Текст книги "Научное творчество. Методы конструирования новых идей"

1.4. 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.

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.

Задания для самостоятельного решения

1. Придумайте фантастическое животное для клетки (1; 1): вещество – раздробить, для (2; 1): микроструктура – раздробить.

2. Представьте фантастическое решающее устройство для клеток (1; 4), (4; 4), (6; 4), (8; 4) и (10; 4): вещество, надструктура, способ передвижения, воспроизведение и цель – увеличить. Полученные счетные машины сравните с решением задания 2 параграфа «Метод морфологического анализа». Какая из машин фантастичнее, экономичнее, реальнее?

3. Постройте фантограмму для объекта «мост». Какая из моделей самая необычная? Как придется изменить транспорт с введением этих мостов? Как еще можно применять эта мосты кроме их прямого назначения?

4. Постройте фантограмму для объекта «электростанция». Отберите необычные сочетания. Как повлияет реализация нового типа электростанций на передачу энергии, на системы электродвигателей?

5. Постройте фантограмму для объекта «планета». Отберите типы планет, на которых невозможно существование человека. Как нужно изменить человека, чтобы он смог выжить в условиях таких планет?

6. Постройте фантограмму для разумного существа. Опишите его. В каких домах оно будет жить? Как передвигаться и на чем? Сравните с решением задания 5 из параграфа «Метод морфологического анализа».

1.5. Метод моделирования маленькими человечками

При решении задач неалгоритмическими методами для психологической активизации наряду с другими приемами используется эмпатия, или личная аналогия. Сущность этого приема заключается в том, что человек, решающий задачу, вживается в образ совершенствуемого объекта и старается осуществить требуемое задачей действие. Если при этом удается найти какой-то новый подход, новую идею, то решение переводится на технический язык. Практика применения эмпатии при решении учебных и производственных технических задач показала, что эмпатия действительно иногда бывает очень полезной. Но нередко она очень вредна. Отождествляя себя с тем или иным объектом и рассматривая его возможные изменения, изобретатель невольно отбирает приемлемые для человека изменения и отбрасывает изменения, не приемлемые для человеческого организма, например разрезание, дробление, растворение в кислоте и т. п.

Этот недостаток устранен в методе моделирования маленькими человечками (ММЧ), который применяется в алгоритме решения изобретательских задач (АРИЗ). Суть этого метода состоит в том, чтобы представить объект задачи в виде множества («толпы») маленьких человечков. Такая модель сохраняет достоинства эмпатии – наглядность, простоту, но толпа свободно делится на части. При этом жесткий и потому трудно поддающийся изменениям образ заменяется образом гибким, легко меняющимся.

В АРИЗ этот метод используется на стадии выделения части объекта идеального конечного решения (ИКР) задачи, чтобы отчетливее представить себе физическое противоречие задачи.

В истории науки известны случаи, когда стихийно и однократно применялось нечто похожее на ММЧ. Это открытие Кекуле структурной формулы бензола, когда он увидел кольцо, образованное из пяти обезьян, а раздумывал об изображении бензола. Второй случай – мысленный эксперимент Максвелла при разработке им динамической теории газов: он соединил два сосуда с газами при одинаковой температуре трубкой с дверцей, которую открывали и закрывали «демоны»; они пропускали из одного сосуда в другой быстрые частицы и закрывали дверцу перед медленными частицами. Эти случаи объясняют, почему в ММЧ взяты именно маленькие человечки, а не шарики или микробы. Для моделирования нужно, чтобы маленькие частицы видели, понимали, могли действовать.

Практика применения ММЧ на занятиях по изучению методов поиска новых технических решений показала, что ММЧ надо применять только совместно с АРИЗ и на соответствующем шаге (в АРИЗ‑71 на шаге 3.2 или 3.3 – после выделения части элемента ИКР, которая не обеспечивает требуемое действие). ММЧ эффективен для задач на передвижение, перемещение, изменение формы и состояния объекта. Обычный метод ММЧ в задачах на измерение ничего не дает.

