книги / Основы научных исследований

обходимо для выяснения резервов и определения целе­ сообразности совершенствования данной системы или создания принципиально новых решений. В связи с тем что жизнеспособными оказываются только те техниче­ ские решения, которые соответствуют закономерностям развития техники, особую ценность представляет способ­ ность изобретателя правильно предвидеть направления и тенденции возможного изменения исходной технической системы и действовать в соответствии с этими законо­ мерностями.

Приведенные элементы теории познания являются ос­ новными методологическими средствами научно-техни­ ческого творчества, к которым относятся также эвристи­ ческие приемы и методы активизации и научной органи­ зации творческого труда. Приведем некоторые из них.

П р и е м ы д р о б л е н и я и о б ъ е д и н е н и я (час­ тей или операций). Например, гайка, резьба и корпус которой выполнены отдельными деталями, может быть снята с болта без свинчивания, а объединение в автомо­ бильном колесе двух шин позволяет намного повысить его надежность.

Пр и е м в ы н е с е н и я (отделения мешающей части или выделения единственно нужной). Например, при флюорографии для защиты от рентгеновских лучей мно­ гих органов на пути излучения ставят защитные барь­ еры, оставляя доступными для него только нужные час­ ти грудной клетки.

Пр и е м и н в е р с и и (вместо диктуемого условиями задачи действия использовать противодействия). Напри­

в воде в виде пучков диаметром, превышающим длину, и устанавливать пучки в вертикальном положении.

быть реализован, например, при разливах рек и опасно­ сти наводнения путем размещения на берегах серии больших резиновых резервуаров, которые заполняют с помощью помпы «лишней» водой из реки. Такие водя­

ные дамбы строятся и убираются буквально за минуты. Пр и е м с а м о о б с л у ж и в а н и я использован, на­

пример. в предложении повысить стойкость плит корпу­

71

са дробеметного аппарата путем придания им свойства магнита, удерживающего на своей поверхности постоян­ но обновляющийся слой дроби. Таким образом, сущность многих (в том числе перечисленных) эффективных при­ емов творчества раскрывается в их названиях.

Анализ патентных материалов показывает, что изо­ бретения высокого уровня, как правило, основаны на прямом использовании физических явлений, законов при­ роды. Пока таких изобретений немного из-за слабой ин­ формированности специалистов о новых изобретениях и открытиях. Чтобы исправить такое положение, многие исследовательские коллективы создают фонды описаний физико-технических эффектов, используют их в машин­ ном (автоматизированном) поисковом конструировании.

Эффективным эвристическим приемом в творческой деятельности является также идеализация конечного ре­ зультата — машины, процесса или материала.

И д е а л ь н о е р е ше н и е — это наиболее сильное из всех мыслимых решений данной задачи. Очень ражно научиться пользоваться понятиями об идеальных машине, процессе или материале. Например, идеальной может быть признана лампочка накаливания с контактами из ртути, обеспечивающими ее включение в одном положе­ нии и выключение — в другом. Таким образом, необхо­ димые действия осуществляются без выключателя в ви­ де отдельного элемента в цепи.

При работе над изобретением необходимо стремиться максимально приблизиться к идеальному результату, значительно улучшить требуемые показатели, не ухуд­ шив других.

Важным общенаучным методом познания является ан а л о г и я 1.

На практике используются в основном четыре вида аналогии: прямая, символическая, личная и фантастиче­ ская. При п р я м о й а н а л о г и и рассматриваемый объект сравнивается с более или менее схожим из дру­ гой области техники или живой природы.» Например, датчик, реагирующий на движущийся объект так же, как глаз лягушки на пролетающую муху.

1 См.: Буш Г. Я. Аналогия и техническое творчество. Рига, 1981.

72

форме сути явления или понятия. Например, пламя — видимая теплота; прочность — принудительная целост­ ность и т. п.

