Страница:
На первой стадии творческого процесса изобретатель определяет конечную цель решения, проверяет возможность использования обходных путей, уточняет условия задачи (прямой или обходной). Очень важен пятый шаг, при котором изобретатель умышленно несколько повышает требования, содержащиеся в условиях задачи. Допустим, по условиям задачи нужно обеспечить точность контроля порядка ± 0,5 микрона. Целесообразно самому ужесточить это требование и считать, что нужна точность ± 0,1 микрона. Ведь за время разработки и внедрения изобретения требования к точности могут повыситься.
Анкетный опрос изобретателей и непосредственное наблюдение за их творческим процессом показывают, что в большинстве случаев изобретатель пытается решать задачу, не разобравшись достаточно внимательно в ее условиях. После каждого неудачного наскока он возвращается к условиям задачи, уясняет какую-то одну их часть и сразу же совершает очередную пробу. Это повторяется многократно, и изобретатель нередко бросает попытки найти решение, так и не разобравшись в условиях задачи.
Алгоритм учитывает существование этой распространенной ошибки. Работая по алгоритму, изобретатель прежде всего основательно изучает задачу, шаг за шагом снимает с нее внешние, нехарактерные слои, выделяет то, что составляет ее существо.
Первая часть алгоритма представляет собой, таким образом, цепочку логических действий. Тут довольно отчетливо видна роль логики в творческом процессе.
Первоначальная формулировка задачи подобна глыбе угля: можно сколько угодно раз пытаться зажечь такую глыбу - огня не будет. Логика дробит глыбу; чем мельче уголь, тем легче его зажечь. На какой-то стадии дробления появляется даже возможность самовозгорания угля.
Вторая часть алгоритма внешне тоже похожа на серию логических действий Изобретатель продолжает работать по четкой программе: задаются конкретные вопросы, требующие столь же конкретных ответов. Тем самым сохраняется приобретенная ранее организованность, направленность мышления. Но АРИЗ не программа для машины. Алгоритм рассчитан на человека, он должен учитывать особенности мышления, особенности человеческой психики.
В автобиографических записках Л. Инфельда рассказывается о задаче, которую П. Капица предложил Л Ландау и Л. Инфельду: «…собаке привязали к хвосту металлическую сковородку. Когда собака бежит, сковородка стукается о мостовую. Вопрос: с какой скоростью должна бежать собака, чтобы не слышать стука сковородки? Мы с Ландау долго размышляли, какое тут возможно решение. Наконец Капица сжалился над нами и дал ответ,- разумеется, очень смешной…» Ответ и в самом деле неожиданный: скорость равна нулю.
Что же затрудняло решение столь простой задачи?
Условия задачи говорят о скорости, а скорость- в нашем представлении - твердо связана с движение е м. Решая задачу, мы невольно рассматриваем варианты, подразумевающие наличие движения. Конечно, каждому известно, что скорость может быть, в частности, равна нулю. Но это «нетипично», и инерция связанных со словом «скорость» представлений уводит мысль в сторону. Если задачу сформулировать без слова «скорость» («Как должна вести себя собака, чтобы не слышать…»), решение станет очевидным.
Объект, над которым думает изобретатель (машина, процесс, вещество), «задается» в определенных терминах. Каждый такой термин имеет традиционные, привычные границы. Между тем всякое изобретение связано с расширением этих границ. Когда мы, например, представляем себе спуск груза на парашюте, отчетливо рисуется расположенный сверху купол и подвешенный снизу груз. Но вот появляется изобретение, в котором все наоборот: груз расположен над куполом, опускающимся вершиной вниз. Привычный термин расширяется: теперь мы знаем, что парашюты могут быть «нормальные» и «обратные».
Исходная терминология сковывает воображение изобретателя. Семинары по методике изобретательства показали, что успешное решение задачи во многом определяется умением «расшатать» систему исходных представлений. Вторая часть алгоритма и представляет собой программу такого расшатывания.
Судя по данным анкетного опроса, часть опытных изобретателей сознательно не желает знакомиться с патентной литературой до решения задачи. Изучение патентов, утверждают эти изобретатели, «мешает свободно думать». Нельзя безоговорочно отмахнуться от такого рода соображений: в творческом процессе определенную роль играют и чисто индивидуальные особенности изобретателя. Во всяком случае, АРИЗ предусматривает такое использование патентной литературы, которое не сковывает, а стимулирует воображение (шаг 2-1).
Работая по алгоритму, изобретатель не ограничивается ознакомлением с патентами, непосредственно относя-
1 См. авторское свидетельство № 66269. Над куполом располагается осветительный заряд. Купол играет роль рефлектора, направляя световые лучи вверх.
щимиея к данной задаче. Он просматривает патенты на аналогичные, но более «тяжелые» изобретения. Скажем, если задача связана с уменьшением шума в строительной технике, есть смысл просмотреть патенты, относящиеся к борьбе с шумом в авиации. Целесообразно также ознакомиться с «обратными» изобретениями (усиление звука).
Процесс «расшатывания» исходных представлений продолжается с помощью оператора РВС (шаг 2-2). Психологическая инерция обусловлена не только терминами, в которых задается объект, но и привычным пространственно-временным представлением об объекте. Размеры объекта и продолжительность его действия либо прямо указаны в условиях задачи, либо подразумеваются сами собой. Достаточно сказать: «автомобиль» - и мы представляем машину определенного размера (не менее 1 м и не более 20 м). Достаточно сказать: «бурение нефтяной скважины» - и мы представляем процесс, идущий в течение определенного времени (месяцы, десятки месяцев).
Существует еще одно измерение, в котором мыслится объект - стоимость. Достаточно сказать: «телевизор» - и мы представляем прибор стоимостью в несколько сотен или несколько тысяч рублей.
Оператор РВС - серия мысленных экспериментов, помогающих преодолевать привычные представления об объекте.При использовании оператора РВС последовательно рассматривают изменение задачи в зависимости от изменения трех параметров: размеров (Р), времени (В), стоимости (С).
