Метод развития изобретательской идеи.

Вместо предисловия.


         Только использование новейших образцов техники и технологии может обеспечить повышение производительности труда, снижение себестоимости выпускаемой продукции, а также уменьшение расхода материалов и энергии на единицу конечной продукции. Освоение учеными, инженерами, рабочими наиболее эффективных методов технического творчества даст возможность добиться успеха при внедрении научных открытий, изобретений и рационализаторских предложений.

МЕТОД РАЗВИТИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ ИДЕИ

РОЖДЕНИЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ ИДЕИ

         Рождение изобретательской идеи можно проследить на простейшем примере. При машинном креплении пуговицы к материалу пуговица скоро освобождается, ибо на концах нити нет узлов. Кроме того, как при ручном, так и при машинном креплении на нити в случае повышенного натяжения пуговица вырывается. Пробовали клеить пуговицу в ее центре одной точкой, однако она быстро терялась. Возникает вопрос: как приклеить к материалу пуговицу, имеющую широко известную конструкцию (с ушком или с двумя отверстиями), чтобы крепление было надежным? Конструкцию пуговицы менять нельзя. Практики считали эту задачу неразрешимой. Представим, каким способом решалась задача. Для этого обратимся к рис. 1.

Пуговица прикреплена нитевым пучком, который соединяется с материалом в одной точке. При ношении одежды свободные концы нити могут выскользнуть из материала и пуговица упадет. Кроме того, при натяжении могут оборваться нитки или вырваться пуговицы вместе с кусочком материала.

Для устранения указанных недостатков возможны два варианта:

  1. если при механизированном шитье нельзя на концах нити сделать узлов, надо сделать так, чтобы концы нити прикреплялись к материалу дальше (а не в одной точке);
  2. допускаем, что пуговица уже надежно прикреплена к материалу без шитья.
Заметно, что в первом варианте уже проявляется фантазия, но во втором — ее больше. В первом варианте еще неясно, каким будет крепление, но ясно, что оно должно быть не точечным, а более широким, в результате чего не будет мешать отсутствие на концах нити узлов. Легко к материалу пришить треугольное (рис. 2) или круглое крепление, состоящее из материала. Во втором варианте пуговица должна иметь ушко с петлей, которая будет постоянно прикреплена к средству крепления (рис. 3).

Объединим оба варианта. Для того чтобы петля не была одной точкой прикреплена к средству крепления 2 (см. рис. 2), первая делается из волокнистого жгута, концы которого распушаются в самом креплении (рис. 4). Такое крепление вместе с укрепленной на нем пуговицей пришивается к материалу 1 (см. рис. 2). Следовательно, промышленность должна изготовлять пуговицу вместе с указанным креплением (лоскутком материала).
     Узнав, как распушить и приклеить волокнистый жгут, можно обойтись без средства крепления. Для этого ушко 1 (см. рис. 3) проводится сквозь материал. На изнанке сквозь ушко продевают волокнистый жгут, концы которого распушают и приклеивают эластичным клеем. Пуговица сверху выглядит, как обычно, а изнанка ее имеет вид, показанный на рис. 5.

При желании концы волокнистого жгута можно прикрыть наклеенным кусочком материала (рис. 6).
         Можно применять и более привычную пуговицу с двумя дырками. Пуговицу кладут на материал, сквозь дырки и материал продевают волокнистый жгут, который на изнанке распушают и приклеивают (рис. 7).
        Формула признанного изобретения (а. с. 902715, СССР) такова: «Способ крепления пуговицы к материалу путем проведения через ее отверстия волокнистого жгута с последующим выводом его концов на обратную сторону материала и их закреплением, отличающийся тем, что с целью повышения надежности крепления концы жгута перед закреплением распушают, а закрепление осуществляют приклеиванием распушенных концов к материалу».
       Это изобретение. внедрено на Курском производственном швейном объединении «Швея». Аналогичное изобретение в США (пат. 2150563) является его прототипом.
         Провести волокнистый жгут сквозь пуговицу и материал можно известным способом. Однако можно это сделать и по-другому. Читателю предлагается попробовать это сделать самому (ответ см. на рис. 8 — 10).

Если не удается сформулировать идею на этапе выражения замыслов, можно было бы прибегнуть к таким приемам. Например, перечислить элементы (материал, пуговицу, средство крепления), изображенные на рис. 1. Анализ и синтез элементов (см. рис. 1) может привести к следующим идеям.

