Техника возникла одновременно с образованием человеческого общества, она порождена человеком, она служила ему средством освобождения от рабской зависимости от природы и средством удовлетворения его биологических и социальных потребностей. Но одновременно техника и формировала нового человека, создавала предпосылки для появления новых потребностей. В этом и состоит диалектическая сущность неразрывного единства техники и человеческого общества. Изобретение - это не игра ума; изобретение - необходимый фактор выживания человека. Человек был вынужден изобретать, чтобы не исчезнуть из этого мира. Он единственное существо в живой природе, которое сумело в жестокой конкурентной борьбе за жизнь приобрести новое качество - способность мыслить. Зачатки мышления были и у обезьяны, но только у человека оно стало главным средством борьбы за существование. Для первобытных людей ( 2 млн. лет назад) смысл этой борьбы сводился, главным образом, к добыванию пищи. Растительная пища добывалась руками, иногда с помощью камней и палок, удлиняющих руку. С ростом населения стал ощущаться недостаток этого вида пищи и человек вынужден был начать охотиться и разделывать туши убитых животных. Но для этого ему не хватало естественной силы органов. Появилась потребность в орудиях, увеличивающих возможности человека. Так были найдены в окружающей среде предметы, у которых обнаружились нужные для человека функции: заостренные палки, осколки камней с острыми краями. Но эти предметы ломались, тупились, терялись. Необходимо было искать, запасать, подправлять естественные орудия - возник процесс изготовления средств труда. Это и есть первый момент возникновения техники. С ростом потребности росло количество используемых человеком орудий труда, простых технических систем, а затем и более сложных, и в процессе развития техники возникало множество проблем и противоречий. Все проблемы решались единственным способом - методом проб и ошибок (МПиО).
Этот метод известен человечеству с древнейших времен, но был сформулирован и получил название лишь в 1898 г. Американский психолог Э.Торндайк обосновал и применил МПиО в своих исследованиях по обучению. Он считал, что главное в решении задачи - это приобретение мыслительных навыков, которые появляются в результате множественного повторения хаотичных попыток. Так, доказывал он, кошка, посаженная в "проблемную клетку" и лишенная пищи, сначала начинает метаться по клетке, а потом случайно находит выход и получает пищу. Если же такой опыт повторить многократно, то животное научится открывать клетку сразу, т.е. приобретает мыслительный навык, обучается. Но если сменить клетку или способ ее открывания? - то кошке не поможет никакое предыдущее обучение; она опять начнет метаться, ведь для нее это абсолютно новая задача! А изобретатель? Может быть решив десяток-другой задач, он приобретает навык изобретательства? Вот типичный случай использования МПиО - история изобретения Ч.Гудьиром (США) способа вулканизации каучука (получения резины). Купив однажды каучуковый спасательный круг, он решил усовершенствовать клапан, через который в круг накачивается воздух. C новым клапаном он пришел в фирму, выпускающую круги. Но там ему сказали, что, если он желает разбогатеть, пусть ищет способ улучшения свойств каучука. К этому времени каучук использовался только для пропитки тканей, например были популярны непромокаемые плащи Ч.Макинтоша (патент 1823 г.). Сырой каучук имел массу недостатков: он отслаивался от ткани, а вещи, сделанные целиком из него, таяли на солнце и теряли эластичность на холоде.
