Реферат: Методические указания к выполнению курсового проекта, курсовой работы, лабораторных работ Утверждены на заседании

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-

СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ


В.М. Радомский


Компьютерная технология технического творчества – информационное ядро метода проектов


Методические указания

к выполнению курсового проекта, курсовой работы, лабораторных работ


Утверждены на заседании

кафедры 28 августа 2006 г.


САМАРА 2006

Введение


Ме­тод про­ек­тов яв­ля­ет­ся со­став­ным зве­ном в ин­те­гра­тив­но - мо­дуль­ной тех­но­ло­гии обу­че­ния уча­щих­ся и сту­ден­тов на­уч­но-тех­ни­че­ско­му твор­че­ст­ву в сис­те­ме «шко­ла-вуз». Под ме­то­дом про­ек­тов по­ни­ма­ет­ся спо­соб ор­га­ни­за­ции по­зна­ва­тель­но-тру­до­вой дея­тель­но­сти обу­чае­мых с це­лью ре­ше­ния про­блем, свя­зан­ных с про­ек­ти­ро­ва­ни­ем, соз­да­ни­ем и из­го­тов­ле­ни­ем ре­аль­но­го объ­ек­та. Под «про­ек­ти­ро­ва­ни­ем» по­ни­ма­ет­ся ре­зуль­­тат оп­ре­де­лен­ной праг­ма­ти­че­ской дея­тель­но­сти че­ло­ве­ка, це­ле­на­­пра­вле­нной на удов­ле­тво­ре­ние тех или иных по­треб­но­стей за счет пре­об­ра­зо­ва­ния ли­бо ве­ще­ст­ва, ли­бо энер­гии, ли­бо ин­фор­ма­ции, пред­став­лен­ной и оформ­лен­ной раз­ра­бот­чи­ком (раз­ра­бот­чи­ка­ми) в ви­де опи­са­ния, ком­плек­та чер­те­жей, на­тур­ных ма­ке­тов или в уст­ной фор­ме. Важ­ная роль в этом ме­то­де от­во­дит­ся раз­ви­тию по­­зн­ав­ател­ьных на­вы­ков обу­чае­мых, уме­нию са­мо­стоя­тель­но кон­ст­руи­ро­вать свои зна­ния, уме­нию ори­ен­ти­ро­вать­ся в ин­фор­ма­ци­он­ном про­стран­ст­ве, ана­ли­зи­ро­вать по­лу­чен­ную ин­фор­ма­цию, са­мо­стоя­тель­но вы­­дв­игать ги­по­те­зы, при­ни­мать ре­ше­ния, раз­ви­тию кри­ти­че­ско­го мыш­ле­­ния, уме­нию ис­сле­до­ва­тель­ской, твор­че­ской дея­тель­но­сти.

Ме­тод проектов по­зво­ля­ет ак­тив­но раз­ви­вать у уча­щих­ся и сту­ден­тов твор­че­ские спо­соб­но­сти, ин­фор­ма­ци­он­ную и проектную куль­ту­ру, вы­ра­ба­ты­вать и за­кре­п­лять уме­ния, ана­ли­зи­ро­вать тех­но­ло­ги­че­ские, эко­но­ми­че­ские, эко­ло­ги­че­ские си­туа­ции и др.

Под ин­фор­ма­ци­он­ной куль­ту­рой лич­но­сти по­ни­ма­ет­ся ее спо­соб­ность и по­треб­ность ис­поль­зо­вать ин­фор­ма­ци­он­ные воз­мож­но­сти для по­ис­ка но­во­го зна­ния. У бу­ду­ще­го спе­циа­ли­ста долж­ны вы­ра­ба­ты­вать­ся зна­ния и уме­ния:

диф­фе­рен­циа­ции ин­фор­ма­ции;

вы­де­ле­ния зна­чи­мой ин­фор­ма­ции;

вы­ра­бот­ки кри­те­ри­ев оцен­ки ин­фор­ма­ции;

эф­фек­тив­но ис­поль­зо­вать ин­фор­ма­цию.

