скачать книгу бесплатно
Рисунок 27. Лента Мёбиуса
Еще один яркий пример геометрического эффекта – лента Мёбиуса (один из объектов с односторонней поверхностью). Такие объекты имеют множество практических применений в технике, архитектуре и других областях (рис. 27). Ленту Мёбиуса легко сделать самостоятельно: надо взять достаточно длинную бумажную полоску и склеить противоположные концы, предварительно повернув один из них. В качестве примеров использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса можно привести ленту конвейера для транспорта абразивного сыпучего материала, шлифовальную ленту, ленточную пилу (рис. 28), срок эксплуатации которых увеличивается в два раза. Известны и другие односторонние поверхности.
Рисунок 28. Примеры использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса: а – лента конвейера; б – шлифовальная лента; в – ленточная пила
Разумеется, все геометрические эффекты реализуются в физических принципах действия.
Создание концептуально новых технологий и поколений техники требует разработки и использования новых принципов действия. При этом наиболее существенные практические результаты фиксируются при включении в структуру принципа действия эффектов, ранее не применявшихся в данной предметной области. Например, электрическое освещение возникло на основе принципа действия, включающего новые (по сравнению с принципом действия свечи) эффекты и их новые сочетания.
Задача построения принципа действия обладает большой комбинаторной сложностью. Вследствие этого, даже располагая информацией о значительном числе эффектов, специалист не в состоянии «вручную» (без использования компьютеров) эффективно комбинировать их, выбирая оптимальные с точки зрения заданных критериев сочетания[41 - Попов В. В. и др. О системе [Электронный ресурс] // Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии: [сайт]. 2008. URL: http://www.heuristic.su/home/].
Под моим руководством разработана автоматизированная система поиска и синтеза принципов действия ТС, основанная на логике, сущность которой раскрыта в разделе 6.3.6.
1.4.5. Формирование технических решений
Принцип действия ТС может быть конкретизирован во множестве технических решений (ТР).
В Большом энциклопедическом политехническом словаре ТР определяется как «устройство, сооружение, изделие, являющееся конструктивным элементом или совокупностью конструктивных элементов, находящихся в функционально-конструктивном единстве; способ, процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов; вещество, искусственно созданное материальное образование, являющееся совокупностью взаимосвязанных элементов, ингредиентов (к веществам относятся, например, материалы для изготовления предметов, сооружений, употребляемые для покрытий, изоляции, амортизации, используемые в качестве проводников энергии, лечебные, косметические, пищевые, вкусовые вещества, кормовые продукты, химические реагенты, вещества-излучатели и вещества-поглотители излучений, поверхностно-активные, биологически активные вещества, в том числе ядохимикаты, стимуляторы роста)»[42 - Большой энциклопедический политехнический словарь [Электронный ресурс]. М.: Изд-во «Мультигрейд», 2004. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).]. С большим уважением относясь к Большому энциклопедическому политехническому словарю и принимая практически полностью это определение, я вместе с авторами[43 - Техническое творчество: Теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник / Под ред. А. И. Половинкина, В. В. Попова. М.: НПО «Информ-система», 1995.] считаю необходимым подчеркнуть, что ТР – это не устройство, сооружение, изделие и так далее, а его описание.
Технические решения можно разделить на три основные группы: конструктивные, технологические и другие ТР, при этом к последней можно отнести вещества, биологические объекты, топологии интегральных микросхем и др.
Описание ТР, как правило, дополняется графическим изображением. Около 95% всех изобретений – это ТР, менее 5% – описания принципов действия ТС. И хотя описания многих ТР не имеют никаких количественных характеристик, специалист, как правило, может оценить различие в потенциальной эффективности ТР из одной области.
Ниже приведен пример конструктивного ТР.
Рисунок 29. Велосипед
ТР – велосипед (рис. 29): «Велосипед состоит из рамы (1), шарнирно закрепленной на ней рулевой вилки (2) с рулем (3) и передним колесом (4), заднего колеса (5), седла (6) на подседельном штыре (7), педалей с кривошипами (8), цепной передачи (9) и тормозов (10). Дополнительно велосипед может оборудоваться одним или двумя амортизаторами, крыльями (для защиты от брызг), багажником, светотехникой (лампами и/или световозвращателями – катафотами), звуковым сигналом, подставкой-„подножкой“ и др.»[44 - https://ru.wikipedia.org/wiki/ Велосипед].
