double arrow

Основные этапы решения и виды технических задач


Интерес к вопросам психологии и теории техническо­го творчества возник к концу XIX - началу XX века, когда из различных видов производственной деятельности начал выделяться как самостоятельный изобретательский и конс­трукторский труд.

В то время в литературе, как правило, обсуждались про­блемы творчества в искусстве (художественном, поэтичес­ком, музыкальном и др.)* Техническое творчество при этом почти не анализировалось и не изучалось ни психологами, ни теоретиками творчества. Таким образом, обширная об­ласть творческой деятельности оказалась за пределами на­уки о творчестве. Это было вызвано двумя причинами:

- во-первых, считалось, что творить могут только люди искусства, а технические новинки создаются грязным, низким трудом ремесленников и не могут быть отнесе­ны к сфере творчества;

- во-вторых, если представители искусства раскрывали свои творческие секреты, свою «творческую лабора­торию», то изобретатели и создатели новой техники старались держать в секрете свои приемы, методы и принципы, применяемые при создании технических новинок.

Начало изучения природы технического и научного твор­чества в России своими трудами положили ее ученые и ин­женеры. К числу наиболее известных относятся такие ра­боты, как: «Теория творчества» инженера П. Энгельмейера (1910 г.); «Философия изобретения и изобретение в филосо­фии» философа И. Лапшина (1922 г.); «Процесс творческой работы изобретателя» П.М. Якобсона (1934 г.) и др.




Среди зарубежных работ наиболее известны: «Математи­ческое творчество» Анри Пуанкаре (русский перевод 1919 г.); «Изобретатели и исследователи» (1909 г.) и «Великие люди» (1910 г.) В. Оствальда; «Творческое воображение» Т. Рибо (1901 г.); «Психология изобретения» И. Россмана (1931 г.) и др.

На этом этапе авторам указанных работ приходилось от­стаивать тезис о том, что творчество в технике и науке есть такое же творчество, как и творчество в искусстве, и что за­рождение творческой идеи как у художника, так и у изобре­тателя происходит совершенно одинаково, отличаясь лишь целями и условиями проявления [21].

В этих первых работах о техническом и научном творчес­тве была выполнена классификация этапов творческого про­цесса, что явилось дисциплинирующим работу изобретателя моментом. Выдающийся русский исследователь творчества Петр Энгельмейер (1855-1942) творческий процесс предста­вил состоящим из трех актов:

- первый акт - акт интуиции и желания. Происхождение замысла, появление идеи, гипотезы, принципа изобре­тения, цели того, над чем следует работать;

- второй акт - акт знания и рассуждения. Выработка схе­мы и плана. Ставятся мысленные опыты, проводятся эксперименты и логический анализ, определяется но­визна;



- третий акт - акт умения. Конструктивное выполнение изобретения. Решение задачи применения, эксплуата­ции.

П.М. Якобсон процесс работы изобретателя подразделял на семь стадий:

1. Интеллектуальной готовности.

2. Усмотрение проблемы.

3. Зарождение идеи - формулировка задачи.

4. Поиск решения.

5. Разработка принципа решения.

6. Превращение принципа в схему.

7. Техническое оформление и развитие изобретения.

Вот, например, как П.М. Якобсон представляет себе ин­теллектуальную готовность и усмотрение проблемы изоб­ретателем [21]: «У него появляется желание изобретать, он чувствует беспокойство, ему не по себе от сознания, что он ничего в этом направлении не делает. Вместе с тем он чувс­твует известную активность мысли, чувствует себя готовым к какой-то новой работе. Он читает различные книги. Иног­да даже без всякого специального подбора и вместе с тем он читает так, что вбирает в себя определенный ряд вещей с со­знанием, что это сможет ему пригодиться. Изобретатель на­капливает известные технические впечатления, он проявля­ет повышенный интерес к машинам, механизмам, которые его окружают. Он сознает, что над этой машиной работать не будет, а все-таки его занимает, как она действует, как сочле­нены одна часть с другой, какая техническая задача разре­шена таким устройством ».



Постепенно изобретатель выявляет наиболее интересую­щие его вопросы и проблемы, над которыми он начинает бо­лее целенаправленно работать. Так происходит усмотрение проблемы, которая чаще всего вызвана текущими потреб­ностями общества.

Эти схемы творческих процессов не претерпели серь­езных изменений до настоящего времени. Так, в работе [6] предложена схема решения для любой технической задачи, состоящая из следующих главнейших этапов:

1. Постановка задачи.

2. Поиск вариантов решения.

3. Анализ вариантов.

4. Оценка вариантов и выбор решения.

Под постановкой задачи понимается усмотрение обще­ственной потребности или трудности, определение цели, ограничений и критерия выбора решения.

