причин и действий, в усовершенствовании природы. Однако он призывал сомневаться всем и во всем:

"... Я мыслю, следовательно, я существую..."

^[20]. Истинность знаний, по Декарту, может быть получена, если в качестве средств мышления будут использованы индукция и дедукция, руководствуясь при этом достоверным методом. Правила следуют из четырех требований, изложенных им в "Правилах для руководства ума":

1. допускать в качестве истинных только такие положения, которые представляются ясными и отчетливыми, не могут вызвать никаких сомнений в их истинности;

2. расчленять каждую сложную проблему на составляющие ее частные проблемы или задачи;

3. методически переходить от известного и доказанного к неизвестному и недоказанному;

4. не допускать никаких пропусков в логических звеньях исследования ^[21].

Нидерландский философ Бенедикт (Барух) Спиноза (1632-1677) был убеждён в том, весь мир представляет собой математическую систему и может быть до конца познан геометрическим способом. Он утверждал, что все вещи одушевлены, хотя и в различной степени. Но

"познавать всегда все ясно и отчетливо способен только человек"

^[22].

По мнению Спинозы, познание разделяется на три рода: чувственное, понимание и интуицию, а источник достоверной истины лежит в противопоставлении понимания чувственному познанию. Чувственное "телесное" познание - это все многообразие мира, которое мы можем видеть, слышать и воспринимать с помощью органов чувств и приборов. Чувственное познание, по мысли Спинозы, неадекватно отражает объекты и часто ведет к заблуждениям, хотя и содержит в себе элементы истины» Понимание состоит из рассудка и разума, интуиции же Спиноза представляет как фундамент достоверного знания ^[23].

Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716 гг.), известный немецкий философ, математик, физик, изобретатель, юрист, историк и языковед, полагал, что нужно свести все понятия к некоторым элементарным понятиям, образующим как бы алфавит, азбуку человеческих мыслей. Когда это удастся сделать, считал Лейбниц, станет возможным заменить обычные рассуждения оперированием со знаками. Правила такого оперирования должны однозначно определять последовательность выполнения действий над данными знаками. Таким образом, Лейбниц предполагал решать и творческие, в том числе и изобретательские задачи ^[24].

Одним из фундаментальных трудов по методике технического творчества является книга чешского математика и философа Бернарда Больцано (1781 - 1848 гг.) "Науковедение", четвертая часть, которой называется "Искусство изобретательства". В ней автор изложил методику изобретательства, включающую различные методы эвристические правила... Толчком для его работ послужили труды Г. Лейбница. В качестве первого правила для решения задачи Больцано предлагает определить ее цель и отсечь непродуктивные направления поисков. Далее анализируют известные знания и делают соответствующие выводы. Затем выдвигаются пробные предложения и гипотезы, пытаются решить задачу разными методами. При этом критически анализируются и оцениваются различные решения. Выбирают наиболее ценные из них. В книге Больцано содержатся специальные правила решения творческих задач. К изобретательским он относит: нахождение целенаправленных задач, выявление представлений, появившихся в подсознании, оценку их реальности, объема, аналогов, а также логические операции и приемы мышления. Он рассматривает различные виды умозаключений, наиболее частые ошибки и типы интеллектуальных задач ^[25].

Известный французский математик Жюль Анри Пуанкаре (1854-1912 гг.) помимо математики занимался и вопросами эвристической деятельности. В своих работах он придавал большое значение роли бессознательной деятельности мозга. Одним из примеров такого процесса Пуанкаре описывает процесс возникновения одного из своих открытий ^[26]. При этом Пуанкаре так же, как и Гелемгольц, одним из условий успеха бессознательной деятельности называл предшествующее всестороннее изучение проблемы и последующий отдых, в процессе которого чаще всего и появляются идеи ^[27].

Теорией эвристики в России занимался инженер-патентовед П.К.Энгельмейер. Он автор ряда работ по этой проблеме ^[28].

Он был твердо убежден в необходимости и возможности создания науки о творчестве и, в частности, об изобретательстве. По его инициативе в 20-х годах в России был создан Эврологический институт, в котором, изучалось в основном литературное и художественное творчество.

