«Сквозное» применение ТРИЗ при разработке нового продукта

«Сквозное» применение ТРИЗ при разработке нового продукта

Абрамов О.Ю., к.т.н., доцент, мастер ТРИЗ

Введение

Весь существующий арсенал инструментов ТРИЗ был разработан для решения сложных проблем в самых различных технических системах (ТС) и, соответственно, использование этих инструментов особенно эффективно при разработке новых продуктов, то есть новых ТС. Это связано с тем, что наиболее сильные технические и физические противоречия, для поиска и разрешения которых ТРИЗ изначально и была разработана, возникают чаще всего именно на ранних этапах развития ТС, особенно на этапе ее разработки.

Тем не менее, применение ТРИЗ при разработке новых продуктов имеет сегодня скорее «точечный» или эпизодический характер, так как ТРИЗ специалисты обычно вовлекаются в этот процесс только на короткое время и только для решения конкретных проблем, которые разработчики продукта не могут решить сами. Большинство же новых продуктов до сих пор разрабатывается без использования ТРИЗ.

Более того, промышленность выработала собственные эффективные методы и инструменты для разработки новых продуктов, такие, например, как Stage-Gateprocess [1], использование которых стало обязательным на многих крупных предприятиях. В связи с этим, в практике ТРИЗ-консалтинга все чаще возникает ситуация, когда потенциальные клиенты подвергают сомнению необходимость и полезность использования ТРИЗ при разработке новых продуктов, что не может не беспокоить как разработчиков ТРИЗ, так и ТРИЗ-консультантов.

В данной работе на практическом примере показано, что используемые в промышленности методы не являются альтернативой ТРИЗ. Напротив, интеграция в них ТРИЗ, и «сквозное» его использование на всем протяжении разработки нового продукта, как предложено автором в работе [2], может существенно повысить эффективность этих методов.

Интеграция ТРИЗ в промышленные методы разработки новых продуктов

В настоящее время самой распространённой в промышленности методикой разработки новых продуктов является, по-видимому, Stage-Gateprocess [1], который демонстрирует высокую эффективность в сравнении с «неорганизованной» разработкой.

Как показано на Рис. 1, Stage-Gateprocess включает пять этапов (Stage), на которых сырая идея последовательно развивается и дорабатывается до стадии готового к производству изделия. Между этапами предусмотрены так называемые «ворота» (Gate), при прохождении через которые все идеи, концепции и/или конструкции, созданные на предыдущем этапе, проходят строгий отбор, так что на следующий этап допускаются только самые перспективные решения. Безжалостный отсев слабых решений позволяет не тратить время и средства на их дальнейшую проработку, что и обеспечивает высокую эффективность Stage-Gateprocess.

Однако, несмотря на свою эффективность и детальную проработку алгоритма выполнения,  Stage-Gateprocess не является оптимальной методикой разработки новых продуктов, так как качество разработки на всех этапах обеспечивается только за счет привлечения опытных специалистов в конкретной области техники. При этом всегда существует вероятность, что специалисты на каком-то этапе не смогут быстро найти сильное техническое решение, или же найденное перспективное решение будет по ошибке отсеяно при прохождении «ворот», так как в процессе отбора не учитываются Законы Развития Технических Систем (ЗРТС).

Рис. 1. Типовая структура Stage-Gateprocess[1]

 

При этом современные инструменты ТРИЗ и GEN3 TRIZ [3] позволяют эффективно выявлять и решать технические проблемы в ТС, а также предсказывать дальнейшее развитие ТС, полагаясь на объективные законы развития ТС, а не только на опыт специалистов. Однако существующий арсенал ТРИЗ не представляет собой цельную методику разработки новых продуктов, пригодную для использования в промышленности. Поэтому в работе [2] автор предложил интегрировать ТРИЗ в Stage-Gateprocess, как показано на Рис. 2. 

Рис. 2. Stage-Gateprocess с интегрированными инструментами ТРИЗ [2]

Такая интеграция, как видно из Рис. 2, предполагает непрерывное или «сквозное» использование ТРИЗ на всем протяжении разработки нового продукта, причем на различных стадиях разработки используются разные инструменты ТРИЗ.

