Методы творческого воображения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Методы инженерного творчества

Мы считаем, что специалист, не имеющий основательной методологической подготовки, не может должным образом ориентироваться в непрерывно обновляющемся многообразии мира техники, даже в относительно узкой "своей" специальной области, не говоря уже о межотраслевых задачах. Для полной деятельности совершенно не достаточно иметь даже очень хорошую, но относительно узкую подготовку. Необходимо сформировать свою мировоззренческую позицию, связанную с научным и инженерным творчеством в вашей области деятельности. Проблемы творчества не связываются с системным подходом и законами развития систем. Рассматриваются проблемы методологии творчества при изобретательстве и проектировании систем. Системный подход в них явно не используется, входит как-то интуитивно и подменяется другими понятиями. В ряде работ по системному подходу не рассматриваются законы развития и функционирования систем посвящено методам принятия решений, но они не базируются на идеях системности и законах развития систем. Есть ряд работ, посвященных методам создания новых технических решений.

Есть ряд работ, посвященных методам создания новых технических решений. Но предлагаемая в них методология не содержит взаимосвязи системного подхода, законов развития систем и методов принятия решений. Ряд работ посвящен анализу творческой деятельности, психологии творчества, влиянию человеческого фактора на принятие решений, но без связи с системным подходом, и закономерностями развития систем. Сегодня без ускорения научно-технического прогресса наше общество не решит своих экономических и социальных проблем. Особое внимание следует уделять анализу проблем на стыке разных наук - естественных, технических и общественных. Поэтому необходимо в общей взаимосвязи, на основе системного подхода овладение законами развития технических наук, эволюции антропогенного мира. Необходимо привлечь внимание к формированию мировоззренческих позиций инженеров, научных работников и преподавателей. Каждому из нас необходимо овладеть искусством системного подхода, использовать объективные законы и закономерности развития техники и на их основе принимать практические творческие решения. Три составные части инженерного творчества соответствии с предложенной концепцией тремя составными частями инженерного творчества являются:

· системный подход;

· законы развития техники;

· методы принятия решений.

Системный подход как методология изучения объекта состоит в том, что его недопустимо рассматривать без учета всей его полноты и сложности строения, целостности, взаимодействия и взаимообусловленности всех составляемых элементов между собой и со средой, из которой этот объект (система) выделен. В сложности строения рождается новое качество, которое отсутствовало у элементов, ее составляющих. Сущность системного подхода и проста, и сложна. И ультрасовременная и древняя, как мир, ибо уходит корнями к истокам человеческой цивилизации. Законы развития техники должны быть основой и мощным ускорителем ее развития. Техника - это одно из проявлений творческой человеческой деятельности, то, что называют иногда второй природой (антропогенным миром), полагая при этом первой природой естественный мир. Ни у кого нет желания пренебрегать объективными законами природы. А вот в антропогенном мире у людей, не ведающих о законах его развития, о характере их действия возникает соблазн перескочить через эти законы. В наших институтах пока, к сожалению, законы развития техники не изучаются.

Методы принятия решений необходимы для поиска решений все более усложняющихся технических задач. Овладеть разнообразным инструментарием мыслительного процесса для интенсификации творческой деятельности это настоятельная задача инженера ученого педагога.

В целом речь идет о повышении общей культуры мышления, творчества в наши дни. Деятельность инженера, ученого педагога (учителя) должна опираться на творчество особенно в наше время. Недостаточно узкой специальной подготовки для полноценной научной и инженерной деятельности. Непрерывно обновляющееся многообразие мира техники неразрывная связь не только с естественными, но и социальными проблемами с межотраслевыми задачами требуют от специалиста основательной методологической подготовки, укрепления своих мировоззренческих позиции и совершенствования творческого арсенала.

