Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория технических систем и методы инженерного творчества в решении задач автоматизации технологических процессов. Учебное пособие
.pdf
данный в задаче, можно рассматривать как систему вепольную или способную стать
таковой. Отсюда универсальность вепольного подхода: развитие технических систем
идет либо путем перехода невепольных систем в вепольные, либо развитием от про-
стых вепольных систем к более сложным.
Данный метод родился в результате анализа Г. С. Альтшуллером ресурсов для
решения частых противоречий. Некоторые из открытых им «40 принципов» рассмат-
ривают различные вещества и поля для разрешения противоречий и увеличения иде-
альности технических систем. Например, система «телетекст» использует телевизи-
онный сигнал для передачи данных, заполняя небольшие промежутки времени между
телевизионными кадрами в сигнале. Еще одна техника, которая широко применяется
изобретателями, заключается в анализе возможности применения веществ и полей,
которые не используются непосредственно в рамках данной технической системы.
Самый простой и наглядный пример: воздухозаборники на радиаторной решетке ав-
томобиля, которые направляют потоки воздуха на радиатор, благодаря чему проис-
ходит его охлаждение.
Применение вепольного анализа в ТРИЗ подразумевает построение вепольной
модели рассматриваемой системы на основе условий задачи. Дальше модель изменя-
ется и преобразуется с целью определения необходимых условий для решения задачи.
Вепольный анализ выполняет функцию языка единообразного описания технических
систем и используется в разных разделах ТРИЗ: в стандартах решения изобретатель-
ских задач, в ТРИЗ. Детальнее о классическом вепольном анализе можно прочитать в
книге «Структурный вещественно-полевой анализ» В. Петрова и Э. Злотиной.
Из описания очевидно, что вепольный анализ предназначен главным образом
для решения противоречий в технике. Но в последнее время, вместе с возобновив-
шимся общим интересом к ТРИЗ, возрос интерес и к этому методу анализа, в частно-
сти, применению его в других областях. Из критики и невозможности использования
веполя в нематериальных системах, где нет вещества, родилось понятие «элеполь» –
элемент + поле.
161
9.2 Функционально-стоимостный анализ
Функционально-стоимостный анализ (ФСА) – метод технико-экономического
исследования систем, направленный на оптимизацию соотношения между их потре-
бительскими свойствами (функциями, еще воспринимаемыми как качество) и затра-
тами на достижения этих свойств. Используется как методология непрерывного со-
вершенствования продукции, услуг, производственных технологий, организацион-
ных структур. Задачей ФСА является достижение наивысших потребительских
свойств продукции при одновременном снижении всех видов производственных за-
трат. Вспомните, какими были по цене и габаритам первые ноутбуки, и какими они
стали сейчас. ФСА в ТРИЗ и классический ФСА имеют существенные различия в ме-
тодологическом плане. Несмотря на то, что сегодня это две самостоятельные модели,
стоит помнить, что функционально-стоимостный анализ ТРИЗ возник в результате
переосмысления оригинальной теории, созданной на базе «Value Analysis» Л. Майлса
и «Поэлементного Экономического Анализа» (ПЭА) Ю. М. Соболева. По сути, Альтшуллер и его последователи синтезировали инструменты ТРИЗ и ФСА.
Методика ФСА + ТРИЗ заключается в выявлении и удалении из конструкции
машины тех ее частей, которые выполняют вспомогательные функции. Конструкция
системы изменяется так, что эти ее части удаляются, а их функции либо становятся
ненужными, либо передаются оставшимся частям (эволюция антенны мобильного те-
лефона: внешняя - внутренняя). В результате техническая система выполняет функции меньшим числом составляющих ее частей, а качество ее работы не ухудшается.
Цель проведения функционально-стоимостного анализа состоит в следующем:
– обеспечение потребительских свойств объекта при минимизации затрат на их
проявление;
– снижение затрат на единицу полезного эффекта, достигаемое путем: повышения потребительских свойств объекта при одновременном сокращении затрат; повы-
шения потребительских свойств объекта при сохранении или экономически оправ-
данном увеличении затрат; сокращения затрат при сохранении или обоснованном
снижении функциональных параметров объекта до необходимого уровня;
162
– повышение конкурентоспособности продукции;
– повышение качества объекта в целом или его составных частей;
– повышение экологичности производства и др.
К ФСА обращаются после разработки модели идеальной технической системы.