Рассмотрим, например, применение оператора РВС кпростой задаче: «Найти способ регулирования сечения трубопровода, по которому движется пульпа» (см. табл.1).
Оператор РВС не дает точного и однозначного ответа. Цель применения оператора РВС в том, чтобы получить серию идей, направленных «в сторону решения». Это помогает преодолевать психологические барьеры при дальнейшем анализе задачи.
Рассмотрим еще один пример. Допустим, решается задача о способе обнаружения неплотностей в агрегатах холодильников (см. табл. 2).
При мысленных экспериментах с задачей по опера-
Таблица 1
???? Шагн Операции Изменение объекта (или процесса) Как решается измененная задача Принцип, использованный в решении
???? 2-2а Р-*0 dTp«^1 м Регулировать сечение, сдавливая стенки (они стали тонкими и гибкими). Деформация стенок.
???? 2-26 Р-*со drp»1000 м Такой трубопровод подобен реке. Надо построить плотину или ждать естественного регулирования - замерзания, таяния. Плотина (это та же задвижка) будет истираться. Лучше- изменение агрегатного состояния потока.
???? 2-2в В-»0 Перекрывать надо за 0,001 сек. Нужно нечто быстродействующее, например, электромагнитное поле. Вместо механического рабо чего органа (задвижка) -элек-тромагнитный.
???? 2-2г В-+со Перекрывать трубопровод надо за 100 дней. Механическая задвижка будет сильно истираться (с уменьшением сечения растет скорость потока). Надо как-то восстанавливать стертые части. Задвижка с нарастающими частями.
???? 2-2д С-»0 Стоимость перекрытия близка к нулю. Поток должен сам себя перекрывать. Саморегулирование.
???? 2-2е С-*со Стоимость перекрытия свыше 1000 000 руб. Можно ввести в поток нечто дорогое, но легко поддающееся регулировке. Например, вместо воды использовать расплав металла. Регулировку вести электромагнитами. «Регулирующиеся добавки».
тору РВС ответы могут быть разными - это зависит от
фантазии, знаний, опыта, словом, от индивидуальных ка-
Таблица 2
???? Шаги Операции Изменение объекта (илн процесса) Как решается измененная задача Принцип, использованный в решении
???? 2-2а Р-*0 Длина змеевика меньше 1 мм Количество просочившейся жидкости мало. Надо сделать эту жидкость более «обнаруживаемой». Что-то добавить. Микродобавки, оббегающие обнаружение.
???? 2-26 Р-»СО Длина змеевика больше 100 км Обнаружение на расстоянии - локация, радиолокация, термолокация. Обычный осмотр (светолокация). Локация в обычных и ии-' фра красных лучах, радиолокация.
???? 2-2в В-»0 Обнаружить надо за 0,001 сек. Исключаются механические и химические способы. Остаются электромагнитные и оптические. Излучение электромагнитное или оптическое.
???? 2-2г В - соОбнаруживать надо за 10 лет. Вытекающая жидкость будет реагировать с материалом змеевика. По изменению внешнего вида материала легко обнаружить место утечки. Материал змеевика - индикатор вытекающей жидкости.
???? 2-2д С-0 Стоимость обнаружения близка к нулю. Просачивающаяся жидкость достаточно сильно сообщает о себе. Самообнаружение, самосигнализация.
???? 2-2е С-»с© Стоимость обнаружения - миллион рублей. Добавлять в раствор нечто дорогое, но легко обнаруживаемое. Индикаторные добавки.
честв человека. Нельзя только заменять исходную задачу другой. Так, в ггоследнем примере при ответе на 2-2е нельзя сказать: «Повысить качество изготовления холодильника»- хотя, конечно, разумнее предотвратить появление неплотностей, чем бороться с ними. Надо решать ту задачу, которая выбрана в первой части АРИЗ. Если
выбрана задача обнаружения неплотностей - именно ее и надо исследовать.,,
В некоторых задачах вместо «размеров» можно рассматривать другие количественные параметры. Например, в задаче: «Найти способ подачи в реактор 24 порошков по заданным графикам» - можно взять количество порошков (2-2а: один порошок, 2-26: тысяча или десять тысяч порошков).
На преодоление психологической инерции рассчитан и следующий шаг (2-3). Возьмем, например, такую задачу: найти способ изготовления стеклянного куба (фильтра) с ровными капиллярными сквозными отверстиями (длина ребра куба - до 1 м, количество капилляров- несколько десятков на квадратный сантиметр). Условия задачи навязывают (притом неощутимо) определенное исходное представление: дан стеклянный куб, надо проделать в нем капилляры. При решении на рисунках появляются куб и круглые (это привычно) отверстия. В большинстве решений сохраняется это исходное представление: предлагают тем или иным способом делать отверстия в сплошной стеклянной заготовке (твердой или жидкой).
Изменим теперь формулировку задачи: «Найти способ изготовления воздушного куба со стеклянными продольными перегородками». Или: «Найти способ изготовления воздушного куба со многими тонкими стеклянными стержнями, «нитями». Стеклянный куб с дырками - это все равно что воздушный куб со стержнями, поскольку дырки тоже могут быть названы воздушными стержнями.
В силу чисто психологических причин мы видим «стеклянный куб с дырками», а не «воздушный куб со стеклянными стержнями», хотя это совершенно равноправные определения. Если задача дана во второй формулировке, она решается быстро и легко (куб можно собрать из стеклянных нитей).
В сущности, когда от «стеклянного куба с воздушными отверстиями» мы переходим к «воздушному кубу со стеклянными стержнями», привычное переводится в непривычное, то есть совершается операция, о которой говорит У. Гордон, автор синектики. Однако синектика не указывает способов превращения привычного в непривычное, она лишь призывает к подобным превращениям. В АРИЗ такая операция запрограммирована в шагах
2-^-2 (оператор РВС) и 2-3. Отвечая на вопросы шага 2-3, мы переходим от неправильной формулировки задачи к правильной, в которой нет акцента на одном элементе (стекле). Системный подход заставляетувидеть все элементы(а это в большинстве случаев непривычно).