Типичным примером технологического ТР является рецепт приготовления борща (рис. 30).
Рисунок 30. Технология приготовления борща
ТР – рецепт приготовления борща «Московский»: «В мясном бульоне варят ветчинные кости, бульон процеживают, кипятят. В кипящий бульон закладывают капусту, нашинкованную соломкой, варят 8—10 минут; добавляют пассерованные овощи и снова варят. Затем добавляют тушеную свеклу, заправляют белым соусом или пассерованной мукой, разведенной бульоном или водой. В конце варки кладут соль, перец, лавровый лист, уксус, сахар и варят до готовности. Готовят набор мясных продуктов, он включает ветчину, мясо, сосиски. На одну порцию используют по одному кусочку каждого вида. Мясные продукты нарезают ломтиками. Заливают небольшим количеством бульона и кипятят»[45 - http://www.cooke.ru/modules/Article/files/ulasevich/7_3.htm].
Пример ТР – описание биологического объекта. ТР – штамм бактерий Lactobacillus acidophilus (рис. 31): «величина клеток 18-часовой культуры в молоке 3—6 мкм, тонкие палочки, клетки равномерно окрашиваются метиленовой синью, расположены поодиночке или в виде цепочки из 2—3 члеников, на агаре с гидролизованным молоком образуют бесцветные колонии диаметром 1—1,5 мм, глубинные, темные в виде паучков. Минимальная температура развития – 20° C, оптимальная – 36—39° C, максимальная – 60—65° C. Отношение к углеводам – сбраживает глюкозу, лактозу, маннит, не сбраживает арабинозу, слабо ферментирует рамнозу, целлобиозу. Молоко свертывает при оптимальной температуре и внесении 2% закваски за 4,5—5 часов, 4% закваски за 3,5 часа, кислотность через 24 часа достигает 138±10°Т (рН 3,95±0,1), через 48 ч. – 170±10°Т (рН 3,8±0,1), через 3 суток – 190±10°Т (рН 3,7±0,1). Штамм гомоферментативный, рацемат, вырабатывает DL-изомер молочной кислоты, обладает выраженной антагонистической активностью в отношении патогенных бактерий. Культура обладает высокой протеолитической активностью и отличается от известных ацидофильных штаммов более низким пределом кислотообразования»[46 - http://kzpatents.com/5—545-shtamm-bakterijj-lactobacterium-acidophilum-ispolzuemyjj-dlya-proizvodstva-kislomolochnyh-produktov.html].
Техническое решение (ТР) воплощает в себе функции, свойства, функциональную структуру и принцип действия технической системы (ТС), и при высокой эффективности творческой деятельности создателя ТР может являться опережающим отражением технически реализуемой потребности человека, еще не ставшей предметом общественного сознания. История знает немало ТР, опередивших время.
Рисунок 31. Бактерия Lactobacillus acidophilus (ацидофильная лактобактерия)
ТР может быть защищено как результат интеллектуальной деятельности, улучшено за счет оптимизации количественных параметров (об этом в следующем разделе), а также использовано в проектной документации на его реализацию (иногда даже без оптимизации количественных параметров).
1.4.6. Оптимизация параметров свойств в технических решениях
Техническое решение может быть значительно улучшено за счет оптимизации параметров свойств в ТР. Это можно сделать при выборе лучшего сочетания (по выбранному критерию) количественных характеристик свойств, непосредственно влияющих на полезность (потребительскую ценность) разрабатываемой ТС, и свойств, определяющих плату за полезность разрабатываемой ТС.
Для анализа количественных характеристик свойств и выбора лучшего их сочетания используют математическую и/или другие модели разрабатываемой ТС, на которых исследуют количественные изменения одних характеристик модели ТС при изменении других характеристик. Например, изменив только лишь количественные характеристики геометрии автомобильного кузова, можно значительно улучшить его аэродинамику. При этом потенциально максимальная скорость автомобиля (при неизменных качественных параметрах свойств) может возрасти на 10—30%, а расход топлива – уменьшиться тоже на 10—30%. Напомним, что такой же эффект был получен в ТС буксировки барж, но за счет изменения функциональной структуры ТС (см. рис. 20 и 21).
