Текст книги "Научное творчество. Методы конструирования новых идей"

1.12. Метод развития следствий в ситуациях

Здесь не задан никакой конкретный метод воображения. Условные задания – некоторая фантастическая ситуация. Цель задания – вывести из заданной посылки все возможные следствия. При этом по желанию могут быть использованы – как по отдельности, так и в совокупности – любые приемы и методы фантазирования.

Приведем пример выполнения ситуационного задания «Подводное озеро» Г. Альтовым.

В 1951 г. я решил взяться за какую-то очень большую и трудную изобретательскую задачу. Перебрав несколько, остановился на такой: как без жесткого скафандра – с простым прибором добраться до дна океана на 10–11 км. Эта задача показалась мне подходящей, ибо она относилась к знакомой области (можно было думать над задачей, почти не обращаясь к книгам – после заявки на авторское свидетельство № 111144), она считалась настолько нерешимой, что ее даже не ставили (так что было много времени на решение – никто не наступал на пятки); она была исключительно трудна – поэтому привлекательна, романтична (заманчиво было доказать, что невозможное возможно).

Основная заповедь конструирования подводных дыхательных приборов (кроме жестких скафандров, в которых человек находится под нормальным давлением) состоит в том, что давление вдыхаемого – выдыхаемого воздуха должно быть равно внешнему. Дыхательные мышцы слабы; если наружное давление хотя бы на 100 гПа выше давления воздуха, идущего на дыхание, дышать невозможно. Опуститесь на глубину 1 м и попробуйте дышать через трубку – ничего не получится. Технически нетрудно обеспечить требуемое равенство давлений (при подаче газа из баллона, где давление 200–300 атм., в резиновый дыхательный мешок или через редуктор). Поэтому, видимо, никто не обращал внимания на принцип равенства давлений: его учитывали – и только. Но теперь дыхательный прибор должен работать на дне океана под давлением 10 гПа. Это что-то вроде оператора РВС: возьмем обычный прибор, увеличим давление в 1 000 раз и посмотрим, что получится.

При давлении в сотни атмосфер газ становятся столь плотным, что начинает походить на жидкость. Дышать таким газом трудно из-за трения газа о стенки дыхательных путей. Дыхательные мышцы «не потянут» такой нагрузки. Решение задачи: нужно, чтобы давление газа на выдохе было чуть-чуть больше наружного, а на вдохе – чуть-чуть ниже. Тогда газ сам пойдет, мышцы будут освобождены от непосильной работы.

Технически это осуществимо очень просто. Надо взять литературу по искусственному дыханию, скажем, при реанимации. «Способ» и «устройство» можно использовать и в обычных водолазных скафандрах. Почему бы несколько не облегчить работу и тем, кто опускается на глубины до 100 м? До сих пор таких устройств у них нет.

Кислород, азот, гелий, водород на любых глубинах остаются газами – у них очень низкие критические температуры, без глубокого охлаждения их в жидкость не превратить. Однако, вдохнув смесь кислорода и гелия, человек выдохнет ее с примесью нескольких процентов углекислого газа, который очень легко сжижается. Критическое давление у него 74 000 гПа, что соответствует глубине 730 м. Сначала мысли были только об обеспечении человека кислородом, теперь я переключился на обдумывание «выдыхательной части». И тут сразу замаячил новый факт: при погружении СО₂ перестает быть газом! Конденсация его может произойти прямо в теле человека… Снегопад внутри человека?!..

«Снежная болезнь» чем-то обратная кессонной. Ничего хорошего от этого быть не может. Но оказалось, что критическая температура для СО₂ равна 31°С, то есть внутри тела человека он останется газом. Но вне организма выдохнутая смесь газов охладится (кругом сколько угодно холодной воды) и углекислый газ перейдет в жидкую или твердую фазу. Смесь очистится, ее можно будет снова использовать для дыхания! Дыхательный прибор состоит из двух подсистем: одна дает кислород, другая убирает СО₂. В аквалангах только первая подсистема, выдыхаемый воздух выбрасывается (хотя в нем всего 4 % CО₂), поэтому у них быстро расходуется запас воздуха. В приборах с замкнутым циклом выдыхаемый воздух идет в поглотительный патрон с тетраокисью калия. Патроны тяжелы, громоздки, дороги, их работу трудно контролировать. А тут полная возможность удалять СО₂ без ничего, только зa счет давления. Кстати, в подводных лодках тех времен воздух очищали тоже химическим способом.

