"АЛГОРИТМ ИЗОБРЕТЕНИЯ" - читать интересную книгу автора (АЛЬТШУЛЛЕР Г. С.)ПРОЦЕСС ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОГО ТВОРЧЕСТВАСтруктурная схема –й Найдена но- Найден новый ме- Получены новые Найден новый Созданы ног Изменена вся вая проблема тод данные, относящие- принцип вые конструк- система, в кото- ся к проблеме тивные принци- рую вошла по- пы вая конструк- ция 4-й Найдена но- Найдена новая Получены новые Найдено новое Создана но- Конструкция вая задача поисковая концеп- данные, относящие- решение вая конструк- применена по- ция ся к задаче ция новому 3-й Изменена ис- Поисковая кон- Собранная инфор- Изменено нз- Изменена не- Внедрена но- ходная задача цепция изменена мация изменена вестное решение ходная конст- вая конструкция применительно к применительно к рукция условиям задачи условиям задачи 2-й Выбрана одна Выбрана одна Собраны сведе- Выбрано одно Выбрана одна Внедрена мо-из нескольких поисковая концеп- ния из нескольких решение из из нескольких дификация го- задач ция нз нескольких источников нескольких конструкций товой конструк- ции 1-й Использована Использована го- Использованы Использовано Использована Внедрена го- готовая задача товая поисковая имеющиеся сведе- готовое решение готовая конст- товая конструк-концепция ния рукция ция Этапы Выбор задачи Выбор поисковой Сбор информа- Поиск идеи Развитие идеи Внедрение концепции • ции решения в конструкцию • Пер вый уровень Авторское свидетельство Jft 157356: «Защитный колпак к баллонам для сжатых, сжиженных и растворимых газов, отличающийся тем, что, с Взята готовая задача (призыв к экономии металла содержится в любом темнике). Использованы готовая поисковая концепция (надо заменить металл чем-нибудь подешевле) и готовое решение (выполнить колпак из пластмассы). Никакой специальной информации собирать не пришлось (пластмассовые колпаки широко применяются в термосах). Конструкция тоже готовая (ребра жесткости на внутренней поверхности колпака) и потому не требующая доводки при внедрении. Авторское свидетельстве Jft 262335: «Сифон Чтобы трубка не опускалась Второй уровень Авторское свидетельство JA 210662: «Индукционный электромагнитный насос, содержащий корпус, индуктор и канал, отличающийся тем, что, с целью упрощения запуска наЛса, индуктор выполнен скользящим вдоль оси канала насоса». Электромагнитный насос известен давно - это тру- ба и индуктор (электромагнит), выполненный в виде кольца, охватывающего трубу. В рабочем положении конец трубы опущен в металл, а индуктор находится выше уровня металла. Но для запуска насоса нужно сначала втянуть металл до уровня индуктора, и тут возможны различные Это изобретение второго уровня: стадия Третий уровень Авторское свидетельство № 163487: «Способ перекрытия светового пучка с использованием взрывного затвора, например при скоростной киносъемке, отличающийся тем, что, с целью многократного использования одного и того же прерывателя светового пучка, взрыв или искровой разряд производят в жидкости, помещенной между двумя защитными стеклами так, чтобы ее свободная поверхность в спокойном состоянии касалась светового канала оптической системы». Известный способ взрывного перекрытия светового пучка состоит в разрушении стекла. Понятно, что при этом прерыватель может быть использован только один раз. Изменение агрегатного состояния прерывателя обеспечивает появление нового качества: жидкостный прерыватель может быть использован многократно. Стадии Среди изобретений третьего уровня много таких, в которых новый эффект достигается изменением агрегатного состояния. Авторское свидетельство № 256956: «Способ удаления внутренностей у рыбы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества зачистки брюшной полости, внутренность намораживают на охлаждаемый элемент, имеющий температуру от -5 до -50°С». Четвертый уровень Авторское свидетельство № 163559: «Способ контроля породоразрушающего инструмента, например буровых долот, отличающийся тем, что, с целью упрощения контроля, в качестве сигнализатора износа применяют монтируемые в тело долота ампулы с резко пахнущими химическими веществами, например с этилмеркапта-ном». Это изобретение четвертого уровня: здесь предлагается новый («запаховый») способ контроля, а