Исследованием творческого процесса занимался и академик В.М.Бехтерев, предложивший создать институт ("Пантеон мозга"), в котором изучались бы особенности творчества великих людей.

Одна из первых попыток создать общую теорию систем (теологию) осуществил А. А. Богданов ^[29]. Все приведенные выше работы в той или иной мере способствовали развитию и выявлению различных приемов и методов научно-технического творчества.

Первые работоспособные методы активизации творческого процесса начали появляться в конце 20-х годов XX столетия. К ним относятся метод фокальных объектов, предложенный немецким профессором Кунце (он назвал его "метод каталога") и усовершенствованный в 50-х американским ученым Чарльзом Вайтингом; мозговая атака (мозговой штурм), предложенная в 1939 г американцем Алексом Осборном; морфологический анализ, предложенный в 1942 г. швейцарским астрономом Фрицом Цвикки,синектика, разработанная американцем Уильямом Дж. Гордоном в 1952 году и др. ^[30]

Среди современных исследователей изобретательского творчества следует упомянуть американского ученого Д. Пойа, французского математика Жака Адамара (1865-1963 гг.), ученого из США Эдварда де Боно ^[31][9] и др.

В дальнейшем стлали появляться другие методики творчества, например, метод Тагучи (Taguchi)[10], QFD (Quality Function Deployment)[11], «6 Сигма (Six Sigma)», TQM (Total Quality Management) и некоторые другие методы.

Все эти методы успешно изучаются и сегодня на различных курсах. Они достаточно просты, изучение их не занимает много времени, и они дают свои практические результаты каждый в своем направлении.

Эти методы интенсифицируют перебор вариантов, позволяя получить большее количество идей в единицу времени. Они все используют традиционный метод проб и ошибок, который редко или случайно приводит к изобретательским решениям. В методе проб и ошибок, прежде всего, используется имеющийся у решателя опыт, который связан спсихологической инерцией.

Указанные методы не позволяют решать сложные изобретательские задачи.

Изобретательское решение получают путем выявления и разрешения противоречия, лежащего в глубине задачи. Таким образом, выявляется и устраняется первопричина проблемы. Тогда как при традиционном (шаблонном, рутинном) мышлении получают шаблонное решение, в котором всегда ищется компромисс, пытаясь незначительно улучшить одни параметры и невольно ухудшить другие. Поэтому главная разница между изобретательским и шаблонным мышлением состоит в том, что при изобретательском мышлении ищут противоречие, а при шаблонном – компромисс.

Изобретательская задача – сложная задача, для решения которой необходимо выявить и разрешить противоречие, лежащие в глубине задачи, т.е. выявить первопричину (корень проблемы) и устранить эту причину.

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) разработана Генрихом Альтшуллером. Она предназначена для решения изобретательских задач и формирования изобретательского мышления. Изобретательское мышление – это системное мышление, которое выявляет и разрешает противоречия, лежащие в глубине сложной проблемы (изобретательской задачи).

Разработкой ТРИЗ Альтшуллер начал заниматься со своим другом Рафаилом Шапиро в 1946 г. Первая работа по ТРИЗ была опубликована в 1956 г. ^[32] Первоначально друзья были уверены, что существует методика изобретательства. Они проанализировали всю имеющуюся в то время литературу, и нашли литературу только по психологи изобретательства, в которой исследовался метод проб и ошибок. Осознав неэффективность этого метода, в 1947 г. они приступили к анализу истории развития техники. Исследования показали, что техника развивается закономерно; эти закономерности можно познать и использовать при решении изобретательских задач. Так они пришли к выводу, что необходимо разрабатывать принципиально иную "методику изобретательства", которая должна основываться на объективных законов развития технических систем. Выявить эти законы можно систематическим анализом больших массивов патентной информации.

Так были сделаны первые выводы:

§ фундаментом будущей теории изобретательства должны стать законы развития технических систем;

§ для выявления законов развития техники необходимо анализировать патентный фонд.

