Элементы алгоритмов (АРИЗ) и теории решения изобретательских задач (ТРИЗ)
В отечественной практике наиболее полная формализа-ция создания технических решений в виде изобретений была представлена Г.С. Альтшуллером. В 50–60-е годы прошло-го века он создал алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), преобразованный им позже в более универсальную теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ). Г.С. Аль-тшуллером опубликовано несколько книг, рассчитанных на самый широкий круг читателей: от школьников [22] до ин-женеров и ученых [23, 24].
Рассмотрим наиболее простой вариант алгоритма созда-ния изобретения, который был предложен и опубликован Г.С. Альтшуллером в 1956 г. [25] и который еще долго оста-нется актуальным.
Для правильного уяснения функционирования алгоритма необходимо познакомиться с основными закономерностями развития техники. Эти закономерности сложны и многооб-разны, поэтому ограничимся лишь некоторыми сведения-ми, необходимыми для понимания сущности творческого процесса.
Приведем, например, основные факты из истории соз-дания велосипеда. В 1813 г. австрийский лесничий Дрез по-строил беговую машину – прообраз современного велосипе-да. В Западной Европе не были известны сконструированные замечательными русскими механиками Л. Шамшуренко-вым и И.Н. Кулибиным самодвижущиеся экипажи. У пер-вых велосипедов Дреза отсутствовало то, что имели экипажи русских изобретателей – трансмиссия; при езде необходи-
|
|
|
| искреннего сомнения. Ж. Гюйо Самое оригинальное и одно из самых нравственных чувств нашего века, века науки – это чувство |
87
мо было отталкиваться ногами от земли. Без трансмиссии дальней-шее усовершенствование рабочих органов (колес) и органов управ-ления не имело смысла и таким образом получилась просто забавная игрушка, а не средство передвижения. Только введение педалей, на-саженных на ось переднего колеса, открыло возможности для усо-вершенствования велосипеда. Педали позволили увеличить скорость движения, но с увеличением скорости возросла и опасность езды, об-условленная несовершенством органов управления. Изобретение тор-мозов (1845) устранило препятствие, так как оказалось возможным дальше развивать рабочий орган, увеличивая диаметр ведущего ко-леса и тем самым увеличивая расстояние, проходимое велосипедом за один оборот педалей. Диаметр переднего колеса из года в год уве-личивается: появляются «велосипеды-пауки» с огромным передним колесом. Наконец, количественный путь развития исчерпал свои воз-можности: дальнейшее увеличение диаметра ведущего колеса резко увеличивало опасность езды на велосипеде. Возникшее противоре-чие было устранено изменением трансмиссии – применением цепной передачи, позволившей получить высокую скорость не за счет боль-шого диаметра колеса, а путем увеличения количества оборотов. Усо-вершенствование трансмиссии вновь открыло простор для развития рабочих органов – в 1890 г. были введены пневматические шины. Вызванное этим возрастание скорости движения обусловило необ-ходимость нового изменения трансмиссии – применения механизма свободного хода. Так был создан современный велосипед.
|
|
|
История развития велосипеда позволяет сделать следующие ос-новные выводы:
– отдельные элементы машины, механизма, процесса всегда нахо-дятся в тесной взаимосвязи;
– развитие происходит неравномерно: одни элементы обгоняют в своем развитии другие, отстающие;
– планомерное развитие системы (машины, механизма, процес-са) оказывается возможным до тех пор, пока не возникнут и не обо-стрятся противоречия между более совершенным элементом и отс-тающими ее частями;
– это противоречие является тормозом общего развития всей си-стемы. Устранение возникшего противоречия и есть изобретение;
– коренное изменение одной части системы вызывает необходи-мость ряда функционально обусловленных изменений в других ее частях.
|
|
|
88
Следовательно, каждое творческое решение новой техни-ческой задачи, независимо от того, к какой области техники оно относится, включает три основных момента:
а) постановка задачи и определение противоречия, ко-торое мешает решению задачи обычными, уже известными технике путями;
б) устранение причины противоречия для достижения но-вого и более высокого технического эффекта;
в) приведение других элементов усовершенствуемой си-стемы в соответствие с измененным элементом (системе при-дается новая форма, соответствующая новой сущности).
Процесс творческого решения новой технической зада-чи обычно включает три отличные по цели и методу стадии, которые условно можно назвать аналитической, оператив-ной и синтетической.
Аналитическая стадия имеет целью анализ развития дан-ной машины, механизма, процесса (или, в более широком случае, отрасли техники) для выявления основного на дан-ном этапе противоречия и определения непосредственной (физической, химической, электрической и т.п.) его при-чины.
Оперативная стадия заключается в систематическом ицелесообразном направленном исследовании возможных способов устранения обнаруженной причины противоречия.
|
|
|
Синтетическая стадия направлена на внесение в осталь-ные элементы системы дополнительных изменений, вытека-ющих из найденного способа устранения данного техниче-ского противоречия (синтез технического решения).
Творческая работа изобретателя начинается уже на пер-вом этапе аналитической стадии – при выборе задачи. Задача изобретателя заключается не в механическом выборе темы, на которую случайно упал взгляд, а в творческом исследо-вании динамики развития определенной системы и в выяв-лении решающей на этом этапе той проблемы, которая тор-мозит общее развитие.
Это особенно типично для изобретательства, связанного
а плановым и комплексным производством. Современное производство, в особенности специализированное, состо-ит из ряда последовательных и взаимосвязанных процес-сов. Общая производственная мощность отрасли или пред-
| Мистика слова – непременный признак лженауки. А. Китайгородский |
89
приятия обычно ограничивается одним из них – узким местом всего производства. Когда изобретатели бессистемно занимаются всем, что «можно изменить, переделать, улучшить», на отдельных участках производства образуется неиспользуемый излишек производствен-ной мощности.