не совершенствуется старый. Авторское свидетельство № 187135: «Система испарительного охлаждения электрических машин, отличающаяся тем, что, с целью исключения необходимости подвода охлаждающего агента к машине, активные части и отдельные конструктивные элементы ее выполнены нз пористых порошковых сталей, пропитанных жидким охлаждающим агентом, который при работе машин испаряется и таким образом обеспечивает кратковременное интенсивное и равномерное ее охлаждение». Обычные системы охлаждения действовали извне - и потому были громоздкими и неэффективными. В авторском свидетельстве № 187135 впервые предложено заранее запасать хладоагент внутри металла. Пятый уровень Авторское свидетельство № 70000: «Способ получения порошков металлов, сплавов и других токопроводя-щих материалов, отличающийся тем, что, с целью использования при замыкании цепи электродинамических сил для вырывания из электродов порций диспергируемого материала и выбрасывания их в окружающую среду, подлежащие диспергированию материалы включены в качестве электродов в цепь электрического колебательного (разрядного) контура, который настроен так, что он работает в области искрового разряда (в области нестационарного электрического разряда)». С этого изобретения началась вся история электроискровой обработки материалов. * * * Конечно, стадии н»ровни мог^т быть детализированы. Однако качественные отличия между уровнями намного важнее количественных отличий в пределах одного уровня. Поясним это аналогией. Невозможно изучать вещество, например воду, «вообще» Существуют качественно отличные «уровни» воды - лед, жидкая вода, пар. Это вещества с разными свойствами, они (вещества) подчиняются разным закономерностям. Конечно, существуют отличия и в пределах одного уровня: вода при 4° отличается от воды при 99°, а пар при температуре закрнтиче-ской отличается от пара с докршической температурой. Но при структурном анализе (во всяком случае, на его первом этапе) внутриуровневые отличия не играют существенной роли. Вероятно, у читателя уже возник вопрос: а каково соотношение между количествами изобретений первого и, например, пятого уровней? Я проанализировал изобретения по 14 классам за 1965 и 1969 годы. Анализ дал следующее соотношение (%): 1-й уровень… 32 2-й уровень… 45 3-й уровень… 19 4-й уровень…Менее 4 5-й уровень…Менее 0,3 Следовательно, 77% зарегистрированных (признанных) изобретений фактически представляют лишь новые конструкции В принципе каждый инженер должен уметь делать изобретения на двух первых уровнях. В этом диапазоне не приходится иметь дело с выработкой новых задач, новых технических идей и т. д, для успешной рабо* ты достаточны те знания и навыки, которыми обязан обладать каждый современный инженер. С другой стороны, высшие подуровни пятого уровня связаны с использованием новых открытий Для современного изобретательского творчества типичен1, таким образом, диапазон третьего уровня до середины пятого уровня. Количественно это менее !Д регистрируемых изобретений Но именно эти изобретения обеспечивают к-ачествениос изменение техники. 1 В творческом, а не в юридическом (патентном) понимании. Разницу между уровнями (на стадии Психологи довольно точно,разобрались в механизме мыщления на первом и втором уровнях (поскольку этог механизм, на отличается от.^творческого мышления)., идет перебор вариантов, негодные варианты отбрасыва-юхея, каждый отброшенной вариант проясняет задачу, перестраивая ее условия. Трудности для традиционной психологии возникают^ при раскрытия уедавдзмд творчества на более высоких уровнях. Теоретически число подлежащих перебору вариантов очень велико, но не вызывает никаких сомнений, что изобретатель не перебирает их все подряд, а каким-то образом сужает число проб и ошибок: из Г00000 возможных проб изобретатель эвристически выделяет «участок», скажем, со 100 пробами Решающее значение имеет механизм этого выделения, дальше действует обычный перебор. Вся эвристика (в значительной Мере и психология творческого мышления) построена на надежде выявить механизм перехода от 100000 вариантов к 100 Эксперименты в этом направлении столь же стары, как и сама эвристика И столь же безрезультатны. Ошибочно исходное положение Никаких эвристических