Теория изобретательства изучает изобретательское творчество с целью создать эффективные методы решения изобретательских задач.

В этом определении присутствует мысль, которая может показаться «еретической»: что же — существующие методы плохи и нуждаются в замене? Но ведь, пользуясь этими методами, люди сделали величайшие изобретения! На этих методах основана современная индустрия изобретений, дающая ежегодно многие десятки тысяч новых технических идей. Чем же плохи существующие методы?

Не будем торопиться с ответом на этот вопрос, посмотрим сначала, как обычно решается изобретательская задача.

Вообще-то изобретатели не очень охотно и не часто рассказывают о путях, которыми они пришли к новой технической идее. Одно из счастливых исключений — книжка Б. С. Егорова «Секрет НСЕ»

[1]

.

Борис Сергеевич Егоров, талантливый изобретатель, подробно и объективно описывает историю создания намоточного станка. Воспользуемся этим и проследим ход мыслей изобретателя.

Изобретательство — древнейшее занятие человека. Собственно, с изобретения первых орудий труда и начался процесс очеловечивания наших далеких предков. С тех пор были сделаны миллионы изобретений. Но вот что удивительно: изобретательские задачи становились все более сложными, а методы их решения почти не совершенствовались. Как правило, изобретатели шли к цели путем «проб и ошибок».

«Изобретатель не знает ни благоразумия, ни предусмотрительности, ни их младшей сестры — медлительности, — пишет французский исследователь Шарль Николь. — Он не исследует и не занимается софизмами. Он сразу бросается на неисследованную область и этим самым актом побеждает ее. Проблема, окутанная туманом, которую обычный слабый свет не мог обнаружить, вдруг как бы озаряется светом молнии. И тогда рождается новое творение. Такой акт ничем не обязан ни логике, ни разуму»

[5]

.

Вот что говорит современный американский изобретатель Дж. Рабинов: «Было бы очень удобно, если бы изобретения были результатом логического и упорядоченного процесса. К сожалению, обычно это не так. Они представляются продуктом того, что психологи называют «интуицией» — неожиданной вспышки вдохновения, механизм которого лежит в глубинах человеческого разума»

[6]

.

Как и Николь, Рабинов не считает творческий процесс логическим. Однако в том, что говорит Рабинов, есть и свои оттенки. С точки зрения Николя, изобретатель прекрасно обходится без «благоразумия»: бросился на задачу — и победил. Рабинов рисует картину менее радужную и более близкую к действительности: бросился... и долго перебирал всевозможные варианты. И уж только потом победил.

Подобных высказываний можно привести множество, и все они — плод идеалистического мышления.

В 1953 году американский психолог А. Осборн предпринял попытку усовершенствовать метод «проб и ошибок». Пытаясь решить задачу этим методом, изобретатель выдвигает какую-то идею («А если сделать так?»), а затем проверяет, годится она или нет. Есть люди, которые по складу ума хорошо «генерируют» идеи, но плохо справляются с их анализом. И наоборот: некоторые люди больше склонны к критическому анализу идей, чем к их «генерации». Осборн решил разделить эти процессы. Пусть одна группа, получив задачу, только выдвигает идеи, хотя бы и самые фантастические. Другая группа пусть только анализирует выдвинутые идеи.

Мозговой штурм (брейнсторминг) — так назвал Осборн свой метод — не устраняет беспорядочных поисков. В сущности, он делает их даже более беспорядочными. Как мы видели, «пробы» долгое время идут в направлении «вектора инерции»: они не просто беспорядочны, они преимущественно направлены не в ту сторону. Поэтому переход к «простой беспорядочности» — уже какой-то прогресс.

Основные правила мозгового штурма несложны:

1. В группу «генераторов» идей должны входить люди различных специальностей.

2. «Генерирование» идей ведут, свободно высказывая любые идеи, в том числе явно ошибочные, шутливые, фантастические. Регламент — минута. Идеи высказываются без доказательств. Все идеи записываются в протокол или фиксируются магнитофоном.

Развитие техники, как и всякое развитие, происходит по законам диалектики. Поэтому теория изобретательства основывается на приложении диалектической логики к творческому решению технических задач. Но для создания работоспособной методики одной логики недостаточно. Необходимо учитывать особенности «инструмента», с помощью которого работает изобретатель, а это «инструмент» весьма своеобразный — мозг человека. При правильной организации творческой работы максимально используются сильные стороны человеческого мышления, такие, как интуиция, способность воображения, но учитываются — во избежание ошибок — и слабые стороны мышления, например его инерция.

Наконец, теория изобретательства многое черпает из опыта, из практики. У квалифицированных изобретателей постепенно вырабатываются свои приемы решения технических задач. Как правило, количество этих приемов ограничено и относятся они к какой-либо одной стадии творческого процесса. Методика изобретательства обобщает критически отобранные наиболее ценные приемы.

