Учебно-методический комплекс по дисциплине «основы творческо конструкторской деятельности» Учебно-методический комплекс Составитель: ассистент icon

Учебно-методический комплекс по дисциплине «основы творческо конструкторской деятельности» Учебно-методический комплекс Составитель: ассистент


1 чел. помогло.

Смотрите также:
Учебно-методический комплекс по дисциплине курсы по выбору «основы авиамоделирования»...
Учебно-методический комплекс умк учебно-методический комплекс основы профориентологии...
Учебно-методический комплекс по дисциплине курсы по выбору «конструирование...
Учебно-методический комплекс по дисциплине курсы по выбору «конструирование...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Инновационный менеджмент» Учебно-методический...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «материаловедение» Учебно-методический комплекс...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «материаловедение» Учебно-методический комплекс...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «материаловедение» Учебно-методический комплекс...
Учебно-методический комплекс по дисциплине землеведение учебно-методический комплекс...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «современные средства оценивания результатов...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «история техники» Учебно-методический комплекс...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «основы менеджмента» Программа и методические...



страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9
вернуться в начало
скачать
2.1. Понятие технических объектов, систем и технологий


Творческая изобретательская деятельность человека чаще всего проявляются при разработке новых, более совершенных по конструкции и наиболее эффективных в эксплуатации, технических объектов и технологий их изготовления.

В официальной патентной литературе термины «технический объект» и «технология» получили, соответственно, наименования «устройство» и «способ». Какое же понятие несет в себе термин «технический объект»? Слово «объект» обозначает то, с чем взаимодействует человек (субъект) в своей познавательной или предметно-практической деятельности (компьютер, термометр, пила, кофемолка, автомобиль и т.д.). Техника — это совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых как для осуществления процессов производства, так и для обслуживания непроизводственных потребностей общества. Основное назначение техники — облегчение и повышение эффективности условий труда человека, расширение его возможностей в процессе трудовой деятельности; частичное или полное освобождение человека от работы в условиях, опасных или вредных для здоровья.

Средства техники (технические объекты) применяются для воздействия на предметы труда (металл, древесина, хлопок) при создании материальных или культурных ценностей, для получения, передачи и преобразования энергии; исследования законов развития природы и общества; сбора, хранения, обработки и передачи информации; управления технологическими процессами; создания материалов с заранее заданными свойствами; бытового и культурного обслуживания и т.д.

Технический объект — широчайшее понятие, поэтому к числу технических объектов можно отнести и космический корабль, и утюг, компьютер и ботинок, завод и выпускаемые на этом заводе болты и гайки. Более того, к техническим объектам можно отнести любой из элементов (агрегат, блок, узел, деталь), из которых состоят машины, аппараты, приборы.

Человек любых наклонностей, любой профессии, любого возраста и в любых условиях может совершенствовать, творить и изобретать технические объекты в любой сфере жизнедеятельности.

Наряду со словом и понятием «технический объект», широко используется термин «техническая система». По сути дела, эти два термина являются синонимами, так как выражают одно и то же понятие, но с разными оттенками при использовании. Понятие «технический объект» — это более широкое понятие, поскольку технические системы являются лишь их разновидностью. В самом деле, существуют элементарные технические объекты, состоящие всего лишь из одного материального (конструктивного) элемента. Например, столовая ложка, литая чугунная гантель, пластмассовая или металлическая шайба. Ни один из них никак нельзя отнести к понятию «техническая система», поскольку техническая система — это определенная совокупность упорядоченно связанных между собой элементов, предназначенных для удовлетворения определенных потребностей, для выполнения определенных полезных функций. Важно отметить, что техническая система обладает совокупными свойствами, не только суммирующими свойства входящих в ее структуру элементов, но и другими качественно новыми свойствами, не присущими системообразующим элементам. Например, автомобиль обладает свойством передвижения по твердым дорожным покрытиям, в то время как ни один из его отдельно взятых элементов (кузов, шасси, мотор) таким свойством не обладает. Но, конечно же, не только такой сложный технический объект как автомобиль, можно назвать технической системой.

Таким образом технический объект предпочтительно называть собственным именем тогда, когда речь ведется вообще, без всякой структурной, функциональной и конструктивной конкретизации, в то время как термин «техническая система» используется при обсуждении его внутреннего содержания, при изучении, анализе, синтезе и конструировании.

Важно иметь в виду, что любая техническая система состоит из ряда конструктивных элементов (звеньев, блоков), называемых подсистемами. В то же время, у большинства технических систем существуют и надсистемы — технические объекты более высокого конструктивного уровня, в которые они включены как функциональные элементы.

В общем случае, для того, чтобы любой объект можно было рассматривать как систему, необходимо определить его системные характеристики: 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 системы, исходя из свойств составляющих ее элементов.

Системный подход к творческой деятельности ориентирует на применение научных методов там, где силы воображения и опыта недостаточно. Такой подход является предпосылкой изобретательской деятельности и эффективного проектирования и конструирования, а также позволяет отойти от устаревших традиций и шаблонов.

Технические объекты выполняют определенные функции (операции) по преобразованию вещества, энергии или информационных сигналов. Обработка вещества и т.д. производится путем выполнения ряда технологических операций, следующих друг за другом в определенной последовательности. Под технологией понимается способ, метод или программа преобразования вещества, энергии или информационных сигналов из заданного начального состояния в заданное конечное с помощью соответствующих технических систем (объектов).

Среди множества параметров и показателей, характеризующих технический объект, имеются такие, которые на протяжении длительного времени повышаются или поддерживаются на определенном уровне при достижении своего предела. Такие показатели осознаются как мера совершенства и прогрессивности технических объектов, поэтому их принято называть критериями развития технических объектов. Так, к ним можно отнести удельную материалоемкость изделий, дизайн и др.

Особенно велика роль критериев развития при разработке новых изделий, когда конструкторы стремятся превзойти уровень лучших мировых достижений или когда предприятия хотят приобрести готовые изделия такого уровня.

Всю совокупность критериев развития техники обычно подразделяют на четыре группы:

  1. Функциональные, характеризующие показатели реализации функции объекта (производительность, точность, надежность, специфические).

  2. Технологические, отражающие возможность и сложность изготовления технического объекта (расчленение на подсистемы, трудоемкость изготовления, технологичность изготовления, использование материалов).

  3. Экономические, определяющие экономическую целесообразность реализации функций с помощью рассматриваемого технического объекта (затраты материалов, энергии, на информацию).

  4. Эргономические, связанные с оценкой воздействия на человека отрицательных и положительных факторов со стороны созданного им технического объекта (экологичность, безопасность, дизайн).

Эта классификационная систематика критериев развития технических объектов позволяет разработчику новой техники cформировать и описать совокупность критериев развития для интересующего класса технических объектов.