Гудьир "заболел" идеей улучшения каучука. Он начал опыты наугад, смешивая сырую смолу с любым попадавшимся под руку веществом: солью, перцем, сахаром, песком, касторовым маслом, даже с супом, - полагая, что рано или поздно он перепробует все, что есть на земле, и наткнется на удачное сочетание. Гудьир влез в огромные долги, семья его перебивалась на картофеле и диких кореньях. Чудом ему удалось открыть лавку, на полках которой красовались сотни пар галош. Но в первый же жаркий день они растаяли и превратились в дурнопахнущее месиво. Говорят, что на вопрос, как разыскать Гудьира, жители городка отвечали: "Если вы увидите человека в каучуковых пальто, ботинках и цилиндре и с каучуковым кошельком в кармане, в котором нет ни одного цента, то можете не сомневаться - это Гудьир". Обыватели считали его сумасшедшим. Но он упорно продолжал поиски и однажды, обработав каучук парами кислоты, увидел, что свойства материала намного улучшились. Это был первый успех. Но потребовалось еще множество "пустых" проб, прежде чем он случайно обнаружил второе условие полной вулканизации - подогрев. Это было в 1839 г., год изобретения резины. Но лишь в 1841 г. Гудьир смог подобрать оптимальный режим получения резины. Изобретателя засыпали предложениями о покупке патента, и он, согласившись, но не имея опыта, слишком занизил причитающуюся ему долю прибыли с компаний. Умер он в 1860 г., оставив после себя 200 тыс. долларов долгу. К этому времени в мире уже работали 60 тыс. человек на мощных фабриках, изготовляющих 500 видов резиновых изделий на сумму 8 млн. долларов в год. Гудьир решил всего одну задачу, для приобретения "изобретательского навыка" у него просто не хватило жизни. В сущности, ему при решении даже этой задачи невероятно повезло, так как многим изобретателям, решающим эту и подобные задачи, не хватило жизни и они так и остались в безвестности. К концу ХIХ в. сложился вполне определенный тип изобретателя самоучки (сохранившийся и поныне), незнакомого иногда и с основами наук (а то и презирающего их, подобно Эдисону), вооруженного лишь МПиО и безоглядно бросающегося на штурм трудной задачи. Их упорство и энтузиазм, питаемый надеждой на успех, создавали им, в случае победы, ореол гениальности. Всюду господствовал МПиО в чистом виде. Но уже в то время можно было заметить, что часть изобретателей применяли, хотя и не вполне осознанно, некоторые простейшие приемы изобретательства, например: копирование природных прототипов (махолет, когти для лазания на столбы, висячие мосты - подобие паутины); увеличение размеров и числа одновременно действующих объектов (царь-колокол, царь-пушка, сложное парусное снаряжение); объединение разных объектов в одну систему (пароход - судно плюс паровой двигатель, тачанка 1918 г. - повозка плюс станковый пулемет). Однако никто эти приемы не систематизировал и не знакомил с ними изобретателей. Одновременно начал формироваться и другой тип изобретателя, ставший в ХХ в. преобладающим, - изобретателя, опирающегося на научные знания. В течение тысячелетий техника развивалась без поддержки науки - естествознания - его тогда практически не существовало. Медленно развивающаяся наука далеко отставала от техники и не могла предложить ей новые решения, указать новые пути прогресса. Лишь в середине ХIХ в. наука догнала технику в своем развитии и дала ей новые знания: например, обоснование КПД паровой машины, электричество, химию.