Он состоит из трёх частей:
– Технико-экономический анализ системы продукта. Подразумевает оценку
стоимости и значимости каждого элемента системы. Собираются данные всех этапов
производства, после чего вырабатываются меры, направленные на снижение стоимо-
сти продукта.
– Технико-экономический анализ системы ресурсов. Производится оценка ре-
сурсов необходимых для разработки и совершенствования системы продукции. Вы-
рабатываются мероприятия по повышению эффективности разработки продукции.
– Экономико-технологический анализ организации и управления системой раз-
работки продукции. Заключается в поэлементной оценке времени и стоимости каж-
дого функционального элемента по разработке продукта и общего времени, затрачи-
ваемого на разработку. Аналогично оценивается доля времени и стоимость каждого
ресурса. После этого вырабатываются мероприятия по их совершенствованию.
9.3 Методы системного анализа
Метод системного анализа – научный метод познания, представляющий собой
последовательность действий по установлению структурных связей между перемен-
ными или элементами исследуемой системы. Опирается на комплекс общенаучных,
экспериментальных, естественнонаучных, статистических, математических методов.
Ценность системного подхода состоит в том, что рассмотрение категорий системного
анализа создает основу для логического и последовательного подхода к проблеме
принятия решений.
Современный этап развития науки характеризируется широким использова-
нием системного подхода к изучаемому объекту. Его применение дает исследователю
163
возможность раскрыть суть предмета в его органичной целостности, выявить разно-
образные как внутренние, так и внешние связи, соединить все знания в единую си-
стему. Данный метод, применяемый к развитию техники – один из основных принци-
пов ТРИЗ – означает умение видеть, воспринимать, представлять как единое целое
систему во всей сложности, со всеми связями, изменениями, сочетая разные, но вза-
имодополняющие друг друга подходы:
– Компонентный. Изучает состав системы – наличие в ней под- и надсистем;
– Структурный. Имеет дело с расположением подсистем в пространстве, их раз-
мещением относительно друг друга и взаимосвязей;
– Функциональный. Анализирует функционирование технической системы взаимодействие ее под- и надсистем;
– Генетический. Исследует становление системы, последовательность ее развития (эволюцию), замену одной системы другой или ее переход в надсистему.
Применение этих инструментов позволяет ученому не только создать ком-
плексную картину мира. Аппарат системных исследований ТРИЗ, включающий опи-
санные выше подходы и специализированный для анализа и синтеза технических си-
стем, основывается на закономерностях развития техники и используется для прогно-
зирования развития технической системы.
Кроме того, системный подход является основой организации системного мыш-
ления. Г. С. Альтшуллер и его последователи помимо изучения методов и алгоритмов
решения проблем, много внимания уделяли развитию творческих способностей чело-
века.
9.4 «Диверсионный» подход
Метод выявления и прогнозирования аварийных ситуаций и нежелательных яв-
лений разработан Б. Л. Злотиным и А. В. Зусман и назван также «диверсионным»
подходом. Это своеобразное объединение ТРИЗ, функционального, системного и
морфологического анализов, диаграммы Исикавы и специально разработанных спис-
ков контрольных вопросов.
164
Методика предназначена для решения проблем, связанных с обеспечением без-
опасности на производстве: прогнозирования возможных чрезвычайных ситуаций,
аварий, катастроф и других нежелательных явлений; своевременного выявления
«факторов риска» и «предвестников аварии»; выработки конкретных технических и
организационных решений, направленных на предотвращение спрогнозированных
нежелательных явлений. При этом разработчики указывают, что «диверсионный ана-
лиз» не заменяет существующие антиаварийные методы, подходы и мероприятия, а
дополняет их современными средствами решения творческих задач.
Чтобы выявить и устранить в технической системе слабое место специально со-
здается аварийная ситуация (по словам авторов: «организуется диверсия», – отсюда и
название). Дальше проводится ее анализ с целью выявления слабых сторон, вероят-
ности поломки. Если система показывает высокий фактор риска, формулируется про-
тиворечие, на основании чего предпринимаются шаги по разрешению проблемы.
9.5 Теория диссипативных структур
В центре разработанной И. Р. Пригожиным теории диссипативных структур –
диссипативная система – открытая система, которая оперирует вдали от термодина-
мического равновесия. Другими словами, это устойчивое состояние, возникающее в
неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне.