механизмов перехода от «большого поискового поля» (сотни тысяч попыток) к «малому, но нужному участку» (сотни попыток) ие существует Хотя задачу, требующую 100 000 проб, изобретатель действительно решает всего 100 пробами Кажущееся противоречие объясняется тем, что психологи рассматривают действия одного человека, а задачи высших уровней решаются последовательными усилиями многих людей. Представим себе, что клад спрятан в поле площадью 100 000 м2. В течение нескольких поколений последовательно на поле работали 1000 человек. Каждый вел раскопки на участке в 200 м 2 (участки часто перекрывают друг друга). Постепенно выяснились области, где бесполезно копать, но все равно там копали… Наконец появляется 1001-й искатель. Он уже знает, где заведомо не надо копать - за полвека это выяснили его предшественники. Он выбирает некопаный участок - и находит клад. Тут появляется психолог: «Скажите, как вам удалось найти клад с такого небольшого числа попыток?» А ведь все просто: остальные участки были раскопаны, полувековая работа сузила громадное поисковое поле до скромного участка. В качестве конкретного примера рассмотрим изобретение компактного вариатора. Вариатор - бесступенчатая коробка передач. Возможность плавного регулирования числа оборотов исключительно важна для машиностроения и ряда других отраслей техники. Поиски наилучшего вариатора ведутся во многих странах с начала XX столетия. С 1945 года над этой проблемой работал изобретатель Е. И. Пирожков под руководством доктора технических наук Г. Г. Баранова. Ранее Е. И. Пирожков изобрел небольшой гидравлический вариатор (а. с. № 70842). Таким образом, налицо идеальные условия: действует человек, уже имеющий изобретательский опыт, а за его действиями следит известный ученый. Как же протекала работа? Вот ее описание, взятое из журнала «Изобретатель и рационализатор» (№ 7, 1969 г.): «Было выполнено несколько серьезных научно-исследовательских работ. Изучено колоссальное количество отечественной и зарубежной литературы. По «косточкам» разобраны конструкции практически всех вариаторов и выявлены сильные и слабые стороны каждого. Это был титанический, не прекращающийся ни на один день труд. Несмотря на успех своего изобретения, Пирожков понял, что гидравлические передачи так же, как и пневматические и электрические, страдают одним существенным недостатком, исправить который нельзя… …Среди специалистов мало кто обращал внимание на фрикционные передачи. Многих отпугивали их бью- щие в глаза недостатки. Например, вариаторы, работающие всухую, очень ненадежны… фрикционные тела проскальзывают… приходится очень сильно сжимать контактирующие пары. Силы, возникающие при этом (до нескольких десятков тонн!), быстро разрушают валы и подшипники. Интересно также, что в свое время считалось, будто колеса паровоза и рельсы надо делать зубчатыми. Иначе локомотив не сдвинется с места. Очевидно, с тех пор и осталось предубеждение против фрикционных передач. А ведь у них есть прекрасные качества… …Пирожков оценил это. Если избавиться от недостатков или хотя бы свести их к минимуму, то фрикционным передачам не будет равных. Это оказалось возможным благодаря простой, но чрезвычайно остроумной идее: если силы, действующие на сателлит, перераспределить так, чтобы они образовали замкнутый многоугольник, то их сумма будет равна нулю. Тогда промежуточное тело будет находиться в равновесии, а вал и подшипники разгрузятся. Вся сложность заключается в том, что в любом вариаторе одна из сил меняет свое положение. Значит, надо найти такую, далеко не всякую и одновременно простую форму промежуточного тела, которая позволила бы уравновесить сателлит. Выяснилось, что приемлемая форма его - сочетание двух усеченных конусов. …Решение это пришло неожиданно. Пирожков уехал в командировку, вырвавшись из текучки преподавательских работ, отчетов, докладов. И в поезде мелькнула вдруг та редкая и счастливая мысль, которую, по выражению Эйнштейна, не надо даже записывать. Схема нового вариатора стояла перед глазами. Это было в 1952 году. Прошло семь лет напряженного труда с тех пор, как Пирожков впервые столкнулся с проблемами вариаторостроения…» Проанализируем теперь ход этой семилетней работы. Существовало обширное поисковое