Хмельницький національний університет
Кафедра теорії та методики трудового і професійного навчання
Теорія прийняття інженерних рішень
Тема 1. Загальні відомості про наукову і технічну творчість. Психологічна активація творчості.
Ознаки та види наукової і технічної творчості.
Підходи до пошуку нових технічних рішень.
Рівні творчості.
Мета курсу «Теорія прийняття інженерних рішень».
Психологічні особливості науково-технічної творчості.
Психологічна інерція.
Психологічні прийоми активізації творчості.
Література:
В енциклопедичному словнику Гранта сказано, що слово «інженер» походить від латинського слова ingenium (дотепний винахід), тобто людина, здатна винаходити. А термін «винахід» етимологічний словник української мови пояснює як похідне від слова «найти». І пояснює його як створення чогось нового, раніше невідомого, у будь-якій галузі людської діяльності: у техніці, науці, мистецтві, медицині, організації праці, суспільстві тощо. І з цього загальнолюдського поняття винаходу і слід виходити при вивченні методів та прийомів творчості, оскільки принципи пошуку нового у різних галузях дуже близькі.
Історія виникнення та розвитку людства - це перш за все історія винаходу, створення і удосконалення різних виробів і технологій. Систематичне використання і обробка нашими предками каменю і палиці, започатковані біля мільйону років тому; технологія добування та використання вогню, яка виникла 100 тисяч років тому; лук і стріли з кремнієвими наконечниками, які і з'явились біля 10 тисяч років тому; віз з колесами, виплавка бронзи, водяне колесо, токарний верстат, скрипка, парова машина, електрика, пластмаса, телевізор, обчислювальна машина, космічний апарат, штучне серце і ще надзвичайно багато іншого - все це результати дивного, важкого й величного процесу, який називається творчістю. [1].
Що ж таке творчість? В найбільш загальній формі це створення «якісно нових матеріальних та духовних цінностей», як сказано в останньому виданні «Філософського словника». Новизна - ось що відрізняє творчість від ремесла. Творець не може не володіти усіма секретами і навиками свого ремесла, а ремісник може і не бути творцем, може весь вік йти протоптаним шляхом.
Творчість - це найвищий рід людської діяльності. «Цель творчества - самоотдача, а не шумиха, не успех» - ці слова Пастернака надзвичайно точно виражають суть творчості. Шум, успіх є другорядними мотивами творчості. Не досягнувши успіху, творець знаходить втіху в тому, що його зрозуміють нащадки. А метою творчості дійсно є самовіддача.
А що ж таке «самовіддача»? Самовираження. В це поняття входить все: і звільнення від внутрішніх конфліктів, які є у багатьох, і бажання реалізувати свій дар, який часто помічається ще в юності, і радісна гра, і бажання відгукнутися на вимоги того суспільства, до якого належить творець, і задоволення своєї цікавості у пізнанні навколишнього середовища і себе.
Ознаки та види наукової і технічної творчості.
Предмети, процеси, рішення, ідеї і теорії можуть називатися творчими в тому випадку, коли вони володіють 3-ма основними ознаками [2]:
1) єдині в своєму роді, тобто нові;
2) корисні, як, наприклад, різні промислові вироби або цінні, ЯК, наприклад, витвори мистецтва;
3) витончені, тобто вносять простоту там, де раніше була складність; нові, але складні вирішення простих завдань не можна називати творчими.
Для творчих вирішень характерно також створення нових співвідношень. Не зв'язані раніше між собою елементи при об'єднанні часто дають новий, єдиний в своєму роді ефект.
Розрізняють наукову, науково-технічну та технічну творчість [6,16].
Наукова творчість задовольняє потреби пізнання навколишнього світу, тобто це творчість у фундаментальних науках, результатом яких є відкриття.
Відкриття - це встановлення невідомих раніш об'єктивно існуючих закономірностей, властивостей і явищ матеріального світу,які вносять докорінні зміни на рівень пізнання.
Науково-технічна творчість полягає в дослідженні закономірностей відомих явищ з метою використання їх на практиці. В основі цього виду творчості лежать прикладні науки, різного роду галузеві дослідження, в результаті яких розробляються нові технічні та технологічні рішення. Результатом даного виду творчої Діяльності є переважно складні винаходи.
Винахід - це результат творчої діяльності людини у будь-якій галузі техніки та технології, який має національну або світову новизну.
Об'єктом винаходу може бути новий пристрій, спосіб, речовина, а також застосування раніше відомих пристроїв, способів, речовин за новим призначенням.
Технічна творчість реалізується в результаті інженерної діяльності, яка спрямована на розробку нових технічних рішень на основі відомих закономірностей. Результатом технічної творчості є прості винаходи, раціоналізаторські пропозиції та конструкторські розробки.
Раціоналізаторська пропозиція - це технічне рішення, яке є новим і корисним для підприємства, організації чи установи, якому воно подано. Воно передбачає зміну в технології виробництва, конструкції виробів, застосування техніки чи складу матеріалу.
З визначень ясно, що основною ознакою, яка відрізняє одну форму творчості від іншої, є рівень новизни отриманого рішення.
Науково-технічні революції зобов'язані своїм виникненням творчості. Цілком очевидно, що у ході промислових революцій рушійною силою є техніка. Діяльність інженерів відіграла виключно важливу роль у минулому, а ще більшу роль повинна відігравати тепер і в майбутньому.
Досягнення науки і техніки нині достатні для того, щоб людина жила в умовах достатку, займалася цікавою і корисною справою, милувалася красою світу, задовольняла свої зростаючі духовні потреби, була щасливою. Науково-технічна революція відкриває нечувані перспективи використання досягнень людського розуму на добро і щастя. Але ці ж досягнення, якщо їх використовувати на зло, здатні привести наш світ до катастрофи.
