5 марта 2017 г.

Минакер В. "Алгоритм оценки технических систем по частным параметрам" Стендовое сообщение

АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО ЧАСТНЫМ ПАРАМЕТРАМ

В.Е. Минакер

В докладе описывается алгоритм оценки технических систем (ТС) по частным параметрам. Алгоритм позволяет производить оценку ТС, характеризуемых разнородными показателями, не прибегая к интегральным оценкам. Он может использоваться для анализа ситуаций в различных областях деятельности (маркетинг, оценка перспективности инновационных концепций и ТС для инноваций и т.д.).

Техническая система, функция, свойство, параметр, интегральная оценка, дифференциальная оценка.

В классической ТРИЗ хорошо разработаны некоторые области инновационной деятельности, например решение изобретательских задач. [1-2]. Вместе с тем другие области инновационной деятельности, в частности исследование изобретательских ситуаций, разработанны недостаточно. В связи с этим классическую ТРИЗ приходится дополнять другими методами, включая такие широко известные методы, как функционально-стоимостной анализ (ФСА), причинно-следственный анализ, бенчмаркинг и др.

При использовании указанных методов, а также специально разработанных для исследования ситуаций инструментов, новых для ТРИЗ, периодически возникает необходимость в оценке, сравнении, выборе направления совершенствования ТС и т.п., в процессе выполнения которых часто возникают ошибки. Для уменьшения указанных ошибок разработаны методы экспертных оценок. Свойства экспертной информации, играющие определяющую роль при получении качественных и количественных оценок, изучаются в теории измерений [3-4]. Одна из проблем, которые возникают при оценке ТС, заключается в том, что их можно охарактеризовать только набором разнородных характеристик, которые не могут быть сопоставлены непосредственно. Поэтому сначала значение параметров приходится оценивать качественно, т.е. определять, хорошо или плохо, что значение параметра такое, какое оно есть. Например, при оценке ТС "квартира", предлагаемой покупателю, оценивают все, а не только так называемые главные ее параметры. В частности, определяют хорошо или плохо, что в доме, в котором квартира расположена, 25 этажей, а она расположена на 22-ом этаже, что в лифте одновременно может находиться не более 3-х человек, и дверной проем в нем равен 750 мм, что высота потолков в доме равна 2700 мм, и т.п. Если ТС характеризуется большим числом параметров, сравнить несколько ТС, основываясь только на качественных оценках, сложно. Для упрощения оценки и сравнения ТС каждый оцененный качественно параметр каждой ТС получает оценку в баллах. После этого ТС могут сравниваться по численным оценкам параметров. При таком сравнении, как правило, балловая оценка каждого параметра умножается на коэффициент весомости, учитывающий относительную важность параметра для функционирования ТС в целом. Не удовлетворяясь качественными и количественными оценками частных параметров ТС, эксперты достаточно часто используют обобщенные (интегральные) оценки, представляющие собой сумму балловых оценок частных параметров, как правило, умноженных на коэффициенты весомости или корреляции.

По целому ряду причин описанные количественные методы оценки, и в особенности метод интегральных оценок, достаточно часто могут приводить к грубым ошибкам, особенно, в инновационной деятельности [3-6]. В связи с тем, что интегральные оценки оказываются существенно менее точными, чем оценки частных параметров, предлагается оценку и сравнения ТС производить, исходя из оценок ТС по их частным параметрам, опираясь на известные качественные критерии. Поскольку измерения качественных характеристик практически всегда имеют существенную погрешность, при оценке ТС предлагается в тех случаях, когда это возможно, использовать известный изобретательский прием (стандарт ТРИЗ), "обнаружение вместо измерения" [2]. До того как приступать к измерениям, предлагается максимум информации извлекать из качественного сопоставления, не требующего измерения.

Одна из главных идей предлагаемого способа: высшую оценку должны получить ТС, которые с минимальными затратами наилучшим образом удовлетворяют заданные потребности в заданных условиях, а не ТС, которые оказываются выше по сумме баллов.