Фундаментальные основы инженерного искусства. Человек, овладевая природными и общественными условиями своего существования, создает свою - вторую природу. Этот человеческий мир, базируясь на природе вместе с тем составляет ту великую прибавку, которая исторически является самой молодой, но вместе с тем самой качественно сложной реальностью миро знания. Техника как часть антропогенного мира определяется как совокупность средств человеческой деятельности создаваемых в целях производства и обслуживания непосредственных потребностей общества. Проблема качественных различий мира естественного и искусственного не нова. Однако в нашем сознании главным образом в силу несовершенства образования сложился стереотип такого убеждения, при котором искусственному миру как вторичному как бы предписывается исполнять только законы, действующие в естественном мире. Однако в эпоху НТР такие стереотипы не только не соответствуют фактическому положению в науке, но наносят ей непоправимый вред, ибо сама практика научного познания начинает требовать, чтобы закономерности знания об искусственном нашли свое адекватное отражение в научной картине мира и методологии. Одним из ярких проявлении тому служат высказывания крупного естествоиспытателя Герберта Саймона. Сердцевина идеи Г. Саймона заключается в том, что необходимо разработать некую универсальную теорию конструирования или основы методологии создания искусственного. Он верит, что создание такой теории позволит исправить тот флюс, который сейчас в нашем познании составляют естественно научные знания. Сейчас очевидным становится, что инженеру, чтобы строить конкретную действительность, исходя из потребностей общества, уже недостаточно только всеобщей ориентации, он должен иметь под рукой эффективные познавательные инструменты. Инженер, как правило, не добывает фундаментальных знаний о природе вещей, но он добывает фундаментальные знания о синтезе вещей. И вряд ли можно сказать, что эти исследования менее важны, чем первые. Потому что конечной целью всякого человеческого познания, да и вообще - проявления активной человеческой позиции, является не накопление знаний, как таковых, а стремление заставлять их служить себе. Здесь мы подходим к важному выводу, что объективное существование (точнее - сосуществование) двух типов знаний: об естественном и об искусственном - рождает два типа системных исследований, один из которых развивается на базе общетеоретической, общефилософской, другой - на специально научной. Если непосредственной целью естествознания является познание истины, раскрытия законов природы, то непосредственной целью технических наук является содействие человеку в практическом использовании этих законов, выяснение и обоснование их применения. Методологическое единство естествознания состоит в том, что как в природе, так и в технике люди имеют дело с единой материей, существующей и развивающейся по единым законам. Отсюда следует, что универсальные диалектико-материалистические принципы познания не могут не быть общими как для природы, так и техники. Обогащение материалистической диалектики, как общей теории развития, обусловливается преимущественно спецификой технического объекта, проявляющегося в том, что здесь взаимодействуют две формы объективного процесса: природа и целеполагающая деятельность человека. Принятие решений на основе системного подхода. Сознательная жизнь человека, особенно творческая деятельность, представляет непрерывную последовательность принятия решений по многим вопросам и проблемам, вызываемым потребностью общества и его лично.

Вследствие этого необходимо привлечь внимание к данной проблеме и попытаться разобраться и ответить на следующие вопросы. На каких принципах (основах) зиждется методология принятия решений в творческой деятельности? Что есть общего между философской теорией познания, системным подходом и разнообразными методами принятия решений? Как разобраться и овладеть многочисленными частными приемами, и в каких областях они эффективны? Как обучаться этим методам активизации и интенсификации мыслительного процесса? Какую роль играют в этом современные компьютеры, информационно-измерительная и другая техника? Могут ли они заменить творческую деятельность человека? Достаточно ли обучать инженера, ученого лишь специальным дисциплинам по его профессии? Как не завязнуть в трясине глухоты специализации? Принятие решений. Что это такое. Дадим содержательное определение понятия принятие решения. В силу своей многоплановости оно не может быть простым, тем более - однозначным. Существует два понятия принятие решения, а именно: философское (общее), затрагивающее глубинные мыслительные процессы в познании мира; прагматическое (конкретное), описывающее методологию решения инженерных задач.

Прагматический аспект. Сюда мы относим многочисленные практические методы принятия решений, изложенные ниже, в том числе Акоффа, Альтшуллера и др. Принятие решения рассматривается как процесс, состоящий условно по меньшей мере из четырех этапов.

Первый этап - исследование проблемы и постановка цели (задачи). Часто исследование потребности протекает медленно, часто бессознательно, а то и подспудно. Исследование потребности заканчивается постановкой задачи на разработку нового решения, на преодоление вскрытого основного противоречия.