Правильное выполнение шага 2-3 существенно облегчает решение задачи. При выполнении этого шага надо тщательно следить за тем, чтобы: ' ' а) из формулировки задачи были убраны специальные термины;
б) были правильно перечислены все элементы, входящие в рассматриваемую систему.
Например, в формулировке «Дана система из стеклянного куба и капилляров» две ошибки: 1) слово «капилляр» лучше заменить словом «отверстие» и 2) «стеклянный куб» - это сплошной куб, а у нас то, что осталось от куба после того, как в нем проделали множество отверстий. Правильная формулировка: «Дана система из отверстий и стеклянных стенок между ними».
Разложив систему на элементы, надо выбрать тот, который необходимо изменить, чтобы решить задачу (шаги 2-4 и 2-5). Главный признак, по которому ведется выбор,- степень изменчивости, управляемости. Чем легче менять элемент (в условиях данной задачи), тем больше оснований взять этот элемент в качестве объекта для дальнейшего анализа. Здесь есть простое (хотя и не универсальное) эмпирическое правило: к 2-4а обычно относятся объекты технические,к 2-46 - природные. Многие изобретательские ошибки (ниже это будет показано на примерах) объясняются стремлением менять элементы, относящиеся к 2-46.
–Реализация первой и второй частей АРИЗ требует - для средней задачи - не более двух часов фесчитая, конечно, времени, необходимого на ознакомление с патентной литературой). Надо сказать, что ни один шаг не был включен в алгоритм без многократной практической проверки на семинарах. При этом в алгоритм вошли только такие шаги, которые существенно облегчали процесс решения. Есть немало приемов, подходов, методов, иногда оказывающихся полезными, но, в общем, не обязательных. Алгоритм, рассчитанный на человека, должен быть компактным: слишком долгий разбег не оставляет сил для прыжка, для взлета. И наоборот: когда каждый
шаг ощутимо меняет исходную задачу и ясно видно, что задача «обрабатывается», тогда возникает-уверениость - основа вдохновения. Два часа организованного мышления позволяют изобретателю «прочувствовать» суть задачи значительно глубже, чем недели и месяцы беспорядочных наскоков. Теперь изобретатель может уверенно переходить к выявлению технического противоречия, которое нужно устранить.
* * *
Американский математик Д Пойа, много занимавшийся психологией творчества, рассказывает о таком эксперименте. Курицу ставят перед сеткой, за которой расположена пища. Курица не может достать пищу до тех пор, пока не обойдет сетку. «Задача, однако, оказывается удивительно трудной для курицы, которая будет суетливо бегать взад и вперед на своей стороне забора и может потерять много времени, прежде чем доберется до корма, если она вообще доберется до него. Впрочем, после долгой беготни ей это может удаться случайно».
Пойа не без иронии сопоставляет поведение курицы с поведением человека, бессистемно пытающегося решить творческую задачу: «Нет, даже курицу не следует винить за несообразительность. Ведь определенно трудно бывает, когда надо отвернуться от цели, уходить от нее, продолжать действовать, не видя постоянно цели впереди, сворачивать с прямого пути. Между затруднениями курицы и нашими имеется явная аналогия» 1.
В качестве иллюстрации Пойа приводит простую задачу: как принести из реки ровно шесть литров воды, если для измерения ее имеется только два ведра - одно емкостью в четыре литра, а другое в девять литров?
Разумеется, переливать «на глазок» половину или треть ведра нельзя. Задача должна быть решена отмериванием двумя ведрами именно той емкости, которая указана.
На семинарах я предлагал эту задачу слушателям до того, как мы приступали к изучению методики поиска решения. Результаты никогда не расходились с выводами Пойа. Задачу пытались решать, без системы перебирая всевозможные варианты: «А если сделать так?…» Правильное решение появлялось после многочисленных «а если». Между тем задача решается чрезвычайно просто. Надо только знать метод подхода ко всем задачам, требующим «догадки»,
Так обстоит дело и с изобретательскими задачами. Мышление изобретающего человека имеет характерную особенность: решая задачу, человек представляет себе усовершенствуемую машину и мысленно изменяет ее. Изобретатель как бы строит ряд мысленных моделей и экспериментирует с ними. При этом исходной моделью чаще всего берется та или иная уже существующая машина. Такая исходная модель имеет ограниченные возможности развития, сковывающие воображение. В этих условиях трудно прийти к принципиально новому решению
Если же изобретатель начинает с определения идеального конечного результата, то в качестве исходной модели принимается идеальная схема - предельно упрощенная и улучшенная. Дальнейшие мысленные эксперименты не отягощаются грузом привычных конструктивных форм и сразу же получают наиболее перспективное направление: изобретатель стремится достичь наибольшего результата наименьшими средствами.
Рассмотрим задачу о двух ведрах.
Неудачи при решении методом «а если» связаны с попытками получить ответ, идя от начала к концу. Попробуем поступить наоборот: пойдем от конца к началу.
Нам нужно, чтобы в одном из ведер было шесть литров воды. Очевидно, это может быть только большое ведро. Итак, конечный результат состоит в том, чтобы большое ведро оказалось заполненным на шесть литров.
Для этого необходимо наполнить большое ведро (оно вмещает девять литров), а затем отлить из него три литра. Если бы второе ведро имело емкость не четыре литра, а три, задача была бы сразу решена. Но второе ведро - четырехлитровое. Чтобы оно стало трехлитровым, надо налить в него один литр воды, тогда оно «превратится» в трехлитровое, и появится возможность отлить из большего ведра три литра.
Таким образом, исходная задача свелась к другой, более легкой: отмерить с помощью двух имеющихся ведер один литр. Но это не представляет никаких трудностей, ибо 9-(4 + 4) = 1.
Наполняем большое ведро и дважды отливаем, отмеривая маленьким ведром, по четыре литра. После этого в большом ведре останется один литр, который можно перелить в пустое маленькое ведро.