При этом сохраняются все достоинства и вся структура оригинальной методики Stage-Gateprocess, а интеграция с ТРИЗ существенно повышает ее эффективность за счет дальнейшего сокращения затрат времени и средств на разработку, как показано на Рис. 3.

Рис. 3. Затраты на разработку нового продукта (показаны качественно,  так как количественные показатели зависят от вида конкретного продукта)

 

Нужно отметить, что в таком интегрированном процессе (Рис. 2) вовлеченность и вклад ТРИЗ-консультантов в разработку нового продукта неизбежно постепенно снижается, как показано на Рис. 4, от абсолютного доминирования и полной занятости на начальных стадиях процесса до практически полной передачи разработки в руки инженерной команды клиента когда дело доходит до стадии коммерческого продукта. Практика показала, что роли команды ТРИЗ-консультантов и инженерной команды их клиента примерно выравниваются на этапе разработки рабочего прототипа продукта (это приблизительно середина Stage 3 на Рис. 1-2).

При этом передача разработки в руки клиента не означает, что с этого момента ТРИЗ больше не используется - просто его применение делается «точечным» и ТРИЗ-консультанты приглашаются только при появлении неразрешимых технических проблем, которых по ходу дела становится все меньше и меньше.

Описанная здесь интегрированная методика разработки новых продуктов (Рис. 2) пока ни в коей мере не является законченной и полностью оптимальной, так как опыт ее практического применения в полном объеме, описанный ниже, ограничен пока одним проектом, в ходе которого эта методика и создавалась. Однако, различные части ее были с успехом апробированы автором в целом ряде проектов, охватывавших те или иные этапы разработки нового продукта.

Рис. 4. Относительная вовлеченность ТРИЗ-консультантов и их клиентов в разработку

 

Практический опыт «сквозного» применения ТРИЗ при разработке нового продукта

Проект, о котором пойдет речь, выполнялся для небольшой калифорнийской старт-ап компании Airgain, Ltd. в период с 2000 по 2010 год. В течение всего этого периода Airgain фактически арендовала у компании GEN3 команду ТРИЗ-консультантов во главе с автором этой статьи, что и позволило ему приобрести ценный опыт сквозного применения ТРИЗ при разработке новых продуктов, а также разработать и опробовать описанную выше методику.

Проект был целиком посвящен разработке умных антенн для систем WiFi, что включало не только аппаратную, но и программную часть этих антенн. При этом за 10 лет был разработан целый ряд новых антенн для различных WiFi-устройств, таких как клиентские адаптеры самого различного формата от настольных модулей до встроенных WiFi-карт, маршрутизаторы, медиа плееры и т.п.Ниже речь пойдет только об одной из этих антенн, а именно AirgainMaxBeam 75, которая прошла полный цикл разработки от идеи до коммерческого продукта и в январе 2007 выиграла конкурс и получила награду от правительства Калифорнии как лучший инновационный продукт года [6].

На начальный момент этой разработки (Discovery stage на Рис. 2) умная антенна существовала в виде настольного модуля-башенки [7], на наружных стенках которого располагались антенные элементы, а внутри, руководствуясь изобретательским принципом матрёшки, мы расположили электронную плату Wi-Fi модуля. Такая антенна имела большое усиление и обеспечивала большую дальность и скорость связи. Так, на натурных испытаниях в Калифорнии две такие WiFi-«башни» обеспечивали связь (в условиях прямой видимости) на расстоянии более 3 км, что является физическим пределом для самого протокола WiFi. В этих же условиях привычные всем дипольные антенны обеспечивали на порядок меньшую дальность. При этом объем нашей «башни» не превосходил объем Wi-Fi модулей, имевшихся на тот момент в продаже, а площадь ее основания, то есть занимаемое ею на столе место, была меньше.

Тем не менее, маркетологи Airgain выяснили, что производители WiFi-устройств привыкли выпускать свои изделия в виде плоских коробок и менять эту форму не хотят, так как считают что потребители уже привыкли к такому формату и изделия в виде башенки покупаться не будут, несмотря на все их преимущества. Поэтому идея «башенной» антенны была отвергнута.