^ 2.2. Закономерности развития технических систем


При создании новых технических объектов (систем) наряду с новыми методами изготовления, материалами и техническими решениями используется накопленный в прошлом опыт. Кроме того, прилагаются усилия к улучшению свойств уже существующих изделий и создаются новые изделия, которые должны удовлетворять потребности людей. Освоение нового изделия или технологического процесса является, как правило, результатом большой предварительной работы, включающей научные исследования, научное прогнозирование, патентный поиск, сравнение с лучшими образцами отечественных и зарубежных предприятий и фирм, предварительный расчет экономической эффективности капитальных затрат. Наибольший экономический эффект дают новые изделия или технологические процессы, разработанные на основе фундаментальных исследований, принципиально новых научных идей и направлений, технических решений, защищенных охранными документами (авторскими свидетельствами или патентами).

Важную роль в повышении эффективности творческо-конструкторской деятельности и ее результатов при поиске новых технических решений играют знание закономерностей развития технических систем, умение их анализировать и использовать для выявления резервов их развития, определения целесообразности совершенствования или создания принципиально новых технических систем.

Знание закономерностей развития техники помогает понять особенности развития следующих процессов:

— прогрессивную конструктивную эволюцию, т.е. изменение функциональной структуры системы, принцип определенного класса технических систем и техники ее действия и техническое решение;

— изменение производительности труда и других критериев прогрессивного развития определенного класса технических систем;

— рост потребностей и соответствующих им функций технических систем, их разнообразия и количественных характеристик;

— увеличение разнообразия технических систем, имеющих одинаковые или близкие функции, а также разнообразия технических систем в отрасли;

— повышение сложности технических систем;

— рост затрат энергии, материалов и информации в расчете на одного человека.

Технические объекты (системы), как и биологические объекты, имеют аналогичные жизненные циклы и этапы своего развития.

«Жизненный цикл» технической системы имеет характерные этапы, присущие всем системам: 1 — стадия разработки системы; 2 – интенсивное совершенствование системы, ее массовое применение; 3 – падение развития системы; 4 – долгое время эксплуатации, сохраняя показатели на достигнутом уровне; 5 – моральное старение системы, замена ее принципиально новой. Соотношения между участками «жизненного цикла» технической системы зависят от ряда факторов: сроков разработки новых машин, сроков замены оборудования и т.п.

В.Н. Михелькевич и В.М. Радомский выделяют четыре стадии, соответствующие четырем фундаментальным функциям труда и машин по обработке и производству материальных продуктов.

1-я стадия развития — техника выполняет только технологическую функцию, обеспечивающую изменение материального продукта труда, остальные функции (энергетическую, управления и планирования) выполняет человек.

2-я стадия — технологическая и энергетическая функции, связанные с обеспечением энергией процесса обработки предмета труда, реализуются объектом, а человек выполняет только функции управления и планирования.

3-я стадия — на объект (машину) возложены функции технологические, энергетические и управления процессом обработки предмета труда и потоками энергии, а человек лишь планирует количество и качество производимого продукта.

4-я стадия — все четыре фундаментальных функции труда реализуются объектом, а человек полностью выводится из технологического процесса его участие в производстве эпизодически требуется на более высоких уровнях планирования производственного процесса, а также на внештатных операциях наладки и ремонта технических устройств, оборудования.


^ 2.3. Методология выбора наилучших проектно-конструкторских решений


При разработке любого технического объекта разработчику (конструктору, изобретателю-энтузиасту, студенту или школьнику) приходиться решать целый ряд взаимосвязанных задач по поиску и выбору наилучшего проектно-конструкторского решения. С наименьшими трудозатратами и в более короткие сроки с такой работой можно справиться, если освоить и использовать методологию поиска и выбора, которая определяет методически целесообразные этапы разработки, их содержание и рациональную последовательность выполнения. Эта методология предусматривает разбивку всего процесса поиска и принятия решения на этапы. На каждом из них решаются свои логически и содержательно самостоятельные, многовариантные оптимизационные задачи.

Этап 1. Обоснование потребностей и требований к качеству изделия. Здесь выявляются потребности в разработке и изготовлении нового изделия, которые оно может удовлетворить с наибольшей пользой для общества в целом, для фирмы и самого разработчика. Это может быть новая модель или новое поколение изделий, уже выпускаемых конкретной фирмой. Может быть выявлена потребность в разработке и выпуске усовершенствованных конструкций уже известных изделий, но которые фирма до сих пор не производила. И, наконец, может быть удовлетворена принципиально новая потребность. Здесь же обосновываются и потребительские качества разрабатываемого изделия по производительности, надежности, экономичности, энергопотреблению и другим параметрам.

Задачи первого этапа относятся к области маркетинга и маркетинговых исследований. В литературе эти задачи еще называют задачами внешнего проектирования, в отличие от задач внутреннего проектирования, которые решаются на последующих пяти этапах.

Этап 2. Выбор физических операций и соответствующих технических функций. На этом этапе рассматриваются потоки вещества, энергии и сигналов на входе и выходе технического объекта, учитывается соблюдение условий и ограничений на эти потоки в процессе их преобразования как внутри технического объекта, так и при его взаимодействии с надсистемой и окружающей средой. Для каждого из рассматриваемых вариантов формулируется техническая функция, отражающая взаимосвязь потребительской функции объекта с реализуемой им физической операцией.

Этап 3. Выбор функциональной структуры технического объекта. Выбор функциональной (конструктивной и потоковой) структуры производится с позиций наилучшего удовлетворения принятой ранее потребительской функции с учетом анализа аналогов и прототипов технических объектов рассматриваемого класса известных либо из технической и патентной литературы, либо из описания. Естественно, что из всех вариантов выбирается наиболее рациональная функциональная структура, определяющая функции основных элементов объекта и их взаимосвязи.

Этап 4. Выбор физического принципа действия. На этом этапе разработка технического объекта ведется на физическом уровне: выбирают наиболее рациональные принципы действия отдельных элементов изделия с учетом всех, представляющих интерес, физических, химических, биологических и других эффектов. В конкретной потоковой функциональной структуре одни и те же элементы могут быть реализованы на основе различных физико-технических эффектов.

Этап 5. Выбор технического решения. На этом этапе анализируется список дополнительных требований, предъявляемых к разрабатываемому изделию по габаритам, массе, форме, компоновке; по составу комплектующих изделий и применяемых материалов; по способам и средствам их соединения; по диагностике неисправностей, безопасности эксплуатации, себестоимости, патентоспособности. В ряде случаев критерии качества объекта можно существенно улучшить, если использовать какой-то комплектующий элемент, разработанный и запатентованный другой промышленной фирмой. Однако при этом должны учитываться возможности разработчика в покупке такого готового элемента или приобретения лицензии на его изготовление.

Этап 6. Выбор параметров технического объекта. На этом последнем этапе анализируются и выбираются оптимальные значения параметров объекта и параметров его отдельных элементов. Список параметров может быть большим и включать в себя: надежность работы (минимальное число включений и выключений, минимальное число часов на наработку), предельные запасы прочности, устойчивость функционирования, взаимозаменяемость, стандартизация и унификация конструктивных элементов, условия эксплуатации объекта при колебаниях температуры, влажности, давления атмосферы и т.п.

