Основы инженерного творчества(Суздальцев А.И

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А.И. Суздальцев

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА И ПАТЕНТОВЕДЕНИЯ

Часть 1

Рекомендовано редакционно-издательским советом ОрелГТУ в качестве учебного пособия для вузов

Орел 2009

1

УДК 62+001. 894] (075)

ББК 30уя7

С89

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор кафедры «Проектирование и технология электронных и вычислительных систем»

Орловского государственного технического университета

С.Л. Косчинский,

кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры «Радиотехника и электроника» Академии Федеральной службы охраны РФ,

Г.В. Богачев,

кандидат технических наук, директор Орловского филиала Института проблем информатики РАН, старший научный сотрудник

О.П. Архипов

С89 Суздальцев, А.И. Основы инженерного творчества и патен-

товедения: учебное пособие для вузов: в 2 частях. Часть 1. Основы инженерного творчества / А.И. Суздальцев. – Орел: ОрелГТУ, 2009. – 311с.

В данную книгу вошли первые три главы учебного пособия «Основы инженерного творчества и патентоведения». В этих главах изложены периоды истории изобретений, принципы развития творческих способностей человека, методы решения изобретательских задач и основы интенсивной технологии инженерного творчества – теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Предназначено студентам по направлению 210200 «Проектирование и технология электронных средств», а также бакалаврам, магистрантам и аспирантам технических вузов.

УДК 62+001. 894] (075)

ББК 30уя7

© ОрелГТУ, 2009

2

Суздальцев Анатолий Иванович

Доктор технических наук, профессор кафедры «ПТЭиВС»

Суздальцев Анатолий Иванович в 1962 г окончил дневное отделение электротехнического факультета Пензенского политехнического института по специальности «Счетно-решающие приборы и устройства». С сентября 1962 г. по октябрь 1969 г. работал на предприятиях г. Воронежа инженером, старшим инженером, руководителем лаборатории.

С1969 г. по 1980 г. – руководитель группы программного управления, заведующий НИС Орловского НИИЛЕГМАШ, затем зав. отделом СКБ часов ПО «Янтарь», зав. отделом НПО «Автограф» (г. Орел). В 1976 г. защитил кандидатскую диссертацию в

МТИЛП (г. Москва).

С1987 г. Анатолий Иванович работает доцентом, а с 2002 г. профессором кафедры ПТЭиВС ОрелГТУ. В 2002 г. он защитил докторскую диссертацию и в 2003 г. ему присвоено звание профессора. Общий стаж работы Анатолия Ивановича 42 года, из которых стаж научно-педагогической работы 38

лет, в том числе стаж работы в высших учебных заведениях 25 лет. Им опубликовано более 240 работ: учебного и научного характера (205), учебное пособие, монографии (4), авторских свидетельств и патентов на изобретения (80), используемых в педагогической практике.

С 1997 г. является ученым секретарем совета по защите докторских и кандидатских диссертаций по специальностям 05.13.06 и 05.11.13, членом президиума и консультантом Орловского областного совета ВОИР.

Основные читаемые дисциплины: «Основы цифровой обработки сигналов и микропроцессоры», «Микропроцессорные системы и сети», «Основы инженерного творчества и патентоведения».

Как научный руководитель и консультант он подготовил 10 канд. наук.

Принимает активное участие в научно-исследовательской работе кафедры и университета, по руководимому им проекту созданы лабораторные учебные стенды, получившие в 2000-2001 гг. на ВВЦ (Москва) медали и дипломы первой степени. В 2002 г. стал лауреатом Выставочного комплекса «Современная образовательная среда» на ВВЦ (г. Москва) и награжден золотой медалью. В 2003 г. ему присвоено звание «Лучший изобретатель Орловской области». Ранее это звание ему присваивалось четырежды. В 2007 г. был награждѐн почетной грамотой Минобразования и науки РФ и юбилейным знаком «70 лет Орловской области».

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………….6

Часть 1. Инженерное творчество………………………………………12 Глава 1. История некоторых изобретений и изобретателей…………12 1.1. Период безымянных изобретений…………………………….13

1.2. Период именных изобретений без защиты прав изобретателей……………………………………………………….15

1.3. Период индивидуальной правовой защиты и промышленное внедрение……………………………………….16

1.4. Период массового глобального внедрения изобретений с фирменной правовой защитой…………………………………...37 1.5. Пагубные последствия техники и проблемы

их устранения………………………………………………………40

1.6.Контрольные вопросы…………………………………………42

1.7.Практические задания…………………………………………42 Глава 2. Принципы развития творческих способностей человека и методы решения изобретательских задач………………...43

