Издательство: Машиностроение

Год издания: 1988

Язык: русский

Страниц: 368

Краткое содержание

Предисловие

Условные обозначения

Введение

Часть 1. Теоретические основы инженерного творчества

Глава 1. Основные инвариантные понятия техники В основе любой сформировавшейся научной или учебной дисциплины лежит относительно небольшой набор четко определенных понятий, которые служат строительными блоками всего здания определенного раз¬дела науки. Эти понятия, как правило, связаны между собой и с понятиями фундаментальных наук. Правильно выбранные и правильно определенные понятия живут, можно сказать, вечно в соответствующей дисциплине и способствуют ее прогрессивному развитию. К таковым можно отнести, например, понятия вида и рода, органа и клетки, гена и экологической ниши в биологии, массы и ускорения, электрического заряда и напряженности поля, атома и электрона в физике и т. д. Введение ошибочных понятий, напротив, затормаживает развитие науки или способствует возникновению ложных построений, которые затем отбрасываются. В настоящей главе сделана попытка определить основные понятия техники в рамках обобщенных методов ИТ. Система таких понятий позволит рассуждать на одном языке о разных объектах техники и достаточно четко сопоставлять их свойства. При формировании основных понятий руководствовались следующими принципами: каждое понятие должно иметь отношение ко всем известным (или почти ко всем) техническим объектам (ТО)

Глава 2. Функционально-физический анализ технических объектов В настоящей главе дается методика углубленного изучения конструкции и структуры ТО, который требуется усовершенствовать. При таком изучении в первую очередь необходимо понять и уточнить следующее: какие функции выполняет каждый элемент ТО и как элементы функционально связаны между собой; какие физические операции (преобразования) выполняет каждый элемент и как они взаимосвязаны между собой; на основе каких физико-технических эффектов работает каждый элемент ТО и как они взаимосвязаны между собой. При выяснении этих вопросов появляется четкое и цельное представление об устройстве ТО (которое требуемся усовершенствовать) с функциональной и физической точек зрения. Без такого представления затруднительно заниматься поиском наиболее эффективного нового технического решения. Построение конструктивной ФС основывается на законе соответствия между функцией и структурой ТО. Разделение ТО на элементы. В основу анализа функций ТО и построения конструктивной ФС положен принцип выделения и рассмотрения структур с двухуровневой иерархией, т. е. любой ТО можно разделить на несколько элементов, каждый из которых имеет вполне определенную функцию (или функции) по обеспечению работы ТО или его элементов.

Глава 3. Критерии технических объектов Значение критериев развития особенно важно для специалистов, которые стремятся при разработке новых изделий превзойти уровень лучших мировых достижений или приобрести изделия на уровне лучших мировых достижений. Для решения этих задач критерии развития играют роль компаса, указывающего направления магистрального прогрессивного развития изделий и технологий. Поскольку любой ТО, как правило, имеет несколько критериев развития, то принцип прогрессивного развития для каждого нового поколения ТО заключается в улучшении одних и неухудшении других критериев. Наборы критериев развития для различных классов ТО в значительной степени совпадают, поэтому в целом развитие техники в большой мере подчинено, можно сказать, единому набору критериев, определяющих развитие техники. Этот единый набор включает следующие четыре группы критериев: функциональные критерии, характеризующие важнейшие показатели реализации функции ТО; технологические критерии, связанные только с возможностью и простотой изготовления ТО; экономические критерии, определяющие только экономическую целесообразность реализации функции с помощью рассматриваемого ТО.

Глава 4. Конструктивная эволюция технических объектов Изучение конструктивной эволюции связано с изучением и анализом истории развития интересующего класса ТО, имеющих одинаковые или близкие функции. Такое исследование основывается на законе прогрессивной эволюции ТО, суть которого состоит в повторении следующего цикла: 1) начало изготовления и использования поколения технических объектов; 2) накопление в течение времени недостатков у поколения 3) создание (разработка) нового поколения устраняющего недостатки и начало его изготовления и использования. Укажем некоторые наиболее важные цели проведения анализа конструктивной эволюции, которые, как увидим, несомненно оправдают значительные затраты на изучение и исследование истории техники. При создании нового поколения ТО, как правило, имеется несколько путей дальнейшего конструктивного изменения и совершенствования ТО. Среди всех альтернативных путей обычно только один бывает наиболее правильным и перспективным. Остальные часто оказываются тупиковыми. Поэтому перед конструктором каждый раз стоит ответственная задача не только изобрести несколько альтернативных улучшенных технических решений, но, главное, найти единственное наиболее правильное решение.

Глава 5. Законы строения и развития техники и их приложения Как уже было сказано, наивысший уровень инженерного творчества заключается в выявлении и формулировании законов и закономерностей строения и развития техники и сознательном их использовании при поиске более эффективных и рациональных конструкторско-технологических решений. Наука о законах техники только начинает формиро¬ваться. И первый этап, естественно, связан с формулированием и обоснованием гипотез о законах строения и развития техники. Сегодня нет пока достаточно обоснованных общепризнанных отдельных законов техники и нет еще даже в гипотезах полной замкнутой их системы. Создание такой системы, как и обоснование отдельных законов - одно из важнейших актуальных современных направлений фундаментальных исследований, относящихся к технозианию и общей теории проектирования. Это направление ждет своих энтузиастов-исследователей. Однако, в отличие от недавнего времени сегодня уже имеются теоретические и методические разработки по законам и закономерностям техники, которые представляют большой интерес для практического использования в инженерном творчестве. Законы техники, а также более частные и локальные закономерности могут иметь многоплановое приложение в инженерном творчестве. Во-первых, на основе законов и закономерностей техники могут быть разработаны наиболее эффективные методология и методы инженерного творчества. Во-вторых, привязка законов и закономерностей к конкретному классу ТО позволяет определить наиболее правильные структурные свойства, облик и характеристики ТО в следующих поколениях.

Глава 6. О роли красоты в инженерном творчестве и эстетической подготовке инженеров Часть 2. Методы инженерного творчества

Глава 7. Постановка и анализ задачи

Глава 8. Методы мозговой атаки

Глава 9. Метод эвритических приемов

Глава 10. Морфологический анализ и синтез технических решений

Глава 11. Автоматизированный синтез физических принципов действия

Глава 12. Автоматизированный синтез технических решений

Глава 13. Автоматизированный поиск оптимальных технических решений

Глава 14. Функционально-стоимостный анализ технических объектов

Заключение

Приложение

Список литературы

Алфавитно-предметный указатель

• 707 просмотров

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Приазовский государственный технический университет

Контрольная работа

по дисциплине

«Основы технического творчества»

Выполнил:

Студент группы З-09 ТиУВ-м

Павловский С.С.

Проверил: доцент, к.т.н.

Алистратов В.Н.

Мариуполь 2014 г

Уровни сложности технических задач

Отличительными признаками тех предметов, процессов, решений задач, идей или произведений искусства, которые принято называть творческими, являются, как правило, новизна или уникальность, полезность у технических решений или эстетическая ценность у произведений искусства, изящество (т. е. внесение простоты туда, где раньше была сложность). Для творческих решений характерно также создание новых соотношений, так как прежде не связанные элементы при объединении часто дают новый единственный в своем роде эффект

По этим признакам к творческим относят огромное количество решений, которые тем не менее внутри этой группы существенно отличаются степенью новизны и оригинальности, общественной значимости и полезности, долей творческого акта и его качественным уровнем в процессе работы над задачей. Допустимо говорить о низшем и высшем уровнях творчества. Низший состоит в использовании уже существующих знаний -- расширении области их применения. Так было, к примеру, с изобретением книгопечатания: уже известный ранее способ размножения рисунков был использован для размножения текстов. Творчество высшего уровня связано с созданием какой-то совершенно новой, не имеющей аналога, концепции, идеи, в большей или меньшей степени революционизирующей науку и технику (примером может служить создание А. Эйнштейном теории относительности) .

В нашей стране решения в области научно-технического творчества в зависимости от их формы и уровня, согласно Положению, признаются открытием, изобретением или рационализаторским предложением.

Открытие -- это установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания.

Изобретение -- новое и обладающее существенными отличиями техническое решение задачи в любой области народного хозяйства, социально-культурного строительства или обороны страны, дающее положительный эффект. Его считают новым, если до даты приоритета заявки сущность этого или тождественного решения не была раскрыта в СССР или за границей для неопределенного круга лиц настолько, что стало возможным его использование. Суще­ственными отличиями изобретение обладает, если по сравнению с решениями, известными в науке.и технике на дату приоритета заявки, характеризуется новой.совокупностью признаков. Объектом изобретения могут быть: новое устройство, способ, вещество, а также применение известных ранее устройств, способов, веществ по-новому назначению.

Рационализаторское предложение -- это техническое решение, являющееся новым и полезным для предприятия, организации или учреждения, которому оно подано, и предусматривающее изменение технологии производства или конструкции изделий, применяемой техники или состава материала.

Из определений ясно, что в качестве основного признака отличия одного уровня (формы) творчества от другого можно использовать степень новизны полученного решения. Формы творчества, в той или иной мере присущие различным видам деятельности по созданию новой техники, характеризуются своим научно-техническим содержанием и соответствуют разным уровням новизны. Их можно разделить на несколько групп решений:основанных на разработке качественно иных принципов или процессов, ведущих к коренному преобразованию техники и, как правило, к качественным сдвигам в развитии науки и техники; связанных с воплощением одного и того же принципа, технологического процесса или их комбинаций в различных системах, ведущих прежде всего к глубоким преобразованиям техники внутриотраслевого характера; состоящих в качественных конструктивно-технологических изменениях внутри одной и той же системы, применяемой в разных условиях и с достижением различных целей; ведущих к конструктивно-технологическим изменениям, которые обеспечивают одну и ту же по своему характеру цель, но с различным эффектом (эти изменения выражают степень совершенства одного и того же технического объекта в эволюционной форме его развития);основанных на применении в новых условиях уже известного в одних связях и отношениях объекта с получением иного эффекта (развитие посредством приспособления).

Первым трем уровням новизны соответствуют изобретения, остальным -- усовершенствования и рационализаторская деятельность.

Изобретательские задачи разделяют условно на 5 уровней, а творческий процесс их решения на несколько стадий (выбор задачи, выбор поисковой концепции, сбор информации, поиск идеи решения, развитие идеи в конструкцию, внедрение), каждая из которых может быть пройдена на одном из пяти уровней.

Для первого уровня можно считать характерным использование готового объекта почти без выбора, второго -- выбор одного объекта из нескольких, третьего -- частичное изменение выбранного объекта, четвертого--создание нового объекта или полное изменение исходного и для пятого -- создание нового комплекса объектов.

Приведем примеры решения задач различного уровня.

1-й уровень. Предложено защитный колпак к баллонам для сжатых и сжиженных газов, с целью экономии металла, выполнять из пластмассы и снабжать ребрами жесткости на внутренней поверхности (авт. св. № 157356). В решении использована готовая поисковая концепция.

2-й уровень. Для отделения ферромагнитных частиц с поверхности постоянного магнита предложено в качестве очищающего материала использовать материал с высокой вязкостью, например пластилин (авт. св. № 273302). Направление поисков в данной задаче очевидно -- выбран один из нескольких вариантов.