Рассмотренные методологические основы иерархии уровней описания ТО и соответствующие им задачи выбора будут использоваться при изучении эвристических и алгоритмических (компьютерных) методов и технологий решения творческих задач.


Лекция 3. Конструирование. Основные определения. Виды и этапы конструирования. Учебное конструирование.

^ 3.1. Основные понятия конструирования


Техническое творчество предполагает получение новых результатов в области техники в виде технических идей, рисунков, чертежей, воплощенных в реальных технических объектах.

Процесс творчества, в частности технического, всегда осуществляется поэтапно и включает такие процедуры:

— осознание противоречия, создание и обоснование идеи;

— техническую разработку задания и практическую работу над ним (проектирование и конструирование);

— испытание объекта в работе и оценку результата творческого решения.

Первая процедура завершается созданием общего плана, идеи, замысла решения задачи (общего принципа действия систем данного типа).

Вторая процедура включает проектирование и конструирование.

Проектирование — разработка и обоснование проекта машины, отвлеченного от вещественной формы. Проектирование предшествует конструированию и представляет собой поиск научно обоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений. Результатом проектирования является проект разрабатываемого объекта (тексты, графики, чертежи, расчеты, модели и т.д.).

Процесс проектирования можно представить так:

— научно-исследовательский поиск наилучшего варианта решения технической задачи;

— формулировка (обоснование) технического задания;

— техническое предложение (аванпроект);

— эскизное проектирование;

— техническое проектирование;

— рабочее проектирование.

Конструирование — разработка подробной схемы выполнения задуманного объекта (системы) и рабочих чертежей всех деталей и отдельных частей машины.

Сначала по предварительным чертежам и расчетам изготовляется опытный образец. Далее все расчеты уточняются, составляются рабочие чертежи и техническая документация для их применения на производстве. Результатом конструирования является конкретная конструкция изделия.

Конструкция наглядно представленная система способов соединения и взаимодействия частей изделия, а также материал, из которого эти части должны быть изготовлены. Если конструкция является изобретением, т.е. новым инженерным решением, то ее новаторский характер должен быть подтвержден документально, а открытие запатентовано.


^ 3.2. Особенности и последовательность учебного

конструирования


В профессиональном и учебном конструировании есть как общие черты, так и различия. Общим является то, что конструктору и учащемуся приходится решать конструктивные задачи и разрешать проблемные ситуации, причем это не всегда ведет к получению объективно нового результата (как, например, в задачах, стоящих перед изобретателем).

При выполнении конструкторских заданий к исполнителю предъявляется ряд требований. Прежде всего, нужен определенный уровень технических знаний и некоторый опыт наблюдения за работой технических устройств или практическое знакомство с ними. В этом отношении конструктор-профессионал, конечно, более подготовлен, чем учащийся. Однако, как показывают исследования, это требование не всегда является самым главным в достижении успеха при решении творческой задачи. Можно привести много примеров, когда человек, не имеющий большого практического опыта и запаса технических знаний, выполняет задание на достаточно высоком уровне.

Конструирование в учебном процессе предполагает, прежде всего, развитие творческих способностей учащихся в области техники. Установлено, что творчество учащихся имеет одинаковую со взрослыми психофизиологическую основу: стадии протекания, активность и напряжение мыслительных процессов в творческой деятельности детей подобны соответствующим моментам в творчестве взрослых.

Для выяснения педагогического аспекта технического творчества в процессе конструирования прибегают к уточнению понятия новизны, которая может быть объективной или субъективной. В учебной деятельности важно, чтобы результат творческого решения был нов для самого учащегося. Получая продукт труда, обладающий даже субъективной новизной, учащийся развивает свои способности к творческой деятельности в области техники.

Процесс обучения конструированию в учебном заведении всегда связан с изготовлением определенных объектов, работа же конструктора часто заканчивается разработкой технической документации, а изготовление опытного образца передается в другие руки. Существование продукта труда только в сознании или в виде чертежа не может удовлетворить подростка или юношу. Для него сконструировать — значит не только сделать чертеж, но и изготовить техническое устройство. Конкретный технический объект, разработанный и изготовленный учащимся, служит не только критерием верности идей, умственных и практических действий по их реализации, но и источником новых идей. Известно, что техническое мышление и способности наиболее успешно развиваются в деятельности, сочетающей творческие и исполнительские (практические) элементы.


^ 3.3. Выбор объектов конструирования

Выбор объектов основывается на технических, психологических и дидактических требованиях: наличии вариативности в конструкторских решениях объекта; доступности (для данного периода обучения) выражения найденного решения в графической форме; посильности изготовления и наличии соответствующего оборудования и инструмента, политехнической значимости объекта; технологичности; общественно полезной направленности конструирования.

В учебном конструировании очень важно, чтобы процесс создания объекта на всех этапах был доступным для ученика и проходил достаточно быстро. Прежде чем приступить к конструированию, необходимо изучить теоретические вопросы: принцип работы устройства и техническую характеристику проектируемого объекта, конструкционные и отделочные материалы, а при постройке технических моделей — их классификацию и унифицированные детали для изготовления.

Характер конструкторской деятельности во многом определяется видом объектов конструирования. В процессе формирования конструкторских знаний и умений выбирают наиболее простые, но широко распространенные в современном производстве объекты техники. Это редукторы, различные механизмы, приспособления и др. Выбор этих объектов конструирования объясняется тем, что они состоят из типовых деталей машин (корпусов или стоек, оснований, валов, осей и деталей, расположенных на них: зубчатых колес, дисков, втулок и т.п.).

В школьных учебных мастерских на уроках труда ученики могут изготовлять простейшие модели этих изделий и знакомиться с примерами технических конструкций, применяемых на производстве.

При разработке конструкции изделия необходимо соблюдать следующие условия:

— отдавать предпочтение простым цилиндрическим формам по сравнению с коническими и сферическими; избегать острых углов, снимая фаски, делая скругления; выполнять плавные переходы от одной поверхности к другой;

— предусматривать одинаковую и равномерную толщину стенок изделий; делать приливы, бобышки с целью усиления слабых мест;

— на одной высоте располагать поверхности обработки; для облегчения ремонта поверхности трения выполнять на отдельных, легко заменяемых деталях, а не на корпусах;

— заменять, где это возможно, механизмы с прямолинейным поступательно-возвратным движением более выгодными механизмами с вращательным движением;

— избегать открытых механизмов и передач, заключая их в корпуса;

— сокращать объем механической обработки или заменять ее более производительными способами обработки без снятия стружки;

— разрабатывать сначала отдельные детали, входящие в сборочные единицы, а потом корпусные детали;

— экономить дорогостоящие и дефицитные материалы, применяя их полноценные заменители;

— соблюдать требования технической эстетики, придавая машинам стройные архитектурные формы, улучшать внешнюю отделку машины.


Лекция 4. Методы обучения конструированию.