Теперь четырехлитровое ведро «превратилось» в трехлитровое, а это нам и нужно было. Еще раз наполняем большое ведро и отливаем из него в маленькой три литра. В большом ведре остается, как и требовалось для решения задачи, шесть литров воды.
Последовательно продвигаясь от конца к началу, мы решили задачу, не сделав ни одного бесполезного шага.
Правильно сформулировать идеальный конечный результат- значит, надежно выйти на верный путь решения задачи.
Некоторые изобретатели так и делают. Примечательно, что особенно большое значение этому приему придают те изобретатели, которые ничего не говорят в анкетах о выявлений присущего.задаче технического противоречия. Вот, например, что пишет изобретатель Ю. Емельянов (Москва): «После постановки задачи пытаюсь представить идеальную конечную цель и затем думаю, как достичь этой цели. Особых принципов не замечал». Таким образом, «до» и «после» определения идеального конечного результата работа ведется стихийно; сознательно используется только один прием. Это, конечно, не случайно. Хорошее владение одним приемом компенси: рует «простой» других приемов,
Часть приемов, входящих в алгоритм решения изобретательских задач, порознь используется изобретателями. Чаще всего изобретатель применяет два или три хорошо освоенных приема. У наиболее методичных изобретателей «эксплуатируется» пять - семь приемов. Методика изобретательства (даже при первоначальном знакомстве) увеличивает творческий арсенал, включая в него десятки приемов, составляющих в совокупности рациональную систему решения задач.
* * *
Третья часть алгоритма начинается с определения идеального конечного результата. Казалось бы, нетрудно ответить на вопрос: «Что желательно получить в идеальном случае?» Однако практика обучения изобретательству показала, что отвлечься от ограничений и запретов,
накладываемых реальными обстоятельствами, и представить себе действительно идеальный результат крайне трудно. Если, например, речь идет об устройстве для окраски внутренней поверхности труб, идеальный результат рисуется обычно в виде некоей достаточно компактной «автокисти», которая движется внутри трубы. Тут отчетливо видна привязанность к уже известным устройствам, предназначенным для окраски внешних поверхностей. Идеальный же результат следовало бы сформулировать иначе: «Краска сама поступает в трубу и сама равномерно покрывает ее внутреннюю поверхность». В дальнейшем может выясниться (чаще всего так и бывает), что краска не может сама осуществлять все то, что нам хотелось бы. Тогда какую-то часть идеальной схемымы подкрепим конструкцией или техническим приемом, стремясь, однако, как можно меньше отступать от идеала.
Правильное определение идеального конечного результата чрезвычайно важно для всего творческого процесса. Поэтому на методических семинарах при решении учебных задач вопрос иногда ставился в такой форме: «Представьте себе, что у вас в руках волшебная палочка. Каким будет идеальный результат (решения данной задачи), если использовать волшебную палочку?» От волшебной палочки не потребуешь, чтобы она создала, например, «устройство для нанесения краски». Палочка - сама «устройство». И ответ обычно бывал правильным («Пусть краска сама поступает в трубу…» и т. д.). Постепенно необходимость упоминать о волшебной палочке исчезает, и остается та формулировка вопроса, которая записана в алгоритме.
Существуют два правила, помогающие точнее определить идеальный конечный результат.
Правило первое: не следует загадывать заранее, возможноили невозможно достичьидеального результата.
Вспомним, например, задачу о подъемном устройстве для транспортных самолетов. Идеальным результатом в этой задаче было бы следующее: при погрузке на самолете появляется кран, затем в полете этот кран исчезает, а при разгрузке на другом аэродроме он появляется вновь. На первый взгляд это совершенно невозможно осуществить. Однако каждое изобретение, как уже говорилось,- путь через «невозможно». И в этой задаче «невозможно» означает лишь «невозможно известными способами». Изобретатель должен найти новый способ, и тогда невозможное станет возможным.
Кран, смонтированный на самолете, конечно, не способен исчезать. Но на время полета металлическая ферма крана может быть включена в силовую схему фюзеляжа. Кран станет (в полете) частью конструкции самолета, будет нести полезную нагрузку и исчезнет как груз. Вес крана компенсируется соответствующим уменьшением веса конструкции фюзеляжа.
Правило второе: не надо заранее думать о том, как и какими путями будет достигнут идеальный конечный результат. Вспомните, как шел Д. Д. Максутов к идее менискового телескопа. Изобретателю надо было как-то прикрыть отверстие рефлектора, чтобы предохранить зеркало от загрязнения и повреждений. Максутов начал с определения идеального конечного результата: мысленно закрыл отверстие телескопа пластинкой из оптического стекла. В этот момент он не думал о том, как это будет конкретно осуществлено. Обстоятельство чрезвычайно показательное! Ведь создать школьный телескоп - значит создать телескоп дешевый, а пластинка из оптического стекла, казалось бы, заведомо преграждала путь в этом направлении: оптическое стекло дорого.
Нужна была большая смелость мысли, чтобы повер-
Рис. 7. Надо отчетливо представить себе каждую деталь, а затем упростить полученную схему.
нуться спиной к задаче. Но только так и удалось найти путь к удешевлению всей конструкции и снижению ее общей стоимости.
При решении многих задач наилучший способ определить идеальный конечный результат состоит в том, чтобы просто перевести вопрос, содержащийся в задаче, в утвердительную форму. Взять хотя бы магнитную сборку подшипников. Вопрос, поставленный в задаче, таков, как при монтаже укреплять ролики на дорожках качения цапфы? Идеальный конечный результат можно сформулировать так: «Ролики сами собой держатся на своих местах» (или: «Внешняя среда сама держит ролики…»). Обратите внимание: на определение идеального результата не влияют соображения о том, возможно или невозможно, чтобы ролики держались «сами собой», и как именно это будет осуществлено.
Представьте себе два кинокадра. На одном изображена ситуация, породившая задачу. В данном случае на кинокадре должна быть показана цапфа с падающими роликами. Второй кинокадр - идеальный конечный результат. Ролики «сами» держатся на цапфе.
