3.3. Элементы теории и методологии научно- технического творчества

Творчество —мышление в его высшей форме, выходя­щее за пределы известного, а также деятельность, по­рождающая нечто качественно новое¹. Последняя вклю

­

чает в себя постановку или выбор задачи, поиск условий н способа ее решения и в результате—создание нового.

Творчество может иметь место в любой сфере дея­тельности человека: научной, производственно-техниче­ской, художественной политической и т. д.

В частности, научное творчество связано с познанием окружающего мира. Научно-техническое (или просто техническое) творчество имеет прикладные цели и на­правление на удовлетворение практических потребностей человека. Под ним понимают поиск и решение задач в об­ласти техники на основе использования достижений науки.

В течение всей человеческой истории ученые и изобре­татели прошлого для создания нового использовали ма­лопроизводительный метод «проб и ошибок». Бессистем­но перебирая большое количество возможных (мысли­мых) вариантов, они находили (иногда!) нужное решение.

При этом чем сложнее задача, чем выше ее творче­ский уровень, тем больше возможных вариантов ее реше­ния, тем больше «проб» нужно совершить. В связи с этим творческие находки имели преимущественно случайный характер. От первой повозки с колесами до изобретения колеса со ступицей и спицами (2 тыс. лет до н. э.) про­шло около двух тысячелетий. Однако история человече­ства показывает, что в целом период реализации творче­ских идей имеет ярко выраженную тенденцию к сокра­щению. Действительно, если от печатных досок до изобретения книгопечатания (1440) прошло «лишь» шесть веков и затем до создания печатной машинки че­тыре века, то, например, транзистор, изобретенный в 1948 г., был реализован в 1953 г. В эпоху современной научно-технической революции потребность в новых тех­нических решениях высокого уровня существенно возрос­ла и продолжает увеличиваться, что постоянно повыша­ет требования к производительности, эффективности и ка­честву творческого труда.

Реализация этой задачи возможна только на основе качественной перестройки стиля мышления, разработки ^теоРии и методологии научно-технического творчества и их широкого практического использования.

65

Творчество представляет собой явление, относящееся прежде всего к конкретным субъектам и связанное с осо­бенностями человеческой психики, закономерностями высшей нервной деятельности, умственного труда. Одни

6-285

ученые считают, что мышление начинается там, где соз­далась проблемная ситуация, которая предполагает поиск решения в условиях неопределенности, дефицита информации. Другие утверждают, что определяющим ме­ханизмом творчества является не логика, а интуиция. «Посредством логики доказывают, посредством интуи­ции изобретают», — говорил А. Пуанкаре. И действитель­но, интуиция нередко помогает в поиске правильного ре­шения, однако при этом следует отметить, что если раньше явление интуиции относилось к чему-то мистиче­скому и сверхъестественному, то в настоящее время до­казали, что интуиция имеет материалистическое объяс­нение и представляет собой быстрое решение, полученное в результате длительного накопления знаний в данной области и, следовательно, длительной подготовки. Это, скорее, итог умственной деятельности, чем начало. Таким образом, интуиция приходит в качестве вознаграждения за труд ученого и поэтому сложному механизму творче­ского мышления присущи как интуиция, так и логика.

Специфический акт творчества — внезапное озарение (инсайт)—заключается в осознании чего-то, всплывше­го из глубин подсознания, в схватывании элементов ситуа­ции в тех связях и отношениях, которые гарантируют ре­шение задач.