3-й уровень. С целью уменьшения износа поверхности винтовой пары «винт --гайка» устранено трение. Винт и гайку расположили с постоянным зазором, в их резьбе уложили обмотки, создающие электромагнитное поле, которое обеспечивает поступательное движение гайки относительно винта (авт. св. № 154459). Объект сильно изменен по сравнению с прототипом.

4-й уровень. Для контроля износа двигателя предложено добавлять в масло люминофоры и по изменению свечения масла (мелкие частицы металла гасят его) непрерывно контролировать концентрацию частиц металла (авт. св. № 260249). Раньше время от времени отбирали пробы масла и определяли содержание в них металлических частиц. Исходный способ изменен полностью, использован малоизвестный физический эффект.

5-й уровень. Предложен способ получения высоких и сверхвысоких давлений путем импульсного электрического разряда внутри объема любой проводящей или непроводящей жидкости, (авт. св. № 105011). Открыто новое явление (эффект) --электрогидравлический удар.

Необходимо отметить, что на протяжении многовековой истории технического творчества изобретатели шли к цели старым, малопроизводительным методом проб и ошибок. Перебирая (часто бессистемно, случайно) большое количество вариантов, они находила нужное решение.

Изобретатель мысленно задавал себе вопрос: «А что, если сделать так? Или так?» и т. д. Причем чем сложнее задача, тем больше возможных вариантов ее решения, тем больше проб нужно совершать. Считают, что для решения задачи 1 уровня необходимо сделать несколько проб, а для каждого последующего уровня их количество на порядок увеличивается. Существует явная тенденция к уменьшению количества изобретений и увеличению их трудоемкости (оцениваемой условно по числу проб и ошибок) с ростом их уровня

Анализ изобретений, проведенный Г. С. Альтшуллером , дал следующее соотношение:

Уровень Количество изобретений Количество проб

Отсюда следует, что около 77% зарегистрированных изобретений представляют собой лишь новые конструкции, усовершенствования, для создания которых достаточны знания и навыки, которыми обязан обладать каждый современный инженер. Вместе с тем качественное изменение техники обеспечивают именно решения 3--5 уровней. А они составляют менее, одной четвертой от приведенного количества.

В истории техники не много великих изобретений революционного характера: исследователи называют всего 150--200 таких решений . Это связано с высокой трудоемкостью задач высших уровней, «цена» которых может составлять десятки и сотни тысяч проб.

Низкая продуктивность творческого труда, а также существенная зависимость процесса мышления от ряда отрицательных психологических факторов (психологической инерции и др.) -- основной недостаток метода проб и ошибок.

Приобретшая репутацию неразрешимой, задача часто решается благодаря действию «эстафетного» механизма. Усилиями многих неудачников она превращается в сравнительно простую к тому времени, когда на финише эстафеты кто-то делает последний рывок тем же методом проб и ошибок.

Задачи разных уровней имеют и качественные различия. Если на первом уровне решения задач ищут в пределах одной узкой специальности, то на втором -- в одной отрасли техники, на третьем -- в других отраслях, на четвертом -- не в технике, а в науке с использованием физических и химических эффектов и явлений. Наиболее сложные задачи пятого уровня могут быть решены лишь на основе новых знаний, т. е. после того как сделано открытие.

Научно-техническая революция требует решения задач высших уровней в короткие сроки. Именно этой цели служит методика технического творчества, которая позволяет сужать поисковое поле и превращать с помощью эвристических приемов и методов сложную задачу в простую. При этом конечный результат -- изобретение -- оценивается обществом как творческое решение высокого уровня, а сам процесс фактически проходит на более низком уровне (как по стандартной формуле).

Например, в средние века решение алгебраических уравнений 3-й степени было настоящим творчеством, но появилась формула Кардано, и оно стало доступно всем. Современная методика научно-технического творчества вооружает изобретателя как бы аналогичной формулой, с помощью которой можно получать новые, оригинальные технические решения. Понятие «творчество» не есть что-то неизменное: содержание, вкладываемое в него, постоянно меняется -- творческая деятельность поднимается на все более а более высокий уровень, одновременно растет количество и сложность задач, требующих разрешения.

Построение, превращение веполей

Одним из самых эффективных методов познания является моделирование, т.е. замена реальных систем моделями (идеализированными системами). В ТРИЗ используется вепольный анализ (веполь от слов вещество и поле). Веполь является минимальной моделью технической системы: он включает изделие, инструмент и энергию (поле), необходимую для воздействия инструмента на изделие. Модель сложной технической системы можно свести к сумме веполей. Вещества принято записывать в вепольных формулах в строчку, поле на входе - над строчкой, поле на выходе - под строчкой. Веполь обозначают в виде треугольника. Используются следующие условные обозначения:

Для обозначения природы веществ и полей, их характеристик также используются условные сокращения типа: маг. - магнитный, макс. - максимальный.

Записывая условия задачи в вепольной форме, мы отбрасываем все несущественное, выделяя суть (строим модель задачи): что дано (поля, вещества, действия), что надо изменить или ввести. Поэтому вепольный анализ не только дает удобную символику для записи изобретательских “реакций”, но и служит инструментом проникновения в глубинную суть задачи и отыскания наиболее эффективных путей преобразования технических систем.

Вепольное преобразование подсказывает изобретателю, что именно необходимо ввести в систему для решения задачи (вещество, поле, то и другое вместе), но не характеризует, какие именно. Для получения технического ответа нужно подобрать подходящие вещества и поля.

При этом необходимо начинать перебор с полей, т.к. их существенно меньше, чем веществ. Перебирать поля удобней в такой последовательности: механическое, тепловое, химическое, электрическое, магнитное.

Удобна для заполнения аббревиатура МаТХЭМ, отражающая указанную последовательность. Суммарные взаимодействия отражаются в МаТХЭМ соседними буквами, например, электрохимические, ЭМ - электромагнитные поля и т.п. Большинство полей связаны со “своими” веществами: химическое поле - с различными катализаторами, ингибиторами, особо активными или, наоборот, инертными веществами; электрическое поле - с заряженными частицами (электронами, ионами); магнитное поле - с ферромагнитными материалами.

Стандарты на построение веполей

1. Достройка веполя. Если по условиям дана невепольная система - один элемент (вещество В или поле П) или неполная вепольная система, два элемента (два вещества В1, В2 или вещество и поле В - П), то для решения задачи необходимо достроить систему до полного веполя.

Например, если есть два вещества - вода (В1) и сталь (В2), то для того, чтобы осуществить закалку необходимо ввести тепловое поле.

Гравитационное поле и спиленное дерево ещё не образует вепольной системы - нет второго вещества, поэтому поле не обработает дерево. Падающее дерево встречает ножевое устройство, которое срезает сучья.

Веполи часто приходится образовывать при решении задач на выполнение операций с тонкими, хрупкими и легко деформирующимися объектами. На время выполнения этих операций объект объединяют с веществом, делающим его твёрдым и прочным, а затем это вещество удаляют растворением, испарением.

2. Переход к комплексному веполю. Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение добавок в имеющиеся вещества, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внутреннему комплексному веполю, вводя в В1 или В2 добавки, увеличивающие управляемость или придающие веполю нужные свойства.

При построении внутреннего комплексного веполя вещество, которое вводится, и то в которое вводят указывают в круглых скобках. Примером может служить введение воздуха в вещество для создания пены (или лигирующих элементов в сталь для увеличения прокаливаемости).

Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи содержат ограничения на введение добавок в имеющиеся вещества В1 или В2, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внешнему комплексному веполю, присоединяя к В1 или В2 внешнее вещество В3, увеличивающее управляемость или придающее веполю нужные свойства. В этом случае скобки не ставятся.

Если нужно менять вес движущегося тела, а менять его нельзя, то телу надо придать форму крыла. И, меняя наклон крыла к направлению движения, получить дополнительную, направленную вверх или вниз силу. Если внешняя среда не содержит веществ необходимых для построения веполя, это вещество может быть получено заменой внешней среды, её разложением или введением в неё добавок. В опорном узле скольжения используют смазку (это внешняя среда) для улучшения демпфирования смазку газируют, разлагая её электролизом.

3. Стандарты для реализации экстремальных действий

Если нужен минимальный (дозированный, оптимальный) режим действия, а обеспечить его по условию задачи трудно или невозможно, надо использовать максимальный режим, а избыток убрать. При этом избыток поля убирают веществом, а избыток вещества - полем.

Примером может служить следующее. Чтобы при пожаре стальной каркас здания не перегрелся (избыток поля), не потерял устойчивость, полые колонны и другие элементы заполняют водой, которая циркулирует внутри корпуса, а при закипании воды пар сбрасывается в атмосферу.

Для получения тонкого слоя краски, на изделие наносят избыточное покрытие, окуная изделие в бак с краской. Затем изделие вращают, и центробежные силы сбрасывают избыток краски.

Если нужно обеспечить максимальный режим действия на вещество, а это по тем или иным причинам недопустимо, максимальное действие следует сохранить, но направить его на другое вещество, связанное с первым.

При изготовлении предварительно напряжённого железобетона нужно растянуть стальные стержни. Для этого их нагревают; от тепла стержни удлиняются и в таком виде их закрепляют. Однако, если вместо стержней используют проволоку, её нужно нагревать до 700 єС, а допустимо только до 400 єС. Предложено нагревать не расходуемый жаропрочный стержень, который от нагрева удлиняется и в таком виде соединяется с проволокой. Охлаждаясь, стержень сокращается и растягивает проволоку, остающуюся холодной.

Если нужен избирательно максимальный режим (максимальный режим в определённых зонах при сохранении минимального режима в других зонах), поле должно быть: либо максимальным - тогда в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество; либо минимальным - тогда в места где необходимо максимальное воздействие вводят вещества, дающие локальное поле, например, термитные составы, лазерный и электронный лучи для теплового воздействия, взрывные составы - для механического воздействия.

4. Стандарты на переход от веполя к феполю

Если дана вепольная система с недостаточным взаимодействием веществ, то ее можно улучшить переходом к феполю путем использования ферромагнитного вещества и магнитного поля.

Китайский император Цинь Ши-Хуанди, живший 22 в. назад, для предотвращения покушений на свою жизнь с применением холодного оружия сделал ворота своего замка из магнитного железняка. На этом же принципе основана магнитная рамка в аэропорту.

Если неудовлетворительно взаимодействующие вещества (В1 и В2) неферромагнитны, то либо вводят во внутрь, либо наносят на них ферромагнитное вещество Вф и создают внутренний или внешний ферромагнитный комплексный веполь.

5. Стандарт на динамизацию системы.

Если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена путем увеличения динамизации, включающей, например, разделение веществ на шарнирно соединенные части, переход на импульсное поле. (система перестраивающаяся в процессе работы).

6. Стандарты на разрушение веполя.

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряжённые полезные и вредные действия, причём непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ не запрещено, задачу решают введением между двумя веществами третьего вещества. Вещество В3 может быть введено в систему извне в готовом видеили получено действие поля (П1 или П2) из имеющихся веществ В1или В2. В частности, В3 может быть “пустотой”, пузырьками, пеной и т.д. Если есть ограничение на введение посторонних веществ, то должны быть использованы модификации имеющихся веществ В1 или В2, соответственно, В1ґ или В2ґ.

