Статья

Элементы теории и методологии научно - технического творчества

Творчество - мышление в его высшей форме, выходящее за пределы известного, а также деятельность, порождающая нечто качественное новое. Последняя включает в себя постановку или выбор задачи, поиск условий или способа её решения и в результате - создание нового.
 Творчество может иметь место в любой сфере деятельности человека: научной, производственно - технической, художественной политической и т.д.
В частности, научное творчество связано с познанием окружающего мира. Научно - техническое творчество имеет прикладные цели и направление на удовлетворение практических потребностей человека. Под ним понимают поиск и решение задач в области техники на основе использования достижений науки.
 В течение всей человеческой истории, ученные и изобретатели, прошлого для создания нового использовали малопроизводительный метод «проб и ошибок». Бессистемно перебирая большое количество возможных вариантов, они находили нужное решение.
 При этом чем сложнее задача, чем выше её творческий уровень, тем больше возможных вариантов её решения, тем больше «проб» нужно совершить. В связи с этим творческие находки имели преимущественно случайный характер. От первой повозки с колесами до изобретения колеса со ступицей и спицами (2 тыс. лет до н.э.) прошло около двух тысячелетий. Однако история человечества показывает, что в целом период реализации творческих идей имеет ярко выраженную тенденцию к сокращению. Действительно, если от печатных досок до изобретения книгопечатания прошло «лишь» шесть веков и затем до создания печатной машинки четыре века, то, например, транзистор, изобретённый в 1948 г., был реализован в 1953г. В эпоху современной научно - технической революции потребность в новых технических решениях высокого уровня существенно возросла и продолжает увеличиться, что постоянно повышает требования к производительности, эффективности и качеству творческого труда.
 Творчество представляет собой явление, относящиеся прежде всего к конкретным субъектам и связанное с особенностями человеческой психики, закономерностями высшей нервной деятельности, умственного труда. Одни ученные считают, что мышление начинается там, где создалась проблемная ситуация, которая предполагает поиск решения в условиях неопределённости, дефицита информации. Другие утверждают, что определяющим механизмом творчества является не логика, а интуиция. И, действительно, интуиция нередко помогает в поиске правильного решения, однако при этом следует отметить, что если раньше явление интуиции относилось к чему - то мистическому и сверхъестественному, то в настоящее время доказали, что интуиция имеет материалистическое объяснение и представляет собой быстрое решение, полученное в результате длительного накопления знаний в данной области и, следовательно, длительной подготовки. Это, скорее, итог умственной деятельности, чем начало. Таким образом, интуиция приходит в качестве вознаграждения за труд ученного и поэтому сложному механизму творческого мышления присущи как интуиция, так и логика.
 Специфический акт творчества — внезапное озарение (инсайт) -заключается в осознание чего-то, всплывшего из глубин подсознания, в схватывании элементов ситуации в тех связях и отношениях, которые гарантирует решение задач.
 Поиск решения творческой задачи у заинтересованного и квалифицированного учёного всегда продолжается в подсознании, в результате чего могут быть решены самые сложные задачи, причём сам процесс обработки информации при этом не осознаётся. В сознании отражается лишь результат (если он получен). Поэтому исследователю иногда кажется, что на него ниспослано озарение, что удачная мысль пришла недавно откуда. Можно констатировать, что человек использует это явление каждый раз, когда он откладывает какое – нибудь дело, чтобы дать мыслям созреть, и, таким образом, рассчитывает на работу своего подсознания.

Системное исследование технического объекта требует рассмотрения среды, надсистемы (в которую среда входит) и её элементов (подсистем) на разных иерархических уровнях, а также связей, структуры и организации системы (управления, цели). При системном подходе решающие значение следует придавать внутренней организации системы, её многоуровневости. Членение системы на подсистемы определяются внутренними свойствами системы.
 
Представляя технический объект как систему, нужно в первую очередь рассмотреть в нём такие свойства, которые не получаются «алгебраическим сложением» свойств элементов (например, биметаллическая пластина при нагреве изгибается, что не свойственно монометаллическим элементам).
 
Любая система представляет собой комплекс взаимодействий, посредством которых она проявляется как нечто определённое и целостное. Всякое взаимодействие представляет собой процесс обмена систем веществом, энергией, информацией и т.п., имеет переменный характер, противоречие (борьба) периодически чередуется с содействием (сотрудничеством). Роль и значение взаимодействий противоречия и содействия в мироздании не равноценны. Только диалектические противоречия выступают в качестве внутреннего импульса, источника движения и развития природы, общества, мышления, техники.
 