Поиск решения творческой задачи у заинтересованно­го и квалифицированного ученого всегда продолжается в подсознании, в результате чего могут быть решены самые сложные задачи, причем сам процесс обработки информации при этом не осознается. В сознании отража­ется лишь результат (если он получен). Поэтому иссле­дователю иногда кажется, что на него ниспослано оза­рение, что удачная мысль пришла неведомо откуда. Можно констатировать, что человек использует это яв­ление каждый раз, когда он откладывает какое-нибудь дело, чтобы дать мыслям созреть, и, таким образом, рас­считывает на работу своего подсознания.Одной из проблем творчества является его мотива- ционная структура. Мотивации (побуждения) свя­заны с потребностями, которые делятся на три группы: биологические, социальные и идеальные (познаватель­ные). Биологические потребности (например, принцип экономии сил) лежат в основе житейской изобретатель­ности и совершенствовании навыков, но могут приобрести и самодовлеющее значение, превратившись в лень. Сре­ди социальных потребностей мотивами к творчеству мо­гут быть стремление к материальному вознаграждению, _к почету и уважению в обществе. Идеальные — состав­ляют потребности познания в самом широком смысле. Они ведут свое происхождение от потребности в инфор­мации, изначально присущей всему живому, наряду с по­требностью в притоке вещества и энергии. Удовлетворе­ние любой потребности требует информации о путях и способах достижения цели. Но существует потребность в информации и как стремление к новому, ранее не из­вестному. Наиболее важным для творчества видом мыш­ления является воображение. Творческому вооб­ражению, фантазии принадлежит решающая роль в со­здании нового и развитии общества. Эта способность должна постоянно развиваться, стимулироваться и тре­нироваться. Различают три типа воображения: логиче­ское (выводит будущее из настоящего путем логических преобразований); критическое (ищет, что именно в со­временной системе несовершенно, и нуждается в изме­нении); творческое (рождает принципиальные новые идеи и представления, опирающиеся на элементы дейст­вительности, но не имеющие пока прообразов в реаль­ном мире).

Активизация творческого мышления предполагает знание факторов, отрицательно влияющих на него. К числу таких факторов относится отсутствие гибкости мышления, сила привычки, узкопрактический подход, чрезмерная специализация, влияние авторитетов, боязнь критики, страх перед неудачей, чересчур высокая само­критичность, лень.

Противоположностью творческого воображения яв­ляется психологическая инерция мышле­ния, связанная со стремлением действовать в соответ­ствии с прошлым опытом и знаниями, с использовани­ем стандартных методов и т. д.

В связи с этим необходимо формулировать техниче­ские задания таким образом, чтобы исключить возмож­ность психологической инерции и ее отрицательного влияния на творчество, стремиться всемерно развивать творческое воображение.

Творческая личность обладает рядом особенностей и прежде всего умением сосредоточить внимание и долго удерживать его на каком-либо вопросе или проблеме, это одно из важнейших условий успеха в любом виде Деятельности. Без упорства, настойчивости, целенаправ- енности немыслимы творческие достижения,

Получение значимого результата самым непосредст­венным образом зависит от исходной мировоззренческой позиции автора, принципиального системного подхода к постановке проблемы и определению общих путей дви­жения исследовательской мысли. В научно-техническом творчестве материалистическая диалектика как наука о наиболее общих законах развития природы, общества и мышления и системный подход составляют единое на­правление в развитии современного научного познания.

Например, системное исследование технического объ­екта требует рассмотрения среды, надсистемы (в кото­рую среда входит) и ее элементов (подсистем) на раз­ных иерархических уровнях, а также связей, структуры и организации системы (управления, цели). При систем­ном подходе решающее значение следует придавать внутренней организации системы, ее многоуровневости (рис. 3.1). Членение системы на подсистемы определя­ется внутренними свойствами системы.

Рис. 3.1. Иерархические уровни технической сис­темы:

/ — техническая система; 2 — составные части; 3 — сбороч­ные системы; 4 — детали

Представляя технический объект как систему, нужно в первую очередь рассмотреть в нем такие свойства, ко­торые не получаются «алгебраическим сложением» свойств элементов (например, биметаллическая пласти­на при нагреве изгибается, что не свойственно мономе­таллическим элементам).

Любая система представляет собой комплекс взаимо­действий, посредством которых она проявляется как нечто определенное и целостное. Всякое взаимодействие представляет собой процесс обмена систем веществом, энергией, информацией и т. п., имеет переменный харак­тер, противоречие (борьба) периодически чередуется с содействием (сотрудничеством). Роль и значение взаи­модействий противоречия и содействия в мироздании не равноценны. Только диалектические противоречия вы­ступ я (от в качестве внутреннего импульса, источника движения и развития природы, общества, мышления, техники.

Противоречия в технических системах чрезвы­чайно разнообразны по форме и проявлениям, имеют преходящий исторический характер, взаимосвязаны и взаимообусловлены. В процессе решения научно-тех­нических задач последовательно выявляются вначале внешние, а затем внутренние противоречия на все более углубляющемся уровне. Внешние противоречия предше­ствуют научно-технической задаче и создают мотивы для ее выявления и решения. Среди внутренних противоре­чий (противоречий самой структуры системы) выделяют основные и главные¹ технические и физические противо­речия.