Возникшая общественная потребность в создании техни­ческой системы (ТС), выполняющей требуемую функцию, оп­ределяет цель. Цель - это то, к чему мы стремимся и что будем иметь в результате решения. При формулировке цели обычно указывается начальное и конечное состояние ТС. Например, создать машину, преобразующую электрическую энергию (начальное состояние) в механическую (конечное состояние).

Ограничения - условия создания ТС, нарушение которых приведет к неприемлемому решению по работоспособности, экономической целесообразности, размещению и т.п. ТС. Кри­терий выбора - наиболее важный признак или комплекс таких признаков решения, по которым можно качественно или ко­личественно оценить оптимальность принимаемого решения.

После выполнения этапа постановки задачи приступа­ют к процессу поиска вариантов решений, которые должны быть:

-физически осуществимыми (соответствовать законам природы);

- технически реализуемыми (соответствовать ресурсам и уровню научно-технического развития общества);

- экономически выгодными.

Решить задачу, начиная с конца, однозначно, т.е. от цели и требуемых характеристик к техническим средс­твам, возможно лишь для простых, тривиальных задач. Для сложных задач неопределенность решения может быть преодолена за счет перебора вариантов. Вначале намеча­ются и определяются характеристики как можно больше­го количества вариантов, а затем отбрасываются наименее подходящие по выбранному критерию качества (минимум массы, наименьшие габариты, надежность работы, высо­кий КПД и т.п.).

Чаще всего на практике решаются технические задачи, связанные с усовершенствованием существующего прототи­па. Эти задачи возникают после выявления в эксплуатации недостатков ТС. Устранение недостатков зачастую приводит к ухудшению других свойств ТС, т.е. возникает задача по ус­транению технического противоречия, иначе - задача-про- тиворечие [6].

Кроме таких, наиболее часто возникающих задач, имеет­ся целый класс задач по синтезу структуры. Задача синтеза может возникнуть при необходимости достройки недостаю­щих подсистем в ТС или построения ТС с нуля, т.е. синтез многофункциональной технической системы, обеспечиваю­щей выполнение требуемых функций. Эти задачи наиболее сложны и трудоемки. Сложной является взаимная увязка подсистем, зачастую приводящая к возникновению целого ряда дополнительных задач, причем эти задачи могут быть как задачами-противоречиями, так и задачами простого синтеза. Задачи-противоречия в процессе совершенствова­ния ТС возникают более часто. Однако оба типа задач могут переходить одна в другую при поиске решения. Например, при синтезе ТС возникают противоречия. Некоторые из них могут оказаться довольно обостренными, что потребует ре­шения задачи-противоречия. С другой стороны, разрешение противоречия может потребовать разрушения системы или ее части и решения новой задачи синтеза.

Простая задача синтеза - это построение одной подсис­темы с одной элементарной функцией. Сложная задача син­теза - построение нескольких взаимосвязанных подсистем или построение многофункциональной ТС. Также и задача- противоречие может быть простой, имеющей одно техничес­кое противоречие, и сложной с несколькими противоречия­ми, т.е. иметь несколько взаимосвязанных положительных и отрицательных эффектов.

Решение сложных задач может быть облегчено за счет ранжирования простых задач, из которых состоит сложная.

Синтез ТС может выполняться на основе структурного или функционального подхода [22]. При поиске структуры ТС, соответствующей условиям задачи, согласно первого подхода выполняют следующее:

- анализ условия задачи;

- предварительный синтез структуры на основе выпол­ненного анализа;

- сравнение предварительной структуры с другими из­вестными структурами;

- выделение нужной структуры и ее перекомбинирова­ние.

При формировании структуры на основе функциональ­ного подхода процесс идет несколько иначе, в основу его по­ложены:

- анализ условия задачи;

- выделение основной функции будущей конструкции;

- поиск механизма с нужной функцией;

- перенос выбранного механизма в новые условия;

- переконструирование механизма с целью применения найденной функции.

В настоящее время стал применяться смешанный при­нцип поиска структуры, включающий как наиболее извес­тный структурный принцип, так и менее разработанный - функциональный.