^ 4.1. Методы обучения конструированию


На занятиях по техническому конструированию применяют различные методы и приемы обучения. Чем сложнее занятие и обширнее деятельность педагога и обучаемых, тем разнообразнее методы и приемы его проведения.

Сведения о процессе, принципах и правилах конструирования педагог дает в виде объяснения, рассказа, беседы. Для создания чувственной основы приобретаемых знаний применяют методы демонстраций. Формированию конструкторских умений и навыков способствуют методы практической работы: инструктаж, упражнения в решении задач, коллективное обсуждение, манипулятивный метод, самостоятельная работа, подведение итогов. Выбор методов и их сочетаний на занятии зависит от содержания изучаемого материала и цели занятия. Остановимся на специфических методах обучения конструированию.

Манипулятивный метод. Суть этого метода в том, что техническое устройство конструируется в процессе изготовления его упрощенного макета. Он позволяет сконцентрировать умственные усилия на решении конструкторской задачи до ее графического оформления. При графическом оформлении тратятся значительные силы, чтобы выразить мысль с помощью чертежа или рисунка. Манипулятивный метод освобождает от этих усилий для решения собственно конструкторской задачи. При этом для облегчения разработки и уточнения пространственных форм деталей обращаются к легко обрабатываемым материалам: пластилину, картону, бумаге, пластмассам. Изготовив макет, уточняют эскизы и, продолжая конструирование, вносят изменения и дополнения. Макет служит важным ориентиром для уточнения формы и размеров как отдельных деталей и узлов, так и объекта в целом.

^ Самостоятельная работа учащихся. Основной вид самостоятельной работы учащихся — выполнение технического задания на моделирование или конструирование. При этом учащимся приходится самостоятельно работать с технической литературой, решать конструкторские, технологические и организационные задачи, выполнять эскизы, чертежи, схемы, делать различного рода расчеты, изготавливать детали и собирать из них техническое устройство или модель, испытывать их в работе и вносить коррективы.

Педагогическая эффективность самостоятельной работы учащихся во многом зависит от качества руководства ею на всех этапах выполнения заданий со стороны учителя. Он должен заранее продумать порядок выполнения технического задания на каждом его этапе, обучить рациональным приемам умственного труда, инструктировать перед выполнением очередной работы, наблюдать за ее ходом, своевременно оказывать учащимся помощь в преодолении возникающих трудностей, в исправлении допущенных ошибок и т.п.

При изготовлении модели или технического устройства учащимся нередко приходится выполнять незнакомые им ранее операции или виды работ. Особенно часто это бывает в кружках, укомплектованных школьниками разного возраста. Чтобы постоянно не отвлекаться для сообщения теоретических сведений и проведения инструктажа по выполнению практических работ, полезно иметь краткие методические указания. Основой их могут быть либо инструкционно-технологические карты на выполнение наиболее распространенных операций или изготовление деталей, встречающихся в моделях и технических устройствах, либо справочные таблицы, графики, расчетные формулы.

Например, в кружке моделирования сельскохозяйственной техники полезно иметь указания по оконцовыванию, пайке и укладке монтажных проводов, расчету и изготовлению редукторов, подбору двигательной установки, выбору и установке источников питания, изготовлению колес из различных конструкционных материалов и др. Кроме того, нужны руководства и пособия по использованию на занятиях приспособлений, механизированного инструмента, станков. Все это облегчит работу руководителя, ускорит приобретение технических знаний и практических умений вновь прибывшими кружковцами, создаст наиболее благоприятные условия для развития самостоятельности и инициативы.

Параллельно с основными занятиями желательно предусмотреть и дополнительные ― в форме консультаций. Они особенно важны при разработке учащимися задания в графической форме и в процессе изготовления объекта. Консультации могут быть общими и индивидуальными и проводиться по графику или плану и без плана, по просьбе кружковцев. К проведению консультаций целесообразно привлекать специалистов — учителей физики, математики, черчения, родителей, шефов. Специалисты — родители и шефы могут оказать помощь в приобретении недостающих материалов, инструментов, подсказать темы для творческой работы учащихся, разработка которых полезна предприятию.

Наблюдая за самостоятельной работой каждого ученика на всех этапах разработки технического задания, руководитель делает записи в своем журнале о затруднениях ученика в выполнении той или иной работы, о пробелах в знаниях, намечает меры по оказанию ему помощи, пути стимулирования познавательной деятельности кружковцев, развития их самостоятельности, волевых качеств и вносит коррективы в ход занятий. Это дает возможность руководителю стимулировать познавательную деятельность кружковцев, развивать самостоятельность и волевые качества учащихся.

^ Подведение итогов. После каждого практического занятия необходимо анализировать результаты работы учащихся: выявлять отступления от намеченных планов, устанавливать причины и определять пути устранения недостатков, вносить коррективы в план работы. В конце учебного года формой подведения итогов работы может быть участие кружковцев в массовых мероприятиях — соревнованиях, выставках, показательных выступлениях и т.д.


^ 4.2. Методы и приемы решения конструкторских задач


1. Метод аналогии использование при конструировании известных конструкций, форм, процессов, материалов и т.п., существующих в смежных областях техники, науки или в природе. Использование аналогов наиболее часто осуществляют с помощью следующих приемов: имитации, псевдоморфизации, масштабного изменения размеров и др.

Имитация придание новому техническому объекту формы, цвета, внешнего вида по аналогии с каким-либо уже известным объектом.

Псевдоморфизация выполнение технического объекта в форме другого объекта совершенно иного назначения (например, шариковую ручку делают в виде охотничьего ружья, отбойного молотка и т.д.).

^ Масштабное изменение размеров — увеличение (гиперболизация) или уменьшение размеров известных технических объектов с целью получения нового эффекта. Для получения однотипных машин с различной производительностью изменяют линейные размеры, причем чаще всего — длину, сохраняя форму и размеры поперечного сечения прежними. Так конструируют главным образом роторные машины, производительность которых пропорциональна длине ротора, например, шестеренные и лопастные насосы, вальцовые машины, мешалки.

  1. ^ Метод объединения предполагает при создании новой конструкции применение сборочных единиц или их группы, заимствованных из других, уже известных конструкций. Возможно несколько вариантов объединения.

Интеграция — получение нового объекта путем объединения двух или нескольких элементов самостоятельного назначения так, что они полностью или частично включаются один в другой. Например, при объединении насоса и форсунки можно получить агрегат для подачи строго определенного количества топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания.

Агглютинация — присоединение к основному техническому объекту другого, который может и не иметь самостоятельного назначения. Например, присоединение к любительским кинопроекторам «Луч—2», «Квант», «Русь» электрического синхронизатора СЭЛ—1 позволяет демонстрировать фильмы со звуковым сопровождением с помощью магнитофона.

Агрегатирование создание конструкции на основе геометрической и функциональной взаимозаменяемости отдельных агрегатов и сборочных единиц, которые обособленно монтируются на одной общей базовой детали: корпусе, раме, станине и т.п. При этом появляется возможность параллельно проектировать отдельные сборочные единицы машин силами специализированных групп конструкторов. Так организовано изготовление редукторов, тормозов, гидро- и пневмоаппаратуры и других сборочных единиц, входящих в машины различного назначения. В условиях быстрой смены моделей агрегатирование является наиболее прогрессивным методом конструирования. Разновидностью агрегатирования является использование базового агрегата и модульных элементов.

