Вариация

При решении конструкторских задач не редок случай, когда имеющиеся или вновь найденные структуры не полностью удовлетворяют поставленным требованиям, однако являются новыми и перспективными. Такие решения необходимо проверить на возможность их усовершенствования и изменения так, чтобы они отвечали этим требованиям. Для этого используют вариацию. Она означает замену признаков объекта или главного понятия, целью которой является нахождение вариантов решения, удовлетворяющих заданным требованиям. Условием применения метода вариации является наличие решения. На его базе путем частичного изменения структуры получают новые решения. Этот метод может быть различным образом использован в рамках процесса конструкторской подготовки производства, а именно: для улучшения и усовершенствования решений, изменения решений в соответствии с определенными условиями, заполнения поля решений, обеспечения связи элементов с окружающей средой, целенаправленной разработки многократно используемых деталей, а также для обхода известных (запатентованных) решений.

Предметом вариации являются свойства технического изделия. Анализ систем позволяет получить представление о располагаемых возможностях вариации:

1. В случае технических изделий возможны вариации окружающей среды, функции и структуры;

2. Вариация функции A = Z(F) всегда обусловлена вариацией окружающей среды и структуры технического изделия;

3. Каждая вариация окружающей среды конструктивно может быть реализована только с помощью вариации структуры;

4. Вариация возможна на всех уровнях абстрагирования при описании структуры.

По сравнению с методом комбинаций уровень абстрагирования данного решения при вариации остается тем же самым. Замена признаков не приводит к конкретизации, но при этом возрастает количество решений. Варьирование относится к числу постоянно используемых конструктором методов, хотя иногда он это делает и несознательно.

Варьирование в широкой мере соответствует особенностям трудовых операций конструктора, связанных с наглядными представлениями решения. Основные методические шаги при варьировании представлены на рис.

Изменения конструкторских решений можно дифференцировать по их области, предмету, признаку. Многочисленные изменения касаются взаимодействия изделий с окружающей средой (расширение области функционирования, новые условия изготовления и т.п.). При этом необходимо проверить, могут ли быть выполнены требования внутри и снаружи изделия с помощью вариации. Во многих случаях конструктивные элементы и связи не могут быть заменены простым способом, а могут быть изменены только относительно выбранного признака (изменение количества, формы, положения, размеров, материалов

Порядок действий при решении задачи по методу вариации

Рис.6

42. «Мозговой штурм». В соответствии с этим методом организуется встреча, участники которой в возможно более непринужденной форме высказывают и обсуждают идеи решения заранее известной проблемы и выбирают из них требуемую.

Различают три этапа практической реализации этого метода.

1. Подготовка. Проблема должна быть заранее проанализирована, подготовлена и сформулирована. Формулировка должна отражать необходимость решения задачи и ее основные краевые условия. Участники (от 5 до 15 человек) отбираются так, чтобы от них можно было ожидать большого числа самых разнообразных предложений решения. Глубокие профессиональные знания от всех участников не требуются. К обсуждению следует привлекать специалистов в различных областях, даже не технических. Участники знакомятся с проблемой до встречи.

2. Проведение. Встречей руководит постановщик проблемы.

При обсуждении Должны соблюдаться следующие правила: фантазия обязательна; чем больше неожиданных предложений, тем лучше; критика запрещена; предлагаемые идеи можно дополнять, комбинировать и варьировать; подтверждений, комментариев и т. д. следует избегать.

Идеи выражаются и протоколируются; в виде ключевых слов. Каждый участник получает протокол, который он может в дальнейшем дополнить. «Мозговой штурм» должен продолжаться не более 30 мин и проходить в непринужденной атмосфере.

3. Оценка. Оценка заключается в критике предложенных решений, которая была запрещена во время встречи. Идеи упорядочиваются, оцениваются; выносится решение о дальнейшей их обработке. При этом необходим углубленный анализ технического содержания идеи. Результаты оценки должны быть еще раз обсуждены с участниками встречи.

Эффективность «мозгового штурма» определяется четкостью разделения процессов поиска идей и критики, правильностью выбора участников, а также целенаправленностью комбинаций и вариаций предложенных идей участниками. Целью таких встреч является не получение готовых решений, а лишь побуждение к творчеству. Многие предложения технически и экономически нереализуемы.

Модифицированной формой «мозгового штурма» является Метод 635, при котором предложения решений подаются в письменном виде. Каждый из шести участников записывает три предложения и передает; их соседу, который каждое из этих предложений развивает, дополняет, изменяет и т. д. Круг замыкается, когда предложения обходят всех участников. При использовании этого метода обработка идей решений производится более систематически. Правда, здесь не используется «спонтанная» активность участников, проявляющаяся в условиях дискуссии.

43. Дельфийский метод использует принцип опроса экспертов. (Дельфы — город в Древней Греции, где задавались вопросы оракулу). К решению проблемы привлекаются специалисты самых различных специальностей. Эксперту в письменном виде представляют свои мнения о проблеме в целом или о заранее оговоренных частных проблемах. При этом они готовят ответы независимо друг от друга. Метод пригоден, прежде всего, для определения направлений развития и подготовки долгосрочных решений, касающихся важных разработок. Выработка решений осуществляется следующим образом:

1. Формулировка проблемы, выбор экспертов, раздача им вопросов, например: Какие решения данной проблемы можно себе представить? При каких условиях решение возможно? Какие воздействия окажет решение проблемы на другие области? Сколько времени и каких затрат потребует решение?

2. Сведение результатов первого круга опроса в один документ, передача его экспертам для дополнения.

3. Систематизация идей в один перечень и передача его экспертам для оценки решений.

4. Оценка разработчиком.

Сбор и оценку данных облегчают целесообразно составленные бланки.

Анализ частот появления различных мнений (при числе экспертов от 10 до 20) о предлагаемых решениях и их оценках позволяет судить о наиболее благоприятных или ожидаемых путях разработки. Особому исследованию должны подвергаться предложения, намного отличающиеся от большинства других.

Дельфийский метод требует много времени, однако может оказать ценную помощь при подготовке важных решений.

44. Синектика — метод замены и объединения различных и кажущихся незначительными понятия. Решения при этом находят с помощью аналогий из областей, лежащих за пределами рассматриваемой проблемной ситуации (в технических областях). Сравнения и ассоциации вначале должны уводить от проблемы. При анализе же и уточнении новой точки зрения относительно исходной проблемы могут возникнуть новые аспекты решения. Синектика в форме «мозгового штурма» с участием нескольких экспертов или в процессе работы одного сотрудника может быть использована следующим образом: поиск подобной, но уже решенной проблемы; разделение процессов поиска идей и критики; запись каждой нестандартной идеи.

При использовании синектики задача решается в следующей последовательности: 1) описание проблемы; 2) изучение проблемы (анализ); 3) отказ от хорошо знакомых решений, поиск аналогий и сравнении из других областей; 4) анализ найденной аналогии; 5) сравнение аналогии с поставленной проблемой; 6) выработка новой идеи на базе сравнения; 7) разработка возможного решения.

Основной задачей является поиск аналогии, которая дает творческий импульс для решения проблемы. В случае технических задач пример решения зачастую можно найти в природе. Например, строение шейного отдела скелета динозавра подсказало идею конструкции антенной мачты высотой 20 м, которая состоит из нескольких частей и может транспортироваться в ранце. Эта мачта, аналогично позвонкам скелета, состоит из колец, которые вставляются друг в друга и крепятся друг с другом (антенна Куликова).

Для обеспечения устойчивости мачт большой высоты было необходимо новое решение. Мысль об оптимальном использовании тросовых оттяжек подсказало крепление паутины. Смещение точек крепления повышает ее устойчивость и обеспечивает передачу усилий в нескольких точках. Однако при современном развитии техники достижимая при этом экономия материалов для крепления не оправдывается дополнительными затратами на это. Следует искать новые принципы крепления, подобные принципам, распространенным в природе. В качестве примеров здесь можно назвать использование присосок (ленточные черви), зацепление небольшими крючочками (репей), приклеивание с помощью специального секрета (насекомые), внедрение в поверхность за счет частичного разрушения (низшие растения) или охватывание предметов (вьющиеся растения).

В биологии конструктор также может найти образцы обеспечения высокой прочности гибких трубчатых конструкций. Эти вопросы изучает бионика.