  • 1. При анализе материала уясняется, что пуговица должна быть прикреплена к материалу не в одной точке.
  • 2. Анализ пуговицы может помочь найти решение, показанное на рис. 3.
  • 3. При анализе крепления, возможно, удастся найти решение, которое изображено на рис. 5.
  • 4. При анализе пуговицы и крепления можно получить решение, показанное на рис. 7,
       Изложенные здесь рассуждения не всегда представляют кратчайшее решение. Ход решения можно несколько сократить. Задачу можно решить также при помощи АРИЗ, однако для его освоения трубуется очень много времени.

ЭТАПЫ МЕТОДА, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ

На примере задачи о пуговице прослеживаются основные этапы мышления при поиске изобретательских идей. Основные этапы мышления — подготовка задачи к поиску идей и поиск идей — делятся на 13 этапов (рис. 11).

Этапы, которые обведены двойной линией, считаются основными, имеющими большую вероятность в нахождении идей. На всех этапах задача решается письменно, а также делаются эскизы.
       Ниже приводится подробное описание назначения и содержания этапов решения. Остановимся вначале на подготовке задачи к поиску идей и началу поиска.

1. Формулировка условия задачи.
        Условия задачи чаще всего формулируют неправильно: указывается узел или деталь, которые надо изменить. На самом деле часто приходится изменять совсем другое, например способ производства (изготовления). Поэтому в условиях задачи надо указывать не подлежащие для изменения узел или деталь, а указать плохие характеристики объекта. Для улучшения этих характеристик изобретатель чаще всего изменяет совсем не то, что указано в условиях. 
       Кроме того, условия задачи должны быть сформулированы так, чтобы по ним можно было представить себе конструктивную схему объекта, принцип его действия и по этим данным его начертить. Хорошо, когда чертеж прилагают сами составители условия. При этом сборный рабочий чертеж не годится, ибо в нем одни детали заслоняют другие, поэтому предпочтительнее аксонометрический вид или кинематическая схема. Условия изобретательской задачи, как правило, неполные. Если они полные, то такую задачу обычно решают логическим путем, поэтому она не считается изобретательской.

2. Составление эскиза по условиям задачи.
      При составлении эскиза нельзя пропускать основных предметов (в том числе опоры, направления движения, направления сил, натяжения и др.). Надо изобразить минимальное количество элементов (узлов, деталей) и связей между ними, без чего невозможно представить себе принцип действия объекта. Изображаемые элементы должны быть причинно взаимосвязаны, т. е. составлять систему (если графически будет пропущен хотя бы один существенный элемент, в лучшем случае будет пропущено несколько интересных решений). Чертить надо предельно упрощенно, однако хорошо делать вторую (иногда и третью) проекцию. Эскизирование необходимо, ибо оно облегчает представление объекта, предохраняет от пропуска существенного признака (узла, детали). Надо помнить выражение: «Лучше иметь небольшой чертеж, нежели сотни слов».
       Эскизы рекомендуется составлять на всех этапах решения (особенно при возникших вариантах на восьмом этапе). Чертеж-более совершенная форма информации по сравнению с письменной, ибо она сжата, образна, более понятна. При помощи текста следует пояснить то, что неясно из эскиза.

