ПРИНЦИПЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

• На главную
  
  
• Оглавление
  
  
• Введение
  
  
• Заключене
  
  
• Литература
  
  

7. ОСНОВНЫЕ СРЕДСТВА ПОИСКА

7.1. Алгоритмы и эвристики Алгоритм - система формализованных правил, однозначно приводящих к решению поставленной задачи. Эвристики - альтернативные алгоритмы, применение которых зависит от конкретной ситуации, характера решаемой задачи, индивидуальных особенностей и опыта искателя. Эвристики сокращают число вариантов перебора. Схема структурных особенностей алгоритмов и эвристик может быть представлена следующим образом.

	АЛГОРИТМЫ	ЭВРИСТИКИ
	1. Массовость. Общность метода: применимость к множеству однотипных задач.  2. Шаговая структура: расчленение задачи для её решения на подзадачи.
	3. Детерминированность жёсткость, однозначность преобразований. В алгоритме перебора рассматриваются все варианты. 4. Результативность: процесс завершается получением конеч­ного результата.	3. "Не строгие", правдоподобные методы (рассуждения). Сокращают число шагов к достижению приемлемого варианта. 4. Не гарантирует успешного решения задачи, способны "увести в сторону".

7.2. Правила При отсутствии или недостаточной эффективности находящихся в нашем распоряжении алгоритмов и эвристик мы ищем новые технические решения, руководствуясь определенными правилами. Правила, являются по сути обобщениями алгоритмов и эвристик.

7.2.1.Правила рационального мышления Хорошим примером определенной системы правил, полезных для поиска решения в любой области знания, могут служить правила Декарта. У основоположника рационализма, великого философа, физика и математика Рене Декарта есть две работы, посещённые методологии поиска - это "Правила для руководства ума" и "Рассуждения о методе". Восемнадцать правил, изложенных в первом трактате, Р. Декарт обобщил в "Рассуждениях о методе" в четыре, которые является самим средоточием метода Декарта. Первое - никогда не принимать за истинное ничего, что я не познал бы таковым, с очевидностью, иначе говоря, тщательно избегать опрометчивости и предвзятости и включать в свои суждения только то, что представляется моему уму столь ясно и столь отчетливо, что не дает мне никакого повода подвергать их сомнению. Второе - делить каждое из исследуемых мною затруднений на столько частей, сколько это возможно и нужно для лучшего их преодоления. Третье - придерживаться определенного порядка мышления, начиная с предметов наиболее простых и наиболее легко познаваемых и восходя постепенно к познанию наиболее сложного, предполагая порядок даже там, где объекты мышления вовсе не даны в естественной связи. Четвертое - составлять всегда перечни столь полные и обзоры столь общие, чтобы была уверенность в отсутствии упущений. Использование правил в практике поиска новых технических решений требует гораздо большего искусства, чем применение детально разработанных алгоритмов или эвристик. Нужно учитывать, однако, что здесь действует закон обратной пропорциональной зависимости, который может быть сформулирован следующим образом: "чем более, конкретно и подробно изложено правило или программа действий, тем меньше (уже) круг задач, для которых они могут эффективно использоваться". Правила рационального мышления являются, таким образом, основой построения поисковых стратегий. Рационализм Р. Декарта сыграл большую роль в развитии науки и, в частности, методологии научных исследований. Однако сводить все исследуемые явления к простейшим в науке и практике оказалось не всегда возможным.

7.2.2. Правила системного подхода Правила системного подхода были разработаны для исследования и разработки больших систем, однако они могут и должны широко использоваться для решения разнообразных поисковых задач в технике, системный подход предполагает рассмотрение объекта как системы, имеющей многообразные связи между ее элементами. И в этом его основное отличие от традиционных требований классической науки, которые направляют умственную деятельность на отыскание простых элементарных основ всякого объекта, т.е. требуют сведения сложного к простому. Системный подход не дает конкретных рекомендаций в поисковой деятельности, но, являясь не очень жестко связанной совокупностью познавательных правил, помогает найти общее направление поиска, увидеть задачу более полно и глубоко. Основные идеи системного подхода могут быть сведены к следующим правилам: 1. Правило целостности. Свойства системы не сводятся к сумме свойств ее элементов. Из свойств элементов системы нельзя вывести свойства системы. 2. Правило структурности. Систему можно описать путем определения ее структуры. Структура системы - это сеть связей и отношений системы. Существование системы обусловлено ее отдельными элементами и свойствами ее структуры. 3. Правило взаимозависимости системы и среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процесс взаимодействия со средой, являясь активным компонентом взаимодействия. 4. Правило иерархичности. Каждый элемент систем может рассматриваться как система, а сама система - элементом более широкой системы (надсистемы). 5. Правило множественности описания системы. в силу принципиальной сложности системы для ее полного понимания необходимо построение множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь одну из сторон системы. Правила системного подходя ориентируют при поиске новых технических решений на то, чтобы задача рассматривалась не изолированно, а в системе других задач: прямых, обходных, обратных. Чтобы при информационном поиске из поля зрения не выпадали не только задачи, похожие на данную, но и аналогичные задачи, решенные в ведущих отраслях техники. Чтобы при анализе задача рассматривалась и как "подзадача" другой, более широкого класса "надзадачи". Для исследования различных множеств технических объектов и их элементов, для упорядочения различных параметров поисковых задач, наконец, для получении новых идей путем комбинирования известных элементов, очень важно владеть не только правилами рационального мышления и системного подхода, но и основными понятиями и правилами классификации.

7.2.3. Правила классификационного анализа Классифицирование является одним из важнейших компонентов творческой деятельности. Поэтому не случайно морфологический анализ - один из первых методов поиска новых технических решений - основан на кдассифицировании и комбинировании элементов технического решения. Под классификацией в общем виде понимается разбиение множества объектов на подмножества по любым признакам. Классификация содействует движению познания со ступени эмпирического накопления знаний на уровень теоретического знания. Как метод познания классификация является составной частью типологии, включающей в себя помимо классификации систематику, изучающую естественные упорядоченности объектов, и таксономию - учение, о любых классификациях с точки зрения структуры и признаков. Классификацию по типам структур можно разделить на иерархическую и комбинативную (фасетную). Иерархическая классификация может быть изображена в виде - перевернутого "дерева". Узлу, являющемуся "корнем", соответствует наиболее общее понятие - "листья" - самые частные, а узлам разветвлений - остальные понятия, образующие классы элементов множества. В классификации устройств автоматического регулирования и контроля, "корнем" является система - совокупность приборов и устройств, необходимая для выполнения автоматического контроля, регулирования или управления. Система автоматического регулирования состоит из приборов и устройств, являющихся узлами этой классификация. Приборы разделяются на блоки, которые, в свою очередь, делятся на модули, последние состоят из элементов, являющихся "листьми" классификации. Наглядным примером комбинативнои (фасетной) классификации является так называемый, морфологический ящик. Ф. Цвики, предложил использовать комбинативные классификации для поиска новых технических решений, он назвал процедуры такого поиска методом морфологического анализа. Классификация как комбинативная, так и иерархическая по степени отражения природы классифицируемых объектов может быть эмпирической и естественной. Ярким примером естественной классификации служит периодическая система элементов Д.И. Менделеева, которая подытожила накопленные сведения об известных элементах и дала возможность предсказать свойства ещё неоткрытых. Она вскрыла сущность изучаемого класса объектов. Примером эмпирической классификации может служить классификация типа библиотечного алфавитного каталога. В технике по степени отражения природы классифицируемых объектов классификация может занимать одно из положений между эмпирической и естественной. При прочих равных условиях более высокую ценность всегда имеет классификация естественная, однако процесс построения естественных классификаций, как правило, значительно более трудоемок. Строить морфологические матрицы для поиска новых технических решений можно также на двух уровнях: на эмпирическом и естественном. При разработке классификаций на естественном уровне используются два подхода: дедуктивный и индуктивный. В первом случае задаются исходными общие понятия, частные понятия выявляются в процессе расчленения общих. Индуктивный способ построения классификаций начинается с формирования понятий об отдельных частях классифицируемых объектов; эти части, затем объединяются в более общие понятия - классы. Таким образом, при поиске новых технических идей и решений одними из основных средств поиска наряду с алгоритмами и эвристиками являются правила, которые могут иметь общий характер, как например, правила рационального мышления, или более конкретный, как правила классификационного анализа. И те, и другие основываются на использовании определенных законов и закономерностей. 7.3. Закономерности Правила поиска новых технических идей и решений опираются на закономерности двух видов: - закономерности мышления; - закономерности развития техники (существования и развития технических объектов и систем). Примером закономерностей мышления могут служить, в частности, механизмы кратковременной памяти. Наша память, оказывается, в условиях отвлекающей умственной работы имеет очень малую емкость и очень короткую жизнь. Другая закономерность работы памяти это то, что человек одновременно может удерживать в памяти и оперировать не более чем 7 - 2 объектами. Причем эти объекты могут быть просто цифрами или любыми сложными понятиями. Закономерности мышления не дают при поиске новых технических решений конкретных подсказок. Однако знакомство с ними позволяет более глубоко и полно усвоить правила поиска. Так, рассмотренные выше закономерности работы памяти позволяют более наглядно увидеть и понять роль правил классификационного анализа в умственной работе. Классификация позволяет перекодировать и "уплотнить" информацию, содержащуюся в поисковой задаче, и в результате постоянно оперировать в процессе решения понятиями, число которых не превышает возможности памяти. Если, закономерности мышления были предметом внимания еще у древних греков, то закономерности развития техники начали исследоваться сравнительно недавно. В последние годы появились работы, которые могут оказать практическую помощь инженерам при поиске новых технических решений. В этих работах описаны и проиллюстрированы наглядными примерами закономерности, которые могут быть применены как прямые подсказки. А правила и приемы, основанные на этих закономерностях, могут использоваться в форме специализированного информационного обеспечения поисковых работ. Рассмотрим одну такую закономерность. Развитие технических объектов в настоящее время идет в направлении перехода с макроуровня на микроуровень, т.е. если взаимодействие, отдельных элементов, технических объектов и технологических процессов в начале их развития происходит на уровне отдельных механических деталей и узлов, то в дальнейшем оно переходит на уровень взаимодействия молекул, атомов, ионов. 7.4. Программы При поиске новых технических решений мы используем, как правило, программы действий - комплексы, включающие конкретные правила и элементы алгоритмов и эвристик. Компактным примером такого рода смешанной программы может служить программа решения математических задач, предложенная Д. Пойа. Программы по универсальности, подобное программе Д. Пойа для решения всех видов технических задач, нет, да и не может быть. Так как технические задачи слишком разнообразии по своим информационным структурам, программы поиска разработаны только для определенных классов задач. Так, для решения изобретательских задач Г.С. Альтвуллером разработана программа поиска, названная им "Алгоритм решения изобретательских задач" (АРИЗ). Известны программы для решения научно-исследовательских задач, разработанные в Институте кибернетики Грузии под руководством В.В. Чавчанидзе. Р. Коллером предложена программа решения конструкторских задач, В.М. Одриным и С.С. Картавовым - программа морфологического анализа. Подводя итоги рассмотрению основных средств поиска как компонента методологии поиска новых технических решений, необходимо отметить, что алгоритмы и эвристики, правила и программы действий, основанные на закономерностях мышления и развития техники, являются фундаментом для построения оптимальных поисковых стратегий. Но в то же время для эффективного повышения продуктивности поисковой деятельности важно уметь использовать и другие компоненты, которые будут рассмотрены ниже. 8. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА НАСТРОЙКИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТВОРЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

8.1. Необходимость настройки Деятельность современного инженера и особенно разработчика новой техники носит преимущественно рациональный характер. В инженерной среде бытует мнение, что эмоциональное и физическое состояние человека при этом прямого отношения к делу не имеет, что голова и тело связаны весьма относительно. Однако производительность нашего умственного труда, в том числе и поисковой деятельности, может быть, не в меньшей степени зависит от состояния нашего тела, чем от тех алгоритмов, по которым, мы решаем задачи. Влияние эмоций на эффективность деятельности каждого человека индивидуально, в частности, у каждого из нас свой оптимальный уровень эмоционального возбуждения. Под уровнем эмоционального возбуждения понимается определенная степень волнения, в котором находится человек. Если волнение велико, говорят об очень высоком уровне эмоционального возбуждения. Когда же наступает успокоение, констатирует, что уровень эмоционального возбуждения упал. При выходе на оптимальный уровень эмоционального возбуждения в организме наступают весьма полезные изменения. В частности, многие элементы поведения автоматизируются и уже не требуют специального осмысления. Самопроизвольно более устойчивым и в то же время более мобильным становится внимание, легко проходят процессы понимания и запоминания. При этом люди с низким оптимальным уровнем эмоционального возбуждения тяготеют к работе в уединении в тишине. А человеку с высоким уровнем оптимального эмоционального возбуждения постоянно нужны внешние возбудители для эффективной работы. Инженеру, занятому разработкой и совершенствованием новой техники, приходится заниматься различными видами умственной работы, которые требуют различных уровней эмоционального возбуждения. Например, при поиске новых технических идей методом мозговой атаки участникам группы генераторов необходимы острота реакции свободное фантазирование и "подвижность" мысли, а такая умственная работа, как правило, происходит лишь в состоянии несколько повышенного эмоционального возбуждения. А участникам группы экспертов при последующем анализе идей необходимо быть внимательными, спокойно и доброжелательно рассматривать всё, в том числе и "несерьезные" предложения, выдвинутые группой генераторов, этот вид умственной работы требует относительно пониженного уровня эмоционального возбуждения. Наряду с эмоциональными факторами на эффективность интеллектуального труда большое влияние оказывает и физическое состояние человека. Многочисленные опыты показывают, что в большинстве случаев умеренная, привычная, выполняемая автоматически физическая деятельность повышает умственную работоспособность. Существует тесная связь умственной деятельности с процессами дыхания. С помощью регулирования дыхания можно влиять и даже в известной мере управлять своим вниманием. Не случайно у йогов создана даже целая школа дыхания. Заметное влияние на активность умственной работы оказывает питание. Учет влияния питания как фактора активизации полезен и инженерам. Современная наука расширила и углубила наши знания о средствах психофизиологической активизации, и в настоящее время они широко и эффективно используются во многих областях умственной и физической работы. Различные элементы психофизиологической активизации используются в системе К.С. Станиславского для работы актера над собой; моряками дальнего плавания, летчиками и космонавтами в аутогенной тренировке; при обучении быстрочтению. Находят некоторое применение элементы психофизиологической активизации и в современных методах поиска новых идей и решений. Так, в разработанной под руководством академика АН Грузии В.В. Чавчанидзе методе ИПИД повышение эффективности поиска новых идей обеспечивается, в частности, путем создания особой приподнятой, интеллектуально свободной, эмоционально не перенапряженной творческой атмосферы в рабочем помещении, путем формирования обстановки, в которой, участники генерации идей не спешат и не испытывает затруднений в удовлетворении ординарных привычных потребностей. Следует отметить также, что элементы психофизиологической активизации содержат и некоторые рациональные методы поиска, основанные, казалось бы, на использовании чисто логических средств. Так, алгоритм решения изобретательских задач, само название которого подчеркивает его опору на логику, включает в себя так называемый оператор РВС ( размеры, время, стоимость). Оператор состоит из мысленных экспериментов, помогавших преодолеть привычные представления об объекте или процессе. Предлагается мысленно изменять размеры поискового объекта от заданной величины до нуля. И затем от заданной величины до бесконечности (до максимально мыслимых размеров). При этом в процессе "раскачки" размеров строятся модели решения (нужно отвечать на вопрос: "Как теперь решается задача?"). Затем аналогичные мысленные эксперименты проводятся с двумя другими параметрами - временем протекания процесса и стоимостью. Оператор РВС, "раскачивая" представление об объекте, расширяет поле поиска. Но одновременно оператор РВС дает как бы целую гирлянду песчинок, на которых воображение может выращивать жемчуг ассоциаций. Оператор независимо подключает к процессу поиска подсознание. Во всяком случае, именно при использовании оператора РВС, как показывает практика, наиболее часто решение возникает вдруг, как бы само собой, обгоняя логику алгоритма. Однако в целом элементы психофизиологической активизации используются искателями новых технических решений менее широко и разнообразно, чем в других видах умственной и физической деятельности. А резервы в этой области большие. Информационная емкость мозга безгранична. Если бы человек мог полностью использовать её, то это позволило бы ему овладеть шестью иностранными языками, усвоить программу трех высших учебных заведений и запомнить все, 100 тысяч статей Большой Энциклопедии. Нe случайно многие психологи считают, что человек использует возможности своей памяти в жизни только на 30-40%. Таким образом, в современных условиях, с одной стороны, обострилась потребность в средствах настройки и регулирования творческой активности, а с другой, - уже сформировались все необходимые предпосылки, для их эффективного иcпользования. 8.2. Классификация методов и средств настройки Как всякая сложная система, система средств настройки и регулирования творческой активности классифицируется по следующим основным признакам: 1) по сфере воздействия на человека: - психологические; - физиологические; - комплексные (психофизиологические). В свою очередь средства психологической настройки могут быть разделены на средства развития творческого воображения и средства активизации памяти. Однако при общем рассмотрении видов настройки достаточно ограничиться указанным укрупнённым членением: 2) по типу участников: - индивидуальные; - коллективные. Так, в методе мозговой атаки при проведении сессии используется коллективная форма психологический настройки, хотя, конечно, отдельные участники сессии могут использовать дополнительно и индивидуальные формы настройки, например, аутогенную тренировку: 3) по продолжительности действия: - краткосрочные; - долгосрочные; - смешанные. Например, система физических упражнении, способствующих активизации умственной деятельности, может быть отнесена к классу краткосрочных настроек. А упражнения и задачи, развивающие память, - к числу долгосрочных. Хотя, конечно, гранича между различными классами настройки по этому признаку, может быть достаточно условной. В первом приближении, можно считать, что кратковременная настройка - это настройка разового действия, а долгосрочная - многократного. Следует иметь также в виду, что некоторые методы настройки могут использоваться в качестве и краткосрочных, и долгосрочных, и смешанных. Например, аутогенная тренировка может использоваться для приведения в активное творческое состояние. В этом случае она применяется как краткосрочная настройка, но систематические занятия аутогенной тренировкой позволяют развивать определенные качества, например, устойчивость внимания, в этом случае аутогенную тренировку можно рассматривать как долгосрочную настройку. Если аутогенная тренировка используется одновременно для достижения обеих мелей, её можно рассматривать как смешанную настройку; 4) по способу осуществления: - управляемые (осуществляемые сознательно); - непроизвольные (самопроизвольные). Так, психологическую коллективную кратковременную настройку при проведении сессии мозговой атаки можно отнести к числу самопроизвольных. Аутогенная тренировка - пример управляемой настройки; 5) настройки могут иметь различные источники: - внутренние (самонастройка); - внешние. Например, перевод в необходимое для творческого поиска состояние может быть осуществлен с помощью гипноза - внешняя настройка и с помощью аутогенной, тренировки - внутренняя настройка. Общую картину видов настройки можно наглядно представить в виде морфологического анализа, показанного на рис.6. Рассмотрим более подробно одни из методов настройки и регулирования творческой активности, который с учетом принятых в морфологическом ящике обозначений может быть определен как комплексный - A3, индивидуальный - Б1, кратковременный (но может быть и долговременным) - В1(В2), управляемый - Г1, внутренний -Д1.

	Индекс признака	Классификационный признак	Варианты значений признака
			1	2	3
	A	Сфера воздействия	психологи-ческие	физиологи ческие	комплекс- ные
	Б	Число участников	Один (индии-видуальные)	много (кол-лективные)
	В	Продолжительность	краткосроч ные	долгосроч-ные	смешан- ные
	Г|	Способ осуществления	управляемые	непроиз-вольные
	Д	Источник воздействия	внутренние	внешние

Рис. 6. Морфологический ящик видов настройки и регулирования творческой активности В литературе этот метод известен под названием аутогенной тренировки. 8.3. Аутогенная тренировка как метод настройки Термин аутогенная тренировка происходит от греческих слов ауto - сам и genau - рождаю. Первоначально аутогенная тренировка использовалась в качестве психотерапевтического метода лечения, сочетающего элементы самовнушения и саморегуляции нарушенных функций внутренних органов, моторики (движений) психики, тренировкой этих функций. Аутогенная тренировка, возникшая как средство лечения, вышла из рамок медицины. Спортсмены применяют её разновидность под названием психорегулирующей тренировки. Некоторые варианты применяются в педагогике, в работе с подростками, при изучении иностранных языков и так далее. Механизмы действия AT основаны на использовании четырех основных компонентов, которые входят в систему психофизиологических процессов, постоянно происходящих в организме человека. Первый компонент - тренировка умения удерживать свое внимание на избранном объекте. Сначала этот объект - свой собственный организм и его отдельные части. Затем это умение может быть использовано в чисто поисковых целях (наглядно и полностью представить себе технический объект или технологический процесс). Второй компонент - развитие способности максимально ярко представлять в своем сознании содержание формул самовнушения. Если, предположим, произносится формула " Мои руки теплые", то в это время в результате тренировки способности к образным представлениям должен возникнуть соответствующий яркий зрительный образ и одновременно четко выраженное ощущение тепла в руках(подобное, например, тому, которое возникает при погружении рук в теплую воду). Третий компонент - умение предельно - расслаблять мышцы лица, рук, ног и туловища, т.е. умение выключать свои скелетные мышцы из напряжения, снижать их тонус и таким путем уменьшать поток нервных импульсов, идущих от мышц в центральную нервную систему, в головной мозг. Чем больше - расслабляются скелетные мышцы, тем ниже уровень бодрствования головного мозга, тем лучше успокаивается нервная система, тем меньше и эмоциональное напряжение. Возникающее одновременно с расслаблением мышц ощущение тепла тоже способствует успокоению нервной системы. В результате уровень бодрствования головного мозга снижается настолько, что человек оказывается в сноподобном состоянии. В этом состоянии возникает повышенная внушаемость и слово, как, воздеяствующий фактор, начинает действовать значительно сильнее, чем обычно. Четвёртый компонент - тренировка умении воздействовать на самого себя нужными словесными формулами в момент наступления сниженного уровня бодрствования. Слово при этом обретает способность регулировать вегетативные функции, которые, как известно, в обычном бодрствующем состоянии не подчиняются волевым усилиям. От состояния же вегетативной нервной систем, определяющей деятельность сердца и других внутренних органов, во многом зависит эмоциональный тонус человека. Аутогенная тренировка дает возможной человеку произвольно снять с себя нервное напряжение, чувство беспокойства или тревоги, например, перед экзаменом или публичным выступлением. Путем такой тренировки можно научиться быстро засыпать и просыпоться в заданное время, изменять ритм сердечной деятельности, глубину и частоту дыхания, повысить или понизить температуру тела oт 0,5 до 2°С. Аутотренинг направлен на то, чтобы человек был способен контролировать своим сознанием физиологические процессы, происходящие в организме, воспитывать внимание, развивать и укреплять силу воли, управлять своими чувствами, настроением и действиями. При глубоком овладении, аутогенная тренировка может быть использована непосредственно в процессе поиска новых технических решений. 8.4. Взаимосвязь основных средств поиска (рациональных) и средств настройки (иррациональных) Подводя итоги рассмотрения основных (рациональных) средств поиска и средств настройки и регулирования творческой активности искателя (индивидуального и коллективного), можно представить его в виде системы, включающей "прозрачный" и "черньй" ящики (рис.7). в прозрачном ящике происходит обработка параметров задачи, основанная на применении рациональных методов поиска. В черном ящике совершается часть процессов поиска, неподотчетных сознанию. Настройка и регулирование творческой активности может осуществляться как путем включения в рациональные средства поиска некоторых элементов, действующих на подсознание, так и прямым воздействием на подсознание (создание соответствующей обстановки).
Рис. 7. Взаимодействие искателя со средствами поиска и активизации Можно рассматривать искателя как самоорганизующуюся систему, включающую оба ящика и обеспечивающую оптимальный выбор методов и средств, в зависимости от своих возможностей и типа решаемой задачи.