1.4.7. Создание технической системы и ее жизненный цикл
Техническое решение может быть основой для создания ТС или ее экспериментального образца, который должен успешно пройти испытания, чтобы перейти к следующим стадиям, завершающимся массовым производством ТС.
Широко распространено понятие «жизненный цикл технической системы», характеризующее стадии процесса, охватывающего различные состояния ТС, начиная с момента возникновения потребности в такой ТС и заканчивая ее полным выходом из эксплуатации, включая утилизацию или захоронение. Однако общепринятого перечня этих стадий нет. В качестве примера можно привести следующий упрощенный перечень:
– определение функций и потребительских свойств ТС (что соответствует разработке технического задания в процессе проектирования ТС; подробнее о проектировании см. главу 3);
– выбор или разработка функциональной структуры, принципа действия и технического решения ТС (что соответствует разработке технического предложения, эскизного проекта и/или технического проекта);
– рабочее проектирование, связанное с расчетом и оптимизацией параметров ТС, выбором или разработкой технологии изготовления, составлением проектной документации;
– изготовление и испытания ТС;
– транспортировка и хранение ТС;
– эксплуатация, диагностика неисправностей и ремонт ТС;
– утилизация или захоронение ТС в результате ее физического или морального износа.
Жизненный цикл ТС имеет тенденцию к сокращению продолжительности. Например, чтобы массово внедрить печатный станок, изобретенный Иоганном Гутенбергом в начале XV века, потребовалось почти 400 лет, обычный телефон внедряли 50 лет, мобильный телефон получил широкое распространение за 7 лет, социальные сети – за 3 года. В современных условиях острой конкуренции на рынках, требующей постоянного обновления ассортимента и повышения потребительских свойств товаров, тенденция к сокращению жизненного цикла ТС еще более выражена. Например, закон Мура – одно из самых известных эмпирических (основанных на опыте, изучении фактов) правил в мире – гласит, что каждые два года количество транзисторов, размещаемых на компьютерном чипе, удваивается.
Знание и понимание основных стадий жизненного цикла ТС вызывают необходимость создать такую ТС, в которой будут реализованы функции и свойства, обеспечивающие не только ее эффективную эксплуатацию, но и транспортировку, ремонт (ремонтопригодность), утилизацию и захоронение ТС. Подробно эти стадии (этапы) описаны в главе 3 «Научно-техническое творчество как формирование и выполнение проектов».
1.4.8. Характерные фазы зарождения (создания), развития и отмирания технической системы
Бельгийский математик Пьер Франсуа Ферхюльст в середине XIX века показал, что рост биологических популяций происходит по S-образной, или, как ее еще называют, логистической, кривой. Впоследствии многие ученые по итогам масштабных исследований доказали, что по такой закономерности проходит жизненный цикл любых технических систем (создание, развитие и отмирание)[47 - Научно-техническое прогнозирование для промышленности и правительственных учреждений / Под ред. проф. Джеймса Брайта. Пер. с англ. М.: Прогресс, 1972; Каменев А. Ф. Технические системы: закономерности развития. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1985. Глава 2]. Качественные характеристики фаз зарождения (создания), развития и отмирания любой впервые создаваемой ТС на S-образной кривой (рис. 32) можно трактовать следующим образом. Фаза 1 – зарождение (создание) ТС, характеризуется медленным ростом потребительских свойств ТС, так как практически все свойства ТС требуют исследований, экспериментальной проверки, а также оценки потребительского спроса.
Рисунок 32. Характерные фазы создания, развития и отмирания ТС
Фаза 2 – ускоренное развитие ТС, которое начинается и продолжается при высоком потребительском спросе. Именно эта фаза характеризуется разработкой и реализацией множества технических решений ТС, основанных на прежних или новых функциональных структурах и принципах действия или существования ТС.
