Методы направленного поиска.
Методы систематизированного поиска.
Морфологический анализ
Списки контрольных вопросов
Метод фокальных объектов
Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)
Каждый из методов имеет целью облегчить поиск решения творческой задачи по сравнению, с так называемым, методом "проб и ошибок", которым обычно пользуется человек. Целесообразность применения метода, принадлежащего к какой-либо группе, в частности, зависит от сложности решаемой задачи. На приведенном справа рисунке показаны для различных групп методов условные графики зависимости трудоемкости решения творческой задачи от ее сложности.
Для решения сравнительно простых задач целесообразно использовать методы, относящиеся к двум первым группам. Методы направленного поиска специально создавались для решения сложных задач и, несмотря на сложность этих методов, их применение в данном случае оказывается оправданным. Применение же методов направленного поиска для простых задач может оказаться нецелесообразным из-за того, что сложность самих методов будет выше сложности решаемой задачи или по причине непригодности этих методов для решения таких задач.
6.1. Метод "ПРОБ И ОШИБОК"
С давних времен перед человеком часто возникала следующая ситуация. Существующие орудие труда, станок, машина или оружие перестали удовлетворять новым требованиям или имели нетерпимые недостатки, которые требовалось исключить. Человек (конструктор) пытался найти улучшенное техническое решение или путем логического анализа недостатков и их устранения, или путем поиска и приспособления аналогичного решения в природе либо в другой области техники, или путем случайных изменений прототипа.
Все эти не очень систематизированные попытки поиска улучшенного решения называют методом "проб и ошибок" (МП и О).
Цель метода состоит в бессистемном последовательном выдвижении и рассмотрении всевозможных вариантов решения (проб) поставленной проблемы.
Решая задачу методом "проб и ошибок", изобретатель опирается на предшествующий опыт: припоминает похожие задачи из своей практики, обращается к патентной информации, пользуется сведениями из научно-технической литературы и производственной практики. В случае если выдвинутая идея оказывается неудачной (ошибкой), ее отбрасывают, а затем выдвигают новую. Правила выдвижения идеи при этом отсутствуют, должна быть выдвинута и нелепая идея. Пробы и ошибки бывают мысленные или экспериментальные.
При применении метода "проб и ошибок" возможны три случая - исходя из уровня, на котором решается задача: на первом и втором уровнях предшествующий опыт помогает изобретателю, на третьем уровне он нейтрален, а на четвертом и пятом он мешает изобретателю, направляя его в сторону от решения.
Рассмотрим ряд примеров решения задач таким методом.
(Задача Микулина). В начале XX века, когда началось активное освоение самолетов с двигателями внутреннего сгорания, большинство катастроф было связано с отказом магнето, "исчезновением искры" зажигания. В связи с этим возникла задача повышения надежности работы магнето, задачу эту после долгих мучительных поисков методом "проб и ошибок" решил юноша А.Микулин, будущий академик, известный конструктор авиационных двигателей. Он шел по улице и увидел огромного мужика с сильно подбитым, заплывшим и ничего не видящим левым глазом, в это время и пришла догадка! Микулин бросился сразу бежать в гостиницу к знаменитому авиатору С. И.Уточкину, и между ними состоялся следующий разговор:
У людей по два глаза, подбейте левый - правый будет смотреть.
Я никому не собираюсь подбивать глаза,- сказал Уточкин.
На Вашей машине одно магнето - поставьте два!
Прекрасная мысль! - сказал Уточкин. - За каждый благополучный показательный полет я буду платить тебе по 10 рублей".
Показательные полеты тогда были платные. И Уточкин сдержал свое слово, посылая после каждого полета переводы.
Подхватив эстафету по созданию электрической лампы накаливания от А.Н.Лодыгина (1873ᴦ., вакуумная лампа с угольными стерженьками), Т. А. Эдисон приступил в 1878ᴦ. к решению этой задачи методом проб и ошибок. В первых опытах нить накала из обугленной бумаги светилась 8 мин, из платины - 10 мин. Далее испытывались нити из сплава титана с иридием, из бора, хрома, молибдена, осмия и никеля, давшие плохие результаты, следует новая серия проб: образцы нитей из 1600 различных материалов, снова неудача. Наконец, обугленная хлопчатобумажная нить светится 13, 5 ч, а через 14 месяцев экспериментов нить из обугленного картона - 170 ч, из обугленного бамбука (от Футляра японского веера) - 1200 ч! Это был 1879ᴦ. - позади около 50 тыс. опытов. А уже в 1880ᴦ. он создает систему электроосвещения (генераторы тока, провода, выключатели, предохранители, патроны для ламп). Перебор огромного числа вариантов (главный недостаток метода "проб и ошибок") - характерная черта многих из 1093 изобретений Эдисона. Изобретая, к примеру, щелочной аккумулятор, Эдисон получил положительный результат, проделав 50 тыс. опытов! И все это за короткое время - поразительно! Как же удалось ему обменять незнание на время без проигрыша? В этом и состоит главное изобретение Эдисона: он изобрел научно-исследовательский институт. 50 тыс. проб он поделил на 1000 сотрудников.
Изобретение железобетона. Садовник Копье выращивал в теплице пальмы и продавал их. Деревянные бочки были дороги. Он решил сделать опалубку из двух бочек и залить их цементом. При этом корни пальм разрывали цементную бочку и он решил надеть на них обручи. Далее пропустил вертикальные прутья. Οʜᴎ подвергались коррозии и он решил их залить цементом. Цель была достигнута - Мопье получил патент. Впервые русские инженеры И. Пятницкий и А. Барышников построили в ᴦ. Николаеве железобетонный маяк в XIX веке.
6.2 Метод эвристических приемов
Чем начинающий изобретатель отличается от опытного конструктора?
При успешном решении изобретательской задачи начинающий изобретатель всегда получает два результата. Первый - методический результат. Он сначала открывает (изобретает) способ решения интересующей его задачи. Второй результат - искомое техническое решение, полученное с помощью открытого способа.
Когда данный изобретатель встречается с новой задачей, то в первую очередь пытается ее решить с помощью открытого им способа. В случае если это не удается (поскольку встретился другой тип задачи), то он опять вынужден искать решение методом "проб и ошибок". При успешном решении он открывает для себя второй способ решения изобретательских задач. Так постепенно у человека формируется свой набор способов, и он из начинающего превращается в опытного изобретателя.
Такие способы или правила решения изобретательских задач называют эвристическими приемам и, в которых содержится краткое предписание или указание, "как преобразовать" имеющийся прототип или "в каком направлении нужно искать", чтобы получить искомое решение. Эвристический прием обычно не содержит прямого однозначного указания, как преобразовать прототип. Он содержит "подсказку", которая облегчает получение искомого решения, однако не гарантирует его нахождения. Различным людям требуется приложить различные усилия, чтобы догадаться до искомого решения задачи .
Метод эвристических приемов возник в 40 - 50-х годах в СССР как развитие метода "проб и ошибок".
Цель метода: За счёт набора различных приемов (межотраслевой фонд, индивидуальный фонд эвристических приемов и так далее) значительно повысить вероятность нахождения новых решений и улучшение известных. Чем больше приемов, тем выше вероятность успешного решения задачи, тем совершеннее само решение.
|
Выявить и составить списки типовых эвристических приемов решения технических, в т.ч. изобретательских, задач пытались давно. Такие приемы предназначены помочь изобретателю эффективно преобразовать технические объекты, существенно облегчить его творческий труд.
Возможно, что опытный конструктор, познакомившись с фондом эвристических приемов, будет утверждать, что большинство приемов ему известно и они будто ничего нового не дают. Преимущество такого фонда состоит в системном всестороннем охвате проблем или задачи. Опытному конструктору потребуется несоизмеримо больше времени, чтобы вспомнить или додуматься до большинства приемов. Следует учесть также, что при ограниченном времени решения изобретательской задачи некоторые эвристические приемы так и не попадут в его поле зрения.
Следовательно, фонд эвристических приемов полезен не только для начинающих, но и для опытных изобретателей.
Значительный практический и методологический интерес для изобретателей представляет список базовых приемов устранения технических противоречий . Сорок типовых приемов, составляющих список, получены в результате анализа более 40 тыс. изобретений, созданных путем разрешения около 1200 технических противоречий. Каждый из них довольно универсален и отражает наиболее эффективные принципы преобразования технических объектов. Названия для приемов (принципов) выбраны умышленно простыми и образными, отражающими свое содержание - это способствует их быстрому запоминанию. Указанный список, каждый прием из которого иллюстрирован несколькими оригинальными техническими решениями, выдержал несколько изданий в нашей стране и за рубежом .