Нині важливою проблемою є не те, як будувати мости через великі ріки, а як боротися з забрудненням цих рік;
- не як будувати великі міста, а як знищити хащі і дати кожній сім'ї нормальну квартиру;
- не як винаходити нові види зброї, а як уникнути застосування існуючої зброї;
- як створити у великих масштабах чисті і безпечні джерела енергії, оскільки людству потрібно тепер для задоволення своїх потреб і для розвитку слаборозвинутих країн в 5-6 разів більше енергії, порівняно з тією, що виробляється в світі;
- як створити високопродуктивні дешеві компактні системи виробництва продуктів харчування, тому що дві третини населення земної кулі відчуває гостру нестачу продуктів;
- як забезпечити все зростаючі потреби у питній воді;
- як боротися з забрудненням повітря промисловими викидами;
- як забезпечити належну якість транспорту і зв'язку, оскільки існуючі засоби вже не справляються з навантаженням на них тощо.
Як видно з перерахованого, перед технікою, як і раніше, стоїть висока мета, але вона ставить нові вимоги до людей, які обрали техніку своєю спеціальністю.
Нині для досягнення цієї високої мети вимагається значно більше знати й брати до уваги соціальні, політичні і економічні аспекти проблем, які розв'язуються.
Навчання основам технічної творчості помітно підвищує творчий потенціал кожної людини. Звичайно, в обдарованих людей він буде вищим порівняно з людьми зі слабкими природними задатками при однаковому навчанні, але і ті й інші можуть вирішувати досить широке коло творчих завдань.
Підходи до пошуку нових технічних рішень.
Розв'язування технічних задач передбачає використання відомих знань з підручників, довідників, монографій, статей та іншої технічної літератури при створенні тих або інших технічних систем. Іншими словами вирішення технічних задач допомагає в якісному змінюванні техніки.
Для якісного змінювання техніки необхідне розв'язування винахідницьких задач, тобто таких задач, вирішення яких ще не зафіксовано в технічній літературі, не втілених у відомих кваліфікованому спеціалісту правилах, рекомендаціях, засобах. Існує два підходи до пошуку нових технічних рішень:
1) винахідницький, метою котрого є отримання патентоздатних рішень на високому рівні, які відповідають прогресивним тенденціям розвитку техніки;
2) інженерний, метою котрого є розробка проекту з оптимальними умовами його впровадження на конкретних підприємствах, при якому пошук патентоздатних рішень хоча і передбачається, але зовсім не обов'язковий.
Різниця у постановці мети призводить до окремої побудови самого процесу пошуку.
При винахідницькому підході необхідно у відповідності до законів розвитку науки та техніки і з урахуванням економічних показників отримати рішення на якісно високому (світовому) рівні.
При інженерному підході необхідне врахування кількісних показників, часу, місця та умов запровадження рішень, а не отримування рішень якомога вищого рівня.
При винахідницькому підході перебір варіантів намагаються звести до мінімуму, розв'язання здійснюється за суворими формальними правилами, а отримують при цьому рішення високих рівнів з високою економічною ефективністю, але не завжди підкріплених наявними ресурсами на підприємстві.
При інженерному підході перебір варіантів завжди обов'язковий для пошуку вирішень, які орієнтовані на наявні ресурси підприємства, але при цьому не отримують сильних рішень.
Пріоритет інженерного підходу привів до того, що рішення високих рівнів, які вимагають певних зусиль та знань зі сторони керівництва підрозділів і підприємства, часто залишаються не реалізованими. І це породило в інженерному середовищі песимізм і небажання застосовувати знання для пошуку нових творчих вирішень високих рівнів, оскільки такий пошук ніяк не стимулюється.
Тому у вузі майбутнього фахівця необхідно навчати винахідницькому підходу, щоб озброїти його навичками пошуку нових творчих рішень високих рівнів, не зв'язуючи його конкретними умовами конкретного підприємства. Тільки так можна вирватися із хронічного відставання у створенні нової техніки та технологій.
У зв'язку з переходом підприємств на ринковий шлях розвитку і конверсією слід здійснити різке підвищення рівня компетентності та професіоналізму керівників, технологів, конструкторів, дизайнерів, економістів. Від них сьогодні вимагається створювати і передавати у виробництво лише такі розробки, що є конкурентоспроможними на світовому рівні або перевищують його. В умовах ринкових відносин вже не можна марнувати час і працю високооплачуваних спеціалістів при створенні та проектуванні таких розробок методом спроб і помилок. Тому особливого значення набуває вивчення та використання сучасних методів активізації пошуку нових технічних вирішень і проектування.
На жаль, майбутнього інженера у вузі вчать лише тому, що вже відомо, що здобуто поколіннями творців техніки. А принципи пошуку нового, принципи розв'язування технічних завдань на високому рівні, що для інженера є справою всього його життя, залишаються за межами вузівських програм. Лише потім, набиваючи синяки та гулі, ціною багатьох помилок, розчарувань, нерідко трагедій, інженер пізнає цю науку самостійно і не завжди вдало. А в результаті втрачаються час і пріоритет, затягуються отроки появи нових технічних вирішень. їх кількість і якість не задовольняють нашого поступального руху вперед. Звідси і невиправдані витрати ресурсів, які доводиться виділяти на придбання і освоєння закордонної техніки. Словом, за невміння ми розраховуємося втраченими роками, мільярдними коштами, низьким міжнародним престижем.
Рівні творчості.
Творчі задачі бувають різними і їх потрібно відрізняти за ступенем труднощів. У відповідності з цим винахідницькі задачі умовмо розділяють на 5 рівнів (класів), а творчий процес розв'язання задач поділяється на 6 стадій, кожна з яких може бути пройдена не одному із 5 рівнів [21].
Перший рівень складають незначні удосконалення вже відомих технічних систем. На першому рівні задача і засоби її розв'язування лежать в межах однієї професії (одного розділу галузі). Наприклад, в а.с.1116239 для надійної фіксації кінця пружини запропоновано заливати його в місці кріплення легкоплавким металом. За а.с.854711, колоди, які сплавляють водою, необхідно покривати з торців пінопластом, щоб вони не всмоктували воду. Ідею винаходу 1-го рівня можна знайти, розглянувши лише декілька варіантів (не більше 10), і таких винаходів нараховується біля 32% патентного фонду. Винаходити на першому рівні дуже просто. Розв'яжемо задачу.