К оценке ТС и выбору альтернатив существует два подхода, зависящие от вида деятельности и ситуации. В процессе неинновационной деятельности ищется альтернатива, имеющая наименьшие недостатки. При чем в зависимости от ситуации, в частности от степени ограниченности выбора, требовательность к недостаткам может быть различной. Такой подход можно назвать подходом потребителя. В процессе инновационной деятельности необходимо искать альтернативу, содержащую наибольшие перспективы. При этом недостатки рассматриваются, как потенциальная возможность улучшения и, тем самым, как потенциальная перспектива. Такой подход можно назвать подходом инноватора. Можно ли будет превратить недостатки ТС в ее достоинства, никогда не известно заранее. Этот вопрос в первом приближении проясняется только после нахождения соответствующих идей. Достаточно часто проблемы, кажущиеся трудно или вообще неразрешимыми, после нахождения эффективного решения оказываются очень простыми, после чего, как ни странно, приходится слышать, или, что проблемы вообще не было, или что оно неосуществимо. Обе реакции легко объяснить. Первая реакция, как правило, характерна для неспециалистов, например менеджеров. Решение кажется им таким простым, что они оказываются шокированы. Во втором случае, речь идет о реакции специалистов. Им бывает трудно поверить, что характеристики ТС, которую они совершенствовали много лет, могут быть улучшены, например, в 5, 10, а иногда более чем в 100 раз. Вместе с тем, иногда проблема, кажущаяся на первый взгляд простой, оказывается трудноразрешимой. Предлагаемый способ излагается в первую очередь применительно к инновационной деятельности, но его основные положения могут использоваться и в ситуациях, не связанных с инновациями. Пояснения сопровождаются, в основном, примерами из инновационных проектов, в которых автор доклада принимал участие.

Для оценки ТС, прежде всего, необходимо тщательно сопоставить качественные требования к ней, определяемые целями и условиями ее использования, и имеющиеся у нее функции и свойства. Сопоставление целесообразно проводить для всех этапов жизни ТС, поскольку достаточно частыми являются ситуации, когда на одном жизненном этапе ТС какое-то свойство или функция требуются, а на другом нет. Начинать такой анализ следует с определения главных потребностей, целей, условий, функций и параметров, постепенно расширяя и детализируя перечень требований. В зависимости от положения ТС на эволюционной кривой требования к полноте перечня дополнительных функций ТС будут различны. На первом этапе развития ТС эти требования меньше, чем на третьем этапе, но даже на первом этапе нельзя ограничиваться только главной потребностью НС и функцией ТС, обеспечивающей ее удовлетворение.

Если при таком анализе удается обнаружить необходимые для надсистемы (НС), но отсутствующие у ТС функции и свойства, то появляется критерий, позволяющий принять решения применительно к самым различным ситуациям и видам анализа. Для потребителя отсутствие необходимых свойств или функций у какой-либо ТС, обычно, является отсекающим критерием. Для инноватора обнаружить несовпадение требуемых и имеющихся у ТС функций и свойств несомненная удача. Во всех ситуациях инновационной деятельности и на всех ее этапах выявление таких отсутствующих функций и свойств дает инноватору надежду на существенное совершенствование ТС. Обнаружение указанного несовпадения важно и при совершенствовании ТС на всех этапах ее развития, и при поиске решений, повышающих конкурентоспособность ТС на уже освоенном рынке, и при поиске новых рынков для ТС. В частности, оно позволяет формулировать изобретательские задачи, при успешном решении которых, удается придать ТС новые качества, а не просто количественно улучшить уже имеющиеся. Достаточно часто это достигается при относительно небольших затратах и обеспечивает ощутимые конкурентные преимущества. В качестве примера можно привести работу по развитию технологии формирования защитных повязок электрогидродинамическим способом, застрявшей на первом этапе развития, которая была ориентирована на рынок профессиональной медицины. Сопоставление требований НС и функций ТС позволило выявить несколько необходимых, но отсутствующих у этой ТС функций. В результате решения сформулированных задач был создан прототип, отвечающий требованиям не только рынка профессиональной, но также и рынка домашней медицины. Другим примером могут являться кисломолочные продукты, которые сегодня не используются в качестве завтрака в автомобиле. Выявление свойств, необходимых для пищи, которую едят в автомобиле, но, отсутствующих сегодня у кисломолочных продуктов, позволили предложить продукты, которые смогут занять новую рыночную нишу.

