Методология креативного решения проблем

В результате освоения данной главы студент должен:

знать

• • методы исследования творческого процесса;
• • теорию решения изобретательских задач;
• • принципы и алгоритм решения инновационных задач;
• • основы синергетики — науки о междисциплинарной коммуникации;

уметь

• • применять в научных исследованиях метод креативного решения проблем;
• • использовать на практике теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ);
• • проводить учебные занятия со студентами на высоком научном и педагогическом уровне;

владеть

• • приемами исследования творческого процесса;
• • навыками решения инновационных задач;
• • навыками междисциплинарной коммуникации в научно-исследовательской работе (НИР);
• • навыками проведения НИР.

Методы креативного решения проблем

Объективная потребность практики вызывает необходимость решения творческих задач, с которыми ежедневно сталкиваются работники всех уровней. Помимо задач, связанных напрямую с творчеством, большинство специалистов вынуждены искать нестандартные подходы к решению традиционных, кажущихся нетворческими проблем. В связи с этим особый интерес приобретает вопрос о методах подобного решения.

Практически все авторы, изучавшие вопросы творчества и изобретательства, говорят о том, что большинство изобретений было сделано в результате использования метода проб и ошибок — практически простым перебором вариантов. Этот метод может иметь некоторые преимущества — в частности, появление побочных результатов поиска. Однако общая неэффективность такого метода очевидна. Разумеется, по прошествии времени он эволюционировал и стал более продвинутым. Так, например, Г. Альтшулер указывает на основные тенденции в развитии данного метода [1]:

• — увеличение степени фильтрации. В связи с общим увеличением объема знаний и информации в доступе изобретатели могут фильтровать идеи, возникающие в процессе поиска решения. С одной стороны, это помогает отбросить наиболее дикие варианты решения проблемы, что экономит время поиска для наиболее простых задач. С другой стороны, когда необходимо найти действительно нестандартное решение, оно может находиться именно в отброшенных вариантах;
• — замена вещественных экспериментов мысленными. Это позволяет экономить время на оценку вариантов и прорабатывать большее их количество;
• — увеличение количества работников, занятых одной и той же проблемой. Это также экономит время исследователя, по одновременно увеличивает затраты на содержание группы исследователей, а главное — принципиально не меняет процесса поиска решения.

Таким образом, с учетом развития технологий, возрастания значимости исследований и роли изобретательства основными методами являются те или иные модификации метода проб и ошибок. В ряде случаев его применение является невыгодным, в том числе и экономически.

Попытки найти универсальный метод творческого решения проблемы ведутся давно. Первые исследования творческого процесса проводились еще в античности. Например, Архимед говорил о возможности получения идей на основе построения механических моделей и экспериментирования с ними, что должно было способствовать выдвижению гипотез и предположений, которые после этого должны подвергаться обязательной математической проверке и обоснованию.

Квинтилиан, римский теоретик ораторского искусства, ввел схему семи вопросов, позволяющую уточнить любую задачу (рис. 6.1). Сочетая эти вопросы, исследователь мог более точно определить проблему, стоявшую перед ним, и перейти к детальному поиску решений. Отчасти этот метод напоминает метод морфологического анализа, о котором будет сказано позднее.

Г. Штайнбарт считал, что каждое изобретение создается на базе известного, существующего путем сопоставления известных данных, предметов, идей методами их разделения, объединения и комбинирования. Б. Больцано выделял несколько правил изобретательского творчества. Первым правилом Больцано считал определение цели и отсечение непродуктивных направлений поисков. Далее выясняются основной вопрос, задачи, анализируется известное знание и определяются выводы из этого знания. Затем выдвигаются гипотезы и делаются попытки решить задачу разными методами. Предусматривается критическая проверка собственных и чужих суждений, производится отбор наиболее ценных суждений. В качестве специальных правил изобретательства Больцано рассматривал нахождение дополнительных задач, поиск аналогов, выявление и оценку реальности представлений, появившихся в подсознании, а также логические приемы мышления.

Рис. 6.1. Схема семи вопросов Квинтилиана.