Технические противоречия возникают между элемен­тами системы и их частями, между техническими пара­метрами и свойствами. Они состоят в том, что, напри­мер, увеличение мощности полезного агрегата может вы­звать недопустимое ухудшение экологической обстановки или требуемое повышение прочности вызывает недо­пустимое увеличение массы конструкции и т. д.

Физические противоречия состоят в наличии у одного и того же элемента системы (ее мысленной модели) взаимопротивоположных физических свойств или функ­ций. Например, элемент электрической схемы должен быть проводником, чтобы выполнялось одно действие, и одновременно диэлектриком, чтобы выполнялось дру­гое. Это противоречие разрешает другой элемент—диод.

Путь к решению задачи, к созданию качественно но­вой технической системы, лежит через выявление все

' Основные противоречия складываются между определяющими, т. е. внутренними и необходимыми, сторонами в структуре системы, радикальное разрешение основного противоречия приводит к корен­ному изменению качественной определенности предмета. „_я д^НЫМ противоречием является такое, от разрешения которого данный момент зависит дальнейшее развитие предмета.

более глубоких противоречий и нахождение способов их разрешения. В этом состоит одно из проявлений закона перехода количественных изменений в качественные. В то же время новая техническая система представляет собой органический синтез нового и некоторых элемен­тов прежних решений в новом целом, демонстрируя тем самым действие закона отрицания отрицания как фун­даментального принципа диалектики, определяющего всякое развитие.

Уровень технического развития зависит непосредствен­но как от уровня естествознания (от степени познания

законов природы), так и от на­копленных человечеством зна­ний в борьбе за покорение сил природы. Вместе с тем средства труда (техника) созданы чело­веком в процессе общественно­го производства и входят не­отъемлемым элементом в сис­тему производительных сил. В связи с этим техника нераз­рывно связана со способом про­изводства, включающим и про­изводственные отношения. Только экономические законы данного общественного строя определяют истоки, направле­ния и темпы развития техники.

Жизнь любой системы (технической, системы живых организмов и др.) можно изобразить в виде логической кривой (рис. 3.2), иллюстрирующей изменения во вре­мени главных показателей системы п (например, про­изводительности, надежности и экономичности). Несмот­ря на индивидуальные особенности, эта зависимость имеет характерные участки, общие для всех систем. Вна­чале (участок 1) система А развивается медленно, су­ществует в виде модели, опытной установки, единичного образца. Затем (участок 2) она быстро совершенствует­ся, начинается ее массовое применение. Затем темпы развития идут на спад (участок 3), система исчерпывает свои возможности. Далее техническая система дегради­рует и сменяется принципиально другой системой Б, иногда долгое время сохраняя достигнутые показатели (участок 4).

Рис, 3.2. Развитие главных показателей системы во времени

Знание особенностей развития технических систем не­

обходимо для выяснения резервов и определения целе­сообразности совершенствования данной системы или создания принципиально новых решений. В связи с тем что жизнеспособными оказываются только те техниче­ские решения, которые соответствуют закономерностям развития техники, особую ценность представляет способ­ность изобретателя правильно предвидеть направления и тенденции возможного изменения исходной технической системы и действовать в соответствии с этими законо­мерностями.

Приведенные элементы теории познания являются ос­новными методологическими средствами научно-техни­ческого творчества, к которым относятся также эвристи­ческие приемы и методы активизации и научной органи­зации творческого труда. Приведем некоторые из них.

Приемы дробления и объединения (час­тей или операций). Например, гайка, резьба и корпус которой выполнены отдельными деталями, может быть снята с болта без свинчивания, а объединение в автомо­бильном колесе двух шин позволяет намного повысить его надежность.

Прием вынесения (отделения мешающей части или выделения единственно нужной). Например, при флюорографии для защиты от рентгеновских лучей мно­гих органов на пути излучения ставят защитные барь­еры, оставляя доступными для него только нужные час­ти грудной клетки.

Прием инверсии (вместо диктуемого условиями задачи действия использовать противодействия). Напри­мер, в устройстве для тренировки пловцов навстречу подается вода, а сам плавец остается на месте.

