5 марта 2017 г.

Ефимов А.В., Описание принципа действия системы: до какого уровня детализации опускаться

 

Описание принципа действия системы: до какого уровня детализации опускаться
А.В. Ефимов
Аннотация
Основное внимание в статье уделяется не уточнению понятия "принцип действия", а размышлениям о том, "на каком уровне обобщения (абстракции) и с каких аспектных сторон" этот принцип должен описываться в каждом конкретном случае.
Второй вопрос, которому посвящена статья - рассмотрение этих самых конкретных случаев. Иными словами - это попытка ответа на вопрос, зачем нужно знание принципа действия системы и насколько при этом важна точность формулировки самого понятия. Возможно, для каждого конкретного случая и сама формулировка может иметь некоторые особенности.
Для полноты освещения заявленной темы в статье дается и вариант формулировки понятия "принцип действия": "ПД - это особенности взаимодействия элементов системы друг с другом и с надсистемой, которые (особенности) обеспечивают рассматриваемые Главные Параметры Ценности (MPV) системы".
С учетом приведенного варианта формулировки выбор уровня детализации и самих деталей, включаемых в формулировку принципа действия для рассматриваемой системы, будет, прежде всего, определяться следующими факторами:
- Рассматриваемый в данном конкретном случае набор МПВ системы: нас будут интересовать только те взаимодействия и тех подсистем, которые обеспечивают рассматриваемые МПВ;
- Круг и уровень альтернативных систем, с которыми мы сравниваем рассматриваемую систему, говоря о ее особенностях.
Ключевые слова:
Принцип действия, Главные Параметры Ценности (MPV)
 
