ТЕМА № 3

ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО И ЕГО СУЩНОСТЬ

3.1.Основные понятия и определения

Техническое творчество характеризуется как самостоятельная деятельность человека (субъекта) с постановкой или выбором технической задачи, поиском условий и способа ее решения и создания новой технической системы (или объекта).

Проблемы творчества вообще и технического творчества в частности, издавна волновавшие человечество, остаются актуальными и в настоящее время.

Характеризуя техническое творчество в целом, можно выделить следующие основные черты:

- техническое творчество – это труд по материализации научных знаний. Если продукт научного творчества – идея, мысль имеет идеальную форму, то продукт технического творчества – материальный объект или средство для преобразования материального объекта;

- техническое творчество – специфическая форма мыслительной деятельности, направленная на умножение познания об объективном мире;

- результаты технического творчества образуют техническую среду общества, которая служит материальной основой жизнедеятельности людей.

Техническое творчество характеризуется некоторой совокупностью понятий и определений:

1. Техническая потребность – это запрос индивидуума или общества в целом на технические средства, которые были бы способны удовлетворить интересы общества на данном этапе его развития.

2. Реализация технической потребности возможна лишь при условии технической возможности – комплекса материальных, технических и других факторов, обеспечивающих удовлетворение общественных потребностей. Техническая потребность является частным случаем общественной потребности.

3. Техническая потребность и техническая возможность находятся в диалектической зависимости. При несоответствии технической возможности и технической потребности возникает техническое противоречие, которое является непременным условием развития техники, ее совершенствования.

4. Техническая задача – это сформулированные условия устранения технического противоречия для достижения поставленной цели.

5. Для реализации технической задачи необходимо возникновение технической идеи – принципа устранения технического противоречия.

6. Техническая идея материализуется в техническом решении. Техническое решение выступает в различных проявлениях: в форме изобретений, усовершенствований, приспособлений и т.д.

Рассмотренные понятия отражают основные фазы развития творческого процесса – от возникновения технической потребности до технического решения (результата творческого процесса).

3.2. Требования к результатам технического творчества

Как следует из определения технического творчества, его результаты должны обладать новизной и полезностью. Этому соответствуют: изобретения, рационализаторские предложения, полезные модели, промышленные образцы, различного рода технические усовершенствования и приспособления.

Правовую охрану имеют такие результаты технического творчества:

1. изобретения;

2. полезные модели;

3. промышленные образцы.

Наибольшим творческим потенциалом и прогрессивностью обладают изобретения, вследствие чего изобретательскую деятельность следует рассматривать как высшую ступень технического творчества.

Изобретению представляется правовая охрана, если оно является:

1. новым;

2. имеет изобретательский уровень;

3. промышленно применимо.

Полезной модели и промышленному образцу предоставляется правовая охрана, если они:

1. являются новыми;

2. промышленно применимы.

В зависимости от сложности изобретательских задач выделяют 5 уровней изобретений.

Первый уровень – мельчайшие изобретения, не связанные с устранением противоречий. Задача и средства ее решения лежат в пределах одной профессии. Число вариантов, которое необходимо рассмотреть не велико (не более 10). Объект задачи указан точно и правильно. Сами изменения локальны: незначительно перестраивая объект, они не отражаются на иерархии системы.

Второй уровень – задачи с техническими противоречиями, легко преодолимыми с помощью способов, известных применительно к родственным системам. Меняется (да и то частично) только один элемент системы. Ответы на задачи второго уровня – мелкие изобретения. Для получения ответа обычно приходится рассмотреть несколько десятков вариантов решения.

Третий уровень – задачи с противоречиями. Противоречие и способ его преодоления находится в пределах одной науки, т.е. механическая задача решается механически, химическая задача – химически и т.д. Полностью меняется один из элементов системы, частично меняются другие элементы. Количество вариантов, рассматриваемых в процессе решения, измеряется сотнями. В итоге – добротное среднее изобретение.

Четвертый уровень – синтезируется новая техническая система. Противоречия относились к прототипу – старой технической системе. Противоречия устраняются средствами, подчас далеко выходящими за пределы науки, к которой относится задача (например, механическая задача решается химически). Число вариантов, рассматриваемых в процессе решения – тысячи и даже десятки тысяч. В итоге – крупное изобретении.