Отчетливо представились заявки на «способ» и «устройство» для очистки воздуха.

В воздухе внутри подводной лодки или скафандра могут быть другие вредные газы (аммиак, сероводород), которые тоже легко сжижаются под давлением. Отчетливо представилась критическая глубина, разная для каждого газа, выше этой глубины пузырек газа остается пузырьком и всплывает, а ниже – превращается в капли жидкости и тонет, впрочем, иногда не тонет, если плотность образовавшейся жидкости ниже единицы. Оказалось, что при критическом давлении и критической температуре у большинства сжиженных газов очень невысокая плотность. За редким исключением: у ксенона в этих условиях плотность больше единицы, его капельки будут тонуть. Но ведь вода самая несжимаемая из всех жидкостей, это одна из ее аномалий. Значит, если возникшую капельку опустить еще ниже (до второй критической глубины), то ее плотность станет больше плотности воды, и капелька все-таки потонет. Оказалось, что есть две критические глубины, которые иногда совпадают. А главное – открытое явление распространяется не только на газы (их мало), но и на жидкость. Берем какой-нибудь спирт: на поверхности он плавает, а ниже второй критической глубины – тонет. Правда, для спирта на Земле не хватит глубины в океане (а на других планетах?). А вот у нефти есть сорта плотности близкие к единице. Чуть-чуть опустить – и утонут.

На суше множество свободных выходов нефти. Если она выходит на дно океана, то может образовать там «подводное озеро». Если подтолкнуть такое озеро до критической глубины, то нефть сама пойдет наверх. Тот же ксенон выделяется из трещин земной коры. Почему бы ему не выделяться на дне океана? Критическая глубина для ксенона всего 500 м. Интересно – озеро ксенона на дне. Может быть, какие-то озера неустойчивы и от подземных толчков иногда всплывают? Есть гипотеза, что иногда летчики над океаном теряют ориентировку из-за того, что «исчезла поверхность» океана вследствие бурного выделения газа. А откуда могут взяться нужные для этого газы?

Из описанного явления вытекают разные технические следствия. Некоторые из них вошли в рассказ Г. Альтова «Подводное озеро».

Задания для самостоятельного решения

1. Опишите фантастическое растение, полученное из обычного последовательным применением методов фокальных объектов и фантограмм.

2. Сконструируйте модель робота, последовательно применяя оператор РВС и морфологический анализ.

3. При помощи сочетания любых приемов воображения представьте фантастическую планету.

4. При помощи любой последовательности приемов (не менее двух) представьте разумное существо, обитающее на этой планете.

5. Около пульсирующей звезды обращается планета, на которой есть жизнь и разумные существа. Ритм жизни задается пульсациями звезды, которые протекают так: 20 мин звезда вовсе не светит, потом в течение минуты следуют через равные интервалы 10 вспышек, причем каждая вспышка длится 1 с. Во время вспышек звезда светит, как Солнце у нас. Как развиваются жизнь и техника на такой планете?

6. Представьте себе, что на Земле исчезли все металлы. Вся техника основана на применении дерева и живых организмов. Каковы энергосистема, воздушный и атмосферный транспорт? Как идет добыча полезных ископаемых – нефти, угля?

7. Известно, что полюса Земли медленно перемещаются. Допустим, что в наши дни некий катаклизм неожиданно сместил северный полюс в район Парижа. Как будет происходить дальнейшее развитие техники – градостроительство, машиностроение и пр.?

8. Представьте себе планету, на которой нет постоянных химических элементов. Непрерывные ядерные реакции (не будем обсуждать их возможность) приводят к тому, что предмет, сделанный из железа, завтра оказывается хромовым, а алмазный резец превращается в смесь ртути с серной кислотой и растекается. Постоянны только живые существа (за счет постоянства атомов элементов, из которых они построены): растения, животные, люди. На чем будет основана техника? Как она станет развиваться? Где люди будут жить? Как производить энергию, оборудование?

