1284

240

Цель первой части АРИЗ - перейти от поверхностного противоречия к модели «М» задачи (рисунок 3.26), представляющей собой два элемента системы (конфликтующую пару) и углубленное противоречие между ними.

АРИЗ свойственно постепенное сужение анализируемой области (области рассмотрения) в системе. Вначале рассматривается изобретательская ситуация со многими элементами и конфликтами. Из всех элементов отбирают только два - конфликтующую пару, а затем переходят от пары элементов к одному, который и исследуется на следующих частях АРИЗ.

Вконце первой части модель представляют в вепольном виде и преобразуют эту модель в соответствии с тенденциями развития вепольных систем. Если это приводит к решению задачи, то рекомендуется проверить решение - перейти к седьмой части (на рисунке 3.26 это показано стрелкой внизу), и даже если оно удовлетворяет, продолжить решение задачи по АРИЗ, начиная со второй части. При этом, возможно, получим решение еще лучшее.

Во второй части АРИЗ предельно сужают область исследования, определяя оперативные параметры: оперативную зону, оперативное время и вещественно-полевые ресурсы.

Втретьей части АРИЗ определяют идеальный конечный результат и обостренное противоречие. Формулируя обостренное противоречие необходимо следить за выполнением логики АРИЗ, если она не соблюдена, то следует вернуться к первой части и откорректировать модель задачи (стрелка обратной связи, показанная на схеме рисунке 3.26 наверху). Кроме того, осуществляют попытку получить структурное решение, используя стандарты на решение изобретательских задач. Если решение найдено, то его проверяют, переходя к седьмой части (стрелка внизу на рисунке 3.26) и продолжают решение, начиная с четвертой части.

Вчетвертой части мобилизуют и применяют вещественно-полевые ресурсы (ВПР), выявленные во второй части. Использование ВПР позволяет получить решение более идеальное.

Пятая часть АРИЗ предназначена для разрешения обостренного противоречия. Для этой цели используется информационный фонд (стандарты на решение изобретательских задач, задачи-аналоги, технологические эффекты, приемы). Если решение найдено, то переходят к седьмой части и проверяют его, а затем продолжают решение по 6-9 частям.

Основная цель шестой части АРИЗ - переход от физического решения к техническому. Для этого необходимо сформулировать технический способ осуществления физического решения, разработать конструктивное воплощение и технологическую реализацию. Если решение не получено, то рекомендуется вернуться к первой части (на рисунке 3.26 это показано в виде петли обратной связи), заново сформулировать углубленное противоречие и решать задачу. Если и в этом случае не получено решение, то снова формулируют модель задачи, выбрав другое поверхностное противоречие. При необходимости такое возвращение совершают несколько раз - с переходом к надсистеме (системе более высокого ранга).

241

Вседьмой части алгоритма осуществляется анализ полученного решения и определение его пригодности для конкретных производственных условий, т.е. проводится оценка решения. Один из приемов оценки решения - это сравнение его с ИКР. Степень близости полученного решения к ИКР определяет качество полученного решения.

Врезультате оценки решения могут возникнуть две ситуации: полученное решение приемлемо или неприемлемо (удовлетворяет или не удовлетворяет требованиям ИКР и заказчика). В первом случае идею решения развивают с помощью восьмой части и оценивают ход решения в девятой части. Когда решение по каким-то причинам не устраивает, то целесообразно вернуться к первой части (петля обратной связи на рисунке 3.26 показана штрихпунктирной линией) и сформулировать другую модель задачи. Если решение удовлетворительно, то следует проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения и выявить подзадачи, возникающие при технической разработке полученной идеи, записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные. После этого развивают идею решения и оценивают ход решения в соответствии с восьмой и девятой частями.

Ввосьмой части развивается идея решения по трем направлениям. Первоначально определяется соответствие полученного решения надсистеме, куда должна входить рассматриваемая в задаче система. Такое соответствие зависит от уровня полученного решения: принципиально новое – «пионерское» (например, изобретение самолета, радио, лазера, компьютера и т.п.) и не принципиально новое – «непионерское».

Если решение «непионерское», то решение подстраивается под систему

инадсистему. Прежде всего следует выяснить взаимосвязи разработанной системы с другими системами, надсистемой и внешней средой и обеспечить процесс их взаимодействия так, чтобы не вызывать взаимных отрицательных явлений. Это осуществляется в соответствии с законами развития технических систем, например, согласованием параметров, форм, связей, веществ и полей вновь создаваемой системы с надсистемой и окружающей средой. Кроме того, осуществляется согласование процессов по времени, в частности, согласование ритмики работы.