Второй этап аналитической стадии – выявление основного звена задачи. При решении каждой конкретной технической задачи необ-ходимо из всех характеристик машины, механизма, процесса выбрать ту характеристику (звено), изменение которой необходимо и доста-точно для достижения требуемого технического эффекта.
Классическим примером правильного выявления основного звена задачи может служить работа известного английского изобретателя Джеймса Уатта по усовершенствованию паровой машины. Поставив задачу создать такую машину, Уатт детально проанализировал все характеристики существовавших в тот период паровых двигателей. Эти двигатели имели ряд существенных недостатков: громоздкость
В взрывоопасность котельной установки, огромные потери тепла в цилиндре двигателя, несовершенство трансмиссии. Уатт правильно выделил главное звено задачи – уменьшение тепловых потерь в ци-линдре двигателя и, следовательно, повышение общего коэффициен-та полезного действия всей машины. Достигнутое Уаттом улучшение этой характеристики позволило создать паровую машину достаточно высокой мощности. В дальнейшем Уатт поставил новую задачу: сде-лать паровую машину универсальным двигателем. Мощность усо-вершенствованной паровой машины вполне отвечала требованиям практики. И поэтому основным звеном стало усовершенствование трансмиссии, которая была приспособлена только к передаче редко используемого на практике возвратно-поступательного движения. Создав трансмиссию, способную передавать круговое движение, Уатт достиг требуемой универсальности двигателя.
Выбор задачи и определение ее основного звена – лишь первая половина аналитической стадии творческого процесса. При попытке решения задачи уже известными техническими средствами возника-ют противоречия, препятствующие достижению требуемого техниче-ского эффекта. Выявление решающего противоречия – третий этап аналитической стадии.
Так, например, попытка увеличить КПД котельной установки вве-дением дополнительных экранов и экономайзеров утяжеляет агрегат
В увеличивает расход металла на его производство. Пытаясь обычны-ми приемами улучшить один из показателей, мы одновременно ухуд-
90
шаем другие. Разрешение этого противоречия служит разви-тию котельной техники.
Выявленное противоречие – следствие определенных причин. Задача последнего – четвертого – этапа аналити-ческой стадии творческого процесса заключается в опреде-лении непосредственной (механической, химической и т.д.) причины противоречия. Приведем пример. Последняя ста-дия заводского изготовления циферблатных приборов – это проверка их сравнением с выверенным эталонным образцом. Приборы ставятся рядом, и контролер проверяет совпаде-ние показаний в нескольких точках шкалы. Для увеличения точности контроля необходимо максимальное количество контрольных точек, а это снижает темпы проверки, то есть уменьшает производительность труда контролера. Желая выиграть в точности, мы проигрываем в скорости контро-ля. Непосредственной причиной противоречия является фи-зическая невозможность совместить шкалы двух приборов: контролеру приходится переводить взгляд с одного прибо-ра на другой, а нужно видеть одновременно оба. В данном случае противоречие устраняется введением бинокулярной системы, оптически совмещающей циферблаты приборов и позволяющей быстро и точно проверять совпадение показа-ний обоих приборов на протяжении всей шкалы.
Аналитическая стадия – наиболее «логизированная» часть творческого процесса. У опытного изобретателя она представляет собой логическую последовательность сужде-ний, исходной точкой которых служат исторические, ста-тистические, технические, экономические и иные факты.
В лишь в редких случаях, когда на каком-то этапе оказыва-ется недостаточно фактического материала, приходится ста-вить немногочисленные, но всегда целенаправленные экс-перименты.
Аналитическая стадия – чрезвычайно важная часть твор-ческого процесса. Во многих случаях правильно проведенный анализ позволяет сразу же устранить причину технического противоречия или предельно облегчить следующую – опера-тивную – стадию процесса творчества.
Что определяет успех творческой работы на ее аналити-ческой стадии? Это знание исследуемой области техники, по-нимание диалектических законов ее развития, наличие всех
| Скорее мы сознаемся в наших нравственных заблуждениях, чем в научных. И. Гете |
91
необходимых для анализа фактических сведений и умение вести ло-гический анализ. Следовательно, для развития изобретательских способностей нужна постоянная тренировка аналитических на-выков. Перед тем как перейти к операциям на живых людях, хирургдолго практикуется в анатомическом театре. Точно так же изобрета-тель должен систематически анализировать сделанные ранее изобре-тения. Очень важно и знание истории техники, умение представить каждую отрасль техники в изменении и развитии, чтобы не изобре-сти велосипед. Наконец, важен и самый объем технических знаний, объем наличного фактического материала.
Вторая часть творческого процесса – оперативная стадия, во мно-гом отличная от первой. В большинстве случаев оперативная стадия представляет собой сочетание логических операций с операциями не-логическими. Здесь изобретателю приходится искать, пробовать или вести (используем старый и не совсем точный термин) мысленный эксперимент, который, и это надо подчеркнуть, преобладает толь-ко на оперативной стадии творчества. И главное, он ведется отнюдь не бессистемно. Если бы мысленный эксперимент представлял со-бой процесс стягивания к этой точке и вбирания в нее самых различ-ных сведений, то творческое решение каждой технической задачи требовало бы многих лет. Работа на оперативной стадии творческо-го процесса каждым более или менее опытным изобретателем ведет-ся планомерно. У изобретателей в результате длительной практики постепенно складывается своя, часто не вполне осознанная, но объ-ективно рациональная система поисков. Аналитическая стадия твор-ческого процесса во многом упрощает эти поиски: изобретатель ищет не абстрактную идею, а точные способы устранения конкретного тех-нического противоречия.
Наиболее рациональна та система, при которой поиски способа устранения причины технического противоречия ведутся в такой по-следовательности.
В Исследование типичных приемов решения (прообразов): а) использование природных прообразов, б) использование прообразов из других областей техники.