9. Все механизмы и системы, работа которых прямо или косвенно основана на действии тяжести, перестройте с учетом того, что тяжесть исчезла и ее роль играют электростатические поля.

10. Практически вся научно-фантастическая литература – решение ситуационных заданий. Такова, например, повесть Х. Клемента «Экспедиция тяготение». Задана фантастическая ситуация: дисковидная быстровращающаяся планета большой массы, – и рассказано о поведении в этой ситуации человека, животных, техники. Ситуации заданы также в рассказах Г. Гаррисона, Р. Шекли и др. Возьмите исходную фантастическую ситуацию из научно-фантастической литературы и выведите из нее свои следствия, отличные от тех, что показал автор. Примените полученные результаты к условиям Земли.

Глава 2. Алгоритмические методы конструирования новых идей. Алгоритм Малкина

2.1. Упрощенный алгоритм решения творческих задач

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) основана на анализе лучших продуктов интеллектуального творчества многих поколений изобретателей. Автор ТРИЗ Г. С. Альтшуллер из более чем миллиона изобретений отобрал 40 тысяч лучших. Он выделил типовые приемы, использованные инженерами для получения решений. Им были сформулированы законы, задающие тенденции в развитии техники, и создан алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). Алгоритм задаёт последовательность действий решателя проблемы с инструментарием ТРИЗ. Так в интеллектуальной сфере впервые была построена система производства решений и оценки их качества на основании законов развития систем. Она подобна системам материального производства. Принципы и технологии, проверенные в сфере производства вещей, стали использоваться в производстве решений.

АРИЗ включает 9 крупных частей, 40 шагов, 44 примечания и 11 правил. Это действительно могучий, многократно опробованный инструмент для решения технических задач любой сложности.

Как и на производстве, в ТРИЗ есть этап заготовки сырья для будущего решения – анализ проблемной ситуации и выявление ее компонентов, их свойств и степени их использования. На производстве образ будущего продукта задает «чертеж». А в ТРИЗ используют идеальный конечный результат (ИКР) как образ (идеальную модель) будущего решения.

На каждом производстве есть участок преобразования сырья в новый продукт. В ТРИЗ его функцию выполняют шаги алгоритма получения решения.

В любом цехе есть контроль качества произведенного продукта, а также системы тотального управления качеством. В ТРИЗ тоже есть контроль качества решений. В работах Г. С. Альтшуллера говорится о «красивом решении», о «сильном решении». В седьмой части АРИЗ выполняется проверка качества полученного ответа. Главное противоречие должно быть устранено практически «без ничего». Близость решения к идеалу обеспечивается выявлением и применением доступных ресурсов: времени, места, веществ и энергий, состава, свойств и структуры объектов.

В девятой части АРИЗ проводится анализ хода решения проблемы с целью усовершенствовать сам процесс выработки решения. Специалисту, владеющему ТРИЗ, вполне понятна историческая закономерность вытеснения человека в системе производства:

– сначала как источника энергии, приводящего в движение орудие труда;

– затем замена его как источника команд машиной-автоматом;

– и, наконец, замена его как источника случайных решений алгоритмом, аккумулирующим разум многих поколений инженеров.

Можно утверждать, что ТРИЗ есть интеллектуальная технология производства решений в любой области. Вот основные компоненты «производственного процесса», осуществляемого обученным специалистом:

1) участок заготовки «сырья» – анализ проблемной ситуации, выявляющий имеющиеся и недостающие компоненты, а также дефекты в них – «нежелательные эффекты» и противоречия в терминологии ТРИЗ;

2) участок «проектирования» образа (модели) будущего решения – ИКР (идеальное решение);

3) участок производства решения из компонентов ситуации ресурсов, возможностей, существующих в системе и вокруг нее;

4) участок проверки качества (правильности) полученного решения с помощью законов развития технических систем;

5) участок совершенствования процесса производства решения.

Таким образом, классический АРИЗ, предложенный Г. С. Альтшуллером, предназначен для инженеров, знакомых с общими идеями ТРИЗ и законами из естественнонаучных дисциплин. Поэтому использование АРИЗ для решения проблемных ситуаций не из технического мира проблематично, а освоение АРИЗ можно рассматривать как высшую ступень применения ТРИЗ на практике.

Существуют упрощенные алгоритмы творческих задач, вобравшие в себя основные шаги АРИЗ.

Среди упрощенных алгоритмов творческих задач можно рассмотреть алгоритм, состоящий из десяти шагов. Для решения по этому алгоритму необходимо ответить на следующие вопросы.

1. Какова конечная цель решения задачи?

Какую важную «конечную цель» необходимо выполнить (получить) после решения данной задачи?

2. Каким должен быть идеальный конечный результат цели?

Конечная цель выполняется сама собой, без ничего.

3. Какой может быть помеха?

В реальности вместо идеального конечного результата происходит… (записать «помеху»), а это недопустимо.

4. Каковы причины помехи?

Перечислить как можно больше возможных научно обоснованных причин «помехи».

5. Какими могут быть пути решения?

Записать идеи решения, отвечая на следующие вопросы.

5.1. Как не допустить «причину» помехи?

5.2. Как компенсировать «причину» помехи?

5.3. Как устранить последствия «помехи»?

6. Какова энергетика для решения проблемы?

Если в предыдущем пункте выяснено требование: «Для „недопущения“, „компенсации“ или „устранения“ выявленной „помехи“ нужна какая-то энергия (сила)», то используем список «Поиск энергии». При этом необходимо учитывать, что виды энергии бывают разные: механическая, акустическая (механические колебания), тепловая (колебания молекул), электрическая (электростатика и движение электронов и ионов – электродинамика), магнитная, электромагнитная – электромагнитные колебания (промышленной частоты, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи, гамма-лучи), химическая, биохимия, ядерная и т. д., а объекты энергетического воздействия могут быть в разных агрегатных состояниях: твердом, жидком, газом или плазмой.

С помощью списка вопросов «Поиск энергии» ищут энергию (силу), которая поможет устранить причину помехи.

Список вопросов «Поиск энергии»

6.1. Можно ли использовать ту энергию (силу), которая в данном случае является вредной?

6.2. Есть ли вокруг, поблизости бесплатная энергия (сила) (как-то: сила тяжести, давление атмосферы, сила ветра, потока воды и т. п.)?

6.3. Не простаивает ли где-то двигатель (источник энергии) – оператор, лошадь, трактор?..

6.4. Можно ли уменьшить потери энергии (силы)?

6.5. Можно ли скомпоновать из окружающих элементов простейшую машину для изменения, перераспределения, трансформации энергии (силы)?

6.6. Можно ли собрать из окружающих элементов простейшее устройство для получения энергии (силы)?

6.7. Можно ли скомпоновать из окружающих элементов накопитель энергии (силы), такой как маховик?

6.8. Можно ли получить требуемый результат от действия энергии (силы) по другим, более удобным параметрам (по формуле)?

6.9. Можно ли использовать «удар» для увеличения силы?

6.10. Можно ли применить энергию (силу) как «спусковой крючок» для включения другой, более мощной силы?

6.11. Можно ли преобразовать уже имеющуюся энергию (силу) в другую, более удобную для решения задачи, энергию (силу) (например, электрическую – в тепловую и т. п.)?

6.12. Можно ли разложить имеющуюся энергию (силу) на составляющие части (например, по правилу параллелограмма и т. д.)?

6.13. Можно ли сконцентрировать рассеянную энергию в точку?

6.14. Можно ли подавать энергию небольшими импульсами, добиваясь резонанса?

7. Какие типовые приёмы могут быть использованы?

Если после «шести шагов» решение не найдено, то нужно искать параметр, негативно влияющий на получение приемлемого решения, и выбрать из списка таблицы разрешения противоречий Альтшуллера[3]3
  Более подробно об этом можно прочитать, например, в нашей книге Зиновкина М. М., Гареев Р. Т., Горев П. М., Утёмов В. В. Научное творчество: инновационные методы в системе многоуровневого непрерывного креативного образования НФТМ-ТРИЗ: учебное пособие. Киров: Изд-во ВятГГУ, 2013. 109 с.


[Закрыть].

