Методы и средства теории решения изобретательских задач

В 1950-х годах метод был усовершенствован У.Вайтингом (США) и получил название метода фокальных объектов (МФО) Психологической основой метода является преодоление распространенного мнения, что решающий задачу человек страдает от того, что не может обработать большое количество вариантов. В действительности же дело обстоит как раз наоборот - человек страдает от того, что не видит, не знает достаточного количества возможных вариантов решения задачи и ограничивается теми, которые лежат как бы на поверхности. А такие варианты, как правило, не могут привести к изобретению, потому что они в большинстве своем очевидны и приводят только к стандартным, тривиальным решениям. Для создания яркого, оригинального изобретения необходимо сознательно использовать различные случайности, "подсказки" и далее с помощью анализа взаимоотношений однородности и отличий разных объектов пытаться найти новые идеи

МФО очень прост, полностью осваивается  после одного - двух упражнений. Однако и результаты получаются весьма скромными. Как показывает опыт изобретательства, ответы на сложные изобретательские задачи представляют собой сочетания разных изменений прототипа, Между тем МФО дает простые (преимущественно одинарные) изменения. Отсюда принципиальная ограниченность метода. В практике обучения теории решения изобретательских задач. МФО используют для начальных упражнений по развитию воображения. ,

Одна из современных модификаций  МФО, названная методом ассоциаций, подробно описана Г.Бушем. Приведена задача: "Предложить новые и оригинальные полезные модификации стульев для расширения aссopтимента мебельной фабрики". Фокальным объектом, таким образом, является "стул". Прежде всего составляют гирлянду синонимов; стул - кресло - табуретка - пуф и т.д. Затем, как й при обычном МФО, выбирают случайные объекты: электролампочка, решетка, карман, кольцо, цветок, пляж. Составляют список признаков случайных объектов (электролампочка - стеклянная, свето- и теплоизлучающая и т.д.), «осле чего получают гирлянду признаков случайных объектов к гирлянде синонимов: стеклянный стул, теплоизлучающее кресло я т.д. Затем образуют гирлянды ассоциаций для каждого из признаков. Обратимся к книге Г.Буша.

"Рассмотрим, например, генерирование  гирлянды ассоциаций по первому признаку объекта "электролампочка". Этим признаком является эпитет "стеклянная". Гирлянда ассоциаций создается путем постановки вопроса: Что напоминает слово "стеклянный" ? Ответ может быть, например, стеклянное волокно. Далее задается второй вопрос: Что напоминает слово "волокно"? Кому-нибудь это может напомнить плетение, вязание. Аналогично, продолжая поиск элементов гирлянды ассоциаций, можно увеличить длину гирлянды. Вязание может напомнить бабушку, лечащую ревматизм на курортах, юга, где oт жары можно укрыться в тени или под зонтиком, напоминающем крышу садовой беседки ... . Гирлянда ассоциаций в этом случае будет выглядеть еле дующим образом: стекло - волокно - спасение - тень - зонтик – крыша…

К элементам гирлянды синонимов  поочередно пытаются присоединить элементы гирлянд ассоциаций: кресло из стекловолокна, вязаный пуф, табуретка для бабушки, кресло для лечения от ревматизма. Полученные сочетания рассматривают, стараясь найти нечто рациональное "Если в течение короткого времени, - пишет Г.Буш, - можно найти тысячи вариантов решения, то нас вполне удовлетворит положение, при котором хотя бы несколько вариантов будут рациональными".

Недостатки этого метода следующие: 1) он предлагает лишь одинарные изменения объекта, хотя число таких изменений велико; однако, как уже было сказано выше, существенные изменения ТО могут быть получены, как правило, путем многократных его изменений; 2) отсутствуют критерии выбора рациональных предложений изменения ТО.

4.2. Метод контрольных вопросов

Суть метода состоит в последовательном ответе на определенный список вопросов, касающихся той или иной проблемы или области человеческой деятельности. В мире разработано множество  различных списков вопросов для  различных отраслей. Но все они, несмотря на их отличия, преследуют одну цель –  посредством ответов на вопросы, направить ход мысли по направлению  к наиболее сильным решениям.  
Специально подобранные вопросы требуют таких ответов, которые позволяют лучше уяснить проблему и условия ее решения, "подсказывают" возможные пути решения, помогают преодолевать психологическую инерцию.  
Контрольные вопросы составляются на основе опыта решения схожих задач. Они могут использоваться при совершенствовании производства, продукции, организационных структур, для поиска новых бизнес идей для выявления ошибок при поиске решений различных проблем. Вот пример списка контрольных вопросов.

