Методические основы инженерно-технического творчества

Москва
ИНФРА-М
2022

Методические  

основы  

инженерно- 

технического  

творчества

МОНОГРАФИЯ

М.А. Шустов

Шустов М.А.
Методические основы инженерно-технического творчества : монография / М.А. Шустов. — М. : ИНФРА-М, 2022. — 128 с. — (Научная мысль). –  
DOI 10.12737/5041.

ISBN 978-5-16-009927-9 (print)
ISBN 978-5-16-101529-2 (online)

Систематизированы и поэтапно изложены методы инженерно-технического 
творчества по принципу «от сложного — к простому». 
Описание методов осуществлено по структуре: определение и идея метода, 
рекомендуемые этапы реализации, достоинства и недостатки метода, пример 
практической реализации. В свою очередь, примеры подразделены на постановку задачи, формулировку проблемы, процедуры, рекомендуемые методом, 
решение задачи (итоговый результат). 
В зависимости от степени сложности решаемых задач выделены: методы 
генерации новых ситуаций;  творческие методы перебора, переноса и модифицирования ситуаций; механические методы комбинаторики при решении 
технических задач. 
Книга предназначена для широкого круга лиц, интересующихся методологией инженерно-технического творчества, может быть полезна новаторам, 
изобретателям, студентам, инженерам и научным сотрудникам. 

УДК 62(075.4)  
ББК 30уя73

УДК 62(075.4)
ББК 30уя73
 
Ш97

© Шустов М.А., 2015
ISBN 978-5-16-009927-9 (print)
ISBN 978-5-16-101529-2 (online)

Ш97

ВВЕДЕНИЕ
 
В эпоху стремительного развития науки и техники с особой остротой 
встает проблема методического обеспечения процесса активизации 
творческой деятельности. При анализе динамики роста числа публикаций для большинства наук отмечается экспоненциальное нарастание 
массива новых теоретических, экспериментальных, прикладных данных. 
Аналогичная картина отмечается и в изобретательском творчестве. Если 
за весь дореволюционный период в России было выдано весьма ограниченное количество привилегий-патентов (до 1812 г. выдано 76 привилегий «на промыслы, торговлю и изобретения в ремеслах и художествах», за 1812—1896 гг. — 6333 привилегии, за 1896—1917 гг. — 
29745 привилегий на изобретения), то в доперестроечное время каждый 
день регистрировалось несколько тысяч авторских свидетельств. Для 
сравнения: за 2012 г. в РФ было выдано 32 880 патентов на изобретения 
и 11 671 — на полезную модель.
Несмотря на активный подъем изобретательской активности, до последнего времени попытки создания классификации и систематического 
изложения методик инженерно-технического творчества были единичны. Более характерны были разрозненные рекомендации, либо узкоспециализированные ответвления, отображающие личную концепцию автора разработки или методики. Процесс создания нового 
сводился в трудах популяризаторов науки и техники к «озарению», особому состоянию человека, проявляющемуся в особых, малоповторимых 
обстоятельствах. В соответствии с подобной логикой невозможно было 
спрогнозировать момент очередного озарения, создать условия для активизации этого процесса, направить сам процесс в нужное русло, вовлечь в этот процесс новых участников творческого процесса. Этот период изложения «методик» изобретательского творчества можно отнести 
к категории описательной, повествовательной. Аналогичным образом 
описывалась жизнь и деятельность людей творческих профессий: художников, писателей, поэтов, композиторов. 
Новый этап в развитии и систематизации методик творческой деятельности обозначился в послевоенное время. Возникли такие прогрессивные методики активизации творческой деятельности, как мозговой 
штурм, морфологический анализ и др. Особенно бурное развитие эти 
методики получили в последние десятилетия. Так, за последние десятилетия возникли и стремительно развиваются такие перспективные методы активизации творческой деятельности, как теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), алгоритм решения изобретательских задач 
(АРИЗ). 
В журналах «Изобретатель и рационализатор», других печатных изданиях появляются описания новых методов, приемов изобретательского творчества. Печатаются обзорные статьи, выходят в свет монографии, публикуются учебные пособия по основам инженерного и технического творчества для студентов высших и средних технических 