Г. Лейбниц разработал собственную методику изобретательства (Ars inveniendi), представлявшую собой методику комбинирования (Ars combinatoria). Его последователь, X. Вольф, рассматривал основы методики изобретательства как непрерывно развивающееся знание, соединение изобретательской методики с опорными знаниями.

Далее, начиная с XVIII в., все больший спрос стал предъявляться к инструментальным, более прикладным методам изобретательства. Тем не менее такие методы синтезировать не удалось. В это время многие исследователи данной проблемы отмечали важность всестороннего анализа проблемы для ее решения (Гельмгольц), говорили о роли воображения (Рибо) и комбинации существующих идей как способов решения творческих задач.

В начале XX в. поиски методов решения творческих проблем как бы сужаются, а сами теоретические методы становятся конкретнее. Их уже можно отобразить в виде схем, показывающих определенные фазы творческого процесса.

Схема Уильяма Джеймса имеет следующий вид.

• 1. Определение конкретного факта 5.
• 2. Выяснение, является ли это S некоторым Р или каким образом из 5 можно получить Р.
• 3. Поиск в бесконечном множестве аспектов S особого свойства М, которое приводит к желаемому Р.

Схема «тотального синтеза» Петера Беренса выглядит следующим образом.

• 1. Формирование общей концепции объекта.
• 2. Определение основных компонентов объекта.
• 3. Поиск основных способов выполнения каждого компонента.
• 4. Синтез всевозможных сочетаний.

П. Энгельмейер в своей книге «Теория творчества» писал: «Взглянув на созидаемое изобретение как на развивающийся организм, мы себя спросим: нет ли в этом эмбриологическом процессе таких стадий, которые повторялись бы во всех изобретениях, независимо от внешних обстоятельств и форм самого процесса?» .

Свою схему Энгельмейер называл «трехактной» .

Первый акт: интуиции и желания. Происхождение замысла. Появление идеи, гипотезы, принципа изобретения, цели того, над чем следует работать.

Второй акт: знания и рассуждения. Выработка плана работы. Ставятся мысленные опыты, проводятся эксперименты и логический анализ, определяется новизна.

Третий акт: умения. Конструкционное выполнение изобретения. Решение задач применения, эксплуатации.

Схема Д. Дьюи состоит из следующих этапов.

• 1. Столкновение с трудностью, попытки вскрыть элементы и связи, приводящие к противоречию.
• 2. Ограничение зоны поиска (локализация проблемы).
• 3. Возникновение возможного решения: движение мысли от того, что дано, к тому, что отсутствует; образование идеи, гипотезы.
• 4. Рациональная обработка одной идеи, логическое развитие основного положения.

Схема Г. Уолласа включает следующие этапы.

• 1. Подготовка.
• 2. Созревание (инкубация).
• 3. Вдохновение (озарение).
• 4. Проверка.

Обобщая, все известные методы и теории можно разделить на три группы.

Первая группа описывает творчество как исключительно интуитивный процесс, охватывает внешние проявления этого процесса (Энгельмейер, Уоллес, Рибо, а ранее — Пристли, Гельмгольц, Пуанкаре и др., в целом — большинство авторов).

Вторая группа существенно опирается на логический подход, включающий построение обобщенного образа объекта и систематическое выявление всех возможных вариантов его построения (Беренс, а ранее Штайнбарт и многие приверженцы комбинаторики во главе с великим Лейбницем).

В третьей группе основное — разобраться в сути проблемы, выявить элементы и свойства, приводящие к противоречию, поиск способов снять это противоречие (Дыои, Джеймс, а ранее — Больцано, Гете, Лейбниц, Декарт и другие весьма авторитетные исследователи). Именно третье направление оставалось неразвитым дольше других.

В середине XX в. появилось несколько методов, которые в том или ином виде применяются для решения творческих задач и сегодня. Отметим основные из них.