поле, на котором уже полвека работали тысячи людей. Изобретатель начал с участка, который был связан с его личным опытом: попытался усовершенствовать гидравлические вариаторы. Попытки оказались безуспешными, и участок поисков начал дрейфовать по поисковому полю. Одновременно собиралась информация о поис- новых участках других изобретателей. Это чрезвычайно важная особенность, реального изобретательского твор: чества, которая полностью пропадает при психологическом моделировании творческих процессов Психолог, следи он за Е. И. Пирожковым, зарегистрировал бы его личные пробы и не учел бы пробы других изобретателей Между тем дрейф поискового участка, в пределах которого вел пробы Е. И. Пирожков, корректировался информацией с других участков. Займись изобретатель этой задачей лет на 30-40 раньше, информации с других участков не было бы, вся картина поисков выглядела бы совершенно иначе. В оценке подобных ситуаций сейчас все поставлено с ног на голову. Если изобретатель решил задачу, которую не смогли решить тысячи его предшественников за иолстолетня, говорит; тут должны быть выдающиеся изобретательски^ способности. И не учитывают, что решить задачу без предшественников-намного труднее; уве? личивается степень неопределенности и, следовательно, количество требуемых попыток. Как ни парадоксально, но решить задачу тем легне, чем большее количество людей безуспешно пыталось сделать это раньше. Ибо каждая неудачная попытка - это дополнительная информация, позволяющая лучше донять задачу и сузить поле поисков. Перелом в работе Е. И. Пирожкова наступил тогда, когда изобретатель существенно перестроил задачу. Основываясь на своих пробах и на информации о чужих пробах, он отказался от попыток усовершенствовать наиболее популярные прототипы и обратил внимание на «золушку»- фрикционную передачу. Поисковый участок был перемещен в самый дальний, заброшенный угол поля. Осуществился переход с поля в сто тысяч попыток Сама идея подвижного многоугольника сил известна, например, в текстильном машиностроении, там она широко использована. Но эту идею нетрудно было открыть вновь, если бы участок поисков с самого начала был ограничен только фрикционными передачами Итак, целесообразная тактика (искомая эвристика) должна была состоять в том, чтобы найти «золушку» и узнать, как расколдовывают «золушек» в соседних цар- ствах-государствах (других отраслях техники). Но мы видим, насколько далека картина реального изобрета тельского творчества от эвристически направленного процесса * * * Сделаем небольшое отступление. При анкетных опросах выяснилось, что некоторые изобретатели не хотят знакомиться с патентной литературой до решения задачи. Мотивировка: патентная информация подталкивает к тривиальным решениям, сковывает воображение. Попробуем разобраться в этих утверждениях. Если нужно улучшить имеющийся объект, т. с. сдеЛать изобретение второго-третьего уровней, мы ъсегд* можем найти в патентной литературе разделы, подлежащие изучению. В этом случае патентная^ информация обязательно должна быть использована до" решения задачи. Если же нужно изобрести нечто принципиально ново*?, т е. сделать изобретение четвертого-пятого уровней, условия задачи расширяются настолько, что Нельзя опре*-делений ответить на вопроса какук) именно патентную информацию следует смотреть? Обратимся к конкретной задаче. Существующий способ измерения глубины на середине реки состоит в том, что человек подплывает к нужно' му месту, например, на лодке, а эате^ оаускает шест или канат с грузом. Нужно предложить способ измерения глубины реки с берега. Способ должен быть простым, а устройство легким и компактным, чтобы его могли использовать геологи, туристы и другие. Исходный объект (измерение с лодки, плота) здесь отвергнут условиями задачи Возникает вопрос: к каким же разделам патентной литературы обратиться? Очевидно, что прототипом окажется изобретение нз очеиь далекой области Можно смотреть классы Е 21 (глубокие скважины), F 22 (паровые котлы), G 10 (акустика), Е 03 (способы н устройства для добывания, хранения и рас пределения воды), Е02 (гидротехнические сооружения), В 63 (водолазное дело, подъемное дело)… А может быть, взять класс F16 (там упоминаются «поплавки»)? Или класс F 24 (снабжение горячей водой в зданиях)? Или класс HOI (там имеются «электрические устройства, использующие особые физические эффекты»)?