Резервирование — увеличение количества ненадежных однотипных сборочных единиц и элементов в объекте для повышения его надежности. Например, на тепловых электростанциях в котельных ставят резервные насосы, которые включаются в работу в случае остановки или выхода из строя основных.

Компаундирование — это параллельное соединение машин или агрегатов с целью увеличения общей мощности или производительности установки. Соединяемые машины устанавливают либо рядом как независимые агрегаты (двигатели на самолетах и судах), либо связывают друг с другом синхронизирующими, транспортными и другими устройствами (параллельная установка машин-орудий группами в автоматических линиях, рабочие клети в прокатных станах и др.).

Мультипликация рабочих органов и рабочих позиций позволяет увеличить количество одновременно обрабатываемых деталей, поверхностей и др.

3. Метод секционирования дробление технического объекта на секции, ячейки, блоки, звенья с целью получения новых объектов набором различного количества этих секций и т.п., обеспечения взаимозаменяемости, удобства в эксплуатации и ремонте.

4. ^ Метод модифицирования это перестройка машины для приспособления ее к иным условиям работы или к выпуску новой продукции без изменения основной конструкции. Например, модифицирование машины для работы в различных климатических условиях сводится преимущественно к замене материалов: для машин, работающих в жарком и влажном климате, применяют коррозионно-стойкие сплавы, в арктическом — морозостойкие материалы и т.п.

5. ^ Унифицированные ряды служат для образования ряда производных машин различной мощности или производительности путем изменения числа главных рабочих органов и применения их в различных сочетаниях. Такие ряды называют семейством, гаммой или серией машин. Примером является создание рядов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания на основе унифицированной цилиндровой группы и частично унифицированной шатунно-поршневой группы. Следует отметить, что изобретатели и рационализаторы широко применяют при решении технических задач методы трансформации (механической, гидравлической, пневматической) и комбинирования. При комбинировании возможны перестановка детали, сборочной единицы или механизма с одного места на другое в пределах одного технического объекта или перенесение элемента с одного технического объекта на другой. Например, сервомеханизм, предназначенный для регулирования гидротурбин, устанавливают на тракторах, автомобилях и других транспортных машинах для облегчения управления.


Лекция 5. Классификация конструкторских задач. Отбор заданий на конструирование и требования к изготовляемым устройствам.


^ 5.1. Классификация конструкторских задач


По содержанию технические задачи делятся на конструкторские и технологические. Кроме того, их также условно можно подразделить на типовые и творческие.

Способы решения типовых задач основаны на применении к конкретным условиям общих принципов, на подведении заданной частной ситуации под какое-то общее правило. Сами данные условия задачи указывают на алгоритм их решения. В задаче, условно называемой творческой, сформулировано определенное требование, выполнимое на основе знания законов физики или техники, но отсутствуют какие-либо указания (прямые или косвенные) на те явления или процессы, законами которых необходимо воспользоваться при решении задачи. В этой задаче связь между искомым результатом и способами решения многозначна. У творческих задач обычно несколько вариантов решения, а границы его неопределенно широкие.

Конструкторские задачи в зависимости от общей цели деятельности классифицируют следующим образом:

— задачи на моделирование — создание объекта по уже известному или по рисунку, чертежу, схеме, эскизу;

— задачи на доконструирование — доработка или поиск отсутствующего звена (узла) технического устройства;

— задачи на усовершенствование или переконструирование — внесение конструктивных изменений для улучшения отдельных показателей работы технического устройства;

— задачи на конструирование по техническому заданию или собственному замыслу.

Конструктору приходится решать задачи, по сути дела, на каждом этапе процесса конструирования технического устройства (частные конструкторские задачи). Например, на этапе «Разработка эскизного проекта» решают задачи по составлению эскизных набросков частей устройства, по их анализу и выбору рационального варианта.


^ 5.2. Отбор заданий на конструирование и требования

к устройствам


При отборе технических заданий на конструирование к ним предъявляют следующие требования: органическая связь заданий с изучаемым материалом; реальность содержания; краткая и четкая формулировка условия; целесообразность выполнения заданий и практическая потребность в данной конструкции; посильность выполнения; учет способностей и возможностей учащихся, а также наличия материала и оборудования в учебных мастерских.

Важное значение имеют сроки выполнения заданий. Каждое задание должно быть доведено до конца. Если техническое устройство достаточно сложное, то целесообразно конструирование и изготовление его вести звеньями по два-три человека с разделением труда. Но при этом важно, чтобы каждая сборочная единица (узел) сложного устройства была сконструирована и изготовлена одним лицом.

Рассмотрим технические требования к проектируемым конструкциям.

1. Соответствие конструкций деталей их функциональному назначению и условиям работы обеспечивается конфигурацией, размерами и взаимным расположением элементов.

2. Условием прочности является ограничение рабочих напряжений в нагруженных сечениях в пределах допускаемых. Оно обеспечивается правильным выбором конструкционных материалов, их термообработкой, выбором целесообразной формы сечений и установлением расчетных размеров конструкций. Ограничение прогиба и углов поворота в сечениях в пределах допустимых значений является условием жесткости устройства. Однако завышенный запас прочности и излишняя жесткость конструкции не допустимы.

3. При конструировании следует выбирать такой материал, который обеспечивает необходимую прочность, жесткость, износоустойчивость и обрабатываемость. Вместе с тем конструкционный материал должен быть недорогим. Выбор материала связан с конструктивным оформлением деталей, определяющим способы получения заготовок. Марку материала необходимо выбирать с учетом анализа условий работы деталей, характера воспринимаемых ими нагрузок, а также вида напряжений, возникающих в нагруженных сечениях и на отдельных поверхностях деталей.

4. В процессе конструирования должна решаться проблема экономии материала в результате уменьшения припусков, рационального использования отходов, уменьшения брака и т.п. Уменьшение массы деталей — важное средство экономии материала. При конструировании технических устройств нужно стремиться к уменьшению их массы и габаритов (объема), но без снижения надежности и других качеств.

5. Большое значение имеет конструктивная простота устройства. Она выражается в отсутствии лишних деталей и механизмов, наличие которых не обусловливается функциональным назначением и условиями работы технического устройства.

6. В ходе конструкторской работы следует учитывать требования безопасности труда, стремиться облегчить операции управления. Все подвижные части устройства, представляющие опасность для обслуживающего персонала, должны иметь ограждения. Конструкция должна обеспечивать возможность монтажа и демонтажа отдельных узлов без их разборки и демонтажа соседних узлов, а компоновка агрегатов, узлов и механизмов — удобный доступ к ним для выполнения операций технического ухода (регулировки, очистки, осмотра, смазывания и др.).