Л и ч н а я а н а л о г и я представляет собой отожде­ ствление себя с исследуемым объектом. Для этого ре­ шающий задачу должен вжиться в образ совершенствуе­ мого объекта с целью выяснения возникающих при этом ощущений, т. е. «прочувствовать» задачу.

При ф а н т а с т и ч е с к о й а н а л о г и и в объект вводятся какие-либо фантастические средства, выполня­ ющие то, что требуется по условиям задачи. Например, «волшебная палочка», «золотая рыбка» и т. д.

Исследователи и изобретатели в своей практике дав­ но используют ф и з и ч е с к у ю и м а т е м а т и ч е с к у ю а на лог ии .

Совершенно сходными являются, например, структу­ ры формул для определения силы тяготения FT= y m lm2l / г2 и силы электростатического взаимодействия Fe== = kq\q2/r2. Аналогия лежит в основе физического и ма­ тематического (АВМ) моделирования.

Такая аналогия является базой параметрического структурного метода творчества, основанного на энерго­ информационных моделях цепей и параметрических структурных схемах. Для описания процессов различной физической природы в технических устройствах опери­ руют величинами, примеры которых приведены в табл. 3.1. Критерии аналогии позволяют описывать системой аналогичных уравнений не только процессы в цепях раз­ личной физической природы, но и связывать эти цепи между собой с помощью коэффициентов межцепных и внутрицепных физико-технических эффектов. Для об­ легчения использования таких аналогий разработаны специальные карты топограмм связи величин внутри це­ пи одной физической природы и величин различной фи­ зической природы.

В научно-техническом творчестве обязательно исполь­ зуется такой общенаучный метод, как анализ. Широкое распространение в творческой деятельности получил, на­ пример, м о р ф о л о г и ч е с к и й а на л и з , или метод морфологического ящика, состоящий в систематическом исследовании всех мыслимых вариантов, вытекающих из закономерностей строения (т. е. морфологии) совершен­ ствуемой системы. Метод предусматривает:

формулировку задачи; составление списка характер­ ных параметров (или признаков) объекта. Например,

73

74

для такой технической системы, как авторучка, харак­ терными признаками являются: перо или шарик, баллон или механизм для наполнения ручки чернилами и т. п. К таким признакам предъявляются определенные требо­ вания. Они должны быть существенными для любого решения; независимыми друг от друга; охватывающими все аспекты задачи; достаточно немногочисленными, что­ бы обеспечить быстрое изучение;

составление списка частичных решений для каждого параметра или признака. По каждому признаку записы­ вают возможные варианты. Целесообразно при этом указать, что данного параметра нет вообще, что облег­ чает выход к новым и иногда эффективным решениям?

определение функциональной ценности всех возмож­ ных сочетаний. На практике чаще всего используют мор­ фологическую карту, т. е. составляют двухосную табли­ цу, в каждой клетке которой оказывается один вариант, В заключение необходимо выбрать наиболее прием­ лемое решение, для отбора которого особых правил нет, но целесообразнее всего выбирать несколько главных элементов, а остальные подбирать так, чтобы они соот­ ветствовали и усиливали главные элементы. В табл. 3.2 в качестве примера приведена морфологическая таблица для авторучки, представляющая ее самые различные

свойства.

Наиболее целесообразно использовать морфологиче­ ский анализ при решении конструкторских задач обще­ го плана, проектировании машин и поиске компоновоч­ ных или схемных решений. Он может применяться для прогнозирования развития технических систем, при оп­

основываются на применении семантических1 свойств понятий. Основными источниками для генерирования идей служат ассоциации2, метафоры3 и случайно выбран­ ные понятия, признаки которых переносятся на совер-

1 С е м а н т и к а — значение единиц языка.