К такому зрительному представлению «в два кадра» легко привыкнуть. Вместе с тем оно избавляет от многих ошибок при определении идеального результата. Кинематограф приучил нас преодолевать невозможное: на экране все возможно - это специфика кино. Поэтому и целесообразно использовать имеющиеся у каждого «ки: нонавыки» для того, чтобы правильно сделать первый шаг аналитической стадии.
Анкетный опрос изобретателей и непосредственное наблюдение за их творческим процессом показывают, что в большинстве случаев изобретатель пытается решать задачу, не разобравшись достаточно внимательно в ее условиях. После каждого неудачного наскока он возвращается к условиям задачи, уясняет какую-то одну их часть и сразу же совершает очередную пробу. Это повторяется многократно, и изобретатель нередко бросает попытки найти решение, так и не разобравшись в условиях задачи.
Алгоритм учитывает существование этой распространенной ошибки. Работая по алгоритму, изобретатель прежде всего основательно изучает задачу, шаг за шагом снимает с нее внешние, нехарактерные слои, выделяет то, что составляет ее существо.
Первая часть алгоритма представляет собой, таким образом, цепочку логических действий. Тут довольно отчетливо видна роль логики в творческом процессе.
Первоначальная формулировка задачи подобна глыбе угля: можно сколько угодно раз пытаться зажечь такую глыбу - огня не будет. Логика дробит глыбу; чем мельче уголь, тем легче его зажечь. На какой-то стадии дробления появляется даже возможность самовозгорания угля.
Вторая часть алгоритма внешне тоже похожа на серию логических действий Изобретатель продолжает работать по четкой программе: задаются конкретные вопросы, требующие столь же конкретных ответов. Тем самым сохраняется приобретенная ранее организованность, направленность мышления. Но АРИЗ не программа для машины. Алгоритм рассчитан на человека, он должен учитывать особенности мышления, особенности человеческой психики.
В автобиографических записках Л. Инфельда рассказывается о задаче, которую П. Капица предложил Л Ландау и Л. Инфельду: «…собаке привязали к хвосту металлическую сковородку. Когда собака бежит, сковородка стукается о мостовую. Вопрос: с какой скоростью должна бежать собака, чтобы не слышать стука сковородки? Мы с Ландау долго размышляли, какое тут возможно решение. Наконец Капица сжалился над нами и дал ответ,- разумеется, очень смешной…» Ответ и в самом деле неожиданный: скорость равна нулю.
Что же затрудняло решение столь простой задачи?
Условия задачи говорят о скорости, а скорость- в нашем представлении - твердо связана с движение е м. Решая задачу, мы невольно рассматриваем варианты, подразумевающие наличие движения. Конечно, каждому известно, что скорость может быть, в частности, равна нулю. Но это «нетипично», и инерция связанных со словом «скорость» представлений уводит мысль в сторону. Если задачу сформулировать без слова «скорость» («Как должна вести себя собака, чтобы не слышать…»), решение станет очевидным.
Объект, над которым думает изобретатель (машина, процесс, вещество), «задается» в определенных терминах. Каждый такой термин имеет традиционные, привычные границы. Между тем всякое изобретение связано с расширением этих границ. Когда мы, например, представляем себе спуск груза на парашюте, отчетливо рисуется расположенный сверху купол и подвешенный снизу груз. Но вот появляется изобретение, в котором все наоборот: груз расположен над куполом, опускающимся вершиной вниз. Привычный термин расширяется: теперь мы знаем, что парашюты могут быть «нормальные» и «обратные».
Исходная терминология сковывает воображение изобретателя. Семинары по методике изобретательства показали, что успешное решение задачи во многом определяется умением «расшатать» систему исходных представлений. Вторая часть алгоритма и представляет собой программу такого расшатывания.
Судя по данным анкетного опроса, часть опытных изобретателей сознательно не желает знакомиться с патентной литературой до решения задачи. Изучение патентов, утверждают эти изобретатели, «мешает свободно думать». Нельзя безоговорочно отмахнуться от такого рода соображений: в творческом процессе определенную роль играют и чисто индивидуальные особенности изобретателя. Во всяком случае, АРИЗ предусматривает такое использование патентной литературы, которое не сковывает, а стимулирует воображение (шаг 2-1).
Работая по алгоритму, изобретатель не ограничивается ознакомлением с патентами, непосредственно относя-
1 См. авторское свидетельство № 66269. Над куполом располагается осветительный заряд. Купол играет роль рефлектора, направляя световые лучи вверх.
щимиея к данной задаче. Он просматривает патенты на аналогичные, но более «тяжелые» изобретения. Скажем, если задача связана с уменьшением шума в строительной технике, есть смысл просмотреть патенты, относящиеся к борьбе с шумом в авиации. Целесообразно также ознакомиться с «обратными» изобретениями (усиление звука).
Процесс «расшатывания» исходных представлений продолжается с помощью оператора РВС (шаг 2-2). Психологическая инерция обусловлена не только терминами, в которых задается объект, но и привычным пространственно-временным представлением об объекте. Размеры объекта и продолжительность его действия либо прямо указаны в условиях задачи, либо подразумеваются сами собой. Достаточно сказать: «автомобиль» - и мы представляем машину определенного размера (не менее 1 м и не более 20 м). Достаточно сказать: «бурение нефтяной скважины» - и мы представляем процесс, идущий в течение определенного времени (месяцы, десятки месяцев).
Существует еще одно измерение, в котором мыслится объект - стоимость. Достаточно сказать: «телевизор» - и мы представляем прибор стоимостью в несколько сотен или несколько тысяч рублей.
Оператор РВС - серия мысленных экспериментов, помогающих преодолевать привычные представления об объекте.При использовании оператора РВС последовательно рассматривают изменение задачи в зависимости от изменения трех параметров: размеров (Р), времени (В), стоимости (С).
Рассмотрим, например, применение оператора РВС кпростой задаче: «Найти способ регулирования сечения трубопровода, по которому движется пульпа» (см. табл.1).