Ме­тод про­ек­тов уси­ли­ва­ет ин­те­рес уча­щих­ся к ре­ше­нию оп­ре­де­лен­ных про­блем, пред­по­ла­гаю­щих дос­та­точ­но сво­бод­ное вла­де­ние сум­мой зна­ний и че­рез про­ект­ную дея­тель­ность, пре­ду­смат­ри­ваю­щую ре­ше­ние од­ной или це­ло­го ря­да про­блем, в при­об­ре­те­нии на­вы­ков прак­ти­че­ско­го при­ме­­н­ения по­лу­чен­ных зна­ний. Ме­тод про­ек­тов обес­пе­чи­ва­ет пе­ре­ход от тео­рии к прак­ти­ке, со­еди­не­ние ака­де­ми­че­­ских и праг­ма­ти­че­ских зна­ний с со­блю­де­ни­ем их со­от­вет­ст­вую­ще­го ба­лан­са на ка­ж­дом эта­пе обу­че­ния, раз­ви­ва­ет про­ект­ное твор­че­ское мыш­ле­ние. Один из ав­то­ров кон­цеп­ции про­ект­но­го об­ра­зо­ва­ния Г. Л. Иль­ин ис­хо­дит из по­ня­тия про­ект­ной куль­ту­ры. Осо­бен­но­стью про­ект­ной куль­ту­ры по Г. Л. Иль­и­ну яв­ля­ет­ся стрем­ле­ние соз­дать что-то но­вое в ма­те­ри­аль­ной и ду­хов­ной сфе­рах.

Про­ект­ная куль­ту­ра как часть об­щей куль­ту­ры - куль­ту­ры со­зи­да­тель­ной и пре­об­ра­зую­щей дея­тель­но­сти - долж­на стать сти­лем мыш­ле­ния обу­чае­мых, а не­по­сред­ст­вен­ное их уча­стие в реа­ли­за­ции про­ек­тов под ру­ко­во­дством пре­по­да­ва­те­ля по­зво­лит сфор­ми­ро­вать у них це­ло­ст­ное пред­став­ле­ние о по­ни­ма­нии взаи­мо­свя­зи со­зи­да­тель­но­го тру­да и ро­ли че­ло­ве­ка в со­зи­да­нии. Про­ект­ное твор­че­ское мыш­ле­ние пред­став­ля­ет со­бой на­уч­ное мыш­ле­ние на ста­дии воз­ник­но­ве­ния и за­ро­ж­де­ния но­вых идей; на по­сле­дую­щей ста­дии от­бо­ра идей - вклю­ча­ет­ся кри­ти­че­ское мыш­ле­ние.


^ Этапы метода проектов

Ме­тод про­ек­тов по­вы­ша­ет функ­цио­наль­ную гра­мот­ность обу­чае­мых, что по­зво­ля­ет пре­об­ра­зо­вы­вать уме­ние обу­чае­мо­го, по­лу­чен­ные им зна­ния в кон­крет­ные тех­но­ло­гии, ин­тел­лек­ту­аль­ные про­дук­ты или ма­­т­ер­иал­ьные объ­ек­ты, обес­пе­чи­ваю­щие, в ко­неч­ном ито­ге, удов­­л­етв­ор­ение тех или иных по­треб­но­стей че­ло­ве­ка. Обу­чае­мый дол­жен знать ме­то­ды, раз­ви­ваю­щие твор­че­ское во­об­ра­же­ние, и вы­пол­нять про­ект по эта­пам:

1. По­ис­ко­во-ис­сле­до­ва­тель­ский:

изу­че­ние рын­ка, по­треб­но­стей поль­зо­ва­те­лей;

фор­му­ли­ров­ка те­мы, идеи, за­да­чи ис­сле­до­ва­ния;

па­тент­ные ис­сле­до­ва­ния, по­иск про­то­ти­па, ана­ло­гов.

2. Пла­ни­ро­ва­ние твор­че­ской про­ект­ной дея­тель­но­сти:

про­ве­де­ние функ­цио­наль­но-ре­сурс­но­го ана­ли­за, вы­яв­ле­ние «уз­ких» мест в про­ек­те;

ге­не­ри­ро­ва­ние твор­че­ских идей, на­прав­лен­ных на уст­ра­не­ние «уз­ких» мест;

мно­го­кри­те­ри­аль­ный вы­бор пер­спек­тив­ных идей;

соз­да­ние аван­про­ек­та из­де­лия (мор­фо­ло­ги­че­ский ана­лиз-син­тез);

по­иск «скры­тых» де­фек­тов, вне­се­ние из­ме­не­ний в про­ект;

оцен­ка кон­ку­рен­то­спо­соб­но­сти, пер­спек­тив­но­сти, ка­че­ст­ва, тех­ни­че­ско­го уров­ня раз­ра­бот­ки.

