МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Камская государственная инженерно-экономическая академия»
ГЕНЕРИРОВАНИЕ ИДЕЙ И ИЗУЧЕНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Основы научных исследований»
г. Набережные Челны
2011
УДК
Современные методы генерирования идей: Методические указания к лабораторной работе – Набережные Челны: ИНЭКА, 2010, 23 с.
Составители: к.т.н., доцент Башмаков Д.А., Портнов С.М., Башмакова А.А.
Методические указания рассчитаны на студентов специальности 150206 "Машины и технология высокоэффективных процессов обработки", 220601 «Машины и аппараты пищевых производств», 220701 «Менеджмент высоких технологий», 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». Составлены в соответствии с программой курса "Основы научных исследований».
Ил.: 0. Библиогр. 7
Рецензент: к.т.н., доцент Галимянов И.Д.
Лабораторная работа №1
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ИДЕЙ
Цель работы:
Целью данной лабораторной работы является практическое ознакомление студентов с методами технического творчества и формирование у них знаний, умений и навыков по использованию методов поиска новых технических решений, активизирующих творческую деятельность разработчиков новой технологии.
Введение
Выработка идей при решении изобретательских задач – один из способов древнейших видов человеческой деятельности. Поразительно, что основной метод генерирования идей сохранил свою суть до наших дней - это и метод проб и ошибок. Суть его заключается в последовательном выдвижении и рассмотрении всевозможных идей решения задачи. Такая традиционная технология изобретательства отличается низкой эффективностью. Приведшая научно-техническая революция вызвала необходимостью в его интенсификации и выработке методов активизации перебора вариантов.
Научно-технический прогресс в легкой промышленности в большой степени зависит от успешного внедрения изобретений, рационализаторских предложений, разработки новых идей, оборудования, приспособлений, т.н. от того, что является результатом творческой деятельности инженерно-технических работников.
Активизация творческой деятельности инженера при решении конкретной задачи может быть достигнута путем применения различных методов и правил, стимулирующих творческое воображение, фантазию, способность к нестандартному мышлению. В настоящее время учеными и специалистами разработано значительное количество таких методов. Основными среди них являются метод мозгового штурма (мозговая атака), ассоциативные методы, методы морфологического анализа и контрольных вопросов. Особое место занимает теория решения изобретательских задач, использование алгоритма которой (АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач) позволяет вообще отказаться от перебора вариантов и перейти к мыслительным действиям, опирающимся на знание законов развития технических систем.
Выдвижение оригинальных идей, поиск новых технических решений с учетом объективности интенсификации этих процессов возможно только на основе освоения будущими инженерами современных методов генерирования технических идей. Получение практических навыков применение таких методов должно значительно расширить творческий потенциал студентов, активизировать изобретательскую направленность их действий.
В настоящем методическом указании к лабораторной работе приводится краткое описание и примеры решения технических задач методом «мозгового штурма» и с использованием алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ), предполагаются задачи для самостоятельного решения, описан порядок выполнения лабораторной работы и оформления отчета, приведен перечень рекомендуемой литературы.
Основные сведения о методах генерирования идей
Стремление повысить эффективность творческого труда инженера породило ряд приемов, методов и методик, позволяющих в той или иной степени активизировать мышление, развить и реализовать творческие способность человека. Цель методов активизации поисков новых технических решений состоит в том, чтобы сделать процесс генерирования идей интенсивнее, повысить «концентрацию» оригинальных идей в общем потоке. Всю совокупность методов генерирования идей можно разделить по двум классам: методы выработки идей перебором вариантов решения задачи и теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Первый класс методов разделяется по двум направлениям: морфологические методы и методы «мозгового штурма». Второй класс (ТРИЗ) определяется алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ). Ниже рассматривается метод «мозгового штурма» и АРИЗ.
Метод «мозгового штурма»
Метод «мозгового штурма» и его многочисленные модификации, синектика, ассоциативные методы (методы аналогий: прямая, личная, символическая, фантастическая), списки контрольных вопросов и др., относятся к типу методов, получивших название методов психологической активации мышления.