1. Какова основная функция системы (процесса)?
2. Что представляет собой идеальный объект (процесс)?
3. Что будет, если убрать данный элемент системы (не выполнять процесс)?
4. Какие функции выполняет данный объект (процесс), нельзя ли часть из них сократить?
5. Как иначе можно выполнить основную функцию системы (процесса)?
6. В какой другой области наилучшим образом выполняется данная функция и нельзя ли позаимствовать решение?
7. Можно ли разделить объект (процесс) на части? Можно ли отделить слабое звено? Можно ли объединить несколько элементов?
8. Можно ли неподвижные объекты сделать подвижными и наоборот?
9. Нельзя ли поменять последовательность операций или исключить предварительные, подготовительные операции?
10. Нельзя ли использовать вредные факторы и функции?
11. Какие дополнительные функции может выполнять данный объект?
12. Где в объекте (процессе) заложены излишние запасы? Как их сократить?

План действий при использовании  контрольных вопросов может быть следующим:

1. Уточнить проблему.
2. Выбрать список контрольных вопросов, наиболее соответствующих характеру решаемой проблемы.
3. Последовательно рассмотреть каждый вопрос списка, пытаясь использовать заложенную в нем информацию для решения проблемы.
4. Фиксировать все возникающие идеи и дополнительную информацию, которую необходимо привлечь к процессу поиска.

Результатом использования списков  может быть целый спектр изобретательских решений, оригинальных бизнес идей или  переосмысление проблемы и формулирование ее с других позиций с целью  дальнейшего поиска решений.

4.3. Метод матриц открытий

Этот метод можно рассматривать  как дополняющий морфологический  анализ при оценке сочетаний свойств  объекта, элементов конструкции  и др.

Количество сочетаний, которые  дает морфологический анализ, трудно обозреваемо. Дать дифференцированную оценку воем сочетаниям практически невозможно. Если же использовать матрицы А.Моля, то появляется возможность быстро отсеять вручную или с помощью ЭВМ заведомо непригодные сочетания или отобрать новые.

В наиболее простом виде суть метода "матриц открытия" заключается в построении таблицы, в которой пересекаются два ряда характеристик - вертикальный и горизонтальный . Ряды могут быть выражены количественно я качественно. Если в методе морфологического ящика все выбранные характеристики относятся к объекту, то в этом методе часть из них может относиться, например, к условиям производства, потребления, эксплуатаций.

Метод "матриц открытия” включает такие основные этапы:

1. Составление перечня элементов,  свойств, объектов, фактов, идей.

2.Выработка поля анализа. Сначала определяют проблему а наиболее общей и абстрактной форме, уточняют ее. Затем строят структуру этого пол», то есть производят размещение характеристик выбранных элементов, свойств по рядам и столбцам; определение перечня рядов и столбцов; обнаружение возможных комбинаций. Выясняется поле возможных решений. Каждая ячейка матрицы представляет связь двух характеристик

3.Рассмотрение всех возможных решений с целью обнаружения новых допустимых комбинаций.

4.Изучение выбранных комбинаций и выбор рациональных решений.

4.4. Метод десятичных матриц поиска (ДМП)

Этот метод предназначен для  поиска новых технических решений  на основе анализа взаимосвязей показателей изучаемого технического объекта и эвристических приемов. При разработке метода” Из 428 авторских приемов и 129 показателей были выделены 10 основных принципов поиска новых идей й 10 групп показателей. Это дало возможность в итоге построить особую десятичную систему классификации конструкторско-изобретательских задач в виде набора матричных таблиц (см. Пример в табл. 8,3), в строках каждой из которых записаны меняющиеся характеристики объекта П1 , а в столбцах - основные приемы их изменения П_р , Таблицы были названы десятичными матрицами поиска (ДМП), Каждой из 100 (10.х 10) ячеек Ц* матрицы был присвоен двойной индекс, первая цифра которого характеризует группу показателей Пк, а вторая -- группу приемов 11_р .