В Поиски новых приемов решения путем изменений:
а) в пределах системы,
б) во внешней среде,
в) в сопредельных системах.
92
этом случае поиски ведутся от простого к сложному, что позволяет получить правильные решения с минимальной за-тратой усилий и времени.
Зачастую технические противоречия, с которыми при-ходится сталкиваться в процессе творческой работы, имеют прямые аналогии в природе и технике. Поэтому целесообраз-но исследовать аналогичные противоречия и типичные спо-собы их устранения. Часто это позволяет использовать при-родные или технические прообразы для устранения причины данного технического противоречия.
Приведем некоторые примеры использования природ-ных прообразов.
период первой мировой войны на кораблях начали при-менять гидрофоны – приборы для прослушивания шума вин-тов подводных лодок. Эти гидрофоны можно было исполь-зовать, только остановив корабль или сильно замедлив его ход: звуки, создаваемые потоком воды у приемного отвер-стия гидрофона, заглушали все остальное. Один из инжене-ров, работавших над усовершенствованием гидрофона, знал, что тюлени прекрасно слышат даже на самом быстром под-водном ходу. По его предложению был построен гидрофон с приемным отверстием, аналогичным форме ушной ракови-не тюленя. В результате слышимость значительно улучши-лась, оказалось возможным использовать гидрофоны и при движении корабля.
1933 г. в СССР было изобретено приспособление для беспарашютного сбрасывания грузов с самолета (а.с. СССР
В 41356). При решении задачи изобретатель использовал нестандартное, но известное свойство семян клена, которые при падении выравниваются и медленно планируют, совер-шая вращательное движение. Построенное им приспособле-ние, воспроизводящее форму кленового семени, при сбрасы-вании с самолета плавно опускалось, вращаясь вокруг своего центра тяжести.
Использование природных или технических прообразов не может, конечно, ограничиваться простым копировани-ем. Природные и технические прообразы представляют со-бой результат длительного и непрекращающегося развития. Заимствуя у природы и техники то или иное решение, изо-бретатель развивает его, доводя до логического завершения.
| У лженауки есть устойчивые черты. Одна из них – нетерпимость к опровергающим доводам. А. Мигдал |
93
В тех случаях, когда исследование природных и технических про-образов не дает положительного результата, изобретатель перехо-дит к следующему этапу оперативной стадии – поискам новых прие-мов решения. При этом исследуются, в первую очередь, возможные изменения в самой системе. Это обычная группа наиболее простых изменений. Зачастую для устранения причины технического проти-воречия достаточно изменить лишь размеры, материалы, порядок взаимосвязи отдельных частей системы.
Типичный пример – создание шахтной врубовой машины с удли-ненным баром. Стандартный бар, которым врубовая производит вы-рубку угольного пласта, имеет длину 2 м. Отбойка угля при этом осу-ществляется при помощи взрывчатых веществ. При благоприятных горно-геологических условиях оказывается возможным применять врубовые машины с баром длиной 3–5 м. Увеличение глубины вруба приводит к тому, что уголь обрушивается вслед за движением врубо-вой машины: оседая, уголь разбивается на крупные транспортабель-ные куски. Количественное изменение – увеличение длины бара – дает, таким образом, новый качественный эффект: устраняется необ-ходимость в буровзрывных работах.
Значительную группу составляют изменения во внешней среде. При исследовании целесообразности внесения таких изменений изо-бретатель должен изучить внешнюю для данной системы среду и ее влияние на систему. В частности, следует рассмотреть возможность изменения параметров среды (например, давление, температура, ско-рость движения) или замены данной среды другой, обладающей бо-лее благоприятными характеристиками. Нередко простая смена одной среды другой или дополнение среды какими-то компонентами приво-дит к успешному решению задачи. Так, например, при изготовлении бетона в обычных бетономешалках, в бетонной массе (даже при дли-тельном перемешивании) остается значительное количество мелких воздушных пузырьков, снижающих прочность бетона. Поэтому был предложен так называемый вакуумный способ приготовления бето-на. В вакуумных бетономешалках бетонная масса перемешивается в разреженной среде, создаваемой внутри барабана. Количественное из-менение одного из параметров – давления – внешней среды дает но-вый качественный эффект: прочность бетона увеличивается вдвое.
Техническое противоречие можно устранить, если внести изме-нения в сопредельные системы, в смежные части машины, в другие стадии процесса. Иногда достаточно просто установить взаимосвязь между ранее независимыми процессами. Известно, например, что
94
на современных киностудиях для освещения используется
В основном постоянный ток. Вызвано это тем, что частота съемки (24 кадра/с) не совпадает с частотой промышленно-го переменного тока (50 Гц). При питании светильников пе-ременным током открытие затвора объектива киносъемоч-ного аппарата может совпасть с минимумом освещенности,
В результате чего часть кадров получится затемненной. Вы-держка при съемке каждого кадра составляет обычно 1/1000 с, поэтому только 2,4 % световой энергии, падающей на объ-ектив, используется полезно. Если питать безынерционные светильники токовыми импульсами, синхронными и синфаз-ными вращению шторки объектива, то свет будет включать-ся только в те моменты, когда объектив открыт. Артисты же будут видеть значительно ослабленный непрерывный свет, поскольку уже при частоте 10–16 имп./с человеческий глаз воспринимает световой поток как непрерывный. Установле-ние взаимосвязи между работой киносъемочного аппарата и работой системы освещения дает новый технический эф-фект – резко сокращается расход электроэнергии и облегча-ется работа актеров.
Аналитическая стадия творческого процесса дает поч-ти всегда однозначный ответ, оперативная же стадия такой однозначностью не отличается: одно и то же техническое противоречие может быть устранено различными путями. Поэтому на оперативной стадии эксперимент играет уже не второстепенную, а главную роль, являясь во многих случаях критерием для окончательного выбора того или иного спо-соба, приема, схемы и т. д.