Второй этап - разработка альтернативных вариантов нового (искомого) решения, т.е. поиск разных путей преодоления основного противоречия.

Третий этап - оценка и ранжирование альтернативных решений с точки зрения их приближения к требованиям, сформулированным в процессе постановки задачи. Четвертый этап - тесно связан с предыдущими, как и все между собой. После выбора и утверждения одного из альтернативных вариантов необходимо глубокое и системное осмысление полученного результата, какие новые проблемы порождаются? Если результаты неудовлетворительны, то необходимо вернуться к начальной стадии процесса, к следующему витку поиска решения. Методы направленного поиска решения инженерных задач. Теория и алгоритм решения изобретательских задач (ТРИЗ и ЛРИЗ) Г.С. Альтшулдера. Эти приемы разработаны известным изобретателем Г.С. Альтщуллером. В основе ТРИЗ лежит представление о закономерном развитии технических систем, а также патентный фонд, содержащий описание многих миллионов изобретений, справочный фонд физических эффектов и явлений. На базе ТРИЗ создан ряд алгоритмов решения изобретательских задач АРИЗ 77 и ТРИЗ-85 как альтернатива малоэффективному и неперспективному старому способу проб и ошибок и другим методам. ТРИЗ (теория решения изобретательских задач) является в настоящее время единственной методологией поиска новых решений, дающей стабильные положительные результаты, доступной для массового изучения и использования в производственных условиях. Так считают многие сторонники и последователи Г. С. Альтшуллера разработавшие изобретающую машину. Теоретическим фундаментом ТРИЗ, наряду с законами развития технических систем, является анализ и обработка больших массивов патентной информации. В качестве ключевых понятий в ТРИЗ выступают: изобретательская ситуация (описание технической системы с указанием на тот либо иной недостаток); техническое противоречие. Это понятие основывается на том, что поскольку техническая система представляет собой целостный организм (систему), то попытки улучшения одной ее части (функции, свойства) приводят к неминуемому ухудшению других частей. Решить изобретательскую задачу - значит выявить и устранить техническое противоречие.

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - пример применения материалистической диалектики и системного подхода к процессу технического творчества. Методика основана на учении о технических противоречиях (ТРИЗ). Процесс решения - это последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Последовательность, направленность и активизация мышления достигаются при этом ориентировкой на идеальный конечный результат (ИКР), т.е. идеальное решение, способ, устройство.

2. Метод морфологического анализа

Метод морфологического анализа в современном виде предложен швейцарским физиком Фрицом Цвикки в 30-х гг. нашего века. Впервые для решения крупных технических задач он был успешно применен в 1942 г. во время работы Цвикки в США к решению задачи поиска новых реактивных двигателей. Этот момент и принято считать началом использования морфологического анализа систем в технике.

Цель, поставленная Ф. Цвикки, состояла в исключении случайности при поиске новых идей - этим морфоанализ выгодно отличается от мозгового штурма и появившейся позже синектики.

По самому простому варианту морфоанализа составляется морфологическая карта.

Например, необходимо разработать способ очистки кровеносных сосудов от налипших на них бляшек, которые приводят к тяжелым заболеваниям сердца и мозга. Чтобы бороться с бляшками, прежде всего нужна энергия - это будет первая морфологическая ось, или морфологический признак. Второй признак - инструмент, который будет воздействовать на бляшки.

Запишем теперь известные нам виды энергии, не думая заранее о возможности или невозможности их применения в медицине, и различные способы воздействия, то есть виды инструментов.

Энергия: химическая (бляшки можно растворить), механическая, электрическая, ядерная, магнитное поле, гравитация.

Инструмент: скальпель, растворитель, пучок частиц высоких энергий, ферропорошок, газ, жидкость. Итак, имеем таблицу, в которой содержится формально 30 вариантов очистки сосудов.

Часть из них нереальна, например, непонятно, как управлять скальпелем с помощью ядерной энергии, но большинство вполне дееспособно. Возьмем химическую энергию и ферропорошок: скажем, ампула с растворителем бляшек и ферропорошком может быть легко и точно подведена к опасному месту в сосуде с помощью магнита, там ампула растворяется, лекарство начинает действовать, а для повышения эффекта переменным магнитным полем воздействуют на феррочастицы, которые чисто механически соскребают бляшки.