• 1. Метод фокального объекта (MFO) в современном виде был сформулирован в 20-х гг. XX в. Ф. Кунце, а в 1950;х гг. был усовершенствован Ч. Вайтингом. Суть MFO состоит в том, что усовершенствуемый объект как бы устанавливается в «фокусе», в котором концентрируется внимание, после чего этот объект сопоставляется с любыми другими, случайно выбираемыми из реального мира. Соединение свойств двух объектов — фокального и случайно выбранного — может приводить к оригинальным идеям для изменения фокального объекта. Очевидными плюсами данного метода являются стимулирование творческого мышления, а также получение абсолютно нового взгляда на проблему. Вместе с тем, используя MFO, до конца нельзя быть уверенным, что решение проблемы вообще лежит в той плоскости, где работает исследователь. Кроме того, метод чрезмерно подвержен влиянию случайностей.
• 2. Брейнсторминг (BS) («мозговой штурм»), предложенный в 1940;х гг. бывшим морским офицером А. Осборном, получил чрезвычайно большое распространение. Следующие особенности отличают этот метод от MFO: предварительный анализ ситуации с помощью списка контрольных вопросов; наличие двух фаз работы — генерация идей и критика идей.
• 3. Синектика (SYN) была разработана У. Гордоном. Этот метод, как и «мозговой штурм», ориентирован на командную реализацию и мало приспособлен для индивидуального применения. Более подробно этот метод, его преимущества и недостатки будут рассмотрены в гл. 7.
• 4. Метод морфологического анализа (ММА) Ф. Цвики. Этот метод остается весьма полезным и популярным для поиска границ системных решений и для систематического анализа возможных (перспективных) направлений решения проблем. В основе метода лежит составление морфологической матрицы, где по горизонтали откладываются возможные значения варьируемых параметров, а по вертикали — сами параметры. Например, для поиска оптимального внешнего вида продукта в качестве рассматриваемых параметров мы берем его основные свойства (материал, форму, вес) и анализируем разные сочетания значений данных параметров. Несмотря на то что метод существенно позволяет облегчить процесс поиска нестандартных решений, он, во-первых, слабо применим при дальнейшем усложнении решаемой проблемы, а во-вторых, принципиально не решает технические противоречия, заложенные в данную проблему.

Важно заметить, что центр тяжести методов все больше смещается в сторону усиления логической составляющей, в сторону увеличения направленности поиска решений.

• 1. Латеральное мышление (LT) психолога и педагога Эдварда де Боно представляет собой подробно разработанную стратегию всестороннего развития творческих способностей личности. Методы поиска идей в LT стимулируют стратегическую интуицию, умение увидеть решение в целом, предусматривают рациональный тактический анализ вариантов, многоаспектное рассмотрение возможностей при решении проблем. Работы де Боно намного расширяют понимание возможностей интуитивного поиска идей по сравнению, например, с «мозговым штурмом». Однако для LT остаются справедливыми ограничения, отмеченные для BS.
• 2. Нейролингвистическое программирование (NLP) можно рассматривать как наиболее глубокую психофизиологическую стимуляцию творческих способностей личности. При тренинге с профессиональным психологом-педагогом возможно освоение техник вхождения в состояния повышенной концентрации памяти и внимания (в частности, помогает обучиться скорочтению и освоению иностранных языков), более свободного ассоциативного мышления и визуализации (метод Mind Mapping), актуализации собственного опыта успешного решения проблем, артистического вхождения в образ других личностей, например художников или изобретателей. NLP не свободно от ограничений, свойственных SYN.

Подводя итоги обзору основных теорий решения творческих задач, можно сказать, что ни одна из них не могла служить цели универсального решения проблем. Почти все они или максимально упрощали задачу перебора вариантов, или в общем ставили своей целью улучшение творческих способностей изобретателя. Вместе с тем необходимо было создание универсальной теории или алгоритма, которые бы позволили системно подойти к решению творческих задач. Попыткой создания данной теории является разработка алгоритма и теории решения изобретательских задач (АРИЗ и ТРИЗ), у истоков которых стоял Г. С. Альтшуллер.

При рассмотрении истории развития ТРИЗ можно выделить следующие этапы.

• 1. До 1985 г. — развитие классической ТРИЗ, основные идеи которой имеют концептуальный характер (плюс, конечно, и инструментальный) и публикуются Альтшуллером и специалистам и ТРИЗ-ассоциации.
• 2. После 1985 г. — развитие постклассической ТРИЗ, основные идеи которой имеют характер «развертывания» теории (т.е. детализации, частичной формализации, уточнения и особенно накопления фонда примеров) и соединения с другими методами, особенно с методами функционально-стоимостного анализа.