Иллюстрация типовых приемов не только общетехническими, но и специальными для какой-либо определенной области науки и техники примерами позволяет значительно расширить общую эрудицию специалиста и углубить его специальные знания, а также вооружить его действенным методологическим средством. Ниже рассмотрены основные приемы устранения технических противоречий и некоторые технические решения, которые на них базируются:
1. Принцип дробления. Разделить объект на части, выполнить разборным, увеличить степень дробления.
Сверло (авт.св.N 994153),в котором рабочая часть выполнена многослойной, состоящей из спаянных между собой двух наружных слоев из инструментальной стали и внутреннего слоя из теплопроводного материала.
Принцип дробления применен О.С. Андрейчиковым и другими при создании инструмента для изготовления наружной резьбы (авт.св.N770628). Здесь с целью упрощения изготовления и повышения стойкости инструмента рабочая часть плашки выполнена составной в виде пакета цилиндрических шайб, стянутых между собой неподвижно.
2. Принцип вынесения. Отделить от объекта мешающую часть (свойство) или выделить единственно нужную.
Диаметр валка прокатного стана определяет его прочность, но одновременно и энергосиловые параметры процесса прокатки. При этом увеличение диаметра валка влечет за собой повышение последних. В прокатном стане кварто (рис. 6) прочность валка "вынесена" из очага деформации полосы. Параметры процесса прокатки определяются размером рабочих валков, а прочность узла - размером опорных валков. На стане кварто с калиброванными валками можно прокатывать прутки и трубы (авт.св. N 113414).
3 . .Принцип местного качества.
Перейти от однородной структуры объекта (процесса) к неоднородной. Разные части объекта должны иметь разные функции и характеристики, наиболее соответствующие их работе. Изнашиваемые участки деталей машин, рабочего инструмента (валков прокатных станов) наплавляют дорогим износостойким сплавом, увеличивал их долговечность.
4. Принцип асимметрии . Перейти от симметричной формы к асимметричной. С целью повышения надежности дробления стружки при токарной обработке стружколом для режущего инструмента содержит ролик, установленный на оси эксцентрично (авт.св.N 862457), рис.7.
5. Принцип объединения. Соединить (объединить) в пространстве или времени однородные или смежные операции (объекты). Значительного повышения производительности сортового прокатного стана достигают одновременной прокаткой нескольких профилей из одной заготовки (пат. Англии N 1040119). К примеру, из швеллера можно получить два уголковых профиля.
6. Принцип универсальности. Объект выполняет функции других объектов (тех, в которых теперь нет нужды).
Вместо отдельного электродвигателя, приводящего во вращение нажимные винты устройства регулирования расстояния между валками прокатного стана, предложено их привод осуществлять
от главного станового двигателя, вращающего прокатные валки (патент ЧССР N 120705).
Ручка портфеля может одновременно служить эспандером (авт. св. N187964).
7. Принцип "матрешки". Один объект размещен внутри другого, проходит сквозь полость в другом объекте, другой - внутри третьего и так далее.
В шариковой ручке-указке корпус состоит из выдвигаемых телескопических трубок, объединены одновременно принцип "матрешки" и принцип универсальности.
Кузов самосвала-полуприцепа выполнен из двух частей, телескопически входящих друг в друга - груз из такого самосвала вываливается лучше (авт. св. N 712309).
8. Принцип антивеса. Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой, или взаимодействием со средой (за счёт аэро-, гидродинамических и других сил).
Аэростатные транспортные установки стали применять в труднопроходимой местности, к примеру в горных условиях (пат. США N 249237 и N 3221897), но их грузоподъемность ограничивается подъемной силой аэростатов. Новые перспективы для них открывает авт.св.N 249009 , по которому подъемная сила аэростатов компенсирует только вес опор.
Размещено на реф.рф
Последние выстраиваются в цепь вдоль всей дороги и висят в воздухе, опускаясь на грунт в период прохождения по канатной дороге груза от одной опоры к другой.
9. Принцип предварительного напряжения.
Заранее придать объекту деформации (напряжения), противоположные нежелательным.
В случае если при навивке пружины одновременно закручивать вокруг своей оси и проволоку, то полученная таким образом предварительно- напряженная пружина "двойной" закрутки по своим механическим показателям намного превосходит изготовленные обычным способом (авт.св.N 316509).
10. Принцип предварительного исполнения.
Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или частично), расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с минимальными затратами времени на их доставку.
С целью повышения излучательной способности факела в мартеновской печи газ в горелку подают подогретым до температуры 600 -700 °С (авт.св. N 235053).
11. Принцип "заранее подложенной подушки". Компенсировать не высокую надежность объекта подготовленными аварийными средствами.
В ядовитые химические вещества заранее, еще при изготовлении, добавляют присадки, уменьшающие опасность отравления (авт.св.N246626).
Принцип "заранее подложенной подушки" использован С.В.Никитиным, В.Й.Камаевым при разработке эластичной подвески для железнодорожных экипажей (рис. 8, авт.св. N 737254). Предложенная ими эластичная подвеска с пневматическими амортизаторами работает следующим образом. При выходе из строя (прорыве) основного пневмобаллона 1 давление в нем падает. Воздухораспределитель 3 перекрывает труборовод 5 и сообщает через трубопроводы 4 и 8 дополнительный резервуар 7 с дополнительным пневмобаллоном 2, и по трубопроводу 6 дополни тельный пневмобаллон 2 заполняется воздухом и плотно облегает изнутри основной баллон 1. При этом оболочка основного пневмобаллона 1 служит каркасом для дополнительного пневмобаллона 2.
12. Принцип эквипотенциальности. Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.
Устройство для перемещения пресс-форм в зоне пресса (авт.св. N 264679) устраняет крайне важно сть поднимать и опускать тяжелые пресс-формы. Это достигается благодаря прикреплению к столу пресса с роликовым конвейером.
Предложен контейнеровоз (авт.св. N 110661), в котором груз не поднимается в кузов, а лишь устанавливается гидроприводом на опорную скобу. Это позволяет обходиться без крана и перевозить более высокие контейнеры.
13. Принцип "наоборот". Вместо действия, диктуемого условиями, осуществить обратное действие; сделать движущуюся часть неподвижной, а неподвижную - движущейся; перевернуть объект.
Процесс вибрационной очистки металлических изделий в абразивной среде упрощается, в случае если вибрационное движение сообщать не среде, а обрабатываемой детали (авт. св. N 184649).
В устройстве для тренировки пловцов (авт.св. N 187577) пловец остается на месте, а ему навстречу подается вода.
14. Принцип сфероидальности . Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим; использовать ролики, шарики, спирали.
С целью обеспечения соосности волочильного кольца (волоки) с направлением волочения, на волочильном стане вместо вертикальной стойки устанавливают самоцентрирующуюся шаровую пяту, в которой помещают волоку. Контакт между волокодержателем (пятой) и гнездом может осуществляться через несколько шариков (патент США N 3213663).
15. Принцип динамичности. Характеристики объекта (процесса) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы; разделить объект на перемещающиеся относительно друг друга части; неподвижный объект сделать подвижным.
При прокатке трубы на косовалковом стане, с целью сокращения концевых дефектов, угол подачи (перекоса) валков изменяют от минимально крайне важно го при прокатке участков трубы до максимально возможного на остальной ее части, обеспечивая тем самым максимальную производительность (авт.св. N 212955).
16. Принцип частичного или избыточного решения. В случае если трудно получить 100% требуемого действия, нужно получить чуть меньше или чуть больше.
При покраске цилиндрических деталей на них с избытком подают краску (окунают в ванну), а затем вращением детали (авт.св.N 242714) лишнюю краску удаляют.
17. Принцип перехода в другое измерение. Увеличить число степеней свободы объекта перейти от движения по линии, в одном измерении, к движению в нескольких измерениях, по плоскости, в пространстве; применить многоэтажную компоновку вместо одноэтажной, использовать обратную сторону поверхности.
Прием изменения в пространстве был применен при создании новой конструкции метчика, обеспечивающего снижение нестабильности сил резания за счёт некоторого уравновешивания их на противоположных перьях метчика (стороны боковой канавки метчика выполнены с противоположно направленными равными углами). При этом сохраняется форма профиля витка и повышается точность резьбы по среднему диаметру (авт.св. N 281125, З.В.Рыжов, А.Ф.Чистопьян и другие).
Используя тот же прием (изменение в пространстве) группой авторов (А.В.Тотай, И.Л.Пыриков, Л.М.Натапов и А.И.Гдалевич) был предложен ряд прогрессивных конструкций
лепестковых кругов (авт.св. N 1484664, N 1511099).
18. Принцип использования механических колебаний. Привести объект в колебательное движение; изменить частоту; использовать резонансные и ультразвуковые частоты.
