"ЛЕКЦИИ: Инженерное творчество. ТРИЗ."
Невозможно дать полную картину того, как многим мы обязаны изобретателям преданностью своим идеям, они своим упорством одели доисторического человека, помогли людям выйти из животного состояния, освободили их от страха перед природой, облегчили их труд. Близится время, когда о культурном уровне народа будут судить по тому, насколько он заботится о своих изобретателях, помогает им, охраняет их интересы.История развития человечества – это прежде всего история изобретений, создания и совершенствования различных изделий и технологий. Систематическое использование и обработка нашими далекими предками камня и палки, начавшееся около миллиона лет назад, технология добывания и использования огня, возникшая примерно 100 тысяч лет назад, лук и стрелы с кремневыми наконечниками, появившиеся около 10 тысяч лет назад, повозка с колесами, выплавка бронзы, водяное колесо, токарный станок, скрипка, паровая машина, пластмассы, телевизор, вычислительная машина, космический аппарат, искусственное сердце, сотовые телефоны, и необозримо многое другое – всѐ это результат удивительного, мучительного и величественного процесса, называемого творчеством. Способность к техническому (инженерному) творчеству позволило человеку создать сумму технологий и технологических средств, обусловивших блага нашей цивилизации, от которых, несмотря на их многочисленные недостатки, мы уже не можем отказаться. Путь у человека один – только вперед. Начавшись более тысячи человеческих поколений назад, технический прогресс постоянно ускоряется. Девять десятых потребительских товаров, окружающих нас, в начале XX века вообще не существовало. А сроки обновления продукции в наиболее динамичных областях техники уменьшились до 2-3 лет. В наше время быстро меняются технологии практически во всех отраслях науки и техники, яркий пример – революция в микроэлектронике и компьютерной технике: за неполные 50 лет сменилось пять поколений ЭВМ. При разнообразии причин постоянного обновления тех или иных видов техники следствие одно: неуклонно растет потребность в результатах творческого поиска, в новых технических решениях. Причем решения нужны не всякие. Некоторые экономисты считают, что в ближайшем будущем каждые три года должно происходить удвоение показателей производительности технических средств. Иначе они будут не конкурентоспособны, а их внедрение нерентабельно. [1]. Ясно, что для этого нужны решения высокого уровня. Высокие темпы прогресса во всех сферах деятельности, с одной стороны оказывают благотворительно влияние на общественную жизнь, всесторонне расширяя возможности человека, но с другой стороны – порождают проблемы глобального характера. Научно-техническая революция (НТР) вызвала гонку вооружений, создание всѐ новых и новых средств массового уничтожения людей, привела к глобальному загрязнению окружающей среды промышленными отходами, культурная революция явилась причиной глобального кризиса духовности, массовой потери моральных ориентиров. Породив растущую лавину проблем, которые нужно решить, НТР стала источником и связанных с этим противоречий [2]: 1. С одной стороны, требуются всѐ новые специальности, с другой – новые специальности требуют углубленного изучения. 2. С одной стороны, нужно ограничивать широту знаний, чтобы она не мешала специализации, с другой – нужно бороться с консерватизмом, расширяя профессиональный кругозор. 3. Подготовка высокопрофессионального специалиста требует огромных затрат, но эти затраты не окупаются, так как быстрое устаревание знаний требует переподготовки специалиста. Для разрешения противоречий есть только один выход: воспитать творческую личность, нацеленную на участие в общественной жизни. Отсюда возникает вопрос, что же такое творчество? Ученые отмечают, что во-первых, творчество – это форма деятельности. Значит, в неживой природе творчества нет, ибо деятельность имеется только у живых организмов. Во-вторых, что творчество – это деятельность по преобразованию мира. Следовательно, творить может только тот, кто отличает себя от окружающей среды, кто способен противопоставить себя остальному миру. Ни одно животное на это не способно. Жизнь биологического организма всецело определяется его природными данными, она без остатка погружена в природу, растворена в ней. Другое дело – человек. Почему только человек может преобразовывать мир, т. е. выступать в роли творца? Потому, что человек трудится, а затрудняя себя он обретает сознание. Сознание – это среда мышления, мысленная материя, нематериальный мир. Таким образом, человек, имеющий сознание, одновременно принадлежит к материальному и нематериальному миру. Мысли, пребывая в поле сознания, выступают как нематериальная цель материальной деятельности. В мире сознания человек находит опору для противостояния материальному миру, собственной природе. Только имея сознание, можно быть творцом. [2]. Всякий ли человек является творцом? Всякий, ибо у каждого человека есть сознание. В истории творчества [6] можно выделить два больших периода: до культурный и культурный. Дикарь творит несознательно, т. е. не сознает, что он творец. Культурный человек, напротив, творит сознательно, преднамеренно. Говорят: дикари изобрели лук. Значит ли это, что у них были изобретатели? Нет. Изобретатели, т. е. люди, сознательно, специально создающие новые орудия труда, есть только в культурной среде. Человек – творец в области техники во многих публикациях ассоциируется как изобретатель, что в переводе с латинского языка и означает инженер. Творчество изобретателей издавна связано с представлениями об «озарении», случайных находках и прирожденных способностях.