МЕТОДЫ ЛОГИЧЕСКОГО ПОИСКА

Метод Бартини

В 30-е годы советский авиаконструктор Р. Л. Бартини разработал метод, ставший логически предшественником широко распространенных сейчас в СССР алгоритмических методов. Базовыми понятиями метода явились понятия функциональной модели разрабатываемой технической системы и диалектического разрешения противоречий [36].

Р. Л. Бартини рекомендовал начинать процесс проектирования с мысленного представления себе, что же требуется при отсутствии ограничений по конструкторским материалам и энергии Снятие ограничений, по разъяснению Бартини, означает, что разработчик должен представить себе наличие материалов с любыми требуемыми свойствами, наличие любого вида энергии в любом количестве в требуемой точке пространства.

Задача разработчика - понять, что же является истинной целью существования технической системы и каковы ее функции. Р.Бартини указывал, что лучший агрегат самолета - это такой агрегат, который во время полета остается в ангаре, а функции его выполняются. После уточнения целей и требуемых функций необходимо понять, что же мешает их осуществить в первоначальном виде. Р. Бартини пишет об этом так:

"При решении поставленной задачи необходимо установить сколь возможно компактную факторгруппу сильной связи, определить факторы, которые играют решающую роль в рассматриваемом вопросе, отделив все второстепенные элементы. После этого надо сформулировать наиболее контрастное противоречие "ИЛИ-ИЛИ", противоположность, исключающую решение задачи... Решение задачи надо искать в логической композиции тождества противоположностей... "И-И" [36,,с. 113].

В настоящее время подход, предложенный Р. Бартини, реализован в таких отечественных методах, как АРИЗ (алгоритм решения инженерных задач), Обобщенный эвристический алгоритм поиска новых технических решений, Комплексный метод поиска новых технических решений и т. д.

Постоянная работа большого коллектива разработчиков над совершенствованием метода АРИЗ привела к появлению новых шагов, информационных фондов, значительно усиливших метод. Важнейшими составляющими его, однако, по-прежнему остаются понятие "идеальная машина" и основанный на ней "идеальный конечный результат" (ИКР), понятие противоречия (технические и физические противоречия). Последние модификации алгоритма состоят из нескольких десятков операторов, снабженных правилами их выполнения [35].

Основные этапы метода приведены ниже.

АРИЗ-85
Часть 1. Анализ исходной ситуации.
Часть 2. Анализ задачи.
Часть 3. Анализ модели задачи. 
Часть 4. Разрешение физического противоречия.
Часть 5. Анализ способа устранения физического противоречия.
Часть 6. Развитие полученного ответа.
Часть 7. Анализ хода решения.

В рамках метода разработаны следующие информационные фонды:
- приемы устранения технических противоречий;
- основные виды конфликтов в моделях задач;
- физические эффекты и явления; стандартные решения изобретательских задач.

АРИЗ предназначен для работы с задачами, в которых можно выделить прототип и указать его недостатки.

Обобщенный эвристический алгоритм поиска новых технических решений

Метод, разработанный группой исследователей под руководством А. И. Половинкина в 1976 г., представляет собой линейную последовательность предписаний, предназначенных для обработки информации с целью облегчения выхода на решение [37]. Первоначально метод рассматривался авторами как основа для построения полностью алгоритмизированного метода, допускающего перевод на ЭВМ. В настоящее время такая программа не реализуется. Блок-схема обобщенного эвристического алгоритма состоит из семи этапов.

1. Предварительная постановка задачи.

2. Изучение и анализ задачи.

3. Уточнение и детализация постановки задачи.

4. Поиск технических идей и решений и физических принципов действия.

5. Выбор наилучших технических решений.

6. Доработка выбранных технических решений.

7. Анализ технико-экономических показателей, найденных технических решений и оценки перспектив их внедрения.

Каждый этап включает ряд процедур (6-16). Как правило, процедуры сформулированы в виде рекомендаций. Например: "Шаг 4.6. Попытайтесь преобразовать в искомое ТР старые практически используемые ТР или в свое время отброшенные забытые решения" (ТР - техническое решение). Кроме процедур, метод содержит информационные фонды.

