Проблема творческого мышления

Марк Меерович, Лариса Шрагина «Технология творческого мышления», - М.: «Альпина Паблишер», 2008

Чтобы покинуть свой необитаемый остров, Робинзон Крузо месяц рубил огромное дерево. Еще несколько месяцев ушло на то, чтобы выдолбить из этого дерева лодку. Все это время Робинзон отгонял от себя мысль: как же спустить эту лодку на воду? Когда же лодка была готова – а получилась она такая большая и надежная, что на ней смело можно было пускаться в плавание через океан, – отгонять эту мысль было уже некуда.

Попытки сдвинуть лодку с места оказались безуспешными. Робинзон попробовал сделать «наоборот» – подвести к лодке воду, но прикинул объем работ и отказался от этой попытки.

В июне 1986 г. Центральное телевидение СССР предложило в качестве разминки эту, по мнению Британской академии наук, «нерешаемую» задачу командам-участницам первой передачи из цикла «Требуется идея». Передача проводилась в форме технического КВН; авторы передачи считали, «что эта игра – отличная тренировка изобретателей, а во многих случаях и реальный метод решения практических задач».

Для участия в игре были приглашены шесть команд институтов, предприятий и журнала «Изобретатель и рационализатор». Состав команд – по одиннадцать человек в каждой – был достаточно сильным: доктора и кандидаты наук, ведущие специалисты различных отраслей. Перед передачей участники прошли две тренировки на усвоение приемов решения задач методом мозгового штурма.

Мозговой штурм, как известно, состоит из двух этапов: генерирования идей и их экспертизы. На первом этапе группа за короткое время должна «выдать» как можно больше идей и стремиться к тому, чтобы они были необычны, оригинальны, даже на первый взгляд безумны. Вот варианты идей «Как стащить тяжелую лодку в воду?», выдвинутые командами-участницами в ходе передачи, а также предложенные после передачи телезрителями и слушате­лями наших семинаров:

1. Прорыть канал до лодки.
2. Использовать дождевую воду.
3. Сделать несколько ступенек-шлюзов и заполнять их дождевой водой.
4. Привязать лодку к дереву внатяжку мокрой веревкой. Когда она высохнет, длина веревки уменьшится и за счет сокращения длины подтянет лодку вперед. Потом опять привязать мокрой веревкой...
5. Привязать лодку к дереву сдвоенной веревкой. Потом вставить между веревками палку и закручивать их. Свиваясь в спираль, веревки становятся короче и подтянут лодку вперед. Потом опять...
6. Сделать блоки и полиспасты, привязать их к дереву и тянуть лодку.
7. Привязать лодку к верхушке высокого дерева и срубить дерево так, чтобы, падая, оно тянуло лодку в сторону моря.
8. Привязать к лодке стадо коз.
9. Выстелить дорогу к морю шкурами коз, чтобы уменьшить трение.
10. Смазать шкуры козьим жиром, чтобы трение было еще меньше.
11. Жир можно сбить из козьего молока, а не убивать коз (группа преподавателей из г. Тирасполя).
12. Сделать «грязь» под лодкой, чтобы лодка могла «поскольз­нуться» (ученики второго класса, г. Одесса).
13. Сбить вокруг носа и кормы лодки два диска в виде колес и катить лодку.
14. Поставить лодку на катки и катить.
15. Поднять лодку можно рычагом.
16. Поднимать блоком.
17. Привязать лодку к верхушке растущего дерева, оно само поднимет.
18. Сделать воздушный шар из козьих шкур или парусины, он поднимет лодку.
19. Сделать из парусины парус – при сильном ветре парус будет помогать тащить лодку.
20. Сделать водный парус – при отливе поток воды потянет его за собой, а вместе с ним и лодку.
21. Сделать большой плот и во время прилива через блок привязать его к лодке. При отливе плот опустится и потянет за собой лодку. При очередном приливе укоротить веревку...
22. Сделать ветряную мельницу с барабаном. Наматываясь на барабан, веревка будет тащить или поднимать лодку.