А в ХХ в. наука перегнала технику, накопила множество эффектов и явлений, часть которых до сих пор не воплощена в технические изобретения. Возникла даже иллюзия, что изобретательство в технике - это всего лишь прямое применение научных знаний. Если бы было все так просто... Но об этом мы еще будем говорить. Здесь же отметим только, что наука действительно помогла изобретательству, сократив число явно пустых, нарушающих основные законы проб (т.е. появился первый фильтр, отсеивающий абсурдные идеи). В ХIХ в. были предприняты также первые научные попытки разгадать секреты творчества (хотя, вообще говоря, еще в древнейшем мире появилось понятие об эвристике - науке о том, как делаются открытия). Пока люди не имели ясного представления о механизмах творчества, они объясняли все это точно так же, как и явления природы, - "волей божьей". С этого начинали и исследователи творчества, объясняя, например, как появляется идея изобретения: "Этот небесный огонь слетает на голову избранника даже независимо от его усилий и зачастую не по заслугам. Наилучшие мысли возникают нередко за пустым разговором, за ежедневным делом, даже во сне" (Изобретатель и рационализатор. -1981. - N7. - с.29). Это высказывание Петра Климентьевича Энгельмейера, одного из первых теоретиков творчества, из его книги "Изобретения и привилегии. Руководство для изобретателей со вступительным письмом графа Л.Н.Толстого", вышедшей в 1897г. в Москве. Но уже в этой книге он указывал на то, что "...только трезвое отношение к своей работе, только ясное знание всех условий своей задачи" могут привести к "дельному изобретению". В последующих книгах и статьях он твердо указывал на необходимость создания универсальной научной теории творчества, "... которая охватывает все явления творчества, как то: художественное созидание, техническое изобретение, научное открытие, а также и практическую деятельность, направленную на пользу или на добро, или на что угодно" (Теория творчества. - СПб, 1910); и далее: "... оказывается, что гениальность вовсе не такой божественный дар, что она... составляет удел всякого, кто не рожден совсем идиотом". Достижения МПиО на конец Х1Х в. впечатляющи: электродвигатели и генераторы, электролампа и трансформатор, горные проходческие машины, центробежные насосы, двигатель внутреннего сгорания, буровые установки, конвертер, мартеновские печи, крекинг-процесс, железобетон, автомобиль, метрополитен, испытания первых самолетов, телеграф, телефон, радио, кинематограф и многое-многое другое. Чем же объясняется такой стремительный прогресс?
Метод, которым пользовались большинство изобретателей в ХIХ в. можно назвать слепым МпиО - перебор вариантов вели буквально наугад. Правил выдвижения идей не было, в принципе могла быть принята любая идея. Часто не было и субъективных критериев, приходилось ставить эксперименты, определять на опыте пригодность того или иного варианта. Совершалась своеобразная обменная операция: незнание обменивалось на время ("чем меньше знаем, тем дольше ищем"). Так П.Эрлих (основоположник современной химиотерапии), поставив задачу "химически прицеливаться в микроба - возбудителя болезни", твердо верил в успех и не остановился после 300, 400, 500 .. неудачных опытов. 606-й препарат - знаменитый сольварсан - принес ему триумф...914-й (новарсенол) - оказался еще более эффективным... Так же начинал и Т.А.Эдисон. Подхватив эстафету по созданию электрической лампы накаливания от А.Н.Лодыгина (1873 г. вакуумная лампа с угольными стержнями), он приступил в 1878 г. к решению этой задачи. В первых опытах нить накала из обугленной бумаги светилась 8 мин., из платины - 10 мин. Затем испытывались нити из сплава титана с иридием, из бора, хрома, молибдена, осмия и никеля, давшие плохие результаты. Следует новая серия проб: образцы нитей из 1600 различных материалов. Снова неудача. Наконец, обугленная хлопчатобумажная нить светиться 13,5 ч, а через 14 месяцев экспериментов нить из обугленного картона - 170 ч, из обугленного бамбука (от футляра японского веера, который он выпросил у дамы на балу) - 1200 ч! Это был 1879г. - позади около 6 тыс. опытов. А уже в 1880 г. он создает систему электроосвещения (генераторы тока, провода, выключатели, предохранители, патроны для ламп). Перебор огромного числа вариантов(главный недостаток МПиО) - характерная черта многих из 1093 изобретений Эдисона. Изобретая, например, щелочной аккумулятор, Эдисон получил положительный результат, проделав 50 тыс. опытов! И все это за короткое время - поразительно! Как же удалось ему обменять незнание на время без проигрыша? В этом и состоит главное изобретение Эдисона: он изобрел научно-исследовательский институт. 50 тыс. проб он поделил на 1000 сотрудников. Столь простая идея дала ошеломляющие результаты: казалось, что с главным недостатком МПиО покончено навсегда.
Рисунок – Путь изобретателя к цели
Допустим, что существует некая ТС, которую необходимоусовершенствовать. Начальное (исходное) состояние системы соответствует ТС1.