Метод ММЧ сводится к следующим простым операциям:

а) выделенную часть объекта, которая не может выполнить требования идеального конечного результата, представить в виде толпы маленьких человечков;

б) разделить человечков на группы, действующие (перемещающиеся) по условиям задачи;

в) полученную модель рассмотреть и перестроить так, чтобы выполнялись обязательные условия задачи и в то же время было бы обеспечено требуемое действие.

Так, например, при решении задачи А. Орлова о светокопировальной машине после получения ИКР: органическое стекло само предотвращает возникновение электрических зарядов при движении по нему кальки, выделяется пограничная область, поверхность оргстекла и поверхность кальки заменяются толпами маленьких человечков. Модель позволяет отчетливо представить физическое противоречие задачи: человечки стекла должны по условиям задачи держать человечков кальки (это их природное свойство, тут ничего нельзя менять), и в то же время человечки стекла – таково требование задачи – не должны держать человечков кальки. Поскольку человечков много, особой проблемы здесь нет – толпу можно легко разделить. Пусть человечки стекла держат одних человечков кальки – один ее слой – и не держат других – другой слой кальки. Как только построена такая модель, дальнейшее решение почти очевидно, потому что нет психологического барьера: толпа легко делится на части. Пусть калька движется по кальке.

В задачах на измерение ММЧ целесообразно осуществлять в следующем порядке:

а) расположить маленьких человечков на той части объекта, которая подлежит измерению (на линии, в плоскости, в пространстве);

б) рассмотреть возможные действия этих человечков;

в) если нет решения, перестроить человечков, расположив их прерывисто;

г) если решения нет, снова перестроить человечков, располагая их треугольником – с прямыми или криволинейными сторонами;

д) каждый paз надо убирать лишних человечков: треугольник, например, можно получить всего тремя человечками, квадрат – четырьмя и т. д.

Так, например, при решении задачи о контроле конуса построили следующую модель: под углом к стене поставили стол, шеренгу человечков расположили в самой широкой части; затем они стали двигаться, по мере уменьшения длины шеренги число человечков в ней непрерывно уменьшается. Сразу же у слушателей возникли предложения: «Надо сделать шаблон из песка… из воды…» По-видимому, решение этой задачи методом ММЧ облегчается тем, что сам объект выполнен в форме треугольника – человечки поневоле выстраиваются треугольником.

Контрольный ответ (авторское свидетельство № 180829): «Способ контроля поверхности внутренних полостей сферических деталей по отклонению линий постоянного уровня от эталонного значения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения контроля деталей сложной формы, линии постоянного уровня получают путем сечения контролируемой детали слоем малоотражающей жидкости и затем, последовательно изменяя уровень жидкости на заданную величину, производят фотографирование линий на один и тот же кадр цветной пленки с использованием сменных цветофильтров».

Метод ММЧ играет вспомогательную роль в системе методов, используемых в АРИЗ. Его целесообразно применять в тех случаях, когда нет никакого прототипа и нужно построить какую-нибудь опорную модель для анализа. Выше приведены правила применения ММЧ в некоторых задачах на перемещение и измерение. Надо полагать, возможно дальнейшее расширение и усовершенствование метода ММЧ. Вот несколько вопросов, над которыми стоит подумать.

1. Только при первом приближении задачи можно разделить на перемещательные и измерительные. Какие подклассы есть в этих классах задач? Какие особенности применения метода ММЧ в этих подклассах?

2. Как использовать метод ММЧ в измерительных задачах, когда речь идет об очень малых и очень больших размерах, например, при измерении диаметра микропровода?

3. Как использовать метод ММЧ в задачах по измерению массы, например, массы погруженного в вагон металлолома?

4. Как использовать метод ММЧ в задачах на измерение напряжения, силы тока, например, при сверхвысоких напряжениях?

1.6. Метод конструирования новых идей, основанный на применении оператора РВС (размер – время – стоимость)

Метод применялся как составная часть АРИЗ с целью преодоления психологической инерции, связанной с пространственно-временными и стоимостными представлениями о техническом объекте. Оператор РВС – серия мысленных экспериментов, помогающих преодолевать привычные представления об объекте (технической системе, ее элементе или части элемента).