Помимо выявления необходимых для НС, но отсутствующих у ТС функций и свойств, необходимо попытаться обнаружить функции и свойства ТС, являющиеся излишними для целей и условий ее использования. Излишние функции и свойства ТС могут появиться в процессе эволюции ТС и НС. Это происходит, например, когда условия изменяются, а свойства ТС нет. Например, несколько сот лет назад у жителей городов была острая потребность в безопасности, которая, в частности удовлетворялась с помощью таких ТС, как крепостные стены и рвы вокруг них. Условия изменились, потребность в безопасности стала менее осторой, и надобность в функциях этих ТС исчезла, но сами ТС еще длительное время существовали. С излишними функциями или свойствами, обычно, связаны избыточные затраты, которые, как правило, можно легко устранить, получая, как и при выявлении отсутствующих функций или свойств, ощутимые конкурентные преимущества.

Подобный прием традиционно используется в ФСА с целью выявления у подсистем и элементов ТС излишних функций и связанных с ними избыточных затрат. Он обычно дает хорошие результаты, Например, при ФСА одного из широко распространенных типов промышленных центрифуг было установлено, что функция одного из наиболее металлоемких элементов конструкции необходима только на этапах изготовления, транспортирования и монтажа центрифуги, а во время ее эксплуатации не нужна. Предложенные простые элементы, выполняющие функцию этого элемента только тогда, когда это необходимо, позволили уменьшить вес центрифуги более чем на 25%.

Качественное несовпадение имеющихся у ТС функций и свойств является хорошим критерием для дальнейшего анализа при проведении бенчмаркинга, структурировании функций качества (QFD) и т.п. Оно может помочь обнаружить скрытые факторы, например, различия в условиях или целях использования ТС.

Потребители с разными доходами или разными условиями использования ТС предъявляют к набору функций и параметров ТС различные требования. Функции некоторых ТС не всегда очевидны. Многие ТС кроме своего чисто утилитарного назначения служат потребителям средством социализации. Например, отличия в одежде, позволяют потребителям идентифицировать свою социальную группу. Поскольку условия использования ТС и требования к удовлетворению потребностей у потребителей меняются, желательно оценить возможные изменения в требованиях НС к набору функций ТС. Несомненно, такую оценку сделать достаточно сложно. В связи с наблюдаемыми тенденциями развития общества актуальность разработки специальных методов анализа требований НС к ТС будет повышаться. В качестве одного из подобных инструментов для качественного анализа может использоваться алгоритм многоэкранного мышления [7].

После сравнения требуемых и имеющихся у ТС функций и свойств следует переходить к анализу степени соответствия свойств ТС и уровня выполнения функций требованиям НС.

В настоящее время при оценке ТС, как правило, определяется много уровней качества и, в частности, несколько уровней неприемлемого качества, несколько уровней приемлемого качества, и от одного до трех уровней наиболее высокого качества. Примером такого подхода может служить таблица 2, в которой представлена шкала для оценки пищевых продуктов [8]. Такие шкалы представляются не адекватными ни для потребителя, ни для инноватора. В таблице 2 содержится избыточная информация, например в ней установлены три класса продукции неприемлемого качества. Возможно, для каких-то специфических ситуаций это необходимо, но и для потребителей, и для инноваторов такая детализация мало, что дает. Для инноваторов, занимающихся развитием ТС, находящейся на первом этапе, важно знать, насколько параметры их ТС отстают от нижней границы приемлемого уровня, но информация в том виде, в каком она представлена в таблице, не дает им нужной оценки.

Таблица

Помимо излишней детализации неприемлемого, недостаточного уровня качества, в таблице 2 отсутствует категория продукции с избыточным уровнем качества. Для некоторых видов ТС такой уровень трудно определить, но для многих видов ТС определение этого уровня является обычной работой инженеров. При оценке и сравнении ТС более правильной представляется ориентация на оценку уровней, как она делается в ФСА: т.е. на определение недостаточного, адекватного и избыточного уровней [2, 9]. При этом главным является выявление границ приемлемого (требуемого потребителем) уровня параметров для функций, котороые ТС должна выполнять.

Если хотя бы одна необходимая функция ТС выполняется неудовлетворительно, т.е. с параметрами, находящимися ниже приемлемого уровня, ТС может считаться неработоспособной. При этом не имеет значения, насколько хорошо выполняются другие функции. В общем случае нижняя граница адекватного уровня выполнения функции определяет значения параметров ТС, ниже которых потребитель не хочет платить за нее. Определение нижней границы приемлемого уровня далеко не всегда является простой задачей. Во многих случаях она может быть решена только эмпирическим путем.

