Акционерная некоммерческая организация
«ТРИЗ-профи»
На правах рукописи
Чуксин Петр
Совершенствование методики прогноза
технических систем
МАТРИЗ
Работы на соискание степени
специалиста ТРИЗ 5 уровня
Москва
2007
Содержание
| Стр. | |
| Ввведение | 3 |
| Глава 1. Совершенствование методики прогноза развития технических систем | 8 |
| Глава 2. Применение усовершенствованной методики в прогнозе развития зерноуборочного комбайна | 57 |
| Заключение | 179 |
| Список литературы | 183 |
| Приложения | 187 |
Введение
Для нового информационного этапа развития общества важен уже не процесс реализации знаний, а непосредственно процесс их создания. Информация сегодня сама по себе становится объектом бизнеса и способна порождать богатство. Методы эффективной обработки информации – инженерия знаний, становится важнейшим признаком нового этапа развития. Научно-технический прогресс в меру новых открытий и внедрения их в производство все более подчиняется закону геометрической прогрессии. В течение жизни одного поколения людей появляется несколько поколений техники. Современное производство, в которое вовлечены огромные материальные, трудовые, финансовые ресурсы, нуждается в разработке новых точных методов прогнозирования. Существует острая потребность в разработке и совершенствовании методов прогнозных исследований и обработки прогнозной информации для продуктивной деятельности компаний, научных лабораторий, консультантов, исследователей.
Прогнозные проекты представляют для ТРИЗ - консультанта область сложных, интересных задач. Особенность прогнозных проектов состоит в том, что объект обычно сложен, сроки очень сжатые, а результат должно быть обязательно практичным, реализуемым. Анализ приходится проводить в условиях дефицита времени и неполной информации. Алгоритмизация и структуризация прогнозного процесса позволяет упростить часть процедур, выполнить их формально, что освобождает сознание для решения более сложных профессиональных проблем. Кроме того, совершенствование методики прогноза дает возможность передать накопленный опыт новому поколению специалистов.
Целью данной работы было совершенствование методики ТРИЗ-прогноза и разработка подробных рекомендаций по ее применению. Объектом исследования была методика ТРИЗ-прогнозирования, предметом - структура методики, аналитические модели, алгоритмы представления и проверки результатов прогнозных исследований.
В ТРИЗ работы по прогнозу являются одним из важных направлений исследований. Среди публикаций, посвященных прогнозу следует отметить работы Г.Альтшуллера, С. Девульфа, Б. Злотина, В. Герасимова, Г. Зайниева, А. Захарова, А. Зусман, Д. Кучерявого, В. Королева, С. Литвина, Д. Манна, В. Петрова, М. Рубина, К. Рантонена, Т. Ранхуа, Р. Рейтона, Ю. Саломатова, В. Сибирякова, и др.
Основоположником метода ТРИЗ-прогнозирования был Г.С. Альтшуллер, достаточно вспомнить его прогноз по транспортеру для листового стекла с использованием расплавленного олова, костюм горноспасателей и др. Принципы дальнего ТРИЗ-прогнозирования впервые разработали и опубликовали в 1986 г. С.С. Литвин и В.М. Герасимов. В их работе «Дальнее прогнозирование развития технических систем на базе ТРИЗ и ФСА» приведено содержание работ по дальнему прогнозу. Метод дает возможность спрогнозировать изменение принципов, на основе которых будет построена система нового поколения. Однако практика показала, что на современном этапе развития информационных технологий этот метод нуждается модернизации. Во-первых, применение Интернет, электронных средств поиска, сбора и хранения данных породило проблему обработки и представления больших объемов информации в удобном для работы и восприятия графическом виде. Во вторых, методика нуждается в рекомендациях по представлению результатов, чтобы заказчик мог однозначно правильно и быстро понять и оценить идеи прогнозной концепции. В-третьих, метод нуждается в более подробном изложении, алгоритмизации и адаптации для широкого круга консультантов, ученых, инженеров, менеджеров. В-четвертых, усилить методику моделью исторического анализа БТС совместно с развитием надсистемы, которая особенно полезна при прогнозировании систем, имеющих продолжительную историю развития.
Работа над данной методикой прогнозирования была начата еще в 1995 –1996 гг. под руководством мастера ТРИЗ В. Цурикова. В это время в Минской лаборатории изобретающих машин создавался блок «Prediction» для версии «Изобретающей машины» Техоптимайзер 3.1.
Основой методики прогноза были законы развития технических систем (ЗРТС) и разработанные на их основе система линий эволюции (трендов). Нужно отметить, что линии развития хорошо известны в ТРИЗ, они приведены в трудах Г.С. Альтшуллера. Для «Изобретающей машины» линии были визуализованы, разработаны пиктограммы, описания, примеры. Визуализация – очень сильный прием, он позволяет упростить понимание действия законов развития. Снабженные пиктограммами и примерами линии развития стали более просты, понятны на интуитивном уровне.
Со временем обнаружились и некоторые недостатки использования линий эволюции. При прогнозировании БТС следует проверить развитие объекта по каждой из линий. Для анализа информацию по развитию прогнозируемой системы и ее подсистем по всем линиям эволюции нужно свести в единый файл. Информации много, стало проблемой оперировать, сводить и анализировать такие большие базы данных.
Было предложено структурировать полученную информацию в виде прогнозных карт и деревьев эволюции. Найденные и описанные в процессе прогноза линии было предложено изображать в виде ветвей на дереве эволюции. В книге Н. Шпаковского «Деревья эволюции» описаны правила построения таких деревьев. Использование деревьев эволюции для визуализации информации о тенденциях развития подсистем и БТС дает существенное сокращение трудозатрат при проведении прогноза.
При проведении работ нами использовались эмпирические и теоретические методы исследования, системный подход. Методы ТРИЗ основаны на признании существования объективных законов развития техники. Разработанный на их основе метод дальнего прогнозирования относится к методам моделирования.
Новым в усовершенствованной методике является:
модульная структура и алгоритмы проведения работ;
визуализация результатов: прогнозных концепций, технических решений, тенденций в виде деревьев эволюции;
алгоритм конкретно-исторического подхода к изучению развития прогнозируемой технической системы и ее надсистемы;
оформление прогнозной концепции в виде заявки на изобретение, ее верификация.
Приведенный пример прогноза зерноуборочного комбайна, также представляет собой самостоятельную научную и практическую ценность.
Благодарности. Эта работа была выполнена под влиянием того творческого импульса, который был получен автором во время работы в проекте «Изобретающая машина». Моя благодарность мастеру ТРИЗ Валерию Цурикову, который сумел создать такую команду разработчиков, которой по плечу оказались самые масштабные проекты. Сейчас ТРИЗ в мире знают в том числе и благодаря «ТехОптимайзеру» и «ГолдФаеру».
Даже уйдя из этого проекта, мы вместе с моим коллегой Николаем Шпаковским продолжали совершенствовать технологию прогноза, метода над которым мы работали создавая блок прогноза «Предикшен». Вместе с Николаем Шпаковским и Еленой Новицкой, тоже бывшей участницей проекта «Изобретающая машина» мы разработали метод создания прогнозных карт и Деревьев эволюции. Моя большая благодарность им, а также моим коллегам из белорусской школы ТРИЗ Леониду Бачило, Игорю Девойно, Дмитрию Кучерявому, Георгию Северинцу, Александру Скуратовичу, Виктору Тимохову, Николаю Хоменко, всем тем, кто принимал участие в наших дискуссиях по проблеме прогнозирования.
Эта работа имела продолжение благодаря выдающемуся российскому бизнесмену и ученому, Виктору Батурину, который собрал творческую команду «ТРИЗ-профи» для решения крупных, значимых для России проектов, один из которых «Идеальное Земледелие» упоминается в этой работе. Я благодарен своим коллегам из компании «ТРИЗ-профи» Ирине Андржиевской, Анатолию Гину, Алексею Подкатилину, Александру Скуратовичу, Виктору Тимохову, Сергею Фаеру, Николаю Шпаковскому, которые поддержали и помогли мне в работе над прогнозной методикой.
Отдельная благодарность Мастеру ТРИЗ Анатолию Гину, который во многом помог написанию этой работы, сделал много ценных замечаний.