Знание приема - использование механических колебаний - позволило Э.В.Рыжову. В.И.Аверченкову и другим авторам предложить новый способ магнитнообразивной обработки изделий (авт.св. 751598). В этом изобретении, с целью повышения точности обработки и получения одинаковой шероховатости по длине обрабатываемой поверхности путем равномерного распределения ферропорошка, в процессе обработки крайне важно й дозе ферропорошка сообщают осциллирующие колебания вдоль обрабатываемой поверхности, причем момент сообщения колебаний ферропорошку опережает начало процесса обработки.
19. Принцип периодического действия. Перейти от непрерывного действия к периодическому, изменить периодичность.
Металлическую стружку по желобу транспортируют редкими, но сильными водяными импульсами (авт.св. N 374501). Такой способ эффективней прежнего: раньше стружку транспортировали бурным потоком воды и расходовали ее в больших количествах.
20. Принцип непрерывности полезного действия. Вести работу непрерывно, устранить холостые и промежуточные ходы; перейти от возвратно-поступательного к вращательному движению.
Производительность обработки отверстий можно повысить, применяя сверла (зенкера),в которых режущие кромки позволяют вести обработку как при прямом, так и при обратном ходе инструмента (авт.св.N 262582).
21. Принцип "проскока". Преодолеть отдельные, в т.ч. вредные и опасные, стадии процесса на повышенной скорости.
Быстрый наклон палубы лесовоза ("рывком") с помощью судна – кренователя позволяет благодаря возникновению динамической нагрузки разгрузить лес при небольшом угле крена, что безопаснее (авт.св.N 112889).
22. Принцип "обратить вред в пользу ". Использовать вредные факторы для получения положительного эффекта; усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть таковым; компенсировать один вредный фактор другим.
Электроискровая обработка металлов (авт.св. N 70000), основанная на разрушении электродов в цепи электрического колебательного (разрядного) контура под действием электродинамических сил, родилась после многолетней борьбы с вредными явлениями - электроэрозией металлов.
23. Принцип обратной связи. Ввести обратную связь, в случае если она уже есть, изменить ее.
Принцип обратной связи был использован В.И.Аверченковым и О.А.Горленко при разработке системы технологического обеспечения параметров шероховатости поверхностей деталей. На данную разработку авторами получено авт.св. N 1265027, отличающееся тем, что в систему дополнительно введены соединенные последовательно испытательная машина, связанная со станком, и измерительное устройство с датчиком контроля показателей износа, обеспечивающие с помощью электронно-вычислительных блоков через специальное под наладочное устройство оптимизацию условий механической обработки и приработки трущихся деталей.
24. Принцип "посредника". Использовать промежуточный объект-переносчик.
Мелкую окалину и ржавчину можно адсорбировать снегом, который подают на поверхность полосы, а затем смывают водой (пат.Японии N 40-1721).
25. Принцип самообслуживания. Объект должен сам себя обслуживать, выполнять вспомогательные и ремонтные работы, использовать отходы вещества, энергии.
Для повышения стойкости корпуса дробемета его облицовочные износостойкие плиты выполнены в виде магнитов, удерживающих на своей поверхности защитный слой дроби, постоянно обновляющийся в процессе работы агрегата (авт.св. N 261207).
26. Принцип копирования. Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии, в т.ч. оптические видимые инфракрасные и ультрафиолетовые, в измененном масштабе и так далее.
При контроле поверхности внутренних полостей сферических деталей в деталь наливают малоотражающую жидкость и, последовательно меняя ее уровень, фотографируют на один и тот же кадр центрические окружности сравнивают с теоретическими линиями чертежа.
27. Принцип замены дорогой долговечности на дешевую недолговечность. Заменить дорогой объект набором дешевых, поступившись при этом некоторыми качествами (к примеру, долговечностью). Шприц-тюбик предназначен для одноразового пользования (авт. N 169757).
28. Принцип замены механической схемы. Заменить механическую схему электрической, оптической, тепловой, акустической или "запаховой"; использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом; перейти от стационарных полей к изменяющимся.
Для упрощения контроля износа породоразрушающего инструмента͵ к примеру буровых долот, в качестве сигнализатора износа применяют монтируемые в теле долота ампулы с веществами, имеющими резкий запах, к примеру с этилмерконтаном (авт. св. N 163559).
Для повышения стойкости ревущего инструмента токарный резец снабжен теплопроводимой прослойкой материала, выполненной в виде соединенных между собой полупроводниковых элементов разной проводимости, причем их холодный спай обращен к ревущей пластине (авт. N 1175612, рис. 9).
29. Принцип использования пневмо- и гидроконструкций. Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.
В станкостроении в автоматических системах контроля наличия предмета используется пневматическое устройство для контроля целостности ревущего инструмента (авт.св. N 1282980, рис. 10). При наличии режущего инструмента 3 в кондукторной втулке 5 струя из управляющего канала 4 перекрыта͵ в канале 2 эжектора создается вакуум и преобразователь 1 отключен. При поломке (отсутствии) инструмента управляющая струя запирает приемный 6 канал, в канале 2 эжектора давление становится избыточным и включает преобразователь.
30. Принцип использования гибких оболочек и тонких пленок. Вместо объёмных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки, изолировать с их помощью объект от внешней среды.
Для улучшения санитарно-гигиенических условий труда предложено мелкодисперсную технологическую смазку, загрязняющую атмосферу цеха, перед подачей ее в горячую трубу, задаваемую в прокатный стан, помещать в оболочку из сгораемого материала (авт.св. N 495114).
Ускорить сушку различных изделий можно, применив формы-опоры, покрытые тонкими токопроводящими полимерными пленками, через которые пропускают ток (авт.св. N 183624).
31. Принцип использования пористых материалов. Сделать объект или его части пористыми, заполнить поры каким-нибудь веществом.
Отдельные конструктивные элементы электрических машин, выполненные, к примеру, из пористых порошковых сталей, пропитанных жидким охлаждающим агентом, обеспечивают кратковременное интенсивное охлаждение их за счёт испарения жидкого агента (авт.св.N 187135).
С целью повышения стойкости спирального сверла за счёт улучшения его охлаждения рабочая часть 1 сверла выполнена по всему объёму из жесткосоединенных между собой проволочек 4, которые относительно оси 2 расположены по винтовой линии 3. Между проволочками 4 образованы ка-пилярные отверстия (поры) для подвода смазочно-охлаждающей жидкости к рабочей части 1 (авт.св.N 1340926, рис. 11).
32. Принцип изменения окраски. Изменить окраску или степень прозрачности объекта или внешней среды, использовать красящие добавки, меченные атомы. Для обнаружения концов ленты в рулоне около места соединения наносят метку флюоресцирующим или фосфоресцирующим веществом. При дальнейшей переработке ее легко обнаружить детекторным прибором и место соединения вырезать (пат. Япония N 49-10417).
Прозрачная повязка позволяет наблюдать рану, не снимая повязки (пат. СИ N 3425412).
33. Принцип однородности. Объекты, взаимодействующие с данным, должны быть сделаны из того же материала (или близкого к нему по свойствам).
Для улучшения смазки охлаждаемого подшипника скольжения при повышенных температурах в качестве смазывающего вещества берут тот же материал, что и материал вкладыша подшипника (авт. св. N 234800).
34. Принцип отброса или регенерации частей. Выполнившая свое или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и так далее) или видоизменена; расходуемые части должны восстанавливаться в ходе работы.
Прокатный валок, который в процессе прокатки изнашивается, можно восстанавливать непосредственно при его работе путем анодно-гидравлической обработки с использованием в качестве электролита воды, охлаждающей валок (авт.св. N 566857).
35. Принцип изменения физико-химических параметров объекта. Изменить агрегатное состояние объекта͵ химический состав; концентрацию или консистенцию, степень жидкости, температуру, объём. Капли воды, вводимые в струю охлажденного газа, направленную на деталь, мгновенно замерзают и, превратившись в ледяные шарики, обрабатывают поверхность детали не хуже дроби (авт.св. N 715295).
36. Принцип использования фазовых переходов. Использовать изменение параметров, происходящее при фазовых переходах: изменение объёма, выделение или поглощение тепла и так далее. Заглушка для герметизации трубопроводов и горловин, с целью упрощения конструкции, выполнена в виде стакана с легкоплавким металлическим сплавом, расширяющимся при затвердевании и обеспечивающим герметичность соединения (авт.св. N 319806).
37. Принцип использования термического расширения. Использовать термическое расширение и сжатие материалов, применять материалы с разными коэффициентами термического расширения.
Предложен расточной резец с автоматической подналадкой на исполнительный размер (авт.св. N 1318350, рис. 12).
