Элементы теории и методологии научно-технического творчества Кафедра электронных

Элементы теории и методологии научно-технического творчества Кафедра электронных систем Дон. ГТУ

Донбасский Государственный Технический Университет Творчество – деятельность, порождающая нечто качественно новое и отличающаяся неповторимостью, оригинальностью и общественно-исторической уникальностью. Творчество имеет место в научной, технической, художественной, политической и других сферах деятельности человека. Научное творчество связано с познанием окружающего мира. Техническое творчество имеет прикладные цели и направлено на удовлетворение практических потребностей человека. Под ним понимают поиск и решение задач в области техники на основе использования достижений науки. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Мотивацией творчества служат биологические, социальные и идеальные потребности. Биологические потребности (например, принцип экономии сил) лежат в основе житейской изобретательности и совершенствовании навыков, но могут приобрести и самодовлеющее значение, превратившись в лень. Социальные потребности – стремление к материальному вознаграждению, к почёту и уважению в обществе. Идеальные потребности – потребность познания в широком смысле. Они ведут своё происхождение от потребности в информации, изначально присущей всему живому. Существует потребность в информации как стремление к новому, ранее не известному. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Источники и механизм творчества: Творческое мышление начинается там, где создаётся проблемная ситуация, которая предполагает поиск решения в условиях неопределённости, дефицита информации. Определяющим механизмом творчества является не логика, а интуиция. Интуиция (лат. intuitio - созерцание) - способность мысленно оценивать ситуацию и, минуя рассуждения и логический анализ, моментально принимать правильные решения. Интуитивное решение может возникнуть как в результате напряженного раздумывания над решением вопроса, так и без него. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Интуиция. Логике просьба не вмешиваться… Своими открытиями во многом обязаны интуиции Эйнштейн, Эдисон, Маркони и Генри Форд. Вид извивающейся змеи подсказал химику Фридриху Кекуле классическую формулу бензола, обыкновенная паутина навела инженера Брауна на мысль о висячем мосте. Знаменитый Джордж Сорос по приступам боли в спине узнавал, что сейчас ситуация сложится не в его пользу. Правило № 1. «Удаче предшествует радость» Правило № 2. «Оговорки по Фрейду» - не случайны Правило № 3. «Я знаю точно наперед…» Правило № 4. «Имеющий глаза да увидит» Правило № 5. «Что-то заставило» Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Эффективность интуиции зависит от природных данных индивидуума, которые исследователь должен развивать путём самосовершенствования, усиливая в себе шесть главных интеллектуальных свойств: 1) эрудицию – исходный объём знаний, интеллектуальный потенциал; 2) память – накопление полученной информации, ассоциирование прошлых наблюдений; 3) здравый смысл (фронезис) – способность оценивать без предвзятости, жертвовать чем-то ради достойной цели, понимать другие точки зрения; 4) воображение – способность видеть ещё не существующий образ; 5) ясность изложения мысли – умение формулировать умозаключения понятно для других; 6) увлечённость – умение радоваться удачам, переносить неудачи и преодолевать трудности. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Интеллект (Intellectus – понимание, разум, рассудок, ум) - способность к мышлению, рациональному познанию. Различают: - интеллект личности; - коллективный интеллект - искусственный интеллект. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Интеллект личности Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Исследователь Компьютер Воля, настойчивость Управление Микро- процессор Оперативная память Система программ Препятствия внешние, внутренние (температура) Интеллект Система специального образования (профессия), культуры, воспитания Препятствия внешние (условия работы, противники) Внутренние (болезни, лень) Оперативная память Система обучения Работоспособность Надежность Долговременная память Здоровье Схема работы компьютера и исследователя в режиме решения сложных задач Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Основные проявления интеллекта: 1) любознательность (пассивная – эрудиты, активная – исследователи); 2) неудовлетворённость к собственным результатам, 3) оптимизм (как способность к риску – не путать с самоуверенностью), 4) умение сформулировать вопрос (поставить задачу). Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет К дополнительным признакам интеллекта часто относят: § особенности письменной и устной речи человека; § чувство юмора; § остроумие; § простота принимаемых решений. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет К числу факторов, отрицательно влияющих на развитие творческого мышления относятся: § отсутствие гибкости мышления; § сила привычки; § узкопрактический подход; § чрезмерная специализация; § влияние авторитетов; § боязнь критики; § страх перед неудачей; § чересчур высокая самокритичность; § лень. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Классификация учёных-исследователей (Х. Гоу и Д. Вудворт): 1. Фанатик – увлечён наукой до самозабвения, считает её содержанием жизни, любознательный, неутомимый, требовательный, часто плохо уживается с коллективом. 2. Пионер – инициативный, работоспособный, честолюбивый, хороший организатор и учитель, открыватель новых путей, кладезь творческих идей. 3. Диагност – умный критик, способный сразу обнаружить сильные и слабые стороны работы. 4. Эрудит – обладает хорошей памятью, легко ориентируется в различных областях знания, но натура не творческая, легко поддающаяся авторитету других. 5. Техник – логик и стилист, умеет придать законченность чужой работе, сознаёт ограниченность своих возможностей, отлично уживается в коллективе. 6. Эстет – увлекается изящными решениями, несколько пренебрежительно смотрит на работающих не так «тонко» , не очень терпелив и работоспособен. 7. Методолог – хорошо владеет методологией и математическим аппаратом, любит обсудить с другими свои научные планы, терпимо относится к чужим взглядам. 8. Индивидуалист – избегает работы в коллективе и административных функций, умён, наблюдателен, упрям, увлечён своими идеями, но не проявляет особой энергии для внедрения их в жизнь. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Коллективный интеллект - общий интеллект научных работников, совместно разрабатывающих проблему под руководством наиболее авторитетного учёного. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет При формировании научного коллектива необходимо применение следующих принципов: § привлечение специалистов из различных областей знания; § умелое сочетание учёных различных возрастов; § способность людей к совместному труду; § соответствие структуры коллектива фактическому соподчинению в зависимости от личных способностей; § непрерывность формирования состава; § свободное высказывание идей всеми членами коллектива; § поощрение публикацией, упоминанием заслуг, ссылками на труды, официальными поздравлениями и т. п. ; § сквозное планирование от научного поиска до внедрения; § разумная проверка результатов. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Успех коллективного научного исследования зависит от того, создана ли руководителем научная школа. Научной школой называют возглавляемый крупным учёным коллектив научных работников, имеющих единую идею, единое мировоззрение, непрерывно выражающееся в исследовательской деятельности. Пример научных школ: - научная школа академика Йоффе, - научная школа академика Алферова. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Иоффе Абрам Фёдорович Абра м Фёдорович Ио ффе (29. 10. 1880, Ромны - 14. 10. 1960, Ленинград) — российский и советский физик, обыкновенно именуемый «отцом советской физики» , академик (1920), вицепрезидент АН СССР (1942 -1945), создатель научной школы, давшей многих выдающихся советских физиков, таких как А. Александров, Я. Дорфман, П. Капица, И. Кикоин, И. Курчатов, Н. Семенов, Я. Френкель и другие. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Иоффе Абрам Фёдорович Первая работа Иоффе (магистерская диссертация), была посвящена элементарному фотоэлектрическому эффекту и кругу классических исследований по определению заряда электрона. Он доказал реальность существования электрона независимо от остальной материи, определил абсолютную величину его заряда, исследовал магнитное действие катодных лучей, представляющих собой поток электронов, доказал статистический характер вылета электронов при внешнем фотоэффекте. Следующим обширным исследованием Иоффе было изучение упругих и электрических свойств кварца, что легло в основу его докторской диссертации. Иоффе были получены важные результаты в области физики кристаллов, которые обобщены в известной книге «Физика кристаллов» , написанной по материалам лекций, прочитанных им в 1927 во время длительной командировки в США. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Иоффе Абрам Фёдорович В начале 1930 -х годов по инициативе Иоффе начались системати -ческие исследования новых в то время материалов – полупроводников. Получило объяснение выпрямляющее свойство такого контакта «металл-полупроводник» в рамках теории туннельного эффекта, получившей развитие 40 лет спустя при описании туннельных эффектов в диодах. Показано, что полупроводники способны обеспечить эффективное преобразование энергии излучения в электрическую энергию, что послужило предпосылкой к развитию новых областей полупроводниковой техники – созданию фотоэлектрических генераторов (в частности, кремниевых преобразователей солнечной энергии – «солнечных батарей» ). Создана методика определения основных свойств полупроводниковых материалов. Изучение термоэлектрических свойств полупроводников послужило началом развития новой области техники – термоэлектрического охлаждения, которая нашла широкое применение во всем мире для решения ряда задач в радиоэлектронике, приборостроении, космической биологии и т. д. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Алфёров Жорес Иванович Родился 15 марта 1930 года в Витебске. В 1952 году с отличием окончил Ленинградский электротехнический институт имени В. И. Ульянова (Ленина) по специальности "электровакуумная техника". Действительный член (академик) Российской Академии наук, вице-президент РАН, председатель президиума Санкт-Петербургского научного центра РАН, директор Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН. Депутат Государственной Думы Российской Федерации, член Комитета по образованию и науке. Работал в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе АН СССР инженером, младшим, старшим научным сотрудником, заведующим сектором, заведующим отделом. С 1987 года - директор института. Главный редактор журнала "Физика и техника полупроводников". В 1961 году защитил кандидатскую диссертацию по исследованию мощных германиевых и кремниевых выпрямителей. В 1970 году защитил по результатам исследований гетеропереходов в полупроводниках диссертацию на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. В 1972 году был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Алфёров Жорес Иванович Крупнейший ученый, автор фундаментальных работ в области физики полупроводников, полупроводниковых приборов, полупроводниковой и квантовой электроники. При его активном участии были созданы первые отечественные транзисторы и мощные германиевые выпрямители. Основоположник нового направления в физике полупроводников и полупроводниковой электронике - полупроводниковые гетероструктуры и приборы на их основе. Автор 50 изобретений, трех монографий, более 350 научных статей в отечественных и международных журналах. Лауреат Ленинской (1972) и Государственной (1984) премий СССР. С 1989 года - председатель президиума Ленинградского - Санкт. Петербургского научного центра РАН. С 1990 года - вице-президент Академии наук СССР (РАН). Лауреат Нобелевской премии 2000 года. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Королев Сергей Павлович Серге й Па влович Королёв (12. 01. 1907, Житомир – 14. 01. 1966, Москва) - советский учёный, конструктор и организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, отец советской космонавтики. С. П. Королёв является создателем советской ракетно-космической техники, обеспечившей стратегический паритет и сделавшей СССР передовой ракетно-космической державой. Дважды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии, академик Академии наук СССР. Член КПСС с 1953 года. В школьные годы Сергей Королев отличался исключительными способностями и неукротимой тягой к новой тогда авиационной технике. В 1921 познакомился с летчиками Одесского гидроотряда и активно участвовал в авиационной общественной жизни: с 16 лет как лектор по ликвидации авиабезграмотности, а с 17 - как автор проекта безмоторного самолета К-5, официально защищенного перед компетентной комиссией и рекомендованного к постройке. Поступив в 1924 году в Киевский политехнический институт по профилю авиационной техники, Королёв за два года освоил в нём общие инженерные дисциплины и стал спортсменом-планеристом. Осенью 1926 г. он переводится в Московское высшее техническое училище (МВТУ). Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Королев Сергей Павлович За время учёбы в МВТУ С. П. Королёв уже получил известность как молодой способный авиаконструктор и опытный планерист. Спроектированные им и построенные летательные аппараты показали незаурядные способности Королёва как авиационного конструктора. В сентябре 1931 С. П. Королёв и талантливый энтузиаст в области ракетных двигателей Ф. А. Цандер добиваются создания в Москве с помощью Осовиахима общественной организации – Группы изучения реактивного движения (ГИРД): В апреле 1932 она становится по существу государственной научно-конструкторской лабораторией по разработке ракетных летательных аппаратов, в которой создаются и запускаются первые отечественные жидкостно-баллистические ракеты. В 1936 году С. П. Королёву удалось довести до испытаний крылатые ракеты: зенитную - с пороховым ракетным двигателем и дальнобойную – с жидкостным ракетным двигателем. В 1938 С. П. Королёв был арестован по обвинению в участии в троцкистской организации и во вредительстве (нецелевое расходование средств) и приговорён НКВД к 10 годам в ИТЛ. В 1939 попал на Колыму, где был занят на т. н. «общих работах» . Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Королев Сергей Павлович Осенью 1940 он был переведён в новое место заключения - московскую спецтюрьму НКВД ЦКБ-29, где под руководством А. Н. Туполева, также заключённого, принимал активное участие в создании бомбардировщиков Пе-2 и Ту-2 и одновременно инициативно разрабатывал проекты управляемой аэроторпеды и нового варианта ракетного перехватчика. Это послужило причиной для перевода Королёва в 1942 в другое КБ тюремного типа – ОКБ-16 при Казанском авиазаводе № 16, где велись работы над ракетными двигателями новых типов с целью применения их в авиации. С. П. Королёв со свойственным ему энтузиазмом отдаётся идее практического использования ракетных двигателей для усовершенствования авиации: сокращения длины разбега самолёта при взлёте и повышения скоростных и динамических характеристик самолётов во время воздушного боя. В 1956 году под руководством С. П. Королёва была создана первая отечественная Стратегическая ракета, ставшая основой ракетного ядерного щита страны. В 1957 Сергеем Павловичем были созданы первые баллистические ракеты (мобильного наземного и морского базирования) на стабильных компонентах топлива; он стал первопроходцем в этих новых и важных направлениях развития ракетного вооружения. Для реализации пилотируемых полётов и запусков автоматических космических станций С. П. Королёв разработал на базе боевой ракеты семейство совершенных трёхступенчатых и четырёхступенчатых носителей. 4 октября 1957 года был запущен на околоземную орбиту первый истории человечества ИСЗ. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Королев Сергей Павлович В 1959 году создаются и запускаются три автоматических аппарата к Луне. Первый и второй - для доставки на Луну вымпела Советского Союза, третий с целью фотографирования обратной (невидимой) стороны Луны. В дальнейшем С. Королёв начинает разработку более совершенного лунного аппарата для его мягкой посадки на поверхность Луны, фотографирования и передачи на Землю лунной панорамы. 12 апреля 1961 г. С. П. Королёв снова поражает мировую общественность. Создав первый пилотируемый космический корабль «Восток-1» , он реализует первый в мире полёт человека - гражданина СССР Юрия Алексеевича Гагарина по околоземной орбите. Вслед за первым полётом Ю. А. Гагарина 6 августа 1961 года Германом Титовым на корабле «Восток-2» был совершён второй космический полёт, который длился одни сутки. Затем совместный полёт космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4» , пилотируемых космонавтами А. Г. Николаев и П. Р. Поповичем, с 11 по 12 августа 1962 года; между космонавтами была установлена прямая радиосвязь. На следующий год - совместный полёт космонавтов В. Ф. Быковского и В. В. Терешковой на космических кораблях «Восток-5» и «Восток-6» . За ними — с 12 по 13 октября 1964 года - в космосе экипаж из трёх человек различных специальностей: командира корабля, бортинженера и врача на более сложном космическом корабле «Восход» . 18 марта 1965 г. во время полёта на корабле «Восход-2» с экипажем из двух человек космонавт А. А. Леонов совершает первый в мире выход в открытый космос в скафандре через шлюзовую камеру. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Искусственный интеллект Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Объект, обладающий искусственным интеллектом, должен выполнять следующие функции: - запоминать сообщенную ему информацию; - осуществлять логический анализ; - быть способным образовывать новые понятия и т. д. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Приемы интенсификации интеллектуального поиска : § аналогия; § инверсия; § эмпатия; § мозговой штурм. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Прием аналогии используют как для преодоления, так и для увеличения инерции мышления. Инерция мышления полезна, если стоит задача с наибольшей точностью повторить решение, найденное ранее в прототипе, внося изменения чисто количественно. Для разрушения инерции мышления аналогию необходимо искать между далёкими по характеру задачами, выбирая в целях конструктивного решения аналогию из какой-либо далёкой области (например, идея вскрытия герметичного корпуса модуля путём надрыва шва заложенной в шов проволокой взята из конструкций консервной банки). Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Приём инверсии основан на взгляде на явление с иной, часто противоположной стороны. Например, обращение вреда в пользу при устранении самоотвинчивания резьбовых соединений: попадание краски в резьбу затрудняет разборку резьбового соединения, но именно поэтому может быть использовано для законтривания. Приём эмпатии (вживание в образ) позволяет конструктору ощутить мельчайшие подробности работы узла или протекающих в нём процес-сов, для того, чтобы обнаружить недочёты, неразличимые со стороны. Например, ощущение себя тепловым потоком, текущим от мощного, закрепленного на печатной плате транзистора, позволяет образно пред-ставить, ощутить преграды на его пути: неплотности и переходные слои в зоне контакта транзистора и платы, тепловое сопротивление самой платы при растекании теплового потока, неплотности в зоне прижима платы к массивному теплостоку. Одновременно с этим конструктор мо-жет «ощутить» конвективное рассеяние тепла и такие важные физичес-кие явления, как взаимное перемещение сопрягаемых деталей из-за различия коэффициентов расширения или накапливания внутренних напряжений при нагреве и Кафедра ЭС охлаждении.

Донбасский Государственный Технический Университет Приём мозгового штурма направлен на возбуждение коллективного генерирования новых идей по преодолению тупика в процессе выработки решения при создании конструкций. 1. Назначается временная (на 2 -3 часа) группа специалистов (5 -8 чел. ), зарекомендовавших себя творчески способными, работающими в различ-ных подразделениях предприятия. 2. Перед группой, собранной в специальной комнате, ставится конкретная задача: как преодолеть возникшее техническое противоречие. 3. Члены группы по очереди кратко (1 -2 минуты) высказывают любые идеи. Разрешается развивать высказанные другими предложения, но без слов критики или одобрения. На этом работа группы заканчивается. 4. Запись выступлений передают для тщательного анализа в подразделение, которое сделало заявку на мозговой штурм. В результате мо -гут быть найдены удачные идеи, подлежащие более детальной проработке. Но даже если все выдвинутые идеи будут в конечном счёте отвергнуты, моз-говой штурм будет содействовать преодолению инерции мышления и выд-вижению в последующем продуктивных идей самими конструкторами данного подразделения. Кафедра ЭС

Донбасский Государственный Технический Университет Пример. Для мозгового штурма была выдвинута задача: предложить улучшение конструкции электрического контакта в зоне герметичного разъемного шва между крышкой и корпусом СВЧ-модуля, т. к. применяемая уплотняющая резино-вая прокладка из электропроводящей резины (резина с порошкообразным прово-дящим наполнителем) имеет повышенное электрическое сопротивление, осо-бенно в диапазоне сверхвысоких частот, когда под действием поверхностного эф-фекта электрический ток протекает в тонком поверхностном слое толщи-ной примерно десять микрометров. Из-за повышенного сопротивления в зоне шва между крышкой и корпусом недопустимо ухудшается экранирование модуля. Во время мозгового штурма было предложено обернуть резиновую проклад-ку тонкой металлической фольгой. Фольга должна быть настолько тонкой, чтобы не повлиять на эластичную деформацию резиновой прокладки, но обеспе-чить хороший металлический контакт между крышкой и корпусом. Анализ предложения навел на мысль заменить прокладку из электропроводя-щей резины прокладкой из изоляционной резины, покрытой тонким слоем металлизации (химическим или вакуумным способом). В результате обеспечивается герметичность уплотнения, что нарушалось в «штурмовом» предложении с фольгой. Кафедра ЭС