3 А с с о ц и а ц и я — связь, возникающая при определенных ус­ ловиях между двумя или более психическими образованиями (ощу­

75

шенствуемый объект. К таким методам относятся мето­ ды каталога (Ф. Кунце), фокальных объектов (Ч. Вай­ тинг) и гирлянд случайностей и ассоциаций (Г. Я. Буш). Примером применения последнего метода может слу­ жить задача расширения ассортимента стульев мебель­ ной фабрики. В соответствии с методом необходимо: 1) определить синонимы объекта (гирляндой синонимов для слова «стул» являются: стул—кресло—табурет— пуф—скамейка и т. д.); 2) составить произвольный на­ бор случайных объектов (вторую гирлянду слов, взятых наугад, например: электролампочка—решетка—кар­ ман—кольцо—цветок—пляж); 3) образовать комбина­ ции из элементов двух составленных гирлянд и путем соединения каждого синонима с каждым случайным объ­ ектом (стул с электролампочкой, решетчатый стул, стул

скарманами......табурет для цветов и т. д.); 4) соста­ вить перечни признаков случайных объектов (например, электролампочка: стеклянная, матовая, колбообразная,

сцоколем и т. п.); 5) формирование предложений путем поочередного присоединения к совершенствуемому объ­ екту (и его синонимов) признаков случайно выбранных объектов. Например, с учетом признаков электролампоч­ ки, можно получить: стеклянный стул, теплоизлучающее

кресло, колбообразный пуф, прозрачное кресло и т.д.; 6) составить гирлянды ассоциаций из признаков случай­ ных объектов, выявленных на шаге; 7) к элементам гир­ лянды синонимов совершенствуемого объекта присоеди­ нить элементы гирлянд ассоциаций (образуются новые варианты: пуф из пены, стул из пористого материала и т. д.); 8) затем производятся оценка и выбор рациональ­ ных вариантов в отбор оптимального варианта.

Интерес представляют также методы психологиче­ ской активизации коллективной творческой деятель­ ности Одним из них является «мозговая атака» («моз­ говой штурм»), предложенная А. Осборном. Для устра­ нения психологических препятствий, вызываемых, на­ пример, боязнью критики, процессы выработки идей и их критической оценки в мозговой атаке разделены во вре­ мени и проводятся, как правило, разными группами лю­ дей. Первая группа только выдвигает различные пред­ ложения и варианты решений без критики. В нее жела­ тельно включать людей, склонных к абстрагированию,

1 См.: Лук А. Н. Психология творчества. М., 1978.

77

к фантазии. Вторая группа — это «эксперты», выносящие суждение о ценности выдвинутых идей. В ее состав луч­ ше включать людей с аналитическим и критическим складом мышления.

В практике массового технического творчества ис­ пользуется также методика программного решения научно-технических задач (алгоритм решения изобрета­ тельских задач (АРИЗ)). Понятие «алгоритм» подразу­ мевает комплекс последовательно выполняемых дейст­

тельного эффекта или главной трудности, а не цели. Смысл процесса решения по АРИЗ состоит в том, что­

бы после выявления технических и физических противо­ речий разрешить их путем целенаправленного перебора относительно небольшого числа вариантов.

Вышеперечисленные методологические средства твор­ ческого поиска могут использоваться исследователем в разных сочетаниях и последовательностях, но общую схему решения научно-технических задач можно пред­ ставить в виде следующих этапов:

анализ технических потребностей общества и выяв­ ление технического недостатка;

анализ систем задач и выбор конкретной задачи; анализ технической системы и разработка ее модели; анализ и формулировка условий технической задачи; анализ и формулировка условий изобретательской

задачи; поиск идеи решения (принципа действия);

синтез нового технического решения.

На первом этапе могут использоваться, например, ме­ тоды прогнозирования. Морфологический анализ можно использовать на разных этапах процесса решения зада­ чи. АРИЗ включает в себя этапы от анализа техниче­ ской системы до поиска идеи решения (включительно).

Приведенные здесь примеры методических средств могут быть элементами системы исследований более вы­ сокого иерархического уровня.

В настоящее время известны сотни эвристических ме­ тодов поиска решения проблемных задач, но выше рас­ смотрены лишь те методы, которые достаточно широко используются в творческой деятельности. Каждый спе­ циалист должен знать эти методы и научиться исполь­ зовать их в своей творческой работе.