Введение
Понятие "Принцип действия" у меня лично всегда ассоциировалось с описанием того, "как это работает". Такие описания раньше были в документации на любое техническое средство.
Поэтому вопроса о том, как в целом формулировать принцип действия системы у меня никогда не возникало. Проблема часто была в том, насколько подробным должно быть это описание, на какой степени детализации следует остановиться.
Поэтому основное внимание в статье уделяется не уточнению понятия "принцип действия", а размышлениям о том, "на каком уровне обобщения (абстракции) и с каких аспектных сторон" этот принцип должен описываться в каждом конкретном случае.
Второй вопрос, которому посвящена статья - рассмотрение этих самых конкретных случаев. Иными словами - это попытка ответа на вопрос, зачем нужно знание принципа действия системы и насколько при этом важна точность формулировки самого понятия. Возможно, для каждого конкретного случая и сама формулировка может иметь некоторые особенности.
Формулировка принципа действия
Не претендуя на полноту и завершенность формулировки, я бы определил понятие "принцип действия" как "особенности взаимодействия элементов системы друг с другом и с надсистемой, которые (особенности) обеспечивают рассматриваемые Главные Параметры Ценности (MPV) системы".
То есть при формулировке принципа действия последовательно описываются функции, выполняемые элементами системы относительно друг друга и элементов надсистемы, а также функции, выполняемые надсистемой относительно элементов системы.
При этом в описание принципа действия имеет смысл включать не все такие функции, а лишь те из них, которые:
· обеспечивают выполнение интересующих нас в данном случае МПВ системы;
· описывают особенности рассматриваемого объекта, то есть характерны только для рассматриваемой в каждом конкретном случае системы или группы (класса) систем и тем самым отличают этот объект от всех остальных.
Таким образом, описание принципа действия одной и той же системы может существенно меняться как по объему, так и по рассматриваемым функциям, в зависимости от того, насколько узко или широко выбраны рамки рассмотрения этой системы (с какими системами она сравнивается) и от того, с точки зрения каких МПВ система рассматривается.
Например, если в данном проекте речь идет о мощности двигателя, то рассмотрение принципа его действия должно вестись прежде всего с точки зрения особенностей, обеспечивающих именно этот параметр, а если речь идет, скажем, о шумности или экономичности, то описание принципа действия того же двигателя может быть уже несколько другим.
Точно так же и описание принципа действия одного и того же самолета будет существенно зависеть от того, говорим ли мы о нем, как о "летательном аппарате тяжелее воздуха", или как о штурмовике, или как о конкретной модели, обладающей наилучшими показателями скорости, маневренности и огневой мощи.
Зачем нужно знание принципа действия и как от этого зависит формат его описания
Объем и содержание описания принципа действия может существенно зависеть от того для каких целей это описание составляется. Ниже приводится иллюстративный, а потому не претендующий на полноту обзор таких возможных целей и особенностей описания принципа действия для каждой из них.
Грамотное обслуживание и ремонт технической системы
Для того чтобы грамотно эксплуатировать техническую систему полезно бывает представлять ее устройство и принцип действия. Особенно эти знания важны при ремонте системы.
В этом случае описание принципа действия должно быть наиболее подробным, вплоть до описания действия всех значимых подсистем и с учетом всех возможных режимов работы и всех МПВ системы.
Это положение было достаточно актуально в недалеком прошлом, когда сеть обслуживания была слабо развита и домашние мастера-умельцы сами выполняли большую часть работ по ремонту бытовой техники, легковых автомобилей и пр.
В то время, например, легковой автомобиль обязательно снабжался подробным описанием устройства и принципа действия всех подсистем, обеспечивающих выполнение самых различных функций, включая обогрев салона, очистку ветровых стекол и т д.
В настоящее время с повышением доступности сервисных услуг и одновременно с повышением сложности бытовой техники необходимость в подобных подробных описаниях заметно уменьшается, поэтому в документации бытовых изделий и приборов описание принципа действия можно найти все реже.
Таким образом, для рассматриваемого в этом параграфе круга задач строгого определения понятия «принцип действия» не требуется. Оказывается вполне достаточным интуитивного понимания, которое позволяет в каждом конкретном случае определять глубину и содержание описания принципа действия в зависимости от конкретной ситуации.
При этом недостаточно детальное описание принципа действия может просто не дать ответа на возникший практический вопрос, а слишком подробное описание лишь будет неоправданно громоздким.
Повышение эффективности функционирования системы
Для того, чтобы усовершенствовать систему, нужно, в частности, понять, что в настоящий момент в ней работает неудовлетворительно. Поэтому для начала нужно разобраться, как эта система вообще работает, то есть понять ее принцип действия.
При этом если известно, какой конкретно параметр в системе необходимо улучшить, то при определении принципа действия нас будут интересовать только такие его особенности, которые влияют на этот параметр.
Так если нужно улучшить, скажем экономичность автомобиля, мы будем рассматривать принцип действия его двигателя, системы топливо- и воздухоподготовки, газовыхлопа.
А если нужно повышать безопасность, то эта работа начнется, очевидно, с анализа принципа действия существующих активных и пассивных средств безопасности установленных на объекте исследования.
При этом степень детализации в описании указанных систем опять-таки будет определяться тем, говорим ли мы о конкретной марке автомобиля или о каком-то классе автомобилей в целом: для конкретного автомобиля описание скорее всего будет более детальным.
Для решения задач, рассматриваемых в этом параграфе, оказывается достаточным общего понимания понятия принцип действия. Так же как и в предыдущем случае, введение единой жесткой формулировки этого понятия тоже вряд ли требуется.
 
Сравнение нескольких систем для выбора наиболее эффективной (Бэнчмаркинг)
Часто описание принципа действия конкретного изделия, или группы изделий, входящих в некий вид или класс, создается для того, чтобы выделить это изделие или группу из массы похожих изделий или групп. В этом случае нет смысла описывать одинаковые для всех систем составляющие принципа действия, а целесообразно сконцентрироваться именно на отличительных чертах каждой системы / группы.
При этом, чем более похожи друг на друга системы входящие в рассматриваемую группу, тем более детальным будет рассмотрение отличительных черт, особенностей принципа действия такой группы. Чем больше эти различия между изделиями входящими в группу, тем на более высоком уровне должен описываться принцип действия такой "разношерстной" группы.
Например, если мы говорим о принципе действия самолета, как очень широкого класса технических средств, включающего в себя самые различные подклассы, то укажем, что это летательный аппарат тяжелее воздуха, отличающийся от остальных таких аппаратов тем, что подъемная сила в нем создается за счет обтекания крыла специального профиля воздушным потоком, набегающим при движении самолета за счет тяги, создаваемой неким двигателем/движителем.
Если же мы описываем более узкий подкласс, например турбореактивный самолет, то описывая его принцип действия, наверное, целесообразно отметить, что этот подкласс относится к классу самолетов и отличается тем, что тяга создается особым видом двигателей, в которых ...и т д.
Вряд ли жесткая формулировка понятия «принцип действия» нужна и для этого класса задач, так как часто оказывается полезным сравнивать системы и по таким параметрам, которые, скорее всего, остаются за рамками определения принципа действия, например используемые материалы, размеры и многие другие.
 