Примером может служить способ предупреждения кавитационной эрозии у скоростных судов подводных крыльев намораживанием на них льда или способ защиты трубопровода для транспортировки пульпы с абразивными частицами, отличающийся тем, что с целью снижения износа, его стенку охлаждают до образования слоя замороженной пульпы. Если необходимо устранить вредное действие поля на вещество, задача может быть решена введением второго элемента, оттягивающего на себя вредное действие поля. Например, для защиты труб от разрыва при замораживании в трубе размещают надувную пластмассовую вставку (шланг). Вода при замерзании расширяется и сдавливает мягкую вставку, что предотвращает разрушение труб.

Для разрушения вредного веполя может применять другое поле. Это иллюстрирует следующий пример. Для экономного полива воду нужно очень мелко распылять, но вылетающие из распылителя мельчайшие капельки слипаются друг с другом, что не желательно. Для их разделения вводят электрическое поле, создающее в капельках одноименные заряды. Это приводит к их отталкиванию.

В случае, если между веществом существует нежелательное химическое взаимодействие, его можно устранить (или сильно ослабить) применением теплового поля, но со знаком (-), т.е. применить охлаждение до отрицательных температур.

Если нужно разрушить веполь с магнитным полем, задача может быть решена размагничиванием при ударе или нагреве.

7. Стандарты на обнаружение.

Если невепольная система плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают построением веполя с полем на входе и выходе.

Примером может служить определение дефектов рентгеновским или ультразвуковым методами.

Если система (или её часть) плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают переходом к внутреннему или внешнему комплексному веполю, вводя легко обнаруживаемые добавки. Если их нельзя ввести во внутрь, их вводят во внешнюю среду.

Чтобы обнаружить частицы изношенного металла двигателя, которые поступают в смазывающее его масло, в последние добавляют люминофор и облучают ультрафиолетовыми лучами. Металлические частицы гасят свечение.Если не возможно непосредственно обнаружить или измерить происходящие в системе изменения, задачу решают возбуждением в системе резонансных колебаний (всей системы или её какой-то части), по изменению частоты которых можно определить происходящее в системе. Примером может служить способ измерения массы жидкости в резервуаре, согласно которому возбуждают механические резонансные колебания системы резервуар - жидкость, и измеряют частоту, по величине которой судят о массе.

Для повышения эффективности обнаружения или измерения необходимо перейти к феполю. Известен способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов, отличающихся тем, что с целью неразрушающего контроля в состав вводят магнитный порошок и измеряют изменения магнитной проницаемости в процессе его затвердевания (размягчения).

Если нельзя заменить вещество в вепольной системе ферромагнитным веществом, переходят к комплексному внутреннему или внешнему феполю.

Алгортим решения изобретательских задач

АРИЗ - инструмент для мышления, а не вместо мышления.

АРИЗ - инструмент для решения сложных технических задач (нестандартных задач).

Анализ задачи

От расплывчатой изобретательской ситуации осуществляется переход к мини-задаче, а затем модели задачи. Мини-задача формулируеться таким образом, что всё (или почти всё) в системе остается как было (или упрощается), а вредный эффект должен исчезнуть (или появится полезное действие). При формулировании мини-задачи следует отказаться от специальных терминов; сформулировать ТП-I и ТП-2, выбрать конфликтующую пару, включающую изделие и инструмент. Иногда в задачах бывает 2 изделия или инструмента. Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить и т.д.). Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок; огонь, а не горелка). Инструментом может быть часть окружающей среды, а также стандартные детали, из которых собирают изделие. ТП-I и ТП-2 должно быть представлено графически.

ТП-IРазмещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

АРазмещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

БРазмещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Необходимо из двух схем конфликта выбрать ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса. Указать, что является главным производственным процессом.

Модель задачи - предельно упрощенная схема конфликта, составляющего суть задачи. Она условна, в ней искусственно выделена часть технической системы.

Анализ модели задачи

Цель второй части АРИЗ - учет имеющихся в системе ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей.

1) Определить оперативную зону (ОЗ). В простейшем случае оперативная зона - это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи.

2) Определить оперативное время (ОВ). Это время протекания конфликта и время до конфликта.

3) Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР). ВПР - это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи. ВПР бывают 3-х видов:

Внутрисистемные: а) ВПР инструмента; б) ВПР изделия;

Внешнесистемные: а) ВПР среды, специфичной для данной задачи; б) ВПР, общие для любой внешней среды, например, гравитационное, магнитное поле земли;

Надсистемные: а) отходы посторонней системы (если такая система доступна по условиям задачи); б) “копеечные” - очень дешевые посторонние вещества, стоимостью которых можно пренебречь.

В первую очередь следует использовать внутрисистемные ВПР, затем внешнесистемные и в последнюю очередь - надсистемные. При решении задач на прогнозирование целесообразно использовать максимум различных ВПР. Изделие входит в ВПР лишь в тех сравнительно редких случаях, когда его можно легко менять, не меняя (допускается соединение с пустотой, изменения на время, переход в надсистему). Если изменяющихся ресурсов недостаточно, то следует использовать другие вещества и поля.

Определение ИКР и ФП

1) Записать ИКР-I: икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет вредное действие в течение ОВ в пределах ОЗ, сохраняя способность инструмента совершать полезное действие (указать какое). Общий смысл любых формулировок ИКР таков: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества).

2) Усилить формулировку ИКР-I дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, а необходимо использовать ВПР в такой последовательности: ВПР инструмента, ВПР внешней среды, побочные ВПР, ВПР изделия, если на это нет запрета по условиям задачи.

3) Указать физическое противоречие (ФП). Им называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны. Записать формулировку ФП на макроуровне: оперативная зона в течение оперативного времени должна (указать физическое макросостояние, например, “быть горячей”), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий) и не должна быть горячей (указать противоположное физическое макросостояние, например, “быть холодной”), чтобы выполнять (указать другое конфликтующее требование). Можно составить краткую формулировку ФП: элемент (или часть элемента в оперативной зоне) должен быть, чтобы (указать для чего он нужен), и не должен быть, чтобы (указать почему он вреден).

4) Записать формулировку физического противоречия на микроуровне: в оперативной зоне должны быть частицы вещества (указать их физическое состояния или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по п. 3 макросостояние) и не должны быть такие частицы (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по п.3 другое макросостояние).

5) Записать формулировку идеального конечного результата ИКР-2: оперативная зона (указать) в течение оперативного времени должна сама обеспечить (указать противоположные физические макро- или микросостояния).

6) Проверить возможность применения системы стандартов к решению физической задачи, сформулированной в виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к четвертой части АРИЗ.

Мобилизация и применение ВПР

Правило. Каждый вид частиц, находясь в одном физическом состоянии, должен выполнять одну функцию. Если частицы А не справляются с действиями 1 и 2, надо ввести частицы Б, которые будут выполнять действие 2, а частицы А - действие 1.

Правило. Разделение частиц на группы выгодно и в том случае, когда должны быть частицы одной группы А. Одну группу частиц А оставляют в прежнем состоянии, а у другой группы частиц меняют главный для данной задачи параметр.

Правило. Разделенные или введенные частицы после отработки должны стать неотличимыми друг от друга или ранее имевшихся частиц.

Применить метод моделирования “маленькими человечками” (ММЧ):

а) используя метод ММЧ, построить схему конфликта;

б) изменить схему так, чтобы “маленькие человечки” действовали не вызывая конфликта;

в) перейти к технической системе.

Изображать в виде “маленьких человечков” следует только изменяемые частицы модели задачи (инструмент, икс-элемент). Следует на рисунке указать плохое и хорошее действие. Если события развиваются во времени, целесообразно сделать несколько последовательных рисунков. Метод ММЧ позволяет отчетливее увидеть идеальное действие (“что надо сделать”) без физики (“как это сделать”). Благодаря этому снимается психологическая инерция, фокусируется работа воображения.

Если из условий задачи известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к определению способа получения этой системы, можно использовать метод “шаг назад от ИКР”. Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее изменение. Например, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача (микро-задача): как устранить дефект. Разрешение такой микро-задачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает решение общей задачи.

Определить решается ли задача применением смеси ресурсных веществ? Если требуется, осуществить переход от моновещества к бивеществу или поливеществу. По возможности широко использовать смесь веществ с "пустотой", которая является исключительно важным вещественным ресурсом. Она всегда имеется в неограниченном количестве, предельно дешева, легко смешивается с различными веществами (пена, пузырьки, пористые структуры). Например, смесь воздуха и пустоты - это воздух под пониженным давлением. Смесь какого-либо вещества с "пустотой" позволяет получить пену (пенопласт, пеношамот, пеноалюминий, и др.).

Определить решается ли задача заменой имеющихся веществ "пустотой".

Определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой").

Производные ресурсные вещества получают изменением агрегатного состояния имеющихся ресурсных веществ. Если ресурсное вещество жидкость, то производные - лед и пар. Для воды производные - кислород и водород.

Определить, решается ли задача введением вместо веществ одного или нескольких полей: электрического, магнитного, электромагнитного, теплового и т.д.

Определить, решается ли задача применением пары поле - добавка вещества, отзывающегося на поле (например, магнитное поле - ферровещество, ультрафиолет - люминифор, тепловое поле - металл с памятью формы и т.д.).

Решение мини-задачи тем идеальнее, чем меньше затраты ВПР. Однако не каждая задача решается при малом расходе ВПР. Иногда приходится отступать от этого, вводя посторонние” вещества и поля. Делать это надо только при действительной необходимости, если никак нельзя обойтись наличными ВПР.

Применение информационого фонда

Во многих случаях мобилизация ВПР (см. 3.1.4) приводит к решению задачи. В таких случаях можно переходить кп. 3.1.7, который будет рассмотрен ниже Если же после этого шага ответа нет, нужно перейти к п. 3.1.5, а именно к использованию информационного фонда ТРИЗ. К этому моменту задача существенно проясняется и становится возможным ее прямое решение с помощью этого фонда. Для этого необходимо рассмотреть возможность решения задачи:

По стандартам вепольного анализа;

С использованием физических эффектов;

С применением технических приемов.

Изменение (или) замена задачи

1) Если задача решена, перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ.

2) Если ответа нет, проверить формулировку задачи. При необходимости изменить ее условие, выделив отдельные задачи для первоочередного решения.

3) Если ответа нет, изменить задачу, выбрав другое противоречие.

4) Если ответа нет, заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме.

Анализ способа устранения физического противоречия

Главная цель этой части АРИЗ - проверка качества полученного ответа. ФП должно быть устранено почти идеально “без ничего”. Лучше потратить два-три часа на получение нового более сильного ответа, чем потом полжизни бороться за плохо внедряемую, слабую идею. В этой части АРИЗ необходимо осуществить следующее.

I. Контроль ответа: рассмотреть вводимые вещества и поля, ответить на вопрос, нужно ли вводить новые? Можно ли не вводить новые вещества и поля, использовав ВПР, - имеющиеся и производные? Можно ли использовать саморегулируемые вещества? Ввести соответствующие поправки в технический ответ.

Саморегулируемые вещества (в условиях данной задачи) - это такие вещества, которые определенным образом меняют свои физические параметры при изменении внешних условий, например, теряют магнитные свойства при нагревании выше точки Кюри. Применение саморегулируемых веществ позволяет менять состояние системы или проводить в ней изменения без дополнительных устройств. Провести предварительную оценку полученного решения, ответив на следующие контрольные вопросы:

а) обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР-I?

б) какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением?

в) содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?

г) годится ли решение, найденное для “одноцикловой” модели задачи в реальных условиях со многими циклами.

Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к анализу задачи. В случае решения задачи проверить по патентным данным формальную новизну. Указать, какие подзадачи возникнут при технической разработке полученной идеи. Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

Применение полученного ответа

Действительно хорошая идея не только решает конкретную задачу, но и дает универсальный ключ ко многим другим аналогичным задачам. Рассматриваемая часть АРИЗ имеет целью максимальное использование ресурсов найденной идеи. Для этого следует:

Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система;

Проверить, может ли измененная система (или подсистема) применяться по-новому;

Использовать полученный ответ при решении других технических задач:

а) сформулировать в обобщенном виде полученный принцип решения;

б) рассмотреть возможность применения полученного принципа при решении других задач;

в) рассмотреть возможность использования принципа, обратного полученному;

г) применить морфологический анализ для выяснения возможных вариантов;

д) рассмотреть изменение найденного принципа при варьировании размеров системы (или главных ее частей): размеры стремятся к нулю, размеры стремятся к бесконечности.

Анализ хода решения

Каждая решенная по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. Для этого необходимо тщательно проанализировать ход решения. В этом смысл завершающей части АРИЗ. Для чего следует сравнить:

Реальный ход решения данной задачи с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать;

Полученный ответ с данными информационного фонда ТРИЗ (стандарты, приемы, физэффекты). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный накопитель.

1. Чус А.В., Данченко В.Н. Основы технического творчества. - Киев; Донецк: Вища шк., 1983, - 183 с.

2. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. - М.: Сов. Радио, 1979.- 176 с.

3. Буш Г.Я. Аналогия и техническое творчество. - Рига: Авотс, 1981. - 139с.

4. Основы функционально-стоимостного анализа / Под ред. М.Г. Карпунина и Б.И. Майданчика. - М.: Энергия, 1986. - 176 с.

5. Патентоведение / Под ред. В.А. Рясенцева. - М.; Машиностроение, 1976. - 305 с. изобретатель экстремальный задача

6. Крюков И.В., Петров С.П. Оформление заявки на изобретение. - Киев: Вища шк. Головное иэд-во, 1988. - 152 с.

7. Альтшуллер Г.С. и др. Поиск новых идей: от озарения к технологии - Кишинев: Картя Молдовеняска. 1989. - 381 с.

8. Правила игры без правил / Сост. А.Б. Селюцкий - Петрозаводск: Карелия, 1989.-280с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Основные понятия и определения алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ) как комплексной программы алгоритмического типа, основанной на законах развития технических систем. Классификация противоречий, логика и структура АРИЗ. Пример решения задачи.

реферат , добавлен 16.06.2013


Исследование составляющих элементов теории решения изобретательских задач и её значение для науки, изобретателей и производства. Анализ степени изменения объекта в зависимости от степени трудоемкости: закон полноты, ритмики и увеличения степени системы.

контрольная работа , добавлен 10.02.2011


Алгоритм решения изобретательских задач. Замена специальных терминов на функциональные. Применение системы изобретательских стандартов к модели задачи. Описание приспособления (упаковки саморазогревающейся), используемого для разогрева продуктов питания.

курсовая работа , добавлен 16.01.2013


Закономерности существования и развития технических систем. Основные принципы использования аналогии. Теория решения изобретательских задач. Нахождение идеального решения технической задачи, правила идеальности систем. Принципы вепольного анализа.

курсовая работа , добавлен 01.12.2015


Характеристика методов решения инженерных задач (морфологический анализ, мозговая атака, функционально-стоимостный анализ). Теории решения изобретательских задач. Поиск технического решения устранения трения при обработке изделий из алюминиевых сплавов.

курсовая работа , добавлен 26.10.2013


Традиционный метод решения технических задач и кустарный промысел. Особенности чертежной тактики машиностроения и современного проектирования. Использование способов "мозгового штурма", синектики, морфологического анализа и ликвидации тупиковых ситуаций.

реферат , добавлен 09.02.2011


Базирование механизмов решения изобретательских задач на законах развития технических систем. Закон полноты частей системы и согласования их ритмики. Энергетическая проводимость системы, увеличение степени ее идеальности, переход с макро- на микроуровень.

курсовая работа , добавлен 09.01.2013


Непротиворечивый вариант геометрически нелинейной теории плоских криволинейных стержней в квадратичном приближении. Алгоритм численного решения задачи устойчивости плоского криволинейного стержня. Линеаризованные уравнения нейтрального равновесия.

дипломная работа , добавлен 13.07.2014


Изготовление электронных наручных часов с водонепроницаемым корпусом, будильником, измеряющих пульс. Устройство и принцип работы кварцевых часов. Теория решения изобретательских задач. Определение сущности и признаков патентноспособности изобретения.

творческая работа , добавлен 23.12.2011


Описание способа сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений. Анализ изобретений в области сварки. Изучение основных приемов и методов теории решения изобретательских задач, позволяющих устанавливать системные связи.

А. И. Половинкин

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

2-е издание, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений

«МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1988

ББК 32.81 П52 УДК 668.512.2 (075.8)

Рецензенты д-р техн. наук проф, Р. Р. Мавлютов, канд. техн. наук А. В. Никитин, канд. психологических наук А. А. Вербицкий Половинкин А. И.

Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов.—М.: Машиностроение, 1988. — 368 с.г ил.

ISBN 5-217-00016-3

Даны основные понятия, единые для различных эвристических и машинных методов инженерного творчества (функция технического объекта, функциональная структура, физический принцип действия, техническое решение, критерии развития и др.). Изложены наиболее распространенные эвристические методы: мозговой штурм, метод эвристических приемов, морфо< логический анализ и синтез, функционально-стоимостной анализ, Изложены машинные методы поискового проектирования и конструирования применительно к задачам поиска улучшенных физических принципов действия и технических решений. Весь материал иллюстрирован иа примерах из различных областей техники.

ISBN 5-217-00016-3 Издательство «Машиностроение», 1988

ПРЕДИСЛОВИЕ

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года», утвержденных XXVII съездом КПСС, указана генеральная линия нашей страны — ускорение социально-экономического развития на основе научно-технического прогресса и всесторонней интенсификации. При этом отмечено главное направление работы: «Осуществить коренное повышение технического уровня выпускаемой продукции. Обеспечить создание и освоение производства техники новых поколений, позволяющей многократно повысить производительность труда, улучшить его условия, существенно снизить материальные затраты». Решение этих задач в первую очередь связано с изобретением, разработкой и освоением новых машин, приборов и оборудования, новых технологий и материалов.

Один из главных недостатков в подготовке большинства выпускников инженерных специальностей — неумение самостоятельно ставить новые задачи, неумение решать задачи поиска новых конструкторско-технологических решений на уровне изобретений, обеспечивающих в итоге повышение качества продукции, достижение мирового уровня, всестороннюю интенсификацию и экономию ресурсов. Учебный процесс в основном построен на решении таких теоретических и практических задач, для которых уже имеется готовая постановка задачи, дается способ ее решения в виде четкого алгоритма, имеются примеры решения задач по этому способу, а преподавателю (а часто и студенту) известен ответ. При этом решение задачи часто превращается в рутинную работу, не требующую глубоких творческих размышлений.

В дополнение к приобретению навыков решения таких задач (что выпускник также должен уметь хорошо делать!)будущийспециалист обязан овладетьзнаниями и навыками решения творческих инженерных задач, в которых нет готовой постановки, неизвестен способ решения, нет близких примеров решения аналогичных задач, а преподавателю — неизвестен ответ, обычно имеющий несколько вариантов.

Необходимость восполнения указанного пробела в подготовке специалистов особо выделена в «Основных направлениях перестройки высшего и среднего специального образования в стране», где сказано: «Первоочередная задача — осуществить решительный поворот от массового, валового обучения к усилению индивидуального подхода, развитию творческих способностей будущих специалистов... Процесс формирования инженерных кадров должен быть подчинен развитию у них навыков самостоятельного технического творчества, системного анализа технико-экономических проблем, умения находить эффективные решения».

Введение в вузах дисциплины «Основы инженерного творчества» призвано сыграть ключевую роль в реализации этого директивного указания, а также в перестройке и повышении эффективности их работы. Опыт преподавания такой дисциплины в ряде вузов страны и за рубежом позволяет прогнозировать прогрессивные положительные результаты изучения методов инженерного творчества в увязке с другими дисциплинами и различными видами учебной работы.

Во-первых, резко возрастает доля студентов, работающих увлеченно и самостоятельно, в итоге приобретающих активную позицию и повышенный творческий потенциал — весьма актуальные качества для молодого специалиста. Во-вторых, многократно увеличивается доля курсовых и дипломных проектов, содержащих творческие инженерные решения. В-третьих, возрастает объем интеллектуальной продукции на кафедре в виде авторских свидетельств и патентов на изобретения, сделанных преподавателями и студентами, а также в виде разработанных и реализованных на практике предложений по новым конструкторско-технологическим решениям.

Автор выражает благодарность и признательность Т. П. Бабинцевой, С. А. Генералову, Т. М. Зверевой, С. Г. Колесникову, С. А. Николаеву, Я- Ш. Флейтману, С. А. Фоменкову, оказавшим большую помощь в подготовке рукописи книги.

УСЛОВНЫЕОБОЗНАЧЕНИЯ

АБИЗ — автоматизированный банк инженерных енаний

ИТ — инженерное творчество ИТР — идеальное техническоерешение КПД — коэффициент полезного действия

МА — мозговая атака НТП — научно-технический прогресс

ОС — окружающая среда РЭА — радиоэлектронная аппаратура САПР — система автоматизированного проектирования СДС — синтез допустимой структуры

ТЗ — техническое задание ТИЗ — творческая инженерная задача

ТО — технический объект

ТР — техническое решение

ТФ — техническая функция УПП — универсальноепространство параметров -

ФО — физическая операция

ФП — функция планирования ФПД — физическийпринцип действия

ФС — функциональная структура ФСА — функционально-стоимостной анализ ФТЭ — физико-технический эффект

ФУ — функция управления

ФЭ — функциональный элемент ШЛП — шаг локального поиска

ЭП — эвристический прием

ЭФ — энергетическая функция

ВВЕДЕНИЕ

История развития человечества — это прежде всего история изобретения, создания и совершенствования различных изделий и технологий. Систематическое использование и обработка нашими далекими предками камня и палки, начавшиеся около миллиона лет назад, технология добывания и использования огня, возникшая примерно 100 тыс. лет назад, лук и стрелы с кремниевыми наконечниками, появившиеся около 10 тыс. лет назад, повозка с колесами, выплавка бронзы, водяное колесо, токарный станок, скрипка, паровая машина, пластмассы, телевизор, вычислительная машина, космический аппарат, искусственное сердце и необозримо многое другое — все это результаты удивительного, мучительного и величественного процесса, называемого творчеством.

Тысячи известных и безымянных изобретателей и рационализаторов породили необъятный теперь мир техники и технологии. Этот мир действительно велик. Только в нашей стране номенклатура выпускаемых изделий превышает 20 млн. единиц!