Отдельные состоявшиеся изобретатели говорят, что состояние творческого поиска и возбуждения, момент открытия истины и нового решения – ни с чем не сравнимое и ничем не заменимое особое удовольствие и наслаждение, которое интересно испытать. А психологи утверждают, что каждое изобретение – это ничем невосполнимые ступеньки духовного роста человека как личности, его самоутверждения в жизни, подъема его авторитета среди друзей и знакомых, руководства и подчиненных [14]. А известные английские исследователи изобретательского творчества, изобретатели и профессора Мередит Тринг и Эрик Лейтуэйт утверждают: «Творчеству научить нельзя, однако творческими способностями наделено поразительно много людей, и эти люди могут научиться эффективно применять свой талант к решению поставленных задач [17]. Наступил XXI век, век сверхсложных проблем и сверхновых технологий, век формирования новых государств и новых революций в технике. Россия пытается выйти из глубокого кризиса и ищет свое место в мире. Обладая огромной территорией и колоссальными природным ресурсами, по продолжительности жизни Россия находится лишь на 142 месте среди государств мира (рис. В.1) [12]. Локомотивом, способным вывести страну из кризисного состояния, является научно-технический прогресс, одним из основных звеньев которого является изобретательская деятельность инженеров, ученых и студентов. И здесь уместны слова гениального конструктора самолетов О. Антонова: «Промышленность движется вперед только благодаря изобретателям… Будь моя воля, я построил бы для них заводы, оборудовав их по последнему слову техники!»Чтобы Россия стала развитой технической державой, нужно позаботиться о подготовке творческих молодых специалистов, в первую очередь выпускников вузов. Чтобы вовлечь их в активную изобретательскую работу, необходимо [7]: - широко разъяснять студентам значение изобретательской деятельности, воспитывать и обучать их в духе творческих поисков; - нужно сообщать студентам знания в области изобретательского права, научить их патентной культуре; - замечать и поощрять успехи студентов в этой работе, морально и материально их стимулировать. Следует констатировать, что по основам, методам и технологии инженерного творчества имеется достаточно большой арсенал учебных пособий и в первую очередь отечественных авторов: Половинкина А.И., Альтшуллера Г.С., Азгальдова Г.Г., Повилейко Р.П., Вочнова Б.С., Шубникова А.В., Буша Г.Я., Чуса А.В., Голдовского Б.И., Вайнермана М.И., Мелещенко Ю.С., Титова В.В., Кудрявцева А.В. Из зарубежных авторов выделяются работы Пойа Д., Диксона Дж., М. Тринга и Э. Лейтуэйта. А вот по вопросам изобретательского права, являющимся необходимой второй частью действительно созданного изобретения, учебных пособий практически нет. Эта часть включает защиту новых технических решений охранными документами (в большинстве случаев патентами), поскольку без правовой защиты эти решения могут стать жертвами конкурентов.Отчасти это объясняется трудностью восприятия нормативных документов и долгого отсутствия в нашей стране рыночных отношений. Кроме того, последний патентный закон в России был принят в 1992 году, не в самый благоприятный для неѐ период. В этой частиможно отметить только книги Ежова А. П., Никифоровой Г.Л., Денисова Г. А. и «Справочник изобретателя» Дикарева В. И. [7]. Работая в течении 30 лет консультантом Орловского областного совета ВОИР по вопросам патентоведения (оформлено около 1000 за-явок на изобретения), и имея более 100 своих авторских свидетельств и патентов, автор данного пособия пришел к выводу, что процесс получении охранного документа (патента) является не только венцом созданного изобретения, но и процессом изучения патентного права, это в свою очередь, формирует у изобретателя новые качества, в частности более быструю и более объективную ориентацию в поиске и системном представлении своего собственного изобретения. Другими словами, патентное право – это обратная связь, ускоряющая процесс формирования технической сущности изобретения и закрепляющая на государственном уровне юридическое право изобретателя. Данное пособие включает в себя две взаимосвязанные и взаимодополняющие части. Первая часть «Инженерное творчество» базируется в большинстве своем на трудах Половинкина А. И. [14], на теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) Альтшулера Г. С.[1, 2,18] и трудах других авторов [13, 15, 23], а также на лекционном материале автора по дисциплине «Основы инженерного творчества», преподававшейся продолжительное время студентам Орловского государственного технического университета, а вторая часть – на лекционном материале по дисциплине «Основы патентоведения», преподававшейся аспирантам и адъюнктам. Многие примеры в пособии взяты автором из его собственных изобретений. Рисунок, вынесенный на обложку пособия, означает по мнению автора то, что процесс творчества и процесс получения патента на результат творчества – дело чрезвычайно тонкое, символом которого является игра в шахматы, но эти два процесса неразрывно связаны, переходя один в другой по пути развития научно-технического прогресса, символом чего являются весы и китайская мудрость. "Изобретательские задачи и их уровни" Изобретательские задачи часто путают с задачами техническими, инженерными и конструкторскими. Построить дом, имея готовые чертежи и расчеты, – задача техническая. Рассчитать обычный