3. Уяснение сути задачи.
         Суть задачи всегда скрыта (иначе не было бы самой задачи). Понять суть можно вникая в условия задачи, особенно в эскиз. Одной логики недостаточно (ее использовали и другие решающие). Понять суть задачи помогают производственный и жизненный опыт; образование; уверенность в том, что задачу можно решить; отказ идти по направлению, указанному в условиях как неперспективное; новая компоновка имеющихся признаков (узлов, деталей); введение минимального количества новых функциональных признаков (вместо имеющихся, дающих отрицательный эффект); определение слабых мест объекта, которые укажут направление решения; рассмотрение физических процессов, происходящих со стороны обрабатывающего инструмента и изготовляемого изделия.
          Одним из важных условий уяснения сути задачи является способность непринужденно посмотреть на нее со стороны, одним взглядом охватывая всю задачу, предрешая возможности отдельных узлов. При этом следует смотреть не на состав (статику) объекта, а на его действия (динамику).
          При решении задач по правке брака сначала следует рассмотреть возможности предотвращения появления его. Например, необходимо усовершенствовать коромысловые весы. Условия требуют, чтобы весы остались коромысловыми. Обычно в таком случае многие меняют конструкцию гирь. Мы замечаем, что рычажный механизм характеризуется не массой, а моментом (произведение массы и плеча). Изменение длины плеча и составит суть задачи.
          Имея дело с сыпучим материалом, необходимо использовать свойство сыпучести (не применять механические способы по перемещению этого материала). Через жидкость хорошо проходит газ, она легко поддается воздействию центробежных сил и т. п. (неперспективно применять средства, с трудом управляющие жидкостью) .
           На этапе уяснения сути необходимо глубже вникнуть в условия задачи. Приведем пример, к чему ведет отсутствие углубленного понимания условий задачи. Скажем, предусматривается нагрев каменного угля, который рассыпается по наклонной трубе. Однако только позже (при внедрении предложения) выясняется, что разогретый уголь прилипает к стенкам трубы. Если бы вовремя были известны физические свойства угля, то было бы ясно без опыта, что при нагревании сначала испаряется находящаяся в угле влага, ибо температура ее испарения (по сравнению с температурой раскаленного угля) более низкая, а это даст отрицательный эффект.
          С другой стороны, не следует долго останавливаться на выяснении сути, ибо в этом случае преждевременно возникают варианты конкретных решений. Тем не менее этапу выяснения сути (по сравнению с другими этапами) уделяется больше всего времени, ибо этот этап является основным.
           На данном этапе вначале мышление еще занято недостатками объекта (о которых узнали по условиям задачи), затем поражает новизна задачи (новая отрасль техники или производства для решающего), возникает соблазн перехода к следующему этапу или к работе по привычному методу «проб и ошибок». Данное психологическое состояние следует пересилить, веря в успех при выяснении сути, зачастую можно увидеть, что объект неидеальный, в этом случае выбирают направления поиска для его улучшения (на данном этапе этого вполне достаточно).
          Данный этап считается началом творческой работы. После данного этапа работа ускоряется, ибо начинают возникать желания.

4. Выражение желаний.
          Суть задачи часто бывает трудно уяснить; иногда она остается непонятной или понимается ошибочно. В таком случае помогают творческие желания, которые при известном эвристическом подходе легко возникают и без понимания сути.
          Желания выражаются следующим образом. Например, требуется изобрести косилку, пригодную для неровного рельефа. Суть в том, что коса прямая, следовательно, она не приспособлена к работе в условиях микрорельефа. После выяснения сути возникает предварительное желание: отказаться от прямой косы. Следовательно, прямую косу можно раздробить на части, каждая из них сможет приблизиться к микрорельефу. Но бывшее возвратно-поступательное движение косы надо менять. При предварительном желании выражаются по возможности конкретные желания, суть которых заключается в следующем:

  • 1) каждую часть разделенной косы надо заменить на круглый нож, который крутится вертикальным валиком;
  • 2) каждый отрезок косы надо заменить на щель, сквозь которую проходящий сильно нагнетаемый воздух оборвет стебель растения от корня. Выраженные желания не конкретизируются, ибо в данное время следует стараться записать как можно больше желаний (конкретизация этому мешает).
          При выражении желаний надо мыслить глобально, не беспокоясь о том, как будет достигнуто исполнение желания.
           На данном этапе происходит увеличение степени идеальности ранее понятой сути: считается, что система должна работать без посторонней помощи (таким образом появляется возможность упрощения решения); создаются предпосылки к появлению желаний.
          Выявлением желаний продолжается процесс преодоления психологической инерции, начавшийся на этапе выяснения сути. Неизвестно, можно ли решать поставленную задачу, но всегда можно высказать желания. Это очень важно. Специалисты отрасли часто не могут выразить желаний, ибо они им на первый взгляд кажутся нереальными, поэтому они от них сразу отказываются. Однако положение улучшается при разделении процесса мышления на две части: сначала выражение желания, затем поиск реальных путей для его осуществления. Желания выражаются смело, хотя возможности для их реализации еще не видны. Это нелегко, ибо если искать пути для.реализации желания, то, во-первых, не хватит смелости для формулировки желания, а во-вторых, после выражения желания начина:». ется поиск реальной основы для его реализации, что неуместно. Если на других этапах решения задачи появляются новые желания, то они и записываются.