Хорошее знание природы, наблюдательность, знаком-ство со смежными областями техники, владение техникой эксперимента – таковы качества, необходимые для успеш-ного проведения оперативной стадии творческого процесса.
Последняя – синтетическая стадия творческого процесса включает четыре этапа: введение функционально обуслов-ленных изменений в систему, введение функционально обу-словленных изменений в методы применения системы, про-верка, насколько полученный принцип применим к решению других технических задач и оценка изобретения. Синтети-ческая стадия, как и аналитическая – это, по преимуществу,
| Глупость настолько непроходима, что ее невозможно исследовать до дна. О. де Бальзак |
95
цепь логических суждений, проверяемых при необходимости экспе-риментально.
Найденный способ устранения технического противоречия поч-ти всегда обусловливает необходимость внесения в систему дополни-тельных изменений – системе придается новая форма, соответствую-щая новому содержанию. Переход к новой форме для изобретателя труден психологически, потому что каждая система (машина, меха-низм, процесс) связана в представлении человека с устоявшимися, традиционными формами. Поэтому, даже изменив сущность систе-мы, изобретатель зачастую сохраняет ее форму. Так, например, один из первых электродвигателей в точности воспроизводил по форме па-ровую машину: цилиндр был заменен электромагнитной катушкой, а поршень – металлическим стержнем, который при переключении тока совершал возвратно-поступательное движение. При помощи криво-шипно-шатунного механизма это движение, как и в паровых двигате-лях, преобразовывалось затем во вращательное движение. Лишь впо-следствии были созданы электродвигатели с вращающимся ротором, который исключал надобность в кривошипно-шатунном механизме.
Следующий этап синтетической стадии творческого процесса – из-менение в методах применения системы. Создание всякой новой си-стемы (или изменение старой) – это условия отыскания новых мето-дов ее практического использования.
Можно привести пример, ставший классическим. Раньше забойщи-ки в угольных шахтах отбивали уголь вручную, обушком. Периоди-чески они прекращали отбойку и укрепляли выработанное простран-ство. В начале 1930- х годов на шахтах появились пневматические отбойные молотки – мощное средство отбойки угля. Однако мето-ды работы остались старыми: забойщик по-прежнему периодически откладывал молоток и занимался креплением. В результате нерацио-нальных методов работы общий прирост производительности был невелик. Тогда предложили новый метод организации труда: одна группа забойщиков непрерывно работала отбойными молотками, дру-гая – вела крепление. Новый метод позволил полностью использо-вать высокую производительность отбойных молотков и увеличить добычу угля в десятки раз.
Несмотря на очевидную важность этого этапа творческой рабо-ты, изобретатели зачастую не уделяют ему должного внимания, пре-доставляя рационализаторам чисто эмпирически вырабатывать наи-более эффективные методы использования нового изобретения. Как
96
В на предыдущем этапе творческого процесса, это вызвано воздействием на психику изобретателя укоренившихся тех-нологий.
Третий этап синтетической стадии творческого процесса – проверка, насколько найденный способ устранения техни-ческого противоречия применим к решению других техни-ческих задач. Иногда полученный принцип изобретения ценней, чем само изобретение, и может быть успешно при-менен при решении других, более важных задач. На этом этапе особое значение имеет технический кругозор изобре-тателя, его знакомство с другими областями техники, зна-ние актуальных проблем различных отраслей производства.
Первый патент на железобетон был получен в 1867 г. французским садовником Монье. Не обладая достаточным техническим кругозором, Монье взял патент только на изго-товление железобетонных... цветочных вазонов. Очевидно, что изобретателю при создании технических решений необ-ходимо учитывать подобный курьезный факт, неучет кото-рого может существенно ограничить область притязаний ав-тора на ценность созданного изобретения.
Последний этап творческой работы – оценка сделанно-го изобретения. Цель этого этапа – выявление соотноше-ния между положительным техническим эффектом, дава-емым изобретением, и затратами, необходимыми для его реализации. Ценность сделанного изобретения находит-ся в прямой зависимости от величины этого отношения. В частности, при наличии нескольких вариантов решения, по-лученных на оперативной стадии, окончательный выбор наи-лучшего варианта связан с оценкой изобретений. На этом же этапе изобретатели обычно анализируют проделанную рабо-ту, стремясь выявить допущенные ошибки и осмыслить но-вые творческие приемы, использованные при решении задачи.
Исходя из всего сказанного схему творческого процесса можно представить в следующем виде.
I. Аналитическая стадия
С. Выбор задачи.
С. Определение основного звена задачи.
С. Выявление решающего противоречия.
С. Определение непосредственной причины противоречия.
| Тысячи путей ведут к заблуждению, к истине – только один. Жан-Жак Руссо |
97
II. Оперативная стадия
№ Исследование типичных приемов решения (прообразов): а) в природе, б) технике.
№ Поиски новых приемов решения путем изменений:
а) в пределах системы,
б) во внешней среде,
в) в сопредельных системах.
III. Синтетическая стадия
с Введение функционально обусловленных изменений в систему.
с Введение функционально обусловленных изменений в методы использования системы.
с Проверка применимости принципа к решению других техни-ческих задач.
с Оценка сделанного изобретения.
Надо сказать, что эта схема может быть отнесена к творческой работе только опытного и высококвалифицированного изобретате-ля. В творчестве начинающего изобретателя, как правило, нет доста-точной логической стройности суждений, большую роль играют слу-чайности, удачные находки и т. д. И наоборот, великие изобретатели прошлого часто достигали высокого уровня творческого мастерства.
Изобретения могут делаться и в процессе научно-исследователь-ской работы. Так, например, открытие рентгеновских лучей и уста-новление их свойств почти автоматически обусловили появление ряда технических изобретений, основанных на применении этих лу-чей. В данном случае в руках изобретателя сначала оказалось сред-ство устранения многих технических противоречий, и задача состоя-ла в обратном: найти эти противоречия.