… В сущности, прототип можно искать в любом классе. Такая ситуация типична для задач, решаемых на четвер-том-пятом уровнях. Именно поэтому существующая система использования патентной информации не срабатывает при решении задач высших уровней. * * * Со времен Паппа эвристические приемы считаются универсальными. Исследуя творчество, психологи экспериментируют на головоломках и других простых задачах, считая механизм творчества одинаковым на всех уровнях. С таким же успехом можно пытаться постичь законы кораблестроения, экспериментируя с бумажными корабликами. Эвристическое отыскивание решения в поисковом поле площадью в 100 000 попыток не может не отличаться от поиска на участке в 100 попыток. Тут нужны совершенно различные психологические механизмы. Эвристические приемы низших уровней описаны, например, в книге Дж. Диксона «Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решения» (изд-во «Мир», 1969 г.). Это простые правила типа «Помни о психологической инерции», «Используй аналогию», «Поставь себя на место рассматриваемого объекта (эмпа-тия)» и т. д. Такие приемы вполне годятся для решения задач первого и - в определенной мере - второго уровня. Выше этого они бесполезны, а иногда даже вредны. Об этом свидетельствуют решения учебных задач на семинарах и эксперименты с анкетным решением задач. Никакие призывы «помнить о психологической инерции» не срабатывают, если человек не знает, как именно бороться с инерцией. Тщетными остаются рекомендации использовать аналогии, когда этих аналогий слишком много. Эмпатия только запутывает дело, если объект достаточно сложен. Эвристике на таком уровне можно было научить всех инженеров. Но практически нет особой разницы - сделано ли изобретение после 20 попыток илиЬвристически с двух попыток. В полную меру сила эвристики могла бы проявиться лишь на высших уровнях творчества. Но там эвристические приемы низших уровней оказываются бессильными. А высших эвристических приемов не существует. И это не случайно. На протяжении всей эволюции мозг человека приспосабливается к решению задач, соответствующих по сложности примерно первому уровню. Эволюция сделала свое дело: задачи этого уровня могут решаться с полной уверенностью. Даже с избыточной уверенностью. Выработанные механизмы мышления (включая эвристические приемы) годятся и на втором уровне. Но они оказываются совершенно непригодными для работы на высших творческих уровнях. Естественный отбор способствовал появлению и закреплению механизмов, свойственных первому уровню. Если и рождался человек с эвристическими способностями высших порядков, он не имел ни малейших преимуществ. Скорее наоборот. Природа не выработала эвристических приемов высшего порядка хотя бы из-за длительности каждого цикла. Сделав в течение жизни одно-два изобретения четвертого уровня, человек просто не успевает накопить «высший» эвристический опыт. Эволюция пошла испытанным путем: создана надежная система из ненадежных элементов. Нет одного изобретателя «мощностью» в 100 000 попыток1. Но изобретения, требующие такого числа попыток, тем не менее делаются. Поле в 100 000 попыток с избытком перекрывается тысячью участков по 300 попыток. Поэтому эвристические приемы, которые, казалось бы, должны играть решающую роль на высших уровнях, фактически проявляются лишь в виде едва ощутимых проблесков при решении немногих изобретательских задач на низших уровнях. Два анкетных опроса, четверть века личного наблюдения за изобретателями (в том числе на учебных семинарах), анализ анкетных решений изобретательских задач, наконец, собственный опыт дают мне основание со всей категоричностью констатировать: изобретения на высших уровнях делаются без высших эв- 1 Эдисон находил решения задач четвертою уровня путем огромного числа попыток. Но Эдисон работал не в одиночку: пробы вел многочисленный коллектив его сотрудников. ристических приемов -теми же методами, которыми делаются изобретения низших уровней. Драма изобретательства состоит в том, что на вьк» ших уровнях приходится работать методами* соответствующими низшим уровням. * * * Количественно задачи