Его автор Алекс Осборн родился в конце ХIX века в Нью-Йорке. Впервые этот метод он применил при выдумке новых изделий и поиске новых идей для рекламы.
В основе метода лежит мысль об отделении процесса генерирования идей от процесса их оценки. Осборн предложил вести генерирование идей в условиях, когда критика запрещена; наоборот, всячески поощряется каждая идея, даже шуточная ли явно нелепая. Для этого отбирают небольшую группу (6-8 человек) «генераторов идей». Высказанные идеи записывают и передают группе экспертов для оценки ли отбора перспективных. Таков смысл обычной мозговой атаки.
Философская концепция «мозгового штурма» основана на теории Фрейда. Считается, что в таких условиях под сознанием вырабатывается иррациональные (невыразимые в понятиях логики) идеи, которые позволяют выйти за пределы привычных представлений и стереотипов.
Улучшенным методом мозгового штурма является синектика. Смысл ее заключается в том, что используются постоянные группы «генераторов идей», которые накапливают опыт решения задач. Растет взаимопонимание, идеи схватываются с полуслова. В этом методе участвуют два механизма творчества: не операционные и операционные процессы.
Не операционные процессы основаны на интуиции, операционные - на использовании разного рода аналогий. Обратимся к последнему. Гегель утверждал: «В умозаключении по аналогии мы из того, что вещи известного рода обладают известным свойством, заключаем, что и другие вещи этого рода так же обладают этим свойством».
Рабочими механизмами для выработки свежего взгляда на задачу являются аналогии:
а) прямая – любая аналогия, например, из природы;
б) личная – попытка взглянуть на задачу, отожествив себя с объектом и войдя в его образ;
в) символическая – нахождение кратного символического описания задачи или объекта;
г) фантастическая – изложение задачи в терминах и понятиях сказок, мифов, легенд.
Пример решения задачи методом «мозгового штурма» (стенограмма):
Руководитель. Нашей задачей является найти способ изготовления швейных или обувных деталей (или изделий) с заданной объемно-пространственной формой, управление которым можно было бы полностью передать автоматическим устройствам. Какие будут предложения?
А. Для получения пространственной формы в изделиях швейной, трикотажной, обувной и кожгалантерейной промышленности применяют конструктивные способы, когда плоскую ткань или кожу расчленяют на отдельные детали, а затем их соединяют и дополнительно вводят конструктивные элементы, как вытачки, рельефы, складки, сборки и тд.
Б. Объемно-пространственную форму можно получить путем физико-механического воздействия на сетчатую структуру текстильных материалов с целью изменения углов между нитями основы и утка.
В. Использовать драпировочные свойства ткани.
Руководитель. Эти способы действительно позволяют изготовлять детали и узлы изделий объемно-пространственной формы, но они содержат большую долю ручного труда и трудно поддаются автоматизации. Какие еще способы вы можете предложить?
Г. Нужно воздействовать на монокулярную структуру материала с помощью тепла, влаги и механического воздействия (развитие предыдущей идеи), а параметры процесса формования (температура, давление, влажность) контролировать и регулировать с помощью автоматических устройств [например, операции сутюживания, оттягивания, разутюживание, прессование и т.д.]
Д. Формование можно осуществить способом выдавливания путем сухой тепловой обработки. Например, формование верха обуви в силиконовых матрицах, формование низа обуви.
Е. Для повышения форм устойчивости деталей можно при влажно-тепловой обработке дополнительно ввести специальные технические средства, дозирование которых также может быть автоматизировано.
Ж. Нужную форму деталей или изделий можно получить путем применения комбинации нескольких способов формообразования, например, конструктивного и влажно-тепловой обработки и др.
Руководитель. Отлично! «Мозговой штурм» идет очень хорошо. Предложен ряд методов получения объемно-пространственной формы деталей и изделий. Однако, автоматизация контроля и регулирования только отдельных параметров процесса (температура, количество химических добавок, продолжительность формования) не обеспечивают изготовление высококачественных изделий, так как ряд других параметров изменяются по случайному закону в зависимости от внешних возмущений. Давайте подумаем, какие способы формования можно предложить, чтобы обеспечить полную автоматизацию процесса, а следовательно, высокое качество изделий?