Порядок классов в обоих рядах (по наибольшей связности), как и  объем самих классов (разбиение  графов на равномощные подграфы), рассчитывался на ЭВМ. Под равномощностью понимались, прежде всего, частота и значимость использования классов, но при разбиении учитывался и рад иных критериев, в частности, сложность принципов и др. Большая "теснота" классификации, развитая содержательная близость и логическая

Последовательность расположения классов в рядах стимулируют возникновение на 15 - 20 % больше идей, чем это было бы при случайном расположит» классов, и на 40 - 50% больше идей, чем если бы использовалась наихудшая, наименее тесная классификация (такой вариант расположения классов в рядах тоже был найден и сравнительно оценен).

Контрольная проверка ДМН на 500 оригинальных изобретениях, представляющих общетехнический интерес, и на 1000 отраслевых изобретениях убедила, что ни одно из них не вышло за рамы» выделенных групп приемов и показателей. Ряд дополнительных независимых проверок подтвердил логичность, психологическую обоснованность и объективность представления поля конструкторско-изобретательского пояска в виде ДМП.

4.5. Метод организующих понятий

Основные его положения состоят  в следующем:

1. Установление организующих понятий (характеристик объекта) и определение их отличительных признаков.

2.Классификация (ранжирование) организующих понятий по степени их важности.

3.Проведение наглядных сопоставлений организующих понятий с их отличительными признаками и разработка на основе этого руководящего материала для всех возможных решений, соответствующих выбранным ограничениям

4.Оценка признаков в отношении их соответствия специальным требованиям задачи.

5.Комбинация признаков различных организующих понятий в решении.

После установления организующих понятий  осуществляют их классификацию по степени влияния на результаты решения задачи. Это позволяет на начальных этапах не принимать во внимание менее важные организующие понятия, что упрощает процесс решения задачи.

Для уменьшения объема работ необходим  также предварительный анализ отличительных признаков. Некоторые из них (наименее существенные) можно не принимать во внимание, что существенно уменьшает в дальнейшем число комбинаций. Запись организующих понятий и их отличительных признаков осуществляется в целесообразной форме в виде руководящего материала, облегчающего задачу нахождения элементов искомого решения.

Для облегчения поиска рациональных комбинаций предлагаются приемы:

1.Если требуется комбинировать отличительные признаки лишь двух организующих понятий, то рекомендуется табличная форма, в столбцах которой записаны отличительные признаки одного организующего понятия, а в строках - другого. В каждой клетке таблицы содержится вариант из комбинаций двух элементов решения. Таблица делает легко обозримым поле поиска решения.

2.Если требуется комбинировать более двух организующих понятий, применяют матричную форму записи.

3.При большом количестве комбинаций матричная форма становится не наглядной и запутанной. В этом случае предпочтительней арифметическая форма записи. При ее использовании на эскизах решений отмечается, какие комбинации были применены.

4.6. Метод функционального конструирования

Отличительная особенность этого  метода - полное абстрагирование от конструктивного восполнения объекта  и концентрация внимания на функциях, которые он должен выполнять. После постановки задачи формулируется основная функция объекта и осуществляется ее структуризация до элементарного уровня (отдельные операции).

Все многообразие функций в этом методе сведено к 12 основным операциям, имеющим прямое и обратное значения: излучение - поглощение, проводимость - изолирование, сбор - рассеивание, проведение - непроведение, прямое преобразование - непрямое (обратное) преобразование, увеличение - уменьшение, изменение в одном направлении - изменение в обратном направлении, выравнивание - колебание, связь - прерывание, соединение - разъединение, сборка - разделение, наполнение - выдача. Для реализации основной функции осуществляется подбор различных комбинаций из элементарных функций, перечисленных выше.

При комбинировании элементарных функций  осуществляется конструктивный поиск носителей этих функций с использованием фонда физических эффектов (ФЭ) и явлений. Данный метод может эффективно применяться при поиске принципиально новых технических решений и быть реализован на ЭВМ на этапе поискового конструирования. В основе этого метода лежит синтез физических принципов действия (ФПД) по заданной физической операции (ФО). Метод реализуется в следующей последовательности.