Прием перехода в другое измерение ис­пользован, например, в предложении хранить бревна в воде в виде пучков диаметром, превышающим длину, и устанавливать пучки в вертикальном положении.

Прием универсальности (ручка портфеля может одновременно служить эспандером).

Прием обращения вреда в пользу может быть реализован, например, при разливах рек и опасно­сти наводнения путем размещения на берегах серии больших резиновых резервуаров, которые заполняют с помощью помпы «лишней» водой из реки. Такие водя­ные дамбы строятся и убираются буквально за минуты.

Прием самообслуживания использован, на­пример, в предложении повысить стойкость плит корпу­са дробеметного аппарата путем придания им свойства магнита, удерживающего на своей поверхности постоян­но обновляющийся слой дроби. Таким образом, сущность многих (в том числе перечисленных) эффективных при­емов творчества раскрывается в их названиях.

Анализ патентных материалов показывает, что изо­бретения высокого уровня, как правило, основаны на прямом использовании физических явлений, законов при­роды. Пока таких изобретений немного из-за слабой ин­формированности специалистов о новых изобретениях и открытиях. Чтобы исправить такое положение, многие исследовательские коллективы создают фонды описаний физико-технических эффектов, используют их в машин­ном (автоматизированном) поисковом конструировании.

Эффективным эвристическим приемом в творческой деятельности является также идеализация конечного ре­зультата — машины, процесса или материала.

Идеальное решение — это наиболее сильное из всех мыслимых решений данной задачи. Очень важно научиться пользоваться понятиями об идеальных машине, процессе или материале. Например, идеальной может быть признана лампочка накаливания с контактами из ртути, обеспечивающими ее включение в одном положе­нии и выключение — в другом. Таким образом, необхо­димые действия осуществляются без выключателя в ви­де отдельного элемента в цепи.

При работе над изобретением необходимо стремиться максимально приблизиться к идеальному результату, значительно улучшить требуемые показатели, не ухуд­шив других.

Важным общенаучным методой познания является аналогия¹⁰.

На практике используются в основном четыре вида аналогии: прямая, символическая, личная и фантастиче­ская. При прямой аналогии рассматриваемый объект сравнивается с более или менее схожим из дру­гой области техники или живой природы. Например, датчик, реагирующий на движущийся объект так же, как глаз лягушки на пролетающую муху.

Символическая аналогия (обобщенная, аб­страктная) требует формулировки в парадоксальной форме сути явления или понятия. Например, пламя — видимая теплота; прочность— принудительная целост­ность и т. п.

Личная аналогия представляет собой отожде­ствление себя с исследуемым объектом. Для этого ре­шающий задачу должен вжиться в образ совершенствуе­мого объекта с целью выяснения возникающих при этом ощущений, т. е. «прочувствовать» задачу.

При фантастической аналогии в объект вводятся какие-либо фантастические средства, выполня­ющие то, что требуется по условиям задачи. Например, «волшебная палочка», «золотая рыбка» и т. д.

Исследователи и изобретатели в своей практике дав­но используют физическую и математическую аналогии.

Совершенно сходными являются, например, структу­ры формул для определения силы тяготения F_T=v^,ni^/rt2/ /г² и силы электростатического взаимодействия =kq)q₂/r*. Аналогия лежит в основе физического и ма­тематического (АВМ) моделирования.

Такая аналогия является базой параметрического структурного метода творчества, основанного на энерго­информационных моделях цепей и параметрических структурных схемах. Для описания процессов различной физической природы в технических устройствах опери­руют величинами, примеры которых приведены в табл. 3.1. Критерии аналогии позволяют описывать системой аналогичных уравнений не только процессы в цепях раз­личной физической природы, но и связывать эти цепи между собой с помощью коэффициентов межцепных и внутрицепных физико-технических эффектов. Для об­легчения использования таких аналогий разработаны специальные карты топограмм связи величин внутри це­пи одной физической природы и величин различной фи­зической природы.