Разумеется, для того чтобы сделать очень крупное или великое изобретение (т. е. изобретение, относящееся по нашей классификации к верхним подуровням пятого уровня), необходимы и соответствующие исторические обстоятельства, и благоприятные для творческой работы условия, и выдающиеся человеческие качества: настойчивость, огромная работоспособность, смелость, эрудиция и т. д. Методика изобретательства отнюдь не является «самоучителем» или рецептом для штамповки изобретений. Ее цель — научная организация творческого труда. А насколько нужна научная организация творчества, читатель, вероятно, уже понял по примерам, приведенным в первой главе. Но приведу еще одну из историй, о каких часто рассказывает журнал «Изобретатель и рационализатор».

«Бился я над изобретением, — придумывал, как автоматизировать спуск на воду спасательных средств. Ничего у меня не получалось.

И вот еду в трамвае, читать нечего, думаю о своих спасательных средствах. Вошла женщина, молодая, симпатичная. «Садитесь, — говорю, — пожалуйста», — и хочу место ей уступить. А она поблагодарила, но отказалась: скоро, мол, выходить.

Используя понятия об идеальной машине и технических противоречиях, можно существенно упорядочить процесс решения изобретательской задачи. Идеальная машина помогает определить направление поисков, а техническое противоречие, присущее данной задаче, указывает на препятствие, которое предстоит преодолеть. Однако противоречие подчас бывает довольно хитро спрятано в условиях задачи. К тому же обнаруженное противоречие не исчезает само по себе, приходится изыскивать способы его устранения. Далеко не всегда удается одним броском преодолеть путь от постановки задачи до ее решения. Нужна рациональная тактика, позволяющая шаг за шагом продвигаться к решению задачи. Такую тактику дает

алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).

В следующих главах, углубляя изучение, мы детально рассмотрим отдельные «узлы» алгоритма и на конкретных примерах покажем, как они работают, а пока дадим общий обзор АРИЗ.

Термин «алгоритм», вообще говоря, имеет довольно расплывчатые границы. В математике под алгоритмом подразумевается строго регламентированная совокупность и порядок операций, необходимых для решения той или иной задачи. Математическим алгоритмом являются, например, действия, которые надо последовательно совершить, чтобы извлечь квадратный корень из целого положительного числа. Такие алгоритмы характеризуются жесткостью: каждая операция определена совершенно точно и не зависит ни от изменения условий задачи, ни от личности человека, решающего задачу.

В широком смысле слова алгоритмом называют всякую программу планомерно направленных действий. Программа решения изобретательских задач названа алгоритмом именно в этом смысле.

АРИЗ обладает гибкостью:

одна и та же задача может быть решена разными путями — в зависимости от того, кто и как ее решает. АРИЗ не игнорирует личность человека, который им пользуется. Напротив, АРИЗ стимулирует максимальное использование особенно сильных качеств данного изобретателя. Поэтому путь от задачи до решения может быть пройден по-разному, изобретатель совершает действия в зависимости от знаний, опыта, способностей. Алгоритм лишь избавляет от заведомо неверных шагов.

Пользуясь алгоритмом, изобретатель постепенно приближается к решению. Некоторые этапы этого пути почти нацело «логизированы», иногда логика отступает на второй план, и тогда алгоритм подталкивает в нужном направлении воображение изобретателя, создает условия для проявления интуиции. Есть и такие участки пути к решению, на которых алгоритм работает за счет обобщенного изобретательского опыта.

Две первые стадии творческого процесса изобретателя посвящены выбору задачи и

уточнению ее условий

. Первоначальная формулировка, в какой задача попадает изобретателю, почти всегда неточна или даже ошибочна. Например, изобретателю говорят: «Нужно найти способ осуществления такой-то операции». Но, возможно, выгоднее пойти в обход, устранив необходимость в этой операции! Очень часто обходные пути оказываются перспективнее прямых.

На первой стадии творческого процесса изобретатель определяет конечную цель решения, проверяет возможность использования обходных путей, уточняет условия задачи (прямой или обходной). Очень важен пятый шаг, при котором изобретатель умышленно несколько повышает требования, содержащиеся в условиях задачи. Допустим, по условиям задачи нужно обеспечить точность контроля порядка ± 0,5 микрона. Целесообразно самому ужесточить это требование и считать, что нужна точность ± 0,1 микрона. Ведь за время разработки и внедрения изобретения требования к точности могут повыситься.

Анкетный опрос изобретателей и непосредственное наблюдение за их творческим процессом показывают, что в большинстве случаев изобретатель пытается решать задачу, не разобравшись достаточно внимательно в ее условиях. После каждого неудачного наскока он возвращается к условиям задачи, уясняет какую-то одну их часть и сразу же совершает очередную пробу. Это повторяется многократно, и изобретатель нередко бросает попытки найти решение, так и не разобравшись в условиях задачи.

Алгоритм учитывает существование этой распространенной ошибки. Работая по алгоритму, изобретатель прежде всего основательно изучает задачу, шаг за шагом снимает с нее внешние, нехарактерные слои, выделяет то, что составляет ее существо.

Давайте детальнее познакомимся с таблицей типовых приемов и самими этими приемами.