Комплексный метод поиска новых технических решений

В 1978 г. в Горьком под руководством Б. И. Голдовского и Ю. Н Шеломка был создан комплексный метод поиска новых технических решений [38]. Он явился следствием проведения работы по организации управления полным циклом процесса проектирования. Укрупненная блок-схема процесса поиска технического решения приведена на рис. 7.

На основе разработанного общего представления был создан метод, включивший в себя совокупность известных к тому времени операторов. Особенностями метода являются тщательная отработка теоретических положений, на которых базируются основные операторы, наличие двух развитых ветвей, определяющих характер работы при синтезе и совершенствовании технических систем, а также последовательный характер перехода от физического противоречия к техническому решению.

Развитие в рамках метода получил и аппарат системного подхода. В частности, применительно к поиску технических решений постулируются следующие положения.

1. Любой технический объект можно представить в виде технической системы, т. е. в виде искусственно созданного материального единства закономерно организованных в пространстве и во времени и находящихся во взаимной связи элементов, имеющих целью своего функционирования осуществление некоторой общественной потребности.

2. Состав и структура вновь создаваемой технической системы определяются необходимостью обеспечения требуемого функционирования (внешнего и внутреннего), а также направлением развития данного класса объектов техники.

3. Требования, предъявляемые к создаваемой технической системе, разделяются на:
а) технические требования, отражающие взаимосвязи и отношения с другими техническими объектами (в том числе с изделием) ;
б) социальные требования, отражающие взаимосвязи и отношения с общественной, человеческой средой;
в) экологические требования, отражающие взаимодействие с природным окружением.

4. Каждая группа требований представляет собой систему требований, взаимосвязанных между собой.

5. Возможность выполнения требований, налагаемых на техническую систему, определяется составом входа и выхода технической системы и их соотношением между собой. Выход технической системы, в частности, определяет ее "способности", главными из которых являются функции. Функции показывают, что система может делать. Остальные "способности" характеризуют выполнение этих действий. Каждой функции соответствует определенная подсистема.

6. Назначению технической системы и общественной потребности, которую она удовлетворяет, соответствует главная полезная функция (ГПФ) системы. "Способности", необходимые и достаточные для выполнения ГПФ, являются полезными.

7. На основании требований, предъявленных к системе, могут быть составлены аналогичные требования к каждой из подсистем и к каждому элементу системы. Причем конкретное содержание требований будет зависеть от особенностей подсистемы или элемента.

8. Выделение части технической системы (подсистемы или элемента) обязательно должно сопровождаться выделением принуждающих связей, учитывающих влияние остальных частей технической системы.

9. Каждое техническое решение описывает некоторую техническую систему.

10. Любую задачу можно представить в виде системы более простых задач.

11. Процесс поиска технического решения можно представить в виде системы определенных операций.Метод, разработанный в Горьком, несмотря на громоздкость и сложность изучения, представляет собой определенный шаг вперед в процессе построения системы оптимального проектирования.

Фундаментальный метод проектирования Мэтчетта

Метод разработан Э. Мэтчеттом (Великобритания). Начиная с 1960 г. автор сам преподает этот метод в Бристоле (школа Мэтчетта). Основная цель метода - научить проектировщика понимать и контролировать свой образ мыслей и более точно соотносить его со всеми аспектами проектной ситуации [39, 40]. Для этого используют следующие приемы:
- применение "режимов мышления" (мышление стратегическими схемами, в параллельных плоскостях, с нескольких точек зрения, "образами", в основных элементах);
- разработка языка, дающего возможность "мыслить о мышлении";
- подавление критических способностей для выявления творческой фантазии;
- самоконтроль и самонастройка на отдельных этапах процесса проектирования.

Делая основной упор на личный опыт, интуицию и мыслительные способности проектировщика, фундаментальный метод проектирования не предусматривает проведения научных исследований и испытаний для уменьшения неопределенности. В методе, однако, широко применяют информационный поиск. Он имеет следующие стадии:
- проектирование (выявление и разрешение конфликтов в многомерных ситуациях) идет с учетом закономерностей исторического развития технологии, что позволяет получать прогрессивные идеи и конструкции умозрительным способом;
- в ходе обучения методу практикуют подробное ознакомление с другими, более практичными и простыми методами проектирования.