Глава 1. Совершенствование методики прогноза развития технических систем
Анализ базовой методики ТРИЗ-прогноза
При совершенствовании методики прогноза, как уже было сказано, в качестве базовой методики была выбрана работа С.С. Литвина и В.М. Герасимова «Дальнее прогнозирование развития технических систем на базе ТРИЗ и ФСА». Методика состоит из 12 этапов (рис.1). Она включает анализ базовой технической системы (БТС), выявление прогностических технических противоречий (ПТП), разрешение ПТП, свертывание БТС, разработку концепции, предложения по разработке нового поколения БТС и план его внедрения.
Рис.1. Концепт-карта проведения работ в базовой методике Литвина-Герасимова
Предлагаемая методика наследует важнейшие разделы метода Литвина-Герасимова:
компонентный, структурный, функциональный, генетический, параметрический анализ прототипа;
формулирование прогностических противоречий;
анализ развития прототипа по законам развития;
свертывания элементов ТС с помощью известных методик ФСА;
построение ИКР-моделей прогнозируемого прототипа;
выявление, формулирование прогностических противоречий, выбор ключевых противоречий;
разрешение противоречий с помощью Приемов, Стандартов, Эффектов, АРИЗ;
выявление сверхэффекта от полученных решений;
согласование линий прогнозирования, разработка концепции;
составление рекомендаций заказчику по перестройке производства для реализации прогноза.
В то же время предлагаемая методика имеет следующие существенные отличия от базовой:
прогнозный проект разбит на восемь этапов, разработаны алгоритмы проведения этапов, модульная структура методики позволяет в случае необходимости опускать часть работ;
применен метод визуализации результатов, графическое представление информации в виде концепт-карт, деревьев эволюции* описывающих тенденции развития БТС и ее подсистем;
разработан новый алгоритм совместного исторического анализа развития БТС и надсистемы на аналитическом этапе;
предложено оформлять прогнозную концепцию в виде заявки на изобретение и проводить ее верификацию с помощью экспериментов, оценки оппонентами, анализа изобретений из патентного фонда, информации из Интернета;
*Методика построения деревьев эволюции описана в ряде работ автора и книге Мастера ТРИЗ Шпаковского Н.А.
Описание сущности изменений в методике
Структура методики. Сущностью прогнозного проекта состоит в сборе и обработке информации о прогнозируемой ТС с целью создания новой информации о будущем поколении ТС. Предлагаемая методика использует наименее трудоемкие и эффективные способы обработки информации. Она описывает шаги, ведущие к разработке идеи ТС нового поколения и приемке прогнозного проекта заказчиком.
На рисунке 2 представлена схема проведения работ при выполнении прогнозного проекта. Тот, кто выполняет прогноз в любом случае в явном или не явном виде проходит все эти этапы. Методика выполнена модульной, т.е. все этапы при прогнозе выполняются, но часть работ на каждом из этапов можно опускать (со снижением качества прогноза).
На подготовительном этапе работы с заказчиком определяются цели, ожидаемые результаты, сроки, состав прогнозной команды, место и график проведения встреч рабочей группы. Кроме того, оговариваются стоимость работ по прогнозному проекту, вопросы конфиденциальности и патентной защиты результатов. По возможности, на этом этапе проводится также краткое предварительное ознакомление членов рабочей группы с ТРИЗ и прогнозной методикой.
На информационном этапе проводится сбор и изучение информации о прогнозируемой ТС, ее подсистемах и ближайшей надсистеме. Предусмотрена определенная структура информационной базы прогнозного проекта, которая уточняется и пополняется информацией на протяжении всей работы.
На аналитическом этапе строится серия моделей прогнозируемой ТС: модель современного состояния надсистемы, историческая, структурная, функциональная, противоречий, параметрическая, ИКР, патентная. Большинство этих моделей объединены деревом эволюции ТС, которое строится и уточняется в процессе всего проекта.
На решательном этапе с помощью инструментов ТРИЗ проводится решение задач, разрешение ключевых противоречий в развитии прогнозируемой ТС.
На прогнозном этапе найденные идеи и решения задач объединяют в прогнозную концепцию. При построении концепции составляется техническое задание на поиск технологий, машин, материалов, применение которых позволит реализовать идеи прогнозной концепции.
Оформленная концепция проверяется на работоспособность, логичность, новизну на верификационном этапе прогноза. По результатам верификации концепции первоначальный ее вариант уточняется и дополняется.
На внедренческом этапе прогнозная концепция и решения оформляются в виде схем, диаграмм, прогнозных деревьев. Составляются приложения, в которых описываются варианты и планы последовательной реализации прогнозной концепции.
На послепрогнозном этапе производится «разбор полетов», уточняются шаги методики, делается анализ приемки и внедрения проведенного прогнозного проекта.
Визуализация информации при проведении прогноза
В условиях большого потока информации в прогнозном проекте возрастает важность эффективных и наглядных способов ее представления. У специалистов, которые сталкивались с проблемой обработки больших баз числовых данных уже выработано стандартное решение – перевод текстов и числовых данных в графическую форму, создание разного рода диаграмм.
Проблема в том, что в прогнозе мы имеем большой объем не количественной, а качественной информации. Поиск, обработка и систематизация качественной информации в огромных базах представляет значительные трудности. Новые знания, которые эксперт добывает, перерабатывая информационную базу должны быть структурированы и ассоциативно связаны между собой. Визуализация, графическая интерпретация позволяют легко освоить новую информацию, увидеть суть проблемы, выявить в наборе данных новые знания. Одним из средств визуализации знаний является построение концепт-карт или карт памяти.
Основой методики ТРИЗ-прогноза являются законы развития технических систем (ЗРТС) и разработанные на их основе система линий (трендов) развития технических систем. В 1995 –1996 гг. под руководством мастера ТРИЗ В.М. Цурикова для проекта «Изобретающая машина» были разработаны визуализированная система линий эволюции. Нужно отметить, что линии развития были известны в ТРИЗ, они приведены в трудах Г.С. Альтшуллера. Для «Изобретающей машины» линии были визуализованы, разработаны пиктограммы, описания, примеры. Они составили основу блока компьютерной системы “Prediction” (рис3). Визуализация – очень сильный прием, он позволяет упростить понимание действия законов развития. Снабженные пиктограммами и примерами линии развития стали более просты, понятны на интуитивном уровне. Сейчас визуализированные линии развития общеприняты в ТРИЗ как инструмент анализа и прогноза. Нами было разработано 12 линий развития. Дальнейшие исследователи стали широко использовать прием линий развития не только для технических, но и для социальных и экономических систем. Компанией Ideation International Inc. на базе законов и линий развития было разработано 400 линий развития для ТС, 70 линий развития социальных систем, 60 линий развития маркета [2]. Система визуализированных линий эволюции (трендов) дала возможность сделать законы развития технических систем более удобным инструментом изобретателя.
Но, со временем обнаружились и некоторые недостатки использования линий эволюции. При прогнозировании БТС следует проверить развитие объекта по каждой из линий. Для анализа информацию по развитию прогнозируемой системы и ее подсистем по всем линиям эволюции нужно свести в единый файл. Информации много, стало проблемой оперировать, сводить и анализировать такие большие базы данных.
Рис.3. Пример визуализации линии развития ТС (Тех-оптимайзер-3.1)
Нами было предложено структурировать полученную информацию в виде прогнозных карт и деревьев эволюции. Найденные и описанные в процессе прогноза линии было предложено изображать в виде ветвей на дереве эволюции. В книге Н. Шпаковского «Деревья эволюции» описаны правила построения таких деревьев. Использование деревьев эволюции для визуализации информации о тенденциях развития подсистем и БТС дает существенное сокращение трудозатрат при проведении прогноза.
Чтобы понять и проанализировать материалы прогнозного проекта, представленные в виде текстовых документов, заказчик должен обладать значительным запасом времени, хорошей памятью и большим терпением. Трудно найти такого идеального заказчика. Применение метода визуализации, концепт-карт, дерева эволюции для обеспечения быстрого доступа заказчика к прогнозной информации позволяет решить проблему принятия результатов. Визуализация позволяет ускорить понимание прогнозной концепции и принятие решений не только менеджерами, но и разработчиками: конструкторами, дизайнерами.
Визуализация также является одним из эффективных инструментов при работе эксперта с консультантами в рабочей группе. Это связано со свойством человеческой психики. Рисунок, схема, фотография наиболее приемлемы и эффективны при восприятии, переработке и запоминании.