7. В процессе конструирования необходимо стремиться к тому, чтобы создаваемые устройства были красивы, современны, не ухудшая при этом их эксплуатационные качества. Конструктор должен уметь разрабатывать пространственный рисунок будущего устройства в нескольких вариантах, решая одновременно вопросы цветового оформления, и изготавливать модель технического устройства, соблюдая все основные требования, предъявляемые к техническим объектам.

Лекция 6. Диалектика развития методов поиска решений технических противоречий.


^ 6.1. Сущность и природа технических противоречий


В процессе формулировки идеального конечного результата некоторые показатели качества могут быть либо противоречивыми по отношению друг к другу, либо один из них может быть противоречив по отношению к целой группе показателей. В этом случае имеет место так называемое техническое противоречие, состоящее в том, что улучшение одного показателя вызывает ухудшение другого показателя.

В процессе выявления и разрешения технических противоречий проявляется творчество изобретателей, разработчиков, проектировщиков и конструкторов, создаются продукты интеллектуальной собственности (патенты, ноу-хау, промышленные образцы и др.).

Следует иметь в виду, что в литературе и в конструкторско-изобретательском лексиконе все противоречия называют техническими, хотя по своей природе они могут отражать физические, экономические, информационные, социальные, и даже административные аспекты решаемой задачи. Таким образом, термин «технические противоречия» отражает не природу (первопричину) их возникновения, а принадлежность к носителям этих противоречий — к техническим объектам.

При решении ряда задач выявленные технические противоречия оказываются недостаточными для нахождения пути и способа их разрешения. В этих случаях анализ причин возникновения технических противоречий следует углубить и перенести на вскрытие их физической сущности. Другими словами, следует выявить и сформулировать физические противоречия, которые обеспечивают более высокий качественный уровень решения задачи.

Технические противоречия возникают и выявляются на всех этапах жизненного цикла технического объекта: в процессе его разработки и проектирования, изготовления и наладки, эксплуатации и модернизации.

Технические противоречия условно подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние противоречия обусловлены несоответствием свойств и параметров технического объекта, условиям его изготовления и нормального функционирования в процессе взаимодействия с человеком и окружающей средой. Внутренние противоречия обусловлены несоответствием структуры и состава конструктивного исполнения технического объекта его функциональному значению.

Различают шесть следующих источников возникновения технических противоречий.

1. Противоречия между техническим объектом и человеком, который управляет этим объектом (оператором) или эксплуатирует его (пользователем). В процессе их взаимодействия конфликтные ситуации могут возникнуть из-за изменения условий эксплуатации технического объекта, из-за изменившихся требований к его безопасности, эргономичности, эффективности. Поэтому, при усовершенствовании технического объекта, прежде всего, формулируются новые или уточняются действующие требования по безопасности и эргономичности конструкции, определяются условия его наиболее полной реализации. Анализу подвергаются те свойства объекта, которые должны быть изменены в соответствии с новыми или уточненными требованиями. При этом определяются те компоненты конструкции объекта и их параметры, изменения которых позволяют в конечном счете разрешить возникшее противоречие.

2. Противоречие между техническим объектом и средой его функционирования из-за несоответствия функциональных параметров его конструктивного исполнения с параметрами окружающей среды. Для устранения этих противоречий анализируются состав и структура конструктивного исполнения технического объекта, выявляются источники, пути и методы устранения противоречий, проводится соответствующее обновление конструкции.

3. Противоречие между техническим объектом и его изготовителем из-за конфликта между предметом труда и производственным работником. Такая ситуация может возникнуть, например, при применении каких-то конструкционных материалов или режимов их обработки, которые наносят ущерб здоровью или превышают возможности человеческого организма. В этом случае особое внимание уделяется обеспечению технологичности и безопасности как конструкции технического объекта, так и используемых конструкционных материалов.

4. Противоречие между техническим объектом и производственной средой. Производственная среда является одной из составляющих окружающей среды. Соблюдение норм и требований к обеспечению сохранности окружающей среды приводит к необходимости создания экологически чистых конструкций, технических изделий и технологий их изготовления. Неизменно возникает конфликт в требованиях повышения качества продукции и снижения ресурсоемкости конструкции изделия. Внесение в нее рациональных технических решений позволяет разумно использовать материальные и топливно-энергетические ресурсы, которыми располагает производство, внедрять безотходную и малоотходную технологию, повышать качество продукции и эффективность производства.

Все четыре выше рассмотренных источника технических противоречий являются внешними, отражая функциональные структурные взаимосвязи технических объектов с окружающей (производственной) средой. Обратимся теперь к источникам внутренних технических противоречий.

5. Противоречие между целым (конструктивным исполнением, системой) и частью (компонентом, элементом, подсистемой) технического объекта. Оно порождается тем, что целое и часть любого технического объекта не тождественны друг другу ни по выполняемым функциям, ни по своему составу, ни по своей структуре, формируются и обновляются по своим законам. В то же время часть по отношению к целому обладает относительной самостоятельностью в своем развитии. Компоненты, входящие в состав конструкции изделия, имеют различную интенсивность обновляемости. Объединяя элементы в единое конструктивное образование, структура целого исполнения обладает большой инерционностью в своем развитии и обновлении по сравнению с входящими в нее компонентами.

6. Противоречие между содержанием и формой компонентов исполнения технического объекта, суть которого заключена в диалектической взаимосвязи отдельных компонентов. Так, найденная форма изделия, обладая относительно большой стабильностью, сохраняется длительное время, пока накопление количественных изменений в содержании изделия не приведет в силу возникших противоречий к очередным качественным изменениям ее формы.


    1. ^ Типовые приемы разрешения технических

противоречий и эвристические подходы к их выбору


Многовековая общественно-полезная практика человечества накопила бесконечно большое число приемов устранения технических противоречий, познать которые в полном объеме не представляется возможным. Исходя из этого, рассмотрим лишь небольшое количество типовых приемов, которые являются основной информационной и творческой базой для создания новых технических объектов. Образно говоря, типовые приемы — это универсальные коды или ключи, с помощью которых можно раскодировать и открывать сложные и хитроумные замки решений творческих задач.

Типовые приемы — это взятые из технической литературы, из научно-технических журналов и патентных фондов наиболее часто встречающиеся в проектно-конструкторской практике приемы, разработанные учеными, инженерами, изобретателями прошлых и нынешнего поколений. Очевидно, что абсолютное число таких приемов бесконечно велико и поэтому их стараются определенным образом обобщить в крупные типичные группы и даже создать межотраслевые, отраслевые или проблемные фонды типовых приемов.

Во многих книгах типовые приемы (способы, правила) называют методологическим инструментарием решения творческих и изобретательских задач, поскольку они содержат краткое указание или предписание как преобразовывать имеющийся у разработчика прототип технического объекта и в каком направлении надо вести поиск, чтобы получить желаемое решение. Типовые приемы обычно не содержат прямого и однозначного указания, каким образом преобразовывать прототип, а являются своеобразной подсказкой, которая облегчает разработчику в решении задачи, но отнюдь не гарантирует успех ее решения. Разные люди по-разному находят новые, более эффективные технические решения: одним это удается сделать интуитивно, другие идут к ним трудоемким путем применения метода «проб и ошибок», третьи — прибегают к использованию типовых приемов.