Верхняя граница приемлемого уровня это нижняя граница избыточного уровня. Для некоторых параметров избыточный уровень связан с ограниченной чувствительностью человека, который, например, не видит ультрафиолетовую и инфракрасную часть спектра, не слышит инфра и ультразвук и т.п. Другие свойства могут являться избыточными в связи с различного рода административными ограничениями. Например, мощность двигателя автомобиля может быть избыточной в связи запретом автотранспорту превышать определенную максимальную скорость. В общем случае избыточным уровнем выполнения функции можно назвать уровень, за превышение которого потребитель не хочет платить. Хотя сравнительно точное определение верхней границы приемлемого уровня во многих случаях может быть сделано только эмпирически, всегда важно определить с какими причинами может быть связано ограничение. Избыточное качество, как и излишние свойства и функции, связано с излишними затратами, уменьшение которых повышает конкурентоспособность. Избыточный уровень выполнения функций ТС, с одной стороны, может являться сигналом о ее возможном будущем вытеснении с рынка в результате развития подрывного инновационного продукта, а, с другой, - сигналом о возможности использовать ТС, как основу подрывного продукта для другого рынка [10-11].

При измерении уровней качества частных параметров ТС необходимо в первую очередь установить нижнюю и верхнюю границы адекватного уровня. Требования к параметрам ТС неодинаковы, если ТС используется в различных условиях и предназначена разным группам потребителей. Практически каждый вид товаров массового спроса это ТС, предназначенная для разных условий и групп потребителей, и для каждого из них есть свой набор требований к параметрам. Подтверждающих примеров можно было бы привести очень много, вот один из них: молочные коктейли, приобретаемые в ресторане, в качестве десерта для детей не должны быть густыми, а в качестве завтрака в автомобиле - должны быть густыми [10]. В подобных случаях речь идет о специализации ТС, и необходимо определять границы адекватного уровня параметров ТС для каждого конкретного типа потребителей. Очевидно, что помимо различий в условиях использования ТС, на положение границ адекватного уровня влияют экономические возможности потребителей. В результате для ТС может существовать большое количество вариантов границ адекватного уровня, которые необходимо учитывать. Потребители с разными доходами или разными условиями использования ТС предъявляют к ее параметрам существенно разные требования. Эти требования могут отличаться столь существенно, что целесообразно, говорить о разных областях применения или разных рынках. После определения адекватного уровня необходимо сопоставить с ним реальный уровень частных параметров ТС.

Несовпадение требуемых и имеющихся у ТС уровней выполнения функций и соответствующих параметров дает критерий для принятия решений без использования интегральных оценок, как инноватору, так и потребителю. Для них обоих важна величина разрыва между нижними границами приемлемого уровня необходимых параметров и реальных параметров ТС. Но для потребителя важно, чтобы этот разрыв был как можно меньше, а для инноватора - как можно больше. При небольшом разрыве между требуемыми и имеющимися параметрами потребитель, иногда, может поступиться уровнем своих требований взамен, например, на снижение затрат. Для инноватора большой разрыв между требуемыми и имеющимися параметрами это информация о том, что следует заниматься повышением именно этих параметров. Ведь в случае успешного решения соответствующих проблем будет существенно повышена конкурентоспособность ТС.

Требования к параметрам могут существенно меняться на разных этапах использования ТС. Например, ушко иголки должно быть широким при вдевании нитки в иголку, и должно быть узким при шитье. Другой пример, материал, из которого изготавливается венозный катетер, должен иметь большой модуль упругости, когда через катетер вводят под давлением лекарство, и должен иметь небольшой модуль упругости, когда катетер проводят через яремную вену. Для каждого этапа использования ТС следует определить границы адекватного уровня выполнения функций. Обнаружение изменений в требованиях к параметрам позволяет эффективно совершенствовать ТС, увеличивать их конкурентоспособность и на уже занятых ими рынках и расширять рынки. В качестве примера использования обнаруженных различий в требованиях к адекватному уровню параметров, еще раз приведем ТС венозный катетер. Обнаруженные различия в требованиях к модулю упругости материала, из которого изготавливается данная ТС, после их количественного уточнения помогли сформулировать изобретательские задачи, решение которых позволило улучшить основные технические характеристики катетера более чем в 5 раз. Возможность столь существенного улучшения основных технических характеристик открывает возможность принципиально улучшить потребительские свойства катетеров, в том числе для наиболее чувствительных больных. Следует отметить, что пока указанное различие не было уточнено количественно, направление поиска решений было неверным, формулировались задачи, решение которых давало только кажущийся эффект. Причем оказалось, что наиболее эффективное решение оказалось легко реализуемым. Оно не требовало ни изменения конструкции катетера, ни использования новых материалов.