В методе большое внимание уделяется также элементам рационального мышления (контрольные перечни вопросов, графическая интерпретация процесса поиска и мышления и др.) Э. Мэтчетт считает очень важным умение видеть процесс решения задачи как бы со стороны. При этом появляется возможность своевременно корректировать стратегию поиска. Основной педагогический принцип метода заключается в том, чтобы начинать с методов, которые уже освоены учащимися, а не навязывать им совершенно новый, в который они возможно никогда не поверят и откажутся при первых же признаках затруднений.

По ряду причин фундаментальный метод проектирования не удается усвоить в полном объеме без помощи его автора, но отдельные его части могут представлять интерес для инженеров, занимающихся разработкой и конструированием технических систем разных уровней.

Индуцирование психоинтеллектуальной деятельности (ИПИД)

Метод, разработанный в 70-х годах в Грузии под руководством В. В. Чавчанидзе, представляет собой набор последовательностей операторов, предназначенных для решения различных типов творческих задач (изобретательские, научные, организационные и т. п.) [41].

Метод предполагает коллективную работу, для чего определены роли участников, есть ведущий, эксперты, рядовые участники и т. д. Процедура работы с использованием метода установлена довольно строго, что дало возможность авторам говорить о применимости метода в системе "человек-машина".

Метод не нашел до настоящего времени широкого применения в силу сложности и малой отработанности на практических задачах.

Метод систематической эвристики

Этот метод разработан в ГДР большим коллективом авторов под руководством П. Коха и И. Мюллера. Он представляет собой системно организованный набор эвристических программ, облегчающих выполнение этапов изобретательского поиска [42].

Под эвристической программой понимают перечень предписаний, представленных в виде ряда указаний для разработчиков, благодаря которым они рациональным путем получают необходимую информацию и целесообразно ее перерабатывают. Программы предназначены для использования при проектировании и конструировании.

Система эвристических программ построена по иерархическому принципу. Она представляет собой пирамиду, на вершине которой ведущая программа, затем укрупненные рабочие программы, а также накопитель программ. Библиотека программ построена по кассетному принципу и содержит в себе программы для решения задач определенного класса (см. таблицу).

БИБЛИОТЕКА ПРОГРАММ

А -постановка задачи	В -обозначение, система обозначений	С - выражение закономерностей	D - модели	Е - проекты (общие задачи)	F - мыслительные процессы
А( - определение задачи	В( - формирование названия	С, -образование	D1 - образование (построение)	Ef -определение	Ffl - выведение
А2 -уточнение задачи	В, - проверка	С2 -проверка	Бг - истолкование	Е - оценка принятия решения	F2 -обработка
	3^ - уточнение	С5 -уточнение	Dj - изменение	Ej - приведение в соответствие	F3 - нахождение
	В^ - классификация		D4 - проверка

Выбор программы для работы осуществляют с помощью специального алгоритма.

Метод систематических эвристик достаточно сложен, однако он представляет значительный интерес как один из наиболее развитых проблемно ориентированных методов, т. е. адаптирующихся под решение конкретной задачи.

Работу над совершенствованием программы продолжают до настоящего времени. Увеличивается число рабочих программ, подпрограмм, уточняются предписания, приведенные в них. Представляет практический интерес знакомство с рядом таких программ, в частности, с укрупненной программой А1. Она имеет следующий вид.

А1. Определение задачи

А1.1. Анализ потока оцениваемых функций.

А1.2. Исследование направлений.

А1.3. Постановка задачи.

А 1.3.1. Изменение структуры.

А1.3.2. Поле исследований.

А1.3.3. Анализ постановок.

А1.4. Конструирование задачи.

Ниже приведена одна из рабочих программ.

ПРОГРАММА Д 11 ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Данные уточненной задачи

(решение о необходимости моделирования)

1. Определить цель построения модели.

2. Провести анализ оригинала и составить список всех значительных признаков. Применить программу Д 1/2 или А1 11.

3. Оценить найденные признаки относительно цели и определить, какие признаки могут быть отражены в модели. Применить программу Е 21.

4. В соответствии с поставленной целью определить, какую обработку модели необходимо провести и в какой форме ее можно реализовать. Применить программу Д 11 14.

5. Проверить, нет ли подходящей модели.

6. Выработать проект модели, соответствующий современному назначению. Применить программу .столбца накопителя Е.

7. Реализовать проект модели.

8. Определить реализуемую аналогию между оригиналом и выработанной моделью. Применить программу Д 11 6.

9. Проверить, является ли аналогия достаточной.

10. Сформулировать модель.Реализуемая модель

Проблемно-ориентируемый метод проектирования

В 1983 г. А. В. Кудрявцев предложил проблемно-ориентируемый метод решения поисковых задач [43]. В результате анализа процесса использования методов поиска было выяснено, что система решения задач, основывающаяся на выборе наиболее подходящего в каждом конкретном случае методе поиска, в настоящее время не может считаться оптимальной по ряду причин. К важнейшим из них относятся большая трудоемкость изучения широкого круга разнообразных методов, инерционность в работе, сложность перехода от одного метода к другому, сложность в подключении всех решающих задачу к интенсивной работе в силу различных психологических установок и навыков.

Все это определило необходимость перехода на новый принцип методического руководства поисковой деятельностью. Особенностью метода А. В. Кудрявцева является синтез поисковых процедур исходя из особенностей конкретной задачи и конкретных решающих задачу.

Процесс решения проблемы характеризуется в новом методе двумя основными переменными: а) объект анализа не остается постоянным в течение всего процесса решения; б) при работе с одним и тем же объектом цели исследования все время меняются.

Следовательно, процесс решения проблемы в общем случае состоит из большого числа разнообразных этапов, различающихся как по объектам, так и по целям их обработки. Отсюда можно сделать вывод о том, что для оптимальной деятельности на каждом этапе работы она должна быть разделена на столь же мелкие элементы, оптимально подходящие к каждому этапу.

Метод дал возможность организовать систему логических операторов, а также разработать правила, позволяющие формировать из них разнообразные процедуры. Система базируется на операторах, привлеченных из различных методов поиска новых технических решений, а также на специально разработанных операторах. Область использования каждого оператора однозначно определяется двумя характеристиками: объекты исследования и цель их исследования. Это позволило создать матрицу, в которой размещены все операторы поисковой деятельности.

Матрица организована следующим образом: в вертикальном ряду размещены виды объектов, с которыми приходится иметь дело в поисковой деятельности, а в горизонтальном - виды деятельности при исследовании и решении задач.

При формировании шкалы видов деятельности за основу взята система принципов диалекгического метода исследования (отражение, активность, всесторонность, единство индукции и дедукции, детерминизм, взаимосвязь количественных и качественных характеристик, историзм, противоречие, диалектическое отрицание, восхождение от абстрактного к конкретному, единство логического и исторического, единство анализа и синтеза) Система операторов, сформированная подобным образом, обладает, кроме методической,еще и методологической функцией, т. е. позволяет прогнозировать появление новых операторов, формируя их описания.

Рассмотренные в обзоре методы создания новых технических решений не исчерпывают всего многообразия средств, применяющихся для этого в инженерной практике. Число таких .методов в настоящее время достигло нескольких сотен и продолжает расти. Они ориентированы на различные классы задач, разработаны специалистами, обладающими различным творческим опытом и имеющими неодинаковые, подчас полярные установки по отношению к природе технического творчества. Тем не менее все рассмотренные методы представляют известную ценность, обеспечивая широкие возможности выбора методических средств при создании новых технических решений.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Энгельмейер П. К. Философия техники. СПБ., 1912.

2. Якобсон П. М. Процесс творческой работы изобретателя.-М.-Л., Изд. ЦС Всесоюзного о-ва изобрет., 1934.

3. Гастев А. К. Как надо работать.-М.: Экономика, 1972.

4. Osborn A. F. Applied imagination -New-York, Sckibner's Sons, 1953.

5.  J W. Hefele. Creative Work and Innovating.-New-York, Rein-hold Publication K°, 1962.

6. Whiting Ch. S. Creative thinking.-New-York, Reinhold, 1958.

7. Буш Г. Рождение изобретательских задач.-Рига: Лиесма, 1976.

8. Буш Г Основы эвристики для изобретателей. Ч. 1 и 2.-Рига: о-во Знание, 1977.