Создание подобных таблиц — работа чрезвычайно трудоемкая. К сожалению, нельзя поступить так: подряд анализировать изобретения, отбирать наиболее часто встречающиеся решения и вписывать их в таблицу. Авторские свидетельства и патенты довольно часто выдаются на весьма тривиальные решения, и составленная на их основе таблица давала бы, как правило, слабые решения даже в том случае, если весь массив анализируемых изобретений содержит только сильные решения. Приемы, которые были оригинальными и сильными 5—10—20 лет назад, могут оказаться слабыми при решении новых задач.

Поэтому при составлении таблицы для каждой клеточки приходится определять авангардную отрасль техники, в которой данный тип противоречий устраняется наиболее сильными и перспективными приемами. Так, для противоречий типа «вес — продолжительность действия», «вес — скорость», «вес — прочность», «вес — надежность» и т. д. наиболее подходящие приемы содержатся в изобретениях по авиационной технике. Противоречия, связанные с необходимостью повышать точность, эффективнее всего устраняются приемами, присущими изобретениям в области оборудования для физических экспериментов.

Таблица, построенная на приемах, взятых из таких ведущих отраслей техники, будет помогать находить сильные решения для обычных изобретательских задач. Чтобы таблица годилась и для задач, возникающих в ведущих отраслях, она должна дополнительно вобрать в себя и новейшие приемы, которые еще только входят в изобретательскую практику. Эти приемы чаще встречаются не в тех «благополучных» изобретениях, на которые выданы авторские свидетельства, а в заявках, отклоненных из-за «неосуществимости», «нереальности».

АРИЗ-65 имел таблицу, составленную на основе анализа пяти тысяч изобретений, относящихся к сорока трем патентным классам. В АРИЗ-71 таблица значительно более подробна. При ее составлении проанализировано свыше сорока тысяч изобретений. Не все клетки таблицы заполнены, тем не менее она охватывает около полутора тысяч типов технических противоречий, указывая для каждого типа вероятные приемы решения.

Изучение АРИЗ-71 мы еще продолжим в следующих главах, а пока проследим действие алгоритма на конкретной задаче.

Ледокол продвигается во льдах по принципу клина. Поэтому скорость продвижения и толщина доступных преодолению льдов зависят в основном от мощности энергетических установок ледокола. Путь развития ледоколов — это увеличение мощности их двигателей. У современного лайнера на 1 т водоизмещения приходится 0,5 л. с.; у ледоколов это отношение в 6 раз больше. До 70% длины корпуса ледокола занято двигательными установками, топливными емкостями (танками) и различными обслуживающими системами. Ледокол буквально заполнен «двигательной частью», охлаждение двигателей — сложная проблема.

«Периодическое нарушение работы охлаждающей системы в тяжелых ледовых условиях наблюдается на всех ледоколах, и эффективное решение этой проблемы пока не найдено. Например, из опыта американских ледоколов известно, что в ряде случаев не прочность льда, а прекращение подачи охлаждающей забортной воды ограничивает продвижение судна» (Юдовин Б. С. Энергетические установки ледоколов. М., «Судостроение», 1967, стр. 182).

«Двигательная часть» современных ледоколов настолько гипертрофирована, что на судне не остается места для размещения сколько-нибудь значительного количества грузов. Поэтому за ледоколом идет караван из трех-четырех транспортных судов. «Начало и продолжительность навигации в Арктике и в замерзающих портах определяет ледовая обстановка. Ведь принцип действия ледокола, стоит ли на нем паровая машина, как сто лет назад, или новейший атомный реактор, почти не изменился. С разбега вползает он на преградившее путь ледяное поле и своим весом ломает его. Снова разбег, и снова несколько метров вперед. Надсадно ревут двигатели, скрежещет лед об обшивку. На почтительном расстоянии сзади стоит караван обычных судов, ждет, когда ледокол проложит путь. Но льды становятся толще и толще. Полтора, два, два с половиной метра! Ледокол застревает. Механики пускают машины «враздрай» — в разные стороны. Судно начинает «мотать носом», пытаясь освободиться от ледяного плена. Насосы перекачивают сотни тонн воды из носовых цистерн в кормовые, из левых цистерн — в правые. Ледокол качается с носа на корму, переваливается с боку на бок, разжимая, как клин, льдины... Дорога за ледоколом слишком тяжела для обычных судов. С трудом увертываются они от плавающих ледяных глыб, грозящих распороть им бока. Пространство перед причалами, а иногда и вся акватория порта превращаются в сплошную массу битого льда. Каждый день ледоколы добавляют новые порции. В результате лед смерзается, и вскоре толщина его становится в 2—3 раза больше первоначальной. Теперь уж и сам ледокол не в силах одолеть эту преграду. Такие случаи неоднократно наблюдали в Архангельском, в Ленинградском портах. Короче говоря, мечта капитанов — иметь ледокол, способный преодолевать льды любой толщины и, главное, оставляющий за собой не ледяное крошево, а чистый канал» (Муслин Е. Пушки и лед. «Знание — сила», 1968, №5).