Задача 1.1. Як очистити від металевого пилу абразивні круги, якими шліфують стальні деталі?
Механічними скребками пил не візьмеш, але може допомогти магніт. Дійсно, сильне магнітне поле швидко очистить шліфувальний круг від пилу. На цей спосіб видано а.с.662331 [22].
Другий рівень - це винаходи, в яких проста технічна суперечність усувається відомими в даній галузі техніки способами. Наприклад, машинобудівна задача розв'язується способом, вже відомим у машинобудуванні, але в іншій його галузі. При цьому частково змінюється один з елементів системи.
В а.с.715406 запропоновано робити дно в приймальній камері овочесховища на пружинах змінної жорсткості. Картопля тепер не буде падати з висоти, а буде плавно опускатись разом з дном в міру заповнення камери.
В задачі спостерігалась суперечність: щоб картопля не билася, сховище потрібно робити мілким, але при цьому воно маломістке. Зробили рухливе дно - і суперечність зникла.
Задачі другого рівня звичайно вимагають перебору декількох десятків варіантів. І зробити це під силу будь-якому грамотному спеціалісту. Таких винаходів - 45%.
Винаходи перших двох рівнів найбільш численні - вони складають приблизно 77% патентного фонду.
Третій рівень складають винаходи, в яких суперечність усувається шляхом повної зміни одного з елементів системи способом, відомим в межах однієї науки, хоча і в різних галузях техніки (механічна задача розв'язується механічно). Ціна такого винаходу - сотні варіантів розв'язків, сотні порожніх спроб. Наприклад, заміна чорнила в авторучках на густу пасту усунула небезпеку чорнильних плям, які, як відомо, потрапляють на найважливіші папери і в найбільш невдалий час. Кулькова ручка - типовий винахід третього рівня.
До третього рівня можна віднести винаходи за а.с.1712499 та 1712500, зроблені у співавторстві зі студентами Технологічного університету Поділля, в яких прання і віджимання білизни відбуваються в одному конічному вертикальному барабані під дією відцентрових сил і гідроудару.
Винаходів третього рівня -19%, а число спроб при розв'язанні декілька сотень.
Четвертий рівень винаходів - це крупні ідеї, на основі яких створюються нові технічні системи. Причому, розв'язок слід шукати не в техніці, а в науці, використовуючи фізичні ефекти і явища. Наприклад, російський революціонер і винахідник К.Шиловський, перебуваючи в еміграції у Франції, в 1914 році запропонував схему гідролокатора, названого ним в патенті „абсолютним акустичним лагом». Разом з Полем Ланжевеном він побудував діючу модель локатора з генератором і приймачем ультразвукових коливань. Вимірювали відстань до дна і раніше, але за допомогою вантажу й мотузки. Тепер їх замінив ультразвук. З'явилася цілком нова технічна система.
В легкій промисловості до винаходів четвертого рівня можна Віднести використання лазерного променя, мікроплазмового струмення і тонкого водяного струменя високого тиску для розкрою матеріалів, так званий манекенний спосіб виготовлення одягу наплавленням матеріалу та ін.
Винаходи четвертого рівня складають 3,7%, а число спроб і може досягати кількох тисяч.
П'ятий рівень - це винаходи, які виникають безпосередньо за новими відкриттями. При цьому, як правило, створюється нова галузь техніки. Таких винаходів всього 0,3% , а число спроб може досягати десятків тисяч (до 100 тисяч).
Передача О.С.Поповим 7 травня 1895 року першої у світі радіограми „Генріх Герц» була першим кроком новонародженого винаходу п'ятого рівня. Цей день вважається днем народження радіо (Марконі запатентував у 1897р.). До п'ятого рівня можна віднести винахід автомобіля, літака, ЕОМ, лазера, електроіскрової обробки металів та ін. В історії техніки не багато великих винаходів революційного характеру: дослідники називають всього 150-200 таких винаходів [23]. Це зв'язано з високою трудомісткістю задач високих рівнів, ціна яких може складати десятки і сотні тисяч спроб. Немає одного винаходу трудомісткістю 100 тисяч спроб, але винаходи, які вимагають такої кількості спроб, тим не менше, робляться. Тут еволюція пішла випробуваним шляхом: не зумівши створити механізму мислення і особливих прийомів для задач вищих рівнів, створена надійна система з ненадійних елементів. Поле в 100 тисяч спроб з надлишком перекривається тисячами ділянок по 300 спроб. Так, до речі, працював Едісон. Він знаходив розв'язки задач четвертого рівня шляхом величезного числа спроб не поодинці, а за допомогою великого колективу своїх співробітників. Наприклад, йому довелося поставити 50 тис. дослідів, щоб винайти лужний акумулятор.
Необхідно відзначити, що на протязі практично всієї багатовікової історії технічної творчості винахідники йшли до мети старим малопродуктивним методом „спроб і помилок», суть якого полягає в переборі (часто в безсистемному, випадковому) можливих варіантів розв'язків. Винахідник уявно задавав собі запитання: „А що, якщо зробити так? Або так?» і т.д. При чому, чим складніша задача, тим більше можливих варіантів її розв'язків, тим більше спроб потрібно здійснити.
Головні недоліки методу спроб та помилок [3]:
1) повільне генерування нових ідей;
2) відсутність захисту від психологічної інерції.
Іншими словами, задачі вищих рівнів розв'язуються послідовними зусиллями багатьох людей, тобто методом „естафети». І як не парадоксально, але розв'язати задачу тим легше, чим більша кількість людей безуспішно намагалася це зробити. Бо кожна невдала спроба - це додаткова інформація, яка допомагає краще зрозуміти задачу й звузити поле пошуків. Тут важливий ступінь підготовки й широта ерудиції інженера. На фініші хтось робить останній ривок, тим же методом спроб і помилок і знаходить вирішення.
