Противоречия в технических системах и методы их разрешения

Противоречия в технических системах
Социально-техническое противоречие - противоречия между потребностями общества и возможностями их удовлетворения с помощью технических средств. Потребность есть, а средств для ее удовлетворения нет.
Техническое противоречие - единство улучшения и ухудшения сторон технической системы, единство положительного и нежелательного эффектов при изменении части системы.
Технических систем без противоречий не бывает.

Методы разрешения технических противоречий
Для разрешения технических противоречий и поиска новых решений создано около тридцати методов.
Известные методы технического творчества можно объединить в несколько групп:
Метод мозгового штурма;
Метод морфологического ящика;
Метод контрольных вопросов;
Методы эвристических приемов;
Методы, основанные на алгоритмах решения изобретательских задач.

Метод мозгового штурма
Был разработан морским офицером США Алексом Осборном после второй мировой войны.

История рождения метода мозгового штурма
Однажды судно А. Осборна, на котором он был капитаном, шло с грузом в Европу. Капитан получил предупреждение о возможной атаке немецких подводных лодок. А. Осборн собрал команду на палубе и попросил высказать соображения как спасти судно от торпед подлодок. Один из матросов сказал, что нужно всей команде встать вдоль борта и при обнаружении торпеды дружно дуть на нее, чтобы отдуть ее в сторону.
Встреча с подлодками на этот раз не состоялась, однако высказанная идея была реализована. Вернувшись на базу, А. Осборн оснастил судно вентилятором, создающим мощный направленный воздушный поток, и этим вентилятором в одном из рейсов действительно отдул торпеду от борта.
Используя этот опыт, после войны А. Осборн разработал метод мозговой атаки и создал свою школу изобретателей и рационализаторов.

Принцип метода мозгового штурма
Поиск технического решения проводится двумя группами в два этапа.
Первая группа – группа генераторов – предлагает идеи, строго придерживаясь правила запрета критики.
Вторая группа – группа экспертов – обсуждает и анализирует выдвинутые идеи.

Группа генераторов
Состоит из 5…12 человек.
В группу приглашаются специалисты-смежники (например: конструкторы, технологи, экономисты, снабженцы), один-два человека со стороны (например: врач, парикмахер).
Заседание группы продолжается 30…50 мин под руководством ведущего. Ведущий должен обеспечить раскрепощенную обстановку в группе. Идеи записываются магнитофоном. За один сеанс обычно высказывается 50…150 разных идей.
Затем идеи передаются группе экспертов, которые их анализируют и пытаются оценить скрытые возможности предложений.

Метод синектики
Разработан в период 1952…1959 гг. Уильямом Дж. Гордоном на базе метода мозгового штурма.
Для генерации новых идей формируется группа синекторов из 5…7 человек, прошедших предварительную подготовку.
Синектор – человек с широким кругозором, имеющий, как правило, две специальности, например, врач-механик, химик-музыкант и т.п.
При подготовке синекторов учат применять в процессе поиска идей следующие четыре вида аналогий:
прямая аналогия;
личностная аналогия или эмпатия;
аналогия фантастическая;
аналогия символическая.

Прямая аналогия
Ее используют все инженеры и изобретатели.
Для этого они ищут аналогичные ситуации, встречающиеся в других задачах, в природе.
Природа создала много примеров различных способов и механизмов.
Например, известны сотни конструкций насосов, аналогами которым послужили сердца разных животных.

Личностная аналогия или эмпатия
Синектор отождествляет себя с техническим объектом и представляет себе, что бы он сделал сам, если бы оказался на месте этого объекта.
Эмпатия требует от человека вхождения в образ.
Этим хорошо владеют дети.
Они легко отождествляют себя с самолетиком, машинкой, животным и т.д.
Вхождению в образ обучают артистов.
Этому надо учиться и инженеру.

