МЕТОДЫ ПОИСКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
ПОНЯТИЕ ОБ ЭВРИСТИКЕ И МЕТОДАХ АКТИВИЗАЦИИ ТВОРЧЕСТВА
Эвристика (греч. отыскиваю, открываю) - наука, изучающая творческую деятельность, методы, используемые в открытии нового и в обучении. Эвристические методы позволяют ускорить процесс решения задачи.
Вероятно, первым, кто пришел к мысли о необходимости повышения степени организации творческого труда, был древнегреческий философ-отшельник Диоген. За неимением лаборатории он избрал своим пристанищем бочку, где в полном уединении предавался размышлениям о совершенстве природы и безбрежности космоса.
К сожалению, история не сообщает, были ли у Диогена последователи и насколько житие в бочке повышает творческие способности.
Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар в своей философской поэме «О природе вещей» излагает учение греческого философа Эпикура, который предлагает получать различные новые объекты путем комбинирования составляющих их частей. Это уже был значительный шаг вперед, который породит в будущем многие науки, в том числе, комбинаторику.
Знаменитый испанский ученый раннего средневековья Раймунд Луллий разработал свой метод познания истины и изложил его в труде под названием «Великое искусство». Основная идея заключалась в символическом обозначении различных понятий и последующем их комбинировании и толковании. Для этого Луллием была изготовлена специальная машина, представляющая собой набор вращающихся на одной оси дисков с символическими знаками. После остановки дисков с них считывались совпадающие знаки-символы и давался вполне определенный ответ по любой проблеме. Хотя «механизация» умственного труда и была полной, метод так и не получил заметного распространения. А сам Луллий ушел в пустыню и до конца своих дней продолжал совершенствовать свой прибор.
Наиболее ранние попытки объяснить закономерности творческого мышления предпринимались еще в античное время и нашли отражение в трудах Архимеда Сиракузского, Апполония Пергейского, Паипа Александрийского, Гераклита Эфесского, Сократа и др. Эти работы были еще разрозненны и несистематизированны, но именно они являлись зачатками эвристики—учения о продуктивном творческом мышлении и о методах творчества.
Создатель первой логической системы в античный период Демокрит из Абдер строил ее в основном на индуктивном методе и аналогии. Техническое творчество, изобретательство Архимеда занимали настолько большое место в жизни и деятельности, что аналогии из техники я механики проникали в его математические методы.
Существенный шаг в создании метода творческого мышления сделал Сократ, пытавшийся пробудить скрытые (латентные) творческие способности людей в процессе диалога. Основные признаки последнего—свободный обмен мнениями, юмор и ирония, доведение понятий до абсурда, использование аналогий, выявление противоречий и т. д.
Мысли об универсальном методе познания и творчества проявлялись в средние века у Р. Бэкона и Р. Луллия, а в период перехода от феодализма к капитализму у Ф. Бэкона и Р. Декарта. Позднее Г. В. Лейбниц предложил идею универсальной программы алгоритмического решения творческих задач. Значительный вклад в развитие идей эвристики внес X. Вольф, который дал ее определение и предложил ряд правил и методов искусства изобретательства. Фундаментальными для эвристики стали труды Б. Больцано и многих других исследователей.
Однако все их разработки имели в основном теоретическое значение и до нашего времени не нашли применения в практике массового технического творчества. Объясняется это тем, что в то время еще не существовало явно выраженной общественной потребности в эвристике для широкого применения в творческой деятельности изобретателей, так как необходимые темпы технического прогресса могло удовлетворить и случайное изобретательство, основанное на методе проб и ошибок.
Современная НТР, характерной чертой которой является бурное развитие науки, техники и производства, вошла в противоречие со старым ненадежным, малопроизводительным способом мышления и поиска новых решений. Человеческое общество пытается преодолеть это противоречие созданием специальных научных методов активизации и рациональной организации творчества.
Массовая высокоэффективная творческая деятельность невозможна без научной организации умственного труда. Именно поэтому закономерен в наше время интерес специалистов самого широкого профиля (инженеров, философов, психологов и т. д.) к техническому творчеству. Оно становятся темой глубоких научных исследований. Стремление повысить эффективность творческого труда породило ряд приемов, методов и методик, позволяющих рационально организовать поиск новых технических решений, активизировать мышление, развить и реализовать творческие способности человека.
