5 марта 2017 г.

 

Матричный метод выявления противоречий и вторичных задач
А.Г.Кашкаров
Аннотация
В статье приведены исследования автора, направленные на выявление противоречий и вторичных задач при анализе и совершенствовании технической системы (ТС).Противоречия и вторичные задачи предлагается выявлять по таблице путем сопоставления гипотетических результатов решения проблем и их влияния на основные характеристики ТС.
Ключевые слова: вторичные задачи, взаимосвязанные противоречия, матричный метод, причинно-следственная структура, вещественно-энергетические преобразования.
 
Введение
Наиболее эффективное совершенствование ТС происходит при разрешении противоречий [1], но выявить физические противоречия, тормозящие развитие ТС, не всегда просто. Формулировка противоречия обычно включает в себя один варьируемый параметр и два следствия его варьирования (какой-то параметр улучшается, а какой-то ухудшается). Однако, в большинстве случаев, выявленное противоречие является только частью проблемы. Разрешение противоречия часто влияет на другие параметры системы (ухудшает их), формируя новые противоречия [2]. Эти параметры изначально могут казаться независимыми. Предлагаемый  "Матричный метод выявления вторичных задач" позволяет выявить эти зависимости, ранжировать задачи, переосмыслить проблемы и найти лучшие решения.
Согласно методологии ТРИЗ, эффективным решением проблемы является устранение ключевого недостатка ТС, выявленного в процессе причинно-следственного анализа [3,4,5]. Ключевой недостаток может быть корневым или промежуточным в причинно-следственной цепочке недостатков. Однако решение ключевой задачи, даже сформулированной в виде противоречия, далеко не всегда удается внедрить, пока не решено большинство вторичных задач. Такое положение можно объяснить, например, необходимостью изменения технологии производства, требующей дополнительных затрат и решения возникающих проблем, или непропорциональным удорожанием ТС при повышении ее функциональности, или ухудшением вторичных характеристик ТС, или нерешенными латентными задачами, дискредитирующими изобретение.
Изобретателей огорчает, когда, казалось бы, красивое и перспективное решение проблемы не находит воплощения в производстве. Причиной этого, в частности, является одностороннее рассмотрение задачи. Крайне редко бывает, что простое решение задачи, направленное на улучшение одной характеристики ТС, не оказывает негативного влияния на ее другие характеристики. Поэтому проблемы ТС нужно рассматривать комплексно, решая не только конкретную задачу, но и сопутствующие задачи, возникающие как на разных этапах жизненного цикла, так и в процессе совершенствования ТС. Сопутствующие задачи обычно образуют несколько зависимых противоречий. Эти зависимые противоречия и являются вторичными задачами, решения которых позволяет повысить вероятность внедрения изобретения.
Каждая проблема ТС может иметь несколько различных решений. Выбор наилучшего (наиболее эффективного и дешевого) решения является неотъемлемой задачей совершенствования ТС. Для того чтобы определить необходимый спектр решаемых проблем и наметить кратчайшие пути достижения поставленных целей, предлагается использовать матричный метод выявления вторичных задач. Предлагаемый метод основан на табличном сопоставлении гипотетических результатов решения ключевых задач и их следствий (влияния на характеристики ТС на разных этапах жизненного цикла), сопровождающегося выявлением зависимых противоречий. Этот метод многократно использован при решении конкретных изобретательских задач. Ниже приведено описание матричного метода выявления противоречий и вторичных задач.
 
Уточнение целей совершенствования ТС
Первым этапом совершенствования любой ТС является определение цели. Целью совершенствования является образ ТС или технологии ее производства, лишенный выявленного целевого недостатка. Целевой недостаток может быть представлен в виде какой-либо неадекватной характеристики (параметра) ТС или отсутствие какой-либо функциональной возможности ТС. Поскольку устранение названного недостатка ТС не должно значительно ухудшать другие характеристики (параметры) ТС или выходить за рамки ограничений совершенствования, необходимо выявить важные характеристики, присущие исследуемой ТС. Эти характеристики являются факторами критериев идеальности ТС [1] и могут быть, например, выбраны из приведенных ниже списков характеристик с конкретизацией их параметров.
Функциональные характеристики ТС:
·         Эффективность, кпд;
·         Динамичность, производительность;
·         Точность, стабильность;
·         Управляемость, адаптивность;
·         Координация в пространстве;
·         Координация во времени;
·         Устойчивость, стойкость;
·         Надежность, срок службы;
·         Удобство пользования, простота обслуживания;
·         Эстетичность;
·         Другое.
Негативные проявления ТС:
·         Вредные процессы в системе;
·         Вредные влияния надсистемы;
·         Вредные влияния на надсистему;
·         Аварии, поломки, брак;
·         Старение, деградация;
·         Опасность для человека;
·         Вред окружающей среде;
·         Другое.
Издержки:
·         Материальные затраты и потери;
·         Энергетические затраты и потери;
·         Затраты оборудования;
·         Затраты труда и времени;
·         Затраты пространства;
·         Отходы;
·         Утилизация брака;
·         Затраты на исправление дефектов;
·         Затраты на транспортировку;
·         Другое.
 