Пятый уровень – изобретательская задача представляет собой клубок сложных проблем. Число вариантов, которое необходимо перебрать для решения, практически не ограничено. В итоге крупнейшее изобретение. Это изобретение создает принципиально новую систему, она постепенно обрастает изобретениями менее крупными. Возникает новая отрасль техники. К моменту постановки подобных задач средства их решения лежат за пределами современной науки. Условия задачи пятого уровня обычно не содержат прямых указаний на противоречия. Поскольку системы-прототипа нет, то нет и присущих этой системе противоречий. Они возникают в процессе синтеза принципиально новой системы.

3.3. Особенности изобретательских задач

Основная функция инженера - решение технических задач.

Особенности технических задач:

1. Условие задачи четко сформулировано;

2. Инженер знает, где взять недостающие сведения, необходимые для решения задачи;

3. Инженер решает задачу по известным методикам, алгоритмам;

4. Конечный результат приблизительно известен.

Решение технических задач способствует количественному изменению техники.

Для качественного изменения техники необходимо решение изобретательских задач, то есть таких задач, средства, решения которых еще не зафиксированы в технической литературе.

Особенности изобретательских задач:

1. Неопределенность исходной формулировки условия задачи (изобретательской ситуации).

Нельзя принимать на веру формулировку, в которой предлагают задачу. «Проблемодатель», формулируя задачу, пытается изобретателя вольно или невольно направит по привычному пути решения задачи.

Первоначальную формулировку задачи принято называть изобретательской ситуацией.

Изобретательская ситуация – это описание технической системы с указанием на тот или иной недостаток: нет какого-то свойства или, наоборот, имеется какое-то ненужное (вредное) свойство.

Неверное изложение изобретательской ситуации – неверное предписание о направлении решения задачи. Более того, это предписание часто вытесняет действительно необходимые исходные сведения, навязывает поиск в направлении, уводящем от цели.

На самом деле правильно сформулированных изобретательских задач не бывает. Если абсолютно правильно сформулировать изобретательскую задачу, она перестает быть задачей: ее решение сделается очевидным, или же будет ясно, что задача не поддается решению при современном уровне науки и техники.

2. Не сформулированы ограничения.

3. Нет методики (способа) решения задачи.

4. Не четкое представление желаемого результата.

3.4. Технические объекты (системы), закономерности их построение и развития

3.4.1.Понятие технических объектов, технических систем и технологий

Творческая изобретательская деятельность человека чаще всего проявляется при разработке новых, более совершенных по конструкции и наиболее эффективных в эксплуатации технических объектов (ТО) и технологий их изготовления [12].

В официальной патентной литературе термины «технический объект» и «технология» получили, соответственно, наименования «устройство» и «способ».

Слово «объект» обозначает то, с чем взаимодействует человек (субъект) в своей познавательной или предметно-практической деятельности (компьютер, кофемолка, пила, автомобиль и.др.).

Слово «технический» означает, что речь идет не о каких-либо условных или абстрактных объектах, а именно «технических объектах».

Технические объекты применяются для: 1) воздействия на предметы труда (металл, древесина, нефть и т.д.) при создании материальных ценностей; 2) получения, передачи и преобразования энергии; 3) исследования законов развития природы и общества; 4) сбора, хранения, обработки и передачи информации; 5) управления технологическими процессами; 6) создания материалов с заранее заданными свойствами; 7) передвижения и связи; 8) бытового и культурного обслуживания; 9) обеспечения обороноспособности страны и т.д.

Технический объект – широкое понятие. Это космический корабль и утюг, компьютер и ботинок, телевизионная башня и садовая лопата. Существуют элементарные ТО, состоящие всего из одного материального (конструктивного) элемента. Например, литая чугунная гантель, столовая ложка, металлическая шайба.

Наряду с понятием «технический объект» широко используется термин «техническая система».

Техническая система (ТС) – это определенная совокупность упорядоченно связанных между собой элементов, предназначенных для удовлетворения определенных потребностей, для выполнения определенных полезных функций.

