Текст книги "Инженерная эвристика"

№ 67

Пар повалит как на улицу, так и внутрь бани. Содержание паров воды в бане можно считать насыщенным. Точка росы при высокой температуре выше, чем при низкой. Если открыть форточку, то тёплый воздух ринется наружу. Пары воды, которые он унесёт с собой на морозе, сконденсируются. Человек с улицы увидит пары, поднимающиеся из форточки вверх. Через ту же форточку в баню будет проникать холодный воздух. Соприкасаясь со слоями встречного тёплого воздуха, холодный будет на границе между ними конденсировать водяные пары. Холодный воздух тяжелее тёплого, поэтому наблюдатель внутри бани увидит, что клубы пара из форточки «падают» на пол (Задачник по физике журнала «Квант»,№ 594).

№ 68

Поставим мысленный эксперимент. Что бы вы сами сделали, чтобы изготовить часы, не требующие механического завода? Где взять такой ресурс энергии, который бы действовал постоянно, в течение неограниченного времени, и сам бы «подзаводил» часы?

«Тепло, ветер, посетители, атмосферное давление. Тепло и ветер исключаются, так как часы расположены в закрытой комнате. Посетители могут открывать двери, давить своим весом на какие-то рычаги в полу. Но если их нет? Остаётся предположить, что использовались перепады атмосферного давления. Изменение высоты столба ртути большого ртутного барометра заводило часы» (Злотин, Зусман, 1991, № 34).

№ 69

«Чудеса» объяснялись довольно просто: картина была написана кобальтово-никелевыми красками. Во время показа Парацельс незаметно подогревал картину. Смесь хлористого кобальта с хлористым же никелем почти бесцветна. При её нагревании теряется содержащаяся в этих солях кристаллизационная влага, и цвет комплексного соединения сразу же меняется(Терлецкий, 1986).

№ 70

Молоко свернулось в пластмассовом ведре. Металлическое ведро сыграло роль экрана. Процесс сворачивания объясняется денатурацией белков молока, то есть изменением пространственной формы молекул белка. В молекулах действует несколько типов взаимодействия, включая электростатическое, по закону Кулона. Молоко можно принять за равновесную систему, но во время грозы воздух насыщается электрическими зарядами – электризуется.

По закону Шарля Кулона «сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению величины этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Если вспомнить школьный курс физики, то коэффициент этой пропорциональности записывается так:

где «эпсилон без нуля» – относительная диэлектрическая проницаемость среды. Она во время грозы растёт, сила кулоновского взаимодействия снижается, происходят пространственные превращения молекул белка.

Пластик – изолятор, зато металлическое окружение, особенно, если ведро поставлено на землю, – хороший «громоотвод». Экранный эффект не позволяет молоку преждевременно испортиться во время грозы. Ива нужна, чтобы исключить попадание в молоко дождя.

№ 71

Один из весьма красивых вариантов решения проблемы можно найти в журнале «Наука и жизнь», 1989, № 9. А как решить аналогичную задачу для условий российской тундры?

№ 72

Парадоксальный, но вполне научный ответ можно найти в мировом бестселлере – книге «Физический фейерверк» (Уокер, 1989, № 6.14,С. 153, 251).

№ 73

Разгадка этого «чудесного» явления дана в журнале «Наука и техника»,1987, № 11.

№ 74

Если сахар не размешан, то коэффициент преломления жидкости в сосуде меняется с глубиной, причём так, что у дна, где концентрация сахара самая высокая, он максимален. Когда луч от лазерной указки входит сосуд с небольшим наклоном вниз, он непрерывно загибается. Наклон луча увеличивается по мере того, как он входит в оптически более плотные слои с непрерывно меняющимся коэффициентом преломления и опять загибается (Уокер, 1989, № 5.17, С.120, 226). Обычно такого рода «школьный» опыт проводят с насыщенным раствором поваренной соли, в который сверху осторожно доливают воды. Концентрация вещества, соответственно, меняется с высотой «аквариума». Сверху концентрация соли существенно ниже, чем на глубине.