Режущие элементы 1 и 6 с режущими пластинами 9 и 8 установлены в державке с возможностью перемещения и скреплены с концами тепловой трубы 7, средняя часть которой выполнена тонкостенной с гофрами 4 и размещена в легкоплавком сплаве 2 с температурой плавления выше температуры кипения теплоносителя тепловой трубы. Крышка 5 предохраняет сплав 2 от вытекания при его расплавлении под действием нагревателя 3. Для подналадки положения режущих элементов 1 и 6 включается нагреватель 3. Легкоплавкий сплав 2 при этом расплавляется, и гофрированный участок 4 тепловой трубы расплавляется, раздвигая режущие элементы 1 и 6. При достижении требуемого размера нагреватель выключается, и сплав 2 застывает, фиксируя положение режущих элементов 1 и 6.
Применяя данный принцип, В.Ф.Чистов и Л.М. Натапов предложили способ шлифования абразивным кругом на полимерной связке, отличающийся тем, что с целью повышения качества обрабатываемой поверхности, рабочую поверхность круга разогревают до температуры перехода связки в эластичное состояние (авт. св. N 779023).
38. Принцип использования сильных окислителей. Вводить обогащенный воздух или кислород, воздействовать на них ионизирующими излучениями, применять озонированный кислород.
Для повышения качества и производительности плазменной резки нержавеющих сталей в качестве режущего газа используют чистый кислород (авт.св. N 185418).
На базе использования эффекта сильных окислителей впервые в 1962 году В.Ф. Чистовым был предложен способ абразивной обработки изделий из металлокерамического твердого сплава. Особенностью описываемого способа является введение кислорода в зону резания под давлением. Это обеспечивает интенсификацию окислительного процесса и повышение этим съема твердого сплава абразивным инструментом (авт.св. N 160665).
39. Принцип изменения степени инертности. Заменить обычную среду нейтральной, ввести в объект нейтральные части и добавки, вести процесс в вакууме.
Надежно предотвратить возгорание хлопка в хранилище можно путем обработки его инертным газом при транспортировке к месту хранения (авт.св. N 270171).
Предложен инструмент для прецизионной обработки с охлаждением (авт.св. N 1393533). Целью изобретения является повышение стойкости резца. При резании пластина 3 нагревается и нагревает среду 2. Среда 2 испаряется, конденсируется в трубке 4 и стекает в полость 1. При изменении мощности тепловыделения меняется граница раздела 5 пар - инертный газ, а в трубке 4 - длина зоны конденсации (рис. 13).
40. Принцип использования композиционных материалов. Перейти от однородных материалов к композиционным. Предложен неподвижный центр 1 (рис.14, авт.св. N 1512708), на рабочей конической поверхности 2 которого в пазах 3 симметрично расположены вставки 4. Он отличается тем, что с целью повышения надежности вставки подпружинены пружиной 5 относительно рабочей конической поверхности корпуса и выполнены из композиции порошков поливалентных мягких металлов. Таким образом в результате нагревания неподвижного центра при вращении детали за счёт последовательного плавления компонентов, входящих в композицию, постоянно между контактирующими поверхностями детали и центра поддерживается смазочная пленка, что повышает надежность работы.
Изобретение должна быть использовано на крупных шлифовальных и токарных станках для обработки деталей, имеющих большой вес.
 |
Попытки выявления новых приемов продолжаются, однако выяснилось, что изобретения высоких уровней получаются в результате использования не одного, а двух, трех и более приемов одновременно или в определенной последовательности. К примеру, принцип порошковой металлургии состоит по сути в том, что материал дробят в порошок, а затем спекают в единое целое, то есть используют принцип дробления, а затем принцип объединения.
Принципы периодического действия и изменение в пространстве были использованы В.И.Аверченковым, В.С.Харченковым. В.В.Надуваевым и И.Р. Бондаревым при разработке устройства для создания сверхвысокого давления (авт.св. N 1287352), ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ отличается тем, что, с целью увеличения срока службы и производительности устройства, покрытия выполнены прерывистыми, периодически повторяющимися по периметру радиального сечения матриц и поддерживающих колец и смещены относительно друг друга на ширину промежутка между слоями.
План действия:
Можно выделить следующие шесть последовательных этапов в постановке и решении изобретательских задач методом эвристических приемов! 151:
1.При использовании метода эвристических приемов можно ограничиться предварительной формулировкой задачи.
2.Решение задачи начинается с выбора подходящих эвристических приемов. Исходной информацией для этого являются:
Конкретный прототип, который требуется улучшить;
Главный недостаток прототипа, который требуется устранить;
Главное противоречие развития прототипа, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ требуется устранить.
Исходя из этой информации просматривают наименования групп эвристических приемов и выбирают (в основном по интуитивным соображениям) наиболее подходящие группы. В каждой выбранной группе просматривают все приемы и выбирают так же по интуиции те, которые представляют интерес для рассматриваемой задачи. При крайне важно сти просматривают весь фонд.
3. Начинают преобразовывать прототип с помощью выбранных приемов, при этом фиксируют идеи улучшенных технических решений, в виде короткого описания или (и) упрощенной схемы.
В случае если при этом не удается получить удовлетворительного улучшенного решения, то рекомендуется наиболее перспективный из найденных вариантов принять за прототип и снова повторить его обработку подходящими эвристическими приемами.
4.Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, множество улучшенных допустимых технических решений получено только с учетом главного недостатка или главного противоречия развития. Далее улучшенные технические решения используются как прототипы для поиска решений по другим недостаткам и противоречиям развития. В результате получают новое множество улучшенных допустимых технических решений.
5.Стоит сказать, что для найденных в п.4 технических решений проводят анализ их совмес
Методы направленного поиска. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Методы направленного поиска." 2017, 2018.
К основным методам систематизированного поиска идей относятся: метод каталога, метод контрольных вопросов, метод фокальных объектов и морфологический анализ.
Метод каталога (разработанФ.Кунце), предполагает создание систематизированного перечня объектов (каталога) и их признаков, с последующим последовательным переносом этих признаков на совершенствуемый объект.
Метод контрольных вопросов. Цель метода состоит в том, чтобы при помощи специальных наводящих вопросов подойти к решению задачи. Метод применяется либо в форме монолога изобретателя, обращенного к самому себе, либо как диалог руководителя с его участниками. Для применения на практике созданы универсальные вопросники, составленные А.Осборном, Э.Раудзенком, Т.Эйлоартом, Д,Пирсоном и др.
Например, вариант одного из них:
1. Какова основная функция объекта?
2. Что представляет собой идеальный объект?
3. Что будет, если объекта не будет вообще?
4. В какой другой области выполняется данная функция и нельзя ли позаимствовать решение?
5. Можно ли разделить объект на части?
6. Можно ли неподвижные части объекта сделать подвижными?
7. Нельзя ли исключить предварительные операции?
8. Какие дополнительные функции может выполнять объект?
Метод фокальных объектов
(разработан Ч.Вайтингом), применяется и дает хорошие результаты при поиске новых модификаций известных способов и устройств. Сущность метода состоит в перенесении признаков случайно выбранных объектов на совершенствуемый объект, который лежит как бы в фокусе переноса,отличается простотой и неограниченными возможностями поиска новых точек зрения на решаемую проблему и включает следующие шаги:
Этапы реализации метода фокальных объектов:
1. выбор фокального объекта;
2. выбор ряда случайных объектов (5 - 7, выбранных наугад из словаря, каталога, журнала и т.п.);
3. составление списков основных признаков (свойств) случайных объектов;
4. генерация идей, путем последовательного, систематизированного присоединения к фокальному объекту признаков случайных объектов;
5. развитие полученных сочетаний путем различных ассоциаций;
6. систематизированный анализ, оценка полученных идей и отбор полезных решений.
Морфологический анализ.
Родоначальником морфологического анализа считается алхимик, философ и богослов Раймунд Луллий (1235 –1314), идеи которого в последствии развил швейцарский астрофизик Ф.Цвикки.Суть метода заключается в сравнении объектов-аналогов и определении их существенных составляющих.
Порядок решения задач методом морфологического анализа:
1. В структуре совершенствуемой технической системы выделяют несколько характерных для нее компоновочных или функциональных (т.н. морфологических) признаков (например: параметры или характеристики системы), от которых зависит решение задачи и достижение основной цели.
2. По каждому выделенному морфологическому признаку составляется
список вариантов конкретных решений (технических альтернатив). Список располагают в форме таблицы, «шапку» которой составляют выделенные существенные составляющие системы или пространственной структуры со своими взаимосвязями, что позволяет более наглядно представлять структуру поискового поля.
3. На основе подробного анализа сочетания всевозможных вариантов выделенных признаков, предлагаются новые варианты решения задачи.
Морфологический анализ используется для решения конструкторских задач общего типа, при проектировании машин и поиске компоновочных или схемных решений с применением программного обеспечения.
Методы систематизированного поиска, позволяющие упорядочить перебор вариантов и увеличивающие их число, основаны па использовании различных аналитических подходов - системного, функционального, их сочетания с приемами борьбы с психологической инерцией (например, фундаментальный метод проектирования Э.
Мэтчетта). К этой группе методов относятся морфологический анализ, метод контрольных вопросов и др.