9. Моляко В. А. Психология конструкторской деятельности.-М.: Машиностроение, 1983.

10. Крик Э. Введение в инженерное дело.-М.: Энергия, 1970.

11. Тринг М., Лейтуэйт Э. Как изобретать?-М.: Мир, 1980.

12. Эйлоарт Т. Приемы настройки творческого инженерного коллектива. // Изобретатель и рационализатор.-1970.-№ 5.

13. Пойа Д. Как решать задачу.-М.: Учпедгиз, 1961.

14. Ясухисо X. Идея и разработка товаров широкого потребления. Изд. Лтд. Искра, 1983.

15. Busch К., Herrendorfer G., Felge K.-D. Variantenbewertung. Akademie der Landwirtschaftswissenschaften der DDR.-Rostok, 1979.

16. Gordon W. I. I. Synectics: the development of creative imagination.-New-York, Harper and Row, 1961.

17. Prince G. M. The practice of creativity.-New-York, Harperand Row, 1970.

18. Bouvin Y Practique des techniques de creativite: l'approacheintegree "Metra"-Paris, 1973, vol. 12, N 1.

19. Zwicky F. The morphological approach to discovery invention research and construction.-Berlin, Springer, 1967.

20. Одрин В. М., Картавое С. С. Морфологический анализ систем.-Киев: Наукова думка, 1977.

21. Moles A. Roland caude Creativite et methodes d'innovat. Fayard-Hame, 1970.

22. Столяров А. М. Методологические основы изобретательского творчества. Конспект лекций.-М.: ВНИИПИ, 1986.

23. Повилейко Р. П. Десятичная матрица поиска.-Рига: о-во Знание, 1978.

24. Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения.-М.: Московский рабочий, 1973.

25. Чяпяле Ю. М. Метод технического творчества.-Вильнюс: Мокслас, 1985.

26. Hydro Carbon Processing.-1969.-V. 48.-N 6.-P. 189-190.

27. Jones J. Christopher. Functional innovation. // Design.- 1970.-V. 1.-№ 258.-P. 78-79.

28. Fangue E. Professional Creative Work. Prentis-Holl. 1959.

29. Beits W. Systemtechnik der" Maschinenkonstruktion. Unter-lagung zur Vorlesung. TU Berlin, 1969.

30. Roth K., Franke H., Simolek R. Algorrthmisches Auswahlver-fahren zur Konstruktion mit Katalogen.-Feinwerktechnik, 1971, N 75.

31.Ханзен Ф. Основы общей методики конструирования. / Пер. с нем.-Л.: Машиностроение, 1966.

32. Rodenacher W. С. Methodisches Konstruieren, In. Konstruk- tionsbikher Bd. 27. Springer, Berlin [West], Heidelberg, New- York, 1976.

33. Тьялве Э. Краткий курс промышленного дизайна.-М.: Машиностроение, 1984.

34. Koller R. Konstruktions method fur den Maschinen-, Gerate und Apparatenbau. Springer. Berlin [West.], Heideberg, New York, 1976.

35. Альтшуллер Г. С. и др. Профессия - поиск нового.-Кишинев: Картя молдовеняске, 1985.

36. Чутко И. Красные самолеты.-М.: Сов. Россия, 1982.

37. Автоматизация поискового конструирования. Под ред. А. И. Половинкина.-М.: Радио и связь, 1981.

38. Основы методологии и организации поиска технических решений. Основные положения.-Горький, ВНИИТСМ "Сириус", 1980.

39. Matchett E., Briggs A. H. Practical design based on method (fundamental design method). The design method, Gregory S. (ed), Butterworths, Loadon, 1966.

40. Matchett E., FDM - A means of controlled thinking and personal growth., Proc. of the State Conf. of Designers, Czecho

slovakia, Scr. and Techn. Soc, Prague, 1967.

41. Проблемы управления интеллектуальной деятельностью.- Тбилиси: Мецниереба, 1974.

42. Кох П., Мюллер И. Библиотека программ систематической эвристики для ученых и инженеров. / Пер. с нем.-Йошкар -Ола: Марийское кн. изд-во, 1974.

43. Кудрявцев А. В. Система логических операторов поиска новых технических решений.-Люберцы: ИПК Минсельхозмаш, 1986.