78

И Э Т А П Ы Н А У Ч Н О -И С С Л Е Д О В А Т Е Л Ь С К О И Р А Б О Т Ы

4.1. Выбор направления научного исследования

Цель научного исследования — всестороннее, достовер­ ное изучение объекта, процесса или явления; их струк­ туры, связей и отношений на основе разработанных в на­ уке принципов и методов познания, а также получение и внедрение в производство (практику) полезных для человека результатов1.

Любое научное исследование имеет свой объект и предмет. О б ъ е к т о м научного исследования является материальная или идеальная система. П р е д м е т — это структура системы, закономерности взаимодействия элементов внутри системы и вне ее, закономерности раз­ вития, различные свойства, качества и т.д.

Научные исследования классифицируются по видам связи с общественным производством и степени важнос­ ти для народного хозяйства; целевому назначению; ис­ точникам финансировния и длительности ведения иссле­ дования.

По видам связи с общественным производством на­ учные исследования подразделяются на работы, направ­ ленные на создание новых технологических процессов, машин, конструкций, повышение эффективности произ­ водства, улучшение условий труда, развитие личности человека и т. п.

По целевому назначению выделяют три вида науч­ ных исследований: фундаментальные, прикладные и раз­ работки.

Ф у н д а м е н т а л ь н ы е и с с л е д о в а н и я на­ правлены на открытие и изучение новых явлений и за­ конов природы, на создание новых принципов исследо­ вания. Их целью является расширение научного знания общества, установление того, что может быть использо­ вано в практической деятельности человека. Такие ис­ следования ведутся на границе известного и неизвест­ ного, обладают наибольшей степенью неопределенности.

П р и к л а д н ы е и с с л е д о в а н и я направлены на

1 См.: Грушко И. М.. Сиденко В. М. Основы научных исследова­ ний. Харьков, 1983; Пальчевский Б. А. Научное исследование: объект, направление, метод. Львов, 1979.

79

нахождение способов использования законов природы для создания новых и совершенствования существую­ щих средств и способов человеческой деятельности. Цель — установление того, как можно использовать на­ учные знания, полученные в результате фундаменталь­ ных исследований, в практической деятельности чело­

века.

В результате прикладных исследований на основе научных понятий создаются технические понятия. При­ кладные исследования, в свою очередь, подразделяются на поисковые, научно-исследовательские и опытно-кон­

структорские работы.

Поисковые исследования направлены на установле­ ние факторов, влияющих на объект, отыскание путей создания новых технологий и техники на основе спосо­ бов, предложенных в результате фундаментальных ис­ следований. В результате научно-исследовательских ра­ бот создаются новые технологии, опытные установки, приборы и т. п. Целью опытно-конструкторских работ яв­ ляется подбор конструктивных характеристик, опреде­ ляющих логическую основу конструкции. В результате фундаментальных и прикладных исследований форми­ руется новая научная и научно-техническая информация. Целенаправленный процесс преобразования такой ин­ формации в форму, пригодную для освоения в промыш­ ленности, обычно называется р а з р а б о т к о й . Она на­ правлена на создание новой техники, материалов, технологии или совершенствование существующих. Конечной целью разработки является подготовка мате­ риалов прикладных исследований к внедрению.

По степени важности для народного хозяйства на­ учные исследования подразделяются на:

важнейшие работы, выполняемые по специальным постановлениям ЦК КПСС и Совета Министров СССР

Государственному плану СССР; общесоюзным научнотехническим программам, утвержденным ГКНТ СССР

(если эта программа касается развития естественных на­ ук, то и АН СССР); планам союзных республик; коор­ динационным планам Государственного Комитета

СССР по науке и технике; работы, выполняемые по планам отраслевых мини­

стерств и ведомств; работы, выполняемые по инициативе и планам науч­

но-исследовательских организаций.

В зависимости от источника финансирования науч­

80