В ряде библиографических источников усматривается попытка классификации множества типовых приемов путем их разбивки на укрупненные группы по каким-то общим признакам. Однако набор таких признаков случаен и весьма субъективен, что не позволяет представить всю совокупность типовых приемов в виде единой иерархической структуры. В связи с этим В.Н. Михелькевичем и В.М. Радомским предложен более строгий подход к классификации типовых приемов разрешения технических противоречий, который учитывает в качестве классификационных признаков три компонента субстанции технических объектов: вещество, энергию и информацию.

При таком подходе из всего множества реально существующих и возможных типовых приемов преобразования компонентов субстанции технических объектов можно выделить следующие пять групп:

  1. приемы преобразования формы вещества;

  2. приемы преобразования содержания вещества;

  3. приемы преобразования энергии;

  4. приемы преобразования информации;

  5. комплексные энерго-информационно-вещественные приемы, базирующиеся на использовании новых технологий и способов изготовления, транспортировки и применения технических объектов.

Существует два подхода к выбору из известного набора (банка) типовых приемов разрешения технических противоречий наиболее целесообразного (эффективного) приема: эвристический и алгоритмический.

Эвристический подход к отбору и переработке наиболее ценной информации базируется на использовании уникальных и специфических свойств нашего головного мозга. В процессе длительной эволюции головной мозг человека приспособился отбирать из большого массива избыточной информации только наиболее ценную и нужную информацию, отбрасывая всю остальную. Некие особые и, к тому же, неосознанные, правила работы мозга по отбору и переработке информации, включающие в себя этапы «осенения», интуиции и творчества, называют эвристическими. В дальнейшем из этих «правил» в мозге составляются также неосознаваемые «программы» выбора решения. Названные процессы с давних времен называли эвристиками, а по-современному, эвристическим программированием. Важно также отметить, что при решении неочевидных задач мозг человека использует такие «методы», которые принципиально отличаются от алгоритмических (машинных), благодаря чему эвристические решения получаются не только целесообразными, но и быстрыми.

При эвристическом подходе к выбору типовых приемов разрешения технических противоречий разработчик (студент, школьник, изобретатель, конструктор) вначале «собственным разумением» или с использованием эвристических методов поиска новых идей выбирает целесообразную группу типовых приемов, а по сути, путь решения задачи, а затем аналогичным образом находит в рамках этой группы один из самых «сильных» приемов.

Алгоритмический подход к выбору типовых приемов разрешения технических противоречий предусматривает выполнение ряда поисковых операций по заранее разработанному алгоритму (правилу).


^ 6.3.Методы и приемы поиска наилучших творческо-конструкторских решений

Современные методы поиска новых решений позволяют рационализировать различные стороны поисковой деятельности. Все известные методы решения творческих задач можно условно разделить на две большие группы по признаку доминирования в них эвристических (интуитивных) или логических процедур и соответствующих им правил деятельности.

Первая группа — это эвристические (интуитивные) методы, которые опираются на активизацию творческой деятельности человека и развитие его творческих способностей на основе развития интуитивных процедур деятельности, фантазии, аналогий и др. В эту группу входят: метод проб и ошибок, метод контрольных вопросов, «мозговой штурм», синектика, морфологический анализ, ассоциативные методы и др.

Вторая группа методов основана на использовании оптимальной логики анализа технического или другого совершенствуемого объекта, закономерностей его развития. Здесь предлагают логические правила анализа и синтеза, сравнения, обобщения, классификации, индукции, дедукции и т.д. Это рациональные (логические) методы решения творческих задач. К ним относятся: алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), функционально-стоимостный анализ, функционально-физический метод конструирования и т.д.

Все эти методы достаточно хорошо разработаны и могут использоваться как отдельным специалистом, так и специально формируемым и обученным творческим коллективом (например, функционально-стоимостной анализ, синектика и др.).

Совершенствование методов поиска новых идей и решений (как в области техники, так и вне ее) продолжается, потому что потребность, спрос на методы растут вместе с развитием мировой экономики. Например, применение ЭВМ значительно расширило возможности многих методов.

Но не менее важным фактором является творческое развитие и саморазвитие человека в процессе обучения методам решения творческих задач.


Лекция 7. Методы интуитивного поиска решений.


^ 7.1. Эвристические методы решения задач


Современная научно-техническая революция, характерной чертой которой является бурное развитие науки, техники и производства, вошла в противоречие со старыми малопроизводительными способами мышления и поиска новых решений, что привело к созданию эвристики. Под термином «эвристика» понимается определенная совокупность логических приемов и методических правил теоретического исследования и отыскивания истины, которые используются в условиях неполноты исходной информации и не требуют четкой программы управления процессом решения задачи.

Научно-техническая революция вывела вопрос о методологии творчества в ряд важнейших в современной науке, привлекла к нему внимание и силы огромного количества специалистов различного профиля. В настоящее время сформировались терминология и некоторые основные понятия методологии творчества. Рассмотрим их.

Цель — желаемый результат деятельности лица или коллектива в пределах некоторого намеченного времени.

Эвристическое (методологическое) правило — это элементарная единица методологических средств, содержащая приказание действия, разрешение его, либо запрет. Несколько элементарных правил, объединенных для достижения определенной цели, представляют собой эвристический прием — следующую ступень методологических средств.

Краткое указание (предписание) того, какие преобразования в данной технической системе можно провести для получения нового решения, достижения поставленной цели, называется эвристическим приемом.

Прием, развиваясь, превращается в метод, т.е. способ достижения какой-либо цели, решения конкретной задачи, совокупность приемов или операций практического или теоретического освоения (познания) действительности.

Операцией называется действие, направленное на достижение определенной цели. Оно может быть как простым, не расчленяемым действием, так и сложным, расчленяемым на ряд более простых действий. Существует также понятие процедура. Это совокупность указаний о порядке выполнения всех операций, приводящих к достижению определенной цели.

Эвристический метод содержит один или несколько методологических приемов, изложенных с соблюдением целеустремленной упорядоченности предписываемых действий.

Дальнейшей ступенью развития методологических средств является методика. Это метод, обогащенный целенаправленными руководящими принципами. Структура методики содержит несколько принципов и упорядоченных методологических правил.

Методология — наука (учение) о методических средствах. Новые физические эффекты и явления, новые материалы в руках опытных разработчиков становятся неисчерпаемым источником новых технических идей во всех областях техники.

Интуиция — непосредственное постижение истины (без всякого логического обоснования в условиях неполноты исходной информации об объекте), основанное на проницательности, интеллектуальном чутье и образованности человека. Именно в силу этого свойства интеллекта, некоторым людям в процессе разработки нового технического объекта или проекта удается найти наиболее рациональное и лучшее из лучших решение за счет собственной интуиции.