Любая техническая система состоит их ряда конструктивных элементов (звеньев, блоков, узлов, агрегатов), называемых подсистемами, число которых может быть равно N. 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 надсистему могут входить от двух до М технических систем (рис. 2.1.).

Технические объекты (системы) выполняют определенные функции (операции) по преобразованию вещества (объектов живой и неживой природы), энергии или информационных сигналов. Под технологией понимается способ, метод или программа преобразования вещества, энергии или информационных сигналов из заданного начального состояния в заданное конечное состояние с помощью соответствующих технических систем.

Любой ТО находится в определенном взаимодействии с окружающей средой. Взаимодействие ТО с окружающей живой и неживой средой может происходить по разным каналам связи, которые целесообразно разделить на две группы (рис. 2.2.).

Первая группа включает потоки вещества, энергии и информационных сигналов, передаваемых от окружающей среды к ТО, вторая группа – потоки, передаваемые от ТО в окружающую среду.

А_т – функционально обусловленные (или управляющие) входные воздействия, входные потоки в реализуемые физические операции;

А_в – вынужденные (или возмущающие) входные воздействия: температура, влажность, пыль и т.д.;

С_т – функционально обусловленные (или регулируемые, контролируемые) выходные воздействия, выходные потоки реализованных в объекте физический операций;

С_в – вынужденные (возмущающие) выходные воздействия в виде электромагнитных полей, загрязнения воды, атмосферы и т.д.

 

 

 

3.4.2. Критерии развития технических объектов

Критерии развития ТО являются важнейшими критериями (показателями) качества и поэтому используются при оценке качества ТО.

Особенно велика роль критериев развития при разработке новых изделий, когда конструкторы и изобретатели в своих исканиях стремятся превзойти уровень лучших мировых достижений, или когда предприятия хотят приобрести готовые изделия такого уровня. Для решения таких задач критерии развития играют роль компаса, указывающего направление прогрессивного развития изделий и технологий.

Любой ТО имеет не один, а несколько критериев развития, поэтому при разработке ТО каждого нового поколения стремятся максимально улучшить одни критерии и при этом не ухудшить другие.

Всю совокупность критериев развития ТО обычно разделяют на четыре класса (рис. 3.3.):

· функциональные, характеризующие показатели реализации функции объекта;

· технологические, отражающие возможность и сложность изготовления ТО;

· экономические, определяющие экономическую целесообразность реализации функции с помощью рассматриваемого ТО;

· антропологические, связанные с оценкой воздействия на человека отрицательных и положительных факторов со стороны созданного им ТО.

 

Единичный критерий не может полностью характеризовать ни эффективность разрабатываемого ТО, ни эффективность процесса его создания. Исходя из этого, приступая к созданию нового ТО, разработчики формируют набор критериев (показателей качества) и к техническому объекту и к процессу его создания. Процедуру отбора критериев и признания степени важности называют стратегией выбора.

Вместе с тем, набор критериев регламентируется ГОСТом. Показатели качества разделены на 10 групп:

1. назначения;

2. надежности;

3. экономического использования материалов и энергии;

4. эргономические и эстетические показатели;

5. показатели технологичности;

6. показатели стандартизации;

7. показатели унификации;

8. показатели безопасности;

9. патентно-правовые показатели;

10. экономические показатели.

 

3.4.3. Описание технических систем

Каждый технический объект (система) может быть представлен описаниями, имеющими иерархическую соподчиненность.

Потребность (функция ). Под потребностью понимается желание человека получить определенный результат в процессе преобразования, транспортировки или хранении вещества, энергии, информации. Описания потребностей Р должны содержать в себе информацию:

Р = (D, G, H)

D – о действии, которое приводит к удовлетворению интересующей потребности;

G – об объекте или предмете технологической обработки, на которое направлено действие D;

Н – о наличии условий или ограничений, при которых реализуется это действие.

Наименование ТО	D	G	Н
Грузовой автомобиль	перевозка	груз	по заданному маршруту

Техническая функция. Описание технической функции состоит: F = (P, Q)

где Р – удовлетворяемая потребность; Q – физическая операция.

Физическая операция Q – это определенное действие по преобразованию (превращению) заданных входных потоков вещества, энергии, информации или каких-то иных факторов в выходные потоки вещества, энергии, информации (других факторов).