3. Тех­но­ло­ги­че­ский, свя­зан­ный с из­го­тов­ле­ни­ем кон­ст­рук­тор­ской и тех­но­ло­ги­че­ской до­ку­мен­та­ции. Пра­ви­ла оформ­ле­ния тех­но­ло­ги­че­с­ких до­ку­мен­тов рег­ла­мен­ти­ру­ют­ся со­от­вет­ст­вую­щи­ми стан­дар­та­ми. При оформ­ле­нии до­ку­мен­та­ции боль­шое ко­ли­че­ст­во вре­ме­ни ухо­дит на со­­ста­вл­ение чер­те­жей и тех­но­ло­ги­че­ских карт из­го­тов­ле­ния из­де­лия. Для об­лег­че­ния ра­бо­ты уча­щи­ми­ся мо­гут быть ис­поль­зо­ва­ны мат­ри­цы тех­но­ло­ги­­ч­еских карт, ко­то­рые со­сто­ят из блан­ков тех­но­ло­ги­че­ско­го про­цес­са и кар­то­чек со­дер­жа­ния пе­ре­хо­да, гра­фи­че­ско­го изо­бра­же­ния и при­ме­ня­­ем­ого ин­ст­ру­мен­та.

4. За­клю­чи­тель­ный:

ана­лиз по­лу­чен­ных ре­зуль­та­тов, ис­пы­та­ние мо­де­ли (из­де­лия);

за­щи­та про­ек­та;

оформ­ле­ние и от­прав­ка за­яв­ки на изо­бре­те­ние или по­лез­ную мо­дель в Фе­де­раль­ный ин­сти­тут про­мыш­лен­ной соб­ст­вен­но­сти;

уча­стие в кон­кур­сах, вы­став­ках, пре­зен­та­ци­ях;

рек­ла­ма раз­ра­бо­ток.


^ Компьютерная технология технического творчества – информационное ядро метода проектов


Компьютерная технология технического творчества (КТТТ) создана на кафедре «Прикладная математика и вычислительная техника» группой преподавателей и программистов под руководством профессора С.А. Пиявского.

В основе КТТТ заложен единый методический подход, рассматривающий интеллектуальную инженерную и предпринимательскую деятельность как цепочку взаимосвязанных решений, принимаемых в слабо структурированных системах. Это в отличие от существующих разработок сходного назначения позволяет:

- при анализе, оценке и оптимизации решений использовать любое количество разнокачественных критериев и ресурсных характеристик;

- описывать решаемую пользователем задачу в виде многообразия факторов и рассчитывать ожидаемую эффективность применения в данной ситуации всех содержащихся в информационной базе обобщенных творческих идей (как уже известных, так и новых);

- осуществлять выбор из информационной базы решений наиболее близких (предметно и в творческом плане) к решаемой задаче, непрерывно накапливать патентную информацию, выявлять в ней новые творческие идеи.

КТТТ реализована в виде наукоемких пакетов программ и баз данных для персональных компьютеров. Эта технология является материальным носителем комплекса знаний, приемов и методов, используемых, в частности, в техническом творчестве, предпринимательской деятельности, при обучении творческой деятельности молодежи, подготовке и переподготовке инженеров и предпринимателей на курсах повышения квалификации. КТТТ может быть полезна руководителям при принятии тактических и стратегических решений, патентным службам при формировании блока патентов, создании глубоко индексированных баз данных патентной информации, технических решений, которые в условиях рыночной экономики, выхода на зарубежные рынки сбыта приобретают большое значение. Полноценное использование патентной информации возможно лишь в компьютерных системах, основанных на современных технологиях, банках данных, банках знаний.

Особую роль КТТТ необходимо выделить на этапах аванпроекта, системных исследований, организации многовариантного компьютерного проектирования, правовой защиты новых идей и решений. Применение КТТТ позволяет:

- повысить творческие возможности проектировщиков;

- проверить полученные решения на патентную чистоту;

- найти нетрадиционные идеи и направления их развития.

КТТТ рассчитана на широкий круг пользователей, не имеющих специальной подготовки в области информатики и вычислительной техники. Она позволяет накапливать личные фонды решаемых задач, многократно их использовать, содержит мощные средства редактирования. КТТТ может использоваться автономно, а также встраиваться в различные автоматизированные системы.