Если говорить в целом об истории инженерного творчества (ИТ), то прежде всего вызывают удивление темпы его роста, которые иллюстрируются табл. 1, где под классом изделий подразумеваются технические объекты, имеющие одинаковые или очень близкие функции (например, класс молотков, болтов, стульев, стиральных машин, токарных станков, паровых турбин и т. д.). При взгляде на табл. 1 невольно возникает вопрос, какие же показатели по числу классов и сложности изделий будут через 100 лет?! Что изменится за этот, с одной стороны, малый промежуток времени (по сравнению со всей историей технического прогресса), а с другой — очень большой, если учесть современные, заметные каждому темпы развития техники, которые продолжают ускоренно возрастать?!

Что Вы, дорогой читатель, запишите в последней строке табл. 1? Каков будет мир техники через 25, 50 и 100 лет?

Цели и задачи настоящей учебной дисциплины — обучение навыкам постановки и решения задач поиска (изобретения) новых, более эффективных конструкторско-технологических решений, в том числе решений, превосходящих мировой уровень. Такие задачи возникают при разработке новых машин, приборов, технологического оборудования и технологий, при выполнении плановых работ по реконструкции и модернизации. Решение проблемы интенсивного развития экономики выдвинуло большое число дополнительных творческих инженерных задач, связанных с экономией трудовых ресурсов, сырья, материалов и энергии.

Другая не менее важная цель изучения дисциплины — подготовка к овладению интенсивной технологией инженерного творчества, основанной на использовании методов ИТ, специально подготовленной информации и вычислительной техники.

Почему с возрастающей настойчивостью ставится вопрос массового обучения молодежи методам ИТ?

В возрасте до 20—25 лет значительно легче формируется творческая личность, осваиваются психология и методология ИТ, нежели после 30 лет. Известно, что революционные идеи создания новых высокоэффективных машин, аппаратов, приборов и технологий чаще выдвигают и разрабатывают люди до 30 лет. Ускорение научно-технического прогресса, экономическая мощь страны находятся в прямой зависимости от ее творческого потенциала, т. е. от числа творчески работающих конструкторов, технологов, ученых. Широкое и активное участие молодежи в инженерном творчестве многократно увеличивает творческий потенциал страны.

Другая причина связана с возрастанием сложности изделий, что было уже показано в табл. 1, в глобально-историческом разрезе. Однако особый интерес вызывают последние десятилетия, в течение которых наблюдаются быстрый рост сложности изделий по числу деталей и используемых физических эффектов, расширение номенклатуры используемых материалов и комплектующих элементов, рост разнообразия самих технических систем, сокращение времени их создания и морального старения, возрастание объема патентной и научно-технической информации и т. д. Эти факторы привели к такому положению, когда объем работ по выбору новых улучшенных проектно-конструкторских решений, т. е. по ИТ, начиная с середины XX века возрастает за каждые 10 лет примерно в 10 раз (при условии сохранения качества разработок). Это по существу не прекращающееся во времени взрывообразное увеличение объема работ все более не согласуется с фактическим ростом числа научных и инженерно-технических работников, призванных обеспечивать технический прогресс. Ниже показано относительное возрастание объема работ по ИТ и максимально возможные темпы роста кадрового потенциала, призванного заниматься ИТ:

Заметим, что среди всех инженеров, техников и рабочих без обучения методам ИТ результативно занимаются ИТ не более 20%, т. е. абсолютный прирост кадрового потенциала в соответствии с приведенными данными нужно умножить на коэффициент 0,1—0,2.

Несоответствие между нормальным ростом объема работ и качеством подготовки инженерных кадров породило ряд негативных последствий, в первую очередь снижение качества многих новых изделий. В ближайшем будущем наиболее высокие темпы технического прогресса (в смысле повышения показателей эффективности изделий) будут в тех странах, в которых объем работ по ИТ в наибольшей мере приближается к нормальному росту. В связи с этим мы сможем справиться с быстро нарастающим объемом работ по ИТ и обеспечить нормальные темпы технического прогресса при выполнении двух условий:

при введении массового обучения ИТ;

при широком использовании вычислительной техники в решении трудоемких и сложных задач ИТ.

Существует мнение, что умение находить, ставить и решать изобретательские и рационализаторские задачи — это «божий дар», которому нельзя обучить. Как относиться к такой точке зрения? Может ли каждый научиться изобретать?

По мнению ряда авторитетных педагогов обучение ИТ заметно повышает творческий потенциал каждого человека. Конечно, у одаренных людей при одинаковом обучении со всеми творческий потенциал остается относительно более высоким. Здесь вполне можно провести аналогию со спортом. Каждого здорового человека можно научить достаточно хорошо играть в волейбол или шахматы, но у спортсменов, имеющих соответствующие природные данные, результаты будут выше.

Если говорить конкретнее, то основная цель обучения заключается в выявлении и раскрытии творческих наклонностей и способностей, о которых многие обучаемые не подозревают (и может быть до конца своей жизни не узнали бы!). Обучение ускоряет приобретение опыта и мастерства одаренными (в смысле ИТ) специалистами. Для людей, имеющих слабые природные задатки, обучение дает в руки инструмент и навыки, которые позволяют успешно решать довольно широкий круг творческих инженерных задач. И еще один нюанс, который лучше передать словами английских проф. М. Тринга и Э. Лейтуэйта: «Как показал наш собственный опыт, лишь немногие из тех, кто наделен талантом изобретателя, умеют развивать талант и пользоваться им» .

Таким образом, необходимость массового обучения молодежи ИТ кроме всего прочего сильно связана с поднятием престижа инженера, популярности инженерного труда и повышением качества обучения во втузе. Дело в том, что многие инженеры, не умея ставить и решать творческие задачи, вынуждены заниматься утомительной и неинтересной рутинной работой. Приобретение навыков постановки и решения творческих инженерных задач значительно увеличит долю творческого труда. Хорошо известно, что с ИТ обычно связаны наиболее яркие страницы внутренней жизни человека, работающего в области техники. Кроме того, ИТ часто приносит еще дополнительное моральное и материальное вознаграждение и глубокое удовлетворение полученным результатом. Поэтому массовое обучение методам ИТ — это один из наиболее действенных путей повышения интереса к инженерному труду.

Ответим на ряд вопросов. Какие в настоящее время существуют методы ИТ? Известно довольно большое число методов, которые условно можно разделить на две группы:

1.Эвристические методы технического творчества, основанные на использовании достаточно четко описанных методик и правил поиска новых технических решений. Эти методы начали разрабатывать еще с древних времен (Сократ, Архимед); особое внимание им уделили выдающиеся ученые XVII—XVIII вв. Ф. Бэкон, Р. Декарт и Г. Лейбниц. Начиная с 40-х гг. нашего столетия резко возросли исследования и разработки по созданию и применению эвристических методов, методик, приемов, принципов, правил и т. п. В настоящее время известно более 100 эвристических методов, методик, подходов и их модификаций.

2.Компьютерные методы поискового конструирования, основанные на использовании ЭВМ в решении творческих инженерных задач. Эти методы начали разрабатывать и применять в 60-х годах. В настоящее время известны десятки различных подходов и методов поискового конструирования.

Обзор эвристических и компьютерных методов ИТ достаточно широко освещен в литературе .

Принимая во внимание довольно большое разнообразие методов ИТ и то, что их число продолжает расти (в силу молодости самой дисциплины), зададимся вопросом: Какому методу или каким методам рекомендуется в первую очередь обучать?

Как считают опытные педагоги и методисты, нецелесообразно обучать какому-либо одному методу или стараться освоить все имеющиеся подходы и методы. Студент или специалист на первом этапе или на первой ступени овладения методами ИТ должен научиться свободно пользоваться небольшим набором из трех — пяти методов. Дальнейшее повышение эффективности деятельности творчески работающего инженера связано с приобретением собственного опыта и расширением набора используемых методов и систем методов решения творческих инженерных задач.

Настоящий курс направлен на изучение трех эвристических методов (методы мозговой атаки, эвристических приемов, морфологического анализа и синтеза) и трех компьютерных методов (методы синтеза технических решений на И—ИЛИ графах, синтеза физических принципов действия, математического программирования — синтеза оптимальных структур и форм). Имеются и другие эффективные методы и системы методов инженерного творчества; метод синектики , метод контрольных вопросов 141], алгоритм решения изобретательских задач 12], специальные объектно-ориентированные компьютерные методы синтеза и анализа конструкторско-технологических решений и др.

Какие принципиальные отличия имеют эвристические методы технического творчества и методы поискового конструирования?

В 1977 г. было проведено условное разделение между эвристическими и компьютерными методами (с помощью первых решают задачи технического творчества, с помощью вторых — задачи поискового конструирования). К задачам технического творчества были традиционно отнесены такие, при которых человек решает поставленную задачу способом «проб и ошибок» или с помощью эвристических методов без использования ЭВМ. К задачам поискового конструирования отнесены такие творческие инженерные задачи, которые человек решает с использованием ЭВМ.

...