Противоречия в технических системах чрезвычайно разнообразны по форме и проявлениям, имеют преходящий исторический характер, взаимосвязаны и взаимообусловлены. В процессе решения научно - технических задач последовательно выявляются в начале внешние, а затем внутренние противоречия на все более углубляющемся уровне. Внешние противоречия предшествует научно - технической задаче и создают мотивы для её выявления и решения. Среди внутренних противоречий (противоречий самой структуры системы) выделяют основные и главные технические и физические противоречия.
 Технические противоречия возникают между элементами системы и их частями, между техническими параметрами и свойствами. Они состоят в том, что, например, увеличение мощности полезного агрегата может вызвать недопустимое ухудшение экологической обстановки или требуемое повышение прочности вызывает недопустимое увеличение массы конструкции и т.д.
Физические противоречия состоят в наличии у одного и того же элемента системы (её мысленной модели) взаимопротивоположных физических свойств или функций. Например, элемент электрической схемы должен быть проводником, чтобы выполнялось другое. Это противоречие разрешает другой элемент - диод.
 Путь к решению задачи, к созданию качественно новой технической системы, лежит через выявление всё более глубоких противоречий и нахождение способов их разрешения. В этом состоит одно из проявлений закона перехода количественных изменений в качественные. В то же время новая техническая система представляет собой органический синтез нового и некоторых элементов прежних решений в новом целом, демонстрируя тем самым действие закона отрицания как фундаментального принципа диалектики, определяющего всякое развитие. Знание особенностей развития технических систем необходимо для выяснения резервов и определения целесообразности совершенствования донной системы или создания принципиально новых решений.
  В связи с тем, что жизнеспособными оказываются только те технические решения, которые соответствуют закономерностям развития техники, особую ценность представляет способность изобретателя правильно предвидеть направления и тенденции возможного изменения исходной технической системы и действовать в соответствии с этими закономерностями.
 Предвиденные элементы теории познания являются основными методологическими средствами научно - технического творчества, к которым относятся также эвристические приёмы и методы активизации и научной организации творческого труда. Приведём некоторые из них.
• Приёмы дробления и объединения (частей или операций). Например, гайка, резьба и корпус, который выполнен отдельными деталями, может быть снят с болта без свинчивания, а объединение в автомобильном колесе двух шин позволяет намного повысить его надёжность.
• Приём вынесения (отделения мешающей части или выделения единственно нужной). Например, при флюорографии для защиты от рентгеновских лучей многих органов на пути излучения ставят защитные барьеры, оставляя доступными для него только нужные части грудной клетки.
• Приём инверсии (вместо диктуемого условиями задачи действия использовать противодействия). Например, в устройстве для тренировки пловцов навстречу подаётся вода, а сам пловец остаётся на месте.
• Приём перехода в другое измерение использован, например, в предложение хранить брёвна в воде в виде пучков диаметров, превышающим длину, и устанавливать пучки в вертикальном положение.
• Приём универсальности (ручка портфеля может одновременно служить эспандером).
• Приём обращения вреда в пользу может быть реализован, например, при разливах рек и опасности наводнения путём размещения на берегах серии больших резиновых резервуаров, которые заполняют с помощью помпы «лишней» водой из реки. Такие водяные дамбы строятся и убираются буквально за минуты.
• Приём самообслуживания использован, например, в предложение повысить стойкость плит корпуса дробеметного аппарата путём придания им свойства магнита, удерживающего на своей поверхности постоянно обновляющийся слой дроби. Таким образом, сущность многих (в том числе перечисленных) эффективных приёмов творчества раскрывается в их названиях.
 Идеальное решение - это наиболее сильное из всех мыслимых решений данной задачи. Очень важно научиться пользоваться понятиями об идеальных машинах, процессах или материале. Например, идеальной может быть признана лампочка накаливания с контактами из ртути, обеспечивающими её включение в одном положение и выключении - в другом. Таким образом, необходимые действия осуществляются без выключателя в виде отдельного элемента в цепи.
 При работе над изобретением необходимо стремиться максимально, приблизиться к идеальному результату, значительно улучшить требуемые показатели, не ухудшив других.
Важным общенаучным методом познания является аналогия.
 На практике используется в основном четыре вида аналогии: прямая, символическая, личная и фактическая. 
 При прямой аналогии рассматриваемый объект сравнивается с более или менее схожим из другой области техники или живой природы. Например, датчик, реагирующий на движущийся объект так же, как глаз лягушки на пролетающую муху.