Оператор РВС не дает точного и однозначного ответа. Цель применения оператора РВС в том, чтобы получить серию идей, направленных «в сторону решения». Это помогает преодолевать психологические барьеры при дальнейшем анализе задачи.
Рассмотрим еще один пример. Допустим, решается задача о способе обнаружения неплотностей в агрегатах холодильников (см. табл. 2).
При мысленных экспериментах с задачей по опера-
Таблица 1
???? Шагн Операции Изменение объекта (или процесса) Как решается измененная задача Принцип, использованный в решении
???? 2-2а Р-*0 dTp«^1 м Регулировать сечение, сдавливая стенки (они стали тонкими и гибкими). Деформация стенок.
???? 2-26 Р-*со drp»1000 м Такой трубопровод подобен реке. Надо построить плотину или ждать естественного регулирования - замерзания, таяния. Плотина (это та же задвижка) будет истираться. Лучше- изменение агрегатного состояния потока.
???? 2-2в В-»0 Перекрывать надо за 0,001 сек. Нужно нечто быстродействующее, например, электромагнитное поле. Вместо механического рабо чего органа (задвижка) -элек-тромагнитный.
???? 2-2г В-+со Перекрывать трубопровод надо за 100 дней. Механическая задвижка будет сильно истираться (с уменьшением сечения растет скорость потока). Надо как-то восстанавливать стертые части. Задвижка с нарастающими частями.
???? 2-2д С-»0 Стоимость перекрытия близка к нулю. Поток должен сам себя перекрывать. Саморегулирование.
???? 2-2е С-*со Стоимость перекрытия свыше 1000 000 руб. Можно ввести в поток нечто дорогое, но легко поддающееся регулировке. Например, вместо воды использовать расплав металла. Регулировку вести электромагнитами. «Регулирующиеся добавки».
тору РВС ответы могут быть разными - это зависит от
фантазии, знаний, опыта, словом, от индивидуальных ка-
Таблица 2
???? Шаги Операции Изменение объекта (илн процесса) Как решается измененная задача Принцип, использованный в решении
???? 2-2а Р-*0 Длина змеевика меньше 1 мм Количество просочившейся жидкости мало. Надо сделать эту жидкость более «обнаруживаемой». Что-то добавить. Микродобавки, оббегающие обнаружение.
???? 2-26 Р-»СО Длина змеевика больше 100 км Обнаружение на расстоянии - локация, радиолокация, термолокация. Обычный осмотр (светолокация). Локация в обычных и ии-' фра красных лучах, радиолокация.
???? 2-2в В-»0 Обнаружить надо за 0,001 сек. Исключаются механические и химические способы. Остаются электромагнитные и оптические. Излучение электромагнитное или оптическое.
???? 2-2г В - соОбнаруживать надо за 10 лет. Вытекающая жидкость будет реагировать с материалом змеевика. По изменению внешнего вида материала легко обнаружить место утечки. Материал змеевика - индикатор вытекающей жидкости.
???? 2-2д С-0 Стоимость обнаружения близка к нулю. Просачивающаяся жидкость достаточно сильно сообщает о себе. Самообнаружение, самосигнализация.
???? 2-2е С-»с© Стоимость обнаружения - миллион рублей. Добавлять в раствор нечто дорогое, но легко обнаруживаемое. Индикаторные добавки.
честв человека. Нельзя только заменять исходную задачу другой. Так, в ггоследнем примере при ответе на 2-2е нельзя сказать: «Повысить качество изготовления холодильника»- хотя, конечно, разумнее предотвратить появление неплотностей, чем бороться с ними. Надо решать ту задачу, которая выбрана в первой части АРИЗ. Если
выбрана задача обнаружения неплотностей - именно ее и надо исследовать.,,
В некоторых задачах вместо «размеров» можно рассматривать другие количественные параметры. Например, в задаче: «Найти способ подачи в реактор 24 порошков по заданным графикам» - можно взять количество порошков (2-2а: один порошок, 2-26: тысяча или десять тысяч порошков).
На преодоление психологической инерции рассчитан и следующий шаг (2-3). Возьмем, например, такую задачу: найти способ изготовления стеклянного куба (фильтра) с ровными капиллярными сквозными отверстиями (длина ребра куба - до 1 м, количество капилляров- несколько десятков на квадратный сантиметр). Условия задачи навязывают (притом неощутимо) определенное исходное представление: дан стеклянный куб, надо проделать в нем капилляры. При решении на рисунках появляются куб и круглые (это привычно) отверстия. В большинстве решений сохраняется это исходное представление: предлагают тем или иным способом делать отверстия в сплошной стеклянной заготовке (твердой или жидкой).
Изменим теперь формулировку задачи: «Найти способ изготовления воздушного куба со стеклянными продольными перегородками». Или: «Найти способ изготовления воздушного куба со многими тонкими стеклянными стержнями, «нитями». Стеклянный куб с дырками - это все равно что воздушный куб со стержнями, поскольку дырки тоже могут быть названы воздушными стержнями.
В силу чисто психологических причин мы видим «стеклянный куб с дырками», а не «воздушный куб со стеклянными стержнями», хотя это совершенно равноправные определения. Если задача дана во второй формулировке, она решается быстро и легко (куб можно собрать из стеклянных нитей).
В сущности, когда от «стеклянного куба с воздушными отверстиями» мы переходим к «воздушному кубу со стеклянными стержнями», привычное переводится в непривычное, то есть совершается операция, о которой говорит У. Гордон, автор синектики. Однако синектика не указывает способов превращения привычного в непривычное, она лишь призывает к подобным превращениям. В АРИЗ такая операция запрограммирована в шагах
2-^-2 (оператор РВС) и 2-3. Отвечая на вопросы шага 2-3, мы переходим от неправильной формулировки задачи к правильной, в которой нет акцента на одном элементе (стекле). Системный подход заставляетувидеть все элементы(а это в большинстве случаев непривычно).