разных уровней* отличаются числом проб н ошибок, необходимых для отыскания peшения. Но почему одна задача требует 10G проб, а другая в 1000 раз больше? В чем качественная разница между ними? Сравнительный анализ задач позволяет ответить на этот вопрос. На яервом уровне задача и средства ее решения лежат в пределах одной профессии (одного раздела отрасли). На втором уровне-»- fe пределах одной отрасли (машиностроительная задача решается способом, уже известным в машиностроении, но в другой его области) Когда задача возникает, ее пытаются решить сначала на первом уровне, затем на втором и т. д. Изобретатель, приступающий к решению задачи четвертого уровня, с 10чки зрения психологов, начинает с первой попытки. На самом деле он начинает с n-й попытки, причем п - весьма большое число. При решении задачи первого уровня человек прежде всего использует «житейское знание». Как показали опыты Л. Секея *, именно это мешает понять задачу сразу; Но разница между житейским знанием» и подходом, требуемым на первом уровне, очень невелика. Поэтому достаточно нескольких попыток, чтобы осмыслить задачу. Идеальная тактика решения на первом уровне практически совпадает с реальной тактикой. На четвертом уровне такого совпадения нет. Когда наш далекий предок встречал льва, возникала примерно такая задача: «Позади высокое дерево. Чуть дальше - скалы, И еще озеро, оно совсем рядом. Куда бежать?» Ход решения: «Хорошо бы в озеро, но, кто знает,- вдруг лев может плавать… Дерево? Не успею забраться. По опыту знаю, на такую процедуру нужно время-и чтобы кто-нибудь подсадил Остаются скалы… Ну, нажмем!» Задачи такого уровня сложности решались из поколения в поколение и продолжают решаться сегодня каждым из нас в повседневной жизни. Эволюция выработала механизмы мышления, соответствующие таким задачам. Изобретательская задача четвертого уровня значительно сложнее повседневных ситуаций. Если обратимся к нашей модели со львом, то сложная изобретательская задача выглядит так: «Вокруг -500 хищников. Не все они львы. Некоторые временами превращаются в змей, некоторые - в воробьев, а некоторые - непонятно в кого. Бежать к озерам? Но их сто штук и на пути к каждому множество разных препятствий* Да и сами озера вед»т себя сложно! иногда мелеют, иногда движутся. К тому же динамичные хищники, вероятно, могут превращаться в крокодилов - что им озеро… Деревья? Но они меняют высоту прямо на глазах - то становятся карликовыми, то превращаются в баобабы. А тут еще что-то такое летает в воздухе. То ли орлы, то ли скворцы. И неизвестно, что за этим холмом, и что за другими холмами, и что вон за тем кустарником… Трудное положение! Правда, спешить некуду: я могу разбираться в этой ситуации хоть пять лет…» * * * Теперь мы можем четко сформулировать отличие между задачами первого и четвертого уровней. Для изобретательской задачи первого уровня (а также для повседневных житейских задач»и экспериментальных психологических задач) характерно: 1. Небольшое число элементов в задаче. 2. Неизвестных элементов нет (редко один-два неизвестных элемента). 3. Легкость анализа: элементы, которые могут быть изменены, легко отделяются от элементов, не поддающихся изменениям в условиях данной задачи. Легко прослеживается взаимное влияние элементов. 4. На решение дается короткое время. Изобретательская задача четвертого уровня отличается: 1. Большим числом элементов. 2. Значительным числом неизвестных элементов. 3. Трудностью анализа: сложно отделить известные элементы от неизвестных; практически невозможно построить полную модель, учитывающую взаимодействие элементов. 4. На решение дается достаточно большое время. * * * В процессе эволюции наш- мозг научился находить приближенные решения простых задач. Но эволюция не выработала механизмов для медленного и точного решения сложных задач, Если бы мы с величайшей точностью знали все, что происходит в голове хорошего изобретателя, это не приблизило бы нас к созданию тактики, соответствующей четвертому уровню. Мы бы просто обнаружили, что при решении задачи четвертого уровня изобретатель применяет ту же тактику, что и на первом уровне. Эвристические механизмы высших порядков не могут быть открыты - их нет. Но они могут и должны быть созданы. |
||
|