Если при этом выявляются какие-то недостатки, то они устраняются. Часто в таких случаях устранение этих недостатков является новой задачей, которая тоже может быть решена по АРИЗ. После этого решение дорабатывается конструктивно, технологически, разрабатываются мероприятия по использованию полученного решения.

Если решение «пионерское», то для его осуществления, как правило, следует изменить надсистему. С особым упорством психологическая инерция проявляется в сохранении старой формы в новых изобретениях.

Иногда старая форма может быть следствием психологической инерции потребителей, отдающих предпочтение привычному, традиционному представ-

242

лению об изделии. Все большее распространение получают изделия в стиле «ретро».

Второе направления развития идеи решения - использование полученного решения по новому назначению - для выполнения других функций, для других систем.

Третье направление - применение полученной идеи решения для решения других задач. Так формулируются новые стандарты на решение изобретательских задач. Таким образом, на выходе восьмой части мы получает развитие идеи и дополнительные решения.

Цели девятой части - совершенствование навыков пользования АРИЗ и усовершенствование самого АРИЗ. Такая операция проводится путем сопоставления идеального хода решения задачи по всем шагам АРИЗ с реальным. Тем самым производится оценка хода решения.

После получения решения достаточно легко представить идеальный ход решения, поскольку «с вершины» полученного решения легче увидеть наиболее быстрый, легкий и точный путь, который ведет к вершине этого решения. При сравнивании реального решения с идеальным легче обнаружить просчеты и неточности, допущенные при решении. Следует тщательно разобраться в причинах этих ошибок, запомнить их и учесть при решении других задач. За счет такого анализа совершенствуется методика решения, значительно эффективнее и быстрее происходит ее освоение.

Иногда ошибки совершаются не потому, что пользователь не владеет АРИЗ, а из-за несовершенства алгоритма. Такие ошибки собираются и систематизируются, чтобы устранить недостатки АРИЗ. Происходит постепенное совершенствование АРИЗ.

243

3.5 Технология прикладного системного анализа при проектировании систем РЭС

Операция 1. Фиксация проблемы: инициация системного исследова-

ния. Фиксация проблемы начинается с точного названия объекта проектирования и описания недостатков существующего прототипа или аналогов. Заметим, что фиксация проблемы является лишь отправной точкой для отыскания недостающей информации по объекту проектирования, а вовсе не окончательной формулировкой проблемы, которая в полной мере будет выполнена на последующих этапах системного исследования.

При обосновании проблемы необходимо рассмотреть потребность в проектируемом объекте. Потребность определяется следующими факторами:

-наличием серийно выпускаемого объекта, выполняющего рассматриваемую в данной проблеме функцию;

-наличием недостатков этого объекта;

-возможными направлениями устранения этих недостатков;

-технической и технологической возможностью выхода из рассматриваемой проблемной ситуации.

Анализ потребности необходимо проводить на основе детального информационного исследования и с учетом опыта эксплуатации прототипа объекта проектирования.

Операция 2. Составление списка участников проблемной ситуации.

Для того, чтобы спроектировать технический объект, не породив новых проблем, необходимо выявить всех участников проблемной ситуации. Например,

впроблеме создания некоторого радиотехнического устройства, предназначенного для массового потребителя, в число участников проблемной ситуации входит не только потребитель, но и производитель, продавец, сервисные службы, окружающая среда, будущее поколение. При составлении списка участников проблемной ситуации следует исходить из того, что неучет всех участников может не обеспечить ее преодоление, а включение в список несущественных (не определяющих проблему) участников затруднит системное исследование.

В общем случае, в число участников проблемной ситуации могут вхо-

дить:

-заказчик;

-разработчики (системотехники, схемотехники, конструкторы);

-изготовители;

-специалисты по маркетингу и торговой реализации объекта проектирования;

-финансисты (спонсоры);

-специалисты по эксплуатации;

-потребители;

244

-специалисты по утилизации объекта проектирования после достижения срока службы;

-безмолвные участники (прошлое поколение, будущее поколение, окружающая среда).