2.1.Развитие изобретательских способностей по М. Трингу……43

2.2.Методы решения изобретательских задач……………………46

2.2.1.Метод перебора вариантов………………………………..46

2.2.2.Метод мозгового штурма………………………………….47

2.2.3.Метод фокальных объектов……………………………….52

2.2.4.Метод морфологического анализа и синтеза

технических решений…………………………………………….52 2.2.5. Метод контрольных вопросов…………………………….56

2.2.6.Метод синектики…………………………………………..56 2.2.7. Метод направленного поиска……………………………..57

2.3.Талантливое мышление по Г.С. Альтшуллеру………………57

2.4.Метод построения И-ИЛИ дерева…………………………….64

2.5.Функционально-стоимостный анализ………………………..69

2.5.1.Всесторонняя экономия ресурсов………………………...69

2.5.2.Порядок проведения ФСА………………………………...71

2.5.3.Методический пример…………………………………….73

2.6.Роль красоты в инженерном творчестве……………………..78

2.6.1.Человек и красота окружающего мира…………………...78

2.6.2.Системы эстетического воспитания в домашинный период……………………………………………………………..82

2.6.3.О необходимости эстетической подготовки

инженеров, бакалавров и магистров…………………………….83

4

2.7.Контрольные вопросы…………………………………………88

2.8.Практические задания…………………………………………88 Глава 3. Интенсивная технология инженерного творчества – теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)……...90

3.1.Изобретательские задачи и законы развития технических систем………………………………………………...90

3.1.1.Изобретательские задачи и их уровни……………………90

3.1.2.Фундаментальный закон развития технических

систем…………………………………………………………….102

3.1.3.Закон полноты частей системы………………………….108

3.1.4.Закон энергетической проводимости системы…………110

3.1.5.Закон согласования ритмики частей системы…………..111

3.1.6.Закон увеличения степени идеальности системы………112

3.1.7.Закон неравномерности развития частей системы……..116

3.1.8.Закон перехода в надсистему…………………………….116

3.1.9.Закон перехода с макроуровня на микроуровень………117

3.1.10.Закон увеличения степени вепольности системы…….118

3.2.Алгоритм решения изобретательских задач………………..118

3.2.1.Общая структура алгоритма……………………………..118

3.2.2.Специальные операторы АРИЗ………………………….120

3.2.3.Оператор РВС…………………………………………….120

3.2.4.Оператор ИКР…………………………………………….121

3.2.5.Оператор ММЧ……………………………………………121

3.2.6.Оператор ВА (Вепольный анализ)………………………127

3.3.Приѐмы устранения технических противоречий…………...143

3.4.Физические эффекты и явления……………………………..176

3.5.Стандарты на решение изобретательских задач……………182

3.6.Изобретающая машина……………………………………….200

3.7.Контрольные вопросы………………………………………..202

3.8.Практические задания………………………………………..203

Литература……………………………………………………………..204

Приложение 1. Леонардо да Винчи…………………………………..209 Приложение 2. Джеймс Уатт………………………………………….224 Приложение 3. А.С. Попов и Г. Маркони……………………………229 Приложение 4. Сэмюэл Морзе………………………………………..241 Приложение 5. Александр Грейам Белл……………………………..249 Приложение 6. Альфред Бернхард Нобель…………………………..255 Приложение 7. Никола Тесла…………………………………………271 Приложение 8. Владимир Кузьмич Зворыкин……………………….277

5

Приложение 9. Александр Леонидович Чижевский………………...284 Приложение 10. Жак Ив Кусто……………………………………….290 Приложение 11. Генрих Саулович Альтшуллер…………………….308

6

ВВЕДЕНИЕ

Без знаний нельзя изобретать, как нельзя слагать стихи, не зная языка.

А. Эйнштейн

Невозможно дать полную картину того, как многим мы обязаны изобретателям преданностью своим идеям, они своим упорством одели доисторического человека, помогли людям выйти из животного состояния, освободили их от страха перед природой, облегчили их труд. Близится время, когда о культурном уровне народа будут судить по тому, насколько он заботится о своих изобретателях, помогает им, охраняет их интересы.

«В защиту мира», 1973. – № 30

История развития человечества – это прежде всего история изобретений, создания и совершенствования различных изделий и технологий.

Систематическое использование и обработка нашими далекими предками камня и палки, начавшееся около миллиона лет назад, технология добывания и использования огня, возникшая примерно 100 тысяч лет назад, лук и стрелы с кремневыми наконечниками, появившиеся около 10 тысяч лет назад, повозка с колесами, выплавка бронзы, водяное колесо, токарный станок, скрипка, паровая машина, пластмассы, телевизор, вычислительная машина, космический аппарат, искусственное сердце, сотовые телефоны, и необозримо многое другое – всѐ это результат удивительного, мучительного и величественного процесса, называемого творчеством. Способность к техническому (инженерному) творчеству позволило человеку создать сумму технологий и технологических средств, обусловивших блага нашей цивилизации, от которых, несмотря на их многочисленные недостатки, мы уже не можем отказаться. Путь у человека один – только вперед.