При отсутствии или очень низком потребительском спросе жизнь ТС заканчивается сразу после первой фазы или, по крайней мере, останавливается на неопределенное время, пока потребность в ТС не будет осознана и сформирована (например, при случайных открытиях) или пока не будут изобретены необходимые материалы и/или технологии. В силу этой, последней, причины опередили время многие изобретения гениального итальянца Леонардо да Винчи (например, шариковые и роликовые подшипники, парашют, рис. 33 и 34). В целом в техническом творчестве надо следовать совету выдающегося американского изобретателя Томаса Эдисона: «Найди то, что нужно миру, и только потом начинай изобретать».
Рисунок 33. Шариковый подшипник: а – предложенный Леонардо да Винчи; б – современный
Фаза 3 – замедление развития ТС, которое связано с возникновением новых потребностей человека, которые уже не могут быть полностью удовлетворены за счет технических решений в рамках существующей ТС. Фаза 4 – фактически характеризует отмирание ТС из-за возникшего противоречия: потребительский спрос на ТС падает, и необходимо развивать потребительские свойства ТС, но при существующей функциональной структуре и нынешнем принципе действия или существования ТС ее потребительские свойства дальше существенно развиваться не могут (более подробно о противоречиях в технической и других сферах сказано в главе 4).
Чтобы удовлетворить растущие потребности человека, требуется переходить на ТС нового поколения, основанную на новой функциональной структуре и/или ином принципе действия или существования ТС (на рис. 32 это штриховая кривая).
Рисунок 34. Парашют: а – предложенный Леонардо да Винчи; б – современный
Однако начинать создание ТС нового поколения следует заранее (как правило, это начало фазы 3 в жизни «старой» ТС), чтобы к окончанию фазы 3 жизни «старой» ТС потребительские свойства ТС нового поколения были не хуже максимальных значений потребительских свойств «старой» ТС. Тогда переход на ТС нового поколения пройдет без негативных последствий и эта ТС продолжит свою жизнь по своей S-образной кривой, затем и ТС нового поколения замедлит свое развитие. Необходимо заранее разрабатывать ТС следующего поколения, то есть фазы, представленные на рис. 32, повторятся.
Следует отметить, что имеется немало примеров, когда ТС после фазы 3 не «умирают», а практически без существенного улучшения потребительских свойств продолжают «жить» и «живут» неопределенно долго. Например, без принципиальных изменений самокат используют более века, а мотоцикл и автомобиль так и не вытеснили велосипед.
Глава 2. Реализация потребностей человека – творческий процесс
2.1. Основные понятия творческого процесса и научно-технического творчества
В широком смысле творческий процесс (творчество) направлен на создание качественно новых материальных или духовных ценностей. Также под творчеством понимают результат создания субъективно нового (для человека или группы людей), которое при проверке может оказаться и объективно новым (прежде никогда не существовавшим).
По целям различают (весьма условно) следующие виды творчества: художественное – создание новых эстетических ценностей, вызывающих новое эмоциональное состояние человека; научное – создание новых знаний; техническое – создание новых средств труда; спортивное – создание (достижение) новых спортивных результатов. Тогда научно-техническое творчество – создание новых знаний и средств труда.
Реализация потребностей человека сначала может осуществляться и в рамках репродуктивной деятельности (воспроизводства уже известного), то есть практически без каких-либо элементов творчества. Но затем эта деятельность, как правило, превращается в творческий процесс по созданию технических систем (ТС) для удовлетворения тех же потребностей, но в новом качестве.
Например, органическая потребность человека утолить жажду при естественных условиях (умеренные температура, влажность и скорость движения воздуха) в древности осуществлялась наипростейшим способом: человек лакал, пил из рук, широкого листа, скорлупы плодов и семян растения, раковины моллюска, панциря, ро?га и подходящих костей животных. Вскоре появились сосуды для питья – сначала простые, а затем с крышкой, загубником и носиком, двойным дном, с функциями подогрева или сохранения температуры жидкости (которую стали насыщать, например, газом), а затем начали придумывать функциональные и дизайнерские атрибуты (например, соломинки для питья или зонтики для коктейльных бокалов) и др. Однако известно немало случаев, когда даже несложные технические решения не появлялись необъяснимо долгое время. Например, первый консервный нож изобрели лишь через 45 лет после создания консервной банки (почти полвека люди мучились, открывая банки без специальных средств).
Обязательно требуется творчество (иногда очень высокого уровня), когда меняются условия удовлетворения потребности. Например, непросто реализовать ту же потребность пить, когда отсутствует сосуд для питья или пить надо в космосе, где сверхнизкая температура и практически отсутствует тяготение. Кстати, из-за конструктивной сложности туалета на международной космической станции он стоит $19 млн, что дороже слитка золота той же массы (рис. 35).
К сожалению, подавляющее большинство моделей творческого процесса, используемых до сих пор в учебных заведениях и на промышленных предприятиях для подготовки специалистов и повышения их квалификации, обусловливают в целом низкую эффективность творческого процесса, так как основаны на пассивных этапах – этапе «инкубации» (вызревания) идеи, который рекомендуется интенсифицировать за счет «отвлечения от задачи и переключения на другой объект», а также этапе непредсказуемого по времени ожидания «просветления» и внезапного «озарения» (инсайта), которые могут и не возникнуть. Такие модели пригодны лишь для людей, от природы наделенных выдающимися творческими способностями (таких крайне мало). У них время инкубации минимально, а инсайт практически гарантирован. Хотя порой даже у гениев инкубационные циклы длились годами, реже – десятилетиями. Закон всемирного тяготения вынашивался Исааком Ньютоном более 20 лет. Столько же вызревала у его соотечественника Уильяма Гарвея мысль о кругах кровообращения человека.
Рисунок 35. Туалет для космонавтов, разработанный НПО «Звезда»
Подавляющему большинству людей необходимы специальные методы и средства (данная книга как раз о них), которые минимизируют время процесса инкубации и резко повышают вероятность инсайта на каждой стадии творчества: постановки задачи, решения (реализации) задачи, коммерциализации и/или другого использования результатов.
Нематериальные результаты творческого процесса (результаты интеллектуальной деятельности – РИД), представляющие описания ТР, например в виде изобретений, полезных моделей, промышленных образцов, товарных знаков, компьютерных программ и баз данных, в Российской Федерации могут быть защищены охранными документами. Перечни защищаемых РИД в некоторых странах мира отличаются от российского. Подробнее об этапах творчества и защите результатов творческой деятельности говорится в главе 6.
2.2. Понятие «новое» в научно-техническом творчестве
Результаты научно-технического творчества – материализации научных знаний – заключаются в формировании «нового» – ранее не существовавшего или повторенного в других условиях, связях и отношениях, с особым функциональным значением и эффектом.
Древнеримский философ Луций Анней Сенека говорил: «Новизна восхищает часто больше, чем величие». Немало людей, создавая «новое», не знают, что их «новое» уже существует. По этой причине такое вновь создаваемое «новое» называют «субъективно новым».
Результат создания объективно «нового» зависит от сочетаний следующих факторов как компонентов новизны: решаемой задачи научно-технического творчества, используемых методов и средств, существующих условий и ограничений (таблица 3).
Уровень новизны ТС в зависимости от изменения характеристик ТС показан в таблице 4.
Таблица 3. Варианты структур факторов как компонентов новизны
Таблица 4. Зависимость уровня новизны ТС от изменения характеристик ТС
Из таблицы 4 видно, что создание нового в ТС происходит при возникновении новых технически реализуемых потребностей человека. При этом самый низкий уровень новизны (1) формируется, когда в ТС изменяют только количественные параметры (размер, вес, скорость, цвет и др.). В некоторых случаях изменение даже одного параметра – размера – считалось революционным (например, переход от длиннополого платья к миди в 40-е годы и к мини в 60-е годы прошлого столетия). Можно предположить, что первобытные женщины, когда делали одежду из шкур, наверняка предпочитали стиль мини, который не сковывает движений. Самый высокий уровень новизны (6) – это когда меняются все характеристики ТС. На всех уровнях новизны от 2 до 6 количественные параметры могут оставаться прежними, но изменения других характеристик ТС (начиная от технического решения до функций) формируют необходимую новизну и удовлетворяют какую-либо технически реализуемую потребность (например, установки по получению пресной воды могут иметь одинаковый количественный параметр – производительность, но одна из них может быть основана на опреснении морской воды, а другая – на получении воды из воздуха).