Существенно изменился и их научный уровень. Он поднялся от метода каталога (1926 г.), основанного на поиске идеи решения с помощью случайных ассоциаций, до современных глубоко научно обоснованных алгоритмических методик поиска, например АРИЗ-77 (1977 г.), позволяющих в кратчайшее время находить новые технические решения высокого уровня, и обобщенного эвристического алгоритма (1976 г.), дающего новые рациональные решения с помощью ЭВМ. Практически все достижения эвристики, методологии технического творчества появились в последние три десятилетия, т. е. именно в период научно-технической революции.
В настоящее время сформировалась такая система знаний о техническом творчестве и его методах, которую уже уверенно можно считать фундаментом науки. Определилась терминология, некоторые основные понятия методологии творчества, ставшие в наше время языком развивающейся науки. Коротко рассмотрим некоторые основные определения методологических средств и понятий технического творчества.
Цель — желаемый результат деятельности лица или коллектива в пределах некоторого намеченного интервала времени.
Эвристическое (методологическое) правило—это элементарная единица методологических средств, содержащая приказание действия, разрешение его либо запрет. Несколько элементарных правил, объединенных для достижения определенной цели, представляют собой эвристический прием—следующую ступень методологических средств.
Краткое указание (предписание) того, какие преобразования в данной технической системе можно провести для получения нового решения, достижения поставленной цели, называется эвристическим приемом.
Прием, развиваясь, превращается в метод, т. е. способ достижения какой-либо цели, решения конкретной задачи, совокупность приемов или операций практического или теоретического освоения (познания) действительности.
Операцией называется действие, направленное на достижение определенной цели. Оно может быть как простым, не расчленяемым действием, так и сложным, расчленяемым на ряд более простых действий. Существует также понятие процедура. Это совокупность указаний о порядке выполнения всех операций, приводящих к достижению определенной цели.
Эвристический метод содержит один или несколько методологических приемов, изложенных с соблюдением целеустремленной упорядоченности предписываемых действий, процедур.
Дальнейшей ступенью развития методологических средств является методика. Это метод, обогащенный целенаправленными руководящими принципами. Структура методики содержит несколько принципов и упорядоченных методологических правил.
Методология — наука (учение) о методических средствах.
В последующих параграфах настоящей главы будут рассмотрены некоторые наиболее популярные и эффективные методы и методики поиска новых технических решений и активизации творчества.
Необходимо еще раз отметить особое значение и роль материалистической диалектики, являющейся основой теории творчества. Изобретатели применяли диалектику задолго до того, как были сформулированы ее законы. Наталкиваясь в своей практической деятельности на те или иные решения, они и не подозревали, что пользуются диалектикой в качестве теории и методологии технического творчества.
Неоценимые преимущества даст сознательное использование материалистической диалектики, предполагающее всестороннее и глубокое изучение техники, закономерностей се развития, различных факторов творчества в многосторонней связи с другими явлениями и в развитии по законам, объективно присущим самим явлениям и предметам.
Современная эвристика — синтетическая наука. Она основывается на достижениях многих наук и научных направлений, но фундаментом ее являются материалистическая диалектика и системный подход.
В практической деятельности изобретателя, имеющего твердую мировоззренческую позицию, уверенно владеющего диалектическим методом и системным подходом, эффективную помощь оказывают так называемые инструменты творчества: приемы, методы и методики поиска новых технических решений и активизации творческого мышления.
Первые реально применяемые методы активизации творческого процесса стали появляться в конце 20-х годов нашего столетия. К ним относятся: метод мозгового штурма, метод фокальных объектов, метод морфологического анализа, метод контрольных вопросов, синектика, матричный метод, интегральный метод, ассоциативный метод и т. п.
Всего их насчитывается более тридцати. Познакомимся с некоторыми методиками поближе.
Мозговой штурм
«Мозговой штурм» — один из наиболее популярных методов психологической активизации коллективной творческой деятельности, разработан американским предпринимателем и изобретателем А. Осборном в 1953 г. Он применяется, для получения новых идей в науке, технике, административной и торговой деятельности.
Для устранения психологических препятствий, вызываемых боязнью критики, А. Осборн предложил разделить во временя процессы генерирования идей и их критической оценки. В процессах участвуют разные люди. Эти мысли явились основой его метода, впоследствии названного прямым мозговым штурмом.
Основные правила мозгового штурма.
1. Задачу последовательно решают 2 группы людей по 4—15 человек в каждой (оптимальный состав 6—12 человек).
Первая группа только выдвигает различные идеи— это группа «генераторов идей». В ней желательно иметь людей, склонных к абстрагированию, с бурной фантазией. Задача «штурмуется» в течение 20—40 минут. Вторая группа – «эксперты» – по окончании штурма выносит суждение о ценности выдвинутых идей. В ее составе лучше работают люди с аналитическим, критическим складом ума.