В разработанной методике прогнозирования есть несколько направлений визуализации материала:
• фиксирование информации при поиске и обработке в виде концепт-карт, короткого текста и графического изображения, систематизация компьютерной информации и фрагментов книг, брошюр, статей;
• представление прогнозной информации в виде дерева эволюции, как иллюстрации, образного представления анализа, который привел к прогнозной концепции;
• представление прогнозной рабочей информации в виде схем, таблиц, графиков и др.;
• сохранение вновь созданной интеллектуальной собственности с помощью компьютерной графики;
• графическая интерпретация полученных идей с применением реального изображения ТС и достраиваемого изображения.
Наличие такого инструмента как визуализация позволяет эксперту легче проводить прогнозный анализ, участникам прогнозной группы выполнять независимый поиск информации, сравнивать результаты. Визуализация является мощным инструментом в проведении анализа, моделирования, разработки концепций, представлении материалов заказчику.
Алгоритм совместного исторического анализа развития БТС и надсистемы
Историческая модель и исторический анализ являются основным источником информации для построения дерева эволюции БТС. Модель оформляется графически, в виде линий, описывающих преобразования БТС и ее подсистем на дереве эволюции. Историческая модель дает также большой объем информации для аналитического, решательного и концептуального этапов прогноза.
В ходе исторического анализа рассматриваются множество машин, их модификаций, предшествующих изучаемой: ТС1, ТС2, ТС3… и т д. Кроме того, выделяется прото-ТС, первая технологическая система, предшествующая ТС1. Обычно это простейший ручной вариант позволяющий выполнить нужную функцию. Изучаются изменения, происходящие в подсистемах изучаемых устройств.
Во-вторых, анализируются не все конструкции, а только ключевые - те, которые обеспечили системе качественный скачок, переход к новому ее поколению.
В третьих, развитие БТС рассматривается на фоне исторического развития общества. Выявляется влияние исторических и социально-экономических условий жизни общества на эволюцию системы. Проводится анализ причинно-следственных цепочек: анализ исторических причин создания (модернизации) ТС-п; анализ социально-экономических причин, вызвавших создание (модернизацию) ТС-п+1; анализ доступных ресурсов (материалов, технологий, знаний) на момент создания (модернизации) ТС-и; сравнительный анализ ТС разных поколений.
Четвертой особенностью является то, что главным объектом анализа являются не только главные структурные элементы и базовые функции, но и дополнительные, вспомогательные. В процессе эволюции ТС «обрастает» дополнительными и вспомогательными подсистемами. Следует выявлять эти новые подсистемы, отслеживать цепочки изменений, происходящие с уже существующими подсиcтемами. Информация служит для построения на дереве эволюции тенденций развития прогнозируемой ТС и ее подсистем.
Пятой особенностью прогнозного анализа является то, что он направлен на выявление не только новых функций, но также и функций, утраченных в процессе эволюции. Часто, в процессе эволюции утрачиваются не только вредные, но и полезные функции. Надсистема, на данном историческом этапе развития просто не способна реализовать выполнение нужной функции – не хватает знаний, технологии, материалов. Информация об утраченных в процессе эволюции функциях используется на последующих этапах.
Шестой особенностью исторического моделирования состоит в том, что выявляются флуктуации в ходе исторического развития БТС и ее предшественников. Выявление таких флуктуаций представляет интерес для ТРИЗ-исследований.
Таким образом, методика исторического моделирования предполагает при анализе доступных ресурсов сопоставление материальных потребностей общества в данную эпоху и, обеспечивающих удовлетворение этих потребностей, знаний, технологий, технических систем, изобретений. Элементом методики исторического моделирования является анализ тенденций развития прогнозируемой ТС совместно с тенденциями развития надсистемы. В развитии надсистемы выявляются и формулируются побудительные мотивы, первопричины приводящие в конце ПСЦ к созданию или развитию ТС.
Прогнозная концепция
Выполнение прогнозной концепции не в виде пространных текстовых сценариев, включающих оптимистический, реалистический и пессимистический варианты, а форме заявки на изобретение, прогнозных деревьев и визуализированных ключевых предложений, позволяет упростить принятие проекта заказчиком. Алгоритм написания концепции в виде заявки на изобретение также сокращает трудозатраты. Работы по подготовке прогнозной концепции и патентной защите найденных решений при этом свертываются. Заказчику при этом предлагается не только описание тенденций развития предлагаемого объекта в будущем, но и конкретные рекомендации по его конструкции, по способу реализации прогнозной концепции.
Достоинством методики является комфорт при сдаче, визуализированного и оформленного в виде заявки на изобретение проекта заказчику. Сокращается время на ознакомление заказчика с результатами прогноза. Визуализация результатов прогноза наглядно убеждает в глубине проведенных исследований. Она дает возможность заказчику воспользоваться результатами прогноза даже в том случае, когда он не во всем согласен с предложенной концепцией. Убедительность прогноза достигается за счет представления результатов в виде диаграмм, деревьев, таблиц, содержащих минимум текста. Для реализации прогнозной концепции заказчиком составляются предложения по подготовке производства для выпуска новой продукции.
Алгоритмы проведения работ на этапах прогнозной методики
Положительный результат в предлагаемой методике во многом достигается за счет алгоритмов выполнения этапов прогноза. Формализация проведения прогнозных работ позволяет перевести их из разряда высшего пилотажа в консультационных проектах в разряд стандартных операций. Модульное построение методики позволяет более четко организовать проведение работ на этапах проекта. Одновременно можно вести работы параллельно в нескольких направлениях разными специалистами, предварительно обученными применению данной методики, быстро свести полученные ими результаты в прогнозную концепцию. В случае недостатка времени часть работ можно опускать. Естественно это скажется на глубине и качестве прогнозных концепций. Следование методическим указаниям позволяет получать надежный результат и избегать некоторых серьезных ошибок при выполнении прогнозных проектов. Наиболее трудоемким является аналитический этап, на котором строится и анализируется серия из 8 моделей, описывающих прогнозируемую ТС. Большинство моделей служат источником информации для дерева эволюции БТС, которое строится и уточняется в процессе всего проекта. Алгоритмы проведения работ на этапах методики помещены в приложении, в этой главе мы даем описания и комментарии к алгоритмам проведения методики.
Подготовительный этап прогнозного проекта
Задачи подготовительного этапа прогнозного проекта состоят в том, чтобы определить стоимость и сроки проведения проекта, отобрать участников прогнозной группы, создать условия работы прогнозной группы, поставить перед заказчиком задачу на подготовку необходимой информации, заключить договор на проведение прогнозных работ.
Кроме того, оговариваются место и график проведения встреч рабочей группы, необходимое оборудование, вопросы конфиденциальности и патентной защиты результатов. На этом этапе определяются ответственные за ведение проекта и его управление с обеих сторон, проводится краткое предварительное знакомство с членами рабочей группы, налаживаются взаимодействие менеджеров и консультантов.
Результатом этого этапа прогнозного проекта становится договор о проведении прогнозного проекта, включающий в себя согласованный состав прогнозной группы, план-график проведения работ, укомплектованные всем необходимым рабочие места. Алгоритм выполнения работ на подготовительном этапе работ приведен на рисунке 4.
Рис.4 Алгоритм выполнения работ на подготовительном этапе прогноза
Первый этап — подготовительный он должен дать ответы на вопросы:
Какой именно прогнозный проект будем выполнять?
Какие средства и методы будут привлечены?
Кто выступает заказчиком и координатором проекта?
Кто входит в прогнозную рабочую группу?
Какие технические устройства, чертежи и информация предоставляются?
Какие сроки завершения проекта?
Как будет организована работа?
Что необходимо получить в итоге?
Сколько за это заплатят?
После того как все ответы получены, можно приступить ко второму этапу, информационному, т.е. приступить собственно к прогнозному проекту.
Информационный этап прогнозного проекта
Целью информационного этапа прогнозного проекта является создание информационной базы прогнозного проекта. Алгоритм проведения работ на информационном этапе приведен на рисунке 5. При выполнении прогнозного проекта, независимо от объекта прогноза, структура информационной базы будет одинакова, она пополняется информацией на протяжении всей работы (рис.6).
Методика информационного этапа предусматривает проведение следующих работ:
1. Собрать и предварительно проанализировать и информацию, полученную от заказчика и консультантов;
2. Создать информационную базу проекта используя стандартную структуру БД;
Рис.5. Алгоритм проведения работ на информационном этапе.
3. Преобразовывать собранную информацию в графический вид, используя ее прежде всего для построения дерева эволюции.
4. Непременно лично подробно ознакомиться с реальным работающим прототипом БТС;
5. Если существует возможность, то получить на время проведения прогноза в пользование прогнозной группы образец БТС, желательно разобранный на части, препарированный, (если прогнозируется технический объект);
Проблемы представления информации при прогнозе
Анализ даже простых технических систем при прогнозировании выявляет множество проблем и противоречий. По каждой из них мы собираем информацию, проводим анализ, создаем куст решений. Чтобы не утонуть в море информации, не потерять логическую нить прогноза и ключевую информацию, мы ее структурируем.
Какие информационные источники следует привлекать при создании информационной базы? Помимо информации передаваемой заказчиком, следует использовать следующие типовые источники информации:
– энциклопедии;
– описания, руководства по эксплуатации, альбомы по устройству БТС;
– видеоматериалы, фотографии, схемы чертежи;
– справочники в той области, к которой относится прогнозируемая ТС;
– книги, научные статьи, диссертации, рекламные буклеты;
– отечественные и зарубежные патенты;
– информацию по тематике прогноза из Интернета;
Рис.6. концепт-карта структуры информационной базы.
В прогнозных проектах важна задача представления информации заказчику. Прогноз является документом для топ-менеджеров, которые обычно очень загружены и не склонны читать длинные пространные документы. Прогнозные концепции развития БТС сложно описать в нескольких фразах. Таким образом, мы имеем противоречие: чтобы донести до заказчика суть концепции и вскрытые проблемы нужно подробное объяснение, но заказчик не может читать длинных документов.
Кроме того, эксперт, выполнивший прогноз и заказчик, использующий полученную информацию, имеют разное видение ситуации. Заказчик глубже знает специфическую ситуацию на своем производстве и оценивает полученные прогнозные решения под своим углом зрения. Зачастую, он не желает, или не может реализовывать идеальное с точки зрения ТРИЗ-эксперта решение. Поэтому, результатом прогноза обычно является не одно единственное решение, а концепция, предусматривающая несколько вариантов развития прогнозируемой системы. Однако большой объем материалов, которых предстоит изучить заказчику, снижает качество восприятия и последующей реализации прогноза.
Чтобы разрешить проблему большого объема информации при прогнозировании, нами предложена графическая форма представления прогнозной информации в виде дерева эволюции БТС. Способ представления прогнозной информации в систематизированном графическом виде, в виде дерева эволюции БТС, позволяет улучшить метод прогнозирования [1,2]. Описание методики построения дерева эволюции приведено на аналитическом этапе.
Методы поиска нужной информации не являются предметом этой работы. В прогнозном проекте мы обычно используем функционально ориентированный поиск и проблемно-ориентированный поиск. Методика такого поиска изложена в работах сотрудников компании «GEN3 Partners» [3, 4].
Аналитический этап прогнозного проекта
Целью аналитического этапа прогноза является исследование наиболее важных характеристик БТС с разных и независимых точек зрения, определение отношений и связей между ними, выяснение ключевых причин и противоречий, сдерживающих качественное развитие БТС. Алгоритм выполнения аналитического этапа предусматривает выполнение следующих работ: построение структурной, функциональной, параметрической, надсистемной, ИКР-ной, инновационной моделей БТС модели противоречий и дерева эволюции (рис.7).
Рис.7. Блок-схема прогноза и работы, выполняемые на аналитическом этапе.
Предметом иccлeдoвaния аналитического этапа являютcя paзличныe модели БТС, надсистемы, фopмиpyeмые в пpoцecce дeкoмпoзиции БТС, пoзвoляющиe вcecтopoннe oцeнить ее cвoйcтвa, тенденции развития. Предлагаемая методика модульная – она позволяет включать или исключать из исследования отдельные модели в зависимости от целей и временных рамок прогноза. Модели описывают прогнозируемый объект как некую систему. Моделей должно быть ровно столько, сколько необходимо и достаточно для успешного прогноза. Можно ли обойтись без данной модели в прогнозе или нет? Используйте принцип исключения - если модель не работает на решение ключевой проблемы то не тратьте время на ее построение. Таким образом, экономится время и усилия, усиливается целостность прогнозного труда.
Модели, используемые в прогнозировании, можно отнести к прикладным. Они дают возможность оценить параметры функционирования конкретного технического объекта и сформулировать рекомендации для принятия практических решений. Используются как статические, так и динамические модели. Результатом аналитического этапа является набор моделей, описывающих развитие БТС, ее подсистем и надсистемы, дерево тенденций.
Мoдeли в прогнозировании, разрабатывают c yчeтoм следующих тpeбoвaний:
полезность: применение модели решает проблемы пользователя;
oбъeктивнocть: нeзaвиcимocть peзyльтaтoв мoдeлиpoвaния oт paзpaбoтчикa мoдeли;
oпepaтивнocть: пoлyчeниe peзyльтaтoв мoдeлиpoвaния зa короткое вpeмя;
цeлeнaпpaвлeннocть: oтoбpaжeниe в мoдeли лишь существенных пpoцeccoв;
yдoбcтвo пpимeнeния: лeгкocть oбщeния c paзpaбoтaннoй мoдeлью;
динaмичнocть: с учетом в мoдeли изменений во вpeмeни и пpocтpaнcтве;
yпpaвляeмocть: вoзмoжнocть дopaбoтки мoдeли в пpoцecce ee paзpaбoтки и экcплyaтaции;
aдeквaтнocть: близкие peaкции мoдeли и opигинaлa нa вxoдныe возмущения;
мoдyльный пpинцип: coздaниe мoдeлeй из oтдeльныx блoкoв-мoдyлeй;
минимaльнaя тpyдoeмкocть и cтoимocть;
Аналитический этап. Структурная модель
Задачи построения структурной модели состоят в проведении анализа структуры БТС и ее подсистем, их взаимодействие с надсистемой, построение дерева эволюции. Фактически, при проведении прогноза, мы строим совместно одновременно четыре модели – компонентную, структурную, функциональную и модель надсистемы. Все эти четыре модели описывают состав и взаимодействие элементов исследуемой системы и надсистемы. Мы выделяем структурную модель, поскольку предметом исследований на этом этапе является структура БТС, взаимодействие БТС с надсистемой, определение структуры дерева эволюции. Результатами этого этапа являются структурная модель БТС, модель взаимодействия БТС и надсистемы, дерево эволюции.
Алгоритм построения структурной модели включает: описание структуры и взаимодействия подсистем БТС; взаимодействия с элементами надсистемы при эксплуатации; на других этапах жизненного цикла; создание структуры дерева эволюции; оформление рисунков, схем, структуры подсистем БТС на дереве эволюции (рис. 8).
Рис. 8. Концепт-карта построения структурной и функциональной моделей
Целью построения структурной и функциональной моделей БТС при проведении ТРИЗ-прогноза является определение состава функций и принципа действия нового поколения прогнозируемой машины. Функциональный подход, как свидетельствует опыт, является наиболее эффективным с точки зрения разработки оптимальных прогнозных решений для сложных технических систем. При функциональном и структурном анализе развития следует отслеживать изменения требований надсистемы, изменения функций ТС при переходе от одного поколения машин к другому. В процессе построения структурно-функциональной модели уточняются ИКР для всей БТС и для ее подсистем а также выявляются противоречия, не указанные заказчиком. Для эффективного использования информации результаты анализа вносят дерево эволюции БТС, в ветви эволюции подсистем.
Структурный анализ предшествующих поколений и прототипов БТС проводится также и при историческом анализе. Методика такого анализа была описана в статье “Исторический анализ технических систем в прогнозном проекте» [5 ].
Аналитический этап. Функциональная модель.
Целью построения функциональной модели является определение состава функций и принципа действия нового поколения прогнозируемой системы. Функциональный подход, как свидетельствует опыт, является наиболее эффективным с точки зрения разработки оптимальных прогнозных решений для сложных технических систем. При функциональном анализе развития следует отслеживать изменения требований надсистемы, изменения функций ТС при переходе от одного поколения машин к другому. В процессе построения функциональной модели уточняются ИКР для всей БТС и для ее подсистем, а также выявляются противоречия, не указанные заказчиком. Для эффективного использования информации результаты анализа вносят в дерево эволюции БТС, в ветви эволюции подсистем.
Задачами построения функциональной модели являются анализ функций БТС и ее подсистем, анализ их взаимодействий между собой и с надсистемой, построение дерева эволюции. Предметом исследований при построении функциональной модели являются функции подсистем БТС, взаимодействия подсистем и БТС с надсистемой, дерево эволюции. В результате этого этапа мы получаем функциональную модель БТС, выявляем проблемы взаимодействий между подсистемами, БТС и надсистемой, уточняем структуру дерева эволюции.
Методика построения функциональной модели включает: формулирование функций БТС и ее подсистем; описание проблем функциональных взаимодействий подсистем, БТС с элементами надсистемы при эксплуатации и на других этапах жизненного цикла; оценку эффективности функционирования БТС, выделение проблемных функций; оформление схем, иллюстрирующих функции подсистем БТС на дереве эволюции;
Алгоритм построения функциональной моделей включает формулирование главных, дополнительных и вредных функций подсистем и компонентов БТС. Затем определяется уровень выполнения главных функций, ранжирование функций, формулирование задач по устранению вредных функций и усилению полезных. Этот алгоритм описан в различных версиях Тех Оптимайзера «Изобретающей машины».
Особенностью функциональной модели при проведении прогноза является то, что важным объектом анализа являются не только главные функции, но и дополнительные, вспомогательные. В процессе развития ТС «обрастает» дополнительными и вспомогательными подсистемами. При структурном и функциональном анализе следует выявлять эти новые подсистемы, а также отслеживать изменения, происходящие с уже существующими подсиcтемами. Эта информация важна для проведения анализа и построения тенденций развития прогнозируемой ТС и ее подсистем.
Второй особенностью прогнозного анализа является то, что, он направлен на выявление не только новых функций, но также и функций, утраченных в процессе эволюции. Часто в процессе эволюции утрачиваются не только вредные, но и полезные функции. Надсистема на данном историческом этапе развития просто не способна реализовать выполнение нужной функции – не хватает знаний, технологии, материалов. Информация об утраченных в процессе эволюции функциях нужна будет на последующем (концептуальном) этапе, при формировании функционально-идеальной схемы и рабочей функциональной схемы прогнозируемой ТС следующего поколения.
Еще одна особенность состоит в том, что при построении функциональной модели проводится анализ функций взаимодействия с элементами надсистемы. Причем не только ближайшей. Более подробно такой анализ описан в разделе, посвященном надсистемной модели БТС.
После проведения структурного и функционального анализа выбранных прототипов мы получаем большой объем информации. Особенно это относится к описанию изменений подсистем анализируемой ТС. В отличии от функций, подсистемы изменяются почти в каждом новом поколении ТС. Чтобы не «утонуть» в море этой информации и эффективно ее использовать, мы представляем ее в виде прогнозных карт и деревьев преобразований. При построении деревьев мы используем известную в ТРИЗ методику, основанную на законах и тенденциях развития технических систем. Методика построения таких деревьев описана нами в ряде работ [ 6,7,8].
Аналитический этап. Историческая модель.
Целью построения исторической модели и проведения исторического анализа является изучение совершенствования БТС и ее подсистем в ходе эволюции. Историческая модель описывает тенденции развития БТС и ее подсистем, динамику качественных и количественных параметров БТС и ее подсистем во времени. Модель служит основным источником информации для построения дерева эволюции прогноза. Дерево состоит из визуализированного набора линий описывающих преобразования БТС и ее подсистем.
Предметом исследований является структура, функции, параметры БТС на разных исторических этапах ее развития, новые и утраченные функции. Результатом этого этапа становятся историческая модель БТС, дерево эволюции, списки новых и утраченных функций, проблем и противоречий.
Исторический анализ эволюции БТС и историческая модель дают большой объем информации для аналитического, решательного и концептуального этапов прогноза. Задачи исторического анализа и моделирования: анализ и визуализация эволюции БТС, ее главных подсистем, выявление тенденций с момента создания до настоящего времени.
Методика выполнения этапа предусматривает выполнение следующих операций: выделение прото-ТС и технологической модели выполнения ГПФ БТС; выявление ключевых конструкций ТС, предшествующих появлению БТС; изучение развития прототипов БТС (ТС1…ТСi ) на фоне исторических событий; выявление причин эволюции ТС, вызванных развитием надсистемы; анализ причинно-следственных цепочек (БТСЦ), событий приводящих к созданию ТС новых поколений; выявление исторических противоречий в развитии подсистем и ТС и способов их преодоления; анализ главных и вспомогательных функций разных поколений ТС; создание списка новых и утраченных в процессе эволюции БТС функций; выявление тенденций развития БТС и ее подсистем; оформление рисунков, схем, иллюстрирующих развитие ТС на дереве тенденций.
В ходе исторического анализа рассматриваются множество машин, их модификаций, предшествующих изучаемой: ТС1, ТС2, ТС3… и т д. Особо выделяется прото-ТС, первая технологическая система, предшествующая ТС1. Обычно это простейший ручной вариант позволяющий выполнить нужную функцию. Изучаются изменения, происходящие в подсистемах изучаемых устройств. В процессе эволюции ТС «обрастает» дополнительными и вспомогательными подсистемами. При структурном и функциональном анализе следует выявлять эти новые подсистемы, а также отслеживать цепочки изменений, происходящие с уже существующими подсиcтемами. Эта информация служит для проведения анализа и построения тенденций развития прогнозируемой ТС и ее подсистем.
Во-вторых, анализируются не все конструкции, а только ключевые - те, которые обеспечили системе качественный скачок, переход к новому ее поколению.
В третьих, развитие БТС рассматривается на фоне исторического развития общества. Выявляется влияние исторических и социально-экономических условий жизни общества на эволюцию системы. Проводится анализ причинно-следственных цепочек: анализ исторических причин создания (модернизации) ТС-п; анализ социально-экономических причин, вызвавших создание (модернизацию) ТС-п+1; анализ доступных ресурсов (материалов, технологий, знаний) на момент создания (модернизации) ТС-и; сравнительный анализ ТС разных поколений.
Четвертой особенностью является то, что главным объектом анализа являются не только главные структурные элементы и базовые функции, но и дополнительные, вспомогательные. Второй особенностью прогнозного анализа является то, что он направлен на выявление не только новых функций, но также и функций, утраченных в процессе эволюции. Часто, в процессе эволюции утрачиваются не только вредные, но и полезные функции. Надсистема, на данном историческом этапе развития просто не способна реализовать выполнение нужной функции – не хватает знаний, технологии, материалов. Информация об утраченных в процессе эволюции функциях используется на последующих этапах.
Блок анализа трендов развития ТС и ее подсистем включает; выявление тенденций развития ТС; выявление тенденций развития рабочего органа, трансмиссии, двигателя. Информация, полученная на предыдущих этапах, и анализ тенденций развития ТС и ее подсистем дает возможность построить дерево эволюции ТС в прошлом. А это, после соответствующего анализа, на последующих этапах, позволяет оценить будущие направления и тенденции, сделать прогноз БТС.
Методика предполагает сопоставление материальных потребностей общества в данную эпоху и, обеспечивающих удовлетворение этих потребностей, технических систем, изобретений. Важным элементом методики является анализ тенденций развития изучаемой ТС совместно с тенденциями развития надсистемы. При этом одновременно выявляются и формулируются тенденции и противоречия как в развитии ТС, так и в развитии надсистемы. Важным элементом методики является визуализация истории и тенденций развития БТС и ее подсистем.
Аналитический этап. Параметрическая модель.
Параметрическая модель описывает количественные характеристики БТС, а также динамику развития показателей ее и ее подсистем во времени. Она обобщает результаты информационного, структурного и функционального анализа, дает количественную оценку эффективности БТС и ее подсистем. Задачами параметрической модели является анализ параметрических противоречий в развитии БТС и ее подсистем, уточнение тенденций развития БТС на дереве эволюции. Предметом исследования параметрического анализа выбор основного и дополнительных критериев развития системы, получение оценки направлений дальнейшего совершенствования БТС, эффективности и тенденций развития прогнозируемой системы и ее подсистем на основе определения количественных значений ее показателей, положение БТС на S-образной кривой, состояние и тенденции развития. Результатом этапа становится параметрическая модель БТС, концепция развития параметров БТС в будущем, уточненное дерево тенденций.
Верхнему уровню параметрической модели соответствуют показатели, определяющие ГПФ анализируемой системы и позволяющие оценить их влияние на эффективность решения задач надсистемой более высокого уровня. Нижним уровням модели будут соответствовать отдельные частные показатели элементов БТС.
Методика выполнения этапа включает следующие операции: анализ информации о параметрах выполнения БТС ее ГПФ; анализ основных и второстепенных параметров БТС и подсистем; формулировка и уточнение ИКР для параметров БТС и подсистем; выявление ключевых параметров сдерживающих развитие БТС и подсистем; выявление тенденций развития параметров БТС и ее подсистем на дереве тенденций; анализ изменений параметров БТС и подсистем в динамике; выявление противоречий в развитии параметров БТС и ее подсистем; выявление тенденций эволюции параметров БТС, вызванных развитием надсистемы; оформление результатов анализа в виде рисунков, схем, иллюстрирующих развитие параметров БТС.
Аналитический этап. Надсистемная модель.
Анализ развития надсистемы, развивающегося общества и техносферы проводится с целью выявления только что возникших совершенно новых потребностей и определении тенденций развития существующих потребностей. В. Петровым описаны законы развития потребностей [9].
Изменения, происходящие в обществе, науке, технике, культуре, являются движущей силой и главным задающим звеном в развитии техники и технологии. А приложительно к такой утилитарной области как прогнозирование развития ТС это один из главных объектов анализа. Тенденции развития технической системы, историческая модель БТС тесно связаны с анализом развития общества, по существу с анализом развития надсистемы.
Задачами создания надсистемной модели является определении тенденций развития существующих и выявление новых потребностей общества применительно к БТС, оценка их влияния на требования к БТС, ее подсистемам, производимому продукту. Предметом исследования является взаимодействие объектов надсистемы с БТС, ее подсистемами, производимым продуктом.
Методика построения надсистемной модели состоит в следующем: определение значимых для БТС элементов надсистемы; экспресс-прогноз развития значимых элементов в будущем; выявление причинно-следственных цепочек между развитием элементов надсистемы и будущими требованиями к БТС и ее подсистемам; формулирование новых требований надсистемы к БТС и ее подсистемам; выявление новых тенденций развития подсистем БТС; визуализация тенденций на дереве эволюции.
В ТРИЗ известно применение многоэкранной схемы развития ТС с целью анализа и прогноза развития ТС. Нами предложен алгоритм использования этого инструмента для получения новых знаний о предмете исследований.
Алгоритм предлагаемого подхода надсистемного анализа состоит в следующем:
выявляются тенденции научных, технических, социальных изменений в мире;
на основе выявленных тенденций прогнозируются, формулируются новые социальные потребности;
на основе новых социальных потребностей формулируются функции, которые должна выполнить будущая техника и технология;
на основе функционального анализа формулируется структура, состав и параметры БТС востребованных в ближайшем будущем техники и технологии;
Чтобы понять логику развития ТС и верно описать суть проблем и их решений, возникающих в ходе эволюции БТС следует рассматривать их на фоне происходящих событий. Такой подход позволяет выявить глубинные причины изменений.
Аналитический этап. Инновационная модель.
Целью построения инновационной модели является определение уровня передовых достижений и вектора развития БТС. Инновационная модель описывает современное представление о будущем БТС, которое складывается в результате анализа патентной базы, научных публикаций и опубликованных прогнозов.
Задачами построении инновационной модели является определении новизны существующих и выявление новых потребностей общества применительно к БТС, оценка их влияния на требования к БТС, ее подсистемам, производимому продукту. Предметом исследования на этой стадии аналитического этапа являются отечественные и международные научные публикации, прогнозы, патентные базы, описывающая БТС, подсистемы БТС, ее, надсистему, тенденции развития. Результатом этапа является инновационная модель описывающая передовые достижения в разработке БТС.
Методика выполнения этапа включает выполнение следующих операций:
1.Проведение патентного исследования и создание патентной базы;
2.Анализ патентной базы, выявление тенденций развития БТС и подсистем;
3.Анализ предшествовавших прогнозов данной технической системы, выявление тенденций;
4.Анализ научных статей и диссертаций, посвященных разработке БТС, ее подсистем, способам обработки продукта;
5.Выявление и анализ инноваций в ближней надсистеме БТС;
6.Анализ инновационной модели и выявление тенденций развития БТС и подсистем.
Приступая к собственному прогнозу, необходимо изучить чужие прогнозы. Обычно необходимость перехода к новому поколению ТС является осознанной необходимостью для науки, техники, экономики, общества. Поэтому, публикации о прогнозах развития БТС, ее подсистем и надсистемы можно найти как в отечественной, так и в зарубежной прессе. Глубина поиска и анализа прогнозных публикаций не более 10 лет. Детальный анализ прогнозов «не первой свежести» несомненно, интересен, может дать новую информацию, но требует значительных трудозатрат.
При информационном поиске есть возможности использовать различные патентные базы данных и поисково-аналитические программы. Например, с помощью «Изобретающей машины» можно получить оценку патентной ситуации:
количества ссылок на оцениваемый патент;
количества зарубежных патентов-аналогов;
компаний и лиц, проявляющих наибольшую активность;
осуществить поиск информации об известном уровне техники;
Аналитический этап. ИКР-модели.
В ТРИЗ понятие идеального конечного результата (ИКР) является одним из базовых понятий. ИКР модель описывает идеальное техническое воплощение БТС, ее подсистем.
Мы говорим о ИКР-модели а не о списке и не о наборе, поскольку при анализе БТС и ее подсистем, формулируются десятки ИКР. При анализе между ними устанавливаются определенные иерархические связи, они превращаются во взаимосвязанную систему – модель. С помощью ИКР-модели мы определяем вектор развития БТС, тенденции развития ее подсистем. Согласно принятой нами концепции модульной прогнозной методики модели противоречий и ИКР являются обязательными при проведении аналитического этапа прогноза. Задачи ИКР модели: формулирование образа идеального решения для БТС, ее подсистем, надсистемы, построение дерева тенденций. Предметом исследований на этой стадии аналитического этапа являются определение главной полезной функции БТС и ее подсистем и способа их идеальной технической реализации. Результатом этапа становится модель ИКР для БТС и ее подсистем.
Методика выполнения этапа включает выполнение следующих операций: определение ГПФ для БТС и ее подсистем; декомпозиция конструкции БТС и формулирование ИКР для структуры, функций, параметров БТС и ее подсистем; формулирование ИКР для надсистемы БТС для тенденций развития БТС и ее подсистем; оформление рисунков, схем, иллюстрирующих развитие БТС и ее подсистем на дереве тенденций; анализ причинно-следственных цепочек (БТСЦ), ИКР приводящих к созданию БТС новых поколений;
При проведении прогноза на первом этапе формулирования ИКР в модели идеального объекта прогноза следует в обязательном порядке применять оператор РВС. В качестве параметров изменения прогнозного объекта в будущем используются три базовых параметра: размеры подсистемы, время выполнения подсистемой требуемой операции; затраты (прежде всего энергозатраты) на выполнение требуемой операции.
Общий смысл формулировок противоречия: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества).
Для систем высокого уровня зачастую не удается сформулировать "инструментального" ИКР. Происходит это из-за того, что операцию высокого уровня свернуть не удается. В этом случае следует прибегнуть к декомпозиции - разбить ТС ил техпроцесс на более мелкие части или операции и уже для них формулировать ИКР.
В конечном итоге ИКР указывает путь к свертыванию операции или детали. А в этом случае мы имеем лишь три пути: передать функции узла или процесса другим узлам/процессам, удалить узел/процесс или переместить его в надсистему.
При проведении прогноза по предлагаемой методике, построение модели ИКР является одним из обязательных модулей. Зачастую заказчик формулирует образ нужного ему результата, решения «хочу, чтобы … было так». Даже если заказчик этого не сделал, следует уточнить и обсудить вопрос – каким он представляет идеальный результат для прогнозируемой системы.
В тексте АРИЗа-98В формулировка ИКР дается в такой редакции: «… должен сформулироваться образ идеального решения (ИКР). Определяется также и физическое противоречие (ФП), мешающее достижению ИКР. Не всегда возможно достичь идеального решения. Но ИКР указывает направление на наиболее сильный ответ.»
Несмотря на то, что формулирование ИКР происходит на первом шаге аналитического этапа, уточнение и даже переформулирование ИКР происходит в процессе аналитического, решательного и даже концептуального этапов.
Аналитический этап. Модель противоречий.
В ТРИЗ понятие противоречия является одним из базовых понятий. Модель противоречий раскрывает причины сдерживающие развитие БТС, ее подсистем. Целью построения модели противоречий является определение ключевых противоречий, сдерживающих развитие БТС. В модульной прогнозной методике модели противоречий и ИКР являются обязательными при проведении аналитического этапа.
Предметом исследований на этой стадии аналитического этапа являются проблемы, возникающие в результате взаимодействия БТС и ее подсистем между собой, с продуктом, надсистемой на разных этапах ее развития. Результатом этапа становится система -модель противоречий, благодаря которой формируется поле задач для решательного этапа.
Методика выполнения этапа включает выполнение следующих операций: выявление, формулирование и описание противоречий между подсистемами БТС, БТС и надсистемой, обрабатываемым сырьем и готовым продуктом; выявление противоречий между параметрами БТС и ее подсистем; анализ причинно-следственных цепочек (ПСЦ) приводящих к противоречиям; выявление ключевых противоречий в развитии БТС, ее подсистем; выявление, формулирование и описание противоречий на разных этапах жизненного цикла; оформление рисунков, схем, иллюстрирующих противоречия БТС.
Почему мы говорим о модели противоречий, а не о их наборе или списке? В прогнозе, число рассматриваемых поколений ТС может достигать десятка. При анализе БТС и ее подсистем, выявляются сотни проблем и противоречий. Противоречия в создаваемой модели противоречий анализируются и систематизируются. При этом заведомо не ставится задача разрешать все противоречия, а лишь ключевые. В процессе анализа выявляются те подсистемы и элементы, которые создают, порождают ключевые противоречия.
Под ключевыми проблемами мы понимаем те, которые создают наибольшее число негативных функций, которые ограничивают развитие прогнозируемой системы, повышение ее производительности. Решение ключевой проблемы, позволяет избежать решения множества мелких и крупных подпроблем, которые исчезают благодаря полученной идее. Разрешение ключевых проблем, как правило, открывает предпосылки создания нового поколения ТС, придает ей иное качество, переводит на новый уровень развития. Поиск и разрешение ключевых проблем, таким образом, является одной из главных целей прогноза
Как и когда следует выявлять ключевую подсистему в прогнозируемом объекте?
Это происходит, как правило, на аналитическом этапе прогноза (рис.1), при структурном, функциональном, параметрическом, историческом моделировании и построении трендов развития. Разрешение же ключевых проблем происходит на решательном этапе.
При моделировании, структурный и функциональный подходы позволяют выявить подсистемы, которые создают наибольшее число негативных функций, которые сдерживают и мешают дальнейшему развитию прогнозируемой системы. Это первый этап выявления ключевых проблем. Историческое и параметрическое моделирование также способны найти ключевые проблемы. Однако наиболее существенным инструментом при прогнозировании является анализ тенденций развития ТС и ее надсистемы.
Изучение тенденций изменений запросов надсистемы к подсистемам при историческом моделировании также способствует выявлению ключевых проблем и сужению области поиска решений. Именно рост требований надсистемы к качеству выполнения главной полезной функции и повышения возможностей ведут к смене поколений технических объектов. Эти требования меняются с развитием общества, с появлением новых или изменением сложившихся условий.
Параметрическая модель также позволяет выявить критические параметры, а соответственно и ключевые проблемы, которые сдерживают развитие подсистем.
Таким образом, на аналитическом этапе, при моделировании БТС полученная разносторонняя информация, позволяет достаточно четко выделить одну или несколько наиболее уязвимых подсистем, требующих изменений. Для определения ключевых проблем, нужно учитывать результаты сразу нескольких моделей. Следует сравнивать информацию, полученную при структурном, функциональном, параметрическом, историческом анализе и построении тенденций развития.
Аналитический этап. Дерево эволюции.
Целью построения дерева эволюции является организация представления прогнозной информации о тенденциях развития БТС. Задачами этапа является анализ и выявление тенденций в развитии БТС, ее подсистем, ближайшей надсистемы, построение дерева развития БТС. Предметом исследований служат тенденции развития БТС и ее подсистем, тенденции взаимодействия БТС и надсистемы. Результатом этого этапа является дерево эволюции для БТС, ее подсистем, надсистемы.
Алгоритм выполнения этапа включает выполнение следующих работ: выявление и описание этапов развития БТС; выявление и описание этапов развития надсистемы БТС; сравнение этапов развития подсистем и БТС с законами и тенденциями развития ТС; построение дерева эволюции развития подсистем БТС; построение дерева эволюции развития ближней надсистемы БТС; описание последующих шагов развития подсистем БТС в соответствии с тенденциями развития ТС; сравнение последующих шагов развития подсистемы для различных тенденций и их согласование и оценка реализуемости; оформление рисунков, схем, иллюстрирующих тенденции развития БТС;
При построении деревьев мы используем известную в ТРИЗ методику, основанную на законах и тенденциях развития технических систем (рис.9). Методика построения таких карт и деревьев описана нами в ряде статей, а также в книге Н. Шпаковского Деревья эволюции [10].
Рис.9. Концепт-карта методики построения деревьев эволюции.
Тенденции или тренды, которые мы назвали линиями эволюции описывают абстрактные принципы, на основе которых эти объекты построены и работают. Это позволяет при прогнозе видеть тенденции развития абстрактных объектов и сравнивать их с реальной БТС, при этом прогнозируются не параметры, а принципы, на основе которых БТС работает.
Анализ линий развития подсистем позволяет выполнить усовершенствование существующих систем в соответствии с законами развития техники. При построении линий развития используются результаты структурного, функционального, исторического патентного и анализа. Визуальное представление информации о линиях развития подсистем в виде деревьев преобразований упрощает процесс разработки прогнозных решений. Деревья эволюции помогают сузить область поиска решений. Они указывают направления поиска решений в соответствии с законами развития технических систем.
В результате аналитического этапа прогноза мы получаем следующие модели: надсистемная, структурная, функциональная, параметрическая, ИКР-ная, инновационная, историческая, модель противоречий. Объем информации, переработанной и представленной в виде текстов, графиков, диаграмм получается огромным. Возникает проблема представления полученной при прогнозировании информации. Чтобы разрешить ее был разработан способ представления информации о эволюции развития ТС и ее подсистем в графическом виде. Представление информации о ТС в графическом виде, в виде древовидной структуры позволяет одновременно и четко видеть основные варианты преобразований их структуру. Причем способ позволяет предвидеть существенные преобразования БТС и ее подсистем даже в том случае, когда информация о таких направлениях ее эволюции недостаточна или вовсе отсутствует.
При прогнозировании мы рассматриваем развитие элементов БТС в соответствии с объективными законами развития, и выстаиваем тенденции и каждое преобразование в виде линий развития. В ТРИЗе, в частности в «ТехОптимайзере», разработанном при нашем участии, описано достаточно большое число линий развития построенных на объективных законах и тенденциях развития технических систем. С их помощью можно описать максимальное число значимых способов преобразования БТС. Не будем вдаваться в подробности линий развития БТС, они достаточно хорошо известны. Для примера (рис. 10 ) приведем лишь линию «Динамизация».
Каждая линия развития имеет разработанную структуру обобщенных описаний, вариантов преобразований и переходов между ними, также и иллюстрации конкретных примеров преобразований и вариантов исполнения конкретного технического объекта.
Рис.10. Линия динамизации в эволюции развития ТС.
Таким образом, предлагаемый метод построения деревьев эволюции основан на использовании объективного классификационного критерия - законов развития ТС. Построенные на основе объективных законов развития ТС, линии и тенденции, объединенные между собой, и представленные в виде деревьев эволюции, являют собой организованную оптимальным образом информацию. Метод позволяет с помощью радарной диаграммы количественно оценить существующую ступень развития ТС.
На рисунке 11 представлен принцип построения древовидной структуры. Каждая новая линия преобразований, при таком представлении информации может начинаться с любого шага, любого предыдущего варианта преобразования. Каждый шаг линии развития может служить начальным шагом для развития других линий.
Рис.11. Древовидная структура описания эволюции ТС.
Полученная структура графического изображения преобразований ТС и ее подсистем напоминает древовидную, и названа нами деревом эволюции.
При построении дерева эволюции прогнозируемой ТС нужно следовать следующим шагам:
1. Выбрать главную линию развития, которая отражает наиболее существенные преобразования ТС в ходе эволюции, это будет ствол дерева
2. Описать преобразования ТС или ее подсистем в виде линий преобразования в соответствии с объективными законами развития (введение веществ и полей, моно-би-поли, свертывание, динамизация, геометрическая эволюция и т.д.);
3. Изобразить преобразования ТС в виде рисунков-пиктограм;
4. Нанести пиктограммы на дерево преобразований;
5. Найти в литературных, патентных, иных информационных источниках примеры соответствующих преобразований ТС для каждой линии развития, нанести их вместо пиктограмм;
6. Оценить количество шагов, сделанных реальными прототипами ТС по соответствующим линиям развития;
7. Нанести количество шагов на радарную диаграмму и сравнить с потенциально возможным.
В принципе, любая из линий развития может стать «стволом» - главной осью дерева эволюции. Но, удобнее использовать для этого линии развития, где преобразования элементов особенно значимы, например, «Дробление объектов и веществ».
Метод представления информации о прогнозируемой технической системе в виде деревьев эволюции удовлетворяет требованиям к оптимальной информационной структуре:
1. Метод построения деревьев эволюции основан на использовании объективного классификационного критерия - законов развития ТС. Обобщение полученных линий и тенденций на основе объективных законов развития ТС в виде Деревьев Эволюции представляет собой организованную оптимальным образом информацию.
2. Метод построения дерева эволюции БТС позволяет увидеть все существенные преобразования даже в том случае, когда информация о таких вариантах исполнения БТС недостаточна или вовсе отсутствует.
3. Представление информации о БТС в графическом виде, в виде древовидной структуры позволяет одновременно и четко видеть основные варианты преобразований их структуру.
4. Каждая линия развития включает как набор правил составления обобщенных описаний вариантов преобразований и переходов между ними, а также иллюстрируется конкретными примерами, описаний вариантов конкретного технического объекта.
5. Метод позволяет дать количественную оценку развития БТС по основным тенденциям ее развития, с помощью радарной диаграммы.
Решательный этап прогноза
Задачей этого этапа прогнозного проекта является уточнение и разрешение выявленных проблем и противоречий, оформление идеи полученного решения в виде формулы изобретения. Алгоритм проведения работ на этом этапе приведен на рисунке 12.
Рис. 12. Алгоритм проведения работ на решательном этапе прогноза
Методика работ, предусмотренных на решательном этапе включает: формулирование или уточнение противоречий для БТС или ее подсистем; разрешение противоречий с использованием инструментов ТРИЗ; оценка решения на соответствие принципу идеальности и сверхэффект; оценка положения БТС и подсистем на линиях эволюции; добавление новых экранов в дерево эволюции; разрешение проблем переносом известных технических решений; оформление решения в виде формулы изобретения; оформление рисунков, схем, иллюстраций для полученного решения; усиление полученного решения новыми идеями и решениями.
При прогнозировании задачи выявляются и формулируются на разных этапах прогноза от начального – подготовительного до финального – послепрогнозного. Как правило, решением проблемы для дальнего прогноза является переход к новому принципу действия ТС. Это отражается и на специфике формулируемых и решаемых задач. Приходится решать два типа задач: задачи с противоречиями, задачи по перенесению известных технических решений в прогнозируемую техническую систему.
Первыми источниками задач при прогнозировании являются техническое задание, получаемое от заказчика и информация о БТС и проблемах на информационном этапе прогноза. Затем большое число задач выявляется и формулируется на аналитическом этапе при построении исторической, структурной, функциональной, параметрической, инновационной надсистемной и других моделей. Следующий поток задач возникает при построении дерева эволюции БТС. Затем при разработке прогнозной концепции, когда необходимо согласовать между собой разрозненные решения и предложения.
При прогнозе обычно выявляется и формулируется множество противоречий. Решать их одно за другим не является рациональным. Поэтому, выявляются ключевые проблемы, и противоречия которые разрешаются с использованием различных методов ТРИЗ. Методика разрешения прогнозных проблем не является целью нашего исследования. Разрешение противоречий с применением инструментов ТРИЗ достаточно хорошо описано в литературе. Руководитель или эксперты, выполняющие прогнозный проект должны знать методику решения задач в совершенстве. Вторым типом задач является анализ тенденций развития БТС поиск идей по переходу к следующему шагу на линии эволюции. Задача по перенесению известных технических решений в прогнозируемую техническую систему является третьим типом задач.
Результатом этапа являются идеи решения проблем для БТС и ее подсистем, оформленные в виде формулы изобретения и проиллюстрированные на дереве эволюции.
Концептуальный этап
Задачи концептуального этапа состоят в анализе единичных концепций, выявлении и оценке сверхэффектов, отборе и объединении разрозненных локальные концепций, полученные на разных этапах проекта в финальную прогнозную концепцию. Алгоритм выполнения концептуального этапа (рис. 13) предусматривает: разработку единичных концепций, полученных на различных этапах прогноза; анализ списка концепций; отбор наиболее эффективных концепций; объединение отобранных концепций единым изобретательским замыслом; оформление прогнозной концепции в виде патентной заявки; оформление рисунков, схем, иллюстраций к финальной концепции.
Рис. 13. Схема выполнения проведения работ на концептуальном этапе
Особенностью дальнего прогноза состоит в том, что прогнозные решения представляют собой переход к другому принципу действия прогнозируемой БТС. Таким образом, в прогнозе решается задача улучшения качества функционирования системы в совершенно новом виде, как правило, неожиданном для заказчика. Было предложено описывать и оформлять разработанную прогнозную концепцию в виде заявки на изобретение в соответствии с требованиями МПК. Это позволяет, с одной стороны, формализовать процедуру оформления результатов прогноза, а со второй, дает заказчику практически готовый материал для патентования полученных идей. Соответственно сокращается время исполнителя прогноза, исключается дополнительное написание прогнозных сценариев.
Материалом для создания концепции служат решения, полученные на решательном этапе. Вторым источником создания концепций являются идеи полученные на аналитическом этапе при построении серии моделей ТС. Концепция, разрабатываемая в прогнозной методике, включает в себя некоторое количество частных, единичных вариантов решений, полученных на решательном этапе и согласованных между собой. Оценка эффективности концепций при их отборе выявляется через сверхэффект, получаемый от их применения. Методика определения сверхэффектов достаточно подробно описана в ТРИЗовской литературе [11,12]. Результатом этапа является прогнозная концепция, выполненная в виде одной или нескольких патентных заявок.
Прогнозная концепция должна описывать принцип действия новой БТС, его структурные и функциональные особенности. Для способа реализации принципа необходимо указать конкретные подсистемы – носители соответствующих функций. Для проектантов будущей системы следует описать структуру и связи элементов, прогнозируемые параметры работы.
К оформлению концепции пpeдъявляютcя cлeдyющиe тpeбoвaния:
нe дoлжнa включaть мнoгo вариантов предложений: кaк пpaвилo, oднo главное, в редких исключениях их может быть бoльшe;
нeльзя включaть решения, нe являющиecя oднoзнaчными, нe yяcнeнныe до конца прогнозистом;
пpи фopмyлиpoвкe концепции cлeдyeт избeгaть оценок и цeннocтныx cyждeний;
концепция дoлжнa cooтвeтcтвoвaть законам, быть пpoвepяeмoй и пpилoжимoй к шиpoкoмy кpyгy ТС;
должно включать графическую и текстовую часть oфopмлeные лoгично, пpocтo, с coблюдeниeм пpeeмcтвeннocти относительно предыдуще ТС.
В процессе построения концепции составляется техническое задание на поиск технологий, машин, материалов сопутствующих и поддерживающих идеи прогнозной концепции. По результатам и на основе полученной при поиске информации проводится один из основных этапов верификации концепции.
Верификация прогнозной концепции
Задачами верификационного этапа является оценка степени идеальности и новизны разработанной концепции, оценка отрицательных эффектов, которые возникнут в случае реализации прогнозной концепции. Верификация прогноза — совокупность методов и процедур, направленных на оценку достоверности (то есть вероятности осуществления) и точности прогноза или на проверку обоснованности прогноза [13].
Предметом исследований служат структура новой БТС и ее подсистем, взаимодействие новой БТС с надсистемой, дерево тенденций. Результат этапа проверенная концептуальная модель нового поколения БТС.
Методика работ, выполняемых на верификационном этапе включает: автоверификацию концепции методом «Гроссмейстерской партии»; проведение диверсионного анализа для вновь разработанной БТС; проверку новизны прогнозной концепции по патентному фонду; проверку основных положений концепции БТС с помощью технической литературы и Интернета; экспериментальную проверку положений прогнозной концепции; если возможно, то проверку концепции независимым экспертом (оппонентом); оценку прогнозной гипотезы с помощью оценочной таблицы прогнозов (рис.14).
Целью верификации является оценка степени совершенства разработанной концепции. При верификации выполняется оценка отрицательных эффектов, которые возникнут в случае реализации прогнозной концепции.
Рис. 14. Работы, выполняемые на верификационном этапе