№ 75

Всё дело в том, что пузырьковый уровень заполнен диамагнитной жидкостью. Когда такую жидкость помещают в магнитное поле, внутри неё создаётся магнитное поле противоположного направления, и жидкость выталкивается из поля. Пузырёк воздуха будет сдвигаться к магниту, создавая иллюзию того, что воздух сам магнитен (Уокер, 1989,№ 6.20, С. 154, 251).

Послесловие

Читая эту книгу, с каждой страницей грустнел. Ибо всё меньше оставалось на мою долю. Авторы раскрыли все темы, способные заинтересовать меня настолько, чтобы я мог о них ещё что-то сказать в послесловии.

Более двух десятилетий я сам был инженером. Правда, в довольно специфической сфере – программировании. Условия работы программ контролируются несравненно лучше, чем других технических устройств. Поэтому мне была тогда полезна лишь очень малая доля приведённых в книге творческих приёмов. Но и этой доли хватило, чтобы сделать немало интересного и полезного.

Зато в моём давнем – с 1982 года – увлечении пригодилось куда больше творческих приёмов. Ведь интеллектуальные игры – постоянное решение задач, требующих свободного и разнообразного полёта мысли. Вопреки расхожему мнению, участникам этих игр нужна прежде всего не память, а умение думать. Вопросы этих игр строятся так, чтобы ответ можно было найти, отталкиваясь от общеизвестных сведений, но идя по нетривиальным путям размышления. В книге приведено много примеров таких вопросов. Да и методы коллективного мышления в «Что? Где? Когда» и «Брэйн-ринге» практически те же, что и при решении сложных инженерных задач. Правда, в игре на решение отводятся считанные секунды – но и в реальной жизни хватает экстренных обстоятельств, требующих мгновенного ответа.

Я уж и не говорю о том, сколько творчества требует моя нынешняя – вот уже пару десятилетий – работа публициста и политического консультанта. В ней мне доводилось сталкиваться – если не в собственной деятельности, то у коллег – едва ли не со всеми описанными в книге методами решения сложных задач.

Наверное, можно представить себе человека, вовсе не нуждающегося ни в одном из множества описанных в книге приёмов творчества, не интересующегося ни одним из приведённых здесь примеров. Но такой человек вряд ли сможет долго и благополучно жить в нынешнем сложном и переменчивом мире. Так что если первый взгляд скользнул по этой книге равнодушно – взгляните ещё раз.

Большое спасибо авторам и за громадную работу по сбору материала книги и тем более за интереснейшее осмысление этого материала, его систематизацию, выделение ключевых сведений. Уверен: если Вы, читатель, дошли до моего послесловия – значит, Вам тоже есть за что благодарить создателей книги.

Советник-эксперт «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»

А.А. Вассерман

Приложения

Приложение 1. Некоторые классические методы спонтанного поиска новых инженерно-технических решений

Вниманию заинтересованного читателя предлагаем избранные фрагменты «Обзора методов создания новых технических решений», конспекта отечественных и зарубежных методик, сделанного по заказу Госкомитета СССР по делам изобретений и открытий в 1988 году Александром Владимировичем Кудрявцевым (Кудрявцев, 1991).

Поскольку нам не удалось дотянуться до этих источников напрямую, в общий список литературы к настоящему изданию они нами не внесены. Далеко не исчерпывая весь список «Обзора…», приводим лишь некоторые методы с нашими комментариями[111]111
  Из весьма полных новейших тематических обзоров см.: Сборник методов поиска новых идей и решений управления качеством / сост. В.В. Ефимов. – Ульяновск: УлГТУ, 2011.; Шустов М.А. Методические основы инженерно-технического творчества. – Томск: Томский политехнический университет, 2010.


[Закрыть].

По меткому замечанию А.В. Кудрявцева – это «скорее инструкции, которые не говорят о творчестве вообще, а сводят его к совокупности конкретных процедур».

Метод мозгового штурма А. Осборна – Brainstorming

(Osborn A.F. Applied imagination. – New-York: Sckibner’s Sons, 1953)

Метод мозгового штурма – один из наиболее известных и применяемых для коллективного поиска решений.