Условия задачи перед ее штурмом формулируются только в общих понятиях.
2. Основная задача группы «генераторов»—выдать за отведенное время как можно больше идей (в том числе фантастических, явно ошибочных и шутливых). Чем нереальнее идеи, тем сильнее сказывается их действие на последующем процессе их генерации. Плохие идеи—это катализаторы, без них не будет хороших. При окончательном разборе, который состоится позже, многие предложения окажутся бесполезными. Однако сам процесс должен вызвать бурный поток идей, которые следуют непрерывно, дополняя и взаимно обогащая друг друга. Коллективный разум помогает генерировать последовательность предложений. Регламент на каждую идею — не более двух минут. Все они высказываются без доказательств и записываются в протокол или фиксируются на магнитной ленте.
3. При генерации идей запрещена всякая критика, не только явная словесная, но и скрытая — в виде скептических улыбок, мимики, жестов и т. д. В ходе штурма между участниками должны быть установлены свободные и доброжелательные отношения. Надо, чтобы идея, выдвинутая одним участником штурма, подхватывалась и развивалась другим. Рекомендуется приглашать на штурм людей разных специальностей и разного уровня образования.
Нежелательно включать в одну группу людей, присутствие которых может в какой-то степени стеснять других, например руководителей и подчиненных.
4. Экспертизу и отбор идей после окончания процесса генерирования следует проводить очень внимательно. При их оценке надо тщательно продумывать все идеи, даже те, которые считаются несерьезными, нереальными или абсурдными.
5. Процессом решения задачи управляет руководитель «штурма», который обеспечивает соблюдение всех условий и правил.
Руководитель должен выполнять свои обязанности без приказаний и критики, направлять работу в нужное русло. Он задает различные вопросы, иногда что-то подсказывает или уточняет, не допуская при этом перерывов в беседе. Кроме того, ему нужно следить за тем, чтобы высказывание идей не происходило только в рациональном направлении. В противном случае руководитель должен сам высказать заведомо фантастическую идею или объявить «пятиминутку» для высказывания только непрактичных идей.
6. Если задача не решена в ходе штурма, можно повторить процесс решения (однако лучше это сделать с другим коллективом). Когда же повторная сессия проводится с тем же коллективом, проблему нужно обсудить в ином аспекте или в более широкой формулировке, что делает старую задачу неузнаваемой. Участники штурма воспринимают ее как новую, и это способствует движению мыслей по другому руслу.
Полное представление о важности разделения процессов генерирования и анализа (критики) идей, принятых в «мозговом штурме», дает рассмотрение следующего гипотетического примера: «На металлургическом заводе созывают совещание. Речь идет о строительстве новых подкрановых путей. Уже уточнили трассу, грузоподъемность, сроки, стоимость. И в тот момент, когда директор собирается произнести заключительное слово, некто Мюллер выпаливает: «Но ведь мы катаем малогабаритный лист! Рациональнее вместо крана установить ленточный конвейер!» Еще не закончив, он уже жалеет о сказанном. Его предложение встречают в штыки:
директор — потому что новая точка зрения требует возобновления дискуссии;
главный конструктор—потому что критикуется его проект;
начальник транспортного цеха—потому что Мюллер влез в его епархию;
товарищ Майер — потому что, как он слышал, ленточный конвейер трудно достать;
главный бухгалтер— потому что его пугает удорожание проекта;
товарищ Шульце — просто потому, что не выносит Мюллера.
При всем при том каждый из участников совещания не преминул бы заявить, что всегда приветствует свежие идеи. Возможно, они вообще не заметили, что автоматически заняли оборонительную позицию.
Мы уверены, что далеко не все ведут себя подобным образом. Однако проследим за собой: иногда и мы бываем настроены против каких-то новшеств лишь потому, что они якобы подвергают сомнению наш авторитет; создают нам дополнительную работу; косвенно нас критикуют, а также потому, что по привычке или из осторожности проще сказать: «Не пойдет!»
Итак, предложение Мюллера отвергается... Наш Мюллер (например) теперь наверняка дважды подумает, прежде чем осмелится открыть рот».