Операция 3. Составление проблемного массива. Имея список участ-

ников проблемной ситуации, необходимо заняться их проблематикой, то есть изучением проблем каждого участника в общей проблеме создания технического объекта. Проблемный массив - это список участников проблемной ситуации с указанием проблем каждого участника. Для систематизации информации, полученной на этом этапе системного исследования, рекомендуется составить таблицу по следующей форме, которая отражает содержание проблемного массива (таблица 3.40)

Таблица 3.40

Проблемный массив

Операция 4. Выбор конфигуратора. Для того, чтобы построить адек-

ватную модель проблемы создания объекта проектирования, необходимо описать этот объект, используя различные языки. Под конфигуратором понимается минимально необходимое количество языков для создания адекватной модели проблемы. Так, для создания радиоэлектронных средств различной сложности могут быть использованы следующие языки:

-профессиональный (по характеру проблемы);

-математический;

-алгоритмический;

-финансовый;

-технические (язык чертежа, схемы);

-информационный.

При выборе конфигуратора нужно учесть особенности объекта проектирования (частотный диапазон, энергопотребление, быстродействие и т.п.), физические процессы, протекающие в нем, а также языки, используемые участниками проблемной ситуации. Результаты этого этапа рекомендуется также свести в таблицу 3.41.

245

Таблица 3.41 Языки, используемые в исследовании проблемной ситуации

Заметим, что на данном этапе системного исследования кроме констатации содержания конфигуратора необходимо изучить указанные в нем языки. Изучение подразумевает получение знаний и умений, необходимых для решения сформулированной проблемы.

Операция 5. Формирование критериев. Выявив цели, приступают к выбору критериев, позволяющих оценить движение к целям в процессе проектирования. Для ТО критерии могут быть следующих видов (см. раздел 3.2):

1)функциональные;

2)технологические;

3)экономические;

4)антропогенные.

Кфункциональным критериям относятся производительность, точность, надежность и другие технические параметры ТО, причем каждый критерий может оцениваться несколькими показателями. Например, надежность может оцениваться безотказностью, вероятностью безотказной работы, наработкой на отказ, коэффициентом готовности.

Технологические критерии состоят из технологической себестоимости, трудоемкости, уровня стандартизации и унификации и других технологических параметров, каждый из которых также оценивается конкретными показателями (уровень технологической себестоимости и трудоемкости, коэффициенты стандартизации, унификации, преемственности и др.)

Экономические критерии состоят из лимитной, оптовой и розничной цен, энергопотребления, коэффициента полезного действия, стоимости обслуживания, ремонта и утилизации ТО.

Кантропогенным критериям относятся эстетичность, эргономичность, безопасность и другие, позволяющие оценить степень комфортности работы оператора.

При формировании критериев необходимо оценить требуемое значение каждого критерия для данного ТО в соответствии с деревом целей. В соответствии со сформированным массивом критериев развития объекта проектирования формируется массив его технических параметров. Для этого проводит-

246

ся следующий шаг в системном исследовании проблемы – установление их значения в случае решения проблемы, т.е. целевыявление.

Операция 6. Целевыявление. На этом этапе формируются (желательно самими участниками) цели участников проблемной ситуации, достижение которых позволяет решить проблему создания объекта проектирования, заключающуюся в установлении требуемых технических параметров объекта. Например, для потребителя бытового радиоэлектронного аппарата основной целью является высокое качество этого аппарата при минимальной цене, для производителя - высокая технологичность аппарата, для сервисных служб - высокая ремонтопригодность, для окружающей среды - минимум вредных воздействий на человека и природу в процессе производства, эксплуатации и утилизации аппарата, для будущего поколения - высокий уровень эстетичности, эргономичности, рост качества этого типа аппаратов от поколения к поколению (прогресс). Этап «целевыявление» заканчивается построением дерева целей в виде графа, вершинами которого являются цели, а ребрами (ветвями) - участники проблемной ситуации (рисунок 3.27).

Создание

аппарата

Рисунок 3.27 - Примерный вид дерева целей для бытового радиоэлектронного аппарата

247

Заметим, что вид дерева целей зависит от проблемы проектирования и от особенностей изделия. Целевыявление может осуществляться следующими методами:

-прогнозированием на основе информационного исследования;

-аналитическим на основе математического моделирования тенденций развития проектируемого объекта и последующего расчета его параметров с учетом развития;

-заданием параметров объекта на основе интуиции и опыта его эксплуатации.

В любом случае успешность целевыявления определяется объективностью задания параметров объекта проектирования. Завышение параметров может не обеспечить решение проблемы, занижение – привести к моральному старению объекта еще на этапе проектирования. В связи с этим полезно ранжировать параметры объекта проектирования по следующим уровням:

-главный;

-основные;

-дополнительные;

-вредные.