Морфологический анализ представляет собой метод систематизации перебора вариантов всех теоретически возможных решений, основанный па анализе структуры объекта. Метод морфологического анализа разработан в 30-е гг. XX в. швейцарским астрофизиком Ф. Цвики. Его цель заключается в создании условия, расширяющего область поиска новых идей и решений проблемы, исходя из особенности строения (морфологии) совершенствуемого объекта. Сущность морфологического анализа заключается в следующем: с помощью комбинаторики путем построения морфологической матрицы получают все теоретически возможные варианты реализации объекта с требуемой главной функцией
Для анализа необходимо:
выбрать объект и точно сформулировать проблему (задачу);
определить основные функции (характеристики) объекта;
перечислить возможные варианты осуществления каждой функции (характеристики);
оценить все имеющиеся варианты частных решений па основе определенных критериев (например, веса, затрат, качества и т. д.);
выбрать оптимальный вариант решения проблемы, представляющий собой набор значений различных частных решений для каждой функции.
В результате морфологического анализа получается большое число вариантов возможных решений. Рассматриваемый метод обладает рядом преимуществ, одпако можно выделить некоторые недостатки
В целом методы систематизированного поиска решения наиболее ярко выражают суть технологии решения творческих задач. Одпако область их применения ограничена. Их трудно использовать при ршении сложных технических задач, они пе гарантируют получения оптимального решения, так как нет критериев оценки полученного результата
Вы также можете найти интересующую информацию в научном поисковике Otvety.Online. Воспользуйтесь формой поиска:
Еще по теме 36.Методы систематизированного поиска решений в процессе управления качеством.:
- 32.Методы направленного поиска решений в процессе управления качеством.
- Анализ систематизированных эмпирических сведений об учебном процессе в образовательном учреждении как метод контроля его качества и эффективности индивидуальных методических систем.
- ВОПРОС №38 Характеристика основных проблем, возникающих в процессе разработки управленческих решений. Методы поиска оптимальных решений
- 4. Процессы управления: целеполагание и оценка ситуации, принятие управленческих решений. Механизмы менеджмента: средства и методы управления.
Методы систематического поиска характеризуются упорядоченностью всех процедур поиска, их целенаправленностью, точной критериальной основой оценок, определенной последовательностью. К методам систематического поиска новых идей и решений относятся: морфологический анализ, метод многократной последовательной классификации, метод контрольных вопросов, метод «матриц открытия», стратегия семикратного поиска, функционально-стоимостной анализ, фундаментальный метод проектирования Е. Метчетта, метод фокальных объектов, метод гирлянд ассоциаций и метафор, метод системного экономического анализа и поэлементной обработки конструктивных решений, метод «пять почему», причинно-следственная диаграмма К. Исикавы и др.
Морфологический анализ основан на комбинаторике – систематическом исследовании всех теоретически возможных вариантов, которые выходят из закономерностей построения (морфологии) анализируемого объекта. Синтез охватывает как известные, так и новые, неординарные варианты, которые при простом переборе могли быть пропущенными. Метод основан на построении матрицы или таблицы (морфологическая карта, морфологический ящик), которые являются символической формой описания решений и в которых перечисляются все элементы, составляющие объект, и приведено наиболее возможное число вариантов реализации этих элементов. Комбинируя варианты реализации элементов объекта, можно получить достаточно неожиданные решения. При этом последовательность реализации метода является следующей.
1. Точно сформулировать проблему.
2. Определить наиболее важные морфологические элементы объекта.
3. Определить варианты исполнения элементов.
4. Внести все возможные варианты в специальную таблицу.
5. Оценить все внесенные в таблицу варианты по их функциональной ценности.
6. Выбрать оптимальный вариант.
Основной идеей морфологического анализа является упорядочение процесса выдвижения и рассмотрения различных вариантов решения проблемы. Расчет основывается на том, что в поле зрения могут попасть варианты и их сочетания, которые раньше не рассматривались. Для этого по каждому элементу или характеристике проблемы определяют все возможные или невозможные ассоциативные варианты их реализации. Например, если задача состоит в поиске новых видов производства визиток, то может быть выделено три основных ее элемента: форма, материал и покрытие. Для каждого из этих элементов перечисляются возможные варианты: форма – прямоугольник, овал, круг, шар, линия, кольцо Мебиуса и т.д.; материал – ткань, бумага, обои, кружево, железо, пластилин и т.д.; покрытие – асфальт, щетина, побелка, пятно бульона, лак для ногтей, пляжный песок, диэлектрик и т.п. Далее осуществляется сочетание всех возможных вариантов, например: прямоугольник-ткань-асфальт; овал-бумага-щетина; круг-обои-побелка и т.д. Каждое из полученных сообщений подвергается критическому комплексному анализу с целью установления его жизнедеятельности или как толчок для создания новых решений и идей. Повышение эффективности метода может быть достигнуто с помощью компьютерных средств, в первую очередь, электронных таблиц.
Метод целесообразно использовать для достаточно небольших систем и объектов, а также в тех областях, где возможна реализация новых идей за счет комбинирования известных ранее подходов (реклама, дизайн и т.д.). Однако для сложных задач, имеющих большое число элементов и многочисленных связей между ними, таблица становится чрезмерно громоздкой, и появляется необходимость в рассмотрении огромного количества вариантов, большая часть которых не имеет практического смысла и возможности применения, что делает использование метода чрезмерно трудоемким. Таким образом, главным недостатком метода является чрезмерная линейность подхода к анализу и получению очень большого числа вариантов для следующих этапов работы.
С помощью метода морфологического анализа создается основа для мышления в категориях основных принципов и параметров, чем объясняется эффективность его использования. Он является способом упорядоченного поиска решений, позволяет достичь систематического обзора всех возможных вариантов.
Метод многократной последовательной классификации является одним из вариантов модификации метода морфологического анализа, основан на многократной «фильтрации» морфологического множества путем пошагового снижения степени агрегированности описания исследуемых технических систем с соответствующим отсевом вариантов на каждом шагу «фильтрации». При этом отсев вариантов согласно методу осуществляется на основе следующих принципов:
организация полного перебора вариантов возможна только в морфологической таблице небольшого размера;
только агрегированное описание исследуемых систем позволяет построить морфологическую таблицу небольшого размера, в которой, тем не менее, представлены признаки функциональных структур, являющихся наиболее существенными с точки зрения условия задачи;
повышение надежности экспертной оценки вариантов можно обеспечить поэтапным увеличением детализации описания вариантов;
для увеличения оперативности оценки вариантов поэтапное увеличение детализации должно сопровождаться сокращением допустимого множества (поэтапная «фильтрация»).
Сущность метода контрольных вопросов заключается в последовательных ответах на конкретный список вопросов, которые касаются той или иной проблемы или сферы человеческой деятельности. Для этого разработано большое количество вопросников, каждый из которых имеет целью направить развитие мыслей человека к более сильным решениям. Специально подобранные вопросы требуют таких ответов, которые позволяют лучше понять проблему и условия ее решения, подсказывают возможные пути решения, позволяют преодолеть психологическую инерцию. Контрольные вопросы составляются на основе опыта решения подобных задач и могут использоваться при совершенствовании производства, продукции, организационных структур, для поиска новых бизнес-идей, для исправления ошибок, при поиске решений различных проблем.
Примерами контрольных вопросов могут быть следующие.
1. Какова основная функция системы (процесса)?
2. Что является идеальным объектом (процессом)?
3. Что случится, если убрать данный элемент системы (не выполнять процесс)?
4. Какие функции выполняет данный объект (процесс), можно часть из них сократить?
5. Как иначе можно выполнить основную функцию системы (процесса)?
6. В какой другой сфере лучшим образом выполняется данная функция, можно перенять готовое решение?
7. Можно объект разделить на части? Можно отделить слабое звено? Можно совместить несколько элементов?
8. Можно неподвижные объекты сделать подвижными и наоборот?
9. Можно ли изменить последовательность и исключить предварительные, подготовительные операции?
10. Можно ли использовать вредные факторы и функции?
11. Какие дополнительные функции может выполнять данный объект?
12. Где в объекте (процессе) заложены избыточные запасы? Как их сократить?
План действий при использовании контрольных вопросов может быть таким:
уточнить проблему;
выбрать список контрольных вопросов, наиболее соответствующих решаемой проблеме;
последовательно рассмотреть каждый вопрос списка, используя заложенную в нем информацию для решения;
фиксировать все возникающие идеи и дополнительную информацию, которую необходимо использовать в процессе поиска.
Результатом использования списков может быть целый спектр изобретательских решений, оригинальных идей или переосмысление проблемы и формирование ее с других позиций с целью осуществления дальнейшего поиска решений.