Потенциальные покупатели умных антенн поставили Airgain категорическое условие: антенна должна быть плоской, не превосходя 15 мм в высоту, а ее длина и ширина не должны превосходить 10 см, чтобы антенна вписывалась в их существующий корпус. При этом антенна должна была обеспечить хотя бы на 2-3 дБ более сильный сигнал, чем традиционно используемые дипольные антенны. Был также обозначен жесткий срок (две недели), в течение которого должен быть представлен массогабаритный макет такой антенны.

Нужно отметить, что выполнение таких требований представляло сложную проблему, так как:

  • Для эффективной работы антенных элементов (например, диполей) их длина должна равняться половине длины волны, что в WiFi диапазоне составляет примерно 6 см. Поскольку для более эффективного распространения радиоволн в помещении предпочтительна их вертикальная поляризация, то такие элементы должны быть установлены вертикально, а это никак не вписывается в требуемые 15 мм.
  • Для обеспечения общего высокого усиления антенны каждый ее элемент должен содержать два или три диполя, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, а для обеспечения полного покрытия в плоскости горизонта антенна должна иметь несколько переключаемых элементов такого вида, каждый из которых обеспечивает свой сектор покрытия. Как разместить такое количество элементов на ограниченной площади?

В то же время, на тот момент бизнес-ситуация сложилась так, что неудача в этой разработке или срыв сроков фактически означали бы гибель Airgain. Поскольку собственные инженеры с задачей справиться не могли, то выбора не было и Airgain без промедления подключил к этому проекту команду GEN3.

Ход разработки наглядно показан на Рис.5-7. Как видно из Рис. 5, из инструментов ТРИЗ на разных этапах проекта применялись MPVанализ, приемы разрешения технических противоречий, анализ ресурсов, свертывание, причинно-следственный и диверсионный анализ.

Созданная в результате проекта антенна была запатентована Airgain [8], запущена в массовое производство и успешно продавалась в течение нескольких лет.

Следует отметить, что в ходе этого проекта команда ТРИЗ-консультантов не просто обеспечила сокращение сроков разработки, но дважды фактически спасла компанию Airgain.

Первый такой критический момент, как уже говорилось, случился в самом начале проекта, когда крупный покупатель (Заказчик) поставил двухнедельный срок чтобы решить задачу и показать массогабаритный макет антенны, удовлетворяющей его требованиям. Команда GEN3, применив ТРИЗ, эту задачу решила, изготовила и настроила работающий прототип антенного элемента, а команда Airgain на основе этого смогла быстро изготовить красивый макет всей антенны. 

Второй критический момент, когда существование Airgain попало под угрозу, случился на этапе тестирования (Stage 4 на Рис. 5), когда уже были разработаны и успешно испытаны пилотные образцы антенн, а команда GEN3 практически отключилась от разработки. Неожиданно оказалось, что на территории Заказчика результаты испытаний получаются совсем не такими, как в безэховой камере Airgain. У Заказчика наши умные антенны за разом не показывали никакого преимущества в сравнении с обычным диполем.

Руководство Airgain в отчаянии вновь обратилось к команде GEN3, которая, применив причинно-следственный анализ, выяснила, что проблема кроется в неправильной методике тестирования. Оказалось, что на испытаниях Заказчик всегда ставил антенны точно в одно и то же место, в котором по случайности из-за многолучевой интерференции образовывалась «мертвая зона» именно для умной антенны, а для диполя по той же случайности там получалась зона максимума сигнала. Стоило передвинуть антенны буквально на дюйм и преимущество умной антенны стало неоспоримым.

Рис. 5. Ход выполнения проекта

Рис. 6. Слева направо: прототип антенного элемента, демонстрирующий принцип действия, созданный на этапе 2 (Stage 2, Рис. 5); рабочий прототип умной антенны, установленный на плату маршрутизатора, созданный командой GEN3 к середине 3-го этапа разработки (Stage3, Рис. 5); пилотный (pre-production) прототип антенны, созданный инженерами Airgain (конец Stage3, Рис. 5) на основе рабочего прототипа

 

Рис. 7. Коммерческий продукт: умная антенна установленная потребителем в корпусе маршрутизатора (под верхней крышкой)

 

Для того чтобы избавиться от таких случайностей в будущем и убедить Заказчика в преимуществе умной антенны, команде GEN3 пришлось разработать новую методику сравнительных испытаний антенн в условиях многолучевого распространения [9], то есть в реальных условиях, когда радиоволны на пути между антеннами многократно отражаются от окружающих предметов. Эта методика была предложена на рассмотрение рабочей группы IEEE 802.11tи в конце концов была признана Заказчиками и антенными специалистами.

