Евристичні методи і прийоми

Підвищення ефективності пошуку нових технічних рішень забезпечується застосуванням евристичних методів та прийомів, які дозволяють раціоналізувати мислення, розвинути і реалізувати творчі здібності людини.

Евристика – це наука, що вивчає творче мислення. Вона є досить молодою наукою, що виникла на стику декількох наук, зокрема філософії та кібернетики. Евристична діяльність – це різновид мислення, що створює нову систему дій або відкриває невідомі раніше закономірності явищ, об’єктів науки. Евристичний метод – це спосіб вирішення завдань, який або обмежує вибір варіантів рішення, або звужує їх до мінімальної (прийнятної) кількості. Тобто, евристичний метод передбачає діяльність щодо вирішення складних, нестандартних завдань із застосуванням специфічних прийомів, що дослідник розробив для вирішення якихось задач і які він переносить на близькі або подібні задачі. Взагалі, метою евристики є дослідження правил та методів, завдяки яким можливі відкриття.

Одним з основних і традиційним евристичним методом є звернення до власного досвіду у вирішенні завдань, схожих або аналогічних за складністю та метою. При цьому слід виокремити певні етапи у вирішенні проблеми:

- розуміння постановки питання;

- складання плану вирішення цього питання та його реалізація;

- вивчення отриманого результату, оцінка його правильності.

За методом фокальних об’єктів на об’єкт, що удосконалюється, переносять ознаки випадково відібраних об’єктів і об’єкт, що удосконалюється, знаходиться як би у фокусі переносу. Порядок застосування методу наступний:

- вибирають фокальний об’єкт, наприклад, годинник;

- вибирають 3 – 4 випадкових об’єкти, наприклад, кіно, каса, полюс; їх можна взяти зі словника, каталогу, книги і т. д.;

- складають список ознак випадкових об’єктів, наприклад, кіно широкоформатне, кольорове, об^/ємне і т. д.;

- до фокального об’єкту приєднують ознаки випадкових об’єктів, наприклад, широкоекранний годинник, кольоровий годинник, об^/ємний годинник і т. д.;

- розвивають отримані сполучення шляхом вільних асоціацій, наприклад, широкоекранний годинник, замість вузького взятий широкий; може бути вузький циферблат, який розтягується іноді в широкий;

- оцінюють отримані ідеї відбирають корисні рішення.

Цей метод був в початковому вигляді запропонований професором Кунце, як метод каталогу, а потім в п’ятидесяті роки ХХ – того століття був удосконалений американським вченим Чарльзом Вайтингом.

В методі контрольних запитань за допомогою навідних запитань здійснюється рух до рішення задачі. Розробник відповідає на запитання, які входять до списку, і розглядає свою задачу у зв’язку з цими запитаннями. Цей метод є вдосконаленим методом спроб і помилок. Кожне запитання є спробою або серією спроб. При складанні цих списків автори, природно, відбирали найбільш сильні запитання, які базувалися на накопиченому досвіді. Тому цей метод є більш ефективним, ніж метод спроб і помилок.

Найбільш розповсюдженими є універсальні списки запитань, які складені А. Осборном, Д. Пірсоном, Т. Ейлоартом, Г. Я. Бушем. Для прикладу наведемо список запитань за А. Ф. Осборном.

1. Яке нове застосування технічного об’єкта Ви можете запропонувати ? Чи можливі нові способи застосування ? Як можна модифікувати відомі способи застосування ?

2. Чи можливо рішення задачі шляхом пристосування, спрощення, скорочення ? Що нагадує Вам даний технічний об’єкт ? Чи викликає аналогія нові ідеї ? Чи мали місце у минулому аналогічні проблемні ситуації, які можна використати ? Що можливо скопіювати ? Який технічний об’єкт треба випереджати ?

3. Які модифікації технічного об’єкту можливі ? Чи можлива модифікація шляхом обертання, згинання, скручування, повороту ? Які зміни призначення або функції, кольору, руху, запаху форми можливі ? Які можливі ще зміни ?

4. Що можна збільшити в технічному об’єкті ? Що можна приєднати ? Чи можливо збільшення строку служби, впливу ? Збільшити частоту, розміри, міцність ? Підвищити якість ? Дублювати ?

5. Що можна в технічному об’єкті зменшити ? Що можна замінити ? Чи можна що–небудь ущільнити, стиснути, згустити, конденсувати, застосувати метод мініатюризації ? Скоротити ? Відділити ? Роздробити, перемножити ?

6. Що можна в технічному об’єкті замінити ? Що і скільки можна замінити і чим ? Іншим інгредієнтом ? Іншим матеріалом ? Іншим процесом ? Іншим джерелом енергії ? Інше розташування ? Інший колір, звук, освітлення ?

7. Що можна перетворити в технічному об’єкті ? Які компоненти можна взаємно замінити ? Змінити модель ? Змінити розбивку, розмітку, планування ? Змінити послідовність операцій ? Змінити швидкість, темп ? Змінити режим ?

