5 марта 2017 г.

Минакер В. "Алгоритм "много-экранного" мышления" Стендовое сообщение

АЛГОРИТМ "МНОГО-ЭКРАННОГО" МЫШЛЕНИЯ

В.Е.Минакер, Россия

В докладе описывается алгоритм работы с предложенными Г.С.Альтшуллером "экранами" мышления. Показывается, как он применяется для анализа эволюции технических систем (ТС), с использованием сопоставлений эволюции ТС-аналогов. Предлагаемый алгоритм позволяет выявлять причины произошедших эволюционных изменений, а также прогнозировать будущие эволюционные изменения ТС, уменьшая проблемы, связанные с анализом надсистемы (НС), представляющей почти неограниченное множество элементов.

"Много-экранное" мышление,техническая система (ТС), надсистема (НС), подсистема (ПС), функция, требование, условие, ситуация.

К настоящему времени в ТРИЗ создано достаточно много инструментов таких, как законы развития ТС [1], "функционально-ориентированный поиск" [2], "метод параллельных линий эволюции" [3], которые могут использоваться для прогнозирования эволюции ТС. Такой прогноз дает ответ на вопрос, как в соответствии с закономерностями развития может измениться ТС, т.е. какие изменения ТС возможны в принципе. Этот вопрос можно назвать первым вопросом прогнозирования. Однако, для людей, занимающихся реальным делом, в частности людей бизнеса, ответ на этот вопрос необходим, но его недостаточно. Для них, важно знать ответы на, по меньшей мере, еще два вопроса. Второй вопрос прогнозирования, на который им нужен ответ, может быть сформулирован следующим образом: какие изменения возможны, условно говоря, "сегодня", т.е. для каких изменений требуются только уже существующие или гарантированно улучшаемые в ближайшем будущем технологии. Третий вопрос, на который необходим ответ, какие из множества возможных изменений ТС следует делать сегодня, или в ближайшем будущем, т.е., если речь идет о предпринимателях, какие изменения в ТС найдут у потребителей достаточно большой спрос, чтобы окупить затраты, связанные с освоением новой ТС, и принести прибыль. Кратко эти три вопроса можно сформулировать следующим образом. Первый вопрос: что возможно, в принципе? Второй вопрос: что возможно "сегодня"? Третий вопрос: что следует делать "сегодня"?

Для ответа на второй вопрос необходимо знать, позволяют ли современные технические возможности или такие, какими они могут быть в интересующем периоде в будущем, осуществить указанные изменения при приемлемых затратах. Казалось бы ответ на этот вопрос получить достаточно просто и ошибок быть не должно. Если речь идет о уже существующих технических возможностях, то ответ должны дать инженеры и экономисты. Однако вопрос является не совсем простым, т.к. изменения в ТС приводят к тому, что у тех, кто предлагает или должен осуществить эти изменения не оказывается полных знаний, поскольку речь идет о новой ТС. Более того, вопрос является совсем не простым, поскольку речь идет не только о сегодняшних технических возможностях, но и возможностях ближайшего будущего, и у специалистов не оказывается полных знаний об этих возможностях. В результате очень большой процент казалось бы не безграмотных изобретений не удается воплотить в жизнь. Кроме того, есть еще значительный процент изобретений, значительно опережающих свое время и оказывающихся, в результате, бесполезными, а, учитывая, что на них тратятся ресурсы, можно сказать, вредными. Известно множество опередивших свое время изобретений, в том числе сделанных знаменитыми людьми, вот один из них: для изготовления упорно предлагавшегося Циолковским дирижабля с цельнометаллической оболочкой, технологические возможности стали появляться только в самое последнее время, т.е. через сто лет после изобретения. Более подробно причины ошибочных ответов на два первых из трех указанных вопросов рассмотрены в работе [4].