Основная цель метода – настроить группу специалистов так, чтобы каждый из них сделал как можно больше предложений по обсуждаемой проблеме. Работу проводят в несколько этапов: подготовка, проведение штурма, оценка и отбор идей, проработка и развитие наиболее ценных из них.

На этапе подготовки четко формулируют и записывают (в общих понятиях) задачу, затем её разбивают на максимальное число подзадач. При этом можно использовать специальные вопросы: почему это необходимо, где должно быть сделано, кто должен сделать, что конкретно и как должно быть сделано и др. В подготовку включают также подбор фактического материала (аналог объекта, данные о принципах действия, причинах неудач, о различного рода ограничениях и т. п.). На этом же этапе осуществляют выбор участников поисковой группы, которые делятся на генераторов (люди, обладающие богатым творческим воображением и фантазией) и экспертов (люди с аналитическим складом мышления, квалифицированные специалисты). Эксперты не принимают участия в поиске решений. Они их затем оценивают.

Благодаря определенным правилам организации и проведения мозгового штурма (запрет критики высказываемых идей, психологическая совместимость участников, поощрение шуток, каламбуров, заинтересованность участников, свободная непринужденная форма обсуждения и др.)[112]112
  В числе разнообразных находок на этот счёт назовём «Метод провокационной мозговой атаки», предложенный инвентологом И.С. Ивановым, когда сторонняя группа экспертов или зрителей, наблюдающая за брейнстормингом, обязана, используя язык телодвижений, поддерживать участников штурма, высказывая одобрение, или, наоборот, показывать тупиковость выбранного пути решения задачи. Как вы понимаете, этот метод тренинга позволяет устраивать управляемые провокации, уводить генераторов идей в сторону от правильного пути. Зрители-эксперты могут быть к тому же не всегда правы или специально провоцировать своей мимикой и жестами на неправильный ответ! (Иванов, 2010, С. 113).


[Закрыть] за короткий промежуток времени можно получить большое число самых разнообразных решений стоящей перед участниками задачи. Из этих идей затем эксперты выбирают и развивают наилучшие. Предварительного обучения участников не требуется, обычно бывает достаточно инструктирования. Руководит мозговым штурмом так называемый ведущий – специалист, имеющий опыт проведения научных дискуссий и постановки проблем. Число участников обычно составляет 5-15 человек, штурм длится 30–45 мин. Обсуждение проводят в быстром темпе. Все идеи фиксируют, для чего используют запись на магнитофоны или стенографию.

Существует несколько разновидностей мозгового штурма. В частности, известен вариант, когда участники записывают свои идеи самостоятельно на специальных карточках[113]113
  Так называемый «брейнрайтинг». Этот и другие современные виды модификаций «мозгового штурма» см.: Самсонова, Ефимов, 2003, С. 28–36. К ним относится и метод «записной книжки» Дж. В.Хефеле, когда участникам штурма выдают заранее контрольные вопросы (опросный лист) по обсуждаемой теме, чтобы систематизировать направление их мысли в дальнейшем (Hefele J.W. Creative Work and Innovating.– New-York: Rein-hold Publication K^о, 1962).


[Закрыть] (на это даётся 10 мин.), а затем по очереди зачитывают их вслух, остальные записывают на своих карточках мысли, вызванные услышанным. Запись идей на карточках сокращает время, необходимое для классификации результатов. Определенный интерес представляет так называемый обратный мозговой штурм. Его используют для решения конкретных задач. На первом этапе всё внимание концентрируют на выявлении всевозможных недостатков объекта. Анализ вскрывает недостатки, ограничения, дефекты и противоречия, имеющиеся в конкретной идее или техническом объекте, который требуется разработать или усовершенствовать. Предварительную их оценку проводят участники сессии, более тщательную – эксперты, которые вычеркивают явно ошибочные утверждения, уточняя тем самым перечень обнаруженных недостатков. На втором этапе обратного штурма ведут поиск путей ликвидации недостатков, причем используют правила обычного мозгового штурма.