И ряд других идей. На втором этапе мозгового штурма группа экспертов проводит тщательную проверку выдвинутых идей. Этап этот очень трудоемкий, он требует скрупулезной оценки каждой идеи с точки зрения как техники, так и экономики. При этом попытка реализовать каждую идею создает целую группу дополнительных задач, которые, в свою очередь, требуют оценки и анализа. Возможно, что какая-то из 22 изложенных выше идей и дает возможность спустить лодку на воду, но какая именно – пока не видно.

До сих пор мы использовали понятия «задача» и «проблема» практически как синонимы. Разделим теперь эти понятия. Под понятием «задача» будем понимать наличие необходимого и достаточного объема информации, которую можно преобразовать с помощью существующего алгоритма в единственно правильный ответ. Алгоритм может быть не один – существует, например, несколько доказательств теоремы Пифагора, но все они приводят к одному результату. В качестве алгоритма могут выступать формулы – математические, физические, химические, методы обработки статистических данных (например, факторный анализ), в юриспруденции это могут быть законы, на основании которых принимается решение...

Определим теперь понятие «проблема», опираясь на три ключевых фактора, которые мы использовали при определении понятия «задача»: объем информации, алгоритм и результат. С такой точки зрения, проблема – это неопределенный объем исходной информации (неизвестно – недостаточный или избыточный), которую можно преобразовывать с помощью различных алгоритмов и поэтому получать множество разных ответов. Если проследить и проанализировать ход мысли (пока не будем останавливаться на том, какой он – целенаправленный или хаотичный) при поиске решения проблемы, то увидим, что анализ проблемы направлен прежде всего на структурирование исходной информации – ее оценку, отбор необходимой и дополнение недостающей. Процесс этот субъективный и, как правило, связан с личным опытом решателя проблемы, так как структурирование информации идет с подгонкой под известный решателю алгоритм. Иными словами, при поиске решения проблемы мы переводим ее в задачу, которую знаем, как решать. При этом в зависимости от отобранной информации и, соответственно, алгоритма получим различные варианты ответов. Качество ответа, кстати, позволяет судить об уровне развития мышления...

А теперь попробуем решить проблему Робинзона, используя методы, предлагаемые ТРИЗ. Первое требование ТРИЗ – выяснить причины возникновения задачи. Поэтому проанализируем ситуацию, которую нам предлагают как «проблему Робинзона».

На острове Робинзон оказался в результате кораблекрушения. Чтобы вернуться домой, в родную Англию, нужно преодолеть водную преграду – океан. Теоретически, есть четыре варианта – по воздуху, по поверхности воды, под водой и под землей – прокопать тоннель... Бывалый моряк, Робинзон, даже не задумываясь, выбирает естественный для него вариант – по воде. Здесь проблем нет.

Чтобы переплыть океан и не утонуть и не умереть с голоду, нужна надежная – большая! – лодка. Большую лодку можно вырубить топором из большого дерева – здесь проблем тоже нет. Проблема возникает, когда лодку нужно спустить на воду, и сделать это известным Робинзону (и участникам передачи «Требуется идея») способом не удается.

«И не то чтобы мысль о спуске на воду совсем не приходила мне в голову, – нет, я просто не давал ей ходу, устраняя ее всякий раз глупейшим ответом: «Прежде сделаю лодку, а там, наверно, найдется способ спустить ее».

Наконец благодаря упорному труду мной была сделана прекрасная пирога, которая смело могла поднять человек двадцать пять, а следовательно, и весь мой груз. ...Но все мои старания спустить ее на воду не привели ни к чему, несмотря на то что они стоили мне огромного труда. До воды было никак не более ста ярдов (примерно 90 м – М.М.); но первое затруднение состояло в том, что местность поднималась к берегу в гору. Я храбро решился его устранить, сняв всю лишнюю землю таким образом, чтобы образовался отлогий спуск. Сколько труда я положил на эту работу! Но кто бережет труд, когда дело идет о получении свободы? Когда это препятствие было устранено, дело не продвинулось ни на шаг: я не смог сдвинуть свою пирогу...