Друзья проанализировали несколько тысяч изобретений и поняли, что для решения изобретательских задач необходимо выявить и разрешить техническое противоречие.

ТРИЗ позволяет не только решить сложные изобретательские задачи, но и прогнозировать развитие систем (в том числе технических), развить творческое мышление и многое другое, о чём Вы узнаете ниже.

ТРИЗ достаточно уникальна, постоянно развивается и усовершенствуется сотнями талантливых учеников Генриха Альтшуллера. Тысячи людей преподают ТРИЗ, а пользователей ТРИЗ во всём мире на сегодня трудно сосчитать. Как мы уже писали, создано ТРИЗ-движение.

Поэтому маловероятно, что какая-то другая теория сможет соперничать с ТРИЗ.

Случайность и научно-техническое творчество

«Всякая новая идея есть дар случая».

Гельвеций

Каждый из нас неоднократно слышал или читал о чудодейственной силе случая в рождении некоторых открытий или изобретений.

Архимед, купаясь в ванне, случайно открыл закон действия выталкивавшей силы на тело, погруженное в жидкость или газ. С криком "Эврика!" (нашёл!) он выскочил из ванны, позабыв обо всем на свете - настолько поразила его пришедшая в голову мысль.

Исаак Ньютон сидел под яблоней, как обычно, размышляя о законах мироздания. Вдруг с ветки сорвалось спелое яблоко и ударило ученого по голове (по другим вариантам легенды, оно упало рядом с Ньютоном). А почему яблоки падают вниз? Такая траектория падения кажется естественной, привычной, она никого не удивляет. Но всё же - почему не вверх или вбок? Так родилось гениальное открытие - закон всемирного тяготения.

Инженер Самюэль Броун, лежа под деревом, мучительно думал над решением порученной ему задачи - создать новый мост, оригинальной, очень разумной и выгодной конструкции. Ни одна интересная мысль не приходила в голову. И вдруг... перед собой он видит эскиз будущего моста - это паутина, натянутая между ветками. Так появилась идея висячего моста, до того неизвестная людям.

Голландец З. Янсон, оптических дел мастер, решил рассмотреть на свет одну линзу сквозь другую - нет ли изъянов шлифовки? И, о диво... колокольня далекой церквушки буквально "влезла" в окно его мастерской. Так случайно была найдена идея телескопа...

Французский физик Антуан Беккерель случайно открыл радиоактивность после того, как обнаружил засвеченную фотопластинку. Она была завернута в черную бумагу и лежала в шкафу рядом с урановой солью. Поскольку фотопластинка не подвергалась облучению солнцем, А. Беккерель сделал предположение, что уран испускает какие-то невидимые всепроникающие лучи...

Как-то в 1876 году немецкий химик К. Фальберг после работы в лаборатории отправился обедать. Все блюда, поданные к столу, почему-то имели сладкий привкус. Задумавшись над этой странностью, учёный вспомнил, что, выходя из лаборатории, не вымыл руки. После обеда, вернувшись в лабораторию, Фальберг сделал анализ содержимого в сосуде, куда выливал после опытов ненужные остатки. Исследуя эти отходы, он обнаружил сахарин - вещество в 500 раз слаще сахара.

В 1870 году Мариле случайно изобрел способ химической очистки ткани. Это случилось после того, как он вынул из бочки со скипидаром упавший туда загрязненный костюм рабочего.

Ричардсон опрокинул перекись водорода на гусиное перо и, таким образом изобрел способ обесцвечивания волос. Многие модницы так и не знают, кому обязаны за такой простой способ, позволяющий брюнетке стать блондинкой.

Француз Бернард Куртуа в 1811 году случайно получил йод. В 1838 году была изобретена вулканизированная резина - Чарлз Гудьир уронил на горячую плиту обвалянный в сере кусок каучука. Каучук, соединившись с серой, стал необыкновенно эластичным. Оплошность химика открыла возможность для изготовления резины, широко используемой в промышленности.