Реально составляют многомерные таблицы, имеющие десятки морфологических признаков и десятки вариантов по каждому признаку, - в результате получается морфологический ящик. Ф. Цвикки составил ящик, в котором содержалосьтипа реактивных двигателей (в 1951 году), а ранее, в 1943 году, у него получился небольшой «ящичек», содержавший 576 вариантов двигателя, в числе которых оказались и секретные немецкие самолет-снаряд «Фау-1» и ракета «Фау-2».

Таким образом цель метода заключается в том, чтобы попытаться охватить все многообразие вероятных решений задачи, выявить и исследовать любые возможные варианты, вытекающие из закономерностей строения (морфологии) совершенствуемого объекта. Словом, выйти в новые зоны поиска, далекие от тех, что лежат на виду, и «отловить» неожиданные, оригинальные решения.

При использовании метода рекомендуется придерживаться следующей последовательности операций:

1) точно сформулировать проблему, дать возможно более полное и точное определение исследуемого объекта;

2) выявить и составить перечень основных характеристик (признаков, параметров) исследуемого и совершенствуемого объекта или процесса;

3) перечислить все возможные (альтернативные) варианты изменения каждой характеристики или параметра;

4) комбинируя все возможные сочетания характеристик, рассмотреть возникающие варианты решения;

5) проанализировать наиболее приемлемые сочетания, отобрать лучшие с точки зрения возможности осуществления и эффективности применения.

Главное в этом методе - получение множества сочетаний характеристик.

По Цвикки и его последователям, такой анализ, основанный на построении двумерных таблиц из характеристик объекта и вариантов их изменений или многомерных матриц, методически облегчает нахождение нужных решений. Он значительно более эффективен, чем поиск с помощью бессистемных проб. Но нужно иметь в виду, что результативность морфологического анализа зависит не только от полноты учета характеристик (параметров) объекта и набора вариантов по каждой из них. Чем больше вариантов характеристик и их сочетаний, тем выше вероятность успешного поиска, но тем и труднее проанализировать множество сочетаний.

Морфологический анализ, пожалуй, самый сильный из неалгоритмических методов, и его эффективность объясняется снижением элемента случайности, устранением слепого перебора вариантов. Но метод этот имеет принципиальный недостаток - в нем нет правил отбора наиболее предпочтительных сочетаний вариантов морфологических признаков. Здесь явно видно противоречие: для охвата всех возможных на сегодня структур заданной технической системы надо строить ящик с очень большим числом морфопризнаков и максимально возможным числом вариантов реализации каждого признака. Лучший ящик тот, который похож на гигантский морфологический контейнер. Но для 20 признаков и 10 вариантов по каждому признаку ящик будет содержать 1020 возможных реализаций технической системы! Перебрать все структуры ящика не поможет никакая ЭВМ. Это как поиск кладов, где для стопроцентного успеха надо перекопать все - леса, горы, долины, ощупать морское дно, обшарить все чердаки и подвалы. Тогда удача вам улыбнется. Вот только для этого потребуются тысячи лет. Разумные искатели кладов поступают иначе: они изучают документы, узнают места, где утонули корабли с золотом и т. д. Так надо поступать и в технике - изучать законы ее развития и на основе этих законов прогнозировать будущие машины, тогда ненужным окажется слепой перебор вариантов.

При большом количестве переменных характеристик приходится дробить многомерную матрицу на отдельные двухмерные и трехмерные.

Самое трудное в классическом морфологическом анализе Цвики -выбор нужного сочетания. Правил отбора здесь нет, поэтому многое зависит от субъективной точки зрения человека, ведущего анализ вариантов. А главное, нужное сочетание может затеряться среди множества бессмысленных, поскольку внимательно проанализировать каждый возможный вариант сочетаний характеристик при большом их числе очень трудно.