8. Що можна в технічному об’єкті обернути навпаки ? Транспонувати позитивне і негативне ? Чи можна поміняти місцями протилежно розміщені елементи ? Обернути їх задом наперед ? Обернути їх низом до гори ? Обміняти місцями ? Обміняти ролями ? Обернути затискачі ?

9. Які нові комбінації елементів технічного об’єкту можливі ? Чи можливо створення суміші, сплаву, нового асортименту, гарнітур ? Комбінувати секції, вузли, блоки, агрегати ? Комбінувати цілі ? Комбінувати принаджувальні відзнаки ? Комбінувати ідеї ?

Морфологічний аналіз дозволяє систематично досліджувати всі варіанти рішення технічної задачі і тим самим охопити навіть незвичайні варіанти, які при звичайному переборі могли залишитися поза увагою. Цей метод був запропонований в 1942 р. швейцарським астрономом Ф. Цвикки. За цим методом ознаки технічного об’єкту з їх альтернативами заносять до таблиці, яку називають морфологічною скринькою і яка являє собою пошукове поле. Робота виконується в п’ять етапів:

- формулювання задачі (проблеми);

- складання списку всіх ознак, тобто характеристик об’єкту, його параметрів, від яких залежить рішення проблеми і досягнення основної мети;

- розкриття можливих варіантів рішення задачі за кожною ознакою шляхом складання матриці;

- визначення функціональної коштовності всіх отриманих варіантів рішень;

- вибір найбільш раціональних конкретних рішень.

Алгоритм рішення винахідницьких задач був створений радянським винахідником і письменником Г. С. Альтшулером. Цей метод використовує системний підхід до процесу технічної творчості і базується на визначенні протиріччя. Технічне протиріччя полягає в тому, що будь – яка технічна система або процес характеризуються комплексом взаємопов’язаних параметрів: маса, потужність, продуктивність і т. д. Спроба поліпшити один параметр при рішенні задачі відомими способами неминуче призводить до погіршення якогось іншого параметра. Наприклад, збільшення міцності конструкції може призвести до неприпустимого зростання маси; збільшення продуктивності – до погіршення якості; підвищення точності – до збільшення витрат.

Сутність методу полягає в тому, щоб шляхом порівняння ідеального і реального виявити технічне протиріччя, його причину і усунути цю причину за рахунок перебору відносно невеликої кількості варіантів. Процес рішення розглядається як послідовність операцій по виявленню, уточненню і подоланню технічного протиріччя.

При розробці алгоритму після аналізу 40 тисяч винаходів було встановлено, що в них подолано 1200 протиріч із застосуванням в основному 40 типових прийомів. Це дозволило скласти таблицю прийомів подолання технічного протиріччя, яка включає наступні операції.

1. Дроблення: розділити об’єкт на незалежні частини; виконати об’єкт розбірним; збільшити ступінь дроблення.

2. Винесення: відокремити від об’єкту частину або властивість, що “заважає”; виділити тільки потрібну частину або властивість.

3. Місцева якість: перейти від однорідної структури об’єкту або зовнішнього середовища до неоднорідної; різні частина повинні мати різні функції; кожна частина об’єкту повинна знаходитися в умовах, які найбільш сприяють роботі.

4. Асиметрія: перейти від симетричної форми об’єкту до асиметричної.

5. Об^/єднання: з^/єднати однорідні або призначені для суміжних операцій об’єкти; об^/єднати в часі однорідні або суміжні операції.

6. Універсальність: об’єкт виконує декілька різних операцій – функцій, дякуючи чому відпадає необхідність в інших.

7. Матрьошка: один об’єкт розташований в іншому, який , в свою чергу, знаходиться всередині третього; один об’єкт проходить скрізь порожнину в іншому.

8. Антивага: компенсувати вагу об’єкту з^/єднанням з іншим, який має під^/ємну силу; взаємодією з середовищем.

9. Попередні напруження: заздалегідь надати об’єкту зміни, які є протилежними неприпустимим робочим змінам.

10. Попереднє виконання: заздалегідь виконати потрібну зміну об’єкту; заздалегідь розставити об’єкти таким чином, щоб вони могли вступити в дію без витрати часу на їх доставку і з найбільш зручного місця.

11. Заздалегідь підкладена подушка: компенсувати відносно невисоку надійність об’єкту заздалегідь підготовленими засобами.

12. Еквіпотенційність: змінити умови роботи таким чином, щоб не приходилося підіймати або опускати об’єкт

13. Навпаки: замість дії, яка диктується умовами задачі, здійснювати зворотну дію; зробити рухому частину об’єкту або зовнішнього середовища нерухомою, а нерухому – рухомою; обернути об’єкт “ногами угору”.

14. Сфероїдальність: перейти від прямолінійних частин до криволінійних, від плоских – до сферичних, від частин у вигляді куба або паралелепіпеда – до кульових конструкцій; використання роликів, кульок, спіралей.