Прогноз о целесообразности изменения принципа действия системы или ее совершенствования в рамках существующего принципа действия
Этот круг задач близок по своей сути к задачам о повышении функционирования системы. Основная разница заключается в том, что если в задачах о повышении эффективности мы определяем, что нужно изменить в системе, чтобы ее улучшить требуемым образом, то в прогнозе мы оцениваем, будут ли требуемые изменения лежать в рамках существующего принципа действия, или выйдут за его пределы.
Именно в силу этой особенности, рассматриваемый в данном параграфе круг задач является, пожалуй, единственным, для которого строгая формулировка понятия «принцип действия» действительно могла бы потребоваться.
Особенностью этого случая является то, что от того, насколько детально составлено описание принципа действия, напрямую зависит результат прогноза.
Так, если описание принципа действия составлено на самом верхнем уровне, то скорее всего, рассматриваемую систему можно серьезно усовершенствовать не меняя тех немногих самых общих отличительных особенностей, которые вошли в это описание. В этом случае прогноз даст вывод, что «принцип действия системы менять не надо».
Если же описание принципа действия той же системы составлено слишком детально, то практически любое изменение в ней уже выйдет за рамки очерченные таким описанием. В этом случае вывод будет прямо противоположный: «систему в рамках рассматриваемого принципа действия улучшить нельзя».
С учетом этой особенности, определение понятия "принцип действия" должно совершенно однозначно определять глубину и рамки его рассмотрения.
В противном случае, для исключения разночтений, необходимо выводы по прогнозу о целесообразности изменения принципа действия системы или ее совершенствования в рамках существующего принципа действия в обязательном порядке сопровождать конкретной формулировкой принципа действия, на основании которой этот прогноз составлен.
Такая же подробная формулировка принципа действия рассматриваемой системы неизбежно должна сопровождать прогноз развития этой системы, если он составлен не "для внутреннего пользования", а для передачи третьим лицам, которые совсем не обязательно в совершенстве знают, какой смысл мы договорились вкладывать в понятие "принцип действия".
Такое неизбежное сопровождение прогноза подробным описанием принципа действия для которого он составлен, существенно понижает степень важности принятия единой строгой формулировки самого понятия.
За рамками обсуждаемой темы остается другой аспект, связанный с задачей, рассматриваемой в данном параграфе. В связи с важностью этого вопроса, хотелось бы коротко его осветить.
Речь идет о практической ценности самой рекомендации совершенствовать систему, не меняя ее принципа действия, или наоборот вывода о том, что принцип действия системы нужно менять.
Насколько полезна и безопасна рекомендация «не менять принцип действия рассматриваемой системы»
Допустим, нам удалось:
·         разработать правило формулирования принципа действия системы, не допускающее никаких разночтений;
·         на основании этого правила дать четкое описание принципа действия рассматриваемой системы;
·         для полученного принципа действия определить пределы развития системы
Оставляя за рамками данной статьи практические сложности, связанные с каждым из перечисленных шагов, оценим лишь возможные последствия рекомендации «совершенствовать систему в рамках существующего принципа действия».
Главная проблема состоит в том, что один только факт наличия у рассматриваемого принципа действия больших значений предела развития совсем не означает, что альтернативные принципы действия не позволят выйти на лидирующие позиции с меньшими затратами ресурсов и в более короткое время.
Поэтому совершенствование системы в рамках сформулированного принципа действия совершенно не гарантирует быстрого и легкого пути, равно как и переход к новому принципу действия не означает сам по себе больших затрат времени и финансов.
Поэтому прогноз развития системы в рамках ее принципа действия, представляется задачей весьма рискованной.
Выводы
Проведенный обзор основных типов задач, решение которых так или иначе может быть связано с описанием принципа действия системы, не выявил случаев для которых наличие строгой однозначной формулировки самого понятия "принцип действия" было бы принципиально важно.
Это наблюдение в целом согласуется с мнением автора по поводу целесообразности повышения строгости формулировок и алгоритмов в ТРИЗ, которое заключается в том, что попытки зажать живой творческий процесс в узкие рамки строгих формулировок и жестких алгоритмов может лишь повредить творчеству.