Але метод спроб і помилок й побудована на ньому організація творчої праці прийшли у суперечність з вимогами науково-технічної революції, оскільки вона вимагає розв'язання задач вищих рівнів у короткі строки. При цьому важливо вміти швидко звужувати пошукове поле, перетворюючи «важку» задачу в «легку». При цьому результат розв'язування задачі (винахід) оцінюються суспільством як творче рішення високого рівня, а сам процес вирішення фактично проходить на нижчому рівні, як розв'язання задачі за стандартною формулою. Знання сучасних методик науково-технічної творчості озброює винахідника формулами, за допомогою яких можна отримати нові оригінальні сильні технічні рішення.
Мета курсу «Теорія прийняття інженерних рішень».
Запропонований курс покликаний дати знання і прищепити навики в постановці і розв'язуванні творчих інженерних (технічних) задач. Творчі технічні задачі характеризуються двома основними ознаками: невизначеним полем пошуку і багатоваріантністю вирішень. І це робить їх незрівнянно важчими від рутинних задач, які відзначаються, як правило, чітко поставленою метою, методом або способом розв'язання, навчальним прикладом та відомим результатом розв'язку.
Коли в кінці XIX століття стало ясно, що нові наукові, науково-технічні та технічні ідеї складають основне багатство країни, в значній мірі визначають її економічний, культурний та військовий потенціал, у промислово розвинутих країнах розпочалися активні пошуки шляхів інтенсифікації притоку нових ідей досить високого рівня. Спроби збільшити загальну кількість спеціалістів привели до помітного спаду продуктивності інтелектуальної праці, а не до розширення зони пошуку талантів. Метод „викрадення мізків», тобто переманювання провідних спеціалістів та вчених з інших країн, швидко вичерпав себе. Потрібен був принципово інший підхід до розв'язання проблеми, і у 40-х роках XX століття почалася розробка методик інтенсифікації творчого процесу і, в першу чергу, з урахуванням особливостей розв'язання технічних задач [3].
Тому й існує досить багато різних методик розв'язування творчих завдань. Так, найбільш відомих методик технічної творчості до теперішнього часу створено більше 50, але не всі вони однаково корисні [4,5,6].
В цьому курсі будуть вивчені деякі найбільш популярні та дійові методи активізації творчого пошуку і вирішення інженерних завдань в сучасних умовах. Найбільшу увагу буде приділено теорії розв'язування винахідницьких задач (ТРВЗ) і функціонально-вартісному аналізу (ФВА).
Вміння користуватися цими методиками дозволяє плідно і результативно творити, думати не тривіально, без оглядки на існуючі конструкції і звичні технологічні процеси, а це завжди важко.
Тут доречно навести слова стародавнього китайського філософа Конфуція: „Три шляхи у людини щоб розумно діяти:
- перший, найблагородніший - роздумування;
- другий, найлегший - наслідування;
- третій, найгірший - досвід».
Психологічні особливості науково-технічної творчості.
Психологи вважають специфічним для інтелектуальної творчості явище інсайту, тобто миттєвого осяяння, схоплювання елементів ситуації у тих зв'язках і відносинах, які гарантують розв'язок задач. Але це тільки уявна, видима сторона процесу творчості. Наполеон, наприклад, казав, що „натхнення - це швидко вроблений розрахунок».
Мислення людини можна умовно розділити на логічне та інтуїтивно-практичне. За сучасними науковими дослідженнями, за творчість відповідає права півкуля мозку, яка відає підсвідомістю, образами, формами й структурами, орієнтацією в просторі. А ліва півкуля мозку дає завдання правій, а вже потім, після творчої роботи підсвідомості, відбирає, оцінює, та оформлює ідеї свідомо. В реальному творчому процесі обидва види мислення завжди взаємодіють в діалектичному єднанні. Інтуїція винахідника не виявляється, поки в нього в мозку не утворилась модель проблемної ситуації. Їй передують нерідко довгі й напружені роздуми, пошуки та спроби. Інтуїція - це нагорода за невтомне усвідомлено-логічне і підсвідоме мислення [12]. Розв'язання будь-якої творчої задачі полягає в тому, що перед нашим розумом виникають запитання. Відповідь на кожне запитання служить відправною точкою для наступного. Нерідко ці запитання сприймаються людиною як найбільш плідний метод мислення.
«Мислити - це значить розмовляти з собою..., чути себе самого14, - говорить Кант. «Для доведення необхідні дві особи, - розвиває цю думку Фейєрбах, - мислитель роздвоюється під час доведення, він самому собі заперечує, і лише коли думка досліджена і переборола суперечність сама з собою, вона виявляється доведеною …»
Сумніватись у самому собі - найвище мистецтво й сила. Цього мистецтва досягає будь-який винахідник нових цінностей, бо він відчуває інстинктивно, що в діалозі, у протиборстві з самим собою народжується істина.
Нерідко буває так, що вчений чи винахідник, ледве розпочавши розповідати колезі про свою ідею, не почувши думку співрозмовника про цю проблему, вже знає, чи правий він сам, чи помилився: подана в словах невиразна ідея приймає яскравий обрис.
Правило: немає кращого засобу знайти оцінку думки, ніж вислухати самого себе, свою мову, звернену до співрозмовника.
Збираючи матеріал для своєї книги про психологію винаходів у математиці, французький вчений Ж.Адамар надіслав багатьом вченим анкету з питаннями про мову і мислення. А.Енштейн відповів, що слова, написані або виголошені, не грають, мабуть, ніякої ролі у механіці його мислення. Психологічними елементами мислення є деякі більш чи менш ясні знаки й образи. Слова й інші знаки з'являються тоді, коли думку треба було передати іншим. У Ж.Адамара й інших було те ж саме.
Звідси правило: щоб полегшити роботу підсвідомості у правій півкулі мозку, необхідно здійснювану роботу виконувати у вигляді схем, малюнків, образів. Так говорить сучасна наука [12].
Коли ви думаєте про ту чи іншу конструкцію, про зміну технологічного процесу, намагайтесь уявити їх собі просторово або у відповідних графічних формах. Невміння просторово чи графічно уявляти собі задуманий винахід звичайно приводить до невдачі. Уява про конструкцію чи механізм, які ви робите, у багатьох випадках є недопрацьованою, не до кінця зрозумілою. Зафіксувавши їх на папері, ви зможете побачити свої помилки, слабкі місця. Конструктор думає олівцем, а працює гумкою.