Рассмотрим основные характеристики и возможности компьютерной технологии. Входными данными являются информация о возникновении изобретательской ситуации (ИС) в технологическом процессе или устройстве. Если ИС возникла в технологическом процессе, то последовательность действий такова:

В блоке нахождения причинно-следственных связей определяется первичное место и время возникновения нежелательного элемента (НЭ), т.е. элемента, приводящего, например, к нарушению или остановке главного производственного процесса (ГИП), выполняющему главные технологические операции. НЭ обычно порождает нежелательное явление (НЯ) - останов главного производственного процесса. Первичное место возникновения НЭ определяется с помощью анализа причинно-следственной диаграммы, в которой:

- первоначально формулируются показатели качества технического процесса;

- записываются главные и второстепенные факторы, влияющие на показатели качества;

- анализируется причинно-следственная диаграмма с целью первопричины отклонения ГПП от нормы;

- рассматривается возможность устранения вредных воздействий;

- формируются пути исследования проблемы с учетом найденного места возникновения НЭ, направленные на устранение (на каждой технологической операции) причин возникновения НЭ;

- выбираются первоочередные направления исследований, формируются задачи. При этом учитываются материальные и энергетические ресурсы, обеспечивающие минимум затрат (в случае реализации решения, направленного на устранение причин возникновения НЭ). Проверка проблемы на "ложность" и "самоустранение" осуществляется для достижения следующих целей:

- выявление действительной необходимости в решении проблемы;

- выявление возможности самоустранения проблемы. Проверка "на ложность" осуществляется путем выяснения истинно вредных последствий, если проблему не решать. Необходимо ответить на вопрос: "Если проблему не решить, остановится ГПП?", если остановится, то проблема не ложная, ее необходимо решать. Кроме того, необходимо выявить историю возникновения проблемы, условия ее возникновения, причины.

Проверка "самоустранения" проблемы производится путем передачи ее другой системе, где она является полезной. Если проблема существует и не самоустраняется, то осуществляется переход к блоку многокритериального выбора первоочередных задач.

В этом блоке задают критерии и стратегию выбора, т.е. указывают степень важности и направление изменения критерия - на минимум или максимум. В результате получают рейтинг всех задач, пользователю предоставляется возможность принять решение о ходе дальнейшего исследования: или перейти к четвертому блоку - функционально-ресурсного анализа - продолжить дальнейшее изучение выбранной задачи, или перейти к блоку «Генератор идей». Затем выбирают наиболее перспективные идеи, решающие поставленную задачу.

В блоке морфологического анализа-синтеза - рассматриваются вопросы технической реализации выбранной идеи. В основу работы этого блока положены индуктивный и дедуктивный подходы в создании возможных вариантов технических реализаций идей, многокритериальный выбор лучших решений в условиях неопределенности. Для завершения процедуры создания новых конкурентоспособных изделий производят оценку научно-технического уровня, конкурентоспособности разработки, анализ на предмет возможности появления дефектов, оценивают перспективность полученного решения с учетом законов развития технических систем.

Если рейтинг разработанного объекта ниже существующих разработок, необходимо вернуться на соответствующий вход системы и продолжить творческий поиск решения высшего качества; поиск продолжается до тех пор, пока рейтинг разработки не станет выше существующих аналогов, прототипа. Если изобретательская ситуация возникла в устройстве (например, необходимо усовершенствовать существующую мясорубку), то производят функционально-ресурсный анализ, определяют первоочередные направления исследования.

КТТТ существенно повышает эффективность творческой деятельности личности. Группа американских ученых под руководством Дж. Гилфорда в 1959 г. на научном материале исследовали процесс креативности. Параллельно и независимо от этой группы серию экспериментов на материалах искусства провели ученые В. Лоунфельд и К. Бейттел. Сопоставленные результаты исследований позволили выявить критерии, пригодные для дифференцирования феномена креативности:

- умение увидеть проблему;

- умение установить в проблеме связи;

- гибкость как умение:

- понять новую точку зрения;

- отказаться от усвоенной точки зрения;

- оригинальность, способность отклониться от шаблонов;

- способность к перегруппировке идей и связей;

- способность к абстрагированию, анализу;

- способность к конкретизации, синтезу;

- способность к стройной организации идей.

Многолетний опыт работы с КТТТ как с инструментом для решения творческих задач позволяет сделать следующие выводы о ее возможностях:

Она помогает увидеть проблему, понять новую точку зрения, отказаться от шаблонов, приподняться над своим профессиональным уровнем и знанием методов развития творческого воображения, "уничтожающих" психологическую инерцию.

Блоки нахождения причинно-следственных связей и функционально-ресурсного анализа КТТТ способствуют определению связей в проблеме, отысканию «узких» мест.

