Методы генерации изобретательных идей в техническом творчестве

04.08.2023

Картинка Macrovector_official, Storyset, Freepik

Каждому человеку, сталкивающемуся с творчеством в различных областях технической деятельности (и не только технической), приходится решать задачи, на поиск оптимального решения которых нужно затрачивать существенное время и финансы.

Однако эти труды не являются напрасными, так как иначе, если двигаться в случайном направлении, это приведёт к ещё большим затратам, что отмечал в своё время даже Рене Декарт, сказавший: «Куда лучше совсем не думать о постижении истины, чем пытаться делать это, не имея метода».

В предыдущие годы истории человечества творцы нового появлялись стихийно, но в последние полвека появился ряд методов мышления, применив которые любой человек может существенно увеличить свой творческий потенциал. Из подобных методов мышления наиболее разработанными являются относящиеся к Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ), созданной ещё в СССР Генрихом Сауловичем Алтьшулером.

Первая публикация ТРИЗ была датирована ещё 1956 годом и предполагает, что технические системы развиваются по определённым законам, которые объективны, познаваемы — соответственно, их можно найти и использовать как для решения текущих задач, так и для прогнозирования дальнейшего развития техники.

Таким образом, ТРИЗ представляет собой набор подходов для изобретателей, которые решают различные проблемы в области техники, и именно об этой теории мы и поговорим в статье.

Краткая методика решения задач с использованием ТРИЗ

Одним из основных законов ТРИЗ является закон о неравномерности развития и появления в результате этого противоречий, которые должны быть разрешены.

Обычный человек старается избегать противоречий, однако в процессе технического творчества, где нахождение и формулирование технического противоречия является одной из основных задач на предварительном этапе, без противоречий не обойтись.

Противоречия в целом можно подразделить на технические и физические.

Под техническим противоречием понимается такая ситуация, когда при улучшении одной части системы происходит ухудшение другой её части (или наоборот).

Под физическим противоречием понимается предъявление к одному и тому же физическому объекту противоречащих друг другу требований: «пускай оно будет лёгким и тяжёлым, чёрным и белым и т. д.».

И уже после нахождения такого противоречия возможно применение всего инструментария ТРИЗ для его разрешения.

При этом знание одного только инструментария ТРИЗ недостаточно, так как нужно хорошо знать физические, химические, биологические и иные законы из той предметной области, в которой идёт поиск решения, так как именно это позволит перейти от законов мышления, которые формулирует ТРИЗ, к практическим реальным решениям, применимым в жизни.

Для большинства изобретательских задач годится следующая простая последовательность шагов:

Тщательный анализ задачи с целью уйти от расплывчатого её понимания и прийти к чётко построенной схеме проблемы.
Формулирование, в чём заключается техническое противоречие задачи.
Попытка разрешения технического противоречия с применением инструментария ТРИЗ.
Если противоречие невозможно разрешить, анализ и формулирование физического противоречия.
Попытка разрешения физического противоречия с помощью инструментария ТРИЗ.
Окончательное формулирование технического решения, базируясь на основе знания известных науке физических, химических и иных законов.

Вообще говоря, потребность решения инженерных задач возникает, как правило, в процессе создания новых или усовершенствования старых устройств с целью удовлетворения потребностей отдельного человека или человечества в целом.

Так как изначальное формулирование задачи является весьма важным, рассмотрим его подробнее ниже, в то время как конкретные методы анализа и поиска новой идеи рассмотрим в соответствующем разделе «Анализ и поиск идей».

В самом начале для описания технического объекта следует формализовать следующее:

Что представляет собой потребность? Другими словами, что необходимо получить на выходе с учётом определённых условий и ограничений?
С помощью какой технической функции реализуется удовлетворение этой потребности?
Что представляет собой функциональная структура технического объекта (ТО), то есть каким образом осуществляется связь между отдельными элементами технической системы?

Картинка: Е. И. Гольдштейн, П. Ф. Коробко — «Теория Решения Изобретательских Задач»

В конечном итоге, после формализации и осознания самим автором, что должно быть на выходе, должно появиться так называемое техническое решение, которое представляет собой предельно формализованное и сжатое описание технического объекта.

Это описание должно в сконцентрированном виде выражать свойства уже существующего или будущего технического объекта, которые будут удовлетворять конкретную потребность.