Правильное выполнение шага 2-3 существенно облегчает решение задачи. При выполнении этого шага надо тщательно следить за тем, чтобы: ' ' а) из формулировки задачи были убраны специальные термины;
б) были правильно перечислены все элементы, входящие в рассматриваемую систему.
Например, в формулировке «Дана система из стеклянного куба и капилляров» две ошибки: 1) слово «капилляр» лучше заменить словом «отверстие» и 2) «стеклянный куб» - это сплошной куб, а у нас то, что осталось от куба после того, как в нем проделали множество отверстий. Правильная формулировка: «Дана система из отверстий и стеклянных стенок между ними».
Разложив систему на элементы, надо выбрать тот, который необходимо изменить, чтобы решить задачу (шаги 2-4 и 2-5). Главный признак, по которому ведется выбор,- степень изменчивости, управляемости. Чем легче менять элемент (в условиях данной задачи), тем больше оснований взять этот элемент в качестве объекта для дальнейшего анализа. Здесь есть простое (хотя и не универсальное) эмпирическое правило: к 2-4а обычно относятся объекты технические,к 2-46 - природные. Многие изобретательские ошибки (ниже это будет показано на примерах) объясняются стремлением менять элементы, относящиеся к 2-46.
–Реализация первой и второй частей АРИЗ требует - для средней задачи - не более двух часов фесчитая, конечно, времени, необходимого на ознакомление с патентной литературой). Надо сказать, что ни один шаг не был включен в алгоритм без многократной практической проверки на семинарах. При этом в алгоритм вошли только такие шаги, которые существенно облегчали процесс решения. Есть немало приемов, подходов, методов, иногда оказывающихся полезными, но, в общем, не обязательных. Алгоритм, рассчитанный на человека, должен быть компактным: слишком долгий разбег не оставляет сил для прыжка, для взлета. И наоборот: когда каждый
шаг ощутимо меняет исходную задачу и ясно видно, что задача «обрабатывается», тогда возникает-уверениость - основа вдохновения. Два часа организованного мышления позволяют изобретателю «прочувствовать» суть задачи значительно глубже, чем недели и месяцы беспорядочных наскоков. Теперь изобретатель может уверенно переходить к выявлению технического противоречия, которое нужно устранить.
* * *
Американский математик Д Пойа, много занимавшийся психологией творчества, рассказывает о таком эксперименте. Курицу ставят перед сеткой, за которой расположена пища. Курица не может достать пищу до тех пор, пока не обойдет сетку. «Задача, однако, оказывается удивительно трудной для курицы, которая будет суетливо бегать взад и вперед на своей стороне забора и может потерять много времени, прежде чем доберется до корма, если она вообще доберется до него. Впрочем, после долгой беготни ей это может удаться случайно».
Пойа не без иронии сопоставляет поведение курицы с поведением человека, бессистемно пытающегося решить творческую задачу: «Нет, даже курицу не следует винить за несообразительность. Ведь определенно трудно бывает, когда надо отвернуться от цели, уходить от нее, продолжать действовать, не видя постоянно цели впереди, сворачивать с прямого пути. Между затруднениями курицы и нашими имеется явная аналогия» 1.
В качестве иллюстрации Пойа приводит простую задачу: как принести из реки ровно шесть литров воды, если для измерения ее имеется только два ведра - одно емкостью в четыре литра, а другое в девять литров?
Разумеется, переливать «на глазок» половину или треть ведра нельзя. Задача должна быть решена отмериванием двумя ведрами именно той емкости, которая указана.
На семинарах я предлагал эту задачу слушателям до того, как мы приступали к изучению методики поиска решения. Результаты никогда не расходились с выводами Пойа. Задачу пытались решать, без системы перебирая всевозможные варианты: «А если сделать так?…» Правильное решение появлялось после многочисленных «а если». Между тем задача решается чрезвычайно просто. Надо только знать метод подхода ко всем задачам, требующим «догадки»,
Так обстоит дело и с изобретательскими задачами. Мышление изобретающего человека имеет характерную особенность: решая задачу, человек представляет себе усовершенствуемую машину и мысленно изменяет ее. Изобретатель как бы строит ряд мысленных моделей и экспериментирует с ними. При этом исходной моделью чаще всего берется та или иная уже существующая машина. Такая исходная модель имеет ограниченные возможности развития, сковывающие воображение. В этих условиях трудно прийти к принципиально новому решению
Если же изобретатель начинает с определения идеального конечного результата, то в качестве исходной модели принимается идеальная схема - предельно упрощенная и улучшенная. Дальнейшие мысленные эксперименты не отягощаются грузом привычных конструктивных форм и сразу же получают наиболее перспективное направление: изобретатель стремится достичь наибольшего результата наименьшими средствами.
Рассмотрим задачу о двух ведрах.
Неудачи при решении методом «а если» связаны с попытками получить ответ, идя от начала к концу. Попробуем поступить наоборот: пойдем от конца к началу.
Нам нужно, чтобы в одном из ведер было шесть литров воды. Очевидно, это может быть только большое ведро. Итак, конечный результат состоит в том, чтобы большое ведро оказалось заполненным на шесть литров.
Для этого необходимо наполнить большое ведро (оно вмещает девять литров), а затем отлить из него три литра. Если бы второе ведро имело емкость не четыре литра, а три, задача была бы сразу решена. Но второе ведро - четырехлитровое. Чтобы оно стало трехлитровым, надо налить в него один литр воды, тогда оно «превратится» в трехлитровое, и появится возможность отлить из большего ведра три литра.
Таким образом, исходная задача свелась к другой, более легкой: отмерить с помощью двух имеющихся ведер один литр. Но это не представляет никаких трудностей, ибо 9-(4 + 4) = 1.
Наполняем большое ведро и дважды отливаем, отмеривая маленьким ведром, по четыре литра. После этого в большом ведре останется один литр, который можно перелить в пустое маленькое ведро.