Операция 7. Исследование проблемы и путей достижения выявлен-

ных целей. Исследование проблемы в конечном итоге выливается в детальное изучение проектируемого объекта, в прогнозирование значений сформированных критериев и в выбор методов достижения заданных значений критериев.

Исследование может быть проведено информационным, теоретическим, экспериментальным, экспериментально-теоретическим, теоретикоэкспериментальным методами. Для исследования может быть применен вычислительный эксперимент. Цель исследований - изучить проектируемый объект, его конструктивно-функциональную структуру, описать его физический принцип действия. Изучаются прототип и аналоги. При изучении рассматриваются физические эффекты и законы, которые заложены в основу ФПД. При информационном исследовании делается детальный анализ литературных источников информации, при теоретическом - моделирование объекта, при экспериментальном - изучается физическая модель объекта в виде макета или действующего образца. Этап исследования является очень важным для принятия новых технических решений в соответствии с выявленными целями. В процессе исследований необходимо выявить все функции изучаемого ТО, классифицировать их на главную, основные, дополнительные и вредные. Это делается на всех уровнях составных частей ТО, вплоть до элемента КФС. Напомним, что под элементом в системном анализе понимается такая часть ТО, которая больше в процессе анализа не делится. Элементом ТО, как системы, может быть блок, субблок, функциональный узел, ячейка, типовой элемент замены, электрорадиоэлемент.

248

Операция 8. Генерирование вариантов. Для принятия новых техниче-

ских решений по проблеме проектирования могут быть использованы следующие методы:

1)мозговые атаки;

2)морфологический анализ;

3)функционально-стоимостной анализ;

4)метод эвристических приемов;

5)использование теории решения изобретательских задач (ТРИЗ);

6)использование “изобретающих” пакетов прикладных программ;

7)аналитические методы, моделирование и исследование моделей.

На этом этапе решается две задачи - выбор и обоснование метода поиска новых технических решений и собственно поиск. Из найденных решений выбираются оптимальные по отобранным ранее критериям.

Операция 9. Выбор метода решения проблемной ситуации. На этом этапе из множества сгенерированных вариантов (операция 8) с помощью выбранных критериев (операция 5) принимается решение о том, какой вариант должен быть реализован, а какие отброшены.

249

3.6 Методический пример использования технологии прикладного системного анализа при проектировании РЭС

Операция 1. Фиксация проблемы. До 1991 года в России основным держателем информационных ценностей было само государство, но с развитием рыночных отношений все большая часть материальных и информационных ресурсов перераспределяется в сторону коммерческого сектора экономики. Поскольку информация является безусловной ценностью, находятся желающие получить эту ценность.

Требуется разработать устройство перехвата информации, циркулирующей по акустическому каналу, именуемое в просторечии «жучок». Устройство предназначается для скрытого прослушивания звуковой информации для достижения следующих целей:

-перехват выгодных контрактов;

-получение выгодного инвестирования;

-борьба за рынок;

-разведка рынка в регионе конкурентов;

-смена руководства фирмы;

-срыв контрактов;

-поглощение фирм.

Существующие прототипы и аналоги используются в основном спецслужбами, детективными агентствами, охранными службами и т.д. По этой причине устройства перехвата информации неизвестны широким слоям населения, мало распространены, труднодоступны.

На российском рынке промышленного шпионажа за последние 10 лет появилось достаточно много аналогичных устройств, собранных из подручных компонентов, по схемам, взятым из учебников или радиожурналов. Как правило, это – элементарные схемы на одном транзисторе. Технические характеристики таких устройств неудовлетворительны и часто не оправдывают затраченные на их приобретение деньги [52].

Выходом из указанной ситуации явилось бы создание устройства для перехвата информации с четким и надежным приемом любых разговоров (в том числе ведущиеся шепотом или под звук льющейся воды).

Выделим суть проблемы: получение информации о составе, состоянии и деятельности объекта конфиденциальных интересов (фирмы, изделия, проекта, рецепта, технологии и т.д.) в целях удовлетворения своих информационных потребностей.

Операция 2. Составление списка участников проблемной ситуации.

Для дальнейшего анализа необходимо выяснить, кто причастен (или что причастно) к созданию, эксплуатации и утилизации устройства для перехвата информации, циркулирующей по акустическому каналу. Составим список в хронологическом порядке:

1) разработчик (схемотехник, конструктор);