Кстати говоря, формулирование в сжатом виде такого технического решения является важным ещё и в том ключе, что подобная формулировка может быть в дальнейшем использована для целей защиты интеллектуальной собственности, то есть для патентования.

При этом пишется так называемая формула изобретения, в которой описывается техническое решение. Здесь рекомендуется защищать тот элемент конструкции изобретения, без которого оно не имеет смысла. Хрестоматийным является пример, каким образом в своё время изобретатель швейной машинки Зингер запатентовал её: он не стал защищать все элементы конструкции машинки, так как это банально вылилось бы в очень солидную сумму (так как содержало бы большое количество пунктов формулы изобретения), вместо этого он всего-навсего запатентовал иголку с отверстием на конце — так как именно она является тем элементом конструкции, без которого любые дальнейшие «нагромождения сверху» являются бессмысленными.

Таким образом, как мы видим, чем более компактной является формула изобретения, тем меньше шансов её обойти конкурентам.

Например, в патентовании есть такая интересная штука, как «родительский патент» (если правильно помню, могу ошибаться в точности формулировки).

Суть здесь заключается в следующем: например, мы запатентовали элемент конструкции А. В дальнейшем конкуренты разработали свою конструкцию, которая включает элементы А, Б, В. При этом элемент А — изобретённый вами. Патентное право допускает такие решения — единственным ограничением является то, что производный патент должен иметь все необходимые разрешения от владельцев тех технических решений, которые использованы в нём.

Можно подумать, что все владельцы технических решений «наглухо упрутся» и будут запрещать их использование, однако в жизни это далеко не так: например, у владельца технического решения А может просто-напросто не быть денег для запуска его в серийное производство. Поэтому он «за денежку малую» вполне будет не против, если его решение будет использоваться кем-то ещё в составе другого продукта.

Или, другой вариант — изобретатель технического решения А все свои планы относительно него строит только в рамках одной страны, а конкуренты хотят создать производство на другом конце света, куда изобретатель даже и не планирует войти (как правило, из-за недостатка компетенций, ресурсов), поэтому также вполне будет не против его использования. Хотя тут, наверное, будет правильнее сделать оговорку, что если он предварительно озаботился этим вопросом и запатентовал изобретение в той стране, потому что иначе конкуренты просто-напросто запатентуют это изобретение там и будут вполне спокойно его использовать даже без ведома изобретателя. Причина этого – так как не существует «всемирных патентов» и патентная защита в каждой конкретной стране требует соответствующего оформления и финансовых расходов.

Почему так: потому что это выражает саму суть патента — договора между обществом и изобретателем, суть которого сводится к тому, что общество даёт изобретателю фору во времени, в течение которой изобретатель может извлечь монопольную прибыль от своей идеи, в то же время обязуясь, после истечения этого времени, передать своё изобретение обществу в свободное пользование (именно таким образом и происходит поощрение инноваций с одной стороны и отсутствие блокировки технического прогресса с другой — так как изобретение в конечном счёте всё равно отойдёт обществу). И за такое обеспечение защиты своих прав изобретатель должен заплатить обществу — как в самом начале (во время регистрации изобретения), так и для ежегодного продления защиты патента (если не заплатил, общество некоторое время ждёт, если не ошибаюсь, в течение 3 лет, после чего изобретение отходит в свободное пользование обществу и изобретатель теряет монопольное право на него). При этом, зная то, что изобретение всё равно уйдёт в итоге обществу, изобретатели используют время, пока действует защита, на поиск более оптимального решения. И после окончания защиты патентуют уже его и т. д.

Единственным неким подобием «всемирного патента» можно назвать требования патентного права к уникальности изобретения: то, что запатентовано в одной из стран, не может быть запатентовано в другой, так как требуется уникальность, и при патентовании изобретений осуществляется патентный поиск в базах разных стран. Однако это легко обходится: конкуренты регистрируют не изобретение А, а изобретение из компонентов А, Б, В.

Патентование в целом — это интересная и сложная область, описание которой займёт достаточно продолжительное время.

Все данные, приведённые выше касательно патентования, это мои собственные изыскания, полученные с целью патентования ряда собственных изобретений, поэтому они могут содержать неточности, но в целом картина примерно такая, как описана выше.