Один из основных недостатков мозгового штурма – отсутствие времени на глубокое осознание задачи. Кроме того, для многих людей эффективнее процесс индивидуального творчества[114]114
  Авторы уже обращали на это внимание во вступлении. Мы ни в коей мере не абсолютизируем ни один из описанных в этой книге методов.


[Закрыть].

Список контрольных вопросов А. Осборна

1. Какое новое применение технического объекта можно предложить? Возможны ли новые способы применения? Как модифицировать известные способы применения?

2. Возможно ли решение изобретательской задачи путем приспособления, упрощения, сокращения? Что напоминает данный технический объект? Вызывает ли аналогия новую идею? Имелись ли в прошлом аналогичные проблемные ситуации, которые можно использовать? Что можно копировать? Какой технический объект нужно опережать?

3. Какие модификации технического объекта возможны? Приемлема ли модификация путем вращения, изгиба, скручивания, поворота? Какие изменения назначения (функции), движения, цвета, запаха, формы, очертаний можно применить? Другие возможные изменения?

4. Что можно увеличить в техническом объекте? Что можно присоединить? Возможно ли увеличение срока службы, воздействия? Имеет ли смысл увеличить частоту, размеры, прочность, повысить качество? Можно ли присоединить новый градиент, продублировать? Возможны ли мультипликации рабочих органов, позиций или других элементов? Целесообразно ли преувеличение, гиперболизация элементов или всего объекта?

5. Что можно в техническом объекте уменьшить или заменить? Можно ли что-нибудь уплотнить, сжать, сгустить, сконденсировать, применить способ миниатюризации, укоротить, сузить, отделить, раздробить, приумножить?

6. Что в техническом объекте можно заменить? Что и сколько можно замещать в нем, использовать другой ингредиент, другой материал, другой процесс, другой источник энергии, другое рас положение, другой цвет, звук, освещение?

7. Что можно преобразовать в техническом объекте? Какие компоненты допустимо взаимно заменить? Можно ли изменить модель, разбивку, разметку, планировку, последовательность операций? Можно ли транспонировать причину и эффект, изменить скорость или темп, режим?

8. Что можно в техническом объекте сделать наоборот? Нельзя ли поменять местами противоположно размещенные элементы или повернуть их задом наперед, низом вверх, поменять местами? Нельзя ли поменять полярность, перевернуть зажимы?

9. Какие новые комбинации элементов технического объекта возможны? Можно ли создать смесь, сплав, новый ассортимент, гарнитуру? Можно ли комбинировать секции, узлы, блоки, агрегаты, цепи? Можно ли комбинировать признаки, идеи?

Метод фокальных объектов Э. Кунце[115]115
  Метод фокальных объектов (МФО) создал в 1923 г. немец Э. Кунце – профессор Берлинского университета, в 1950-х гг. метод усовершенствовал американец Ч. Вайтинг.


[Закрыть] – Ч. Вайтинга

(Whiting Ch.S. Creative thinking. – New-York: Reinhold, 1958)

Применяется с целью поиска новых, оригинальных вариантов исполнения заданного объекта, поиска совместимых с ним дополнительных функций. Принцип метода состоит в переносе на заданный объект новых, ярких, неожиданных свойств, качеств и выявлении оригинальных и эвристически ценных сочетаний

Последовательность шагов выполнения этого метода следующая.

1. Формулируют цель работы (определяют совершенствуемый объект и цель его совершенствования).

2. Произвольно выбирают по памяти либо из каталогов, словарей, случайных книг несколько объектов или их называют участники работы.

3. По каждому из случайно выбранных объектов составляют перечень характеристик, признаков.

При этом целесообразно предложить участникам работы выполнить второй и третий шаги до оглашения объекта анализа, что позволяет осуществлять выбор характеристик непредвзято.

4. Признаки случайно выбранных объектов переносят на совершенствуемый объект.