Графічне зображення предмета вимагає побачити його таким, яким він є в дійсності. А це сильно розвиває сприйняття. Багато людей, дуже далеких від мистецтва, розповідають, що уроки малювання допомогли їм розширити свої знання про навколишній світ.
Творчі здібності людини можуть бути умовно розділені на три групи, які пов'язані відповідно [13]:
- з особистою мотивацією (інтереси та покликання);
- з темпераментом (емоційністю);
- з власне розумовими здібностями.
Характеристика останніх викликає особливий інтерес, оскільки вони типові для всіх.
Здатність до нового погляду характеризує вміння побачити незручне в зручному, чи навпаки, відоме в новому. Така свіжість погляду, пильність у пошуках проблем виражена, очевидно, в якості мислення вчених, винахідників, дослідників та художників.
Здатність до згортання інформації, тобто до заміни декількох понять одним узагальненим, згортання ланцюга роздумів в одну розумову операцію, здатність бачити дійсність цілком, а не дробити її на окремі частини, вміння відокремлювати схожі образи в цілому, не звертаючи уваги на їх індивідуальні відмінності, - одна з важливих властивостей творчої особистості.
Гнучкість мислення - це здатність легко й швидко переходити уявно від одних явищ до інших, далеких за змістом. Гнучкість мислення формує вміння вчасно відмовитись від невірної гіпотези.
Бокове мислення (як і бокове бачення водія) - здатність до широкого розподілу уваги, у тому числі мислення „навколо» проблеми.
Очевидно, не вимагають детальної характеристики такі розумові здібності, як швидкість і яскравість мови, готовність пам'яті зафіксувати, а потім видати вчасно інформацію, здатність до переносу досвіду, оцінки, передбачення. Опис цих та інших здібностей приведено, наприклад, у книзі [14]. В ній, крім того, перераховані притаманні людині внутрішні бар'єри, які заважають творчому процесу - все те, що називають психологічною інерцією.
Психологічна інерція.
У кожного творця є багато ворогів. Один з найгрізніших - психологічна інерція. Психологічна інерція - це схильність до якогось конкретного методу і образу мислення при вирішенні задачі, ігнорування усіх можливостей, окрім єдиної, яка зустрілась на самому початку.
Психологічна інерція гальмує творчий процес, є протилежністю творчого уявлення, фантазії, і включає в себе відсутність гнучкості, силу звички, вузькопрактичний підхід, боязнь критики, вплив авторитетів та інших факторів, які заважають творчому мисленню. Проведемо невеличкий тест. Спробуйте пробігти очима наступні запитання, на секунду затриматися і відповісти на них:
- чому дорівнює одиниця у квадраті?
- чому дорівнює два у квадраті?
- чому дорівнює чотири у квадраті?
- чому дорівнює кут у квадраті?
Так, невеличка заминка. Ну звичайно, кут у квадраті дорівнює 90 градусів. Скільки секунд пішло на пошук відповіді? Якщо 2...3, то ви чудово переключаєтесь. Якщо більше, то схоже, ваші знання штовхають вас йти уторованою доріжкою, що для винахідника не дуже добре. Це бар'єр звички вираховувати.
Цей же бар'єр не дозволяє швидко і правильно розв'язати таку задачу:
Задача 2.1. На стовп висотою 10 м повзе равлик, причому вдень він піднімається на 5 м вгору, а вночі опускається на 4 м донизу, запитується, коли він добереться до вершини стовпа?
Звичка вираховувати приводить до того, що кожну добу равлик піднімається доверху на 1 м, тому вершини він досягне на 10 добу.
Психологічна інерція не дозволяє догадатись, що равлик досягне вершини на 6 добу перед тим, як спуститься донизу.
Розглянемо ще одну задачу на кмітливість. Задача 2.2. Із Харкова і Львова назустріч один одному виїхали одночасно два потяги. Швидкість потяга, що їде з Харкова в 2 рази більша швидкості потяга, який їде зі Львова. За 2 секунди дайте відповідь на питання, який потяг буде ближче до Львова при їхній зустрічі?
Звичка обчислювати тут також може відвести від правильної відповіді. А правильна відповідь буде такою - обидва потяги будуть на однаковій відстані від Львова.
Розглянемо тест на швидкість мислення.
У місяцях року є числа 30 або 31. Скажіть швидко, а в якому місяці є число 28? Ну що, затримка? Звичайно ж число 28 є в кожному місяці, а не тільки в лютому. Психологічна інерція наносить великої шкоди розвитку техніки. Тому розглянемо деякі її види і форми, з якими необхідно активно боротися.
Повне неприйняття нової ідеї - перший і найбільш шкідливий прояв психологічної інерції.
Г.С.Альтшуллер розповідає [10], як до нього одного разу звернувся співробітник організації, що займалася проектуванням лінії для виготовлення листового скла. Потрібно було вдосконалити конвеєр, яким котилися листи гарячого скла. Ролики конвеєра створювали на склі нерівності, які необхідно було ліквідовувати поліровкою. Г.С.Альтшуллер, на основі відкритих ним законів, запропонував взяти замість конвеєра розплавлене олово - молекули замість роликів. Однак, ця ідея була відкинута проектною організацією. Через 8 років ця ж організація звернулась до Г.С.Альтшуллера з проханням знайти обхід патенту англійської фірми „Пілкінгтон Бразерс Лімітед», яка скрізь запатентувала „олов'яний» спосіб. Але перехід від роликів до „кульок - атомів» продиктований об'єктивною необхідністю, обійти закон неможливо, сьогодні потрібно розвивати „олов'яний» спосіб.
Прийняття на віру положень, запропонованих авторитетними людьми, - друга форма прояву психологічної інерції. Є такий історичний приклад. Великий природознавець стародавності Арістотель написав в одному з своїх творів, що в мухи 8 ніг. Цьому свято вірили майже дві тисячі років, поки хтось не вирішив перерахувати ноги в мухи, і їх виявилось 6!