Согласно некоторым источникам, даже электродвигатель появился случайно благодаря ошибке электромонтера. На Венской международной выставке в 1873 году при установке динамомашины он перепутал провода и присоединил их наоборот. Машина заработала как двигатель. Видимо, рассказчики не были осведомлены, что в 1838 году электродвигатель русского ученого Якоби приводил в движение шлюпку на Неве.

Французский врач Шарль Николь утверждал, что открытие дифтерии и тифа, которые он изучал, являются результатом чистого случая.

Один из основателей кристаллографии Рене Жюст Аюи как-то уронил кусок полевого шпата. Внимательно рассматривая расколовшиеся куски, Аюи заметил на гранях их излома кристаллические формы. Разбивая теперь уже сознательно другие минералы и изучая их строение, ученый открыл закон симметрии в кристаллах.

Алхимик Бранд в 1674 году при попытке получить из человеческого волоса жидкость для превращения серебра в золото открыл фосфор.

Английский изобретатель Бессемер решил усовершенствовать процесс получения стали из чугуна. Сталь тогда получали, перемешивая размягченный чугун обугленной деревянной мешалкой: в наружных слоях перемешиваемой массы углерод постепенно выгорал. Процесс был трудоемкий и медленный. Бессемер решил заменить громоздкую мешалку паром, который, поднимаясь со дна печи, перемешивал бы чугун. Первые опыты показали, что пар замораживает чугун. Действительно, по сравнению с расплавленным чугуном пар чрезвычайно холоден... Пытаясь усовершенствовать свой метод, Бессемер однажды пропустил сквозь чугун не пар, а холодный воздух. Казалось, чугун сразу застынет - но на самом деле произошла бурная реакция: кислород продуваемого воздуха реагировал с углеродом, выделялось много тепла, реакция шла с огромной скоростью.

Джеймсу Уатту вид кипящего чайника "подсказал" идею паровой машины, Флеменгу случай помог открыть пенициллин, а Гальвани в опытах с лягушками...

Случайности, случайности... Не слишком ли их много? Попробуем разобраться, так ли случайны эти открытия...

Напомним сначала читателям ситуацию, предшествующую открытию Архимеда.

Сиракузский царь Гиерон поручил мастерам-ювелирам изготовить золотую корону, но заподозрил, что к золоту подмешано более дешёвое и лёгкое серебро. Проверить свое подозрение он поручил Архимеду. Вычислить плотность короны - задача элементарная; масса короны известна - но как узнать её объём? Именно эту задачу Архимед обдумывал, готовясь принять ванну. Увидев выплеснувшуюся воду, он внезапно понял, что погруженное в неё тело вытеснит точно такой объём жидкости, какой занимает само.

Не только это, но и большинство "случайных" открытий были сделаны учеными, инженерами, изобретателями, упорно работавшими в своей области, накопившими много знаний о предмете своих исследований. Действительно, висячий мост изобрел инженер, долго размышлявший над этой проблемой, а сахарин - химик. Во всех приведенных нами примерах открытия и изобретения сделаны опытными специалистами. Иными словами, открытие, изобретение явилось не случайно, не волею судьбы, а в итоге целеустремленного мыслительного труда. И если какие-то случайности действительно имели место, то они лишь ускоряли ход мысли ученого, а вовсе не послужили основой открытия. И потом, "подсказку", помощь случайности тоже надо уметь понять и уловить. А для этого нужен зоркий глаз, терпение, настойчивость, упорство и трудолюбие, то есть качества, присущие подлинным творцам. Луи Пастер сказал как-то, что случай "не всякому помогает... Судьба одаривает только подготовленные умы" ^[33].

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ТРИЗ

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) разработана советским ученым Генрихом Альтшуллером ^{[34] [35][36] [37] [38] [39] [40] [41] [42]}. Первая работа по ТРИЗ была опубликована в 1956 г.^[43]. Основная суть ТРИЗ — выявление и использование законов, закономерностей и тенденций развития технических систем.

Функции ТРИЗ

Опишем подробнее основные функции ТРИЗ:

1. Решение творческих и изобретательских задач любой сложности и направленности без перебора вариантов.

2. Прогнозирование развития технических систем (ТС) и получение перспективных решений (в том числе и принципиально новых).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: