Технология решения изобретательских задач и ее значение легче могут быть поняты после ознакомления с историей развития изобретательства и технических систем. Изобретательство — один из древнейших видов деятельности и, пожалуй, самый консервативный по своей методике. Как в древности, так и в наше время, абсолютное большинство изобретателей применяют метод проб и ошибок, заключающийся в последовательном переборе различных идей. Правил поиска нет, и решение находится случайно. Нет также и правил первоначальной оценки пригодности идей. До последнего времени длительная история развития изобретательства и инженерного творчества характеризовалась попытками улучшения метода проб и ошибок.
Ассоциативные методы, позволяющие систематизировать поиск новых решений, известны давно. На ассоциации основан применяемый сознательно (известный еще Аристотелю) универсальный прием творческого поиска — по аналогии, под которой понимается сходство каких-либо отдельных признаков различных объектов или решений. Аналогия позволяет на основе представления о свойствах одного объекта сделать предположения, относящиеся к другому.
Единой сформировавшейся науки о творчестве еще нет, хотя потребность в ней ощущается остро. Знания о творчестве рассматриваются многими науками, в том числе философией, психологией, науко- и искусствоведением, кибернетикой, информатикой. В каждой их них свое видение и методы, но рекомендаций по активации творчества мало, нерешенных вопросов множество. Философы и ученые других областей знаний уже в древности пытались определить закономерности творческого мышления. Разработку учения об эвристических методах начал еще древнегреческий философ Сократ. Он ставил цель преподавать не готовую систему знаний, а метод, с помощью которого можно создавать систему. Наводящими вопросами он стимулировал пробуждение скрытых творческих способностей людей и создание ими продуктивных идей. Метод назывался майотикой Сократа, что дословно означает «акушерское искусство».
Архимеду принадлежит подробное учение о методах рассмотрения и решения задач. С помощью упрощенных представлений (моделей) он выдвигал и обосновывал гипотезы. В труде «Стомахион» он описал способы создания отдельных технических объектов из уже известных элементов. Термин «эвристика» (от легендарного возгласа Архимеда «Эврика!» — «Нашел!») ввел древнегреческий математик Папп Александрийский в III в. н.э. Под этим названием он объединил методы решений математических задач, отличные от чисто логических. Упадок античных наук привел к забвению на многие века и некоторых начал эвристики.
Только в XVI-XVII вв. в трудах Г. Галилея и Ф. Бэкона возродились эвристические подходы в науке. Первым попытался описать логику создания изобретения инженерного сооружения Г. В. Лейбниц (XVII-XVIII вв.). Он призывал пользоваться разумом так, чтобы «оценивать не только явное, но также и изобретать, открывать скрытое».
В дальнейшем изобретательство совершенствовалось в трудах X. Вольфа (XVII-XVIII вв.), чешского математика и философа Б. Больцано (XVIII-XIX вв.) и в работах российского инженера-патентоведа П. К. Энгельмейера (начало XX в.).
До конца XIX в. темпы технического прогресса были таковы, что метод проб и ошибок в изобретательстве обеспечивал спрос на новые разработки. Примером высочайшего уровня использования этого метода была деятельность великого американского изобретателя Томаса Эдисона, обладавшего колоссальной работоспособностью. Он создал творческий коллектив, обеспечивающий перебор огромного количества вариантов, поделив поле поиска на участки, компенсируя этим недостатки метода проб и ошибок.
Психологи пытались в экспериментах воспроизвести процесс решения творческих задач, но обычно для этого использовали головоломки и загадки, а не изобретательские задачи. Психологи-бихевиаристы основной упор делали на поведение человека и констатировали чисто внешние признаки процесса решения. Гештальт-психология, охватывая проблемы достаточно целостно, объясняет творчество следующим образом: человек создает мысленный образ (Gestalt) объекта, перестраивает его, меняет связи между элементами до тех пор, пока неожиданно не возникает новое решение, удовлетворяющее поставленной цели. Но ответа на то, как рождается новое решение, не найдено.
В настоящее время — быстрого совершенствования технологий и техники, а также ужесточения требований к их экологичности метод проб и ошибок, по сути, обеспечивавший совершенствование технологий и техники в течение многих веков, перестал удовлетворять. Действительно, опыт свидетельствует, что решение простых задач доступно многим и неважно, с какой попытки будет достигнут результат — третьей или пятнадцатой, но, когда для сложной задачи требуются тысячи вариантов? Иногда решение очень сложной задачи может оказаться очень простым. Или человек, решивший оригинально и просто одну проблему, не может найти решение другой.
Метод проб и ошибок не только неэффективен при решении сложных задач, но и затрудняет их постановку, не позволяет одновременно увидеть значимые проблемы, отодвигая их решения на десятилетия, а иногда и на столетия. Этот метод субъективен. Даже при решении одинаковых задач разные люди по-разному ищут решения и по-разному ошибаются, но общим является очень малая вероятность выхода на оптимальное наиболее эффективное решение.
В последнее время появилось много способов интенсификации изобретательской деятельности, которые можно объединить в две группы. К первой относятся специальные психологические методы, позволяющие избежать инерционности в направленности поиска. При этом создаются вероятностные ситуации, активизирующие ассоциативные способности человека и увеличивающие не только число проб, но и число направлений поиска. Наиболее известны из них: мозговой штурм и синектика. Ко второй группе относятся методы, позволяющие систематизировать перебор вариантов, увеличить их число, исключить повторы и постоянный возврат к одним и тем же идеям. Сюда относятся морфологический анализ и метод контрольных вопросов. Особое место занимает ТРИЗ. В основе последнего лежит постулат: технические системы развиваются по объективным законам — эти законы можно выявить и сознательно использовать для решения изобретательских задач. Но необходимо также фундаментально овладеть естественными законами, знание которых, с одной стороны, позволит существенно повысить эффективность разработок, а с другой,— выдерживать принцип «не навреди» Человеку, Природе и рукотворной окружающей среде.
Мозговой штурм, созданный в конце 30-х гг. А. Осборном (США) имеет ряд модификаций: групповое решение задач, концентрация идей, массовая мозговая атака и др. Основная идея — отделение генерирования новых идей от их оценки путем запрета критики, что позволяет высказывать смелые идеи, не боясь насмешек, отрицательного отношения руководства и коллег. Поощряется любая идея, в том числе и шуточная, и явно нелепая. Обычно в группу включаются 6-8 человек, склонных генерировать идеи. Руководители не включаются. Создается непринужденная обстановка. Идеи стенографируются или записываются на магнитофон, а затем передаются группе экспертов для оценки и отбора. За час группа из 8 человек может выдвинуть 50-60 идей, из которых 1-2 могут оказаться эффективными.
Мозговой штурм, как показал опыт его применения, эффективен, когда ведущий имеет большой опыт решения задач, владеет техникой общения, обладает личным обаянием, остроумием и многими другими качествами. Но и в этом случае успешно решаются относительно несложные задачи. Наибольшие успехи достигались при решении управленческих задач.
Метод синектики разработан в 50-е гг. У. Гордоном (США). В основе лежит мозговой штурм, проводимый профессионалами со значительным опытом такой работы. Синектика допускает конструктивную критику. Обучение синекторов возможно только на практике. Большинство синекторов прекращали свою деятельность через несколько лет, возможно, из-за разрушающего влияния метода на нервную систему.
Применяется обратный штурм, который поощряет критику, потому что только так можно выявить недостатки кажущейся «благополучной» идеи, конструкции или другой разработки.
Усиление «растормаживания» людей и избегание привычных, а потому часто бесплодных ассоциаций возможно, если взглянуть на объект под необычным углом. Это достигается в методе фокальных объектов, предложенном в 1926 г. Э. Кунце (Германия) и Ч. Вайтингом (США). Совершенствуемую техническую систему держат как бы в фокусе внимания, перенося на нее свойства других, не имеющих к ней никакого отношения объектов. Получающиеся необычные сочетания стараются развивать путем свободных ассоциаций. Наибольший эффект достигался при поиске новых возможностей выпуска товаров народного потребления для решения задач рекламы. Может быть применен и для тренировки творческого воображения при обучении изобретательству.