Еще одним примером реализации метода является перечень контрольных вопросов, составленный английским изобретателем Тимом Ейлоартом, который описал «программу» работы способного изобретателя, с фантастической настойчивостью стремящегося решить сложную задачу. При этом некоторые вопросы требуют развитого воображения, другие – глубоких и разносторонних знаний. Еще есть достаточно тонкие вопросы, свидетельствующие о богатом опыте и наблюдательности автора. Вот эти вопросы.
1. Перечислить все качества и определения изобретения, изменить их.
2. Сформулировать задачи ясно. Применить новые формулировки. Определить второстепенные и аналогичные задачи, выделить главные.
3. Перечислить недостатки предложенных решений, их основные принципы, новые предложения.
4. Предложить фантастические, экономические, молекулярные и другие аналоги.
5. Построить математическую, гидравлическую, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналоги).
6. Попробовать различные виды материалов, состояния вещества, виды энергии:
газ, жидкость, твердое тело, гель, пена, паста и т.д.;
теплота, магнитная энергия, электрическая энергия, свет, сила удара и т.д.;
волны разной длины, поверхностные свойства и т.д.;
переходное состояние – замерзание, конденсация, переход точки Кюри и т.д.;
эффекты Джоуля-Томсона, Фарадея и т.д.
7. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.
8. Узнать мнение некоторых, полностью несведущих в этом деле, людей.
9. Устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушать все соображения и каждую идею без критики.
10. Попробовать собственные решения: хитрые, всеобъемлющие, расточительные, сложные.
11. Ложиться спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, играть, есть – все с ней.
12. Чаще быть в стимулирующей обстановке (выставки, технические музеи, магазины для технического творчества и т.п.), читать журналы.
13. Разработать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д., различных решений проблемы или отдельных ее частей, искать проблемные решения или новые комбинации.
14. Определить идеальное решение.
15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения размеров, состояния вещества и других параметров.
16. В воображении проникнуть внутрь механизма проблемы или объекта.
17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и таким образом создают новые, уводя в сторону от нужного решения.
18. Чья это проблема? Почему его?
19. Кто придумал это первым? История вопроса. Ошибочные толкования этой проблемы имели место?
20. Кто решал эту проблему? Чего он достиг?
21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.
Человек, последовательно отвечающий на сформулированные вопросы, дисциплинирует сам процесс мышления, с одной стороны, и обращает внимание на детали и вопросы, которые до этого проходили мимо его сознания, с другой.
Целью метода «матриц открытия» является систематическое исследование всех воображаемых вариантов, вытекающих из закономерностей построения (морфологии) совершенствующегося объекта, попытка исследовать поле возможных и технических решений. Для этого строят таблицу, в которой перекрещиваются строки и столбцы характеристик – вертикальные и горизонтальные, которые могут быть упорядоченными и неупорядоченными, выраженными количественно или качественно. Часть характеристик может относиться к самому объекту, часть – к условиям его использования.
Основными этапами метода являются:
составление перечня элементов, свойств, объектов, фактов, идей и т.д.;
разработка поля анализа – определяют проблему в наиболее общей и абстрактной форме, уточняют ее, строят структуру поля в виде таблицы;
определение пересечения строк и столбцов; выявление возможных комбинаций; определение поля возможных решений, являющихся целью исследования. Каждая клетка таблицы представляет собой связь двух характеристик;
изучение выбранных комбинаций и выбор рациональных решений.
Последний этап иногда может проводиться одновременно с предыдущим, при этом возникает три сложности: а) комбинация не имеет смысла; б) повторение уже известного; в) наличие проблемы, которую следует решить.
Сам метод не позволяет получить конечных технических решений. Комбинация двух параметров может давать решения исключительно достаточно простых задач. Чаще метод служит для систематической организации имеющегося материала и определения отправных пунктов дальнейшего исследования. Комбинации характеристик дают возможность для плодотворных ассоциаций, постановки проблем, которые до сих пор оставались увиденными. Наиболее заметные практические результаты метод позволяет получить при разработке новых видов продукции.
Стратегия семикратного поиска составляет системное многократное использование матриц 7х7, таблиц и некоторых подобных приемов. Творческий процесс по методу делится на семь стадий:
1) анализ проблемной ситуации , общественных потребностей;
2) анализ функций аналогов и прототипов. Поиск оптимальных условий потребления и эксплуатации. Определение соответствующих функций;
3) постановка задачи . Формулировка задачи в общем виде, определение необходимого решения и уровня качества объекта;
4) генерирование изобретательских идей , направленных на улучшение выполнения объектом его функционального назначения. Выбор и использование эвристических методов;
5) конкретизация идей (структура, конструкция, форма, материал, операции и их последовательность);
6) оценка альтернативы и выбор рациональных вариантов решения, отбор оптимального варианта;
7) упрощение, развитие и реализация выбранного варианта.
Прием 7х7 используется для выявления проблемы и формулировки изобретательской задачи. Отвечая на вопросы «кто?», «что?», «чем?», «зачем?», «как?» и «когда?», можно получить необходимую информацию о событии, явлении, процессе. Информация будет еще более полной и обоснованной, если эти вопросы комбинировать между собой.
Данный метод использует анализ функций объекта. Он обусловливает последовательное выполнение ряда операций на каждой из семи стадий. Например, на второй стадии – анализ функций аналогов и прототипов – необходимо ответить на вопрос «Какие виды принципиальных решений аналогичных задач существуют?», «Какие необходимые функции аналогами: а) выполняются; б) не выполняются; в) выполняются неудовлетворительно?», «Какая функция является главной?», «Как построены аналоги, выполняющие главную функцию?», «Каковы причины неудовлетворительного выполнения главной функции?». Необходимое решение находится путем ответов на все поставленные вопросы. При этом используется несколько критериев выбора оптимального варианта решения. Слабым местом метода является субъективизм.
Функционально-стоимостной анализ – это разновидность анализа, который рассматривает любой объект анализа как комплекс выполняемых им функций, а не как набор материально-вещественных структур. Например, электрическая лампа, в первую очередь, рассматривается как носитель функции «давать свет», а не только как совокупность конструктивных элементов (колба, цоколь, нить накаливания и т.д.). Концепция метода исходит из того, что каждый объект наряду с полезными функциями выполняет вредные или нейтральные. Например, нож мясорубки выполняет полезную функцию – измельчать продукт, вредную – мять продукт, нейтральную – нагревать продукт.
Процедура метода следующая.
1. Выбор объекта для исследования, обоснование проблемы, связанной с необходимостью осуществления поиска новых решений и идей.
2. Формулировка всех возможных функций объекта. При формулировке любой функции главным является глагол, например, «выполнять», «обеспечивать», «контролировать», а к нему прилагается существительное, указывающее на объект регулирования или воздействия данной функции.
3. Ранжирование всех функций, выделяя главную, основные и второстепенные. Главная функция системы – это та, ради которой она была создана. Основные функции системы – это действия и способности объекта, обеспечивающие качественное и своевременное выполнение главной функции. Вспомогательные функции – это способность объекта к проявлению определенных свойств, создающих условия для выполнения основных его функций.
4. Построение функциональной модели FAST (function analysis system technique) исследуемого процесса путем выстраивания всех основных функций по горизонтали посредством ответа на два вопроса – «каким образом?» (за этим вопросом функции от главной последовательно располагаются слева направо) и «зачем?» (осуществляется проверка правильности расположения функций системы – справа налево) (рис. 6.2). Вопросы поступают следующим образом: «Каким образом осуществляется главная функция?» – Путем осуществления основной функции 1; «Каким образом осуществляется основная функция 2?» – Путем осуществления основной функции 3; «Зачем осуществляется основная функция 4?» – Для осуществления основной функции 3; «Зачем осуществляется основная функция 3?» – Для осуществления основной функции 2 и т.д.
5. К каждой основной функции сверху и снизу от нее располагают второстепенные функции, раскрывающие ее содержание и согласующиеся между собой. На этом этапе можно выявить наличие избыточных или дублирующих и чрезмерных функций.
6. Каждой функции, в зависимости от ее практической полезности, присваивают уровень значимости и рассчитывают размер расходов, необходимых для ее реализации. Эти значения для каждой функции, кроме главной и внешней, наносятся на диаграмму FAST: значимость сверху, а расходы снизу ее названия.
7. Строится столбиковая диаграмма (рис. 6.3), где в сравнительном масштабе с одной стороны для каждой функции откладывают значимость ранжировано по ее убыванию, с другой – расходы. Для столбиков значимости наносят сглаживающую кривую и в зеркальном отображении переносят ее на расходы. Для тех функций, где столбик расходов вышел за пределы нанесенной линии, наблюдается непродуктивное чрезмерное превышение расходов; там, где он находится выше линии, наблюдается нехватка расходов на реализацию функции.