7

Начавшись более тысячи человеческих поколений назад, технический прогресс постоянно ускоряется. Девять десятых потребительских товаров, окружающих нас, в начале XX века вообще не существовало. А сроки обновления продукции в наиболее динамичных областях техники уменьшились до 2-3 лет. В наше время быстро меняются технологии практически во всех отраслях науки и техники, яркий пример – революция в микроэлектронике и компьютерной технике: за неполные 50 лет сменилось пять поколений ЭВМ. При разнообразии причин постоянного обновления тех или иных видов техники следствие одно: неуклонно растет потребность в результатах творческого поиска, в новых технических решениях. Причем решения нужны не всякие. Некоторые экономисты считают, что в ближайшем будущем каждые три года должно происходить удвоение показателей производительности технических средств. Иначе они будут не конкурентоспособны, а их внедрение нерентабельно. [1]. Ясно, что для этого нужны решения высокого уровня.

Высокие темпы прогресса во всех сферах деятельности, с одной стороны оказывают благотворительно влияние на общественную жизнь, всесторонне расширяя возможности человека, но с другой стороны – порождают проблемы глобального характера. Научнотехническая революция (НТР) вызвала гонку вооружений, создание всѐ новых и новых средств массового уничтожения людей, привела к глобальному загрязнению окружающей среды промышленными отходами, культурная революция явилась причиной глобального кризиса духовности, массовой потери моральных ориентиров. Породив растущую лавину проблем, которые нужно решить, НТР стала источником и связанных с этим противоречий [2]:

1.С одной стороны, требуются всѐ новые специальности, с другой – новые специальности требуют углубленного изучения.

2.С одной стороны, нужно ограничивать широту знаний, чтобы она не мешала специализации, с другой – нужно бороться с консерватизмом, расширяя профессиональный кругозор.

3.Подготовка высокопрофессионального специалиста требует огромных затрат, но эти затраты не окупаются, так как быстрое устаревание знаний требует переподготовки специалиста.

Для разрешения противоречий есть только один выход: воспитать творческую личность, нацеленную на участие в общественной жизни. Отсюда возникает вопрос, что же такое творчество?

8

Ученые отмечают, что во-первых, творчество – это форма деятельности. Значит, в неживой природе творчества нет, ибо деятельность имеется только у живых организмов. Во-вторых, что творчество – это деятельность по преобразованию мира. Следовательно, творить может только тот, кто отличает себя от окружающей среды, кто способен противопоставить себя остальному миру. Ни одно животное на это не способно. Жизнь биологического организма всецело определяется его природными данными, она без остатка погружена в природу, растворена в ней. Другое дело – человек. Почему только человек может преобразовывать мир, т. е. выступать в роли творца? Потому, что человек трудится, а затрудняя себя он обретает сознание. Сознание – это среда мышления, мысленная материя, нематериальный мир. Таким образом, человек, имеющий сознание, одновременно принадлежит к материальному и нематериальному миру. Мысли, пребывая в поле сознания, выступают как нематериальная цель материальной деятельности. В мире сознания человек находит опору для противостояния материальному миру, собственной природе. Только имея сознание, можно быть творцом. [2]. Всякий ли человек является творцом? Всякий, ибо у каждого человека есть сознание.

В истории творчества [6] можно выделить два больших периода: докультурный и культурный. Дикарь творит несознательно, т. е. не сознает, что он творец. Культурный человек, напротив, творит сознательно, преднамеренно. Говорят: дикари изобрели лук. Значит ли это, что у них были изобретатели? Нет. Изобретатели, т. е. люди, сознательно, специально создающие новые орудия труда, есть только в культурной среде. Человек – творец в области техники во многих публикациях ассоциируется как изобретатель, что в переводе с латинского языка и означает инженер. Творчество изобретателей издавна связано с представлениями об «озарении», случайных находках и прирожденных способностях.

Отдельные состоявшиеся изобретатели говорят, что состояние творческого поиска и возбуждения, момент открытия истины и нового решения – ни с чем не сравнимое и ничем не заменимое особое удовольствие и наслаждение, которое интересно испытать. А психологи утверждают, что каждое изобретение – это ничем невосполнимые ступеньки духовного роста человека как личности, его самоутверждения в жизни, подъема его авторитета среди друзей и знакомых, руководства и подчиненных [14]. А известные английские исследователи изобретательского творчества, изобретатели и профессо-

9