Морфологический анализ создан швейцарским астрофизиком Ф. Цвикки, предсказавшим с помощью этого метода существование нейтронных звезд. Сущность морфологического анализа заключается в стремлении систематически охватить все (известные или хотя бы главнейшие) варианты структуры совершенствуемого объекта. В совершенствуемом объекте анализируются характеристики и основные узлы или элементы, для которых составляется перечень возможных исполнений; выбираются наиболее интересные их сочетания. Удобнее всего выполнять анализ с помощью многомерной таблицы, называемой морфологическим ящиком, в котором выбранные характеристики или элементы играют роль осей. Основным недостатком метода является чрезвычайно большое количество возможных комбинаций. Так, например, если на 10 основных осях рассмотреть по 10 вариантов, то число возможных комбинаций составляет 1010. Варианты могут быть получены на ЭВМ. Но среди этой массы, в основном слабых, а иногда вообще бессмысленных сочетаний, очень сложно найти единственное «сильное» решение. Данный метод эффективен для несложных систем с малым числом комбинаций или когда нужно найти эффективные способы реализации уже найденного решения.
Повысить эффективность поиска можно, если заранее сформулировать наводящие вопросы (метод контрольных вопросов).
Все упомянутые методы, разработанные изобретателями-практиками, повышали эффективность практической изобретательской деятельности, но не отвечали на вопрос, как появляются новые идеи. Не добились успеха в этом вопросе и ученые-психологи, исследующие творчество.
Необходим был другой подход. В его основу было положено изучение технических систем, их развития, а также историко-технические материалы, прежде всего патентного фонда. Изучение этих материалов показало, что жизнеспособны изобретения, изменяющие исходную систему в соответствии с законами развития технических систем. Знание этих закономерностей позволяет резко сузить зону поиска, заменив угадывание научным подходом. Практически единственной, основанной на этом подходе методологией поиска новых решений, является ТРИЗ, обеспечивающая положительные результаты, доступная для массового применения и не влияющая вредно на психику. Основными механизмами ТРИЗ являются алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) и система стандартов на решение изобретательских задач. В ТРИЗ имеются свои методы и приемы, основным из которых считается вепольный анализ (ВЕщество — ПОЛе). Веполь — это минимальная модель технической системы, отражающая самые основные элементы, например, изделие, инструмент и энергию (поле), необходимую для воздействия инструмента на изделие. Модель сложной системы сводится к сумме веполей, но для эффективного использования ТРИЗ необходимы универсальные целостные знания на фундаментальном уровне, что не дается традиционным высшим образованием. Наверное, это является основным препятствием для массового внедрения ТРИЗ. Широта знаний на уровне понимания сущности позволяет быстро и комплексно оценить взаимосвязи и найти оптимальное решение, обеспечивающее существенное повышение эффекта по сравнению с решениями, найденными методами проб и ошибок. Интересно, что такое эффективное решение может широко использоваться в различных системах и других областях техники.
ТРИЗ может рассматриваться как углубление функционально-физического анализа систем. Максимальная эффективность может быть достигнута там, где использование ТРИЗ носит не эпизодический характер, а охватывает весь цикл производства — от проектирования нового изделия до его модернизации. Такой подход реализуется в рамках системы функционально-стоимостного анализа (ФСА). Суть ФСА заключается в следующем: применение системного подхода для выявления, по возможности, всех излишних затрат (трудо-, энерго-, материалоемкость и т. д.) в существующих или проектируемых технологиях или устройствах; применение методов инженерного творчества, направленных на повышение функциональных характеристик и снижение затрат всей системы; четкая эффективная организация работ. Этот перечень подчеркивает многоплановость инженерного творчества.