А. Можно применить литьевые методы для получения деталей и изделий требуемой формы из компонентов полиуретана, например, литью под давлением с использованием пасты поливинилхлорида или экструзия с использованием термопластов (применение физических эффектов). В этом случае все параметры и технологический процесс изготовления могут быть полностью автоматизированы.
Руководитель. Давайте подумаем, может быть по аналогии с природной можно предложить материал и способ изготовления «живой» одежды и обуви. Какие будут предложения?
Б. Материал – биологически активное вещество, которое при определенных условиях может самовосстонавливаться, принимать форму тела человека. Человек зашел в специальную кабину, а через несколько минут вышел оттуда одетым и обутым (фантастика).
В. В обувной и кожгалантерейной промышленности для изготовления из паст поливинилхлорида перчаток, сапог, галош, чехлов, надеваемых на обувь в дождливое время, применять метод макания, т.е. одну или несколько закрепленных на раме форм окунают в ПВХ-пасту комнатной температуры. Например, на форме сапога вследствие сил адгезии остается необходимое для образования стенки сапога количество пасты. После этого рама с формами поднимается, излишек пасты стекает и формы, покрытые ПВХ-пастой, поступают в печь, для желатинизации при температуре около 180 С. Формы, вышедшие из печи, охлаждается до температуры 50 С, и затем с них снимают затвердевшие, но все еще эластичные сапоги.
Г. По аналогии можно изготовлять таким образом и предметы одежды, Например, требуемую форму одежды можно окунать в полимерный раствор и, управляя процессом полимеризации материала, получать изделия с заданными физико-механическими и гигиеническими характеристиками (аналогия и применение физических и химических эффектов).
Д. Можно на заданную форму одежды напылять полимерный материал в специальной камерен и полностью ароматизировать процесс получения изделия с необходимыми эксплуатационными свойствами. И так далее.
Руководитель «мозгового шторма», подведя итоги обсуждения, делает анализ и общение высказанных в ходе дискуссии идей.
Последний ответ соответствует идее, которая признана изобретением.
С методом мозгового штурма мы сталкиваемся в телевизионной передаче «Что? Где? Когда?», в которой играющие команды чаще всего используют синектический принцип генерирования идей.
Синектика – предел того, что можно достичь сохранения принцип перебора вариантов. Этот принцип сравним с костяной иглой, что позволила человеку одеваться, однако промышленное производства одежды стало возможным только после изобретения челночного переплетения нитей и создание принципиально нового устройства – швейной машины. Точно так и современный творческий процесс требует принципиально отличающихся способов. Одним из них является недавно возникшая теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).
Алгоритм решения изобретательских задач
Суть ТРИЗ в том, что она принципиально меняет технологию выработки новых технологических идей. Вместо перебора вариантов ТРИЗ предполагает мыслительные действия, опирающиеся на знания развития технических систем.
«Тризная» технология решения сложных нестандартных задач построена на применении АРИЗ (Алгоритма решения изобретательских задач).
АРИЗ, являясь комплексной программой (методикой) анализа и решения изобретательских задач, включает в себя девять частей (в частности, модификация АРИЗ – 85-Б):
Анализ задачи – переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко поставленной и предельно простой схеме (модели) задачи.
Анализ модели задачи – учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей.
Определение идеального конечного результата (ИКР) и физического противоречия (ФП), мешающего достижению ИКР.
Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов (веществ и полей, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи).
Применение информационного фонда – использование опыта, сконцентрированного в информационном фонде ТРИЗ, то есть имеющихся методик решения исходных задач.
Изменение или замена задачи. Если задача не решается буквальным преодолением ФП, например, разделением противоречивых свойств во времени или пространстве, то обычно необходимо изменить смысл задачи – снять первоначальные ограничения, обусловленные психологической инерцией и до решения кажущиеся очевидными, так как изобретательские задачи не могут быть сразу поставлены абсолютно точно, то эта часть может совмещаться с первой частью.
Анализ способа устранения ФП – это проверка качества полученного ответа, так как ФП должно быть устранено почти идеально. В противном случае можно получить плохо внедряемую слабую идею.