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ _________________________________________________ А.А.Черный ПРИНЦИПЫ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА Учебное пособие Пенза 2005 УДК 687.02/.05 Черный А.А. Принципы инженерного творчества: Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 43 с.: библиогр. 14 назв. Изложены принципы инженерного творчества. Рассмотрены сущ- ность и принципы системного подхода к инженерным задачам, методы ак- тивизации инженерного творчества, возможность применения ЭВМ в творческом процессе. Приведены алгоритм решения изобретательских за- дач и схемы описания нового технического решения. Учебное пособие подготовлено в Научно-исследовательском ин- ституте плавки литейных сплавов при Пензенском государственном уни- верситете. Оно может быть использовано в учебном процессе при подго- товке инженеров по специальности «Машины и технология литейного производства», а также инженерно-техническими работниками при выпол- нении научно-исследовательских работ. Рецензенты: Кафедра «Машины и технология литейного производства» Камско- го политехнического института»; А.С.Белоусов, главный металлург ОАО «Пензадизельмаш» © А.А.Черный, 2005 2 ВВЕДЕНИЕ История возникновения и развития человечества – это, прежде всего, история изобретения различных изделий и технологий. Инженерное дело – это творческая техническая деятельность. В ли- тейном производстве имеется огромное количество нерешенных проблем. И поскольку без литых заготовок невозможно сделать многие машины, устройства, приспособления, сооружения, то предстоит решать сложные задачи улучшения качества и свойств отливок, создания новых компози- ционных материалов на основе литья. Оборудование, технологические процессы литейного производства необходимо непрерывно совершенство- вать, заменять более эффективными, безопасными, безвредными, энерго- сберегающими, экономичными разработками на основе новых открытий и изобретений. Чтобы стать изобретателем, нужным производству специалистом, надо научиться инженерному творчеству. По мере включения специалиста в творческий процесс накапливается опыт решения творческих задач. Ин- женер постепенно может стать новатором, крупным производственным деятелем, рационализатором, изобретателем. На основе изобретений многие специалисты защищают кандидат- ские и докторские диссертации. Инженеры-изобретатели становятся уче- ными, обучают изобретательству молодых специалистов. А это способст- вует тому, что количество запатентованных изобретений с каждым годом возрастает. Без изобретений нет новой техники, новых технологий. Поэтому обучение изобретательству дает большой экономический эффект. Запатен- тованные изобретения можно выгодно не только внедрять в производство, но и продавать зарубежным фирмам. Следовательно, инженерное творчество обеспечивает ускорение научно-технического прогресса и экономическое укрепление государства. 3 ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА Различают научное, научно-техническое и техническое творчество. Научное творчество удовлетворяет потребности познания окружающего мира, т. е. это творчество в фундаментальных науках, результатом которо- го являются открытия. Открытие - это установление неизвестных ранее объективно су- ществующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания. Научно-техническое творчество заключается в исследовании за- кономерностей известных явлений с целью их использования в практике. В основе этого вида творчества лежат прикладные науки, различного рода отраслевые исследования, в результате которых разрабатываются новые технические и технологические решения. Результатом данного вида твор- ческой деятельности являются преимущественно сложные изобретения. Техническое творчество реализуется в результате инженерной дея- тельности, направленной на разработку новых технических решений на основании известных закономерностей. Результатом технического творче- ства являются простые изобретения, рационализаторские предложения и конструкторские разработки. В качестве основного признака отличия одного показателя, харак- теризующего результат процесса творчества, от другого можно использо- вать степень новизны полученного решения. Промышленный образец – это новое художественно- конструкторское решение изделия, определяющее его внешний вид, соот- ветствующее требованиям технической эстетики, пригодное к осуществле- нию промышленным способом и дающее положительный эффект. Любую инженерную задачу (ИЗ) можно упрощенно представить совокупностью трех компонентов: < ИД, А, Р >, где ИД - исходные данные (материалы, сырье, энергия, информация и т. п.); А - алгоритм решения за- дачи (способ переработки сырья, обработки информации или преобразова- ния энергии, технология изготовления изделий); Р - результат решения за- дачи (конечный продукт). Эти компоненты в зависимости от типа задачи могут быть извест- ными (заданными) или неизвестными (неопределенными). В зависимости от этого все множество инженерных задач можно свести к конечному чис- лу типов задач. Если все компоненты задачи известны, то имеет место обычная инженерная задача. Ко второму типу относятся задачи, в которых неизвестны исходные данные. Это инженерная задача поиска сырья, исходного продукта, источ- 4 ника энергии или информации и т.д. для достижения известной цели из- вестным способом. В третьем типе задач неизвестен способ преобразования исходных данных в конечный результат. Это инженерная задача поиска новой техно- логии переработки сырья, нового способа преобразования энергии или ал- горитма обработки информации, новой конструкции или новой технологии изготовления заданного изделия из конкретных материалов. К четвертому типу относятся задачи, в которых неизвестен конеч- ный результат, т.е. задачи поиска новой модели конструкции, формы, функции, материала и т.д. путем преобразования заданных исходных дан- ных известными способами (технология). Пятый тип – это задачи, в которых известен лишь конечный ре- зультат (продукт, изделие). Это инженерные задачи поиска нового исход- ного сырья и новой технологии для достижения известной цели, создания искусственных конструкций, материалов. В шестом типе задач известными являются только исходные дан- ные. Это инженерные задачи утилизации, эффективного использования ре- зервов и возможностей, превращения вредных явлений в полезные, поиска нового применения известных объектов. К седьмому типу относят задачи, в которых известен лишь способ, явление преобразования. Это задачи практического применения открытий, результатов научных исследований, законов, физических и химических эффектов и явлений. И, наконец, последний тип, когда неизвестен ни один из компонен- тов, относится к новым, пока еще не существующим задачам. Данная классификация инженерных задач позволяет предопреде- лить необходимые методы и средства решения. Если один или два компо- нента неизвестны, то задача может быть отнесена к изобретательским за- дачам. Решение изобретательской задачи немыслимо без сбора, анализа и переработки информации о новейших творческих разработках, о тенден- циях развития соответствующей отрасли техники и конкретного техниче- ского объекта, о существующих и прогнозируемых общественных потреб- ностях, новых научных достижениях и технических возможностях. Одним из решающих факторов научно-технического прогресса яв- ляется трансформация научных знаний и результатов творческой деятель- ности в производственные процессы. 5 СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ИНЖЕНЕРНОМ ТВОРЧЕСТВЕ Системой называется такая совокупность элементов, обладающих различными свойствами, параметрами и пространственной структурой, ко- торая обеспечивает выполнение какой-либо единой цели или функции. Система – это совокупность элементов, связанных технологически, конст- руктивно, функционально. Эффективное решение инженерной задачи возможно лишь на ос- нове всестороннего, целостного рассмотрения разрабатываемой системы и ее развития (изменения) в процессе взаимодействия с окружающей средой. Лишь такой системный подход способен привести к подлинно творческим новаторским решениям, вплоть до сложных изобретений и научных от- крытий. Для систем рассматриваются три характерных типа задач. Задача анализа – задана структура системы, необходимо опреде- лить ее функционирование (поведение). Задача синтеза – заданы характер функционирования и другие требования к системе, необходимо определить структуру, которая удовле- творяет постановленным требованиям. Задача «черного ящика» - задана система, структура которой неиз- вестна или частично, определить ее функционирование и, возможно, структуру. В общем случае, для того чтобы любой объект можно было рас- сматривать как систему, необходимо определить его системные характери- стики: функцию, структуру, свойства и связи с окружающей средой. В задачу системного анализа объектов входят: - разработка формализованных моделей, описывающих структуру, функцию и свойства систем; - характеристика иерархического строения систем и взаимосвязей элементов различного уровня; - определение интегральной функции системы на основе функций отдельных элементов; - определение общих свойств системы, исходя из свойств состав- ляющих ее элементов. Системный подход к творческой деятельности ориентирует инже- нера применять научные методы там, где силы воображения и опыта не- достаточно. Такой подход является предпосылкой изобретательской дея- тельности и эффективного проектирования и конструирования, а также по- зволяет отойти от устаревших традиций и шаблонов. С развитием науки появляются новые знания, которые позволяют разработать новые материалы, технические решения и использовать их для 6 создания нового технологического оборудования (объектов техники). Но- вая техника внедряется в производство с целью повышения его эффектив- ности. Отсюда очевидно, что темпы развития науки должны опережать темпы развития техники и производства. Освоение нового изделия или технологического является, как пра- вило, результатом большой предварительной работы, включающей науч- ные исследования, научное прогнозирование, патентный поиск, сравнение с лучшими образцами передовых отечественных предприятий и зарубеж- ных фирм, предварительный расчет экономической эффективности капи- тальных затрат. Наибольший экономический эффект дают новые изделия или технологические процессы, разработанные на основе фундаменталь- ных исследований, принципиально новых научных идей и направлений, технических решений, защищенных охранными документами (авторскими свидетельствами или патентами). Важную роль в повышении эффективности инженерной деятельно- сти и ее творческих результатов при поиске новых технических решений играют знание закономерностей развития технических систем, умение их анализировать и использовать для выявления резервов их развития, опре- деления целесообразности совершенствования или создания принципиаль- но новых технических систем Закономерности развития техники должны помогать находить от- веты на ряд вопросов, которые могут возникать у творчески работающих конструкторов и инженеров, технологов. Это следующие вопросы: Как для определенного класса технических систем и техники в це- лом происходит прогрессивная конструктивная эволюция, т.е. как со вре- менем изменяются функциональная структура, принцип действия и техни- ческое решение? Как со временем изменяются производительность труда и другие критерии прогрессивного развития определенного класса технических сис- тем? Как возрастают со временем потребности и соответствующие им функции технических систем в смысле разнообразия и количественной ха- рактеристики? Как возрастает со временем разнообразие технических систем, имеющих одинаковые или близкие функции, а также разнообразие техни- ческих систем в отрасли? Как возрастает со временем сложность технических систем? Как растут со временем затраты энергии, материалов и информа- ции в расчете на одного человека? Таким образом, инженер, приступая к разработке новой техниче- ской системы, должен, используя диалектический метод и системный под- 7 ход как методическую основу технического творчества, проанализировать динамику развития и обоснованно сформулировать конкретную программу своих действий. Исходя из того, что технический объект рассматривается как сис- тема, системный подход основывается на ряде принципов, раскрывающих его сущность. Рассмотрим некоторые из них. Принцип целостности заключается в признании того, что некото- рые совокупности объектов могут проявлять себя как нечто целое, обла- дающее такими свойствами, которые принадлежат именно всему целому (системе), а его составным частям элементам и подсистемам данной (сис- темы), и позволяют выделить эту совокупность из основного мира, состав- ляющего окружающую среду данной системы. Например, совокупность гладильной подошвы, нагревательного элемента в виде спирали, регулятора температуры, ручки, собранных оп- ределенным образом, образует электрический утюг, который рассматрива- ется не как совокупность деталей, а как нечто целое, самостоятельное, об- ладающее свойствами, отличными от свойств своих частей. Из этого прин- ципа следует важная особенность системного подхода, заключающаяся в требовании не ограничиваться при разработке новых машин, устройств анализом их частей и взаимодействии между ними, а обязательно пости- гать и учитывать свойства системы как целого. Принцип совместимости элементов в системе указывает на то, что система, обладающая определенными системными свойствами, может быть построена не из любых элементов, а только из таких, свойства кото- рых удовлетворяют требованиям совместимости. Это означает, что собст- венные свойства элементов (форма, размеры, контур, поверхность, цвет, физико-механические характеристики и др.) должны быть такими, чтобы обеспечивать взаимодействие их друг с другом как частей единого целого. Принцип структурности заключается в признании того, что эле- менты, из которых создается система, находятся в системе не произвольно, а образуют определенную, характерную для данной системы структуру, описываемую некоторым системообразующим отношением, выражающим взаимосвязь и взаимозависимость между элементами в системе. Принцип нейтрализации дисфункций указывает на то, что в силу своих внутренних свойств или под воздействием внешней среды элементы системы могут приобретать свойства и функции, не соответствующие свойствами и функциям системы в целом. Поэтому при создании новых систем из определенной совокупности элементов с целью обеспечения ус- тойчивости системы необходимо предусматривать «механизмы», на пра- вильные на нейтрализацию дисфункций. 8 Принцип эволюции утверждает, что для различных технических систем характерно явление эволюции, поэтому необходимо использовать эволюцию как мощный инструмент технического творчества и не наносить вред будущему непродуманным вмешательством в эволюционные процес- сы развития. Принцип специализации и интеграции функций указывает на то, что при развитии систем происходят два как бы противоположных и в то же время взаимодополняющих явления, способствующих повышению эффек- тивности системы: с одной стороны, специализация элементов на выпол- нение определенных функций, с другой - сосредоточение родственных функций у определенных элементов, т.е. возникновение интегральных функций и иерархических структур. Принцип лабилизации функций. С развитием системы появляется свойство быстрого изменения и приобретения новых функций при относи- тельной стабильности состава и структуры системы. Принцип адаптации. Техническая система, функционирующая в изменяющейся окружающей среде, должна обладать свойствами адапта- ции, т.е. свойством перестраивать свои структуру, параметры и функцио- нирование с целью удовлетворения потребностей окружающей среды. Необходимость создания адаптивных систем следует из самого факта изменчивости окружающей среды, а возможность адаптации дости- гается вследствие изменения параметров структуры и поведения системы, применения механизмов положительных и отрицательных обратных свя- зей. Принцип изоморфизма указывает на существование изоморфизмов в структуре, функционировании и развитии систем различной субстанци- онной природы. Поиск общих свойств и закономерностей в строении, функционировании и развитии различных систем позволяет использовать их в разработке новой техники и технологии. Принцип полифункциональности заключается в признании поли- функциональности в назначении и поведении технических систем, выте- кающей из возможности существования системы нескольких целей или функций. Принцип комплексности состоит в том, что при разработке новых технических систем целесообразно использовать комплексный подход, за- ключающийся в построении и синтезе разноаспектных моделей одной и той же системы, а также в привлечении к работе представителей разных специальностей с целью полноты охвата всех проблем и аспектов. Принцип итеративности процесса разработки новых технических систем. Необходимость итераций вытекает из следующего: инженер, раз- рабатывая сложную техническую систему, не может охватить все возмож- 9 ные ситуации сразу, поэтому его знание оказывается неполным, нуждаю- щимся в дополнениях, уточнениях, в сравнениях с действительностью для выявления и устранения упущений. Необходимая полнота знания полнота знания и понимания достигается лишь в результате ряда итераций. Принцип учета вероятностных факторов. Любая достаточно сложная техническая система вследствие невозможности проследить все причинно-следственные связи в самой системе и в окружающей ее среде выступает как не вполне детерминированный объект. Отсюда при созда- нии новых технических систем и технологических процессов встает необ- ходимость статистического исследования и вероятностной оценки явле- ний, протекающих в системе и в окружающей среде путем сбора и обра- ботки соответствующих статистических данных. Принцип иерархической декомпозиции заключается в признании от- носительности понятий «система» и «элемент» в том смысле, что всякий элемент может быть рассмотрен как система при переходе к более детали- зированной страте анализа и всякая система может быть рассмотрена как подсистема или элемент более обширной системы. Принцип вариантности указывает на существование различных альтернатив технического решения системы, различных путей достижения одной и той же цели. Отсюда вытекает стремление проанализировать все возможные варианты решений с целью выбора наиболее эффективного. Принцип математизации. Для облегчения анализа и выбора реше- ния при разработке технических систем с помощью количественных оце- нок вариантов целесообразно применять математические методы исследо- вания операций, оптимизации и другой аппарат системного анализа. Принцип имитации заключается в целесообразности построения и программирования на ЭВМ моделей, имитирующих функционирование (поведение) технической системы или ее элементов. В результате такого воспроизведения процессов, протекающих в системе, проверяется пра- вильность принятых решений, заложенных в создаваемом объекте. Системный подход может и должен широко использоваться для решения разнообразных поисковых задач в технике, он предполагает рас- смотрение объекта как системы, имеющей многообразные связи между ее элементами. И в этом его основное отличие от традиционных требований классической науки, которые направляют умственную деятельность на отыскание простых элементарных основ всякого объекта, т.е. требуют све- дения сложного к простому. Системный подход не дает конкретных рекомендаций в поисковой деятельности, но, являясь не очень жестко связанной совокупностью по- знавательных правил, помогает найти общее направление поиска, увидеть задачу более полно и глубоко. 10