Но это было отступление в сторону от ТРИЗ, поэтому вернёмся обратно…

Анализ и поиск идей

▍ Многоэтажное конструирование

Многие идеи можно классифицировать согласно четырёхэтажной схеме:

Один объект (космический корабль).
Много таких объектов (флотилия космических кораблей).
Возможность достижения нужной цели без объектов (например, полёта через гиперпространство без потребности в космических кораблях).
Отсутствие потребности в достижении подобной цели (например, все живут в одном месте, в «космическом городе»).

Если сформулировать изначальную идею, а затем продвинуть её, попытавшись расположить на каждом из четырёх уровней, это может дать много пищи для ума и существенно трансформировать изначальную мысль.

▍ Конструирование с помощью приёмов

Ниже перечислен ряд приёмов фантазирования, позволяющих генерировать новые идеи:

Дробление: попытаться разделить объект (некий факт или утверждение) на составляющие его компоненты, вплоть до атомов, после чего попытаться снова собрать. В процессе такой мысленной разборки попытаться придать каждой детали функции изначального объекта.
Изменение наоборот: изменить какое-либо качество объекта таким образом, чтобы оно стало противоположным (причём это применимо и к самому приёму мышления, когда мы, например, раздробленный мысленно объект попытаемся, наоборот, объединить).
Ускорение-замедление: действие выбранного качества объекта изменяется таким образом, чтобы появилось новое свойство.
Увеличение-уменьшение: многократное изменение размеров объекта или его свойств с целью получить новое свойство или объект.
Введение ограничений или, наоборот, большая универсализация: свойство объекта или сам объект делается максимально универсальным и его действие распространяется на ряд фактов и других объектов, либо же искусственно ограничивается.
Добавление-убавление: имеющиеся у объекта свойства уничтожаются, а несуществующие добавляются.
Квантование: если суть действия объекта заключается в непрерывном функционировании, то сделать его прерывистым и наоборот.
Динамичность: если объект является статичным, сделать его динамичным и наоборот.
Изменение основного свойства: взять наименее подверженное изменению свойство объекта и постараться его изменить. Как альтернатива этому — изменить свойства той среды, в которой может существовать эта характеристика объекта.
Вычленение: необходимо отделить от объекта какую-либо его функцию и передать её другому объекту. Как альтернатива этому — можно сам объект перенести в другой класс явлений.
Придание свойств: можно придать неживому объекту свойства живого и наоборот.
Постараться сделать так, чтобы тот набор законов природы, на базе которых функционирует объект, был заменён на другой набор законов природы.
Изменить наиболее существенные связи между компонентами объекта (или между разными объектами).

При этом ко всем вышеперечисленным приёмам применим такой подход, что если конкретный приём не даёт эффекта, то можно его применить по отношению к той среде, которая окружает объект. Например, если требуется надеть скафандр для входа в реактор, то можно произвести действия не только с самим фактом необходимости входа в реактор, но и самим реактором, веществом внутри реактора, а также скафандром и самим человеком.

▍ Морфологическое конструирование

Под этим подразумевается максимально полный перебор всех возможных вариантов рассматриваемой системы, а также конструирование всех возможных подвариантов для каждого из элементов системы или же для самых основных из них.

Для облегчения такого перебора делается таблица, где по вертикали перечислены различные свойства конкретного реального объекта, а по горизонтали — приёмы для трансформирования идей (перечисленные выше).

Заполняя поочерёдно клетки таблицы, можно получить большое количество новых идей. Не все из них будут интересными и практически применимыми, однако такой последовательный перебор позволит не упустить чего-то ценного и попробовать большое количество идей:

Картинка: В. А. Михайлов, П. Р. Амнуэль, В. Н. Николаев — «Развитие творческого воображения»

В таблице выше рассмотрены 10 приёмов, однако вы можете использовать все 13, приведённые выше.

▍ Конструирование с помощью метода «золотая рыбка»

Вспомним известную сказку, где старик забросил невод в море и вытащил золотую рыбку, которая попросила его отпустить обратно, а за это готова была исполнить его любое желание. Так как данная ситуация является фантастической, дадим ей условное обозначение (Ф). Проанализируем сказку и подумаем, а есть ли в ней какая-либо реальная часть? Например, мог ли реально старик пойти к некоему морю и поймать рыбку? Конечно, мог, поэтому эту часть мы обозначим как реальную (Р1). Однако подобная пойманная рыбка не была бы золотой и вряд ли была бы говорящей, поэтому эту часть обозначим как (Ф1).

Итак, мы разложили сказку на реальную (Р1) и фантастическую (Ф1) части. Посмотрим теперь внимательнее на фантастическую часть. Можно ли каким-нибудь образом добиться того, чтобы старик мог поймать именно золотую рыбку? Конечно, можно, для этого всего лишь необходимо выпустить в море большое количество таких рыбок — обозначим это как (Р2). Но добиться того, чтобы пойманная золотая рыбка каким-нибудь образом могла говорить, вряд ли возможно, поэтому обозначим это как (Ф2). Тем не менее, несмотря на то, что она не сможет говорить, она сможет на наши действия давать некоторую обратную связь — обозначим это как (Р3), хотя эта обратная связь и не будет человеческим голосом (Ф3).

Таким образом, с помощью перебора необходимо уйти от фантастических вариантов (Ф), перейдя полностью к реальным (Р). В рамках сказки, конечно, этого вряд ли удастся добиться, однако в реальном техническом проекте это вполне возможно.

▍ Конструирование с помощью метода маленьких человечков

Суть этого метода заключается в том, что объект представляется в качестве толпы маленьких человечков. Почему именно их: они могут разделяться на группы, обладают зрением, разумом, могут активно действовать. До открытия этого метода в науке уже случались изобретения, где происходило применение подходов, похожих на метод маленьких человечков: например, немецкий химик-органик Фридрих Август Кекуле открыл структурную формулу бензола, увидев кольцо, которое было образовано как будто из пяти обезьян, и в этот момент он вовсе не размышлял о том, как должен выглядеть бензол.

Или, скажем, мысленный эксперимент Максвелла, когда он разрабатывал динамическую теорию газов: он мысленно соединил два сосуда между собой с помощью трубки, в которой была дверца, которую открывали и закрывали «демоны», пропуская только быстрые частицы и закрывая дверцу перед медленными.

Метод маленьких человечков особенно эффективен во время решения задач, связанных с изменением формы, состояния объекта, а также для задач на движение, перемещение.

Суть этого метода сводится к следующим операциям:

Ту часть объекта, которая не способна к достижению требуемого финального результата, представляют в виде толпы маленьких человечков.
Эта толпа разделяется на группы, которые действуют согласно условиям задачи.
Модель функционирования перестраивается таким образом, чтобы были выполнены необходимые обязательные условия, и в то же время достигался требуемый результат.

Во время решения задачи с применением метода маленьких человечков имеет смысл действовать по следующему алгоритму:

Разместить маленьких человечков в той части объекта, которая должна быть изменена.
Подумать над тем, как должны действовать человечки для достижения задачи.
Если решение не приходит, то изменить построение человечков, расположив их прерывисто.
Если решение снова не достигнуто, то расположить их в виде треугольника, например, с прямыми или криволинейными сторонами.
Уменьшать количество участвующих человечков — например, треугольник может быть получен только с помощью трёх человечков, квадрат с помощью только четырёх и т. д.

Мы затронули только самую верхушку методов развития творческого мышления и достижения технических результатов, тем не менее, необходимо в процессе активно думать самому, не полагаться только на алгоритмы, рассуждать, основываясь на максимально глубоком знании науки, её истории, предметной области техники (в которой разрабатывается техническое решение) и т. д.

Ещё необходимо учитывать один интересный момент, который заключается в том, что накопление индивидом научно-технических знаний и опыта работы начинает довлеть над фантазией и гасит её (сознание услужливо подсовывает проверенные и надёжные, но совершенно банальные решения), а ведь без неё невозможны в полной мере поразительные открытия высокого технического и творческого уровня…

Список использованной литературы

Бояркина В. И. — «Интеграция ТРИЗ и предметов школьной программы».
Е. И. Гольдштейн, П. Ф. Коробко — «Теория Решения Изобретательских Задач».
В. А. Михайлов, П. Р. Амнуэль, В. Н. Николаев — «Развитие творческого воображения».
В. Уразаев – «ТРИЗ в электронике».