Для ответа на третий из указанных вопросов необходимо определить, захотят ли потенциальные потребители новой ТС приобретать ее. Изобретатели обычно полагают, что предлагаемые ими изменения обязательно должны понравиться потребителям. Но, к сожалению, очень часто изобретатели ошибаются. Новые ТС далеко не всегда оказываются интересными для потребителей. В этих случаях предприниматели и инвесторы, вложившие в освоение изобретений свои деньги, терпят убытки. Иногда, через какое то время потребители меняют свое отношение к новым ТС, которые они вначале встречали совершенно не заинтересовано, но при этом убытки, понесенные инноваторами, далеко не всегда превращаются в прибыли. Одним из примеров подобных изобретений является первый легковой автомобиль с несущим кузовом, который был запущен в производство, очень активно рекламировался, но в течение почти десяти лет имел очень низкий спрос и принес за это время большие убытки. В конце концов все автомобильные фирмы стали выпускать легковые автомобили с несущим кузовом, но фирма, которая первой выпустила на рынок такой автомобиль, подарила прибыли от этого изобретения своим конкурентам.

Поэтому можно утверждать, что прогноз эволюции ТС может оказаться бесполезным, если он дает ответ только на вопрос о изменениях, возможных в принципе, но не дает ответа на вопрос о изменениях, возможных "сегодня", и на вопрос о том, какое из изменений следует делать "сегодня".

До последнего времени в ТРИЗ не уделялось внимания этим вопросам. Как нам кажется, вышеуказанные инструменты ТРИЗ не могут дать ответ на эти вопросы, в том числе потому, что в ТРИЗ не раскрыты причины, лежащие в основе законов развития ТС. Вероятно, без использования знаний специалистов в конкретных областях техники, экономики и социологии ответы на эти вопросы будут не достаточно точными. Однако специалисты, не имеющие новых инструментов, основанных на закономерностях эволюции ТС, вряд ли смогут ответить на эти вопросы, поэтому разработка таких инструментов кажется актуальной.

Представляется достаточно очевидным, что для получения ответов на третий вопрос о необходимых "сегодня" изменениях, следует изучать взаимодействие ТС и НС. В ряде работ высказывается мысль, что этот вопрос связан с тем, какую работу должна выполнять ТС, но не предлагается эффективных методов его исследования [5, 6]. В ТРИЗ и других методах, использующих функциональный подход, в подобных случаях говорят о функциях ТС. [7, 8] Рассматривая проблему прогнозирования, Г.С. Альтшуллер считал, что одной из целей ТРИЗ является "опираясь на изучение объективных закономерностей развития технических систем, найти правила организации мышления по много-экранной схеме", которая, по его мнению, свойственна гениям [9]. При этом минимальной схемой "много-экранного" мышления он считал следующую девяти экранную схему.

Кратко рассмотрим особенности этих экранов. Очевидно, что увидеть достаточно отчетливо можно лишь настоящее или ближайшее прошлое. При углублении в прошлое, информации постепенно становится меньше, а по поводу будущего вместо достоверной информации, есть догадки, прогнозы и т.п., т.е. продукты фантазии и логики, которые хотя и опираются на настоящее, но отнюдь не гарантируют осуществление предсказаний [10]. Кроме того, даже рассматривая настоящее, наиболее подробную и достоверную информацию можно получить о технической системе и ее подсистемах, а о надсистеме информацию, как правило, можно получить менее полную. Поскольку будущее, в отличие от прошлого может быть только гипотетическим, для реального инновационного процесса пытаться анализировать НС в будущем не рационально. Кроме того, участников реального инновационного процесса интересует не далекое будущее их ТС, а только ближайшее.

Поэтому предлагается смещать "девяти-экранный системный оператор" во времени на шаг в прошлое. При этом благодаря увеличению количества экранов, относящихся к прошлому, может стать более понятной эволюция ТС, и, следовательно, уменьшится риск сделать грубые ошибки относительно будущего. В результате работы с девятью экранами должно появиться представление еще о двух экранах: ближайшем будущем ТС и ее ПС. Илюстрируя предлагаемый алгоритм работы с экранами, далекое прошлое будем для краткости называть "позавчера", и соответственно, близкое прошлое - "вчера", настоящее - "сегдня", будущее - "завтра". Предлагаемый оператор "много-экранного мышления" изображен на схеме 2, на которой выделены экраны, которым рекомендуется уделять наибольшее внимание.

Работа с экранами состоит из нескольких этапов, пояснямых на примере одной из знакомых всем, простых ТС "Дорожный чемодан". Ниже представлены фрагменты этой работы.

Этап 1. Определение функций и рассмотрение особенностей ТС и ПС и условий их функционирования в настоящем, выполняется, как обычно, путем построения компонентной, структурной и функциональной моделей. Стрелки на схемах показывают направление анализа.