Приведенная схема типична, но не всеобъемлюща. Более того, даже в пределах применимости она носит приближенный характер. Нужно еще во многом уточнять, углублять, а кое в чем и изменять эту схему.
Для решения этой задачи необходимо и дальше исследовать взаи-мосвязь между объективными законами технического прогресса
о психологическими процессами технического творчества. Необхо-димо также систематически изучать опыт рационализаторов и изо-бретателей, выявлять и обобщать их методы творческой работы.
98
Стратегия изобретательства
Рассмотренные в предыдущем разделе сведения относятся
№ тактическим вопросам создания того или иного конкретно-го изобретения. Методика АРИЗ и ТРИЗ позволяет опреде-лить стратегические вопросы возможности, перспективно-сти и необходимости создания изобретений в той или иной области техники [9]. В области прогнозирования развития электроники это проделано в работе [16].
Жизнь технической системы можно изобразить в виде S-образной кривой (рис. 14), показывающей, как меняют-ся во времени главные показатели системы или устройства (мощность, быстродействие, производительность и т. д.).
разных технических систем эта кривая имеет, разуме-ется, свои индивидуальные особенности. Но на ней всегда есть характерные участки, которые для определенности и на-
| глядности изложения мо- | ||||||||
| показатели | гут быть аппроксимиро- | |||||||
| В «детстве» (участок | ||||||||
| ваны прямыми линиями | ||||||||
| (рис. 15). | ||||||||
| Главныесистемы | А–Б графика на рис. 15) | |||||||
| техническая система раз- | ||||||||
| t | вивается медленно, соз- | |||||||
| даются новые, еще не от- | ||||||||
| Время жизни системы | ||||||||
| работанные технические | ||||||||
| Рис. 14. График временнóго | ||||||||
| решения или физико-хи- | ||||||||
| изменения показателей системы | мические эффекты. Затем | |||||||
| Г | приходит пора «возмужа- | |||||||
| показатели | ния и зрелости» (участок | |||||||
| В | Д | |||||||
| Б–В) – техническая систе- | ||||||||
| Е ма быстро совершенствует- | ||||||||
| Главныесистемы | t | ся, начинается ее массовое | ||||||
| момента времени темпы | ||||||||
| А | Б | применение. С какого-то | ||||||
| развития начинают спа- | ||||||||
| Рис. 15. График временнóго | дать (участок В–Г) – на- | |||||||
| изменения показателей | ступает ее моральное и/ | |||||||
| системы с участками линейной | или физическое старение. | |||||||
| аппроксимации | Далее после точки Г воз- | |||||||
| В науках мы ищем причин не столько того, что было, сколько того, что могло бы быть. Т. Гоббс |
99
| можны два варианта. Техническая система либо деградирует (уча- | ||||||
| сток Г–Е), либо на определенное время сохраняет свои достигнутые | ||||||
| показатели с определенным (возможно не критичным) спадом (уча- | ||||||
| сток Г–Д). | ||||||
| Графики рис. 14 и 15 справедливы при учете лишь технических | ||||||
| факторов, определяющих жизнь и развитие систем. Практически, если | ||||||
| учесть другие факторы и обстоятельства, они изменят свой вид. Это | ||||||
| показано на графиках рис. 16, где сплошные линии соответствует ре- | ||||||
| альному виду характеристик, а пунктирные – идеальному. | ||||||
| показатели | Казалось бы (рис. 16), с момен- | |||||
| Г | Д | та появления техническая систе- | ||||
| В | ма должна неуклонно (хотя и не | |||||
| В* | очень быстро) развиваться до точ- | |||||
| ки Б*. Однако в силу инерционно- | ||||||
| А* | Б* | Б | сти мышления общества момент | |||
| Главные системыА | t | перехода к массовому применению | ||||
| Рис. 16. Реальные и идеальные | происходит медленнее и начинается | |||||
| позднее – точки А и Б. Период бы- | ||||||
| характеристики временнóго | строго развития должен был бы за- | |||||
| изменения характеристик системы | ||||||
| вершиться в точке В*, там, где ис- | ||||||
| черпываются возможности использованных в системе принципов и | ||||||
| обнаруживается экономическая нецелесообразность дальнейшего | ||||||
| развития данной системы. Однако реальная точка В всегда выше, чем | ||||||
| идеальная точка В*. Возникает инерция интересов – финансовых, на- | ||||||
| учных (псевдонаучных), карьеристских и просто человеческих (бо- | ||||||
| язнь оставить привычную и обжитую систему). Инерция отказывается | ||||||
| сильнее экономических факторов. Вплоть до точки В система продол- | ||||||
| жает оставаться экономически выгодной за счет, например, разруше- | ||||||
| ния, загрязнения и хищнической эксплуатации окружающей среды. | ||||||
| Типичным примером может служить интенсивное строительство | ||||||
| за рубежом больших танкеров. Катастрофа с танкером «Тори Каньон» | ||||||
| (120 тыс. т нефти попали в море) привела к тяжелейшим последстви- | ||||||
| ям на побережьях Англии и Франции. С тех пор океан не стал спо- | ||||||
| койнее, мореплавание не стало безопаснее. Но уже построены танке- | ||||||
| ры с водоизмещением в полмиллиона и даже миллионы тонн нефти. | ||||||
| Экономичность, то есть прибыль для судовладельцев, обеспечена за | ||||||
| счет ущерба, приносимого окружающей среде. | ||||||
| Другим примером может служить количество автомобилей, выпу- | ||||||
| скаемых автозаводами мира. Особенно это относится к нашей стране, | ||||||
| когда средняя скорость движения автомобилей в городах, особенно | ||||||
100
в миллионниках, не превышает 15–25 км/ч. Одним из ре-шений такой проблемы является возврат к давно известно-му велосипеду.