Рис. 6.2.Функциональная модель FAST
Рис. 6.3.Функционально-стоимостная диаграмма
Метод позволяет абстрагироваться от конкретного технического исполнения объекта и сосредоточить основное внимание на его функциях и задачах. Более глубокое исследование позволяет выявить избыточные и дублирующие функции. Поиск альтернативных вариантов реализации функций осуществляется с целью сокращения непроизводительных затрат и повышения уровня эффективности выполняемых функций. Метод может быть использован для любого объекта (механизм, машина, отдел, коллектив, организация и т.д.).
Фундаментальный метод проектирования Е. Метчетта – комплексный эвристический метод технического творчества, в котором одновременно используются следующие «режимы и способы мышления»:
мышление стратегическими схемами – разработка стратегии и ее соблюдение;
мышление в параллельных плоскостях – проектировщик, с одной стороны, думает, а с другой, наблюдает за процессом собственного мышления;
мышление с нескольких точек зрения – часто оно осуществляется с помощью контрольных вопросов;
мышление «образами» – образы могут быть как идеальными, так и реальными: в виде схем, загадочных рисунков, так как в методе особое внимание уделяется положительному влиянию эмоций в процессе проектирования;
мышление с использованием основных элементов – разработка специального языка, который позволяет думать о мышлении, применение специальных слов (течтем), использующихся в процессе решения задачи. При этом в методе течтемы объединены в семь групп.
1. Варианты решений – определить потребность, необходимый элемент, представить себе решение, принять временное решение, принять окончательное решение, отменить решение.
2. Варианты суждений – предположить, взвесить, учесть и сравнить, оставить без изменений, предсказать.
3. Варианты стратегий – продолжать в том же направлении, продолжать и расширять, изменить направление, сопоставить с прошлым, сопоставить с будущим, внимательно рассмотреть, разрешить конфликт, продолжать более интенсивно, прекратить.
4. Варианты тактик – оценить риск, проверить последствия, развить, сравнить с другими решениями, распределить действие, приспособить другое решение, сосредоточиться на малом участке, разложить на компоненты, проверить возможную причину, обдумать возможность нового решения, заменить решение на противоположное, проверить другие варианты.
6. Варианты понятий – использовать новое понятие, изменить плоскость абстракции, использовать схему стратегии, изменить точку зрения, сравнить с существующей системой, сравнить с системой, полученной во время исследования.
7. Варианты преград – обойти преграду, разрушить преграду, устранить преграду, начать новое действие с нуля, начать новое действие с принятого решения, действовать в одном, двух, трех или многих измерениях.
Разработанные в методе «режимы мышления» предназначены для осознания, контроля и приспособления образа мышления к задачам проектирования. Метод также использует перечень следующих контрольных вопросов .
1. Чьи потребности являются жизненно важными, очень важными, необходимыми и желательными?
2. Какие потребности рассматриваются: функциональной системы, потребителя, организации, внешнего мира?
3. Какие потребности возникают на каждом из этапов существования изделия: проектирование и детализация, обработка, изготовление деталей, сборка, испытание и использование, техническое обслуживание и уход?
4. Какие данные можно получить, если задать 6 основных вопросов по анализу трудовых операций: что необходимо сделать? (потребности); почему это необходимо сделать? (причина); когда это необходимо сделать? (время); где это необходимо сделать? (место); кем или с помощью чего это необходимо сделать? (средства); как это сделать? (метод).
5. Каким образом каждую часть проекта можно: исключить, объединить с другими частями, унифицировать, перенести, модифицировать, упростить?
6. Какие эффекты, потребности, ограничения вызовет каждая деталь комплекса в отношении любой другой его детали?
Особое внимание в методе уделяется вопросам самоконтроля и самонастройки на всех этапах проектирования, а также использованию логосинтеза – синтеза с помощью разговора. Делая основной упор на личный опыт, метод не предусматривает проведение научных исследований и испытаний для уменьшения неопределенности. В то же время в нем широко используют информационный поиск. Очень важно умение видеть проблему как бы со стороны. При этом появляется возможность своевременно корректировать выбранную стратегию поиска. Основной педагогический принцип метода заключается в том, чтобы начинать с методов, которые уже были усвоены слушателями, а не навязывать им новый и незнакомый метод, которому они могут никогда не поверить и откажутся при первых осложнениях. В результате метод можно представить как сбалансированную смесь опыта, искусства, психоанализа, «групповой динамики», самовнушения, внушения и некоторой доли мистики, что может представлять определенный интерес для инженеров, занимающихся разработкой и конструированием технических систем различных уровней.
Для метода фокальных объектов характерны простота использования и широкие параметры новых взглядов на решаемую проблему. В методе используются ассоциативный поиск и случайный подбор понятий и объектов. Результативность поиска с помощью метода во многом определяется «чувствительностью» к конструкциям языка, фантазией и умением строить оригинальные ассоциативные цепи. Метод также предъявляет высокие требования к воображению человека. Является особо эффективным при поиске новых форм и идей для проектируемой системы. Использование случайности позволяет получить решения, которые вряд ли могут быть получены другими способами. Эффективность его объясняется тем, что благодаря использованию специальных процедур разные стороны знаний из разных областей как бы фокусируются на проектируемом объекте.
После выбора системы или объекта проектирования случайным образом выбирают несколько других объектов, составляются перечни их признаков. Путем последовательного перебора этих признаков и сопоставления их с исследуемым объектом осуществляют попытку изменить форму объекта, принцип действий, алгоритм функционирования, материал и другие характеристики. Именно этот подход дает направление для творческой мысли, приводит к довольно необычным результатам и эффективным решениям. Метод основан на проведении следующих процедур :
определение фокуса ключевого слова (выражения), содержащего сущность проблемы. Если проблема заключается в поиске новых функций (свойств) технического объекта, фокусом может быть наименование;
выбор случайных существительных. При этом слова случайным образом можно брать из книг, газет, афиш и т.д. Рекомендуется использовать слова, не связанные прямым образом с объектом проектирования;
определение признаков существительных и формулировки их в виде прилагательных (например, легкий, ультрафиолетовый, сильный, безграничный и т.д.). При этом рекомендуется использовать прилагательные из разных отраслей: техника, поэзия, фантастика и т.д.;
связывание выбранных прилагательных с фокусом и поиск по аналогии ассоциативных решений конкретной проблемы;
оценка полученных решений с точки зрения новизны и возможности реализации.
Существуют различные модификации метода. Так, вместо прилагательных случайным образом могут избираться другие части речи: глаголы, числительные, местоимения, наречия, предлоги, которые затем связываются с фокусом.
Таким образом, метод основан на установлении ассоциативным путем связи между фокусом и случайным словом, может определять свойства, назначения или структуру системы или объекта. Метод также может быть полезен как средство для тренировки и развития фантазии и ассоциативного мышления. Существует несколько компьютерных программ, поддерживающих процедуры случайного ассоциативного поиска в рамках данного метода.
Метод гирлянд ассоциаций и метафор – представляет собой развитие метода фокальных объектов. Основным отличием от базового метода является необходимость построения последовательных цепей (гирлянд) ассоциаций и случайных метафор. При этом метод состоит из следующих процедур .
1. Определение синонимов объекта, в результате которого создается гирлянда синонимов (например, стол-бюро-парта- ...).
2. Выбор случайных существительных, с помощью которых генерируется аналогичная гирлянда (например, монитор-часы-дерево- ...).
3. Комбинирование всех элементов гирлянд синонимов с каждым элементом гирлянды случайных существительных. Некоторые элементы составляют новые идеи для решения задачи (например, стол с монитором или для монитора, стол со встроенными часами...).
4. Составление перечня признаков в виде прилагательных для каждого элемента гирлянды случайных существительных. Эти перечни являются гирляндами признаков (например, монитор-тонкий-современный-безопасный- ...).
5. Комбинирование элементов гирлянды синонимов с элементами гирлянд признаков, в результате чего могут появиться новые идеи для решения проблемы (например, стол тонкий (компактный, сборный), современный (с использованием новейших технологий)...).
6. Генерирование гирлянд свободных ассоциаций. Начальным элементом выступает каждый элемент гирлянды признаков. Количество гирлянд свободных ассоциаций равно числу всех элементов гирлянд признаков. Гирлянды свободных ассоциаций создаются с помощью многократной постановки вопроса «О чем напоминает слово...?». Ответ, полученный на основе ассоциации, является новым элементом гирлянды, который выступает исходным для повторной постановки данного вопроса (например, «О чем напоминает слово «зеленый»?» – О траве. – «О чем напоминает слово «трава»?» – О поле. – «О чем напоминает слово «поле»?» – О свежести. – и т.д. В результате получена гирлянда ассоциаций: трава-поле-свежесть...).
7. Комбинирование элементов гирлянды синонимов с элементами гирлянды свободных ассоциаций, в результате чего появляются новые идеи и решения. Этот этап является основным в методе для генерирования новых идей.