5. Производят анализ полученных сочетаний, при этом обращают особое внимание на внешне несовместимые, «дикие» сочетания, развитие которых, как правило, приводит к наиболее интересным решениям.

6. Проводят оценку полученных решений.

Метод может быть полезен и как средство тренировки фантазии, воображения.

Метод гирлянд ассоциаций и метафор Г. Буша

(Буш Г. Основы эвристики для изобретателей. Ч.1 и 2. – Рига: Общество «Знание», 1977)

Метод предложен советским исследователем Г.Я. Бушем. Его цель – обеспечить поиск разработчиком решения изобретательских задач при дефиците информации, то есть при невозможности использовать логические средства. В этом случае одним из средств служит использование цепочек (гирлянд) ассоциаций и метафор, что позволяет совершить переход в новую область знаний, интерпретировать по-новому ранее разрабатываемые идеи. В качестве своеобразного информационного фонда выступает ассоциативная память разработчика. Основные этапы:

1. Определение синонимов объекта и образование из них первой гирлянды – гирлянды синонимов.

2. Произвольный выбор случайных объектов. Совершенно произвольно, любым способом, например, на память или из энциклопедического словаря выбирают несколько имен существительных, которые не обязательно должны обозначать даже технические объекты. Из отобранных слов образуют вторую гирлянду – гирлянду случайных объектов.

3. Составление комбинаций из элементов гирлянды синонимов и гирлянды случайных объектов. Комбинацию составляют из двух элементов, соединив последовательно каждый синоним рассматриваемого объекта с каждым случайным объектом.

4. Составление перечня признаков случайных объектов. Определяют их признаки. При этом необходимо определить возможно большее число признаков в течение ограниченного времени, например, за две-три минуты. Успех поиска в значительной степени зависит от широты охвата признаков случайных объектов. Целесообразно поэтому перечислять как основные, так и второстепенные, малозначительные признаки. Для удобства можно составлять таблицу признаков.

5. Генерирование идей путем поочередного присоединения к техническому объекту и его синонимам признаков случайно выбранных объектов. Аналогично образуют перечень новых конструкций, получаемых путем поочередного присоединения к гирлянде синонимов признаков других случайных объектов.

6. Генерирование гирлянд ассоциаций. Из признаков случайных объектов, выявленных на четвертом шаге, генерируют гирлянды свободных ассоциаций. Для каждого отдельного признака гирлянды могут быть практически неограниченной длины, поэтому генерирование следует ограничить по времени или по числу элементов гирлянды. Если генерирование гирлянды ассоциаций осуществляют в коллективе, то каждый его член занимается этим самостоятельно.

7. Генерирование новых идей. К элементам гирлянды синонимов технического объекта поочередно пытаются присоединить элементы гирлянд ассоциаций. На этом шаге решают вопрос, есть ли среди сочетаний синонимов технического объекта с элементами гирлянд ассоциаций достаточное число оригинальных и заманчивых идей. Если по предварительной оценке таких идей мало, можно продолжать образовывать гирлянды ассоциаций, начиная с какого-нибудь нового элемента гирлянд, созданных на шестом шаге.

8. Оценка и выбор рациональных вариантов идей. Генерирование новых вариантов решения задач на предыдущих шагах обычно дает достаточно большое множество вариантов. Среди множества нерациональных, тривиальных и даже нелепых идей, как правило, всегда найдутся оригинальные и рациональные. Отбор вариантов рекомендуется производить в несколько этапов.

Сначала вычеркивают явно нерациональные варианты, затем отбирают оригинальные сомнительной полезности, но привлекающие своей неожиданностью. Список таких вариантов целесообразно изучить с привлечением экспертов или творческою коллектива. В список рациональных решений включают варианты, наилучшим образом отвечающие поставленным целям и требованиям производства.

9. Отбор наилучшего варианта из рациональных осуществляют разными способами. Весьма простым и эффективным является способ экспертных оценок.

Автор указывает, что приведённая модификация метода является упрощённой, и рекомендует расширять и усиливать её с помощью таких дополнительных процедур, как, например, метафорическое описание и анализ проблемной ситуации, построение этимологических и парадигматических гроздей понятий и их интерпретация, построение и интерпретация гроздей и гирлянд метафор.