Рассматриваемая ТС илюстрируется рис. 1, где изображен типичный современный дорожный чемодан.

На этом этапе определяются, имеющиеся, недостающие и избыточные функции, а также параметры, определяющие недостаточный, избыточный и адекватный уровень выполнения функций. Кроме того, на этом этапе выявляются нежелательные эффекты, проблемы и задачи по совершенствованию ТС. Однако нельзя быть уверенными в том, что важность этих проблем для потребителей, как и уровень выполнения функций, при анализе ТС и НС "сегодня" оценивается правильно, поскольку оценка в этом случае опирается на мнения потребителей и экспертов, требующие неочевидной интерпретации [11]. Поэтому работа на дальнейших этапах должна помочь уточнить весомость этих оценок.

Последователи разных "школ" функционального подхода придерживаются разных правил формулирования функций ТС. Формулировки функций ТС важны для выбора функциональных аналогов. Например формулировки главной функции ТС "Чемодан": "перемещать вещи" и "сохранять вещи" при транспортировании, приводят к разным функциональным аналогам. Чем больше вариантов функций будет сформулировано, тем больше будет аналогов, анализ которых на следующих этапах увеличивает трудоемкость, но может привести к интересным задачам.

Определение функций ТС и условий ее функционирования всегда связано с анализом НС и предварительным выбором ее элементов, влияющих на ТС. Анализ взаимодействия НС и ТС это многостадийный процесс, что илюстрируется на схемах 3 - 4 встречными стрелками между НС и ТС. По целому ряду причин анализ НС трудно свести к формальным процедурам. В отличие от ТС и ПС элементы НС представляют собой почти неограниченное множество. Попытка выполнить системный анализ НС без отсечения значительного количества элементов требует неоправданно больших затрат, для которых в инновационном процессе отсутствуют необходимые ресурсы. В связи с этим при анализе НС приходится использовать ее фрагменты. Выбор элементов НС часто приводит к ошибкам. Поэтому очень важно суметь правильно выбрать элементы НС, существенные для анализируемой ТС. Строго формализованных правил такого выбора, выполнение которых гарантировало бы от ошибок пока нет и, возможно, не может существовать в принципе. Анализ элементов неопределенной НС, отталкивающийся от ТС, позволяет сделать его конкретным. В дальнейшем, при работе с экранами прошлого ТС и экранами ТС-аналогов исследование НС, ТС и ПС будет повторяться, уточняя их важные элементы.

Этап 2. Выявление "предков" ТС, т.е. ее аналогов по функции и принципу действия, а также их анализ и выявление эволюционных трендов ТС выполняется на основе исторических данных, в том числе данных по истории развития техники, и патентным базам. Работа на этом этапе поясняется на схемах 5 - 6.

На рисунках 2-3 показаны типичные дорожные чемоданы, которые использовались в недавнем прошлом, причем на рисунке 3 показана би-система, чемодан с мини-тележкой, по патенту Великобритании GB552374 с приоритетом 1941г., которая была непосредственным предшественником современного чемодана с колесами, на рисунке 4 показан деревянный чемодан из более далекого прошлого, а на рисунке 5 - большой дорожный сундук, который является далеким "предком" чемодана.

Анализ настоящего и прошлого ТС показывает как она изменялась, что нового она приобретала и что утрачивала, какие общие законы нашли отражение в ее эволюции. Это позволяет лучше понять не только прошлое, но и настоящее ТС, однако на этом этапе остаются не до конца понятными конкретные причины изменений. В частности, трудно объяснимиым выглядит столь позднее появление у чемодана колес, которые были известны очень давно и к этому времени широко применялись в самых различных областях техники.

Этап 3. Анализ надсистемы и условий применения ТС в настоящем и прошлом, а также выявление изменений в надсистеме, которые привели к эволюции ТС и ее подсистем, выполняется на основе исторических данных. Работа поясняется схемами 7-8.