С точки зрения ТРИЗ в данной теории наиболее интересен качественно новый
подход к анализу систем (биологических, социальных, технических). Если коротко –
И. Р. Пригожин увидел в нестабильности системы позитивную характеристику. Он
пришел к выводу, что с течением времени и воспроизводством различных нелиней-
ных функций, совершая процессы обмена материей и энергией, в том числе с внешней
средой, система может сама себя стабилизировать или регулировать. Говоря простым
языком, ученый увидел, что нестабильная система постепенно самостоятельно при-
спосабливается к внутренним и внешним условиям, без непосредственного вмеша-
165
тельства в ее структуру и организацию человека. На основании этого был сделан вы-
вод, что есть случаи, когда нужно «положиться» на систему и подождать, пока она
сама себя не уравновесит или, по крайней мере, не проявит возможные пути своего
совершенствования.
Это немного диссонирует с четкостью алгоритмов ТРИЗ, но, в то же время, поз-
воляет развивать изобретательство в направлении создания принципиально новых си-
стем, что в теории Альтшуллера является слабым местом. Открытие таких техниче-
ских систем – новая эра в науке, хотя со многим еще предстоит разобраться.
В заключение еще раз отметим, что любой метод – всего лишь инструмент.
И при всей его полезности в этом качестве, важно учитывать некоторые детали.
Как с помощью одного молотка невозможно сделать ремонт, так и применение од-
ного метода не приведет к оптимальному результату. Кроме того, нужно еще
уметь им пользоваться. Поэтому, чтобы научиться применять методы анализа,
предложенные в ТРИЗ, нужно не только детально ознакомиться с теорией, но и
проверить ее работоспособность на практике.
9.6 Вопросы для самоконтроля
1) Какие методы анализа ТРИЗ вы знаете?
2) Что такое вепольный метод?
3) Что такое функционально-стоимостный анализ?
4) Что такое метод системного анализа?
5) Что такое «Диверсионный» подход?
6) Что такое теория диссипативных структур?
166
10 Законы развития технических систем в концепции ТРИЗ
10.1 Линия развития «моно-би-поли-свертывание»
В ТРИЗ имеется очень эффективный инструмент приближения к ИКР. Речь
идет о свертывании: система, состоящая из многих элементов, переходит к системе,
состоящей из гораздо меньшего или отсутствующего числа элементов (системы нет,
а ее функция выполняется). Прежде чем перейти к этому инструменту развития си-
стем, необходимо познакомиться с линией развития, которая получила в ТРИЗ назва-
ние «МОНО – БИ – ПОЛИ»: МОНО-система со временем в развитии становится БИсистемой, а потом и ПОЛИ-системой. При этом у нее улучшаются важные для этой
системы характеристики, но одновременно растут и затраты. Затем происходит свер-
тывание: те же характеристики и функции удается получить при помощи другой
МОНО-системы. Например, чайные клиперы с большим числом парусов вынуждены
были уступить обычным пароходам, передвижение которых вообще не зависит от
направления ветра.
Эти же процессы наблюдаются в развитии компьютеров (один компьютер, два
объединенных компьютера, сеть компьютеров, один компьютер по мощности выше
сети старых компьютеров), процессоров (многоядерные процессоры), программ и
программных комплексов. Например, редакторы текстов сейчас объединяют в себе
возможности программ для рисования, контроля орфографии, перевода текстов на
разные языки, электронных таблиц и так далее. От программ с одним окном перешли
к многооконным системам, от программ с одним пользователем – к многопользова-
тельским системам. Компьютер и телефон «объединились в один планшетник, а те-
перь ожидают появление сдвоенных планшетников. Недавно возникла идея гибрид-
ных компьютеров: в одном узле объединены процессоры общего назначения и графи-
ческие платы. Разнородность объединяемых систем, как правило, повышает эффек-
тивность объединения. Например, объединение пользовательских ресурсов и ре-
кламы, деловых программ с игровыми и обучающими программами и так далее
167
Свертывание позволяет значительно повысить эффективность объединения
двух систем. Например, от винтовки перешли к применению двух винтовок. Затем
появились двухстволки: на два ствола только один приклад. Одним прикладом стало
меньше. Дальше появились многоствольное оружие, затем опять свертывание с пере-
ходом к автоматическому оружию: ручка (приклад) одна, ствол опять один, а функ-
ции многоствольного ружья или пистолета осталась. Получив опять МОНО-систему
в виде автоматического оружия, цикл переходов повторяется: двухствольное автома-
тическое оружие, многоствольные автоматы и так далее.