Для активизации процесса генерации идей в ходе штурма рекомендуется использовать некоторые приемы, которые издавна применялись различными изобретателями. Такими приемами являются, например, «инверсия» (сделай наоборот), «аналогия» (сделай так, как это сделано в другом решении), «эмпатия» (считай себя частью совершенствуемого объекта и выясни при этом свои чувства, ощущения) и «фантазия» (сделай нечто фантастическое). Руководитель может использовать также списки контрольных вопросов, предложенных А. Осборном и другими авторами.
При анализе идей нужно стремиться извлечь из них рациональное зерно. Может быть, даже развить высказанную идею. Если она отвергается, следует еще раз задать себе вопрос: «А почему все-таки это плохо?» Идеи можно оценивать, например, по десятибалльной системе, а затем выводить средний балл, учитывая мнение каждого эксперта. Если по какой-то идее они резко отличаются (все эксперты поставили 2 балла, а один—9), надо выяснить причину расхождения.
Рассмотрим отрывок протокола мозгового штурма, полученного при проведении занятия-игры по решению учебной задачи.
Руководитель: Наша задача быстро, производительно и качественно раскалывать орехи. Какие будут предложения?
А: Обычно в домашних условиях орехи раскалывают зубами, руками, дверью, молотком, клещами.
Руководитель: Эти способы очень удобны дома, когда нужно расколоть от силы несколько десятков орехов. А как быть, когда орехов очень много?
Б: Нужно орехи рассортировать на фракции по размеру, а потом каждую фракцию отдельно давить между плитами пресса.
В: Можно на орехи наклеить какое-нибудь вещество, порошок, превратив орехи в шары одного размера и давить их на прессе, не разделяя на фракции. (Развитие предыдущей идеи).
Г: Наклеиваемый порошок может быть ферромагнитным, тогда после раздавливания... или после мельницы (!) можно будет магнитным полем удалить скорлупу и оставить только зернышки. (Развитие предыдущей идеи и применение физэффектов).
Руководитель: Отлично! Мозговой штурм задачи идет очень хорошо. Давайте подумаем, какие силы нужно приложить к орехам, чтобы они раскалывались, и как можно создавать эти силы?
А: Нужно приложить сосредоточенную сжимающую силу. Ее можно получить, если чем-то ударить по ореху... или, наоборот, орехом обо что-то (!). (Инверсия).
Б: Можно стрелять орехами о стенку из пневматического пулемета, например из детской пневматической игрушки, стреляющей пенопластовыми шариками.
В: Силу можно создать, используя земное притяжение, в момент падения ореха на пол.
Г: Скорлупа у ореха очень прочная—ее нужно предварительно обработать каким-либо раствором, смягчить, растворить... или сделать более хрупкой. Для того чтобы скорлупа стала хрупкой, ее можно заморозить.
Руководитель: А как бы эту задачу решали животные, например, птицы?..
А: Птицы разбивают клювом или ...высоко взлетают и бросают орех о твердую почву. Мы должны высоко поднять контейнер с орехами (например, на воздушном шаре, вертолете, лифте и т. д.) и сбросить их на что-то твердое (например, на бетонную плиту), а затем собрать расколовшиеся орехи (Аналогия).
Б: Орехи можно раскалывать электрогидравлическим ударом, поместив в емкость с жидкостью. (Применение физэффектов).
Руководитель: А что если применить к решению задачи такие эвристические приемы, как эмпатию, инверсию?
В: Нужно орехи раскалывать не снаружи, а изнутри. Просверлить дырочку и подать туда воздух под большим давлением. (Инверсия).
Г: Можно поместить орехи в камеру, подать туда воздух под большим давлением, а затем давление в камере резко уменьшить— орех разорвет внутреннее давление воздуха, так как оно не сможет быстро упасть. (Развитие предыдущей идеи). Или можно резко увеличивать и резко сбрасывать давление в камере. Тогда скорлупа будет под знакопеременной нагрузкой.
Д: Я—орех, точнее ядро ореха. Снаружи скорлупа. Я давлю на нее руками и ногами—скорлупа растрескивается. (Эмпатия). Нужно сделать так, чтобы скорлупа перестала расти, а ядро продолжало рост и само раскололо скорлупу. (Идеальный результат). Для этого скорлупу можно, например, облучить...
Б: Я тоже орех. Я держусь за веточку руками, но когда созреваю, падаю на твердую почву и раскалываюсь. Нужно орехи сажать по краям глубокого обрыва или на скалах, тогда они будут падать и раскалываться.
А: Нужно выкопать глубокий колодец, положить на его дно стальную плиту, а от ореховых кустов к колодцу подвести желобки. Орехи будут сами отрываться, скатываться по желобкам к колодцу, падать на его дно и разбиваться.