Авторитет вченого не викликав сумнівів на протязі такого великого строку. Назвемо ще кілька форм психологічної інерції:
- уперте відстоювання загальноприйнятої, хоча і невірної, точки зору;
- використання старого принципу при переході на нове устаткування;
- збереження старої форми при переході на новий рівень;
- невміння побачити можливість використання рішень, наявних або одержаних в інших галузях (Резерфорд, який відкрив поділ ядра атома в 1934 році, запевняв, що навряд чи це явище буде використане на практиці);
- розв'язування задачі відомими трафаретними способами (бар'єри звички вираховувати, навмисного ускладнення й заплутування, підміна різнорідного, недомовки чи припускання та ін.);
- розв'язування задачі тільки в рамках однієї спеціальності;
- розв'язування задачі тільки за прямим призначенням та ін.[16].
Отже, психологічна інерція багатолика і існує скрізь. Як же боротися з нею?
Бажаючи перебороти психологічну інерцію, не запевняйте себе: „забудь, що знаєш», чи «ніколи не вживайте старих методів, а кажіть собі: «Пам'ятай, що методів багато, а не один».
Тенденція до використання певного методу (чи розв'язку) виробляється звичкою або визначається характером. Кожний з нас випробовує небажання відмовитися від улюбленої ідеї. І якщо хтось ставить за мету, не дивлячись ні на що, реалізувати якийсь конкретний метод, замість того, щоб знайти найкращий, то в цьому випадку в наявності психологічна інерція.
Конкретні обставини посилюють психологічну інерцію, або сприяють її появі. Так, при нетерпінні, в стані напруги, або при хвилюванні люди набагато упертіше тримаються своїх попередніх рішень, методів чи звичок. Тому в армії виховують автоматизм володіння зброєю. Обізнаність з питанням також посилює психологічну інерцію. Знайомі нам об'єкти, процеси чи ідеї рідко використовуються у новій якості. Наприклад, шматок мотузки, який лежить на столі, можна використати для розв'язання багатьох конкретних задач. А шматок мотузки, що утримує висячу на стіні картину, використовується для цих цілей дуже рідко і т.д.
Але психологічну інерцію все ж можна перебороти. З нею відносно легко справитися, якщо просто не забувати про неї і постійно пам'ятати. Але це не легко! І взагалі, потрібні тренування для переборення психологічної інерції. Це Й різноманітні методи розвитку уявлення, і виклад умов задачі в найширших поняттях, і робота над складним проектом в складі групи та інші методи. Але головне - пам'ятати постійно про існування психологічної інерції, й тоді легше її перебороти [2].
Розглянемо прийоми подолання психологічної інерції і підвищення творчої активності.
Психологічні прийоми активізації творчості.
7.1 Уява та фантазія
Уява у творчості грає особливо важливу роль. А.Енштейн писав з цього приводу: «Уява часто важливіша, ніж знання. Знання обмежені, у той час, як уява охоплює весь світ, стимулюючи прогрес, даючи початок еволюції. Точно кажучи, уява - вирішальний фактор в наукових дослідженнях». Як показує практика, цю можливу властивість людської психіки можна й треба розвивати, для цього вже зараз розроблено ряд прийомів і методів, які складають окремий самостійний курс розвитку творчої уяви (3,17,18,19].
Розвинута уява - один з найважливіших елементів інженерного мислення. Уява часто приводить до фантазії, яка зв'язана з бажанням, щоб сталось те, чого хочеться. Використання фантазії для стимулювання нових ідей полягає в роздумах над деякими фантастичними рішеннями, в яких використовуються надприродні речі і процеси. Часто буває корисно розглянути ідеальні рішення, навіть з деякою долею фантазії, щоб спробувати знайти потрібний розв'язок. Наприклад, часто при розв'язуванні задач приймають коефіцієнт корисної дії, який дорівнює одиниці, нехтують тертям, інерцією, іншою опірністю, приймають різні наближення і т.д.
Прекрасним джерелом розвитку уявлення є науково-фантастична література. Зрозуміло, наукова фантастика - перш за все художня література. Вступаючи в блискучий світ науково-фантастичної літератури, читач відкриває для себе тонку лірику Рея Бредбері, насмішкувату мудрість Кліфорда Саймака, пристрасний гуманізм Івана Єфремова, парадоксальну логіку Станіслава Лема і Роберта Шеклі, соціальний сарказм Курта Вонненгута, П'єра Вальо, Лао Ше, Роберта Мерля і, звичайно ж, золото фантастичних ідей Жуля Верна.
Але, крім цього, є в науково-фантастичній літературі й здатність одночасно розвивати уяву, приглушувати психологічну інерцію, робити мислення гнучким, готувати розум людини до сприйняття „диких» ідей, без яких неможлива сучасна науково-технічна революція. Тому необхідно завжди читати науково-фантастичну літературу, хоча б одну книгу в один-два місяці.
7.2 Інверсія
Інверсія є одним із засобів отримання нової точки зору. Цей метод вимагає свідомого переборення психологічної інерції, відмову від колишніх поглядів на задачу, з тим, щоб подивитись на неї з іншого боку чи позиції. Інверсія в перекладі з латинської - перевертання, переставлення. Тому, об'єкт перевернути уверх дном, вивернути навиворіт, поміняти місцями, з горизонтального зробити вертикальним, з вертикального зробити горизонтальним чи поставити під деяким кутом, зупинити рухомі частини й рухати нерухомі - ось суть інверсії, яку використовують для отримання нових ідей [2].
Задача 2.3. Нехай на конвеєрі треба витягувати ядро з грецького горіха. Усі зусилля щодо розколювання, розпилювання, розрізування та інших подібних операцій за тих чи інших причин не увінчались успіхом. Як бути?
Прийнято обдумувати цю задачу, знаходячись ззовні горіха. Застосуємо метод інверсії, і будемо розглядати задачу, знаходячись, наче всередині горіха. Чи не можна продавити шкаралупу зсередини, із боку ядра?