Пропорционально уровню новизны возрастает и потенциальная эффективность ТС от изменения ее характеристик (подробнее об этом говорится в разделе 3.2.1).
2.3. Факторы, влияющие на эффективность научно-технического творчества
2.3.1. Уровень эффективности конвергенции знаний и базальный принцип эвристики
Формирование нового в технической сфере происходит в процессе сближения, переноса знаний о существующих ТС и объектах живой и неживой природы на создаваемую ТС. Этот важнейший для научно-технического творчества процесс называется конвергенцией знаний. Уровень его эффективности пропорционален количеству и релевантности (адекватности) знаний, используемых для разработки новых ТС. Сложность этого процесса заключается в том, что релевантность знаний об известных ТС и объектах живой и неживой природы относительно создаваемой ТС может быть потенциально очень высокой, но неявной. Например, психологически сложно усмотреть возможность использования знаний о перистальтических механизмах млекопитающего, обеспечивающих транспорт продуктов в желудочно-кишечном тракте или кровеносной системе, при создании высокоэффективных перистальтических насосов и даже простейшего тюбика с кремом или пастой (рис. 36), хотя релевантность этих знаний очень высокая. Вот почему специалисты считают, что конвергенция традиционно непересекающихся знаний обладает неявными, но большими эвристическими возможностями и такие возможности надо внимательно выявлять и широко использовать.
Чтобы повысить эффективность конвергенции знаний при создании новой ТС, в идеале необходимо рассмотреть все знания о живой и неживой природе, имеющиеся в мире. Это непростая задача, и осмыслить ее довольно сложно. Но если это удастся, тогда количество вариантов новой ТС будет максимальным. Дважды нобелевский лауреат Лайнус Карл Полинг как-то сказал: «Лучший способ придумать одну хорошую идею – иметь много идей». Этот подход разделяет и видный американский ученый Перси Хилл. Согласно ему на всех (кроме регламентированных) стадиях создания нового товара (ТС) и его коммерциализации (использования), начиная с формирования актуальной потребности, необходима генерация не менее 60 принципиально разных вариантов идей с оптимальными количественными параметрами свойств, а затем выбор (с помощью известных методов и средств принятия решений) лучшей из них, которая с большой вероятностью и будет конкурентоспособной[48 - Hill P. The Science of Engineering Design. Holt, Rinehart & Winston, 1968 (Хилл П. Наука и искусство проектирования: Методы проектирования, научное обоснование решений / Пер. с англ. Е. Г. Коваленко, под ред. и с предисл. В. Ф. Венды. М.: Мир, 1973)].
Рисунок 36. Примеры перистальтических ТС: а – тюбик с пастой; б – насос
Понимание высокой важности объединения знаний о живой и неживой природе для активного вовлечения всех имеющихся знаний в хозяйственный оборот, в том числе для конвергенции знаний в научно-техническом творчестве, привело к тому, что ученые в опросе, проведенном журналом New Scientist в 2005 году, в горячей десятке величайших идей человечества на четвертое место поставили идею создания науки обо всем – метазнаний, или меганауки (megascience). При этом теория относительности Альберта Эйнштейна оказалась лишь на седьмом месте[49 - The world’s 10 biggest ideas [Электронный ресурс] // New Scientist [сайт]. 2005. URL: https://www.newscientist.com/article/mg18725171—300-the-worlds-10-biggest-ideas/].
Между тем в мире усиливаются процессы дифференциации наук и знаний. Уже давно в университетах не готовят «общих» физиков, химиков, биологов, экономистов, а готовят в конечном счете узких специалистов, например: «оптиков», «механиков», «ядерщиков» и др. Несколько десятков самостоятельных наук выделились из химии, биологии, экономики и других. С другой стороны, много дисциплин интегрировалось в одну общую науку. Например, возникли химическая физика, физическая химия, биохимия и др. Все это, безусловно, осложняет объединение знаний.
В России процессом создания меганауки занимается Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», где активно развивается научное направление, связанное с конвергенцией нанонауки, бионауки, инфонауки, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий (НБИКС). Надо при этом осознавать, что в конечном счете в меганауку должны быть объединены все науки и отрасли знаний.