В ходе мозгового штурма за 10 минут было получено 40 идей. Среди них и контрольный вариант решения, заключающийся в том, что плоды выдерживают при давлении воздуха выше атмосферного с последующим мгновенным сбрасыванием давления до атмосферного (авт. св. № 340400).
В 50-х годах метод мозгового штурма быстро распространялся, претендуя на роль главного приема творческого мышления во всех областях науки и техники. Целесообразность применения метода подтверждалась сообщениями о результатах его практического применения.
Вице-президент одной американской фирмы Р. Андерсон выступил с докладом, в котором утверждал, что в результате применения метода можно получить 50 идей за 15 минут. Фирма выслала своим подразделениям телеграммы с условиями задачи и через три дня получила 831 идею, 177 из них были практически использованы.
Фирма «Дженерал Электрик» на сессии мозговой атаки, организованной для решения задачи оптимального соединения двух электроприводов, в течение 30 минут получила 175 .идей.
Появился ряд разновидностей метода мозгового штурма: индивидуальный, обратный, парный и массовый, двухступенчатый, с оценкой идей, «конференция идей», с дополнительным сбором предложений и т. д.
Индивидуальный мозговой штурм проводит одвн человек, последовательно генерируя идеи, а затем оценивая их.
В обратном мозговом штурме основное значение придают критике. Задачу подбирают не общего характера, а более конкретную. Особенность метода и его эффективность заключаются в раскрытии противоречий, дефектов, недостатков и ограничений технического объекта или высказанной идеи, которые надо усовершенствовать. Обратный мозговой штурм целесообразно применять для выявления и постановки новых изобретательских задач, формулирования цели изобретения.
Массовая мозговая атака (предложена американцем Дж. Филипсом) предназначена для увеличения эффективности генерирования новых идей в большой аудитории. Всех участников делят на оперативные группы по 5—7 человек. Руководители групп за 2—3 дня предупреждаются о предстоящей сессии, знакомятся с порядком ее проведения и с задачей, которую нужно решать. Сессия начинается с прямых коллективных мозговых атак в оперативных группах. Задача формулируется как личная. Например:
«Как увеличить надежность системы выявления дефектов в металлических деталях, с которой каждый из вас имеет дело?» Задание, поставленное таким образом, стимулирует творческую активность. Оптимальное время работы оперативных групп 15 минут. После этого руководители групп в течение 5—7 минут оценивают полученные идеи и выбирают из них по 3—4 для сообщения массовой аудитории. Затем обсуждение продолжается с большой аудиторией.
Мозговой штурм с оценкой идей, разработанный в подразделениях фирмы «Дженерал Электрик», предназначен для решения сложных конструктивных задач, когда желательно использовать знания и опыт творческого коллектива. Решение осуществляется путем последовательного выполнения следующих основных шагов: постановки задачи, прямого «мозгового штурма», предварительной оценки идей, сбора предложений, окончательной оценки идей, группового просмотра идей, обобщающего доклада, сбора и обобщения комментариев по докладу.
Установлено, чем сложнее проблема, тем длительнее реакция на поставленную задачу, дающая положительный эффект. Так, например, в ходе одного мозгового штурма за 44 минуты получили 105 предложений, а на следующий день было подано еще 23 дополнительных предложения, четыре из которых оказались лучше любого из первых 105. В связи с этим в СССР предложено на следующий день после мозгового штурма производить дополнительный сбор предложений.
В ГДР мозговой штурм получил дальнейшее развитие в виде метода конференции идей, более приспособленного к условиям социалистического строя.
Вопрос об авторстве и приоритете решений, найденных в результате мозгового штурма, довольно сложен, потому что на сессиях присутствует иногда по 40, 100 и даже 200 человек. Одни идеи развивают другие и являются их основой. И, кроме того, любая идея, высказанная в данный момент любым из участников сессии, могла уже ранее мысленно принадлежать его коллеге, ожидающему слова.
В связи с этим рекомендуется проводить мозговой штурм малыми коллективами по 5—6 человек, а вопросы авторства решать двумя путями: либо признанием всех участников авторами на одинаковых правах, либо установлением авторства за лицами, сделавшими заключительный шаг в формировании норой идеи и решения. В обоих случаях порядок установления авторства должен быть оговорен заранее.
Наилучшие результаты метод дает при рассмотрении проблем организационного характера (например, найти новое применение выпускаемой продукции, найти новую форму рекламы и т. д.) и при решении относительно несложных изобретательских задач.