Морфологический анализ - одно из важных начальных достижений методологии творчества. В данном случае справедливо говорят о новом подходе, базирующемся на анализе строения объекта, даже о морфологическом образе мышления. Такой анализ в период становления системных исследований показал применимость системного подхода и к процессу изобретательства. Не случайно десятки работ были посвящены дальнейшему развитию и усовершенствованию метода морфологического анализа. Сам Цвикки предложил ряд его модификаций: систематическое покрытие поля поиска, метод экстремальных ситуаций, сопоставление совершенного с дефектным и др. Из советских исследователей В. М. Одрин провел теоретическнй анализ этого метода, разработал на его основе новые подходы к анализу и синтезу технических систем. А. И. Половинкин предложил ряд процедур, предусматривающих отбрасывание худших сочетаний и выделение наилучших [11].

Г. С. Альтшуллер путем длительного наблюдения за применением морфологического анализа в школах изобретательства нашел, что для повышения его эффективности важно правильно выбрать главные и связанные с ними элементы строения объекта. Чтобы облегчить инженеру этот непростой выбор, им предложен методический прием построения универсальной таблицы, так называемой фантограммы.

На вертикальной оси морфологической таблицы записывают важнейшие, универсальные характеристики любого исследуемого объекта: цель (назначение, смысл существования), направление развития (воспроизведения), способ передвижения, вид энергопитания и т. п.

На горизонтальной оси отмечают возможные способы изменения характеристик: уменьшить или увеличить, объединить или разъединить, ускорить или замедлить, сместить во времени вперед или назад, изменить связь со средой и т. п. Обычно специалист, ведущий анализ, выбирает лишь некоторые универсальные характеристики и способы их изменений.

С помощью фантограммы можно получить большое количество сочетаний, из которых, как показывает практика, 60-70 % имеют определенный смысл. Это намного больше, чем при обычном морфологическом анализе. Применение фантограммы заметно упрощает выбор нужных решений.

3. Метод фантограмм

Частным случаем метода морфологического анализа является метод фантограмм. Как предложено Г. С. Альтшуллером, это систематический перебор всех возможных для данного факта изменений. Для проведения такого перебора предложена таблица - фантограмма (см. табл. 1): по вертикали откладывают различные структурные особенности реального объекта, по горизонтали - основные приемы преобразования идей, приведенные выше. Заполняя поочередно клетки таблицы, можно производить изменения не только самого объекта, но и многих его характеристик. В таблице 100 клеток, значит, можно получить столько же новых идей или значительно больше, если пользоваться сразу несколькими приемами или изменять несколько характеристик. Не все сочетания эффективны, большинство из них неинтересны, но последовательный перебор позволяет не пройти мимо новых идей. Для начала пробуют лишь некоторые комбинации.

Таблица 1. Фантограмма

Приемы изменения: 1 - раздробить; 2 - ускорить; 3 - замедлить; 4 - увеличить; 5 - уменьшить; 6 - полностью уничтожить; 7 - квантовать; 8 - сделать непрерывным; 9 - сделать статичным; 10 - сделать динамичным.

В качестве примера выберем объектом книгу - книги печатают на бумаге. Не будем заполнять все клетки, возьмем (3; 7) - макрообъект сделать непрерывным. Непрерывная книга? Например, книга, занимающая всю сушу… Что ж, пришельцы могли оставить свое послание людям с помощью направленного горообразования. Горы образуют знаки, которые можно охватить глазом только из космоса. Такое послание станет доступным цивилизации, только когда она покинет пределы своей планеты, то есть на достаточно высокой ступени развития.

Клетка (1; 4) - вещество увеличить. Книга состоит из целлюлозы, обработанной древесины. Увеличим количество древесины: тонна, миллион тонн, миллиард… - пока ничего нового. Древесина во всю планету, корни проникают в недра до самого центра, ветки деревянной планеты уходят в космос. Люди живут внутри дерева, передвигаются по капиллярам, как по ветвям выходят в межпланетное пространство… Эта идея рассматривалась как «смелый проект Г. Полякова - космический лифт с Луны на Землю» в журнале «Техника - молодежи» в № 4 за 1979 год.