Как правило, интуитивный метод приносит хорошие результаты лишь небольшому числу счастливчиков: опытным профессионалам или особо одаренным людям. Феномен этого явления объясняется тем, что источник интуитивного познания выступает в форме скрытого от самого субъекта, но уже имеющегося у него знания. Следовательно, для подавляющего большинства людей вероятность нахождения наилучших решений за счет интуиции крайне мала.

Огромная ценность эвристических методов творчества состоит в том, что они позволяют решать задачи в условиях, когда те или иные исследуемые процессы или явления нельзя полностью, четко и замкнуто описать логически. Можно лишь сформулировать некоторое множество нечетких и незамкнутых рекомендаций, правил, методологических принципов или типовых приемов избирательного поиска.

При умелом владении эвристическими методами генерирования и поиска новых идей, нахождения оптимальных предпринимательских и технических решений — вероятность получения наилучших вариантов весьма велика.

Эвристические методы не исключают, а скорее предполагают возможность эвристического планирования, использования информационно-поисковых систем, персональных компьютеров при решении вариационных задач принятия решений. Однако для реализации эвристического поиска необходима предварительная работа по составлению эвристических программ и созданию банков данных.
^
7.2. Метод проб и ошибок


Методом проб и ошибок (МпиО) изобретатели пользовались и пользуются при решении самых разнообразных технических задач. Суть его заключается в том, что изобретатель при поиске решения задачи перебирает всевозможные варианты и среди них находит тот, который удовлетворяет поставленным требованиям.

Образно представить метод проб и ошибок можно так: представим себе, что клад спрятан в поле площадью 100000 м2. В течение нескольких поколений последовательно на поле работали 1000 человек. Каждый вел раскопки на участке в 200 м2 (участки часто перекрывают друг друга). Постепенно выяснились области, где бесполезно копать, но все равно там копали. Наконец появляется 1001-й искатель. Он уже знает, где заведомо не надо копать — за полвека это выяснили его предшественники. Он выбирает некопаный участок и находит клад. Тут появляется психолог: «Скажите, как вам удалось найти клад с такого небольшого числа попыток?». А ведь все просто: остальные участки были раскопаны, полувековая работа сузила громадное поисковое поле до скромного участка.

Этот метод известен человечеству с древнейших времен, но был сформулирован и получил название лишь в 1898 г. Американский психолог Э. Торндайк обосновал и применил его в своих исследованиях по обучению. Он считал, что главное в решении задач — это приобретение мыслительных навыков, которые проявляются в результате множественного повторения хаотичных попыток. Этот метод имеет достаточно прочное основание — наглядно-действенное мышление. Исторический опыт показывает, что метод достаточно продуктивен, но продуктивность его низкоэффективна, так на решение одной только изобретательской задачи может уйти вся жизнь изобретателя, а порой и этого мало — для решения задачи нужен опыт целого поколения. Считают, что наука о том, как делать изобретения и открытия, зародилась очень давно, еще во времена математика Паппа, жившего в III веке н.э. Но с появлением науки «эвристики» в технологии решения творческих задач ничего практически не изменилось. Метод решения творческих задач во всех областях человеческой деятельности оставался один и тот же — метод проб и ошибок, или метод «тыка». Примеры тому — истории открытий и изобретений.

Да, решать задачи методом проб и ошибок просто: не нужно ни правил, ни формул. Но получить сильный ответ, используя этот метод, очень трудно. За простоту (точнее — за примитивность) метода приходится платить потерями времени, бесконечными пробами, отсутствием какой бы то ни было гарантии, что ответ, в конце концов, будет получен.

Конечно же, в условиях научно-технического прогресса, когда бурно развивается техника и успех любого дела зависит от реализации новых идей, нельзя положиться на столь мало гарантирующий успех метод. Нужны более действенные методы. Но это не значит, что метод «проб и ошибок» нужно изъять из арсенала изобретателей. Опыт показывает, что его основные черты в той или иной мере проявляются почти во всех современных методах поиска решений творческих задач.


^ 7.3. Метод контрольных вопросов


Впервые использование метода контрольных вопросов для поиска новых идей и наилучших решений творческих задач официально было предложено и осуществлено руководителем конструкторского бюро в г. Кембридже (Англия) в 1955 году Т. Эйлоартом. Дальнейшее развитие этого метода нашло отражение в оригинальном списке контрольных вопросов А. Осборна, в правилах М. Тринга и Э. Лейтуэйта, в перечне вопросов Д. Пойа и других авторов. В нашей стране популярен вопросник советского изобретателя Г.Я. Буша.

Суть этого метода состоит в использовании при поиске решений творческих задач списка специально подготовленных вопросов. Изобретатель отвечает на них и в связи с ними анализирует свою задачу. Список контрольных вопросов — это краткая памятка изобретателю и рационализатору. Некоторые списки содержат только краткие рекомендации, в иных есть и то и другое. Иногда используют не один, а несколько списков, которые применяют в определенной последовательности.

Изобретатели относятся к спискам контрольных вопросов по-разному. Одни их широко используют, другие применяют только фрагменты из них. Анализ изобретательской деятельности позволяет заключить, что в методе контрольных вопросов возникает потребность, когда другие методы при решении поисковой задачи не дают результатов.

Одним из лучших считают список вопросов для изобретателей и разработчиков новых технических объектов, составленный Т. Эйлоартом, который представляет собой программу его работы.

Список Эйлоарта содержит следующие позиции.

1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.

2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.

3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, сформулировать новые предложения по их устранению.

4. Набросать фантастические, биологические, экономические, молекулярные и др. аналогии.

5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (они точнее выражают идею, чем аналогии).

Попробовать различные виды материалов и энергии: газ, жидкость, твердое тело, пену, пасту и др.; тепло, магнитную энергию, свет, силу удара и т.п.; различные длины волн, поверхностные свойства и пр., переходные состояния — замерзание, конденсацию и т. п.

7. Установить варианты, зависимости, возможные логические совпадения.

8. Узнать мнение некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей.

9. Устроить групповое обсуждение, выслушивая любые идеи без всякой критики.

10. Попробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и др.

11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, ехать, пить, есть, играть в теннис — все с ней.

12. Бродить среди стимулирующей обстановки (свалка лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), пробегать журналы, комиксы.

13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.п. разных решений проблемы или ее частей, искать проблемы в решениях или новые комбинации.

14. Определить идеальное решение, разрабатывать другие возможные.

15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т. п.

16. В воображении «залезть» внутрь механизма.

17. Выявить и исключить из дальнейшего обсуждения альтернативные варианты решения проблемы, уводящие в сторону от траектории поиска лучшего решения.

18. Кого и почему интересует решаемая проблема?

19. Кто придумал это первый? История вопроса. Какие ложные толкования этой проблемы имели место?

20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?

21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.




оставить комментарий
страница4/9
М.Н. Ибатуллин
Дата23.01.2012
Размер1,74 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9
плохо
  1
средне
  1
хорошо
  4
отлично
  4
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх