Генрих Альтшуллер - Алгоритм изобретения

При мозговой осаде можно в какой-то степени управлять мышлением, но суть дела от этого не меняется: поиск по-прежнему ведется простым перебором вариантов.

Вероятно, кое-кому из изобретателей приходила на ум заманчивая идея: а нельзя ли получить — для каждой задачи — список всех возможных вариантов? Ведь имея такой список, не рискуешь что-либо упустить...

Чтобы составить полный список, нужен специальный метод. Таким методом (точнее — приближением к нему) является так называемый морфологический анализ, предложенный в 1942 году известным американским астрономом Ф. Цвикки.

На первый взгляд может показаться странным, что метод организации творческого мышления придумал астроном. На самом же деле здесь все закономерно. Астрономия первой из наук столкнулась с большими динамическими системами (звездами, галактиками) и первой ощутила необходимость в методах, позволяющих анализировать такие системы.

В начале XX века нидерландский астроном Герцшпрунг и американский астрофизик Рассел построили диаграмму «Спектр — светимость». На одной оси этой диаграммы указаны спектральные классы, а на другой — светимость звезд. Оказалось, что каждому спектральному классу звезд соответствует определенная светимость. В бесчисленное множество звезд сразу был внесен порядок — звезды разместились на диаграмме по одной линии («главная последовательность»). Более того, упорядочилось и представление о развитии звезд: с увеличением возраста меняется спектр звезды; звезда перемещается на диаграмме вдоль линии «главной последовательности».

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела оказала огромное влияние на астрономическое мышление (как таблица Менделеева — на мышление химиков). В последующие годы она уточнялась, развивалась, были найдены новые линии для звезд-гигантов, звезд-карликов и т. д., были построены новые двухмерные и трехмерные диаграммы.

В 1939 году Ф. Цвикки, анализируя белые пятна на диаграмме «Масса — светимость», сделал выдающееся открытие — теоретически доказал существование нейтронных звезд. Три года спустя, когда Цвикки привлекли к ракетным разработкам, он перенес метод построения многомерных диаграмм в технику, назвав его морфологическим методом.

Сущность этого метода заключается в построении многомерных таблиц (морфологических ящиков), в которых осями берутся основные показатели данной совокупности объектов. Предположим, надо найти оптимальную конструкцию ранцевого устройства для передвижения пловца-подводннка. Мы можем начать перебирать различные «а если сделать так?». Например: а если использовать электромотор и аккумуляторы? Или: а если использовать энергию сжатого воздуха и турбинку? Или: а если использовать энергию сжатого воздуха, но не с турбинкой, а с плавником типа «рыбий хвост»?..

При морфологическом методе — до выбора — нужно построить многомерную таблицу, на одной оси которой надо отложить (в данном случае) вид используемой энергии (электрическая, механическая, химическая и т. д.), на другой оси — разные типы двигателей (электромоторы, турбины, ракетные двигатели различных систем), на третьей — типы возможных движителей (винт, плавник, ракета и т. д.). Такой ящик охватит почти все мыслимые комбинации.

Конечно, ящик будет тем полнее, чем больше осей в нем и чем длиннее эти оси. Так, ящик, составленный Цвикки для прогнозирования одного только типа ракетных двигателей, имел — при 11 осях — 36864 комбинации!..

В этом, собственно, и заключается один из основных недостатков морфологического метода. При решении изобретательской задачи даже средней трудности в ящике могут оказаться сотни тысяч и миллионы вариантов.

Другой недостаток метода — отсутствие уверенности в том, что при построении ящика учтены все оси и все классы вдоль этих осей. Интуитивный поиск вариантов заменяется интуитивным же поиском осей и классов. Выигрыш в том, что мы переходим от перебора мелких (и потому легко теряющихся) единиц (вариантов) к подбору крупных единиц (оси, классы по осям). Проигрыш в том, что, упустив хотя бы одну ось, мы автоматически теряем очень большую группу вариантов. А с осями, как с вариантами, самые тривиальные лезут в глаза, а самые интересные прячутся за психологическими барьерами. И все-таки морфологический метод — большой шаг вперед по сравнению с обычным перебором вариантов.

Наиболее эффективно применение этого метода при решении конструкторских задач общего плана (проектирование новых машин, поиск новых компоновочных решений). Возьмем, для примера, проектирование снегоходов. Можно построить морфологический ящик со следующими осями и классами по осям [14] О различных конструкциях снегоходов см. Г. Лилиан, Г. Тургенев. Снегоходы. М., «Знание», 1967. .

1. Двигатель:

внутреннего сгорания;

газовая турбина;

электрический;

турбореактивный;

парусный (для снегоходов это не лишено смысла).

2. Движитель:

моноколесо (кабина внутри колеса);

обычные колеса;

ребристые колеса;

овальные колеса;

квадратные колеса;

цилиндрические пневмокатки;

гусеницы;

снежные винты;

лыжи и вибролыжи;

воздушный винт;

воздушная подушка;

ноги (шагающий движитель);

спиральный движитель;

рессорно-листовой движитель;

импульсно-фрикционный движитель;

снегометный движитель;

вращающиеся тарелки и еще не менее 15 комбинированных движителей.

3. Опора кабины:

на движитель (например, на лыжи);

непосредственно на снег.

4. Тип кабины:

открытая;

закрытая однокорпусная;

катамаран;

сдвоенная тандемного типа.

5. Обеспечение амортизации:

за счет движителя;

за счет специальных амортизаторов;

без амортизации.

6. Управление:

изменение направления двигателя;

изменение направления движителя;

снежные рули;

воздушные рули.

7. Обеспечение заднего хода:

реверс двигателя;

реверс движителя;

без реверса (разворотом).

8. Торможение:

основным двигателем;

вспомогательным двигателем;

воздушными тормозами;

снежными тормозами.

9. Предохранение от примерзания на стоянке:

механическое;

механическое с помощью двигателя;

электрическое;

химическое;

тепловое;

без предохранения.

Мы охватили далеко не все возможные оси и не все классы по осям. Тем не менее в ящике уже более миллиона вариантов.

Морфологический метод надо признать, таким образом, как полезный вспомогательный прием.

Чтобы как-то упорядочить перебор вариантов, можно составить списки наводящих вопросов. Такой метод называется методом контрольных вопросов. Различные списки предлагались многими авторами еще в 20-е годы.