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

по дисциплине: Строительное и инженерное творчество

МЕТОДОЛОГИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА

Составитель:

Степанков Алексей Петрович

1. Об инженерной деятельности

В современном обществе техническая деятельность весьма разнообразна, имеет широкий спектр различных реализаций от деятельности по заготовке сырья до упаковки и транспортировке произведенных товаров, от непосредственного участия рабочих в производственном процессе до творческой работы инженеров в конструкторских бюро.

Ныне техническая деятельность направлена на реализацию в процессе производства инженерных решений, а деятельность инженеров нацелена на проектирование, конструирование и эффективное функционирование техники, она является важным видом технической деятельности.

История утверждает, а археология подтверждает, что техника является настолько же древней, как и само человечество. Действительно, начало технической деятельности уходит в глубокое прошлое человеческой истории. Оно связано со становлением Homo sapiens - человека разумного и переходом от собирательства даров природы к преобразованию природных агентов в соответствии с потребностями человека и общества.

В этом - сущность специфики отношения человека к природе. Если животные относятся к природе пассивно, приспосабливаясь к ней, то человек имеет активное отношение к природе, видоизменяя ее, "приспосабливая" ее к удовлетворению своих потребностей.

Безусловно, человек присваивает определенные продукты природы - воду, воздух, мясо зверей и рыб, плоды и т. д.

Но главное что характерно для человека состоит в том, что он присваивает большинство продуктов природы в преобразованном им же виде. Преобразование природы человек реализует в процессе труда, который совершается между человеком и природой.

Именно в труде он своей собственной деятельностью регулирует и контролирует обмен веществ между собой и природой. Этот обмен протекает в ходе активной преобразующей технической деятельности человека. Истоки специфического отношения людей к природе, исследователи находят в далеком прошлом человеческого общества, в конце третичного и начале четвертичного периодов. На рубеже этих периодов примерно 2 миллиона лет назад биогеографическая среда, флора и фауна Земли под влиянием резкого потепления претерпела серьезные изменения: сократилась площадь лесов, образовались обширные пустынные области.

Темпы этих изменений были намного быстрее темпов биологической эволюции животных. Биологически приспособиться предкам человека к этому было невозможно. Появилась объективная необходимость в создании нового, более эффективного способа приспособления к новым природным условиям. Возможным оставалось одно - встать на путь "приспособления" природы к своим потребностям, т. е., перейти от пассивного отношения к природе к активному, т. е., «включить в работу» свой мозг.

Слово инженер произошло от латинского слова ingenium - хитроумный, остроумный, изобретательный. Словом "инженер" стали называть создателей некоторых военных машин во втором веке, а впоследствии - творцов всяких хитроумных устройств. Заметим, что параллельно появилось слово машина для обозначения подъемного устройства в древнегреческом театре.

В современном значении фигура инженера появляется в 18 веке с возникновением крупного машинного производства. Именно в конце 18 - начале 19 веков в Западной Европе начинается этап крупного машинного производства, основанный на сознательном применении науки в производственном процессе.

Инженер своей деятельностью, как бы соединяя науку с производством, становится проводником науки в производстве. Одновременно, о чем речь еще впереди, формируется особый класс наук - технические науки, которые соединяют научное познание с практикой.

Инженерная деятельность в современном ее понимании возникает когда развитие техники как способа деятельности уже не могло основываться только на производственных навыках, традиции, умении работников производства, а требовало целенаправленного использования научных знаний. Вместе с усложнением производственных процессов инженерная деятельность дифференцировалась на инженерно-исследовательскую, инженерно-конструкторскую и инженерно-технологическую.

Деятельность инженера в отличие от деятельности других слоев интеллигенции (педагогов, врачей, актеров, композиторов и др.) по своей роли в общественном производстве является производительным трудом, непосредственно участвующим в создании национального дохода. Тем самым инженеры вместе с учеными прокладывают путь человеческому обществу в будущее.

История вопроса.

Практическая направленность инженерной и вообще всей технической деятельности давала повод "интеллектуалам" смотреть на нее свысока.

Техническая деятельность не пользовалась особой славой еще в древности. Критика технической деятельности оказывается столь же древней, как и сама эта деятельность. Достаточно в этой связи вспомнить мифы о разрушении Богом Вавилонской башне, прикованном к кавказским скалам Прометее или упавшем с небес Икаре.

Плутарх оставил нам свидетельства о том, что сам Архимед считал сооружение машин занятием, не заслуживающим ни трудов, ни внимания, большинство из них появилось на свет как бы попутно, в виде забав геометрии и то потому, что царь Гиерон из честолюбия убедил Архимеда хоть не надолго отвлечь свое искусство от умозрений и обратить его на вещи осязаемые, в какой-то мере воплотить свою мысль, соединить ее с повседневными нуждами.

Отношение к технической деятельности принципиально не изменилось и в период средневековья, когда эта деятельность часто воспринималась как нечто магическое. И не только в силу существования строго секретного мастерства. В эпоху Возрождения сформировалось иное отношение к инженеру и его деятельности.

К инженеру стали относиться не просто как к ремесленнику, технику, а как к творцу, творящему подобно божественному творцу новый мир, мир второй природы. Несмотря на то, что при переходе к индустриализации в общественном сознании упрочняется мнение о прогрессивном значении опирающейся на науку инженерной деятельности, с конца 19 века начинается резкая критика технического засилья и идеализация прошлого.

Критика сегодня.

Чрезвычайно противоречивую оценку инженерной деятельности дает и современное общество, видя в ней не только источник жизненных благ, но и социального зла.

Внимание общественности к инженерной деятельности не случайно. Развитие техники - главнейшая составляющая общественного развития.

Инженерная деятельность выступает в роли основного источника технического прогресса. Именно в качественном преобразовании техники и технологии состоит главная функция инженеров.

Но, совершенствуя технику и технологию, инженеры влияют на изменение технологических отношений, т. е., тех отношений, которые складываются между людьми в ходе непосредственного производственного процесса и поэтому воздействуют на развитие главной производительной силы - на людей. Таким образом, инженерная деятельность занимает одно из центральных мест во всей системе технической деятельности.

Реальность сегодняшних дней.

Что представляет из себя инженерная деятельность?

Инженерная деятельность - это самостоятельный специфический вид технической деятельности всех научных и практических работников, занятых в сфере материального производства. В современной своей сущности инженерная деятельность - это техническое применение науки, направленное на производство техники и удовлетворение общественных технических потребностей. В процессе деятельности инженера законы науки из своей теоретической формы трансформируют в технические принципы, которые находят свое практическое применение. Поэтому по своему характеру инженерная деятельность является преимущественно духовной деятельностью в сфере материального производства. Основные ценностные критерии инженерной деятельности - это способность функционирования и надежность, экономичность, благосостояние, здоровье, безопасность, экологичность, качество общества и развитие личности.

Структура инженерной деятельности определяется решением возникших технических проблем, которые появляются при отсутствии технических средств для решения стоящих перед обществом задач. В процессе инженерной деятельности осуществляется переход от общественных технических потребностей и знаний о технике к созданию техники и технологии. Элементами такого процесс в совокупности образующих структуру инженерной деятельности являются определенные потребности, выработка и принятие решения, подготовка производства, регулирование производства, удовлетворение потребностей.

Во внутренней структуре технической деятельности первой стадией будет изобретение, затем - проектирование в ходе которого идеальная модель воплощается в рабочих чертежах, конструирование - материальное воплощение изобретения в техническом устройстве и, наконец, промышленное освоение и внедрение в производство.

Существенные признаки инженерной деятельности - это деятельность в сфере материального производства или деятельность, которая направлена на решение задач материального производства. Отсюда - техническая направленность инженерного труда.

Цель инженерной деятельности заключена в создании техники, технологии и эффективного их использования в системе общественного производства. Вне этого инженер лишен предмета своей деятельности.

Можно считать совершенно неоправданным расширительное понятие инженерной деятельности, которое все чаще встречается в быту. Инженер-экономист, инженер по охране труда и подобные им "инженеры" являются просто недоразумением, вытекающем из непонимания самой сущности инженерной деятельности как обособленное целеполагание в сфере создания техники. В процессе своей деятельности инженер активно включается во взаимодействие с процессами развития и функционирования техники. В силу указанного обстоятельства инженерная деятельность является практической, т. е., имеет дело с реально существующими объектами в отличие от теоретической или духовной, где существуют мыслимые, идеальные объекты. Но, как известно, практическая деятельность подразделяется на материально-производственную (преобразование природы) и социально-преобразовательную (преобразование общества).