Рассмотрение взаимосвязей ТС и НС во времени облегчает отбор элементов НС, оказывающих влияние на ТС и понимание, как эволюции НС, так и причинно-следственных цепочек эволюции ТС, условий ее функционирования, и требований со стороны НС к ТС, в частности к ее параметрам. В частности, на этом этапе анализа ТС "Чемодан" появляется гипотеза, что помимо социальных изменений причиной появления у чемодана колес являлось развитие авиапутешествий и связанная с ними необходимость медленно перемещать тяжелый чемодан в аэропортах, например при регистрации пассажиров и т.п. В этих ситуациях, в отличие от ситуаций на железнодорожных вокзалах и при приезде в гостиницу, услуги носильщиков оказались неэффективными.

Рассмотрение взаимосвязей ТС и НС в прошлом помогает взвесить оценки качественных параметров ТС и степени требовательности к ним потребителей. Это оказывается важным, потому что ответ на третий из вышеуказанных вопросов (что следует делать "сегодня") невозможен без таких достаточно точных оценок, особенности определения которых обсуждаются в работах [12-13]. К сожалению, обоснованно делать эти оценки можно анализируя только недавнее прошлое, поскольку в этом случае можно опираться на факты, а не на мнения. Хотя в связи с тем, что потребности человека могут достаточно быстро меняться, полагаться даже на ближайшее прошлое можно не со стопроцентной уверенностью.

Этап 4. Формулирование обобщенных, функций ТС, в том числе дополнительных, выявление ее функциональных аналогов, начиная с ближайших, минимально отличающихся от изучаемой ТС, например только условиями использования, и заканчивая дальними аналогами, использующими другие принципы действия, функционирование которых направлено на удовлетворение аналогичных потребнотей, но имеющих, например другой объект действия.

Эта процедура достаточно подробно рассмотрена в работах по функционально-ориентированному поиску и паралельным эволюционным линиям. Восходящие к рекомендациям АРИЗ-71 [1], методы, представленные в указанных работах, направлены на решение задачи по прогнозированию эволюции ТС на основе аналогий с эволюцией ТС из передовых областей техники. Предлагаемый алгоритм существенно более трудоемкий, чем указанные методы, но он помимо прогнозирования позволяет решать и другие задачи. В частности, сопоставление взаимодействия НС с ТС и ее функциональными аналогами позволяет выявить несовпадающие требования НС к ТС, определить ограничения на действие аналогий, установить условия функционирования ТС, с которыми она недостаточно согласована, сформулировать проблемы и задачи, решение которых приведет к согласованию ТС и НС, и т.д. Важно отметить, что интерес представляют не только аналоги по главной функции ТС, но также и по дополнительным функциям. В этом случае можно увеличить количиство функциональных аналогов ТС. Близкими аналогами рассматриваемой в качестве примера ТС "Чемодан" являются портфели, сумки, рюкзаки и т.п. Более далеким аналогом ТС "Чемодан" является контейнер. Ее дальними аналогами в зависимости от формулировки ее функций будут такие разные ТС, как корпусная мебель (шкафы, комоды и т.п.), транспортные средства (автомобили, автобусы и т.п.), здания.

Этап 5. Анализ функциональных аналогов и определение их подсистем в настоящем и прошлом, аналогично тому, как это делалось для ТС на этапе 1.

Этап 6. Анализ надсистем и условий применения функциональных аналогов ТС в настоящем и прошлом, выявление изменений в надсистеме, которые привели к эволюции ТС и ее подсистем, аналогично тому, как это делалось для ТС на этапе 3.

Этап 7. Определение общих и отличающихся требований НС к изучаемой ТС и ее функциональным аналогам, их связь с общими и отличающимися "ответами" ТС и ее подсистем, а также "ответами" ее функциональных аналогов. На этом этапе уточняются не достающие и избыточные функции, а также параметры, определяющие недостаточный, избыточный и адекватный уровень выполнения функций. Сопоставление эволюции требований и "ответов", уровней выполнения функций и параметров, их определяющих, помогает лучше понять изменения ТС, которые необходимы "сегодня". Выполнение предлагаемого анализа помогает определить проблемы и задачи, решение которых ведет к поддерживающим и подрывным технологиям, которые рассмотрены в работах [5-6].

Сопоставление эволюции ТС "Чемодан" с близкими аналогами показывает, что ТС, используемые в наиболее массовых ситуациях постепенно приобретают общие черты, не смотря на значительные отличия в прошлом. Так, например, вслед за чемоданами колеса стали использоваться и в больших дорожных сумках и даже в рюкзаках. Чемоданы, большие сумки и рюкзаки стали вертикальными, подобно многоэтажным зданиям и корпусной мебели. Вместе с тем, многоэтажность в чемоданах и сумках в отличие от зданий и шкафов выражены не полностью, что связано с различными требованиями НС к этим ТС.