 

 

§ 2.3. Законы диалектики в технике и закономерности развития технических объектови систем

Исследование описаний изобретений [2, 17] позволило сформулировать следующие идеи, легшие в основу разработ­ки теории решения технических (инженерных) задач:

1. Наиболее целесообразно при разработке теории учитывать не столько закономерности мышления, сколько законо­мерности развития ТС;

2. Так как главный предмет исследования - развитие ТС, то теория должна строиться на основе науки о развитии

- диалектики и важнейшего в ней учения - о противоре­чиях [17]. Закономерности развития ТС являются частны­ми проявлениями всеобщих законов диалектики:

- единства и борьбы противоположностей (закон противо­речий);

- перехода количественных изменений в качественные;

- отрицание отрицания;

- о всеобщей связи и взаимозависимости явлений. Реализуются эти законы соответствующими изменения­ми материи (деление, объединение, переходы из одного аг­регатного состояния в другое и т.п.). Способы изменения яв­ляются как бы своеобразными операторами преобразования материи. В неживой природе преобразования происходят без участия человека или живых существ (разрушение гор, таяние льда, замерзание воды, испарение и образование об­лаков и т.п.). Там, где есть живые существа, они интенсивно влияют на процессы в природе.

В технике изменения целенаправленно производит сам человек.

Закономерности развития ТС могут быть разделены на законы статики (ТС рассматриваются в неподвижном состо­янии), динамики (ТС рассматриваются в движении) и кине­тики (фиксируются изменения ТС во времени).

В работах [2, 23] выделены три следующих закона, опре­деляющих условия возникновения и жизнеспособности ТС:

- закон полноты частей ТС, требующий обязательного минимума компонентов (двигатель, трансмиссия, ра­бочий орган и средства управления) и их минимальную работоспособность;

- закон энергетической проводимости ТС9 согласно ко­торому необходимо обеспечение сквозного прохода энергии через систему;

- закон согласования ритмики частей ТС, предусматри­вающий согласование периодичности действия, частот колебаний и т.п.

Кроме этих законов выявлены законы развития ТС:

- закон увеличения степени идеальности ТС, означаю­щий, что его развитие идет в направлении максималь­ного приближения к идеальной машине, т.е. к маши­не, создающей полезный результат при наименьших затратах;

- закон неравномерности развития частей ТС, согласно которому отдельные части ТС развиваются по-разному, усиливая технические противоречия между ними, осо­бенно у сложных ТС;

- закон перехода ТС в подсистему, означающий, что сис­тема может развиваться до определенного предела, пос­ле которого для обеспечения дальнейшего развития она должна быть включена в надсистему в качестве ее части;

- закон динамизации ТС, согласно которому для разви­тия системы ТС необходим ее переход от жесткой, пос­тоянной структуры к гибкой, управляемой структуре. Например, в авиации переход к убирающимся шасси, к крылу самолета с изменяющейся геометрией: на транс­порте- автобус с выдвигаемой ступенькой; складной велосипед, пантограф на электровозе и др.;

-закон перехода рабочих органов системы с макроуров­ня на микроуровень. Например, обработка твердых материалов режущими инструментами заменяется

воздействием лазера, плазменной струи, электроис­кровым методом.

Наряду с перечисленными законами, имеющими при­кладной практический характер, А.И. Половинкиным вы­полнены работы по выявлению законов развития теорети­ческого направления [3]:

- закон прогрессивной эволюции техники, описываю­щий этапы жизненного цикла ТС и изменение главных показателей критериев развития системы во времени. Главные показатели ТС изменяются в соответствии с функцией вида:

K=L/(a+e be"fit), (2.1)

где L, afb,fi- коэффициенты, определяемые статистически­ми данными; t - время. Функция (2.1), называемая S-функ- цией, имеет вид, представленный на рис. 2.1. На начальном участке (до точки А) ТС развивается медленно, затем, когда начинается ее массовое применение, идет бурное развитие (до точки Б). После этого темпы развития начинают спадать. Законы прогрессивной эволюции наиболее целесообразно использовать при выполнении работ по анализу истории тех­ники и прогнозированию развития техники:

- закон соответствия между функцией и структурой объекта, заключающийся в том, что в правильно спро­ектированной ТС каждый элемент имеет свою опреде­ленную функцию (назначение). У правильно спроекти­рованной ТС нет «лишних деталей». Любая функция может быть реализована множеством различных конс­трукций (структур);

- закон симметрии, учитывающий то обстоятельство, что если по условиям работы ТС должна иметь какой- либо тип симметрии, то он должен найти отражение в конструкции. Например, железнодорожный путь сим­метричен относительно оси движения, поэтому теле­жки электровоза, тепловоза, трамвая и др. выполняют­ся с симметричным расположением колес относительно этой оси;


 

Рис. 2.1. Закономерность изменения главных показателей ТС при неизменном принципе действия

- закон стадийного развития отражает четыре основ­ные стадии развития ТС: первая стадия - реализу­ется технологическая функция (обработки); вторая стадия - реализуется технологическая , а также энер­гетическая функция (обеспечение энергией процесса обработки предмета труда); третья стадия - ТС реали­зует еще функцию управления процессом труда; чет­вертая стадия - ТС реализует для себя еще функцию планирования объема труда.







Сейчас читают про: