Как изобретатели придумывают новые технологии, какие приемы помогают им искать нестандартные идеи и почему сложно мыслить не по шаблону?
На Science Bar Hopping директор по науке в компании «Газпром нефть» Марс Хасанов рассказал о теории решения изобретательских задач, которая помогает креативно мыслить. «Бумага» публикует главное из лекции.
Science Bar Hopping — бесплатный научный фестиваль, который проводят «Бумага» и Фонд инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО). Инновационный партнер — «Газпром нефть».
Теорию решения изобретательских задач создал советский изобретатель Генрих Альтшуллер. Сейчас ее используют многие инженеры
— Генрих Саулович Альтшуллер жил в Баку. В свое время он сидел в сталинских лагерях. Когда Альтшуллер придумал теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ), то якобы сказал в компании, что это открытие более значимо, чем теории Карла Маркса и Фридриха Энгельса. За это его посадили (Альтшуллера арестовали вместе с его соавтором, изобретателем Рафаэлем Шапиро в 1950 году, а реабилитировали в 1954-м, — прим. «Бумаги»). Тем не менее Альтшуллер оставил после себя огромное количество учеников, которые затем распространились по всему миру. Сейчас теория решения изобретательских задач используется во многих инженерных фирмах — например, в Ford.
Теория решения изобретательских задач стремительно усложняется и обрастает стандартами. Многочисленные авторы придумывают новые законы и модели. Сейчас выпущено огромное количество книг.
Часто найти наиболее удачное решение мешает психологическая инерция
— Генрих Саулович выделял пять уровней изобретений. И считал, что цель его теории — показать возможности для достижения максимального, пятого уровня.
Если объяснять на примере указки, первый уровень изобретения — это когда вы просто находите палку и понимаете: с ее помощью можно указывать. Второй — когда вы путем обработки получаете из нее более удобный инструмент. Третий — вы изменяете саму формулировку задачи: например, делаете телескопическую указку. Четвертый уровень — это изменение самой задачи. Вы не хотите, чтобы этот предмет был ограничен расстоянием — и придумываете лазерную указку. Ну и, наконец, переход к совершенно новому классу задач — это виртуальные указатели: в современных картах вы можете указать на любую точку.
Часто решения остаются на первом-втором уровне, а до третьего, четвертого и пятого изобретатели доходят редко. Почему? Потому что есть психологическая инерция. Предположим, вам нужно найти какое-то решение. Вы двигаетесь в этом направлении методом проб и ошибок, находите первое [подходящее решение и останавливаетесь]. А лучшее решение может быть на четвертом уровне. Чтобы до него дойти, у вас должна быть либо воля, либо алгоритмы, которые с самого начала ломают вектор психологической инерции.
Первые автомобили, напоминавшие кареты, и пароходы с веслами — примеры психологической инерции изобретателей
— Причины психологической инерции могут быть самыми разными. Взять привычный термин — «ледокол». В самом названии уже говорится, что принцип перемещения по морю, покрытому льдом, у вас может быть только один: кромсать лед. И когда вы говорите «ледокол», то забываете о том, что лед можно еще и резать, взрывать, пилить, греть. Можно двигаться подо льдом или надо льдом.
Первые паровые автомобили удивительно напоминают конные кареты. Что мешало людям с самого начала придумать что-то похожее на современный автомобиль? Психологическая инерция. Или первый пароход конструкции Джона Фитча: там движителем были весла (паровой двигатель приводил в движение весла, благодаря чему судно перемещалось — прим. «Бумаги»). Винт придумали потом.
Законы ТРИЗ помогают искать нестандартные решения. Среди таких техник — переход к подсистемам и разрыв шаблона
— Всегда есть люди, которые приходят к правильному решению [задачи] интуитивно. Но Альтшуллер хотел, чтобы с большой вероятностью прийти к нему могли все. Для этого он и придумал свои законы. Первый: всегда нужно начинать с ресурсного анализа. Второй: если решить задачу не получается, то надо попытаться уйти в подсистему или надсистему. Например, если взять дерево, то подсистема — это корни, листья, ствол, клетки. Надсистема — группа деревьев или целый лес.
Допустим, у нас есть фигура, состоящая из пяти квадратов, которые сложены из 16 спичек. Нужно переложить две спички так, чтобы получить шесть квадратов. Сделаем ресурсный анализ: чтобы было пять квадратов с четырьмя сторонами, нужно 20 спичек, — но у нас их всего 16, потому что есть общие стороны. Чтобы построить шесть квадратов, нужно восемь общих спичек — здесь это невозможно. Ресурсный анализ показал, что таким способом мышления мы ничего не добьемся. Перейдем в надструктуры. Надструктура — большой квадрат, [состоящий из нескольких маленьких]. И отсюда получается правильное решение.
Еще один прием, который мы применили, — разрыв шаблона. Он создается рисунком: кажется, что спички должны лежать только так, но можно их выложить и другим образом. Часто сама жизнь заставляет нас думать по шаблону.
Другой пример задачи: сказать все слова, которые вы знаете. Когда человек начинает говорить, на 20–30 словах замолкает. Эту задачу можно упростить, если использовать такую технику: вы должны подумать про какой-то предмет, например про кошку, и называть все слова, связанные с ней. А потом про стол, про своего друга и так далее. Фокусируясь на чем-то, вы легко перебираете слова, и вам ничего не мешает.
В поиске новых идей помогают мысленные эксперименты. Например, можно взять существующее изобретение и неограниченно изменять его размер или стоимость
— Теория решения изобретательских задач помогает нам преодолеть психологическую инерцию. Один из способов — параметрический оператор. Это серия мысленных экспериментов, с помощью которых вы изменяете что-то в рассматриваемой системе: например, время, стоимость. Возьмем привычный нам инструмент для борьбы с пылью — пылесос. Применим к нему оператор РВС (размер, время, стоимость). Предположим, мы будем увеличивать пылесос до тех пор, пока он не станет размером с комнату — тогда у вас может возникнуть мысль сделать весь пол пылесосом.
Как можно уменьшить стоимость? Самый крутой способ — это совмещение функций. Например, можно сделать пылесборник и увлажнитель в одном [устройстве], с одним двигателем.
Чтобы найти лучшее решение, нужно стремиться к идеальному результату
— Согласно теории решения изобретательских задач, мы должны искать идеальный конечный результат. Если мы нацелимся на это, то, возможно, достигнем хотя бы третьего уровня изобретений. Если нет — дойдем только до первого или второго.
Идеальный конечный результат — это абстрактная формулировка, которая подразумевает достижение максимального результата, желательно — минимальными усилиями. Например, непотопляемая лодка, одежда без пуговиц, самовосстанавливающиеся материалы: характерные признаки идеального конечного результата — это то, что системы нет, а функция выполняется. Идеально, когда ресурсы выполняются сами собой. Когда вы улучшаете что-то, но при этом система упрощается.
Перед тем как решать задачу, нужно ее четко сформулировать — и найти противоречие
— Нужно отличать изобретательскую ситуацию от изобретательской задачи. Изобретательская ситуация — это когда у вас произошло что-то нехорошее: например, снег выпал, — а убрать не можем. Изобретательская ситуация хорошо видна, но она не содержит указаний, как решить проблему. А в изобретательской задаче уже заложена половина решения. Чтобы ее сформулировать, нужно сделать тщательный анализ изобретательской ситуации и обязательно докопаться до противоречия, которое нужно снять.
Например, нам нужна грелка, — но она обжигает тело. Чтобы поставить задачу, мы должны найти противоречие. Почему грелка обжигает? От нее идет больше тепла, чем уходит внутрь тела. Самым простым будет решение ограничить поток [тепла] от грелки. Поток пропорционален коэффициенту теплопроводности и площади контакта. Сделать грелку маленькой площади мы не можем, потому что нам надо согреть большую область. Тогда должен появиться какой-то элемент X, который одновременно имеет большую и маленькую площадь. Например, можно сделать нижнюю поверхность грелки ребристой — тогда площадь касания будет маленькая. Второй способ: изменить коэффициент теплопроводности. Например, обмотать грелку полотенцем.
Противоречие — это, как правило, функции, которые конфликтуют друг с другом. Поэтому должна быть правильно сформулирована функция. «Грелка греет» — это не истинная функция грелки. На самом деле она повышает температуру кожного покрова. Только после технически содержательного формулирования функции вы можете начать решать задачу.
Во всякой изобретательской ситуации можно найти несколько технических противоречий и со всеми ними работать. Предположим, у нас маленькая вместимость автобусов. Автобусов не хватает. Здесь может возникнуть много технических противоречий. Первое: мы предлагаем увеличить число автобусов. Какая появляется проблема? Пробки. Можно увеличить размер автобуса. Но при этом маневренность автобуса падает. ТРИЗ позволяет нам принять решение, которое разрешает это противоречие. Например, двухэтажные автобусы.
Чтобы не останавливаться на одном решении, нужно мыслить системно
— Часто [при решении изобретательской задачи] вводится представление об элементе X. Он весит много, но при этом мало, греет, но в то же время охлаждает. Вначале вы не знаете, что это за элемент, но путем анализа потихоньку догадываетесь, откуда он может взяться, какая его структура. А помогает здесь вам, как правило, так называемый информационный фонд ТРИЗ. Там прописаны физические эффекты, свойства материалов, фазовые переходы, сверхкритические состояния. Когда вы ставите перед собой эту задачу, можете просто открыть книгу, где описаны эти законы, ранее сделанные изобретения, и пройтись по ним.
Такие вещи позволяют человеку обозреть всё пространство, а не двигаться в направлении психологической инерции. Мы должны обладать системным мышлением. А это подразумевает не двигаться в одном направлении, а осмотреть сначала всё.
Специализация принесла большую пользу, потому что резко продвинула развитие экономики и промышленности, но она уже начала мешать. И Альтшуллер это почувствовал и предложил способы [развить креативность]. Можно просто быть креативным, а можно еще и научиться техникам.