Еще одно замечание, которое хочется сделать – это то, что ТРИЗ может быть полезен и на этапе выпуска продукта (Stage 5 на Рис. 5). Так, после успешного начала производства и продажи наших антенн, через какое-то время они вдруг начали поступать от производителя со следами коррозии на металлических элементах. Это не влияло на электрические характеристики, но очень портило товарный вид и покупатель отказывался эти антенны брать. Приходилось их очищать вручную.

Пытаясь понять в чем дело, инженеры-технологи Airgain построили небольшую климатическую камеру с орошением, увлажнением, и т.п., безуспешно пытаясь воспроизвести условия, при которых антенны ржавеют. И только через несколько недель, когда ржавых антенн поступило уже около ста тысяч, выяснилось, что производитель почему-то стал использовать для упаковки антенн пенопласт другой марки, который, как оказалось, выделяет агрессивные вещества, провоцирующие коррозию. Возврат к прежнему пенопласту тут же решил проблему.

К сожалению, команда GEN3 к решению этой задачи не привлекалась, так как считалось что это чисто производственная проблема и использование ТРИЗ для ее решения неуместно. Однако в арсенале ТРИЗ  есть инструменты и для решения и таких задач…

 

Заключение

Практика подтвердила, что ТРИЗ может быть успешно встроен в промышленные методики разработки новых продуктов, в частности, в Stage-Gateprocess. Использование ТРИЗ при этом особенно важно на начальных этапах разработки, но его сквозное применение остается критичным вплоть до момента создания рабочего прототипа или даже пилотного образца. Такая интеграция может быть взаимовыгодной как для промышленности, так и для ТРИЗ-консалтингового бизнеса:

  • Промышленность получит более эффективную методику разработки новых продуктов, которая за счет сквозного применения ТРИЗ обеспечит существенную экономию времени и средств, затрачиваемых на новые разработки
  • ТРИЗ-консалтинг получит намного более широкое признание и распространение, а также новые и более эффективные инструменты, которые будут созданы разработчиками ТРИЗ чтобы оптимальным образом решать задачи, возникающие на разных этапах разработки.

 

Литература

1. Stage-Gate Process //http://www.stage-gate.com/knowledge_stage-gate_full.php, last reviewed on April 06, 2013.

2. Abramov O.J. Industry Best Practices And The Role Of TRIZ In Developing New Products // TRIZFest-2013, Conference Proceedings.- Kiev, August 1-3, 2013. – С.229-235.

3. GEN3 Partners. Our Approach // http://www.gen3partners.com/methodology/innovation-processes , last reviewed on April 07, 2013.

4. Абрамов О.Ю. Выявление вторичных задач в ТС, находящихся на переходном этапе развития / Материалы саммита разработчиков ТРИЗ TDS-2012.- СПб.:2012.- С.4-8.  http://www.triz-summit.ru/file.php/id/f5435/name/TRIZ-Summit%202012%20material_Abramov_RUS.pdf , последний раз проверено 06 ноября 2013.

5. Абрамов О.Ю. Комплексный анализ Технических Систем на переходном этапе развития // Диссертация на соискание звания ”Мастер ТРИЗ” 2012.                                         http://www.triz-summit.ru/file.php/id/f5469/name/TRIZ-Master%20Thesis_Abramov_2012.pdf, последний раз проверено 06 ноября 2013.

6. Miniature Smart Antenna Wins Innovation Award // January 9, 2007 http://electronicdesign.com/energy/miniature-smart-antenna-wins-innovation-award , last reviewed on November 10, 2013

7. Abramov et al. Direction-Agile Antenna System for Wireless Communiction // US patent 6,486,832

8. Pertti Visuri, Oleg Abramov Over the Air Field Testing of 802.11 Systems// Proposal for IEEE 802.11t task group/ doc.: IEEE 802.11-05/1259r0

9. Abramov et al. Switched Multi-Beam Antenna// US patent 7,215,296

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Subscribe to Comments for "«Сквозное» применение ТРИЗ при разработке нового продукта"