мост, пользуясь готовыми формулами, – задача инженерная. Спроектировать удобный и дешевый автобус, найдя компромисс между удобно и дешево, – задача конструкторская. При решении этих задач не приходится преодолевать противоречия. Задача становится изобретательской только в том случае, если для ее решения необходимо преодолеть противоречие. Противоречия в технических задачах могут быть разные. Выделяют три основных типа: административные, технические и физические [2]. Административные противоречия характерны для первичной (предварительной) формулировки технической (и не только технической) задачи. Суть их состоит в том, что надо что-то сделать, а как это сделать, не указывается. Такие противоречия лежат на поверхности любой задачи, не обязательно технической. Их не надо выявлять, они содержатся в самой предварительной формулировке задачи. В технических задачах, отвечающих изобретательскому уровню, в глубине административного противоречия всегда скрыто техническое противоречие. Надо лишь его выявить и сформулировать. Техническое противоречие можно выявить по следующим признакам: если известными способами невозможно улучшить одну часть системы (или некоторые ее функции или показатели) без того, чтобы это не повлекло за собой ухудшения другой ее части (функций или показателей), то это и есть главный признак, определяющий наличие технического противоречия. Правильно сформулированная техническая задача содержит техническое противоречие в самой формулировке. Однако такие случаи весьма редки. Чаще всего техническое противоречие выявляется только при попытках решить данную задачу. Сделав три-четыре попытки, каждый раз убеждаясь, что улучшение одних качеств приводит к ухудшению других, можно уверенно сказать, что в задаче содержится техническое противоречие, надо только предельно ясно и четко его сформулировать.Проще всего техническое противоречие выявляется, когда оно определяется физическими или техническими ограничениями, препятствующими традиционному решению поставленной задачи. Например, когда дальнейшему повышению быстродействия электронных систем препятствует ограниченная скорость распространения электрических сигналов по проводникам (физическое ограничение), или когда дальнейшему повышению степени интеграции микросхем препятствует ограниченная возможность теплоотвода от поверхностных слоев полупроводникового кристалла, где и формируются активные структуры микросхемы (техническое ограничение). Труднее выявить и сформулировать техническое противоречие, когда традиционное решение задачи в принципе возможно, но недостаточно эффективно, т. е. либо слишком сложно и дорого, либо требует применения дефицитных материалов с труднодостижимыми свойствами, либо недостаточно надежно и долговечно, либо снижает какие-то другие параметры технического объекта. Дело в том, что любое традиционное решение технической задачи есть последовательная цепь компромиссов. Мы просто перестаем их замечать, считая, что это само собой разумеющиеся вещи. Надо уменьшить скорость вращения вала – применяют редуктор, надо увеличить силу –применяют рычаг, надо повысить величину электрического сигнала –используют электронный усилитель и т. п. И уже забываем, что каждое такое элементарное техническое решение таит в себе техническое противоречие: редуктор, помимо существенного усложнения и удорожания механизма, потребляет значительную долю передаваемой мощности; длинные рычаги, помимо увеличения габаритов механизма, создают большие инерционные моменты и тем самым ограничивают его быстродействие; электронный усилитель, помимо усложнения схемы и увеличения потребляемой ею мощности от источника электропитания, является дополнительным источником искажений сигнала и собственных шумов и т. д. Но даже если и помнить об этих противоречиях, то в любом сколько-нибудь сложном техническом объекте их можно выявить множество. И тогда возникает не менее сложная задача: как среди этого множества противоречий выявить то главное, что препятствует эффективному решению задачи. Вот здесь и требуется анализ нескольких, по возможности, наиболее разнообразных альтернативных решений. В каждом из них выявляются свои технические противоречия, сопоставляя которые между собой, можно выявить то общее противоречие, которое характерно для всех этих решений. Иногда для выявления главного противоречия полезно провести ранжирование целей и критериев эффективности создаваемого технического объекта и выделить из них главные. Тогда главным техническим противоречием следует считать то, противоречие которое препятствует достижению главной цели или снижает главный показатель эффективности объекта. Выявив главное техническое противоречие, можно из всех элементов объекта и окружающей среды, с которой данный объект взаимодействует, выявить те элементы, во взаимодействии между которыми это противоречие и проявляется. Не всегда оба эти элемента принадлежат данному объекту. Во многих случаях один из них принадлежит другому объекту (внешней среде), с которым данный объект взаимодействует. Таким образом, из всех элементов, из которых состоит сам объект, и взаимодействующих с ним элементов внешней среды выделяются главные элементы, между которыми и возникает техническое противоречие. Все остальные элементы отбрасываются. При этом должна быть устранена специальная терминология, присущая данной области техники, и отсечены все избыточные сведения. Само же техническое противоречие необходимо формулировать так, чтобы в нѐм подчеркивалось улучшение основной функции объекта.