Структурно классическую ТРИЗ можно представить схемой (рис. 6.2).

АРИЗ и вся ТРИЗ основаны на трех принципах:

• 1) по четкой программе, шаг за шагом, ведется обработка задачи, выявляются и исследуются физико-технические противоречия, делающие задачу проблемой;
• 2) для преодоления противоречий используется сконцентрированная информация, вобравшая опыт нескольких поколений изобретателей (таблицы типовых моделей решения задач — приемы и стандарты, таблицы применения физических эффектов и т. д.);
• 3) на протяжении всего хода решения идет управление психологическими факторами: АРИЗ направляет мысль изобретателя, гасит психологическую инерцию, настраивает на восприятие необычных, смелых идей.

В виде ТРИЗ впервые в истории созидающего человечества появились теория, методы и модели для систематического исследования и разрешения сложных технико-технологических проблем, содержащих острое физико-техническое противоречие и принципиально не решаемых традиционными методами конструирования. ТРИЗ организует мышление человека так, как будто в его распоряжении имеется опыт всех или очень многих талантливых изобретателей.

В 1956 г. Г. Альтшуллер обозначил проблему создания теории изобретательского творчества и предлагает следующие основные идеи для ее развития.

• 1. Ключ к решению проблем — выявление и устранение системного противоречия.
• 2. Тактика и методы решения проблем (приемы) могут быть выявлены на основе анализа сильных изобретений. Для этого в распоряжении исследователей были материалы Патентного фонда, опыт зарегистрированных и описанных изобретений отечественных и зарубежных ученых.

Рис. 6.2. Схема классической ТРИЗ.

3. Стратегия решения проблем должна опираться на закономерности развития технических систем.

К 1961 г. идея о возможности выявления изобретательских приемов полностью подтвердилась в виде следующих открытий:

• 1) изобретательских задач — бесчисленное множество, а типов системных противоречий сравнительно немного;
• 2) существуют типичные системные противоречия и существуют типовые приемы их устранения.

Основой данного открытия стал анализ свыше 10 000 изобретений из Патентного фонда.

С появлением первой версии АРИЗ началось становление ТРИЗ. Автор ТРИЗ показывает различия между понятиями «прием», «метод» и «теория» следующим образом.

Прием — одинарная, элементарная операция. Прием может относиться к действиям человека, решающего задачу, например, «используй аналогию» .

Метод — система операций, обычно включающих приемы, предусматривающая определенный порядок их применения.

Теория — система многих методов и приемов, предусматривающая целенаправленное управление процессом решения задач на основе знания закономерностей (моделей) развития сложных технических и природных объектов.

Рассмотрим эволюцию процесса создания теории решения изобретательских задач.

Работа над АРИЗ была начата в 1946 г. Впрочем, самого понятия «АРИЗ» тогда еще не было. Проблема ставилась иначе: необходимо было изучить опыт изобретательского творчества и выявить характерные черты хороших решений, отличающие их от плохих. Выводы могут быть использованы при решении изобретательских задач.

В ходе данного исследования удалось обнаружить, что решение изобретательской задачи оказывается хорошим (и сильным), если оно преодолевает техническое противоречие (ТП), содержащееся в поставленной задаче, и наоборот, плохим, если ТП не выявлено или не преодолено.

Далее оказалось, что даже самые опытные изобретатели не понимают, не видят, что правильная тактика решения изобретательских задач должна состоять в том, чтобы шаг за шагом выявлять ТП, исследовать его причины и устранять их, тем самым устраняя и ТП. Столкнувшись с открытым, кричащим о себе ТП и увидев, что задачу удалось решить благодаря его устранению, изобретатели не делали никаких выводов на будущее, не меняли тактику и, взявшись за следующую задачу, могли потратить годы на перебор вариантов, даже не пытаясь сформулировать содержащееся в задаче противоречие. Тем самым это подтверждало случайный характер изобретательского процесса, а также отсутствие единого метода, способного научить изобретательству.