Теперь четырехлитровое ведро «превратилось» в трехлитровое, а это нам и нужно было. Еще раз наполняем большое ведро и отливаем из него в маленькой три литра. В большом ведре остается, как и требовалось для решения задачи, шесть литров воды.
Последовательно продвигаясь от конца к началу, мы решили задачу, не сделав ни одного бесполезного шага.
Правильно сформулировать идеальный конечный результат- значит, надежно выйти на верный путь решения задачи.
Некоторые изобретатели так и делают. Примечательно, что особенно большое значение этому приему придают те изобретатели, которые ничего не говорят в анкетах о выявлений присущего.задаче технического противоречия. Вот, например, что пишет изобретатель Ю. Емельянов (Москва): «После постановки задачи пытаюсь представить идеальную конечную цель и затем думаю, как достичь этой цели. Особых принципов не замечал». Таким образом, «до» и «после» определения идеального конечного результата работа ведется стихийно; сознательно используется только один прием. Это, конечно, не случайно. Хорошее владение одним приемом компенси: рует «простой» других приемов,
Часть приемов, входящих в алгоритм решения изобретательских задач, порознь используется изобретателями. Чаще всего изобретатель применяет два или три хорошо освоенных приема. У наиболее методичных изобретателей «эксплуатируется» пять - семь приемов. Методика изобретательства (даже при первоначальном знакомстве) увеличивает творческий арсенал, включая в него десятки приемов, составляющих в совокупности рациональную систему решения задач.
* * *
Третья часть алгоритма начинается с определения идеального конечного результата. Казалось бы, нетрудно ответить на вопрос: «Что желательно получить в идеальном случае?» Однако практика обучения изобретательству показала, что отвлечься от ограничений и запретов,
накладываемых реальными обстоятельствами, и представить себе действительно идеальный результат крайне трудно. Если, например, речь идет об устройстве для окраски внутренней поверхности труб, идеальный результат рисуется обычно в виде некоей достаточно компактной «автокисти», которая движется внутри трубы. Тут отчетливо видна привязанность к уже известным устройствам, предназначенным для окраски внешних поверхностей. Идеальный же результат следовало бы сформулировать иначе: «Краска сама поступает в трубу и сама равномерно покрывает ее внутреннюю поверхность». В дальнейшем может выясниться (чаще всего так и бывает), что краска не может сама осуществлять все то, что нам хотелось бы. Тогда какую-то часть идеальной схемымы подкрепим конструкцией или техническим приемом, стремясь, однако, как можно меньше отступать от идеала.
Правильное определение идеального конечного результата чрезвычайно важно для всего творческого процесса. Поэтому на методических семинарах при решении учебных задач вопрос иногда ставился в такой форме: «Представьте себе, что у вас в руках волшебная палочка. Каким будет идеальный результат (решения данной задачи), если использовать волшебную палочку?» От волшебной палочки не потребуешь, чтобы она создала, например, «устройство для нанесения краски». Палочка - сама «устройство». И ответ обычно бывал правильным («Пусть краска сама поступает в трубу…» и т. д.). Постепенно необходимость упоминать о волшебной палочке исчезает, и остается та формулировка вопроса, которая записана в алгоритме.
Существуют два правила, помогающие точнее определить идеальный конечный результат.
Правило первое: не следует загадывать заранее, возможноили невозможно достичьидеального результата.
Вспомним, например, задачу о подъемном устройстве для транспортных самолетов. Идеальным результатом в этой задаче было бы следующее: при погрузке на самолете появляется кран, затем в полете этот кран исчезает, а при разгрузке на другом аэродроме он появляется вновь. На первый взгляд это совершенно невозможно осуществить. Однако каждое изобретение, как уже говорилось,- путь через «невозможно». И в этой задаче «невозможно» означает лишь «невозможно известными способами». Изобретатель должен найти новый способ, и тогда невозможное станет возможным.
Правило второе: не надо заранее думать о том, как и какими путями будет достигнут идеальный конечный результат. Вспомните, как шел Д. Д. Максутов к идее менискового телескопа. Изобретателю надо было как-то прикрыть отверстие рефлектора, чтобы предохранить зеркало от загрязнения и повреждений. Максутов начал с определения идеального конечного результата: мысленно закрыл отверстие телескопа пластинкой из оптического стекла. В этот момент он не думал о том, как это будет конкретно осуществлено. Обстоятельство чрезвычайно показательное! Ведь создать школьный телескоп - значит создать телескоп дешевый, а пластинка из оптического стекла, казалось бы, заведомо преграждала путь в этом направлении: оптическое стекло дорого.
Нужна была большая смелость мысли, чтобы повер-
Рис. 7. Надо отчетливо представить себе каждую деталь, а затем упростить полученную схему.
нуться спиной к задаче. Но только так и удалось найти путь к удешевлению всей конструкции и снижению ее общей стоимости.
При решении многих задач наилучший способ определить идеальный конечный результат состоит в том, чтобы просто перевести вопрос, содержащийся в задаче, в утвердительную форму. Взять хотя бы магнитную сборку подшипников. Вопрос, поставленный в задаче, таков, как при монтаже укреплять ролики на дорожках качения цапфы? Идеальный конечный результат можно сформулировать так: «Ролики сами собой держатся на своих местах» (или: «Внешняя среда сама держит ролики…»). Обратите внимание: на определение идеального результата не влияют соображения о том, возможно или невозможно, чтобы ролики держались «сами собой», и как именно это будет осуществлено.
Представьте себе два кинокадра. На одном изображена ситуация, породившая задачу. В данном случае на кинокадре должна быть показана цапфа с падающими роликами. Второй кинокадр - идеальный конечный результат. Ролики «сами» держатся на цапфе.
К такому зрительному представлению «в два кадра» легко привыкнуть. Вместе с тем оно избавляет от многих ошибок при определении идеального результата. Кинематограф приучил нас преодолевать невозможное: на экране все возможно - это специфика кино. Поэтому и целесообразно использовать имеющиеся у каждого «ки: нонавыки» для того, чтобы правильно сделать первый шаг аналитической стадии.