Клетка (8; 7) - воспроизводится непрерывно. Что это значит? Непрерывно печатается? А можно иначе - непрерывно пишется. Автор книги продолжает писать ее уже после того, как она вышла из печати. Он думает, что на такой-то странице вместо пошлого сравнения характера героя с облаком пусть появится более мужественное сравнение с грозой. И это изменение немедленно появится во всех уже отпечатанных экземплярах книги. Книга может вообще не печататься, ее текст хранится в памяти компьютера, входящей в международную систему информационного обслуживания. В этом случае идея из фантастической переходит в класс реальных. инженерный творческий воображение фантограмма

Рассмотрим пример решения А. Н. Орлова, в котором он развивает идею, основанную на применении приема «наоборот» к способу передвижения для растения. Как двигается растение? Не двигается, по ветру, прицепляется семенами за животных, семена разносят птицы, усами-отростками. Тогда «наоборот» означает, соответственно, само двигается, против ветра, семена отпрыгивают, их разносят птицы… Но если взять динамику развития растения - одно растение дает много семян? Тогда «наоборот» - много растений вынянчивают одно семя. Эта идея кажется новой. Как может выглядеть это растение? Оно «построено» из белков и минералов в виде, соответственно, коллоидного раствора и твердого тела. Структура растения - клетки и твердая часть. Организм состоит из трех частей: корней, минеральной трубки для связи и транспорта питательных веществ и плодовой чашки. Надструктура: колония трубок поддерживает одну чашку с одним плодом и одним семенем. Энергетика: колония живет за счет медленной химической реакции стенок трубок с веществом среды. Сфера обитания: дно озера, где имеется слой тяжелой едкой жидкости, а выше него есть слой обычной легкой жидкости, в которой могут существовать белковые вещества; дно озера богато питательными веществами, которые накопились там за счет гибели живого, попавшего в едкий слой. Воспроизведение: созревшее семя покрывается минеральным веществом и, внедрившись в почву, дает новую колонию трубок. Направление развития: это типичное растение, но его клетки из неподвижных стали подвижными, они реагируют на проникновение едкого вещества внутрь трубок; подвижные клетки переносят по трубке питательные вещества от корней к семени и обратно; клетки способны к самопожертвованию - клетки бросаются в трещины минеральной трубки и гибнут, забивая трещины останками. Цель, назначение, смысл существования: участие в биологическом кругообороте в озере с едкой жидкостью на дне, где скопилось много питательных веществ.

В развитие этой идеи может быть предложен следующий технический аналог: химический реактор-теплообменник с множеством тонких трубок, в которых или вокруг которых находится агрессивная жидкость. При претворении этой идеи возможны по крайней мере два варианта:

а) имеются самодвижущиеся клетки или частицы, реагирующие с агрессивным веществом, если оно проникнет через повреждение, продукты реакции заделывают эти повреждения; для техники это смелый проект, но в биологии примерно так происходит заживление поврежденных кровеносных сосудов;

б) в жидкости имеется вещество, способное энергично реагировать с агрессивным веществом так, чтобы продукты реакции быстро заполнили всю трубку и вывели ее из строя; так как при этом количество трубок в реакторе имеется в избытке, то реактор в целом длительное время сохраняет работоспособность; этот вариант в принципе кажется технически осуществимым.

Метод фантограмм применим как для генерирования идей, так и для развития творческого воображения. О нем можно прочитать в статьях Г. С. Альтшуллера.

С помощью любого из трех способов, если быть настойчивым, можно получить новую приемлемую фантастическую идею. Во всяком случае, большинство существующих фантастических идей можно свести к одному из трех способов преобразования фактов. Методы конструирования идей - это научная организация развития воображения.

Порядок работы с фантограммой может быть следующим:

- шаг 1: выбрать объект;

- шаг 2: конкретизировать для выбранного объекта характеристики (вещество, макроструктура, надструктура и т. д.);

- шаг 3: выбрать один из приемов фантазирования;

- шаг 4: последовательно применить выбранный прием к характеристикам объекта, конкретизированным на шаге 2;

- шаг 5: рассмотреть свойства полученного объекта;

- шаг 6: применив остальные приемы фантазирования, заполнить все или некоторые пустые клетки фантограммы.

Размещено на Allbest.ru