Оператор РВС включает в себя следующие шаги.

1. Рассмотреть данную в условиях задачи систему и выбрать один или несколько параметров, связанных с конфликтом технической задачи и в наибольшей степени влияющих на функционирование технической системы.

Если такие параметры выявить затруднительно, выбрать следующие: а) характерный размер; б) скорость или продолжительность (время) характерного процесса; в) стоимость.

Выбранные параметры могут относиться к части элемента, элементу системы или системе в целом.

2. Мысленно произвести изменение количественного значения параметра до бесконечности. Выявить при этом на каждой стадии изменения параметра задачи (нежелательный эффект, противоречие) и возможные пути ее решения.

3. Мысленно произвести изменение количественного значения параметра до «нуля»; выявить то же, что и в п. 2.

Примечания:

а) если в п. 1 выбрано несколько параметров, рассмотреть поочередно изменение каждого из них; можно одновременно производить изменение сразу нескольких параметров;

б) при изменении параметра элемента системы рекомендуется рассмотреть два варианта: когда остальная часть системы соответственно изменяется и когда она остается неизменной;

в) изменяя количественное значение параметра, необходимо стараться усложнить условия задачи;

г) каждый мысленный эксперимент проводить не торопясь, тщательно, не менее 2–3 минут.

4. Рассмотреть выявленные в пунктах 2 и 3 пути решения видоизмененной задачи. Сформулировать возможные направления решения исходной задачи.

Оператор РВС не всегда дает решение задачи, он и не предназначен для этого. Его цель – сбить психологическую инерцию перед началом решения.

Рассмотрим пример. На строительстве Усть-Илимской ГЭС понадобилось соорудить несколько водоводов – железобетонных труб диаметром 10 м, длиной 40 м и весом 4000 т. Водоводы должны лежать на откосе в 45°. Изготовлять водоводы в наклонном положении крайне неудобно. Лучше строить их вертикально, а потом опускать на откос. Однако проектировщики подсчитали, что для этого потребуется очень сложная и дорогая система грузовых стрел, талей, блоков. Пришлось изготавливать водоводы в наклонном положении.

А когда работа была сделана и деньги потрачены, два молодых инженера предложили решение, которое, поспей оно вовремя, позволило бы легко опустить готовые водоводы и дало бы большую экономию. Какое это решение?

1. Система состоит из вертикальной трубы и откоса горы, трубу трудно плавно (медленно – это время) опустить на откос из-за ее больших размеров. Выбираем два параметра системы: размер и время.

2. Увеличиваем размер – для начала в сто раз. Это громадина наподобие Останкинской телебашни. Никакими кранами ее не опустишь. Увеличим ее размеры еще на порядок – высота 4 км, диаметр 1 км. Это уже гора. Как уложить гору? Но горы никогда не падают.

Увеличиваем время. Предположим, в задаче отводится месяц времени – в сто раз. 8 лет – особой разницы нет, 8000 лет – осядет грунт, и башня наклонится, осядет сама. Во всяком случае, за 8 миллионов лет могут произойти большие геологические изменения.

3. Уменьшаем размер – для начала в сто раз. Высота 40 см. Все очень просто – уложим трубу вручную. То же при высоте 0,4 см.

Высота 0,04 см – задача опять усложнилась.

Уменьшаем время – труба опустилась за 1 минуту или секунду. Это значит, что она упала. Чтобы труба упала, ее центр тяжести должен изменить свое положение.

4. Есть горы, которые сами падают, это айсберги. Подтаивает основание, смещается центр тяжести, они опрокидываются. За многие годы горы тоже могут выветриться, могут вымыться самые твердые породы – и гора может упасть.

Отсюда идея, которая практически совпадает с контрольным ответом данной задачи (авторское свидетельство № 194294): «Способ монтажа тяжелых конструкций путем опускания их на рабочее место, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса монтажа под конструкцией возводят колонны из природных веществ – льда, соли, которые затем у основания соответственно растапливают и растворяют, обеспечивая тем самым уменьшение длины колонн с одновременным опусканием конструкции».