Предлагаемый способ оценки ТС по частным параметрам иллюстрируется схемой 1. Представленный на схеме порядок шагов анализа не является строго обязательным. В ряде случаев проще сначала выполнить шаги по определению параметров ТС, а после них шаги по определению требуемых параметров. В большинстве случаев на этапе сравнения требуемых и имеющихся уровней параметров (шаг 7) оценка ТС заканчивается. К сожалению, анализ динамики изменений параметров (шаги 8-10), как правило, может делаться достаточно поверхностно.

Следует дать несколько дополнительных пояснений по последним (8-10) шагам предлагаемого алгоритма, которые могут использаваться далеко не всегда. Очень часто указанные границы параметров постепенно или сравнительно быстро изменяются. Они зависят не только от условий применения ТС и особенностей конкретных групп потребителей, но и от изменений в них. Поскольку условия и особенности групп потребителей не являются постоянными, изменчивыми оказываются и границы адекватного уровня. Это особенно характерно для современного общества потребления, в котором достаточно быстро растут экономические возможности людей, и соответственно меняются их требования к границам адекватного уровня. Кроме того, в нем очень заметно влияние на уровень требований новых, в том числе информационных технологий. Для того, чтобы ТС соответствовала не только сегодняшнему уровню требований, необходимо определить скорость изменения уровня параметров. Для разных параметров ТС она, как правило, бывает различной. Очевидно, что эта часть анализа часто не может быть выполнена, а в случае выполнения может не иметь необходимой достоверности. Для успешного выполнения этой части анализа требуются очень большие трудозатраты, а также информация, которая далеко не всегда бывает доступной. Поэтому в большинстве случаев от этой части анализа приходится отказываться или заменять детальный анализ очень грубыми экспертными оценками. Но перед тем, как поступить подобным образом, следует взвесить возможности и трудности анализа динамики параметров.

В процессе оценки ТС с помощью предлагаемого алгоритма из списка альтернатив, как правило, исключается достаточно большое количество ТС, которые искажают сравнение. В списке в результате оценки остаются только ТС, свойства которых соответствуют требованиям НС. Возникает вопрос, какую же из оставшихся в списке ТС выбрать, и на основе каких критериев этот выбор сделать? Есть, по меньшей мере, четыре хорошо известных способа дальнейших действий. Можно выбрать ту ТС, которая больше нравится, положившись на подсознание. Можно выбрать ТС, которая выпускается наиболее известной фирмой, доверившись рекламе или мнению знакомых. Можно выбрать наиболее дешевую или наиболее дорогую ТС. И наконец, можно бросить монетку. Те, кому не нравится ни один из этих известных способов, могут воспользоваться интегральными оценками, не забывая определить погрешности их вычисления.

Литература

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

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

3. Литвак Б.Г. Экспертная информация. Методы получения и анализа. - М. Радио и связь. 1982, с. 184.

4. Дж. Тейлор. Введение в теорию ошибок. М.: изд-во Мир 1985, 272с.

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

6. 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.

7. Минакер В.Е. Алгоритм многоэкранного мышления. МАТРИЗ Фест 06, Санкт Петербург, 2006.

8. Тамим А.Й., Робинсон Р.К. Йогурт и другие кисломолочные продукты. Пер. с английского, - Санкт Петербург, Профессия, 2003, 661с.

9. Функционально-стоимостной анализ в электротехнической промышленности/ В.С. Василенок, В.А. Глезер, Е.А. Грамп и др.; под. ред. М.Г. Карпунина - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 288с.

10. Кристенсен К.М. Диллема инноватора. Пер. с англ., Изд-во Альпина, М., 2004, 238с.

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