«Жизненные» графики (см. рис. 14 и 15) определяют их связь с чисто изобретательскими задачами, которые возни-кают и решаются в процессе творческой деятельности лич-ности. Это иллюстрируется графиками рис. 17, а, б, в, г, д.
На рис. 17, а изображена известная «жизненная» кри-вая технической системы. Сопоставление ее с последующи-ми графиками определяет следующие изобретательские по-казатели.
| a) | ||
| Показателисистемы | t | |
| б ) | ||
| Количествоизобретений | t | |
| в) | ||
| Уровеньизобретений | t |
г )
| Польза, отэффект.экизобретений | t |
Рис. 17. Изменение изобретательских показателей
от времени жизни системы
| В науке нет дураков. Дурак слишком умён, чтобы лезть в науку. Е. Багашов |
101
На рис. 17, б показана типичный график изменения количества изобретений, относящихся к данной технической системе. Первый пик графика соответствует точке А. Здесь количество изобретений увеличивается за счет новизны и реальной (или обманчиво соблаз-нительной) перспективности новой системы. Второй пик графика об-условлен стремлением продлить жизнь системы из-за сложившихся традиционных взглядов изобретателей, которым трудно отказать-ся от имеющегося у них багажа знаний. Эта ситуация приводит ино-гда к профессиональным и психологическим трагедиям в жизни изо-бретателей.
Изменение уровня изобретений показано на рис. 17, в. Первые изо-бретения, создающие основу нового технического направления, всег-да высокого уровня. Постепенно этот уровень снижается из-за того, что в последующих изобретениях используются известные принци-пы, и они являются задачами более низкого уровня. Пик на рисунке соответствует изобретениям, которые обеспечивают системе возмож-ность массового использования, когда их применение дает существен-ный технико-экономический эффект.
Средняя экономическая эффективность (практическая отдача, эко-номия, польза) от одного изобретения в разные периоды развития тех-нической системы показана на рис. 17, г. Первые изобретения, несмо-тря на их высокий уровень, не дают прибыли, так как техническая система существует пока только на бумаге или в единичных образ-цах, в ней много мелких недостатков и недоработок. Прибыль появ-ляется после перехода к массовому применению. В этот период даже небольшое усовершенствование приносит большую экономию и, сле-довательно, большое вознаграждение авторам.
Изобретателю надо знать особенности «жизненных кривых» тех-нических систем. Это необходимо для правильного ответа на вопрос, крайне важный для изобретательской практики: следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней техническую си-стему или надо поставить новую задачу и создать нечто принципи-ально иное? Чтобы получить ответ на этот вопрос, надо знать како-вы резервы развития данной технической системы и ее потенциал.
В качестве практического примера существования и определения жизненных циклов электронных систем различного вида рассмотрим условные графики, приведенные на рис. 18. Их более подробный ана-лиз проведен в [16].
102
| 4 | ||||||||
| Nреш | 3 | |||||||
| 2 | ||||||||
| 1 | ||||||||
| гг. | ||||||||
| 1940 | 1950 | 1960 | 1970 | 1980 | 1990 | 2000 | 2010 |
Рис. 18. Жизненные циклы развития областей электроники
Здесь обозначения соответствуют Nреш – количеству соз-данных технических решений в той или иной области электро-ники. График 1 соответствует использованию в электронике электровакуумных ламп (радиоламп), а график 2 – исполь-зованию транзисторов и полупроводниковых диодов. Реа-лизации электронных систем и устройств на интегральных микросхемах (ИМС) соответствует график 3. График 4 со-ответствует реализации электронных систем на цифровых ИМС, когда процесса разработки, существовавшей ранее, нет, а системы строятся путем «сложения» из стандартных «кубиков» и последующего их программирования, осущест-вляющего требуемые функциональные взаимозависимости узлов системы.
Очевидно, показанные графики в условном виде отобра-жают жизненные циклы реализации электронных устройств
и систем на тех или иных элементах. Расцвет применения электровакуумных ламп приходится на 40–50 годы прошло-го века, транзисторов – на 60–70 гг., а ИМС различного вида широко стали применяться в 1970–1980 гг. Дальнейший пе-реход на цифровые методы обработки информации обусло-вил большее влияние системных методов проектирования
и широкого использования унифицированных программ-ных средств.
Графики рис. 18 определяют, например, тот факт, что ни-кто в настоящее время не будет разрабатывать электронные схемы на электровакуумных лампах, так жизненный цикл
| Вечная трагедия науки: уродливые факты убивают красивые гипотезы. Томас Гексли |
103
этих приборов полностью исчерпался (график 1). Это же относится
и электронным схемам и системам на диодах и транзисторах (график 2). Появление ИМС большой степени интеграции, обладающих широ-чайшими функциональными возможностями, к которым относятся микропроцессоры, микроконтроллеры и т.п., выполненные в виде больших и сверхбольших интегральных схем, в значительной степе-ни снижает требования к знанию физики полупроводников и дискрет-ной электроники как к отрасли науки и техники (график 4). Проек-тирование функционально сложных электронных систем сведется к выполнению формальных инструктивных требований, изложенных в соответствующих руководствах по программированию.
Очевидно, что этот пример показывает области перспективных ра-бот по созданию изобретений в области электроники, которые лежат справа за областью графика 4. К ним можно отнести наиболее перспек-тивные направления работ – нанотехнологии и биотехнологии и др.
104
Раздел 4
Методология
изучения дисциплины
Основой методики изу-чения курса является практическая реализа-ция следующей целевой
функции:
| WИС= {Nиз[max], | |
| Sзатр[min]}, | (10) |
где WИС – объем потенциальной создаваемой ИС, то есть количество патентов на технические решения; Nиз – коли-чество потенциальных изобретателей (но не изобретений); Sзатр– затраты работодателя на получение работника с опре-деленным уровнем профессионализма, креативности и зна-ния патентного права.