В блоке "Генератор идей" за счет использования приемов, разрешающих технические противоречия, а также физических, химических и других эффектов и явлений вырабатываются оригинальные идеи решения технических задач.

В блоке морфологического анализа – синтеза за счет перегруппировки идей и связей получают технические реализации решений, обладающих новизной.

«Строгая организация идей» осуществляется в блоке «Многокритериальный выбор решений».

Отметим, что креативность в искусстве, науке, предпринимательской деятельности имеет общие признаки. Это позволяет творческие способности личности в одной области использовать и в иных сферах человеческой деятельности. Кроме того, креативная технология обучения представляет собой способ изменения установки профессионального образования: креативный подход предполагает не решение готовых дидактических задач, а генерацию, творческую формулировку и разработку идей, замыслов и проектов в широком социальном аспекте жизни.

Этот подход предполагает также усвоить каждому обучаемому современную методологию творчества, сформировать системное (многоэкранное – по Г.С. Альтшуллеру) мышление, развить не только исходный творческий потенциал, но и сформировать потребность в дальнейшем самопознании, творческом саморазвитии, сформировать у обучаемого объективную самооценку.

В табл. представлены результаты наших теоретических исследований и педагогических экспериментов при обучении учащихся и студентов дисциплине «Научно-техническое творчество» с данными Дж. Гилфорда, В. Лунфельда и К. Бейттела.

Сравнительный анализ полученных результатов (слева представлены результаты американских исследователей, справа – автора) показал совпадение точек зрения.

Вместо традиционной системы обучения, в которой учащиеся и студенты выступают в роли объектов обучения, вводится инновационная система обучения, обслуживающая образовательные потребности обучающихся и обучающего. Возникает партнерство обучающегося и преподавателя – сотворчество в учебном процессе. Темы предполагаемых изобретений подбирались такими, чтобы они нравились обучаемым. Часто учащиеся и студенты сами, инициативно предлагают темы будущих изобретений.

Например, по инициативе студентов были разработаны темы:

«Уровень» (позволяющий установить колонну в вертикальном положении);

«Мойка машин»;

«Устройство эвакуации людей в условиях возникновения пожара»;

«Эжектор» и др.


Таблица




Подробное описание КТТТ приведено ниже.

^ 1. ФУНКЦИОНАЛЬНО-РЕСУРСНЫЙ АНАЛИЗ

В КТТТ используется функционально-ресурсный анализ (ФРА), созданный на основе многокритериальных оценок, разработанных профессором С.А. Пиявским. Описываемый метод является дальнейшим усовершенствованием идей поэлементного анализа Ю.М. Соболева (г. Пермь) и функционально-стоимостного анализа (ФСА) Л. Майлза. Стоимость - один из важнейших показателей, характеризующих элементы объекта, выполняющие определенные функции. Однако он не является обобщенным, интегральным, таким, например, как эффективность, полезность, функция обобщенных потерь и т.п. Не всегда к стоимостным характеристикам могут быть приведены характеристики, учитывающие влияние объекта на экологию, здоровье человека и др. По-видимому, при решении творческих задач некорректно искать зависимость денежных выплат от степени потери здоровья, ухудшения экологических условий на планете.

Функционально-ресурсный анализ предусматривает декомпозицию объекта и основан на многокритериальном подходе. Он использует не одну характеристику, а неограниченное число показателей эффективности для оценки и выбора варианта. Таким образом, осуществлен переход от однокритериального ФСА к многокритериальному ФРА. Это позволяет осуществить "многоэкранное" видение проблемы, решать проблемы и находить "узкие" места в организационных и предпринимательских структурах, технологиях, устройствах с учетом реальных условий, и не вводить ограничения с целью представления задачи в однокритериальном виде.

ФРА - метод системного исследования объекта, направленный на оптимизацию соотношения между потребительскими свойствами и ресурсами (в частности, затратами, весом объекта, надежностью и др.). В ФРА объект рассматривается как сложная иерархическая структура - совокупность элементов, между которыми существуют многоуровневые связи. В свою очередь, каждый элемент может являться структурой, содержащей элементы более низкого уровня.

В процессе работы с ФРА вводятся и корректируются структура объекта исследования, внешние функции объекта, внутренние функции, обеспечивающие работоспособность объекта, ресурсные характеристики, критерии, экспертная информация о степени влияния внутренних функций на внешние, сравнительная значимость и направленность ресурсных характеристик, критериев внешних и внутренних функций.