В научно-техническом творчестве обязательно исполь­зуется такой общенаучный метод, как анализ. Широкое распространение в творческой деятельности получил, на­пример, морфологический анализ, или метод морфологического ящика, состоящий в систематическом исследовании всех мыслимых вариантов, вытекающих из закономерностей строения (т. е. морфологии) совершен­ствуемой системы. Метод предусматривает:

формулировку задачи; составление списка характер• ных параметров (или признаков) объекта. Например,

Таблица 3.1 Механическая и гидравлическая аналогии обобщенных величия параметров Обобщенна Бе/шчомь) и параметры		Аналогия
		механическая | гидравлическая
Воздействие	Сала ttM = f[HI		Разность давления ал — Pi — Ръ 1Н/мг]
Реакция	Скорость /м = ч (м/с]		Объемная скорость те­чения df <и
Заряд	Перемещение <Эм = * [Ml		Объем жидкости
Импульс	Импульс силы		Произведение массы и скорости жидкости на единицу площади mv рЛ = [Н-с/ма] $
Сопротивле­ние	Коэффициент вязко­го трения = fy Р®м {Н'С/н]		Гидравлическое сопро­тивление ламинарному потоку | J [H-C/M^J %
Емкость	Податливость см = (м/Н] м		Произведение коэффи­циента объемного сжа­тия и объем жидкости сл - РPV {MVH]
Индуктив­ность	Масса «м = Рм «м 'м 1кг]		Отношение массы жидкости к квадрату по­перечного сечения ад в [кг/и*] А

для такой технической системы, как авторучка, харак­терными признаками являются: перо или шарик, баллон или механизм для наполнения ручки чернилами и т. п. К таким признакам предъявляются определенные требо­вания. Они должны быть существенными для любого решения; независимыми друг от друга; охватывающими все аспекты задачи; достаточно немногочисленными, что­бы обеспечить быстрое изучение;

составление списка частичных решений для каждого параметра или признака. По каждому признаку записы­вают возможные варианты. Целесообразно при этом указать, что данного параметра нет вообще, что облег­чает выход к новым и иногда эффективным решениям,

определение функциональной ценности всех возмож­ных сочетаний. На практике чаще всего используют мор­фологическую карту, т. е. составляют двухосную табли­цу, в каждой клетке которой оказывается один вариант.

В заключение необходимо выбрать наиболее прием­лемое решение, для отбора которого особых правил нет, но целесообразнее всего выбирать несколько главных элементов, а остальные подбирать так, чтобы они соот­ветствовали и усиливали главные элементы. В табл. 3.2 в качестве примера приведена морфологическая таблица для авторучки, представляющая ее самые различные свойства.

Наиболее целесообразно использовать морфологиче­ский анализ при решении конструкторских задач обще­го плана, проектировании машин и поиске компоновоч­ных или схемных решений. Он может применяться для прогнозирования развития технических систем, при оп­ределении возможности патентования оригинальных комбинаций основных параметров.

Просты и весьма эффективны ассоциативные методы активизации творческого мышления, которые основываются на применении семантических¹ свойств понятий. Основными источниками для генерирования идей служат ассоциации², метафоры³ и случайно выбран­ные понятия, признаки которых переносятся на совер-

Семантика — значение единиц языка.

Ассоциация — связь, возникающая при определенных ус­ловиях между двумя или более психическими образованиями (ощу- ^«нямн, двигательными актами, восприятиями, идеями н т. п.).

Мьтафора — перенесение свойств одного предмета (явле- иия) на другой на основании общего для обоих признака («говор волн>, «бронза мускулов», «подковы бровей»).

без пачкающе­го вещества	без пишущего узла	без резервуара			| без корпуса
любое вещест- ! во, отличаю- [ щееся от того, чем пишут 1	| лезвие |	окружающая среда		не закрепляется	изменяющаяся форма		любое вещест­во
				магнитное	по форме руки	держится сама	металл
свет	| световой луч	отдельная ем­кость	постоянно в ра­бочем состоя­нии	пришить на нитке	в форме друго­го предмета		| дерево
<3 а PJ с	шарик J	сменный бал­лон	автоматичес­кое включение	«головка ре­пейника»	сферическая j 1	я и я сз К V X =f и о	светочувстви­тельная эмуль­сия
чернила	перо	постоянный баллон	ручное вклю­чение	зацеп	цилиндричес­кая	1 | пальцы j	бумага
А. Вещество ос­тавляющее след	Б. Пишущий узел	В. Резервуар для вещества	Г. Приведение в рабочее состояние	Д. Устройство крепления на одежде	Е. Форма кор­пуса	Ж. Что (кто) держит ручку	3. На чем пишут