учебных заведений, книги для учащихся старших классов средних школ. 
Все это свидетельствует о том, что появилась и развивается новая отрасль научного знания «Методические основы инженерно-технического 
творчества». 
В настоящее время арсенал методов и приемов активизации творческой деятельности по данным разных авторов насчитывает несколько 
сотен наименований. Это АРИЗ, ТРИЗ, морфологический анализ, мозговой штурм, функционально-стоимостный анализ и целый ряд других. 
Очевидно, что эффективность применения арсенала перечисленных 
методов при решении нестандартных инженерно-технических задач 
будет тем существенней, чем разнообразнее и действеннее оружие, предлагаемое арсеналом. В этом случае каждый человек может выбрать применительно к себе наиболее подходящий для него набор приемов и методов, которыми сможет в совершенстве овладеть и в дальнейшем с успехом использовать. 
Настоящая монография является развитием предшествующих работ 
[1, 2] и посвящена изложению методических основ инженерно-технического творчества, методов активизации творческого воображения, 
описанию и систематизации методов для решения задач различного 
уровня сложности. Для иллюстрации методов приведены примеры. 

ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Развитие представлений об окружающем нас мире идет по следующей схеме: 

ЗАКОН ⇒ ЯВЛЕНИЕ ⇒ ЭФФЕКТ
Такая цепочка может быть выстроена для любой из областей наук, 
для любых форм движения материи, энергии или информации. В количественном соотношении звенья этой цепочки приблизительно соотносятся как n0:n1:n2, т.е. при n=10 на 1 открытие закона приходится до десятка открытых явлений и до сотни новых различных эффектов. Очевидно, что чем больше значение n, тем более значимым представляется 
открытие. 
Для природы характерен закон параллельности развития представлений о процессах и явлениях; для различных отраслей наук о живой 
неживой материи характерны аналогии, прямые и косвенные, в характере проявления законов, явлений и эффектов. 
В частности, всеобщим является закон сохранения количества материи (энергии). В этой связи весьма обоснованным представляется 
использование метода гомологических рядов, графологических аналогий, прямых аналогий и методологии технического творчества.
К другим законам, важным для понимания процессов трансформации материальных объектов во времени, относится закон развития 
степени совершенства технического объекта во времени. 

На рис. 1 представлена кинетическая S-образная кривая относитель
ного возрастания количества идей, касающихся совершенствования 
конкретного технического объекта (устройства, способа), которую 
можно описать универсальной формулой [3]

α( )
ln
exp
( )
,
t
A
B
p t dt

t

= −
+
−




















∫
1
1

0

где α(t) — степень изменения системы в пределах от 0 до 1; A и B — взаимосвязанные нормировочные коэффициенты; p(t) — закон развития 
модели процесса развития системы.

При определенных приближениях ур. (см. выше) преобразуется:

α( )
exp
( )
,
t
p t dt

t

= −
−








∫
1

0

и, в частном случае, при p(t)~ts переходит в уравнение типа:

α( )
exp
,
t
kt m
= −
−(
)
1

хорошо известное, как уравнение Ерофеева–Колмогорова.

Условно S-образную зависимость развития технических систем 

(рис. 1) можно расчленить на три участка. 

Рис. 1. Кинетическая кривая нормированного количества идей для одной отдельно 

взятой области знаний

Рис. 2. Производная нормированного количества идей во времени

Рис. 3. Характер изменения во времени сложности решения задачи 

Участок I — характеризует латентный (скрытый) период: направление поиска задано, имеются предвестники нового оригинального решения, однако реально идей пока задействовано и реализовано мало. 
На этом участке зачастую улучшаются первостепенные признаки, намечаются задачи первостепенной, стержневой значимости. На участке II — 
отмечается максимальная скорость накопления идей. Это стадия прорыва, стадия улучшения и совершенствования второстепенных признаков. Завершает процесс стадия III — на ней отмечается угасание 
активности, спад скорости. На этом участке чаще всего совершенствуются третьестепенные признаки объекта. 
На рис. 2 приведена производная относительного (нормированного) 
количества идей по времени, характеризующая скорость поступления 

(возникновения, генерации) идей при решении научных или технических задач. 
На рис. 3 показана зависимость, отражающая изменение во времени 
степени трудности решаемой задачи по мере совершенствования технического объекта.
Наконец, на рис. 4 изображена зависимость, характеризующая временную зависимость количества остающихся недостатков в техническом 
объекте по мере его совершенствования. 
Для ретроспективного анализа или, напротив, прогноза развития 
процесса по зависимости, рис. 1, может быть использован метод трех 
точек [4].  Следуя логике этого метода, производят три разнесенных во 
времени определения степени преобразования системы. 
На основании приведенных выше уравнений несложно получить 
следующие выражения для вычисления давности события tx, а также 
коэффициента k:

t
t

c
a

t
t

b
a

k
a

tx
x

m

x

m
m
( )
;
( )
;
,
1

1

2

1

31
21
=

−

=

−

= −

где a
t
b
t
c
t
=
−
=
−
=
−
ln[
( )];
ln[
( )];
ln[
( )];
1
1
1
1
1
2
2
3
3
α
α
α
α
α
1
1
2
2
( ),
( ),
t
t

α3
3
( )
t
— координаты трех точек на графике, рис. 1 (нормированные 
значения количественных изменений системы для трех моментов времени).
Считается, что внешний вид кинетической кривой (рис. 1) неизвестен. Далее, используя систему уравнений для метода трех точек, 
строят графические зависимости tx(m) — кривые tx(1) и tx(2). Точка пересечения кривых дает сведения о «возрасте» процесса и о значении 
показателя степенной зависимости m. На основании вычисленных значений tx и m может быть определен и коэффициент пропорциональности k.
Наиболее просто задачу установления давности события, определения вида кинетической кривой и хода последующего развития процесса можно решить методом последовательных приближений, либо 
графическим методом.
Очевидно, что на рис. 1–4 представлен достаточно обобщенный, 
простейший случай; фактически в развитии технического объекта наблюдаются многомерность, ответвление от основного древа развития 
процесса, развитие параллельных и альтернативных вариантов. 
В табл. 1 приведены характеристики этапов совершенствования объектов и используемые для этого методы научно-технического творчества. 
К методам, посредством использования которых могут быть решены 
творческие задачи первого уровня сложности, можно отнести поисковый 
метод научного исследования и моделирования, методы прогнозирования свойств и характеристик объекта, методы с использованием ги

потетических и прогностических предпосылок. К методам генерации 
новых ситуаций можно отнести и теорию решения изобретательских 
задач (ТРИЗ), а также алгоритмы решения изобретательских задач 
(АРИЗ). 
Для решения задач второго уровня сложности (уровень изобретений) 
могут быть использованы большинство из рассматриваемых в курсах 
методологии технического творчества методов — метод мозгового 
штурма, его разновидности, фонд эвристических приемов, банк физических эффектов и ряд других. 
И, наконец, для решения задач третьего уровня сложности (уровень 
технических решений, имеющих местную новизну, уровень рацпредложений) могут быть использованы функционально-стоимостный анализ, 
морфологический анализ и синтез, метод проб и ошибок, компьютерные 
и иные методы перебора ситуаций и т.д. 
Очевидно, что рекомендации по решению задач первого уровня более 
сложны в практическом приложении, зато они могут быть автоматически перенесены и использованы для решения задач второго и третьего 
уровня сложности. То же можно сказать в отношении переноса рекомендаций для решения задач второго уровня сложности на решение задач 
третьего уровня. 
Приведем далее иерархию технических систем [5], построенную по 
нисходящей схеме, «от сложного — к простому», табл. 2.

Рис. 4. Примерная зависимость снижения во времени числа остающихся  
в совершенствуемом объекте недостатков 

Та б л и ц а  1
Характеристики этапов совершенствования объектов и используемые для этого 
методы инженерно-технического творчества

Этап
Характер 
задач
Характер 
исследований

Уровень 
решаемых 
задач

Уровень 
используемых приемов

Используемые методы 
инженерно-технического 
творчества

I
Научные
Фундаментальные
Открытия Явления
Методы генерации 
новых ситуаций (улучшение первостепенных 
признаков)
II
Инженерные
Прикладные Изобретения
Эффекты
Творческие методы 
переноса и модифицирования ситуаций 
(улучшение второстепенных признаков)
III
Производственные

Производственные
Рацпредложения 
(полезные 
модели)

Сочетания 
признаков
Механические методы 
комбинаторики при 
решении технических 
задач (улучшение третьестепенных признаков)

Та б л и ц а  2
Иерархия технических систем

Ранг
Название системы
Пример
Аналоги в природе

1
Техносфера 
Техника + люди + ресурсы 
+ система потребления 
Биосфера 

2
Техника 
Вся техника (все отрасли)
Фауна 
3
Отрасль 
Транспорт (все виды) 
Тип 
4
Объединение 
Аэрофлот, автотранспорт, 
железнодорожный транспорт 

Класс 

5
Предприятие 
Завод, метро, аэропорт 
Организм 
6
Агрегат 
Локомотив, вагоны, рельсовый путь 
Органы тела: 
сердце, легкие 
и т.д. 
7
Машина 
Локомотив, автомобиль, 
самолет 
Клетка 

8
Неоднородный механизм 
(совокупность узлов, позволяющая осуществлять 
перевод энергии и вещества одного вида в 
другой) 

Электростатический генератор, двигатель внутреннего сгорания 

Молекулы ДНК, 
РНК, АТФ 

Ранг
Название системы
Пример
Аналоги в природе

9
Однородный механизм 
(совокупность узлов, позволяющая изменить 
энергию и вещество, не 
меняя их вида) 

Винтовой домкрат, тележка, парусное оснащение, часы, трансформатор, бинокль 

Молекула гемоглобина, способная транспортировать кислород 
10
Узел 
Ось и два колеса (появляется новое свойство — способность качения) 

Сложные молекулы, полимеры 

11
Пара деталей 
Винт и гайка, ось и колесо 
Молекула, образованная радикалами 
12
Неоднородная деталь (при 
разделении образует неодинаковые части) 

Винт, гвоздь 
Несимметричная 
углеродная цепь 

13
Однородная деталь (при 
разделении) 
Проволока, ось, балка 
Углеродная цепь

14
Неоднородное вещество 
Сталь 
Смеси, растворы 
(морская вода, 
воздух) 
15
Однородное вещество 
Химически чистое железо 
Простое вещество 
(кислород, азот) 

ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Описание законов развития систем — классическая задача естествознания, решению которой посвящено невообразимое множество научных трудов философов, естествоиспытателей. Не углубляясь подробно 
в суть проблемы, более развернуто рассмотрим законы развития технических систем с позиций новаторско-изобретательского подхода.
В середине 70-х гг. прошлого века Г.С. Альтшуллер [6] разработал систему законов развития систем, которые подразделил на три группы: 
Статика — законы, определяющие начало жизни технических систем.
1. Закон полноты частей системы.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность 
основных частей системы.
Следствие из закона 1.
Чтобы система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна 
её часть была управляемой.
2. Закон «энергетической проводимости» системы.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям 
системы.

О к о н ч а н и е  т а б л .  2