На основе перечисленной информации рассчитывается уровень совершенства объекта в целом и отдельно, по функциям, критериям и ресурсам; выдаются рекомендации о необходимости и направлениях совершенствования элементов объекта. Кроме того, определяется набор показателей эффективности и ресурсных характеристик, улучшение которых должна быть направлена разработка. Этот набор является ведущим на остальных этапах расчета. Последовательность проведения ФРА:

- формулируют главные функции объекта, степень их важности (значимости);

- производят декомпозицию объекта на элементы;

- формируют основные функции, обеспечивающие работоспособность объекта;

- оценивают степень влияния основных функций на главные;

- рассчитывают функциональную нагрузку элементов объекта.

На этом заканчивается функциональный анализ. Ресурсный анализ является продолжением функционального анализа. Он основан на многокритериальном выборе решения. Последовательность проведения ресурсного анализа следующая:

- задают критерии для оценки объекта исследования;

- формируют стратегию выбора «узкого» места объекта;

- рассчитывают эффективность использования каждого элемента объекта.

Кроме того, фиксируют имеющиеся нежелательные явления, производят поиск нежелательных элементов в объекте исследования. В результате анализа создают список нежелательных явлений, недостатков, «узких мест», проблем, задач.

Описанный подход похож на традиционную постановку задачи ФСА, но имеет существенные отличия:

в ФРА рассчитывается относительная функциональная нагрузка каждого элемента системы и эффективность как результат свертки функций и ресурсных характеристик;

диалог с компьютером, имитационное моделирование и простота в работе с блоком ФРА (мощный математический аппарат «спрятан» в ЭВМ). - необходимые условия применения блока для инжиниринговых целей

при повышении эффективности изделий на всех этапах жизненного цикла от проектирования, изготовления, эксплуатации, хранения, продажи до утилизации;

в процессе освоения ФРА пользователи могут формулировать интуитивное решение. Затем анализировать расчетное, сравнивать с интуитивным и корректировать принимаемое решение.


^ 2. «ГЕНЕРАТОР ИДЕЙ» - ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ЯДРО КТТТ

2.1. КАК УСТРОЕН «ГЕНЕРАТОР ИДЕЙ»

Блок «Генератор идей» предназначен для формирования пакета идей, устраняющих узкие места в объекте исследования.

В нем содержится информация о типовых технических характеристиках разрабатываемых объектов (для задания технических противоречий в решаемой задаче и приемах для их устранения; ограничениях и комплексных приемах). В него входят банки математических, физических, химических, биологических эффектов и явлений, реализующих определенные действия (функции). Кроме того, в блок включены банки патентов, технических решений и идей.

В условиях перехода на рыночную экономику и выхода на зарубежные рынки сбыта особое значение приобретает использование высокоэффективных, оригинальных идей и решений, полученных на основе анализа патентной информации. Полноценное использование патентной информации возможно лишь в компьютерных системах, основанных на современных технологиях технического творчества и автоматизированных банках данных. Ценность таких банков полностью зависит от достоверности и глубины описания содержащихся в них патентов и свидетельств.

По поисковому образу, составленному из набора технических противоречий, ограничений, действий, класса в системе международной патентной классификации, «Генератор идей» представляет по запросу пользователя информацию об аналогах и прототипе для решения поставленной задачи.

В основу создания банков патентов, технических решений и идей положен рациональный подход представления информации, отражающей содержание изобретения, полученного решения.

При создании банка технических противоречий, описывающих проблемную ситуацию, они могут быть не только парными (одна техническая характеристика улучшается, при этом другая - не должна измениться в худшую сторону), но и содержать неограниченное количество технических противоречий, в каждом из которых улучшение одной из характеристик может быть связано с условием недопущения ухудшения нескольких других.

«Генератор идей» работает в режиме адаптации и самонастройки, увеличивая достоверность используемой информации, накопления опыта предыдущей изобретательской деятельности.

Процедура адаптации системы и настройки на заданный класс технических объектов состоит в следующем. При вводе кодированной информации о патенте, техническом решении в блоке «Генератор идей» каждый раз подсчитывается вероятность применения конкретного приема, комплексного приема, эффекта или явления.

Каждая оригинально решенная творческая задача, с одной стороны, конкретна, с другой - абстрактна. С момента описания решений изобретательской задачи в векторном пространстве: противоречия - приемы, ограничения - комплексные приемы; действия - математические, химические, биологически, физические эффекты и явления; класс международной патентной классификации - реферат (ключевые слова), происходит переход от частного к общему - к более высокому уровню представления информации о творческом решении. Таким образом, чем больше введено в банк патентов, тем точнее система «подсказывает» пути решения поставленной задачи.

Отметим, что существующие информационно-поисковые системы, используемые в патентном деле, такими функциональными возможностями не обладают. КТТТ может находить аналоги и прототипы не только в заданном классе изобретений, но и в других классах, где решена подобная задача. Например, необходимо решить задачу по уплотнению вращающегося вала стиральной машины. В этом случае поиск будет производиться не только в классах стиральных машин, но и в других классах, где разрешены указанные противоречия, выполняются отмеченные действия. Прототип, например, может быть найден в классе ракетных двигателей. Пользователь может ограничить выбор области поиска или аналога в любом классе международной патентной классификации. Можно представить поисковый образ в виде технического противоречия, и в этом случае система найдет наиболее вероятные приемы, эффекты и явления, направленные на разрешение технического противоречия, устранения «узкого» места, решение поставленной задачи.

Кодирование информации о патенте - весьма трудоемкая задача, однако эффект от проделанной работы очевиден. Во-первых, организации - владельцы банка патентов по определенному классу, например, автомобильным двигателям, могут обмениваться информацией с другими организациями, производящими двигатели для тракторов. Такие информационные банки имеют коммерческую ценность. Таким образом, можно исключить дублирование работ на предприятиях. Во-вторых, существенно возрастает роль и функции патентных служб. Кроме того, что они выполняют творческую работу по кодированию информации о патенте, патентное ведомство может оценивать научно-технический уровень разработки, ее конкурентоспособность, и давать рекомендации о целесообразности технической реализации, серийного производства разработки. Блок «Генератор идей» способствует формированию новых технических решений, которые могут быть основой для создания пакета патентов.


^ 2.2. ПРОТИВОРЕЧИЯ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАЧ


Известна притча. Если военный говорит « да», то это - да; если - «нет», то это - нет; если «может быть», то это - не военный; если дипломат говорит «да», то это - может быть, если - «может быть», то это - нет; если «нет» - то это не дипломат. А вот изобретатель, видя, что в системе появилось противоречие типа «или да, или нет», должен сказать «и да и нет» - и сделать это. Если он делает только да или нет, то это не изобретатель.

Как утверждал Б. Шоу, люди только тогда сообщают нам интересные сведения, когда мы им противоречим. То же и в технике - интересные идеи появляются тогда, когда преодолеваются противоречия. Для большинства задач характерны технические противоречия (ТП). Технические противоречия отражают конфликт между частями или свойствами системы. ТП звучат, примерно, так: «Если улучшить одно, то непременно ухудшится другое!». Изобретательской ситуации присуща группа ТП, поэтому выбор одного противоречия из этой группы равносилен переходу от ситуации к задаче. Существуют типовые ТП, например, в самых различных отраслях техники часто встречаются ТП типа «вес-прочность», «точность-производительность» и т.п. Типовые ТП преодолеваются типовыми же приемами. Путем анализа многих тысяч изобретений Г.С.Альтшуллер составил список приемов устранения ТП, а также таблицы применения их в зависимости от типа противоречий. Часто необходимо выявить физическую суть ТП, перейти от ТП к физическому противоречию (ФП).

ТП представляет собой конфликт двух частей системы; для перехода к ФП необходимо выделить одну часть, а в этой части - одну зону, к физическому состоянию которой предъявляются взаимопротиворечивые требования. Формулируются ФП так: «Данная зона должна обладать свойством, например, подвижности, чтобы удовлетворить требованиям задачи» и равномерно, чтобы появилась пара сил и колесо начало вращаться.

Разрешение ФП: Разнесем требования в пространстве. На одну (верхнюю) часть колеса воздух не должен давить, а на другую (нижнюю) - должен. Сделан переход к микрозадаче. Нужно верхнюю часть колеса закрыть обтекателем.

Многие приемы основаны на использовании физических эффектов и явлений. Но прием отличается от физических формулировок своей нацеленностью на решение изобретательских задач. Физическая формулировка гласит: вещества могут переходить из одного состояния в другое. Прием уточняет: при таких переходах резко меняются физические свойства, а это можно использовать для решения изобретательских задач.

Замечено, что желаемое улучшение какой либо технической характеристики объекта, если его добиваться тривиальным, неизобретательским путем, приводит к ухудшению некоторой другой технической характеристики. Если составить универсальный перечень таких характеристик, то обобщением каждой исходной ситуации является соответствующее ей противоречие. Например, две исходные ситуации:

а) увеличить вместимость автобуса без ущерба для его маневренности;

б) придумать эффективные способы хранения бревен - эти ситуации имеют одно и то же обобщенное представление: это противоречие между площадью объекта и удобством эксплуатации.