На втором этапе проблема была поставлена следующим образом: нужно было составить программу планомерного решения изобретательских задач, годную для всех изобретателей. Эта программа должна быть основана на пошаговом анализе задачи, чтобы выявлять, изучать и преодолевать технические противоречия. Программа не заменит знаний и способностей, но она предохранит от многих ошибок и даст хорошую тактику решения изобретательских задач. Таким образом, изобретатели смогут избежать тех ошибок, которые совершались ранее, и более эффективно использовать опыт своих предшественников.

Оказалось, что при решении задач высших уровней нужны знания, обязательно выходящие за пределы специальности, которую имеет изобретатель. Обнаружилось, что человек не умеет эффективно решать изобретательские задачи высших уровней. Поэтому ошибочны все методики, основанные только на стремлении активизировать «творческое мышление» .

Формула третьего этапа была такой: изобретения низших уровней вообще не стоит относить к творчеству. Изобретения высших уровней при этом не должны совершаться методом проб и ошибок, так как это неэффективно. Таким образом, нужно разработать новую технологию решения изобретательских задач, позволяющую планомерно решать задачи высших уровней. Эта технология должна основываться на знании объективных законов развития технических систем.

Как и на втором этапе, основным материалом для работы была патентная информация. Но ее изучение велось теперь не столько для выявления новых приемов и сведения их в таблицу устранения технических противоречий, сколько для исследования общих закономерностей развития технических систем. Тем самым в своих исследованиях автор двигался от поиска единичных удачных решений в сторону выработки систематического подхода.

Выяснилось, что изобретения — это форма развития технической системы. ТРИЗ должна исследовать изобретения с целью поиска системы решения изобретательских задач.

В результате исследования на этом этапе были сделаны следующие выводы.

1. Задачи могут отличаться по содержанию требуемых знаний. На первом уровне задача и средства ее решения лежат в пределах одной профессии (одного раздела отрасли). На втором уровне — в пределах одной отрасли (например, машиностроительная задача решается способом, уже известным в машиностроении, но в другой его отрасли). На третьем уровне — в пределах одной науки (например, механическая задача решается на основе законов механики).

На четвертом уровне — за пределами науки, в рамках которой возникла задача (например, механическая задача решается химически). На высших подуровнях пятого уровня решение находится вообще за пределами современной науки. Поэтому сначала нужно получить новые научные знания или сделать открытие, а потом применить их к решению изобретательской задачи.

2. Задачи могут отличаться по структуре взаимодействующих факторов. К числу этих факторов относят: число элементов взаимодействия, количество неизвестных факторов, уровень сложности анализа, срок выполнения задачи. Для сравнения проанализируем эти параметры для задач первого и четвертого уровней (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Параметры задач первого и четвертого уровня

• 3. Задачи могут отличаться по степени изменения объекта. В задачах первого уровня объект (устройство или способ) практически не изменяется, например, устанавливается новое значение одного параметра. На втором уровне объект незначительно изменяется, например, в деталях. На третьем уровне объект существенно изменяется (например, в важнейших частях), на четвертом — полностью меняется, а на пятом изменяется также и техническая система, в которую входит измененный объект.
• 4. Природа не выработала эвристических приемов высших порядков. На протяжении всей эволюции мозг человека приспособился лишь к решению задач, соответствующих примерно первому уровню.

Основной вывод, который был сделан из этих открытий, — необходим способ перевода изобретательских задач с высших уровней на низшие и превращения тем самым трудной задачи в легкую, например, с помощью быстрого сокращения поискового поля.

В фундамент классической ТРИЗ были положены следующие три практических открытия.

• 1. Все реальные проблемы могут быть сведены лишь к трем различным видам и представлены только тремя соответствующими структурными моделями: административная проблема, техническая проблема, физическая проблема. Технические и физические противоречия обладают наибольшей конструктивностью, так как непосредственно поддержаны ТРИ 3-инструментами для их разрешения. Административные модели либо решаются методами, не имеющими прямого отношения к ТРИЗ, либо требуют перевода к двум другим конструктивным моделям.
• 2. Все известные решения получены на основе применения трансформаций, относящихся всего лишь к четырем классам:
  • • прямые модели для разрешения физических противоречий;
  • • прямые модели для разрешения технических противоречий (специализированные трансформации, или «приемы»);
  • • рекомендации для изменения физико-технических моделей в виде взаимодействий «поле — вещество» (комплексные трансформации, или «стандарты»);
  • • рекомендации по реализации нужной функции на основе примеров стандартного или оригинального применения как известных, так и новейших физико-технических явлений (базовые трансформации, или эффекты).
• 3. На основе реинвентинга изобретений в ТРИЗ была установлена последовательность шагов для рационального исследования исходной проблемной ситуации, для построения модели проблемы и выбора подходящей модели трансформации, для проверки правильности предлагаемых решений. В чем же конкретно лежат затруднения, с которыми каждый специалист сталкивается в своей работе почти непрерывно? Чем различаются такие, казалось бы, одинаковые понятия, как «задача» и «проблема»? Главным признаком для определения задачи как проблемы является недостаточность или недостоверность информации о задаче или о методе ее решения. К особому признаку относится ограничение по какимлибо ресурсам, особенно часто — по ресурсу времени для решения задачи. Иногда даже простые задачи превращаются в серьезные проблемы при недостатке времени для их решения. Отличия между этими двумя терминами указаны на рис. 6.3. Ответы на эти вопросы могут немало прояснить также, в чем разница между творческим и рутинным, стандартным решением. Мы должны как минимум рассмотреть ситуацию с разных точек зрения, учесть возможности изменить ее, найти ресурсы для этого, часто спрятанные совсем рядом. Действительная проблема нередко заключается в том, что мы либо вообще не пытаемся найти не очевидные на первый взгляд ресурсы, либо, надо признать, не умеем это делать. В основе решения любой задачи лежат профессиональные знания. Это условие необходимое, но недостаточное.

Рис. 6.3. Отличия между проблемами и задачами.

Для того чтобы перевести проблему в ранг задачи, нужно как минимум удовлетворить условиям достаточности, а именно, иметь полную и достоверную информацию о проблемной ситуации, располагать достаточными ресурсами и знать методы, с помощью которых можно всю совокупность очевидных и скрытых ресурсов трансформировать в идею решения.

Ориентировочная оценка количества задач разного уровня сложности, встречающихся в патентном фонде, полученная еще Г. Альтшуллером, близка к известной пропорции «80: 20». Схематически эта разбивка выглядит как на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Соотношение степени сложности задач.

Менее 5% задач относятся к критически и экстремально сложным, но именно они представляют наибольший интерес для человека, занятого изобретательским трудом. Такие традиционные подходы, как, например, метод фокальных объектов, брейнсторминг, синектика и морфологический анализ, рекомендуют:

• • искать случайные ассоциации;
• • фантазировать;
• • почувствовать себя в роли объекта;
• • перебирать все возможные комбинации.

Эти методы в целом небесполезны и нередко могут привести к решениям некоторых стандартных проблем. Но с ростом сложности проблем эти методы быстро теряют свою эффективность. Строго говоря, они не способны стимулировать вдохновение. Следствием являются длительные и беспомощные поиски, большие материальные и интеллектуальные затраты, слабые и непригодные идеи, ошибочный отказ от достижения действительно перспективных целей.

Исследователю, работающему в области решения творческих задач, в том числе изобретательских, нужны высокоэффективные методы направленного мышления, конкретные конструктивные навигаторы для конкретных проблемных ситуаций. Подобные навигаторы как раз предоставляет теория изобретательских задач.

Несомненно, ТРИЗ не является универсальным источником решения задач, стоящим перед работником любой организации. Если ее применение для работников производственных подразделений зачастую оправдано и способно принести позитивные результаты, то в рамках административной работы ее методы зачастую не работают. Кроме того, теория и ее алгоритм имеют несколько объективных недостатков:

• 1) решение задачи нельзя «вычислить», т. е. процесс поиска не является полностью алгоритмическим, «математическим». Следовательно, во-первых, даже при использовании одинаковых алгоритмов у исследователей могут получаться разные варианты решения; во-вторых, задача, хоть и частично теряет, но сохраняет временную неопределенность;
• 2) если при решении какой-либо проблемы не хватает объективных знаний и необходимо проведение научных исследований, то это ограничивает возможности применения ТРИЗ.