 Символическая аналогия (обобщённая, абстрактная) требует формулировки в парадоксальной форме сути явления или понятия. Например, пламя - видимая теплота; прочность - принудительная целостность и т.п.
 Личная аналогия представляет собой отождествление себя с исследуемым объектом. Для этого решающий задачу должен вжиться в образ совершенствуемого объекта с целью выяснения возникающих при этом ощущений, т.е. «прочувствовать» задачу. 
 При фактической аналогии в объект вводятся какое — либо фактические средства, выполняющие то, что требуется по условиям задачи. Например, «волшебная палочка», «золотая рыбка» и т.д.
 В научно - техническом творчестве обязательно используется такой общенаучный метод, как анализ. Широкое распространение в творческой деятельности получил, например, морфологический анализ, или метод морфологического ящика, состоящий в систематическом исследовании всех мыслимых вариантов, вытекающих из закономерностей строения (т.е. морфологии) совершенствуемой системы. 
 Метод предусматривает: формулировку задачи; составление списка характерных параметров (или признаков) объекта. Например, для такой технической системы, как авторучка, характерными признаками являются: перо или шарик, баллон или механизм для наполнения ручки чернилами и т.п. К таким признакам предъявляются определённые требования. Они должны быть существенными для любого решения; независимый друг от друга; охватывающими все аспекты задачи; достаточно немногочисленными, чтобы обеспечить быстрое изучение; составление списка частичных решений для каждого параметрами или признака. По каждому признаку записывают возможные варианты. Целесообразно при этом указать, что данного параметра нет вообще, что облегчает выход к новым и иногда эффективным решениям; определение функциональной ценности всех возможных сочетаний. На практике чаще всего используют морфологическую карту, т.е. составляют двухосную таблицу, в каждой клетке которой оказывается один вариант.
 В заключение необходимо выбрать наиболее приемлемое решение, для отбора которого особых правил нет, но целесообразнее всего выбирать несколько главных элементов, а остальные подбирать так, чтобы они соответствовали и усиливали главные элементы. 
 Наиболее целесообразно использовать морфологический анализ при решении конструкторских задач общего плана, проектирование машин и поиске компоновочных или схемных решений. Он может применяться для прогнозирования развития технических систем, при определении возможности патентования оригинальных комбинаций основных параметров.
 Интерес представляет также методы психологической активизации коллективной творческой деятельности. Одним из них является «мозговая атака», предложенная А.Осборном. Для устранения психологических препятствий, вызываемых, например, боязнью критики, процессы выработки идей и их критической оценки в мозговой атаке разделены во времени и проводятся, как правило, разными группами людей. Первая группа только выдвигает различные предложения и варианты решений без критики. В неё желательно включать людей, склонных к абстрагированию, к фантазии. Вторая группа - это «эксперты», выносящие суждение о ценности выдвинутых идей. В её состав лучше включать людей с аналитическим и критическим складом мышления.
 В практике массового технического творчества используется также методика программного решения научно - технических задач (алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ)). Понятие «алгоритм» подразумевает комплекс последовательно выполняемых действий. Задачи АРИЗ рекомендуется формулировать (в терминах, доступных неспециалисту) в виде нежелательного эффекта или главной трудности, а не цели.
 Смысл процесса решения по АРИЗ состоит в том, чтобы после выявления технических и физических противоречий разрешить их путём целенаправленного перебора относительно небольшого числа вариантов.
 Вышеперечисленные методологические средства творческого поиска могут использоваться исследователем в разных сочетаниях и последовательностях, но общую схему решения научно - технических задач можно представить в виде следующих этапов:
• анализ технических потребностей общества и выявление технического недостатка;
• анализ системных задач и выбор конкретной задачи;
• анализ технической системы и разработка её модели;
• анализ и формулировка условий технической задачи;
• анализ и формулировка условий изобретательской задачи;
• поиск идеи решения (принципа действия);
• синтез нового технического решения.
 
На первом этапе могут использоваться, например методы прогнозирования. Морфологический анализ можно использовать на разных этапах процесса решения задачи. АРИЗ включает в себя этапы от анализа технической системы до поиска идеи решения (включительно).

 Приведённые здесь примеры методических средств могут быть элементами системы исследований более высокого иерархического уровня.
 В настоящее время известны сотни эвристических методов поиска решения проблемных задач, но выше, рассмотрены лишь те методы, которые достаточно широко используются в творческой деятельности. Каждый специалист должен знать эти методы и научиться использовать их в своей творческой работе.