5. Предвидение возможного обмена энергии поля.
            Без энергии отсутствует движение. Недостатки объекта часто можно устранить изменением вида применяемой в нем энергии поля (см. приложение 1) или иным ее преобразованием. Поэтому в пределах этапов 1 — 3 рассматриваются следующие способы воздействия на объект: изменение способа передачи той же самой энергии поля; изменение формы передачи той же самой энергии поля; другие способы изменения той же самой энергии поля, например, распределение энергии; временное или постоянное гашение энергии.
            Кроме того, данный этап включает изменение направления движения, изменение химического взаимодействия и др. На данном этапе предусматривается только направление обмена, а не поиск конкретного способа использования.

6. Перечисление элементов (деталей) объекта и их свойств.
             Системы (если их несколько в объекте) распределяются на элементы (узлы, детали) для определения их главных и вспомогательных функций. Функция может выполняться объектом, имеющим различную структуру или вид энергии поля. При поиске новых решений также могут быть использованы свойства элементов: масса, длина, площадь, объем, электрическое сопротивление, сила электрического тока, давление, температура, магнитная индукция, скорость, мощность и др. В системе могут находиться природные, сырьевые материалы (элементы). Они не заменяются, однако могут быть использованы их свойства. Позже (на этапе 10) разбор таких свойств может привести к новым идеям.
             При рассмотрении элементов и их свойств определяем, какие свойства следует выдвинуть в качестве основных для достижения поставленной цели. Конечно, не обязательно анализировать все свойства элемента. Еще на третьем этапе, т. е. выясняя суть задачи, надо определить плохие свойства элементов, их взаимосвязь, причины недостатков объекта.
             На данном этапе следует наметить новые направления для решений задачи без поиска конкретных решений.

7. Рассмотрение других приемов.
            Средой в эвристике считается материя, в которой находится объект. Это — вакуум, воздух, пар, газ, вода, масло, сыпучий материал, неизвестное или еще невидимое вещество и т. д. Изменить приходится среду, ее свойства или определить неизвестную среду.
            Следует искать такую среду, которая обладает нужными нам свойствами, хотя еще неизвестно, поможет ли она решить нам задачу (на данном этапе конкретного решения еще не следует искать).
            В приложении 3 перечислены простые, но важные состояния, которые влияют на совершенствование объекта (для поиска идей). На данном этапе следует искать направление решения, а не само решение.
            Дальше переходим к поиску идей.

8. Исполнение желаний.
           На этом этапе для каждого желания существует несколько конкретных вариантов решений (их количество и качество зависят от имеющихся знаний). Эти варианты и будут изобретательскими идеями, развитием которых до конструктивной схемы достигается изобретательское решение. Если задача уже решена, продолжение ее решения на других этапах необязательно.

9. Обмен энергии поля.
              Этот этап применяется тогда, когда идея не найдена во время этапа 8. Идею можно получить при конкретизации воздействий на объект, перечисленных на этапе 5. Энергия при ее передаче одновременно поддерживает связь между узлами и деталями объекта.

10. Анализ и синтез элементов и их свойств.
            Этап применяется тогда, когда идея не найдена на прежних этапах.
            В изобретательстве синтезом считается согласование изменяе,мого элемента со всем объектом; объединение нескольких элементов и их свойств в одну систему, опираясь на которую, удается решить задачу.
            При анализе элементов, перечисленных на этапе 6, данные обобщаем так, как будто каждый элемент объекта одинаково важен для решения задачи. Если при изменении одного элемента (например, узла) задача не решается, объединяются уже измененные несколько узлов. Если анализ отдельных элементов не дает результата, то элемент рассматривается совместно с его свойствами (они были перечислены на этапе 6). При нахождении интересных идей может быть изменена и основная функция о.объекта.
            На данном этапе хорошие результаты достигаются тогда, когда в системе имеется не более десяти элементов. Если этих элементов больше, трудно определить, какой элемент целесообразно изменять (тогда этапы 6 и 10 пропускаются).

11. Применение других методических приемов.
           Когда идея не найдена на прежних этапах, применяются другие методические приемы. При использовании состояний, указанных в приложении 3, можно найти идею. По сравнению с этапом 7 на этапе 11 данные идеи конкретизируются.