Відповідь: потрібно потримати деякий час горіхи під підвищеним тиском повітря, а потім раптово скинути тиск до атмосферного і шкаралупа розколюється (а.с. 340400). В США також прийшли до цього методу, але із просвердлюванням отворів у шкаралупі.
Інверсія - дуже легкий і дуже потужний метод для отримання нових поглядів.
7.3 Аналогія
Велика кількість оригінальних думок народжується за аналогією, і цей процес можна з успіхом застосовувати для стимулювання нових ідей. Часто розв'язок підказується аналогічними ситуаціями, які зустрічаються в інших задачах, у природі чи в художній літературі.
До речі, таким чином вирішили проблему очистки дрібних рачків (креветок) від панцира, використавши спосіб аеролущення зерна. Повітряний струмінь захоплює варений кріль в інжектор, тиск під панциром рачка виявляється більшим, ніж ззовні, і кріль «вибухає». Далі все падає у воду, де панцир і все інше спливає, а «ядерце» м'ясо - тоне (МИ 0928. «Изобретатель и рационализатор», №9-85).
Одержання ідей за аналогією із механізмами живої природи вимагає від спеціаліста знання біології, фізіології та анатомії. На жаль, інженери мало знайомі з цими науками, адже природа створила дуже багато механізмів і речей, які можна використати для розробки нових ідей при розв'язуванні інженерних задач. Наприклад, в природі існують буквально сотні різних „насосів», якими є серця різних тварин [2].
За аналогією із очисткою горіхів і рачків була розв'язана задача розділу головки часнику на частинки та очищення їх від шкірки (рис.2.1), на яке видано а.с.1126398. У герметичну посудину 1, заповнену майже по вінця водою, завантажують неочищений часник і включають насос 2. Водочасникова пульпа попадає у всмоктувальний патрубок 3 і викидається насосом через нагнітальний патрубок 4 знову в посудину. Хитрість у тому, що при всмоктуванні в патрубку 3 створюється розрідження, а у нагнітальному патрубку 4 - надлишковий тиск. Під впливом розрідження у всмоктувальному патрубку повітря намагається вирватися із-під шкірки часнику. Воно розриває і частково відділяєшкірку від поверхні частинок, а утворювані порожнини заповнюються водою. В нагнітальному патрубку ці частинки попадають під надлишковий тиск, який витискує з під шкірок воду. При цьому частинки остаточно звільняються від лушпайок.
Крім того, у фонді учбових задач ТРВЗ існує група задач-аналогів, які можна використовувати для підказування при розв'язуванні аналогічних задач.
Наприклад, є така задача: «Для прискорення випробувань двигуна на зношування необхідно подавати визначену дозу абразивного порошку. Потрібний простий і надійний спосіб подачі».
Відповідь: абразив спочатку наносять рівномірним шаром на поверхню беззольної паперової стрічки, подають стрічку з потрібною швидкістю, спалюють її, дим виходить, абразив поступає у двигун (а.с.305363) [3].
Цю задачу було використано в ролі аналога для розв'язання задачі змащування валків прокатного стану: потрібен спосіб змащування прокатних валів, який забезпечує рівномірне нанесення рідини, що виключає розбризкування, причому в устаткування не можна вносити істотних змін. На розв'язок цієї задачі видано а.с.589046, в якому рідким мастилом просочують паперову стрічку, що подається в осередок деформації під гарячий валок, де папір згорає, а валки змащуються.
Для використання аналогій необхідно більше читати художньої та технічної літератури, бути спостережливим у житті й вміти аналізувати побачене.
7.4 Емпатія
Емпатія означає ототожнення особистості однієї людини з особистістю іншої і проникнення її в почуття іншої особи. Емпатія часто використовується в сфері людських стосунків і характеризує стан, коли доводиться ставити себе на місце іншої людини. Цим терміном можна ототожнювати й людину з розроблюваним предметом, деталлю або процесом. Задача полягає в тому, щоб „стати» деталлю і подивитися з її позиції та її точки зору, що можна зробити, тобто необхідно ввійти в образ і уявити себе у вигляді деталей (підшипника, важеля, поршня) або машини і з їхніх позицій подивитись, що можна зробити для вирішення проблеми.
В задачі з витягуванням ядра грецького горіха емпатія теж дає хороший розв'язок, якщо уявити себе у вигляді ядра горіха, яке знаходиться під шкаралупою. Там темно й тісно, і, щоб вийти на поверхню, потрібно якимось чином продавити шкаралупу. Від усвідомлення цієї задачі до схеми подачі повітря під тиском залишається один крок. Важливим етапом при розв'язанні цієї задачі є обдумування її, знаходячись ніби всередині шкаралупи. І як інверсія, так і емпатія зразу ж підказують потрібне рішення. Емпатія вимагає від людини певних зусиль для входження в образ. Цьому сприяють: природна здібність, розкутість і деяке уявлення, однак більшість людей можуть застосувати цей метод для вироблення нових ідей при невеликому тренуванні. Діти добре входять в образ, молодь - також без напруги, а на старість це робити складніше, але при деякому тренуванні - не важко.
Розглянуті прийоми неуніверсальні. Це прийоми переборення психологічної інерції, прийоми для розробки нових ідей. І якщо нова ідея не виникає, то існують й інші, більш складні методи, які ми будемо розглядати далі.
7.5 Оператор РЧВ (розміри, час, вартість)
В теорії розв'язання винахідницьких задач (ТРВЗ) на стадії уточнення задачі використовується оператор РЧВ або як його ще називають - „оператор числової осі».
Оператор РЧВ не завжди дає розв'язок задачі. Власне, він і по призначений для цього, а мета його застосування - розхитати й вбити психологічну інерцію перед розв'язанням задачі.
Застосування оператора РЧВ проводиться в такому порядку:
1) уявно змінюємо розміри об'єкта від заданого розміру до нуля (Р → 0). Як тепер розв'язується задача?
2) уявно змінюємо розміри об'єкта від заданого розміру до нескінченності (Р →∞). Як тепер розв'язується задача?
3) уявно змінюємо час протікання процесу (або швидкість руху об'єкта) від даної величини до нуля (Ч → 0). Як тепер розв'язується задача?