Я был огорчен до глубины души и тут только сообразил – правда, слишком поздно, – как глупо приниматься за работу, не рассчитав, во что она обойдется и хватит ли сил для доведения ее до конца» (курсив – М.М.).

Попробуем разобраться, почему ему не удалось спустить лодку. Огромнейший кедр, из которого Робинзон делал лодку, имел в поперечнике у корней 5 футов 10 дюймов (примерно 1,8 м), а на высоте 22 фута (около 8 м) – 4 фута 11 дюймов (около 1,5 м). I Такое бревно весит более 15 т, и если даже предположить, что при обработке бревна три четверти его объема ушло в стружку, то вес лодки составит около 4 т.

Чтобы тащить такую лодку, нужна большая сила тяги, и большинство генерируемых в ходе мозгового штурма идей как раз и были направлены на создание такой силы (см., например, идеи 4–8, 20–22). Силу тяги можно уменьшить, если снизить потери на трение – и часть идей направлена на уменьшение трения за счет смазывания трущихся поверхностей (идеи 9–12).

Еще раз отметим, что пускаться в плавание через океан, чтобы утонуть, Робинзону явно не стоило. Следовательно, основная функция лодки – надежность в плавании, а надежность может обеспечить только большая лодка. Но при этом возникает нежелательный эффект – большую лодку невозможно переместить к морю. Можно сделать и перемещать маленькую лодку, но она будет ненадежной. Получается, что при попытке устранить один нежелательный эффект мы создаем новый! Так возникает причинно-следственная связь:
Если лодка большая, то она надежная, но тяжелая.
И наоборот: если лодка маленькая, то она легкая, но ненадежная.

Отсюда следует, что лодка должна быть большой, чтобы быть надежной (выполнять основную функцию), – и быть маленькой, чтобы быть легкой (не создавать нежелательный эффект). Явное противоречие: быть большой – и быть маленькой! Но противоречие это относится к разным периодам времени: быть большой – во время плавания и быть маленькой – во время перетаскивания по поверхности земли.

Главное для Робинзона – чтобы лодка была большая во время плавания. Значит, она должна быть «как маленькая», то есть требовать небольших усилий во время перетаскивания.

Выясним, почему лодку тяжело тащить. Чаще всего отвечают, что лодка тяжелая – целых 4 т! И только после анализа выясняется, что дело не в весе, а в силе трения, которое создается этим весом между днищем лодки и поверхностью земли. И сразу возникает новая идея: если лодку катить на катках или колесах по твердому основанию, а не тащить по земле или даже по козьим шкурам, смазанным жиром, нужна будет совсем небольшая сила тяги. Иными словами, следует заменить трение скольжения трением качения. А для этого лодку нужно поставить на катки. Сделать это можно двумя способами: или подкопать под ней землю и засунуть туда несколько круглых бревен, или поднять лодку. Если подкапываться, мы делаем большую яму с рыхлым грунтом, по которому, во-первых, будут с трудом катиться бревна, а во-вторых, надо будет из этой ямы вылезать. Поднимать? Но когда вспоминают, что один человек должен поднимать 4 т, от этой идеи чаще всего сразу отказываются, считая, что подъем лодки – столь же сложное дело, как и ее перемещение. И зря! Ведь тащить нужно все расстояние, а поднять – только один раз. Кроме того, подняв лодку и поставив ее на катки, мы решим проблему ее перемещения.

Поэтому поставим новую задачу: поднять лодку. (Часть идей, выдвинутых в ходе мозгового штурма, кстати, была на это направлена – идеи 15–18, 22.) Но, чтобы не повторять мозговой штурм, используем методы, рекомендуемые ТРИЗ.

В настоящее время функции грузоподъемных механизмов выполняют рычаги, домкраты, блоки, подъемные краны, дирижабли, вертолеты и т.д. Перенесем мысленно на остров подъемный кран, например, автомобильный. Если такой кран вводить, то, в точном соответствии с причинно-следственной связью, он поднимет лодку, но недопустимо усложнит систему. Получается, что кран и необходим, чтобы поднимать груз, и не нужен, чтобы не усложнять систему.

Но в самом кране нас интересуют не колеса, не рама, не кабина, даже не стрела и двигатель. Нас интересует только основная функция крана – его способность создавать подъемную силу. Вот эту способность крана – создавать подъемную силу – мы на острове оставим, а все остальные части, чтобы не усложнять систему, уберем. На острове останется основная функция отсутствующего крана. Идеальный кран – его нет, а функция выполняется!

Система, которой нет, но функция которой выполняется, в ТРИЗ называется идеальной.

Рассмотрим это понятие на еще одном примере – калькуляторе. Его основная функция – то, для чего был создан калькулятор, – быстрый счет, то есть быстрые действия с числами. Потребность в таких действиях возникла давно, и первыми устройствами (если не считать палочки и камешки), которые эти действия выполняла, были счеты, потом арифмометр и логарифмическая линейка, а затем уже им на смену пришел калькулятор.

Какие же основные параметры менялись при смене каждого предыдущего устройства на новое? Прежде всего, росла скорость счета – лучше выполнялась основная функция. При этом уменьшались затраты энергии на выполнение одной операции (одного действия с числами) и габариты всего устройства. Так что можно сказать, что каждая последующая система была более идеальной, по сравнению с предыдущей.

Доведем теперь эти параметры до предела. Предельная скорость счета – в идеале огромная, бесконечно большая. Затраты энергии в идеале – нулевые, то есть устройство работает без всяких затрат энергии. И габариты такого устройства в идеале тоже сводятся к нулю. И тогда мы получаем идеальный калькулятор – его нет, но вычисления производятся с бесконечно большой скоростью!

Применение понятия «идеальная система» позволяет нам представить себе модель, к которой нужно стремиться при изменении любой системы.

А теперь применим понятие «идеальная система» для решения проблемы Робинзона. Если крана нет, а его функция – создание подъемной силы – должна выполняться, то очевидно, что такую силу нужно искать только внутри самой системы. Иными словами, лодка должна сама себя поднять, то есть выступать одновременно в двух ролях: в качестве объекта, который нужно поднять, и в качестве силы, которая поднимает.

Единственная сила, которая есть внутри системы, – это вес лодки, который направлен вниз и прижимает ее к земле. Эту силу как раз и необходимо преодолеть. Получается новая – очень неожиданная! – задача: поднимать с помощью силы, направленной вниз! Существуют ли механизмы, которые работают таким образом? Да, это обычный рычаг, его простейший и всем известный вариант – детские качели. Второй механизм – блок: трос тянут вниз, а груз поднимается.

В нашей задаче ситуация осложняется тем, что лодка должна сама себя поднять, то есть выступать одновременно в двух ролях: в качестве объекта, который нужно поднять, и в качестве силы, которая поднимает.

Оба варианта (рычаг и блок) можно реализовать, если мысленно разделить лодку на две части и рассматривать, например, корму – в качестве силы, а нос – в качестве объекта. Но, чтобы нос мог подняться, корма должна иметь возможность опуститься. А опускаться ей некуда – мешает земля. Новая задача, но значительно более простая: выкопаем яму под кормой. А чтобы много не копать, сместим центр тяжести лодки к корме, для этого можно использовать тот самый грунт, который мы из-под кормы вынимаем. Когда нос задерется, а корма опустится в яму, подставим катки, выбросим груз из лодки – и она сама на катки опустится. Теперь лодку можно катить к морю.

Для сопоставления эффективности методов мозгового штурма и ТРИЗ проанализируем этапы решения задачи. Если попросить автора каждой идеи, возникшей во время мозгового штурма, восстановить ход мысли, в результате которого его идея появилась на свет, то чаще всего отвечают: по ассоциации, по аналогии с чем-то уже известным, виденным, хорошо знакомым. Аналогизирование, как правило, прямое: необходимый признак или принцип переносятся без существенных изменений. Если предложить участникам мозгового штурма оценить методику с точки зрения наличия каких-либо закономерностей, то ответ чаще всего будет отрицательным. Поэтому цена опыта, приобретенного в результате участия в штурме, очень невелика.

Почему это так? Прежде всего потому, что в методике мозгового штурма отсутствует этап анализа проблемы и участники сразу начинают решать ее, предлагая и развивая идеи. К тому же в этой методике нет критериев выбора направления поиска решения, нет критериев оценки идей, выдвигаемых непосредствен­но в ходе штурма. Основная красота штурма – в хаотичности выдвигаемых идей, поэтому часто очередная выдвинутая идея перебивает ход решения, ведущий к нужному ответу, и задача воз­вращается к началу. Ход штурма отображает рис. 1.

Идея 1, например, неприемлемая в принципе («Прорыть канал к лодке»), получает вполне логичное и технически обоснованное развитие в виде идей 2 и 3 – использовать дождевую воду для создания шлюзов. Но это развитие перебивается идеей 4 – все-таки тянуть лодку. Идеи 8–11 представляют собой постепенное развитие варианта, предлагающего уменьшить трение, и естественно подводят к идее 12 – катить лодку. Но попытка решить новую задачу – поднять лодку – опять уводит решение в сторону. В результате большинство выдвинутых идей (а иногда и все!) оказываются «пустыми», а время на их генерирование – затраченным зря.

Кроме того, методика не дает уверенности, что в числе выдвинутых идей действительно находится та, которая приведет к единственно верному результату.

ТРИЗ требует начинать решение с анализа проблемной ситуации и определения основной функции системы. Для проблемы Робинзона это – прежде всего надежность, поэтому дискуссии на тему «Зачем нужна большая лодка?» сразу отменяются.

Анализ причины, из-за которой возникла проблема – необходимость создания большой тяговой силы, нужной, чтобы тащить лодку, – приводит к выбору другого способа перемещения – катить лодку. И еще десяток выдвинутых идей, связанных с понятием «тащить», оказываются ненужными: запрягать коз, рубить деревья, смазывать поверхности жиром... Так возникает новая задача – поднять лодку, чтобы поставить ее на катки. Но (!) – вместо поисков вариантов «по аналогии» сразу выдвигается идеальное с точки зрения ситуации требование: лодка должна сама себя поднять. Тем самым отсекается возможность применения блоков, рычагов, растущих деревьев, воздушных шаров и других «пустых» вариантов идей. И остается только один, самый сильный и реальный.

Так методика ТРИЗ самой структурой своего построения устраняет недостатки, присущие мозговому штурму (и другим методам перебора вариантов). Изначальная нацеленность на идеальное решение отбрасывает саму возможность тратить время на генерирование и дальнейший анализ «пустых» идей, сужая в процессе решения поле поиска до той минимальной зоны, в которой существуют только сильные варианты.

Определим инструментарий, использованный при решении проблемы алгоритмическим методом. Прежде всего, это была четкая программа в виде некоторой универсальной последовательности шагов по анализу проблемы и преобразованию исходной си туации до задачи и поиска ее решения. Эта программа называется алгоритмом решения проблемных ситуаций (АРПС).

По ходу решения мы неоднократно исследовали сущность физических процессов, создающих проблемы. Да и само решение в конце концов свелось к поиску физического (в данной задаче) эффекта, который обеспечивает реализацию идеального варианта. Объем знаний о законах природы, необходимый для реализации идеи, составляет необходимый информационный фонд (ИФ).

Во время решения задачи к чисто логическим ходам мысли подключалось воображение: например, тогда, когда нужно было представить себе идеальный – отсутствующий – кран, мысленно разделить лодку на две части... Формирование управляемого воображения – цель специального курса развития творческого воображения (РТВ).

АРПС, ИФ и РТВ – основные части теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, основы которой в конце 1940-х гг. заложил и затем на протяжении всей своей жизни развивал инженер Г.С. Альтшуллер с соратниками и учениками.

Фото: pixabay.com