Поскольку направление поиска неизвестно, изобретатель делает ряд хаотических попыток 1, 2, 3 конструктивного ее изменения. Однако, параметры ТС не улучшаются. Изобретатель возвращается к исходной ТС и предпринимает еще ряд попыток 4, 5, 6 - результат тот же. Наконец, в результате попытки 7 он обнаруживает, что свойства ТС, ее показатели и характеристики значительно улучшились. Эти изменения системе закрепляются конструктивно и система переходит в состояние ТС2.
Некоторое время происходит успешная эксплуатация ТС2, но по мере изменения потребностей, возникает необходимость ее дальнейшего совершенствования. Следует серия новых попыток 8, 9, 10, 11, которые не приводят к успеху. Из каждой точки 8, 9, 10, 11, 12 производятся дополнительные «залпы» попыток с целью увеличения поискового поля, но и они не приводят к успеху. Следующая попытка 13 заканчивается удачей. ТС резко улучшает свои характеристики, становится проще, компактнее, легче, надежнее и т.п.
Это новое изменение в ТС закрепляется и система переходит в состояние ТСЗ.
Далее все происходит по уже известной схеме. Возникают потребности в новом совершенствовании ТС, которое проходит с такими же, если не большими муками 14, 15, 16, 17, 18. В результате 19-й попытки изобретатель переводит свою ТС в состояние ТС4.
Поскольку все попытки улучшить систему связаны с процессом создания ее конструкции, требующем временных затрат, период времени соответствующий преобразованию ТС1 − ТС4 делается очень большим.
Чем большей степени совершенства своей ТС хочет добиться изобретатель, тем труднее это сделать, не имея перед собой ясного представления до каких пор можно ее совершенствовать и будут ли при этом затраты соответствовать эффективности конечного результата.
Из представленной схемы видно, что в результате ПиО изобретатель периодически попадал на какую-то «хорошую дорогу», позволяющую совершенствовать ТС. Однако у МПиО отсутствовал прогноз, как попасть на эту дорогу, поскольку отсутствовал анализ пределов совершенствования ТС, анализ внутренних резервов и степени их исчерпания. Поэтому в реальной практике число пустых проб и ошибок порой достигало десятков тысяч (пример с Эдисоном и Гудьиром).
Несмотря на низкую эффективность МПиО, этот метод справлялся с творческими задачами по следующим причинам: возник союз науки и техники, возрос приток исследователей и разработчиков в техническое творчество, продолжалось открытие очевидных (не требующих глубинных исследований) природных эффектов и явлений и их прямое использование в технике, технические системы были относительно просты
Но наступил ХХ век, количество и сложность задач резко возросли. А так как не решать их было нельзя, то начался стремительный рост числа научно-исследовательских лабораторий в США (1920 г. - 300, 1930 г, - 1600, 1940 г. - 2200, 1967 г. - 15000) и во всем мире. Пока были свободные людские ресурсы и экономика выдерживала беспрецедентный рост ассигнований на научно-технические разработки, принцип "больше людей - больше идей" вполне оправдывал себя. Но к 70 - 80-м годам во всех развитых странах материальные и людские ресурсы были исчерпаны, рост отпускаемых обществом средств на науку и технику замедлился и, наконец, остановился на уровне своего "потолка"
В условиях современной научно-технической революции МПиО является экстенсивной, предельно не эффективной технологией творчества. Потери времени, сил, экономических затрат от ее несовершенства страшнее потерь от стихийных бедствий и экологических катастроф (примером является несовершенство автомобильного транспорта). Безусловно, пробы нужны и ошибки при этом неизбежны, но их количество по мере «взросления» человечества должно все более и более сокращаться.
Времени и ресурсов на поиски решения актуальных проблем стало просто не хватать, появились задачи, которые уже невозможно ( а зачастую и опасно) было решать пробами, опытами. десятилетними обдумываниями. И опять стала востребована эвристика – наука о методах решения творческих задач.