Прогнозируя ближайшее будущее ТС "Чемодан" можно опираться на результаты эволюции ТС, являющихся ее функциональными аналогами и опередивших ее в своем развитии. Вместе с тем, учитывая различия условий функционирования ТС аналогов и требований НС к ТС аналогам, можно прийти к выводу, что вслед за получением колес вряд ли ТС "Чемодан" получит собственный привод в отличие от транспортных ТС. Также маловероятно, что ТС "Чемодан" приобретет дополнительные колеса для движения по лестницам, поскольку в ситуациях когда эта проблема возникает, задача уже решается на уровне НС. В тоже время, по аналогии с некоторыми контейнерами вполне вероятно снабжение ТС "Большая хозяйственная сумка" дополнительными специальным колесами или шаровыми опорами, для использования в старых городах с развитым общественным транспортом и большим количеством лестниц. Анализ ТС аналогов показывает, что из-за различий в условиях их функционирования, в ПС и их параметрах проблема повышения устойчивости движения этих ТС должна решаться различным образом. Вместе с тем совпадение в условиях функционирования ТС "Чемодан" и ТС "Контейнер", являюющейся одним из ее функциональных аналогов, позволит чемоданам заимствовать у контейнеров способ решения проблемы длительного поиска среди множества себе подобных - электронные средства идентификации.

Выводы:

Для участников реального инновационного процесса недостаточно знать возможные в принципе изменения ТС, которые являются результатом традиционных прогнозов, а также прогнозов, основанных на закономерностях эволюции ТС. Для них важно знать, какие из этих изменений возможны и необходимы "сегодня".

Ответы на вопрос, какие изменения необходимы "сегодня" могут опираться на анализ НС, основанный на функциональном и системном подходах. Однако применение системного подхода при анализе НС ставит ряд проблем, связанных с неопределенностью НС и сложностью основанной на данных "настоящего" оценки важности ее требований к ТС, а также связанных ними особенностей ТС.

Одним из инструментов такого анализа может быть предлагаемый алгоритм "много-экранного" мышления, который добавляя анализ "прошлого" к традиционному анализу "настоящего" позволяет снизить остроту указанных проблем и повысить точность прогноза эволюции ТС.

Литература

1. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. Из-во Московский рабочий, М., 1973, 296с.

2. S. Litvin. "New TRIZ-based tool - Function-Oriented Search" for ETRIA Conference "TRIZ Future 04", November 2004, Florence, Italy

3. "Parallel Evolutionary Lines" by M. Gershman and S. Litvin will be published in the set of materials of MATRIZ Fest 06

4. Минакер В.Е. Проблемы ТРИЗ в рамках реального инновационного процесса. Тезисы докладов. Научно-практическая конференция "Развитие системы подготовки преподавателей, специалистов и исследователей ТРИЗ". Международная ассоциация ТРИЗ. Петрозаводск, 2003.

5. Кристенсен К.М. Диллема иноватора. Пер. с англ. Изд-во Альпина, М., 2004, 238с.

6. Кристенсен К.М. Решение проблемы инноваций в бизнесе. Пер. с англ., Изд-во Альпина, М. 2004, 200с.

7. Альтшуллер Г.С. Злотин Б.Л., Зусман А.В., Филатов В.И. Поиск новых идей: от озарения к технологии. Картя Молдовеняскэ, Кишинев, 1989, 381с.

8. Джонс К.Дж. Методы проектирования. Мир, М., 1986, 387с.

9. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Наука, Новосибирск, 1986, 236 с.

10. Руководство по научно-техническому прогнозированию. Пер. с англ., Изд-во Прогресс, М., 1977, 350c.

11. Anthony W. Ulwick, Turn Customer Input Into Innovation, Harvard Business Review, January 2002

12. Минакер В.Е., Быховский М.В. Проблемы интегральных оценок технических систем. МАТРИЗ Фест 06, Санкт-Петербург, 2006.

13. Минакер В.Е. Алгоритм оценки технических систем по частным параметрам. МАТРИЗ Фест 06, Санкт-Петербург, 2006.