15. Динамічність: характеристика об’єкта або зовнішнього середовища повинні змінюватися таким чином, щоб були оптимальними на кожному етапі роботи; розділити об’єкт на частини, які здатні переміщуватися одна відносно іншої.

16. Часткове або надлишкове рішення: якщо тяжко отримати 100% потрібного ефекту, треба отримати “трішки менше” або “трішки більше”; задачу можна суттєво спростити.

17. Перехід в інший вимір: труднощі, які пов’язані з рухом або розміщенням об’єкту по лінії, будуть усунені, якщо об’єкт отримує можливість пересуватися по площині; задачі, які пов’язані з рухом або розміщенням в площині, можуть бути розв’язані при переході до тривимірного простору; багатоповерхове компонування замість одноповерхового; використання зворотного боку даної площини; використання оптичних потоків, які падають на сусідню площину або на зворотній бік.

18. Використання механічних коливань: привести об’єкт до коливань; якщо коливання вже здійснюються, збільшити їх частоту; замість механічних застосувати п’єзовібратори; використовувати ультразвукові коливання в сполученні з електромагнітними полями.

19. Періодична дія: перейти від безперервної дії до періодичної, імпульсної; якщо дія вже здійснюється періодично, змінити періодичність.

20. Безперервність корисної дії: вести роботу безперервно – всі частини об’єкту постійно працюють з повним навантаженням; усунути холості і проміжні ходи і перейти від зворотно – поступального руху до обертового.

21. Перескакування: подолати шкідливі або небезпечні стадії процесу на великій швидкості.

22. Обернути шкоду на користь: використати шкідливі фактори для отримання позитивного ефекту; підсилити шкідливий фактор до такого ступеня, щоб він перестав бути шкідливим.

23. Зворотній зв’язок: якщо він є, змінити його.

24. Посередник: використовувати проміжний об’єкт-посередник

25. Самообслуговування: об’єкт повинен сам себе обслуговувати, виконувати допоміжні і ремонтні операції; використовувати відходи енергії, речовини.

26. Копіювання: замість складного об’єкту використовувати його спрощені копії, замінити об’єкт оптичною копією-відображенням, використовувати зміну масштабу; якщо використовуються видимі оптичні копії, перейти до інфрачервоних або ультрафіолетових.

27. Дешева недовговічність замість дорогої довговічності: замінити дорогий об’єкт набором дешевих, навіть з деяким зниженням якихось якостей.

28. Заміна механічної схеми: замінити електричною, оптичною, акустичною, тепловою схемою.

29. Використання пневмо – і гідроконструкцій: замість твердих частин об’єкту використати надувні, гідронаповнені, повітряну подушку, гідростатичні і гідрореактивні конструкції.

30. Використання гнучких оболонок і тонких плівок: ізолювати об’єкт від зовнішнього середовища.

31. Застосування пористих матеріалів: виконати об’єкт пористим, використати пористі частини; заповнити пори якоюсь речовиною.

32. Зміна кольору: змінити колір об’єкту або зовнішнього середовища, прозорість, додатки фарби або помічені атоми.

33. Однорідність: взаємодіючи об’єкти зробити з одного матеріалу або з матеріалів, які близькі за властивостями.

34. Відкидання і регенерація частин: частина, яка виконала своє призначення, відкидається, розчиняється, випаровується, видозмінюється.

35. Зміна фізико-хімічних параметрів: змінити агрегатний стан об’єкту; змінити концентрацію або консистенцію; змінити ступінь гнучкості; змінити температуру, об’єм.

36. Застосування фазових переходів: використати явища при фазових переходах – зміна об’єму, виділення або поглинання теплоти та інші.

37. Застосування термічного розширення: використати розширення або стискання, застосувати декілька матеріалів з різними коефіцієнтами термічного розширення.

38. Застосування сильних окислювачів: збагатити повітря киснем, використати озон, застосувати іонізуючи випромінювання.

39. Збільшення ступеня інертності: замінити звичайну атмосферу нейтральною; увести в об’єкт нейтральні частини або домішки; застосувати вакуум.

40. Застосування композиційних матеріалів: перейти від однорідних матеріалів до композиційних.

Наведений список прийомів подолання протиріч є лише інструментом в руках фахівця. Для того, щоб ним правильно скористатися необхідно за алгоритмом рішення винахідницьких задач послідовно виконати наступні етапи:

- вивчення ситуації, формулювання і аналіз задачі.

- побудова моделі задачі, визначення конфліктуючих елементів і формулювання технічного протиріччя.

- аналіз моделі задачі, формулювання ідеального кінцевого результату і фізичного протиріччя.

- усунення протиріч з використанням основних прийомів, які були наведені вище, застосування фізичних ефектів і явищ.

- формулювання способу і схеми рішення задачі.

- попередня оцінка отриманого рішення, його аналіз і розвиток.