Сообразно с этим процесс творческого решения новой технической задачи обычно включает три – отличные по цели и методу – стадии, которые мы условно называем аналитической, оперативной и синтетической.
Аналитическая стадия имеет своей целью анализ развития данной машины, механизма, процесса (или в более широком смысле – отрасли техники) для выявления основного на данном этапе противоречия и определения непосредственной (физической или химической) причины этого противоречия. Оперативная стадия заключается в систематическом и целесообразно направленном исследовании возможных способов устранения обнаруженной причины противоречия. Синтетическая стадия направлена на перенесения на остальные элементы системы дополнительных изменений, вытекающих из найденного способа устранения данного технического противоречия.
Творческая работа изобретателя начинается уже на первом этапе аналитической стадии – при выборе задачи. Совершенно ошибочно мнение С.Л. Рубинштейна о том, что изобретатель, должен выработать тенденцию присматриваться к тому, что "можно изменить, переделать, улучшить". Изменять и улучшать можно все без исключения орудия и средства техники – ничего неизменяемого нет. Задача изобретателя заключается не в механическом выборе темы, на которую случайно упал взгляд, а в творческом исследовании динамики развития определенной системы и в выявлении решающей на этом этапе проблемы, являющейся тормозом общего развития.
Второй этап аналитической стадии – выявление основного звена задачи. При решении каждой конкретной технической задачи необходимо из всех характеристик машины, механизма или процесса выбрать ту характеристику (звено), изменение которой необходимо и достаточно для достижения требуемого технического эффекта.
Выбор задачи и ее основного звена –лишь первая половина аналитической стадии творческого процесса. При попытке решения задачи уже известными техническими средствами возникают противоречия, препятствующие достижению требуемого технического эффекта. Выявление решающего противоречия – третий этап аналитической стадии.
Так, например, попытка увеличить коэффициент полезного действия котельной установки введением дополнительных тепловых экранов и экономайзеров приводит к утяжелению агрегата и увеличению расхода металла на его строительство. Пытаясь обычными приемами улучшать один из показателей, мы одновременно ухудшаем другие показатели: "В некоторой мере стремление к уменьшению этого веса (экономия металла) и стремление к увеличению к.п.д. (экономия топлива) противоречат друг другу. Разрешение этого противоречия является одним из важнейших факторов прогрессивного развития котельной техники..." [4; 146].
Выявленное противоречие, очевидно, является следствием определенных причин. Задача последнего – четвертого – этапа аналитической стадии творческого процесса – определение непосредственной (механической, химической) причины противоречия.
Приведем пример. Последняя стадия заводского изготовления циферблатных приборов – проверка их сравнением с выверенным эталонным образцом. Приборы ставятся рядом, и контролер проверяет совпадение показаний в нескольких точках шкалы. Очевидно, что для увеличения точности контроля необходимо брать возможно большее число контрольных точек, а это приводит к снижению темпов проверки, к уменьшению производительности труда контролера. Желая выиграть в точности, мы проигрываем в скорости контроля. Непосредственной причиной противоречия является физическая невозможность совместить шкалы двух приборов: контролеру приходится переводить взгляд с одного прибора на другой, а нужно видеть одновременно оба. В данном случае противоречие устраняется введением бинокулярной системы, оптически совмещающей циферблаты приборов и позволяющей быстро и точно проверять совпадение показаний обоих приборов на протяжении всей шкалы.
Аналитическая стадия – наиболее "логизированная" часть творческого процесса. У опытного изобретателя она представляет логическую последовательность суждений, исходной точкой которых являются исторические, статистические, технические, экономические и иные факты. И лишь в редких случаях, когда на каком-то этапе оказывается недостаточно фактического материала, приходится ставить немногочисленные и всегда целенаправленные эксперименты.
Вместе с тем аналитическая стадия – чрезвычайно важная часть творческого процесса. Во многих случаях правильно проведенный анализ позволяет сразу установить причину технического противоречия или предельно облегчить следующую – оперативную – стадию процесса творчества.
Что определяет успех творческой работы на аналитической стадии? Знание исследуемой области техники, понимание диалектических законов ее развития, наличие всех необходимых для анализа фактических сведений и умение вести логический анализ. Следовательно, для развития изобретательских способностей нужна постоянная тренировка аналитических навыков. Перед тем, как перейти к операциям на живых людях, хирург долгое время тренируется в анатомическом театре. Точно так же изобретатель должен систематически изучать сделанные ранее изобретения. Очень важно и знание истории техники,умение представить каждую отрасль техники в изменении и развитии. Наконец, важен и самый объем технических знаний – объем наличного фактического материала.
Вторая часть творческого процесса – оперативная стадия – во многом отлична от первой. В большинстве случаев оперативная стадия представляет собой сочетание логических операций с операциями нелогическими. Здесь изобретателю приходится искать, пробовать, или, пользуясь старым и не совсем точным термином, вести "мысленный эксперимент", который – это нужно подчеркнуть – преобладает только на оперативной стадии творчества. И главное, он ведется отнюдь не бессистемно. Если "мысленный эксперимент" представляет собой "процесс стягивания к этой точке и вбирание в нее самых различных сведений" (С.Л. Рубинштейн), то творческое решение каждой технической задачи требовало бы многих лет. Работа на оперативной стадии творческого процесса каждым более или менее опытным изобретателем ведется планомерно. У изобретателей в результате длительной практики складывается своя, часто не вполне осознанная, но объективно рациональная система поисков. Аналитическая стадия творческого процесса во многом упрощает эти поиски: изобретатель ищет не абстрактную "идею", а конкретные способы устранения конкретного технического противоречия.
По нашему мнению, наиболее рациональна та схема, при которой поиски способа устранения причин технического противоречия ведутся в следующей последовательности:
1. Исследование типичных приемов решения (прообразов): ;
а) использование природных прообразов,
б) использование прообразов из других областей техники.
2. Поиски новых приемов решения путем изменений:
а) в пределах системы,
б) во внешней среде,
в) в сопредельных системах.
При такой последовательности поиски идут от простого к сложному, что позволяет получать правильные решения с минимальной затратой усилий и времени.
Во многих случаях технические противоречия, с которыми приходится сталкиваться в процессе творческой работы, имеют прямые аналогии в природе и технике. Поэтому целесообразно прежде всего исследовать аналогичные противоречия и типичные способы их устранения. Часто это позволяет использовать природные или технические прообразы для устранения причины данного технического противоречия.
Приведем примеры. В период первой мировой войны на кораблях начали применят гидрофоны – приборы для прослушивания винтов подводных лодок. Эти гидрофоны можно было использовать только остановив корабль или сильно замедлив ход: звуки, создаваемые потоком воды у приемного отверстия гидрофона, заглушали все остальное. Один из инженеров, работавших над усовершенствованием гидрофона, знал, что тюлени прекрасно слышат даже на самом быстром подводном ходу. По предложению этого инженера был построен гидрофон с приемным отверстием, аналогичным по форме ушной раковине тюленя. В результате слышимость значительно улучшилась, оказалось возможным использовать гидрофон и при движении корабля.
Использование природных или технических прообразов не может, конечно, ограничиваться простым копированием. Природные или технические прообразы представляют собой результат длительного и непрекращающегося развития. Заимствуя у природы или техники то или иное решение, изобретатель развивает его, доводя до логического завершения.
Значительную группу изменений составляют изменения во внешней среде. При исследовании целесообразности таких изменений изобретатель должен изучить внешнюю – для данной системы – среду с се влиянием на систему. В частности, следует рассмотреть возможность изменения параметров среды (например, давления, температуры, скорости движения) или замены данной среды другой, обладающей более благоприятными характеристиками. Нередко простой переход от одной среды к другой или введение в среду дополнительных компонентов приводит к успешному решению задачи. Так, например, при изготовлении бетона в обычных бетономешалках, в бетонной массе, даже при длительном перемешивании, остается значительное количество мелких воздушных пузырьков, снижающих прочность бетона. В связи с этим был предложен так называемый вакуумный способ приготовления бетона.
Техническое противоречие может быть устранено также путем внесения изменений в сопредельные системы, в смежные части машины, в другие стадии процесса. Иногда достаточно простого установления взаимосвязи между ранее независимыми процессами. Известно, например, что для освещения на современных киностудиях используется в основном постоянный ток. Вызвано это тем, что частота съемки (24 кадра в 1 сек.) не совпадает с частотой промышленного переменного тока (50 периодов в 1 сек.). При питании светильников переменным током открытие затвора киносъемочного аппарата может совпасть с минимумом освещенности, в результате чего часть кадров получится затемненной. Выдержка при съемке каждого кадра составляет 1/1000 сек., поэтому только 2,4% энергии, падающей на объектив, используется полезно. Если питать безынерционные светильники токовыми импульсами, синхронными и синфазными вращению шторки объектива, то свет будет включаться только в те моменты, когда объектив открыт. Артисты же будут видеть значительно ослабленный непрерывный свет, поскольку уже при 10...16 импульсах в секунду человеческий глаз воспринимает свет как непрерывный. Установление взаимосвязи между работой киносъемочного аппарата и работой системы освещения дает новый технический эффект – резко сокращает расход электроэнергии и облегчает работу артистов.