Шаги 8–10 используются для применения приемов разрешения физических противоречий и системных операторов.

Приведем пример решения задачи «Очистка подошв обуви» по этому алгоритму.

Загрязнённая подошва спецобуви – солдатских ботинок – разносит грязь по всему цеху. Если в двери между цехами положить мокрую тряпку и поставить дежурного, который следит, чтобы каждый выходящий из загрязненного помещения тщательно протирал подошвы ботинок, и время от времени промывает эту тряпку, то разнос грязи резко уменьшается. Надо освободить дежурного – установить устройство промывки подошв обуви.

1. Цель задачи: автомат для очистки, промывки подошвы обуви.

2. ИКР: само собой, без ничего пол около двери промывает подошвы обуви всех людей, проходящих через дверь.

3. Помеха: грязь удерживается подошвой (и потихоньку размазывается по полу), а это недопустимо.

4. Причины помехи: 1) загрязнение медленно сходит с подошвы на пол; 2) пол у двери не очищает подошву от грязи полностью (за один раз, без протирания); 3) в мокрой тряпке копится грязь, и подошвы от неё пачкаются; 4) после очистки подошвы мокрой тряпкой на полу остаются мокрые следы.

5. Решения:

1) не допустить помехи: к подошве грязь не пристаёт (например, к подошве из дорогого фторопласта);

2) компенсировать: грязь пристаёт к подошве накрепко и не размазывается, или перед входом в загрязнённое место надеть дешёвые бахилы из плёнки, а при выходе их снять и сбросить в сборник (опять надо ставить контролёра);

3) устранить: чтобы убрать грязь с подошвы струёй воды – нужна сила, энергия, источник давления воды.

6. Поиск энергии: бесплатной силой является сила тяжести человека, который носит ботинки.

7. Приёмы РТП: 10 – предварительное действие, 15 – динамичность, 25 – самообслуживание.

Предложено устройство на полу у двери, имеющее упругую перфорированную пластину, при действии тяжести человека она прогибается так, что передаёт силу давления воде, которая находится под пластиной и снизу струйками обмывает подошву, смывая с неё грязь; при давлении в ёмкости под пластиной открывается клапан выхода части воды с грязью; когда человек поднимает ногу и снижает тем самым давление в ёмкости – при разрежении открывается другой клапан забора порции чистой воды; поскольку у человека две ноги, таких ячеек в полу находится тоже две. Чтобы грязь в ёмкости не накапливалась, вода в ней сменяется постоянно под воздействием изменений давления, создаваемых движущимся человеком.

2.2. Алгоритм Малкина

Рассмотренный десятишаговый алгоритм на практике также оказывается громоздким, для малозначимых задач некоторые шаги становятся пустыми и бессмысленными, не дающими результата.

Упрощенные алгоритмы решения творческих задач в 80‑е годы состояли не из рассмотренных 10 из 20 шагов, но опыт работы показывает, что для решения ряда творческих задач можно использовать всего 5 шагов. К таким выводам при обучении начинающих за 20 лет работы в США пришла группа Сергея Малкина. Предложенный С. Малкиным алгоритм решения творческих задач, может быть сведен в следующую блок-схему (см. табл. 2).

Порядок работы с алгоритмом следующий.

Определите, что может быть сущностью для изменения в функциях, и запишите в шаблон:

– элементы или объекты, с которыми работает система;

– действия, взаимодействия и процессы;

– окружающую среду и соседние системы.

Начните с группы ресурсов. Используйте каждый изобретательский приём в качестве подсказки для генерирования новой идеи и после переходите к следующей группе.

Через 2–3 минуты работы с приёмом запишите идею и переходите к следующему приёму.

Для применения приемов нужно выполнить следующее.

– Прочтите прием и мысленно примените его к своей системе. Используйте свои профессиональные знания и опыт, чтобы представить, как это будет выглядеть. Может ли применение этого приема создать новый ресурс?

– Может ли применение приема изменить функционирование?

– Может ли применение приема изменить результат?

– Запишите все возникающие идеи. Если ни одна идея не пришла вам в голову, переходите к следующему приему.

Таблица 2. Блок-схема алгоритма решения творческих задач С. Малкина