Данная задача простая, поэтому с ней удается справиться и получить идею решения и с помощью оператора РВС.

Оператор РВС – серия направленных действий для преодоления привычных представлений об объекте. Он пригоден также для активизации воображения. Оператор РВС включает в себя следующие простые приемы воображения: уменьшение или увеличение размеров (стоимости) объекта, ускорение или замедление времени (скорости), смещение во времени. Изменения следует проводить ступенчато, достигая крайних пределов – до нуля и бесконечности, выявляя на каждой ступени качественные отличия задачи и возможные способы ее решения. Кроме указанных приемов можно использовать также любые другие из простых приемов воображения.

Один пример рассмотрен выше. Другой пример: выберем объектом воздушный шар. Обычные его характеристики: размер от 10 см до 100 м, время действия от 1 часа до 1 недели, стоимость определяется газом-наполнителем – водородом или гелием.

Увеличим размер шара: пусть он будет больше 10 000 км, но тогда он окажется за пределами атмосферы; проще включить атмосферу в такой шар. Земля окажется внутри, как косточка. Правда, окружать таким шаром Землю нет необходимости, а вот Луну или Марс можно. Атмосфера Марса очень разрежена; представим, что заключили планету вместе с ее атмосферой в шарообразную оболочку и начали этот шар сжимать. Довели его диаметр до того, что расстояние от поверхности Марса до оболочки стало около 1 км. Атмосфера сожмется, станет плотной – условия жизни на Марсе существенно изменятся. Климат станет мягче, можно будет летать на обычных самолетах. В космос можно будет выбираться через систему шлюзов.

Увеличим время, например, время набора высоты. Пусть для того, чтобы поднять шар на 1 см, нужно бесконечное время. Шар, который неподвижно висит на одной высоте сто, тысячу лет… Зачем? А это зависит от того, где подвесить. Можно подвесить на высоте 100–300 км. Но там почти вакуум, летают спутники, не так просто подвесить. Но если шар сделать очень большого диаметра и тонкие, в молекулу, стенки, то он будет висеть и на такой высоте. Вероятно, проще подвесить такой шар-гигант, чем строить дорогостоящую систему спутников связи.

Увеличим беспредельно стоимость шара. Применим для заполнения шара очень дорогое вещество, например минус-массу. Получим шар, наполненный газом из минус-вещества, отталкивающийся от обычного гравитационного поля.

Задания для самостоятельного решения

1. Примените оператор РВС к объекту «часы».

2. Примените оператор РВС к объекту «плотина».

3. Примените оператор РВС к доменной печи. Дайте описание процесса плавки металла в фантастической доменной печи.

4. Примените оператор РВС к объекту «фотокамера». При изменении размеров, времени действия и стоимости используйте также прием «квантование – непрерывность». Как изменится процесс фотосъемки? Станет ли иной техника обработки фотоматериалов?

5. Примените оператор РВС к объекту «телевизор». Используйте при изменений параметров также прием «дробление». Для каких целей может применяться фантастический телевизор?

6. Примените оператор РВС к объекту «проходческий комбайн». Используйте приемы «динамичность – статичность» или «смещение во времени». Опишите процесс проходки тоннелей комбайном нового типа.

7. Примените оператор РВС к химическому реактору. Используйте также приемы «универсализация – ограничение» или «динамичность – статичность». Для каких типов химических реакций такой реактор особенно эффективен: синтеза или разложения; окисления или восстановления; нейтрализации или подкисления (подщелачивания)?

8. Примените оператор РВС к объекту «телескоп». Используйте приемы «дробление – объединение», «квантование – непрерывность», «оживление». Опишите фантастический телескоп. Какие новые объекты сможет открыть астрономия?

9. Примените оператор РВС к объекту «жилое здание». Используйте любой прием фантазирования. Какие потребности человека будут в нем удовлетворяться? Каким станет процесс строительства?