Описание физической операции Q состоит из трех компонентов: Q = (А_т, Е, С_т),

где А_т – входной поток вещества, энергии, информации или иного фактора;

Е – наименование операции по превращению А_т в С_т;

С_т – выходной поток вещества, энергии, информации или иного фактора.

Наименование ТО	Ат	Е	Ст
Грузовой автомобиль	топливо	преобразование	движение груза

Функциональная структура. Подавляющее большинство ТО состоят из ряда элементов (деталей, узлов, блоков, агрегатов) и могут быть естественным путем разделены на части (подсистемы, элементы). Каждый из таких элементов, рассматриваемый как самостоятельный ТО, выполняет вполне определенные функции и конкретные физические операции Q.

Между элементами ТО существуют две разновидности связей и два вида структурной организации технических объектов и систем. Различают: конструктивную функциональную структуру (КФС) и потоковую функциональную структуры (ПФС).

Конструктивную функциональную структуру (КФС) отображает функциональные взаимосвязи между отдельными элементами ТО и объектами окружающей среды. При ее графическом построении вначале (обычно прямоугольниками) изображают основные элементы ТО и объекты окружающей среды, а затем соединяют их между собой линиями (ребрами), которые соответствуют реализуемым этими элементами функциям.

Под потоковой функциональной структурой (ПФС) понимается совокупность взаимосвязей между элементами технического объекта и реализуемыми ими физическими операциями через потоки вещества, энергии, сигналов.

Словесное описание, равно как и графическое изображение, ПФС обычно производится в следующей последовательности:

- вначале описываются (или изображаются в виде прямоугольников) элементы ТО;

- указываются (вписываются внутрь прямоугольников) реализуемые этими элементами физические операции по преобразованию вещества, энергии, сигналов;

- описываются (изображаются в виде направленных линий, ребер) потоковые связи между входами и выходами отдельных элементов.

Понятия КФС и ПФС могут быть использованы только для конкретного (существующего, модернизируемого или впервые разрабатываемого) ТО.

Физический принцип действия (ФПД). ФДП -это совокупность физических объектов, взаимосвязанных потоками веществ, энергии, сигналов.

Описание ФПД дается (или сопровождается) в виде принципиальной схемы, в которой в упрощенной форме показаны основные конструктивные элементы ТО, указаны направления потоков (вещества, энергии, информации) и основные физические величины, характеризующие используемые физико-технические эффекты.

Под физико-техническими эффектами (ФТЭ) понимаются различные приложения физических законов, закономерностей или вытекающих из них следствий, которые могут быть использованы в технических устройствах.

Описание ФТЭ в общем виде состоит из трех компонентов: ФТЭ = (А, В, С),

где А и С входной и выходной поток вещества, энергии, сигналов;

В – физический объект, обеспечивающий преобразование потоков А в С

Наименование ФТЭ	А	В	С
Закон Джоуля-Ленца	электрический ток	проводник	теплота

Техническое решение представляет собой конструктивное оформление ФПД. Техническое решение может быть описано с любой степенью детализации через характерные признаки ТО сначала в целом, а затем его элементов (блоков, узлов).

В описании ТР даются: 1) указания (перечень) основных элементов; 2) взаимное расположение элементов в пространстве; 3) способы и средства соединения и связи элементов между собой; 4) последовательность взаимодействия элементов во времени; 5) особенности конструктивного исполнения элементов (материал, геометрические формы и т.д.), принципиально важные соотношения параметров.

Проект. Значения параметров ТО и всех его элементов (узлов, блоков и т.д.) даются в описании к техническому проекту. В проекте содержится вся необходимая документация для изготовления и эксплуатации ТО.

Вопросы для самооценки уровня усвоения материала темы 3

1. Что такое методы активизации творческого мышления?

2. Что отличает методы активизации творческого мышления от метода проб и ошибок?

3. Метод мозгового штурма, его сущность и процесс реализации?

4. Метод инверсии, его сущность и процесс реализации?

5. Метод эмпатии, его сущность и процесс реализиации?

6. Метод свободных ассоциаций, его сущность и процесс реализации?

7. Метод синектики, его сущность и процесс реализации?