Необходимость введения в процесс обучения студен-тов вузов рассматриваемой дисциплины и реализации этой функции вызвана следующими обстоятельствами.
Во времена Советского Союза количество выданных ав-торских свидетельств СССР, то есть число запатентованных технических решений, было в 1,5–2,5 раза меньше, чем ко-личество патентов, выданных в развитых странах Запада (США, Япония, ФРГ, Франции и Великобритании). В Рос-сии в настоящее время это соотношение лежит в пределах 4,5–6,5. Это обусловлено целым рядом социально-экономи-ческих и психологических факторов, определенная часть из которых была рассмотрена выше и приведена в [3, 5, 6, 21, 28, 30, 31]. Работодатель, с одной стороны, заинтересован в патентовании своих разработок, так как это повышает конку-рентоспособность продукции, производимой его предприя-тием. Однако это требует определенных финансовых затрат
| Интеллект – это способность к образованию понятий. И. Кант |
105
и создания в коллективе благоприятного психоэмоционального твор-ческого климата.
Поэтому прием на работу выпускника вуза, подготовленного в части креативности и патентного права, является благоприятным фактором для работодателя и может повысить спрос на подобных специалистов. Очевидно, что в этом случае затраты работодателя Sзатр минимальны, а количество созданных потенциальных изобретателей Nизмаксимально.
Продолжительность учебного курса, структурная схема которого показана на схеме рис. 19, составляет один семестр. Он предназначен для студентов 4 курса и магистров университета. Распределение заня-тий следующее: 50 % – лекции для потока и 50 % – практические за-нятия отдельно с каждой из групп курса, то есть одна неделя лекции, следующая – практика.
В основу начальных лекций курса (выделенные на рис. 19 цветом функциональные узлы) положено выявление и утверждение личных ам-биций студентов. Это обусловило большой интерес к дисциплине прак-тически всех студентов. Их интерес к дисциплине радикально отличается от занятий по стандартным дисциплинам. После двух-трех практических занятий студентам предлагается создать квазиизобретение, то есть тех-ническое решение, для которого требуются определенные умственные усилия. Созданное техническое решение не обязательно должно отно-ситься к профессиональной области студента, но желательно. Это мо-гут быть и различные бытовые устройства. В частности, предложенные студентами технические решения лежали в области от модернизиро-ванных зубных щеток до электронных или электротехнических схем и систем. Следует также отметить, что уровень профессионализма пред-ложенных технических решений у магистров был существенно выше.
Каждый из студентов выступает с докладом перед группой. Так как студенты одной группы или магистры хорошо знают друг друга, то это обсуждение носит неформальный, дружественный характер с добро-желательной критикой. По результатам обсуждения преподавателем принимается решение о возможности выполнения его в виде курсовой работы. Курсовая работа выполняется в виде заявки на квазиизобрете-ние, и она должна полностью удовлетворять нормативным требовани-ям, предъявляемым к оформлению реальных заявок. Результатом вы-полнения курсовой работы служит ее защита и соответствующая оценка преподавателя с учетом мнений студентов. В зачетную неделю студен-ты сдают зачет по курсу лекций и содержанию материала, приведенно-го в учебном пособии. Вопросы для зачета приведены в приложении 3.
106
Лекции 50 % Зачет
Честолюбие,
выражение своего«Я»
Тренировка мозга
и профессионализм
Методы создания ИС
и элементы ТРИЗ
Нормативы
оформления заявки
Оценка
создаваемой ИС
Работа в коллективе
Практика 50 %
| работа | |
| Доклад | Курсовая |
Квази-изобретение
Защита курсовой работы
Рис. 19. Методология изучения курса «Практические основы создания изобретений» (рис. автора)
| 107 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изложенный в данном пособии курс позволяет при надлежа-щем его изучении получить требуемые навыки по разви-тию креативности и оформлению заявки на изобретение. Выполнение практических работ по созданию квазиизо-
бретений, относящихся к любой области техники, в том числе и раз-личных бытовых, даже простейших устройств, обязательно. На на-чальном этапе вовсе не нужно ставить перед собой задачу создания истинного изобретения. Если у творческой личности имеются соб-ственные рационализаторские предложения, то нужно соотнести их
с нормами патентной чистоты в части новизны и промышленной по-лезности. Необходимо освоить формальный («казенный») язык на-писания материалов заявки, что для начинающего изобретателя пред-ставляет определенные трудности. У начинающего изобретателя ни в коем случае не должны опускаться руки при получении отрицатель-ного решения ФИПС. На основании этого решения надо сделать соот-ветствующие выводы, исправить свои ошибки и продолжать изобре-тательскую деятельность. Возможно, при этом потребуется отказаться от своего технического решения, хотя авторское самолюбие, конеч-но, пострадает. Например, автор настоящего пособия на начальной стадии своей изобретательской деятельности получил четыре отри-цательных решения ВНИИГПЭ СССР, по результатам чего учел свои ошибки и сделал для себя соответствующие выводы для продолже-ния изобретательской деятельности. «Отрицательный результат – это тоже результат».
В наибольшей степени автор рассчитывает на то, что основные по-ложения настоящего пособия будут освоены студентами и аспиран-тами, патентная грамотность которых в настоящее время невысока, хотя будущее науки и техники за молодежью.
Автор также рассчитывает на следующее обстоятельство. Извест-но, что во времена Советского Союза большое внимание уделялось созданию государством массовости той или иной общественно по-лезной деятельности граждан СССР. К этому можно отнести ликви-дацию безграмотности и беспризорности в стране, широкое распро-странение кино, библиотек, создание рабфаков при вузах и многое другое. Несмотря на отдельные недостатки подобных мероприятий, они позволили в относительно короткие исторические сроки достичь
108
больших успехов во всех областях деятельности социалистического общества. Остается рассчитывать, что настоящее пособие может по-служить, хотя и небольшим, шагом к развитию массовости изобре-тательской деятельности в стране.