Свертывание – это один из инструментов повышения идеальности систем: за-
траты и вредные функции снижаются, а функциональность сохраняется или повыша-
ется.
В ТРИЗ разработаны правила свертывания (удаления) элементов системы.
Правило 1. Элемент можно удалить, если нет объекта функции.
Правило 2. Элемент можно удалить, если функцию выполняет сам объект функции.
Правило 3. Элемент можно удалить, если функцию выполняют оставшиеся эле-
менты системы.
10.2 Объединение альтернативных систем. Перенос свойств
Одна из разновидностей перехода к БИ-системе с одновременным свертыванием – это методика объединения альтернативных систем или перенос свойств одной
системы на другую. Это довольно простая и эффективная методика развития систем,
которую можно применять и для развития программного обеспечения, и для развития
информационных и других технологий.
Идея переноса свойств: Перенос свойств открывает новые ресурсы для улуч-
шения системы без дополнительных вложений и затрат. В предлагаемом подходе
одновременно анализируются исходная система и альтернативная система с точки
зрения свойств, желательных для исходной системы.
168
Перенос свойств не требует дополнительных доказательств того, что нужные
свойства могут быть получены, так как они уже есть у альтернативной системы
Перенос свойств – это аналитический инструмент для совершенствования тех-
нической системы путем передачи ей требуемых свойств от Альтернативной техни-
ческой системы.
Альтернативные технические системы– это конкурирующие системы, кото-
рые имеют хотя бы одну пару противоположных достоинств и недостатков.
Конкурирующие технические системы – это системы, выполняющие одну и ту
же главную функцию, но разными способами.
Базовая техническая система – система, на которую переносятся свойства альтернативной системы.
В качестве примера рассмотрим две альтернативные системы: гвоздь и шуруп.
У них одна и та же функция: скрепить два объекта между собой. При этом у гвоздя
преимущество в том, что он быстро забивается, но держит он хуже, чем шуруп. У
шурупа все наоборот: закручивается он тяжелее и медленнее, но держит лучше. По-
ставим задачу перенести свойства шурупа - хорошо держать - на гвоздь, который дол-
жен сохранить свое свойство быстро и легко забиваться.
Окончательным продуктом является гвоздь со спиральной поверхностью. Он
вбивается легко, как обычный гвоздь, но, в то же время, благодаря резьбовой нарезке
имеет высокую эффективность удержания, как шуруп.
Для переноса свойств с одной системы на другую может быть использовано
сравнение двух или нескольких альтернативных систем.
10.3 Закон перехода в надсистему. Системный оператор
Надсистема – это та система, в которую входит рассматриваемая система.
Надсистемой компьютерной программы можно рассматривать программный ком-
плекс или компьютер, на котором выполняется программа.
Закон перехода в надсистему: развитие системы, достигшей своего предела, мо-
жет быть продолжено на уровне надсистемы.
169
Например, компьютеры переходят в своем развитии к локальным, а затем и к
глобальным сетям. Процессоры, состоящие из одного ядра, переходят в многоядер-
ные системы. Программы становятся частью программных комплексов, программные
комплексы – частью библиотек и так далее. Линия «МОНО–БИ–ПОЛИ» является одним из инструментов реализации закона перехода в надсистему.
Закон перехода в надсистему содержит четыре тенденции:
– параметры объединяемых систем все больше отличаются от параметров технической системы;
– основные функции объединяемых систем все больше отличаются от функций
технической системы;
– интеграция между технической системой и объединяемыми с нею системами
становится глубже;
– увеличивается число объединяемых систем.
Системный Оператор – еще один инструмент анализа развития систем.
Системный Оператор (или 9-экранная схема талантливого мышления) – это
системный метод мышления, который сочетает эволюцию системы из прошлого
через настоящее в будущее с организационной иерархией системы от компонентов до
надсистемы. Соответствующая схема показана на рисунке 9.1.
Основная идея, этого подхода, состоит в том, что для улучшения системы
можно изменить что-либо не только в самой системе, но в ее прошлом, будущем, в
надсистеме или подсистеме так далее.
Новые инновационные возможности появляются по мере того, как мы удаляемся от центрального экрана системного оператора.
Системный оператор в действительности имеет более девяти экранов. Например,
каждый экран имеет более чем одну Надсистему. Для каждой системы имеется также
и Антисистема (система, в которой один или несколько параметров, свойств или
действий изменены на противоположное значение). Для каждой системы имеются
также и подсистемы.
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]