Однако задолго до опроса, проведенного журналом New Scientist, советские методологи творчества акцентировали внимание на ключевой роли метазнаний (меганауки) в понятии базального (основополагающего) принципа эвристики, сущность которого заключается в том, что для разрешения конкретной проблемы необходимо выйти за пределы знаний о ней (и даже раздела науки) в область метазнаний или меганауки и с привнесенной информацией вернуться к решаемой проблеме. Фактически это и есть конвергенция знаний. Понятно, что узкая специализация ученых и инженеров, а самое главное – разнесенные по разделам наук информационные ресурсы препятствуют реализации базального принципа эвристики, поэтому для разрешения проблемной ситуации у химика будут чаще всего преобладать химические методы, у механика – механические способы и тому подобное, хотя более эффективное решение может быть получено на основе знаний из другой области (или других областей). Схема, поясняющая базальный принцип эвристики, показана на рис. 37.
Из-за низкой эффективности конвергенции знаний в России малоэффективна и конверсия (полный или частичный перевод предприятий оборонной промышленности на производство гражданской продукции и товаров народного потребления). Наиболее одиозный пример неэффективной конверсии: военный завод, выпускавший наукоемкую продукцию, переходил на выпуск сковородок, кастрюль, лопат.
Рисунок 37. Схема, поясняющая базальный принцип эвристики
Пока недостаточно способствуют конвергенции знаний и современные информационно-коммуникационные системы, манипулирующие описаниями ТС разных отраслей экономики, в которых, например, функционально одинаковые транспортные ТС могут называться по-разному: «транспортер», «конвейер», «питатель», «податчик» и др. Из-за объектной индексации описаний ТС компьютер найдет только те аналоги, названия которых заданы в поисковом запросе пользователем. При этом, возможно, самые эффективные технические решения, описания которых можно было бы с большой эффективностью использовать при создании новой транспортной ТС, не будут найдены.
Выход – в индексации описаний каждой ТС множеством функций (полезных, вредных, нейтральных), а также обобщающих функций (см. 6.2.5.1), объединяющих функции ТС разных отраслей экономики. Тогда по названию любой (даже вредной функции) можно обеспечить поиск аналогов ТС любой отрасли экономики, имеющихся в электронных ресурсах, независимо от названия аналогов.
В целом методология создания метазнаний (меганауки) и конвергенции знаний пока еще недостаточно разработана, а сам этот процесс создания (с учетом постоянного появления новых знаний) бесконечен. Оригинальный подход в объединении и использовании знаний о функциональных структурах и принципах действия ТС разных отраслей экономики, основанных на знаниях обо всех разделах физики, химии, биологии, экономики, разрабатывается под моим руководством. Результаты представлены в главе 6.
2.3.2. Репродуктивные и продуктивные знания
Недостаточная эффективность при поиске аналогов ТС в различных источниках информации – не единственное, что уменьшает эффективность конвергенции знаний и научно-технического творчества в целом. Дополнительный фактор, ведущий к снижению эффективности научно-технического творчества, – недостаточная эвристичность описаний (потенция знания к росту) аналогов ТС и других сопутствующих им знаний, которые в большинстве случаев представлены в виде репродуктивных описаний, отражающих в основном фактическое состояние аналогов ТС (с различной конкретностью и способами отображения – текстами, таблицами, графикой, анимациями и др.). Такие описания могут быть успешно использованы как справочные пособия – для обучения, репродуцирования (воспроизведения, изготовления) по образцу и/или инструкции, но из-за низкой эвристичности крайне редко являются подсказкой для генерации актуальных новых знаний, ведущих к созданию новых ТС.
Такими возможностями обладают продуктивные знания, скрытые:
1) в ТС; 2) в живой и неживой природе; 3) в систематизированных, ранжированных и отобранных по определенному критерию репродуктивных знаниях. Разумеется, должны быть и методики использования продуктивных знаний. Тогда эти знания превращаются в эвристики (от греч. ????????? – отыскиваю, нахожу, открываю): принципы, законы и закономерности развития ТС, стратегии, тактики, методы, приемы. Продуктивные знания можно (нужно) выявлять разными способами[50 - Попов В. В. Научно-техническое творчество, основанное на использовании эвристик [Электронный ресурс] // Юные техники и изобретатели: [сайт]. 2016. URL: http://юные-техники.рф/nauchno-tehnicheskoe-tvorchestvo-osnovannoe-na-ispolzovanii-evristik].
В первом случае продуктивные знания (и сформированные на их основе эвристики) возникают при создании новой ТС. Именно эвристики и приводят разработчика к новому ТР, обладающему потенциально лучшими по сравнению с предшествующей ТС характеристиками. Очень часто такие эвристики не осмыслены разработчиком и, соответственно, не описаны, хотя их ценность иногда превышает ценность ТС, разработанных на основе таких эвристик (см. мудрые высказывания К. А. Гельвеция, Г. В. Лейбница, Л. Д. Ландау по этому вопросу в предисловии). Например, вряд ли создатель алебарды (древкового холодного оружия с комбинированным наконечником из копейного острия и боевого топора – рис. 38) сформулировал эвристику – реализацию устойчивой потребности «обеспечивать многофункциональность», которая является методической основой создания алебарды из аналогов (копья и топора).
Рисунок 38. Один из первых примеров реализации многофункциональности: а – копье; б – боевой топор;
в – алебарда
Эту эвристику много лет спустя сформулировал другой человек, она в настоящее время широко используется в мире. Например, в швейцарском складном ноже Wenger Giant встроено 87 инструментов и реализована 141 функция (рис. 39).
Рисунок 39. Швейцарский нож-рекордсмен
В целом в первом случае продуктивные знания выявляются при проведении функционально-физического (химического, биологического) анализа и синтеза ТС (ФФА), заключающегося в многоаспектном сравнении последней ТС с предшествующей ТС (аналогом) и формулировании эвристик, за счет которых и были получены новые свойства или новые параметры свойств в последней ТС (рис. 40). Попутно выявляются продуктивные знания, направленные на дальнейшее развитие последней ТС.
Важно отметить, что ФФА может проводиться и без разработчиков последней ТС и ее предшествующих аналогов. Методика проведения ФФА изложена в приложении 2.
Рисунок 40. Выявление и формирование продуктивных знаний при проведении функционально-физического (химического, биологического) анализа ТС
Во втором случае продуктивные знания выявляют в объектах живой и неживой природы, рассматриваемых как потенциальные аналоги разрабатываемых ТС, на основе аналогий между ними. При этом аналогии описывают в виде потребностей, функций, свойств, функциональных структур, принципов действия и даже технических решений и используют эти описания для переноса знаний об аналогах на разрабатываемую ТС. Подробнее об умозаключениях по аналогии (метод аналогий) говорится в разделе 5.1.4.
Формирование продуктивных знаний из объектов живой или неживой природы может осуществляться при отдельном анализе объектов (рис. 41) или в рамках ФФА.
В третьем случае продуктивные знания выявляют при накоплении, систематизации, ранжировании и отборе по определенному критерию репродуктивных знаний, что приводит к появлению эвристических возможностей, способствующих генерации новых знаний. Фактически возникают продуктивные знания. Например, по отдельности описания химических элементов – репродуктивные знания, но их накопление, систематизация (по группам и периодам) и ранжирование элементов (по их атомным массам) привели Д. И. Менделеева к формулированию в 1869 году периодического закона (эвристики), логичность которого позволила прогнозировать открытие новых (отсутствующих в периодической таблице) элементов.
Рисунок 41. Выявление продуктивных знаний из описаний объектов живой и неживой природы в виде аналогий и аналогов ТС
Кроме того, ранжируя репродуктивные знания, можно выявить наиболее востребованные, использование которых при разработке новых ТС с большой вероятностью может привести к существенному улучшению потребительских свойств создаваемых ТС. Например, при ранжировании многих тысяч человеческих потребностей по частоте их проявления (возникновения) мною была сформирована группа наиболее актуальных потребностей, названная устойчивыми потребностями человека. Перечень их и рекомендации по использованию при создании новых ТС представлены в разделе 6.2.2.
Исключительно за счет ранжирования репродуктивных глаголов и прилагательных, характеризующих функции и свойства ТС, мною были сформированы перечни «хороших» и «плохих» глаголов и прилагательных, обладающих возможностями продуктивных знаний (представлены в разделах 6.2.8 и 6.2.9).