Они разрешаются на основе одной и той же обобщенной идеи: принципа перехода в другое измерение, состоящего в том, что объект приобретает возможность перемещаться в двух или в трех измерениях, а его размещение может осуществляться вместо одноэтажной в многоэтажной компоновке.

В первом случае эта обобщенная идея конкретизируется в конструировании двухэтажного автобуса (омнибуса). Во втором случае - в размещении бревен, связанных в единую систему, в вертикальном положении. Имея описание любых обобщенных ситуаций в виде противоречий, можно, анализируя патентный фонд, составить таблицу соответствия: обобщенные ситуации - обобщенные идеи.


^ 3. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ ВЫБОР ПЕРСПЕКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ

В КТТТ блок многокритериального выбора является основным. Он используется для анализа элементов с нежелательными явлениями, для расчета рейтинга элементов, выбора первоочередных направлений исследований и перспективных идей для оценки конкурентоспособности разработки, ее научно-технического уровня и др. Одним из основных понятий в КТТТ является критерий, набор критериев. Критерием называется количественная или качественная характеристика, описывающая один из аспектов эффективности решения, в отношении которой уместен вопрос: в каком направлении желательно ее изменение. Например, вес планера самолета и вес полезного груза - критерии, в первом случае желательно уменьшение, а во втором - увеличение значения. Температура тела больного гриппом - критерий, так как желательно ее уменьшение, а температура здорового человека - не критерий.

Единственный критерий, конечно, не может полностью характеризовать эффективность решения. Для этого служит набор критериев, охватывающий все аспекты эффективности. Следует отметить, что в набор могут входить критерии различной значимости - в этом случае ИКТ их относит к группам важностей, обычных и несущественных (возможно и большое число градаций). Набор критериев, разделенных по группам важности с указанием направления изменения, называют политикой выбора или стратегией выбора.

Набор критериев регламентируется ГОСТ (показатели качества). В соответствии с ним показатели качества делятся на группы:

1. Показатели назначения

2. Показатели надежности

3. Показатели экономического использования материалов и энергии

4. Эргономические показатели

5. Эстетические показатели

6. Технологичность

7. Показатели стандартизации и унификации

8. Патентно-правовые показатели

9. Безопасность

10.Экономические показатели

Рекомендуется при формировании набора критериев для объекта, исследуемого средствами ИКТ, формировать критерии, представляющие группу показателей качества. Например, для экскаватора набор критериев включает:

показатели назначения: максимальный угол наклона экскаватора, производительность и др.;

конструктивные показатели: компактность, простота и удобство монтажа;

показатели надежности: безопасность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость;

показатели экономного использования материалов и энергии: материалоемкость, транспортабельность, энергопотребление, энерговооруженность, эффективность использования энергии;

эргономические показатели: звуковое давление, удобство обслуживания;

эстетические показатели: современность технического решения, показатели качества отделки;

показатели технологичности: затраты труда (трудоемкость), затраты средств на изготовление (себестоимость изготовления), трудоемкость монтажа, затраты энергии при изготовлении;

показатели стандартизации и унификации: коэффициент применяемости, коэффициент межпроектной унификации;

патентно-правовые показатели: патентная чистота, патентная защита (число патентов, свидетельств и др.);

показатель безопасности (в баллах);

экономические показатели: цена.

Для организационных структур (коллективов) набор критериев включает:

- степень выполнения производственных целей;

- инициативность;

- зарплата сотрудника;

- личное мнение сотрудника;

- возраст сотрудника;

- взаимопомощь;

- устойчивость;

- взаимная требовательность и др.

Набор критериев обязательно должен обладать полнотой, т.е. отражФункционально-ресурсный анализ

Элементы

Функции

Функции объекта

Защищать от внешних воздействий

Сохранять температурный режим

Важное-полезное

Важное-полезное

1)Кровля

1.1.Защищать от внешних воздействий

1.2.Сохранять температурный режим

Важное-полезное

Важное-полезное

2)Продольные светопрозрачные перегородки

2.Обеспечивать устойчивость конструкции

Существенное

Несущественное

3)Поперечные светопрозрачные перегородки

3.Обеспечивать устойчивость конструкции

Существенное

Несущественное




Вариант

Свертка функций в MAX