Поиск решений с помощью фантазии и интуиции требует определенной тренировки. Способности к абстрагированию и поиску нестандартных решений можно развивать, а их реализация на практике может быть стимулирована применением определенных правил работы.

45. Алгоритм решения изобретательских задач

Выбор задачи

1): определить, какова конечная цель решения задачи. 2): проверить, можно ли достичь ту же цель решением «обходной» задачи. 3): определить, решение какой задачи — первоначальной или «обходной» — может дать больший эффект. 4): определить требуемые количественные показатели (скорость, производительность, точность, габариты и т. п.) и внести «поправку на время». 5): уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.

Аналитическая стадия

1): определить идеальный конечный результат (ответить на вопрос: «Что желательно получить в самом идеальном случае?»). 2): определить, что мешает получению идеального результата (ответить на вопрос: «В чем состоит «помеха»?»).3): определить, почему мешает (ответить на вопрос: «В чем непосредственная причина «помехи»?»). 4): определить, при каких условиях ничто не мешало бы получить идеальный результат (ответить на вопрос: «При каких условиях исчезнет «помеха»?»).

Оперативная стадия

1): проверить возможность устранения технического противоречия с помощью таблицы типовых приемов.

2): проверить возможные изменения в среде, окружающей объект, и в других объектах, работающих совместно с данным.3): перенести решение из других отраслей техники (ответить на вопрос: «Как решаются в других отраслях техники задачи, подобные данной?»). 4): применить «обратные» решения (ответить на вопрос: «Как решаются в технике задачи, обратные данной, и нельзя ли использовать эти решения, взяв их, так сказать, со знаком минус?»). 5): использовать «прообразы» природы (ответить на вопрос: «Как решаются в природе более или менее сходные задачи?»).

Синтетическая стадия

1): определить, как должны быть изменены после изменения одной части объекта другие его части.

2): определить, как должны быть изменены другие объекты, работающие совместно с данным.

3): проверить, может ли измененный объект применяться по-новому.

4): использовать найденную техническую идею (или идею, обратную найденной) при решении других технических задач.

Процесс решения изобретательской задачи начинается с ее выбора. В большинстве случаев изобретатель получает уже сформулированное задание. Казалось бы, первые пять шагов алгоритма не могут дать ничего нового. Однако это не так. Нельзя принимать на веру задачи, сформулированные другими. Если бы они были правильно сформулированы, их скорее всего решили бы те, кто впервые их встретил.

В условиях задачи есть два указания: какова цель (чего надо достичь) и каковы пути достижения этой цели (что надо создать, улучшить, изменить). Цель почти всегда выбирается правильно. А пути к этой цели почти всегда указываются неверно. Та же цель может быть достигнута и другими путями.

Пожалуй, это самая распространенная ошибка при постановке задачи. Изобретателя ориентируют на достижение какого-то результата при создании новой машины (процесса, механизма, прибора и т. д.). Внешне это выглядит логично. Есть машина, скажем, М1, дающая результат P1. Теперь нужно получить результат Р2, и, следовательно, нужна машина М2. Обычно Р2 больше P1, поэтому кажется очевидным, что М2 должно быть больше М1.

С точки зрения формальной логики здесь все верно. Но логика развития техники — это логика диалектическая. Она должна учитывать многие факторы — общий уровень технического развития, его перспективные направления, материальные возможности и т. д. и т. п. И естественно, чтобы получить двойной результат, вовсе не обязательно использовать удвоенные средства.

Первый этап творческого процесса имеет целью корректировку исходной задачи. Методика изобретательства вводит понятие идеальной машины, это облегчает правильный выбор задачи.

Конструктор каждой машины стремится к определенному иде­алу и развивает эту идею по своей линии. Но, в конечном счете эти линии сходятся в одну точку — подобно тому, как сходятся у полюса меридианы. «Полюсом» для всех линий развития является «идеальная машина».

Идеальная машина — это условный эталон, обладающий следующими особенностями:

1. Вес и габариты машины должны быть предельно малы.

2. Все части идеальной машины все время выполняют полезную работу в полную меру своих расчетных возможностей.

При анализе очень важно не предрешать заранее, возможен или невозможен тот или иной путь. Это не так просто. Изобретатель невольно выбирает путь, кажущийся ему более реальным. А это, как правило, приводит к малоэффективным решениям.