Правила поиска новых решений М. Тринга и Э. Лейтуэйта

(Тринг М., Лейтуэйт Э. Как изобретать? – М.: Мир, 1980)

1. Четко сформулировать задачу.

2. Видеть человеческую потребность и попытаться найти лучший способ удовлетворить её.

3. Если задача имеет два и более различных решений, каждое из которых обладает достоинствами и недостатками, необходимо провести анализ каждого решения и выяснить, нельзя ли сделать усовершенствования, улучшающие технические и экономические показатели этих решений применительно к поставленной задаче.

4. Когда задача выбрана, следует определить главную и дополнительную цель изобретения, а также ограничения, накладываемые на решение задачи.

5. Создать при решении задачи эмоциональный заряд. Весьма полезно для этого установить жесткие сроки, применить метод «высиживания», систематической работы над изобретением, использовать мозговой штурм группы людей.

6. После того, как найдена стоящая идея, необходимо пользоваться методом последовательных приближений. Не следует при этом конкретизировать идею больше, чем это нужно для перехода к следующему этапу работы. Важно всегда оставлять для себя как можно более широкий выбор.

7. Для проверки идеи рекомендуется перечень контрольных вопросов:

a) не противоречит ли идея законам техники;

b) работоспособно ли найденное техническое решение;

c) отвечает ли идея планируемым параметрам;

d) будет ли найденное решение надежным и простым в эксплуатации;

e) можно ли осуществить изобретение на базе известных материалов и с применением существующих технологий;

f) возможно ли управлять им и регулировать его при необходимости;

g) будет ли изобретение дешевым;

h) какова будет стоимость его эксплуатации и обслуживания;

i) каков будет срок службы;

j) как часто возможны поломки и будут ли они иметь катастрофические последствия.

Перечень рекомендаций и вопросов Т. Эйлоарта

(Эйлоарт Т. Приемы настройки творческого инженерного коллектива //Изобретатель и рационализатор, 1970, № 5).

1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.

2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные, аналогичные задачи и выделить главные[116]116
  Одна из возможностей сделать это неординарным образом – попросить совершенно постороннего человека выслушать от вас формулировку задачи. См. также п. 8.Стараясь предельно ясно донести до собеседника суть проблемы, вы сами устраните лишние детали в своей формулировке, что облегчит последующее решение.


[Закрыть].

3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предположения.

4. Набросать молекулярные, биологические, химические, экономические и другие аналоги, пусть даже фантастические.

5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналогии).

6. Попробовать различные виды материалов и энергии: газ, жидкость, твердое тело, гель, пена, паста и др.; тепло, магнитная и электрическая энергии, свет, сила удара и т. д.; различные длины волн, поверхностные свойства и т. п.; переходные состояния: замерзание, конденсация, переход через точку Кюри и т. д.; эффекты Джоуля-Томпсона, Фарадея и др.

7. Установить варианты зависимости, возможные связи, логические совпадения.

8. Узнать мнение некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей.

9. Устроить весьма свободное групповое обсуждение, особенно вовремя непринужденной беседы, выслушивая каждую идею без критики.

10. Попробовать так называемые «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т. д.

11. Не расставаться с проблемой во время сна, идя на работу, на прогулке, во время купания, в поезде, при игре. Надо быть всегда с ней, с проблемой.

12. Стараться находиться в стимулирующей обстановке (технические музеи, магазины дешевых вещей, свалки лома), просматривать много журналов.

13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т. д. для разных решений проблемы и её частей, поискать пробелы в решениях или новые комбинации.

14. Определив идеальное решение, разрабатывать возможные.

15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т. п.

16. В воображении «залезть» внутрь объекта.

17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и таким образом создают нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.

18. Уточнить, чья это проблема. Почему его?

19. Кто придумал это первым? Какова история вопроса? Какие ложные толкования этой проблемы имели место?

20. Кто еще решал эту проблему и чего добился?

21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.