4) уявно змінюємо час проходження процесу від даного розміру до нескінченності (Ч → ∞). Як тепер розв'язується задача?
5) уявно змінюємо вартість (допущені витрати) об'єкта чи процесу від заданого розміру до нуля (В → 0). Як тепер розв'язується задача?
6) уявно змінюємо вартість об'єкта або процесу до нескінченності (В → ∞). Як тепер розв'язується задача?
Розглянемо, як виглядає застосування оператора РЧВ в конкретній задачі.
Задача 2.4. При будівництві газопроводів виникає необхідність у спорудженні на трасі компресорних установок і місткостей для газу. Часто вони будуються далеко від великих промислових центрів. Місткість для газу - це зварний циліндр діаметром 50 м і висотою 20 м. Виготовлення даху для цієї місткості викликає масу труднощів. Через нього затягуються строки будівництва, бо багато часу доводиться витрачати на спорудження спеціального риштування, а потім його демонтування. Важко забезпечити і якість робіт, оскільки монтажникам доводиться працювати в незручних положеннях. Краще було б зварити дах на землі, а потім підняти його нагору і приварити до стінок циліндра. Але як це зробити, якщо немає потужного підйомного устаткування? Маса готового даху - 150 т. Завозити спеціальне підйомне устаткування тільки для підйому даху (особливо в умовах бездоріжжя) не вигідно. Як бути?[20].
Уявно почнемо розв'язання цієї задачі із зменшення розмірів даху. Як би ми підняли дах діаметром 5 м? Мабуть, маса його в цьому випадку була б рівна 1.5 тонни і доступна звичайному підйомному крану. А якщо уявно зменшити розміри даху ще в десять разів? Дах діаметром 0.5 м можна було б підняти нагору навіть вручну. Якщо задача при використанні оператора РЧВ в одному із напрямків змінювання параметру різко спрощується, то уявні експерименти в цей бік припиняються.
Спробуємо рухатись в іншому напрямку. Якщо уявно збільшити вихідні розміри даху в десять разів, то вага його повинна збільшитися в квадраті, тобто приблизно в 100 разів. Отже нам необхідно підняти кришку діаметром 500 метрів і масою 15 тис. тонн. Як би ми могли це зробити? Хочеться відмовитись від такої задачі. Але от запитання: припустимо, що такий дах був дійсно виготовлений, - невже людство не знайшло спосіб підняти й встановити його на потрібне місце?
Звичайно знайшло б. Історія знає багато прикладів. Стародавні будівельники пірамід вміли піднімати велику вагу на велику висоту. Можна було б і нам зробити гору, наприклад, з піску, а на ній змонтувати дах. Потім приварити до нього стінки, а пісок видаляти поступово, наприклад, вимиванням.
А якщо уявно збільшити розміри даху ще в десять разів? Як підняти дах діаметром в 5 км? Уявити собі цю ситуацію не так просто. Але спробуємо. По-перше, зразу стане ясно, що такий дах неможливо буде підняти, прикладаючи силу в окремих точках. Напевно, потрібно буде знизу вверх створювати тиск на всю площину даху. Це можливо зробити тільки рідиною. А якщо дах плавучий? Це вже ідея! Зваримо наш дах усередині циліндра. Забезпечимо його „плавучістю» і будемо наповняти циліндричну оболонку водою. Дах сам спливе на призначене йому місце.
Однак при будівництві газосховища, наприклад, в пустелі воду взяти нема звідки. Знайдений принцип розв'язку не універсальний. Тому продовжимо уявний експеримент за оператором РВЧ з нашою задачею.
Повернемося до початкових розмірів даху - 50 м. Будемо змінювати тепер час протікання процесу - в нашому випадку час підйому даху. За допомогою кранового устаткування цю роботу можна виконати за одну годину. А якщо треба зробити за 5 хв.? Нічого доброго в голову не приходить. Спробуємо ще більше загострити ситуацію. Як підняти дах за 5 секунд, за 0.5 секунди? Тут може допомогти лише вибух. А якщо використати циліндричну оболонку у вигляді ствола, а дах у вигляді кулі або пижа? Вистріляти дах, витримавши його на потрібному місці за допомогою спеціальних фіксаторів. Правда, як при цьому бути з технікою безпеки?
Спробуємо уявно збільшити час проходження процесу. Якби нам дали для підйому даху цілий рік. Як би ми розпорядились цим часом?
Не так-то легко уявити собі такий строк, вишукати й використати такі процеси, які б продовжувались цілий рік безперервно і постійно. Ті, хто подолають себе і уявно побачать цей процес, запропонують використати процеси розбухання пористих матеріалів при їх змочуванні, посадити під дахом бамбук і виростити його до необхідної висоти і т.п.
Звернемось, нарешті, до третього параметру РЧВ – вартості процесу підйому даху.
Припустимо, що вартість підйому даху за допомогою спеціального устаткування (враховуючи витрати на його доставку і монтаж) складає 1000 грн. А що б ми могли запропонувати для забезпечення підйому даху за 100 грн. або 10 грн.? Тут виникають труднощі - за рахунок чого можна істотно знизити вартість? За рахунок використання природних сил чи за рахунок максимального використання наявного під рукою устаткування? Тут часто доводиться комбінувати всі вище розглянуті ідеї.
І виникає, в нашому випадку, така пропозиція. Замість вибуху використати компресори для створення необхідного тиску повітря під дахом, забезпечивши його сполучення з циліндричною оболонкою, як поршня з циліндром, застосувавши для ущільнення по периметру еластичні матеріали (гуму, поліетиленову плівку та ін.). Ідея ця близька до тієї, яка була використана на практиці. В свій час це дало можливість істотно знизити строки будівництва та підвищити якість монтажу (фірма „Дюмез» у Франції будує куполи на АЕС за допомогою надувних оболонок).
Таким чином в процесі застосування оператора РЧВ вдається не тільки швидко і радикально змінити уявлення про задачу, але й знайти цікаве вирішення, хоча застосування оператора РЧВ не переслідує такої мети.