12. Выбор оптимальных решений.
           При наличии идеи ее следует развивать. Зачастую это помогает найти более эффективное решение по сравнению с имеющимся. Данный момент необходимо использовать.
          При оценке найденных идей определяется лучшая из патентоспособных идей. При составлении эскизов для вариантов и при их сравнении возникают идеи по их усовершенствованию. Не следует ограничиваться одним решением, ибо для одних условий пригодно одно, для других — другое решение, которое может быть также патентоспособным. «Широкий взгляд с высоты» на решение и известные правила помогут составить формулу изобретения.

13. Применение найденной идеи для решения других задач.
          Такой поиск помогает сделать изобретения обычно в других областях. Например, полученный результат в задаче о креплении пуговицы путем приклеивания (см. выше >"рождение изобретательской идеи") можно применить для паяния многожильных проводов. Другой пример приведен в "примеры решения изобретательских задач"
      
         Метод развития изобретательской идеи помогает одолеть психологическую инерцию, поощряет творческую смелость. В процессе творчества, пока не найдена идея, по возможности надо меньше пользоваться терминами. Это относится к этапам 3 11.
          Знание методов поиска изобретательских идей при наличии развитой фантазии дает возможность автору (при решении изобретательских задач описываемым методом) получить решения высокого творческого уровня.
           При решении изобретательской задачи нельзя мыслить поверхностно, утешая себя тем, что впереди еще много возможнос что если не на первых, то на последних этапах можно решить задачу. В таком случае мышление становится более интенс ным по мере приближения к последним этапам.
           Иногда, не добившись результатов, кончают решения методом проб и ошибок , что нежелательно. Поэтому внимание должно быть сосредоточено на получении решения на первых этапах. Если от решения задачи не отказываются после первого или второго препятствия и верят в успех, то, как показала практика, оно часто Получается патентоспособным.
           Метод имеет ориентир для поиска идей: «Хочу, чтобы так было». Однако перед выражением желания сначала надо понять суть.задачи (основана она на физических или других эффектах ). После этого выражается техническая мечта с помощью научной фантазии. Только такой порядок ведет к оригинальному решению.
           Метод (см. рис. 11) состоит из двух частей: поиска направлений решения (А) и поиска реальных идей (Б) (или конкретизации наполовину найденной в части А идеи) . Не надо удивляться, если первые задачи решаются медленно, это естественно. Надо не спеша вникнуть в условия задачи, сделать эскиз, понять ее суть. Когда автор привыкает к методу, он решает изобретательскую задачу в течение 0,5 — 4 ч (при ежедневной работе). Если работает не ежедневно, то продолжительность решения увеличивается.
           К описываемому методу можно применять закон перехода количества в качество. Медленные действия — разбор условий, эскизирование, восприятие сути ускорряют выражение желаний (этап перехода количества в качество), а новые идеи проявляются на этапе исполнения желаний (новое качество). Кульминация возникновения творческой мысли — появление желаний. При выражении желаний не требуется поисков конкретных решений. Понимание задачи происходит с понятия сути, после чего выражение желаний происходит само собой и быстро. Рассматриваемый метод пригоден как для пожилых людеи - они легко понимают суть, осуществляют желания, так и для молодых — они легко выражают желания (поскольку с детства у них еще не погасла фантазия).
          Очередность этапов 57 между собой может быть изменена, так же, как и этапов 911. На решение задачи положительно действует то обстоятельство, что выражение желаний (этап 4) отделено от их исполнения (этап 8) другими методическими приемами, благодаря чему изобретатель подходит к этапу исполнения желаний с новыми мыслями и средствами для их реализации.
           При поиске идеи по алгоритму решения изобретательских задач (АРИЗ) из модели задачи выбирается только один элемент (или одно действие) и дальнейшее решение связано только с ним.
          По нашему методу, одним элементом не ограничиваются. Уже на этапе восприятия сути ищут пути улучшения нескольких основных характеристик объекта. Затем это получает развитие при выражении желаний и конкретизируется на этапе исполнения желаний. Получаем ряд вариантов решений для совершенствуемого объекта и его частей. Объединение решений, полученных с частей объекта, может дать решение для всего объекта.
           С помощью АРИЗ нельзя решить сразу задачу, достигающую несколько целей, а наш метод позволяет это сделать. После решения свыше 170 изобретательских задач (средняя продолжительность решения 1,5 ч на задачу) было доказано, что основной довод АРИЗ — «по другим методам нельзя эффективно получать решения более высокого уровня» — является необоснованным.