Аналогия фантастическая
Фантазия – это воображение, с помощью чего можно достичь того, чего хочется.
Синектор прибегает к помощи золотой рыбки, волшебной палочки, всемогущего Джина и т.п.
Часто бывает полезно рассмотреть идеальное решение, которое сопряжено с долей фантазии.
Размышление о желаемом может натолкнуть на новую идею или точку зрения, которая приведет к новому решению.
Например, писатели-фантасты предсказали множество изобретений.
А.Н.Толстой предсказал лазер (гиперболоид инженера Гарина), Г.Уэлс – способ исчезновения предмета (человек-невидимка) и др.

Аналогия символическая
Ее еще называют метафорой, или названием книги.
Литераторы и журналисты часто пользуются этим приемом для того, чтобы в названии произведения ярко вскрыть противоречивую сущность описываемых персонажей и явлений.
Например, «Щит и меч», «Красное и черное» и др.

Синекторы работают по определенной программе:
На первом этапе уточняют проблему.
На заседание синекторов приглашаются эксперты, которые помогают прояснить проблемную ситуацию.
На втором этапе проблема дробится на несколько маленьких задач.
Каждая задача подчинена достижению одной конкретной цели.
На третьем этапе ведется генерирование идей.
Начинается “экскурсия” по различным объектам техники, природы. Выявляется, как аналогичные проблемы решаются в различных областях науки и техники.
На четвертом этапе производится перенос аналогичных решений на решаемую проблему.
Проводится критический анализ предложенных решений.

Метод морфологического анализа
Основан на классификации, которая позволяет систематизировать материал, сделать его наглядным и доступным.
Разработан он в 30-х годах прошлого столетия швейцарским астрономом Ф. Цвикки.

Суть метода морфологического анализа
По правилам Ф. Цвикки, прежде всего необходимо составить перечень функциональных узлов, от которых зависит решение проблемы.
Пусть список узлов будет такой:
А – двигатель;
Б – движитель;
В – кабина;
…
К – система амортизации.
Определяются возможные варианты выполнения узлов.
Двигатель может быть: А1 – электрический; А2 – химический; А3 – реактивный; А4 – ядерный.
Движитель может быть: Б1 – колесный; Б2 – моноколесный (кабина внутри колеса); Б3 – гусеничный; Б4 – шагающий; Б5 – шнековый.
Кабина: В1 герметичная; В2 – негерметичная.
Система амортизации: К1 специальные амортизаторы; К2 – амортизация за счет движителя; К3 – без амортизации.

Строится морфологическая матрица
Такая матрица дает представление о всех возможных вариантах лунохода.
Например, вариант А1-Б1-В1-…-К1 характеризует луноход с электрическим двигателем, колесный, с герметичной кабиной и специальными амортизаторами.
Общее число возможных вариантов равно произведению чисел элементов в каждой строке таблицы: 4 ⋅ 5 ⋅ 2 ⋅ … ⋅ 3.
Самая трудная часть работы заключается в анализе полученных вариантов.

Метод контрольных вопросов
Контрольные вопросы позволяют стимулировать решение творческих задач.
Списки их предлагались разными авторами (А. Осборном, Т. Эйлоартом, Д. Пойа и др.).
Вопросами можно пользоваться как при индивидуальном, так и при коллективном поиске идей.
Контрольные вопросы полезны особенно для молодых специалистов.
Опытные изобретатели списками вопросов, как правило, не пользуются, но в затруднительных ситуациях всегда их просматривают.

Список контрольных вопросов Т. Эйлоарта:
Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.
Ясно сформулировать задачи. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные и аналогичные задачи. Выделить главные.
Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предложения.
Набросать фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии.
Построить математическую, гидравлическую, электрическую, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналогии).
Попробовать различные виды материала – газ, жидкость, твердое тело, гель, пену, пасту и др.; различные виды энергии – тепло, магнитную энергию, электрическую, свет, силу удара и т.д.; различные длины волн, поверхностные свойства и т.п.; переходные состояния – замерзания, конденсации, переход через точку Кюри и т.д.; эффекты Джоуля-Томпсона, Фарадея и др.
Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.