Применение полученного ответа – максимальное использование ресурсов найденной идеи, в том числе для многих аналогичных задач.
Анализ хода решения – такой анализ повышает творческий потенциал человека.
Пример решения задачи с использованием АРИЗ.
А). Формулировка задачи.
Техническая система для ниточного соединения деталей одежды (или обуви) с помощью двухниточной челночной строчки включает верхнюю и нижнюю нитки в соответствующие механизмы, обеспечивающие их переплетение. В процессе выполнения технологической операции, в результате действия внешних факторов наблюдается смещение узлов переплетения вверх или вниз относительно середины соединяемых материалов, что ухудшает качество строчки. Необходимо, не снижая производительности труда, обеспечить требуемое качество переплетения ниток в строчке на швейной машине.
Б) Анализ задачи.
Выделим конфликтующую пару элементов – изделие (стачиваемые материалы) – инструмент (механизмы иглы и челнока соответственно верхней и нижней ниткой).
Выделим два технических противоречия (ТП):
ТП-1: для обеспечения качества выполнения операции чаще останавливать машину и контролировать место расположения узлов переплетения ниток и при необходимости регулировать механизмы подачи верхней и нижней ниток, при этом снижается производительность;
ТП-2: регулировка механизмов подачи верхней и нижней нити производить только при появлении дефектов соединения, при этом не снижается производительность, но ухудшается качество соединения деталей.
Главная функция системы – высококачественно соединять детали, поэтому следует выбрать ТП-1.
Усилим конфликт – введем требование непрерывного контроля качества при обеспечении высокой производительности.
В) Анализ модели задачи.
Выделим вещественно-полевые ресурсы.
Вещества – соединяемые детали (В1 – изделие); верхняя и нижняя нитки с механизмами иглы и челнока (В2 – инструмент).
Поле – механическое воздействие от привода (П – механическое поле).
Г) Определение идеального конечного результата (ИКР) и физического противоречия (ФП).
ИКР: несложная система и не вызывая вредных явлений, устанавливается плохое качество ниточного соединения деталей путем непрерывного контроля переплетения ниток в строчке и современной регулировке механизма подачи нитки иглы, не допуская снижения производительности. При этом верхняя нитка, заправленная в иглу, с помощью механизма ее подачи сама обеспечивает возвращение узлов переплетения верхней и нижней ниток в середину толщи соединяемых деталей в случае их смещения от их среднего положения.
ФП: в оперативной зоне должны быть мелкие датчики, чтобы обеспечить контроль места расположения узлов ниток внутри стачиваемых деталей, одновременно в обрабатываемом изделии не должно быть никаких посторонних частиц или предметов.
Д) Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов.
Если в нитку ввести вещество, например, ферромагнитное и применить поле типа рентгеновских лучей, то на экране работница может видеть место нахождения узлов переплетения ниток. Принципиально это возможно. Однако технически сложно и экономически нецелесообразно. Необходимо продолжить поиск.
Е) Применение информационного фонда.
Анализ процесса образования двухниточной челночной строчки показывает, что определить место расположения узлов переплетения внутри соединяемых деталей можно путем измерения расхода верхней и нижней ниток.
Ж) Изменение и (или) замена задачи.
Идея решения рассматриваемой задачи заключается в том, что необходимо измерять расход верхней и нижней ниток, сравнивать полученные сигналы и в случае их неравенства через исполнительное устройство воздействовать на механизм регулирования натяжения верхней нитки в процессе выполнения технологической операции. В качестве датчиков расхода верхней и нижней ниток могут быть использованы мерительные шкивы, кольца вращаются, вращая модуляторы света, которые преобразуют длину расходуемой нитки в количество импульсов. Сигналы сравниваются. Если расходы ниток не равны, сигнал отключения через усилитель подается на исполнительный механизм, который таким образов будет воздействовать на устройство регулирования натяжения верхней нитки, чтобы ликвидировать появившееся рассогласование, а следовательно, возвратить узлы перемещения ниток в середину толщи стачиваемых деталей.
Далее проводится анализ способа устранения физического противоречия, применение полученного ответа и анализ подрешения.