шенствуемый объект. К таким методам относятся мето­ды каталога (Ф. Кунце), фокальных объектов (Ч. Вай- тинг) и гирлянд случайностей и ассоциаций (Г. Я. Буш). Примером применения последнего метода может слу­жить задача расширения ассортимента стульев мебель­ной фабрики. В соответствии с методом необходимо: 1) определить синонимы объекта (гирляндой синонимов для слова «стул» являются: стул—кресло—табурет— пуф—скамейка и т. д.); 2) составить произвольный на­бор случайных объектов (вторую гирлянду слов, взятых наугад, например: электролампочка—решетка—кар­ман—кольцо—цветок—пляж); 3) образовать комбина­ции из элементов двух составленных гирлянд и путем соединения каждого синонима с каждым случайным объ­ектом (стул с электролампочкой, решетчатый стул, стул с карманами, ..., табурет для цветов и т. д.); 4) соста­вить перечни признаков случайных объектов (например, электролампочка: стеклянная, матовая, колбообразная, с цоколем и т.п.); 5) формирование предложений путем поочередного присоединения к совершенствуемому объ­екту (и его синонимов) признаков случайно выбранных объектов. Например, с учетом признаков электролампоч­ки, можно получить: стеклянный стул, теплоизлучающее кресло, колбообразный пуф, прозрачное кресло и т.д.; 6) составить гирлянды ассоциаций из признаков случай­ных объектов, выявленных на шаге; 7) к элементам гир­лянды синонимов совершенствуемого объекта присоеди­нить элементы гирлянд ассоциаций (образуются новые варианты; пуф из пены, стул из пористого материала и т.д.); 8) затем производятся оценка и выбор рациональ­ных вариантов в отбор оптимального варианта.

Интерес представляют также методы психологиче­ской активизации коллективной творческой деятель- ности¹¹. Одним из них является «мозговая атака» («моз­говой штурм»), предложенная А. Осборном. Для устра­нения психологических препятствий, вызываемых, на­пример, боязнью критики, процессы выработки идей и их критической оценки в мозговой атаке разделены во вре­мени и проводятся, как правило, разными группами лю­дей. Первая группа только выдвигает различные пред­ложения и варианты решений без критики. В нее жела­тельно включать людей, склонных к абстрагированию, к фантазии. Вторая группа — это «эксперты», выносящие суждение о ценности выдвинутых идей. В ее состав луч­ше включать людей с аналитическим и критическим складом мышления.

В практике массового технического творчества ис­пользуется также методика программного решения научно-технических задач (алгоритм решения изобрета­тельских задач (АРИЗ)). Понятие «алгоритм» подразу­мевает комплекс последовательно выполняемых дейст­вий. Задачи в АРИЗ рекомендуется формулировать терминах, доступных неспециалисту) в виде нежела­тельного эффекта нли главной трудности, а не цели.

Смысл процесса решения по АРИЗ состоит в том, что­бы после выявления технических н физических противо­речий разрешить их путем целенаправленного перебора относительно небольшого числа вариантов.

Вышеперечисленные методологические средства твор­ческого поиска могут использоваться исследователем в разных сочетаниях и последовательностях, но общую схему решения научно-технических задач можно пред­ставить в виде следующих этапов:

анализ технических потребностей общества и выяв­ление технического недостатка;

анализ систем задач и выбор конкретной задачи; анализ технической системы и разработка ее модели; анализ и формулировка условий технической задачи; анализ и формулировка условий изобретательской вадачи;

поиск идеи решения (принципа действия); синтез нового технического решения. На первом этапе могут использоваться, например, ме­тоды прогнозирования. Морфологический анализ можно использовать на разных этапах процесса решения зада­чи. АРИЗ включает в себя этапы от анализа техниче­ской системы до поиска идеи решения (включительно).

Приведенные здесь примеры методических средств могут быть элементами системы исследований более вы­сокого иерархического уровня.

В настоящее время известны сотни эвристических ме­тодов поиска решения проблемных задач, но выше рас­смотрены лишь те методы, которые достаточно широко используются в творческой деятельности. Каждый спе­циалист должен знать эти методы и научиться исполь­зовать их в своей творческой работе.