Иллюстрация одного из путей создания массовости изобретатель-ской деятельности приведена на рис. 1 настоящего пособия.
Поэтому остается пожелать всем изучившим настоящий курс успе-хов в изобретательской деятельности и оптимизма в работе.
Более углубленное изучение процессов творчества, методик соз-дания изобретений и выявление последствий креативности лично-сти может быть выполнено по приведенному в пособии списку ли-тературы.
Дорогу осилит идущий.
109
| ФИПС Заполняет |
| проставленными Институтом, является уведомлением о поступлении заявки |
| х |
| Приложение 1 | |||||||||||
| РИЛОЖЕНИЕ 1 | |||||||||||
| ДАТА ПОСТУПЛЕНИЯ | (21) РЕГИСТРАЦИОННЫЙ № | ||||||||||
| документов заявки | |||||||||||
|
|
|
|
| ||||||||
| (85) ДАТА ПЕРЕВОДАмеждународной заявки | ВХОДЯЩИЙ № | ||||||||||
| на национальную фазу | |||||||||||
|
|
| ||||||||||
| (86) | АДРЕС ДЛЯ ПЕРЕПИСКИ(полный | почтовый адрес, имя или наименование адресата) | |||||||||
| (регистрационный № международной заявки и дата | подачи, установленные получающим | 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС, ОНТИ, | |||||||||
| ведомством) | Л.Б. Никулиной | ||||||||||
| (87) | |||||||||||
| (№ и дата международной публикации международной заявки) | |||||||||||
| (96) | Телефон: (343) 245-39-95 | Телекс: | Факс: | ||||||||
| ( № ЕА заявки и дата подачи заявки, установленные получающим ведомством) | |||||||||||
| (97) | |||||||||||
| (№ и дата публикации ЕА заявки) | |||||||||||
|
| |||||||||||
| З А Я В Л Е Н И Е | В Федеральный институт промышленной собственности | ||||||||||
| о выдаче патента Российской Федерации | |||||||||||
| Бережковская наб., 30, корп.1, Москва, Г-59, ГСП-5, 123995 | |||||||||||
| на изобретение | |||||||||||
|
| |||||||||||
| (54) НАЗВАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ | |||||||||||
| ПУТЕВОЙ ДАТЧИК | |||||||||||
| (71) ЗАЯВИТЕЛЬ | КОДорганизации по | ||||||||||
| Федеральное государственное | о | е | высшего | ОКПО | |||||||
| (если он установлен) | |||||||||||
| Государственное образовательн вательноучрежд | учреждениевысшего | 01116035 | |||||||||
| профессионального образования «Уральский государственный | |||||||||||
| университет путей сообщения» (УрГУПС) | |||||||||||
| RU, Россия, 620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66 | КОДстраны по стандарту | ||||||||||
| ВОИС ST.3 | |||||||||||
| (если он установлен) | |||||||||||
| RU | |||||||||||
| Данное лицо является автором | правопреемником автора | ||||||||||
| работодателем | правопреемником работодателя | ||||||||||
| исполнителем (подрядчиком) | государственным заказчиком | ||||||||||
(Указывается полное имя или наименование и местожительство или местонахождение, включая название страны и полный почтовый адрес)
 |
Указанное ниже лицо настоящим назначается (назначено) представлять интересы заявителя (заявителей) в качестве:
(74) ПАТЕНТНЫЙ ПОВЕРЕННЫЙ (полное имя, регистрационный номер, местонахождение)
Телефон: Телекс: Факс:
ОБЩИЙ ПРЕДСТАВИТЕЛЬ(полное имя одного из заявителей)
Телефон: Телекс: Факс:
ИНОЙ ПРЕДСТАВИТЕЛЬ(полное имя,местонахождение)
Телефон: Телекс: Факс:
 |
Бланк заявления ИЗ /зарег. Минюстом № 30.06. 2003, рег. № 4852 /лист 1
110
ЗАЯВЛЕНИЕ НА ПРИОРИТЕТ
Прошу установить приоритет изобретения по дате
подачи первой заявки в государстве-участнике Парижской конвенции по охране промышленной собственности (п.2 ст.19 Патентного закона Российской Федерации) (далее - Закон)
поступления дополнительных материалов к более ранней заявке (п.3 ст.19 Закона)
подачи более ранней заявки (п.4 ст.19 Закона)
подачи первоначальной заявки (п.5 ст.19 Закона)
(Заполняется только при испрашивании приоритета более раннего, чем дата подачи заявки)
| № первой (более ранней, первоначальной) заявки | Дата | (33) Код страны подачи | ||
| по стандарту | ||||
| испрашиваемого | ВОИС ST. 3 | |||
| приоритета | (при испрашивании конвенционного | |||
| приоритета) | ||||
| 1. | ||||
| 2. | ||||
| 3 | ||||
|
| ||||
| ПЕРЕЧЕНЬ ПРИЛАГАЕМЫХ ДОКУМЕНТОВ: | Кол-во л. в 1 экз | Кол-во экз. | ||
| описание изобретения | ||||
| перечень последовательностей | ||||
| формула изобретения ( кол-во независимых пунктов | ||||
| формулы | ) | |||
| чертеж(и) и иные материалы | ||||
| реферат | ||||
|
| ||||
| документ об уплате патентной пошлины: | ||||
| за подачу заявки | ||||
| за проведение экспертизы по существу | ||||
| документ, подтверждающий наличие оснований | ||||
| для освобождения от уплаты патентной пошлины | ||||
| для уменьшения размера патентной пошлины | ||||
| для отсрочки уплаты патентной пошлины | ||||
| копия первой заявки | ||||
| (при испрашивании конвенционного приоритета) | ||||
| перевод заявки на русский язык | ||||
доверенность
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 291; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!