Оценка влияния результатов гипотетического устранения каждого целевого недостатка (при оценке решений в конкурирующих системах) на выявленные важные характеристики ТС (что улучшается, а что ухудшается) позволяет сформулировать технические противоречия на верхнем иерархическом уровне ТС. В дальнейшем, каждое техническое решение, направленное на совершенствование ТС, должно быть соотнесено с этими факторами, например, в виде таблицы конфликтов.
Таблица конфликтов

Действия по устранению
- целевого недостатка   или
- корневого недостатка
или
-ключевой проблемы
Важные характеристики ТС
Издержки
Функциональные параметры
Негативные проявления
 
материалов
энергии
труда
...
производительность
управляемость
точность
...
старение
аварии
токсичные отходы
...
1.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Выявление ключевых и вторичных задач
Для того чтобы найти "сильные" технические решения, в соответствие с целью совершенствования ТС, необходимо выявить и разрешить физические противоречия. Для того чтобы локализовать физическое противоречие, необходимо предварительно провести анализ исследуемой ТС (или анализ оперативной зоны ТС). Функциональный [6] и потоковый анализ [7] или анализ вещественно-энергетических преобразований [5,8], позволяют выявить присущие ТС недостатки в форме неадекватных параметров, а последующий причинно-следственный анализ [3,4,5] - установить причинно-следственные связи (цепочки) этих недостатков с целевыми недостатками.
Если выявлено, что один и тот же параметр в одной цепочке недостатков имеет недостаточное значение, а в другой цепочке - избыточное, то можно сразу сформулировать физическое противоречие. Однако так просто увидеть физические противоречия удается далеко не всегда.
Для того чтобы выявить физические противоречия предлагается:
- Определить корневые недостатки (устранимые недостатки, находящиеся в начале причинно-следственных цепочек недостатков)
- Подготовить таблицу конфликтов. Заголовками таблицы по вертикали являются действия по устранению корневого недостатка, а по горизонтали - отмеченные ранее характеристики (параметры) ТС (смотри предыдущий раздел).
- Условно сделать параметр каждого корневого недостатка адекватным и, анализируя работу ТС, оценить влияние этого изменения на важные характеристики ТС. Результаты этой процедуры занести в таблицу конфликтов, в частности: в соответствующих ячейках таблицы отметить ухудшение или улучшение конкретного параметра ТС на разных этапах жизненного цикла при улучшении параметра каждого корневого недостатка.
Анализ результатов заполнения таблицы позволяет проявить ряд зависимых технических противоречий и определить вторичные целевые недостатки. Достраивая причинно-следственные цепочки этих недостатков достаточно просто найти новые корневые недостатки и конкретные параметры ТС с противоположными требованиями, образующими физические противоречия (иногда многопараметрические). Эти физические противоречия и новые корневые недостатки, не формирующие противоречие, являются системой ключевых и вторичных задач, которые надо решать комплексно.
Следует отметить, что если для анализа строится модель вещественно-энергетических преобразований ТС [5,8,9], то поиск ключевых и вторичных задач многократно упрощается, поскольку эта модель включает в себя принципы действия и причинно-следственные связи процессов, происходящих в ТС.
 
Заключение
По мнению автора, представленная методическая разработка может являться как отдельным инструментом постановки задач, так и логическим входом для АРИЗ. Каждая цель совершенствования ТС может быть достигнута разными способами при решении разных ключевых задач. Для выбора оптимального пути достижения конкретной цели можно по предлагаемой таблице сравнить перечни вторичных задач для разных ключевых задач и оценивать затраты на реализацию того или иного комплексного решения. Поэтому предлагаемый подход может быть полезен для практического применения не только на этапе поиска и уточнения задач, но и для сравнения технических решений.
 
Список литературы
1. Альтшуллер Г.С., АРИЗ – значит победа. АРИЗ-85В. – В кн.: Правила игры без правил. – Петрозаводск.: Карелия, 1989.
2. Кашкаров А.Г. "Законы Развития Технических Систем - следствия Законов Диалектики" стендовый доклад и тезисы доклада в материалах конференции "Инновационные технологии проектирования сегодня и завтра",С-Петербург,1999г,http://www.matriz.ru/4spec/4-2/kashkarov-ag/kag-works-1.html
3. Литвин С.С., Аксельрод Б.М. Методика построения причинно-следственных цепочек нежелательных эффектов/Рукопись. – С-Пб: ИМИЦентр, 1996, 4с.
4. Пиняев А.М., Метод анализа и решения изобретательских задач с применением причинно-следственного анализа и Функциональных Подсказок. Автореферат диссертации на соискание звания ТРИЗ-Мастер, июль 2007гwww.matriz.ru/4spec/4-1-4/pinyaev-autoref.doc
5. Кашкаров А.Г., Вещественно-энергетические преобразования в ТС. Методика построения и анализа моделей./ Диссертация на соискание звания «Мастер ТРИЗ», июль 2009г.,http://www.triz-summit.ru/redirect.php?id=204357
6. Литвин С.С., Герасимов В.М., Основные положения методики проведения ФСА / Методические рекомендации, части 4 и 5. – Журнал ТРИЗ. - Обнинск: Протва-Прин, 1992, 3. 2 (№6).
8. Кашкаров А.Г., Релевантные модели ТС. Алгоритм построения и анализ./Статья. Материалы конференции ТРИЗ-Фест 2009, Санкт-Петербург, июль 2009г.,
9. Кашкаров А.Г., Анализ принципа действия - инструмент постановки задач и совершенствования ТС./Статья. Сборник научных трудов ТРИЗ-саммита 2011 "Принцип действия систем", Санкт-Петербург, 20 июля 2011г.,
http://www.triz-summit.ru/redirect.php?id=205155