8. Оценка необходимости продолжения ассоциаций, основанная на анализе всех полученных в предыдущих пунктах идей и определения их достаточности для решения поставленной проблемы. Если были установлены недостаточность и нехватка новых идей, то переходят к генерированию вторичных гирлянд, элементы которых комбинируются с элементами гирлянд синонимов, в результате чего возникают новые связи и идеи.
9. Оценка и выбор рациональных идей. Этот этап методики поиска новых идей аналогичен заключительному этапу метода «мозговой штурм». Рекомендуется его проводить на основании классификации всех полученных идей на нерациональные (те, что нельзя использовать), полурациональные (те, что привлекают, однако имеют определенные недостатки) и рациональные (которые целесообразно использовать на практике). Нерациональные идеи отвергаются, рациональные создают ядро для выбора оптимального варианта, полурациональные снова подвергаются анализу, после чего включаются в список нерациональных или рациональных идей. На этом этапе находят ответ на вопрос относительно того, следует ли еще продолжать генерирование гирлянд ассоциаций или их уже достаточно.
10. Выбор оптимального варианта из нескольких выбранных. Этот этап целесообразно осуществлять с помощью одного из методов оптимизации решений, например, метода экспертных оценок.
Метод синтеза оптимальных форм позволяет осуществлять поиск оптимальных форм элементов с помощью компьютерных программ. Основная идея метода заключается в моделировании эволюции форм живых организмов по закону Дарвина. Сущность метода состоит в том, что некоторая исходная форма (прототип) элемента технической системы подвергается частичному случайному локальному изменению. Если это изменение является недопустимым (нарушаются выходные ограничения) или ухудшается критерий качества, то созданная форма ликвидируется. Если созданная форма допустима и характеризуется лучшим уровнем качества, то она закрепляется и становится исходным прототипом для дальнейшего случайного или детерминированного изменения. В результате такой эволюции форма элемента монотонно улучшается до определенного предела – локального или глобального экстремума. При этом найденная форма может быть новым патентоспособным техническим решением.
Данный метод относится к классу методов математического программирования и автоматизации поискового проектирования и автоматизации, и с математической точки зрения осуществляется в два этапа:
выбирается такое универсальное пространство параметров, в котором для задачи можно описать все множества возможных форм, в том числе новых;
реализуется алгоритм поиска экстремума в случайно выбранных пространствах.
Назначением метода системного экономического анализа и поэлементной обработки конструктивных решений является решение задач по поиску оптимальных конструкторских решений, разработка и усовершенствование технологических процессов изготовления изделий. Идея метода основана на утверждении, что резерв экономии есть всюду, на каждом предприятии, в каждом изделии, в каждой детали. Целью метода является выявление экономически необоснованных решений, принятых разработчиком, и достижение максимально эффективного функционирования объекта при минимальных затратах.
Сущность метода заключается в системном технико-экономическом анализе и поэлементной обработке конструкции каждого узла, каждой детали. Для этого осуществляется следующая последовательность действий:
разделение объекта на отдельные элементы (функции);
распределение элементов на две группы: основные и вспомогательные;
рассмотрение и обработка каждого элемента в качестве самостоятельного объекта с целью максимально качественного выполнения его функций при минимальных затратах;
проведение анализа результатов проделанной работы.
Анализ детали должен начинаться с выделения всех конструктивных элементов, которые ее характеризуют, а именно: материала, чистоты поверхности, размеров, допусков, резьбы и тому подобное. Каждый элемент, независимо от его роли и значения, принадлежности к основной или вспомогательной группе, анализируется со всех точек зрения: конструктивной – выполнение возложенных на него функций, технологической и экономической – обеспечение наиболее простого и экономного способа изготовления элемента. Функции и элементы рассматриваются как носители затрат.
Элементы основной группы характеризуются тем, что от них зависят качество и работа детали, ее функции. Элементы вспомогательной группы характеризуются тем, что служат для полного конструктивного оформления детали, они не меняют ее функционального назначения, однако различные варианты конструктивных решений часто и довольно значительно отличаются по объемам расходов, стоимости материала и труда.
Преимуществами метода является простота и содействие развитию экономического и системного мышления. Метод позволяет осуществить обнаружение и ликвидацию экономически необоснованных элементов конструкции, сократить расходы, повысить качество изделий. Наблюдается улучшение технологии изготовления детали, повышение коэффициента использования оборудования. Недостатками являются ограничение анализа только существующими деталями и непригодность его использования для крупных конструкторских проблем.
Метод «Почему пять» используется в различных сферах человеческой деятельности в процессе анализа проблем и поиска причин их возникновения. Метод построен по аналогии с поведением маленького ребенка, который постоянно задает вопрос «почему?». Сущность заключается в последовательном установлении причин возникновения проблемы путем ответа, почему возникло то или иное осложнение. Цифра «пять» является условной, вопрос может задаваться меньше или больше пяти раз в зависимости от степени раскрытия проблемы. Это достаточно эффективный инструмент, использующий вопросы для исследования причинно-следственных связей, которые лежат в основе конкретной проблемы, определение причинных факторов и выявление первопричины. Рассматривая логику в направлении «почему?», исследователь постепенно раскрывает всю цепь связанных между собой факторов, влияющих на существование проблемы.
Последовательность осуществления метода.
1. Определить конкретную проблему, которую необходимо решить.
2. Сформулировать проблему и записать на листе.
3. При поиске решения следует начинать «сверху», из конечного результата и идти «вниз», в обратном направлении (в направлении возникновения проблемы), при этом задавая вопросы «Почему возникла данная проблема?».
4. Ответ следует записать под проблемой.
5. Если ответ не раскрывает первопричину проблемы, необходимо снова задавать вопрос «Почему возникла эта проблема?» и ответ записывать ниже.
Методы систематизированного поиска – это методы, позволяющие упорядочить перебор вариантов и увеличивающие их число, основаны на использовании различных аналитических подходов системного, функционального, их сочетания с приемами борьбы с психологическом инерцией (например, фундаментальный метод проектирования Э. Мэтчетта). К этой группе методов относятся морфологический анализ, метод контрольных вопросов и другие методы.
Морфологический анализ представляет собой метод систематизации перебора вариантов всех теоретически возможных решений, основанный па анализе структуры объекта. Метод морфологического анализа разработан в 30-е гг. XX в. швейцарским астрофизиком Ф. Цвики. Его цель заключается в создании условия, расширяющего область поиска новых идей и решений проблемы, исходя из особенности строения (морфологии) совершенствуемого объекта. Сущность морфологического анализа заключается в следующем: с помощью комбинаторики путем построения морфологической матрицы получают все теоретически возможные варианты реализации объекта с требуемой главной функцией.
Для анализа необходимо:
Выбрать объект и точно сформулировать проблему (задачу);
Определить основные функции (характеристики) объекта;
Перечислить возможные варианты осуществления каждой функции (характеристики);
Оценить все имеющиеся варианты частных решений па основе определенных критериев (например, веса, затрат, качества и т. д.);
Выбрать оптимальный вариант решения проблемы, представляющий собой набор значений различных частных решений для каждой функции.
В результате морфологического анализа получается большое число вариантов возможных решений. Рассматриваемый метод обладает рядом преимуществ, однако можно выделить некоторые недостатки (таблица 38).
Таблица 38 – Достоинства и недостатки морфологического анализа
В целом методы систематизированного поиска решения наиболее ярко выражают суть технологии решения творческих задач. Однако область их применения ограничена. Их трудно использовать при решении сложных технических задач, они не гарантируют получения оптимального решения, так как нет критериев оценки полученного результата.
Фундаментальный метод проектирования Мэтчетта – это системное мышление, сбалансированное сочетание рациональных и иррациональных приемов, графическая интерпретация мышления. В основе метода лежат два постулата: «хороший проект – это оптимальное решение, удовлетворяющее сумме истинных потребностей в конкретном комплексе обстоятельств», и «проектирование – это выявление и разрешение конфликтов в многомерных ситуациях». Тем самым метод направлен как на исследование и преобразование собственно объекта (рациональная часть), так и на совершенствование мыслительной деятельности проектировщика (иррациональная часть).
Целью метода Мэтчетта является научить проектировщика понимать и контролировать свой образ мыслей более точно соотносить его с задачами проектирования с целью выявления существенных характеристик изучаемого объекта и устранения ненужных, экономически необоснованных элементов.
К достоинствам данного метода относится резкое повышение мастерства проектировщика за счет сознательного управления самим процессом мышления, учитывающего индивидуальные психологические особенности проектировщика. К недостаткам можноотнести большую психологическую нагрузку; трудность использования при работе с начинающими проектантами; отсутствие четких правил по выявлению и оценке взаимосвязей между элементами.
На рисунке 55 представлена концептуальная схема проектирования.
|
Рисунок 55 - Концептуальная схема проектирования