Инженерная деятельность, безусловно, относится к материально-производственной.

Инженер занимает промежуточное положение между теорией и практикой, его труд является умственным трудом в сфере материального производства. На свои способы действия он смотрит не как ремесленник и не как ученый-естествоиспытатель.

В процессе применения открытых естественными науками законов для проектирования, конструирования, функционирования и совершенствования техники и технологии эти законы нужно не только модифицировать в форму возможную для этого применения, но и воплотить их в новой технике и технологии. Этот процесс является наиболее трудным, ответственным и интересным в инженерной деятельности. Именно он придает этой деятельности творческий характер. Творчество - одна из важнейших характеристик инженерной деятельности. В процесс своей деятельности инженер материализует творческий характер своего труда, Для достижения своей цели инженер использует различные законы природы, открываемые естественными науками, и их различную модификацию. Один и тот же материальный результат может быть получен различными техническими способами. Так, обработка деталей осуществляется различным путем - механическим, химическим, лазерным и др.

Все эти обстоятельства свидетельствуют, что в области инженерного творчества существует большая свобода выбора, в этой деятельности имеются многозначные конкретные техническо-технологические решения. В силу этих обстоятельств инженерная деятельность отличается высокой степенью интеллектуального творчества.

В самом деле, часто говорят о творчестве артистов, писателей, художников, композиторов. Но разве меньше нужно затратить творческих усилий инженеру, чтобы материализовать предельно оптимально при огромном выборе технических возможностей ту идеальную модель, которую создал в своей голове инженер?

2. Технология инженерного профессионального процесса в настоящее время

Творчество инженера имеет определенную структуру и определяемые этой структурой этапы развития. Структурными элементами инженерного творчества являются:

Отражение и осмысление технической потребности как проблемы технического прогресса;

Вынашивание новой технической идеи;

Разработка идеальной модели технического устройства;

Конструирование - переход от идеальной модели к созданию нового технического устройства на основе математических и технических расчетов;

Создание нового промышленного образца.

Технологию инженерной профессиональной деятельности - технологию технического творчества можно представить в виде последовательных, но функционально объединенных между собой этапов.

Первый этап - критическое осмысление существующего положения вещей на базе экспериментальных материалов и логических рассуждений, формирование проблемной ситуации. Результатом этого этапа является формулировка конкретной технической задачи, которая может стать основой дальнейших творческих поисков.

Второй этап - этап генерирование (рождение) и «продумывания» новой технической идеи как результата скачка в новое качество при реализации поиска решения определенной технической задачи. Это еще не техническое изобретение и не идеальная модель нового, но уже выход за рамки непосредственно данного. С этой целью применяется набор методов инженерного поиска идей. При этом рациональные методы, составляющие логическую основу процесса, не исключают действия фантазии и интуиции при рождении технической идеи.

Третий этап - этап разработки воображаемой реальности идеальной модели как результата схематизации новой технической идеи, как структурной и функциональной схемы будущего технического объекта. В идеальной модели выражается активная созидательная деятельность субъекта, учитывается необходимость ее последующей материализации, строится будущий объект не в чувственно воспринимаемой форме. На этом этапе протекает процесс обоснования, продумывания и создания образца будущего технического объекта.

Четвертый этап - этап конструирования, перехода от мысленного построения к реальным разработкам. Результаты конструирования выражаются в эскизном и техническом проектах, в рабочих чертежах или модельно-макетном воплощении. Начинается разрешение противоречий между материальным и идеальным, теорией и практикой. Происходит движение от изобретения в форме идеальной модели или патента до рабочих чертежей или спецификаций и далее - до действующих моделей, экспериментальных или производственных образцов.

Пятый этап - этап воплощения изобретения в новом техническом объекте. Этот этап складывается из ряда стадий.

На начальной его стадии создается экспериментальный образец, который предоставляет на основе данных экспериментов сделать доработку и доводку конструкторско-технологических разработок. Затем для испытаний артефактов в промышленных условиях создается промышленный образец. И, наконец, новая техника и технология запускается в серийное или массовое производство. На этом этапе завершается процесс разрешения противоречий между теорией и практикой и одновременно возникают новые технические задачи, новые противоречия.

Как видим, все этапы инженерной деятельности пронизаны творчеством. Творческий характер деятельности инженера проявляется прежде всего в том, что он сознательно формирует цель своей деятельности на основе осмысления технических потребностей производства и общества в целом. Его деятельность является целеполагающейся.

Целеполагание представляет собой сложный диалектический процесс отражения настоящего и потребностей будущего.

Оно возникает благодаря способности человеческого сознания к воображению и является идеальным аналогом последующей материальной деятельности субъекта.

Инженерное творчество реализует выход за пределы существующего состояния техники и технологии.

Можно заключить, что инженерная деятельность - это деятельность в сфере материального производства, имеющая техническую направленность. Она нацелена на превращение природного в социально значимое с целью удовлетворения определенных потребностей людей, в силу чего сама техника выступает как преодоление природы посредством человеческого сознания.

Инженерная деятельность аккумулирует производственный опыт и использует научные знания, отличается высокой степенью интеллектуального творчества, протекает преимущественно в социальной среде и зависима от внешних, социокультурных факторов.

Отмеченные характерные черты инженерного творчества проявляются в различной степени в те или иные периоды ее исторического развития. Для современного этапа инженерного творчества и вообще инженерной деятельности особенно характерна их связь с научной деятельностью, которая имеет солидную историческую традицию.

3. Поисковое конструирование или методы технического (инженерного) творчества

Методы технического (инженерного) творчества подразделяются на две группы. Эвристические методы технического творчества, основаны на использовании достаточно четко описанных методик и правил поиска новых технических решений. Эти методы начали разрабатывать еще с древних времен, особое внимание им уделили выдающиеся ученые XVII-XVIII вв. Ф. Бэкон, Р. Декарт и Г. Лейбниц. Начиная с 40-х гг. прошлого столетия резко возросли исследования и разработки по созданию и применению эвристических методов, методик, приемов, принципов, правил и т. п.

В настоящее время известно более 100 эвристических методов, методик, подходов и их модификаций (подробнее о некоторых из них см. на нашем сайте). Компьютерные методы поискового конструирования, основаны на использовании ЭВМ в решении творческих инженерных задач. Эти методы начали разрабатывать и применять в 60-х годах. В настоящее время известны десятки различных подходов и методов поискового конструирования. Как считают опытные методисты, нецелесообразно отдавать предпочтение какому-либо одному методу или стараться освоить все имеющиеся подходы и методы.

Специалист на первом этапе или на первой ступени овладения методами инженерного творчества должен научиться свободно пользоваться небольшим набором из трех-пяти методов.

Дальнейшее повышение эффективности деятельности творчески работающего инженера связано с приобретением собственного опыта и расширением набора используемых методов и систем методов решения творческих инженерных задач. технический творчество инженер

Какие принципиальные отличия имеют эвристические методы технического творчества и методы поискового конструирования?

В 1977 г. было проведено условное разделение между эвристическими и компьютерными методами (с помощью первых решают задачи технического творчества, с помощью вторых - задачи поискового конструирования). К задачам технического творчества были традиционно отнесены такие, при которых человек решает поставленную задачу способом "проб и ошибок" или с помощью эвристических методов без использования ЭВМ. К задачам поискового конструирования отнесены такие творческие инженерные задачи, которые человек решает с использованием ЭВМ.

Если бы все задачи поискового конструирования одновременно можно было решать с помощью эвристических методов, то, конечно, не имело бы смысла их особо выделять. Однако, как показали не только теория, но и практика, множество задач технического творчества не включает в себя полностью множество задач поискового конструирования, а только пересекаются с ним, т. е., существует некоторое подмножество задач поискового конструирования, которые человек не может решить без ЭВМ или решение их без машинной поддержки (при эквивалентном результате) вызывает значительные трудности.

Это непосильные для естественного интеллекта творческие задачи. Особенно это относится к задачам, решение которых требует применения новых физических принципов действия, затруднительных для мысленного моделирования, а также таким сверхсложным техническим проблемам, о которых человек без ЭВМ уже не может иметь цельного и ясного представления. Число подобных задач со временем будет расти, что и оправдывает выделение специальных методов поискового конструирования в особую группу и заставляет стимулировать их развитие.

Современный уровень развития компьютерной техники и новые разработки в области управления знаниями позволили создать программное обеспечение, способное вывести методы поискового конструирования на качественно новый уровень интеллектуальных изобретательских технологий. Каждая творческая задача или задание имеет свой метод решения, состоящий из набора известных и неизвестных приёмов и методов, так как в процессе жизнедеятельности человека постоянно меняются производственные условия, цели, а, следовательно, и задачи.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные технико-экономические показатели инженерного обустройства. Вертикальная планировка рельефа. Проектирование канализации и очистных сооружений. Инженерное обустройство селитебной зоны. Анализ рельефа и гидрологии. Анализ территории Уярского района.

курсовая работа , добавлен 04.05.2010


Техническое обслуживание, реконструкция, капитальный ремонт и наладка инженерного оборудования: центральных и индивидуальных тепловых пунктов, систем отопления, горячего водоснабжения с подачей теплоносителя, систем вентиляции; оформление результатов.

курсовая работа , добавлен 21.10.2011


Разработка проекта строительства детско-юношеской школы творчества общей площадью до 2000 квадратных метров. Рассмотрение объемно-пространственной структуры здания, проведение архитектурных расчетов. Составление генерального плана строительства объекта.

дипломная работа , добавлен 30.06.2012


Общая характеристика генерального плана строительства коровника на 200 коров привязного содержания. Объемно-планировочное решение. Характеристика основных конструктивных элементов здания. Проектирование санитарно-технического и инженерного оборудования.

курсовая работа , добавлен 28.12.2014


Биография Николая Белелюбского - выдающегося инженера, проектировщика и строителя мостов. Начало преподавательской и инженерной деятельности. Вершина и финал деятельности ученого - Романовский мост. Проектировка металлических пролётных строений.

реферат , добавлен 05.05.2015


Анализ многоквартирного жилого дома. Сущность понятия "архитектурное наследие". Особенности определения фактического технического состояния несущих строительных конструкций и инженерного оборудования здания. Виды экспертиз: техническая, экологическая.

дипломная работа , добавлен 15.12.2012


Природно-климатические и хозяйственные условия территории. Месторасположение участка. Анализ существующих транспортных связей. Построение "веревочного" многоугольника. Техническое проектирование участка: план трассы, поперечный и продольный профиль.

курсовая работа , добавлен 11.12.2012


Характеристика и разновидности строительных элементов санитарно-технического и инженерного оборудования: печи и дымовые трубы, отопление и вентиляция. Классификация крыш, их конструктивные и функциональные особенности. Виды междуэтажных перекрытий.

контрольная работа , добавлен 03.04.2010


Мис ван дер Роэ - немецкий архитектор-модернист, ведущий представитель "интернационального стиля", художник, определивший облик городской архитектуры в XX веке: становление; работа в Германии и США; экспрессионизм в творчестве; Чикагские небоскребы.

реферат , добавлен 06.05.2011


Определение фактического технического состояния несущих строительных конструкций и инженерного оборудования здания. Изучение нормативно-правовых актов, регулирующих сферу ЖКХ и деятельность федеральных органов исполнительной власти. Расчет износа здания.