Курс «Современный ТРИЗ». Модуль «Алгоритм решения инжиниринговых задач АРИнЗ»

Станислав Львович Горобченко, 2021

На сегодня еще нет однозначного понимания того, в каком объеме и какие методики ТРИЗ могут быть эффективно применены в инжиниринговых проектах. Однако этот класс задач, имея достаточно большую определенность, предполагает возможность нахождения таких методик и создания соответствующего алгоритма решения инжиниринговых задач. Модуль «Алгоритм решения инжиниринговых задач АРИнЗ» (АРИнЗ) курса «Современный ТРИЗ» посвящен анализу инжиниринговых задач, их лучшему пониманию по сравнению с другими видами творческих задач, а также демонстрации возможностей методик АРИнЗ. Приведены несколько примеров решения модельных задач по АРИнЗ. Курс предназначен как для начинающих, так и специалистов, знакомых с ТРИЗ, и всех, интересующихся вопросами применения творческих методик в инжиниринговых задачах.

3. Алгоритм решения инжиниринговых задач

Алгоритм решения инжиниринговых задач обобщает последовательность действий для обнаружения потребности, средств ее разрешения, выявления технических возможностей и постановки локальных задач. Алгоритм приводим ниже, рис.3.1.

Рис. 3.1. Алгоритм решения инжиниринговых задач (АРИнЗ)

Рассмотрим алгоритм подробнее. Алгоритм решения инжиниринговых задач, в связи с большой требовательностью к возможности коммерциализации готового инжинирингового продукта, обладает значительной чувствительностью к выполнению условий по цене, бюджету проекта и пр. Другой его стороной является также чувствительность к ограничениям инжиниринговой компании и ее способностям (возможностям) предложить, разработать или скомплектовать соответствующий инжиниринговый продукт.

Это также означает, что ключевые факторы успеха решения инжиниринговой задачи будут заключаться в том, что в них будут учитываться способности компании, ее ресурсы, нахождение зон максимальной прибыльности и правильное определение ИКР для компании. Должно проводиться такое же рассмотрение ИКР для клиента с целью оценки его состоятельности и возможности по выбранной главной функции также точно определить главные потребительские свойства разрабатываемого продукта. На этом этапе оценивается жизненный цикл продукта, компании и рынка (потребителя), для которого предназначен инжиниринговый продукт.

Получение двух ИКР и их согласование в достаточной мере будет гарантировать, что предложенный продукт впишется в ограничения, характерные для рынка по потребности, ее размаху, рынку, цене, условиям компании-покупателя и ее потребителей, конкурентоспособности и пр.

Согласованное с двух сторон ИКР создает условия для формирования противоречия как для компании, разрабатывающей инжиниринговый продукт, так и для компании-потребителя инжинирингового продукта.

Формирование противоречий, к которым могут относиться не только технические, но и маркетинговые (бизнес) противоречия, создают основу для формирования прообраза решения и нахождения принципиального решения.

После этого проверенная концепция решения переводится в фазу внедрения или"материализации", т.е. разработки принципиальных конструкторских решений, разработки чертежей и технической документации, разработки технических заданий для партнеров-участников проекта, выпуска тестовой партии, отработки технологии и пр. вплоть до выпуска конечного инжинирингового продукта.

Конечно же, не все виды задач можно отнести к тем, которые могут быть решены предложенным алгоритмом. Поэтому важно определить основные отличия от других алгоритмов, применяемых для решения инженерных задач (проблем), в частности от АРИЗ и АРИП.

Алгоритм решения инжиниринговой задачи будет заключаться в применении инструментов ТРИЗ на каждом этапе инжиниринга. Рассмотрим подробнее, какие инструменты решения задач могут быть применены на каждом из представленных выше этапов.

3.1. Определение потребности

В инжиниринговых задачах все начинается с определения потребности. Нужно очень тщательно выявить проблему, отделить ее от симптомов и сформулировать истинные потребности предприятия. Проблема должна быть проверена на состоятельность, в частности, для инжиниринговых задач характерно особенное внимание к финансовой состоятельности решения, наличию рынка и этапу его развития, соответствию законам развития потребностей и экономическим закономерностям, а также законам развития и предоставления услуг.

Многие неудачи во внедрении сильных решений были связаны с неучетом системных ограничений, накладываемых со стороны внешнего, как правило, делового окружения, элементами которого являются системы, представленные выше.

На этапе определения потребностей из массы направлений, мнений специалистов и руководителей, и различных их обоснований должна быть выявлена определенная системообразующая проблема, которую можно было бы решить средствами, ресурсами и способностями компании.

По результатам определения потребности должен быть проведен выбор проблемы.

3.2. Выбор проблемы

При выборе проблемы необходимо определить границы системы, понимая ее как триаду связей рынка, потребителя, компании и продукта. Это позволит лучше определить масштаб проблемы и проверить ее на возможность решения в ближайшей или дальней перспективе.

Инструментами, помогающими в выборе проблемы, являются:

1. Анализ проблемы в зависимости от ее жизненного цикла

2. Анализ проблемы по ЗРТС

3. АВИЗ (алгоритм выбора изобретательских задач)

4. Функционально-ориентированный поиск

5. Анализ эволюции системы"Рынок — потребитель — продукт"по системному оператору

6. Анализ по закону корректирующего действия надсистемы и потенциальных барьеров

7. Анализ проблемы по ФСА по вкладу решения проблемы в общее системное решение

8. Технико-экономические показатели

9. Анализ проблемы по влиянию на интересы ЗС (Заинтересованных Сторон)

10. Дерево эволюции и выбор следующего шага в развитии системы

11. КЭА (квантово-экономический анализ) Шнейдера и модель бизнес-куба Семеновой, развиваемой также в работе Горобченко С. Л. (см. Горобченко С. Л. Как найти своего дилера в России, журнал ТПА, №2, 2013).

По результатам этапа проблема уточняется и формируется ключевая задача.

3.3. Постановка ключевых задач

Постановка ключевых задач является одной из ответственных сторон в решении инжиниринговых задач. Для ее решения могут быть предложены следующие инструменты, используемые в ТРИЗ:

1. Определение основных потребительских свойств продукта на рынке.

2. Выявление физических параметров продуктов, определяющих их основные потребительские свойства.

3. Уточнение инновационной стратегии фирмы-клиента и стратегического направления продвижения продуктов на рынке.

Для выявления ключевых проблем используются:

3.1. Закономерности развития технических систем

3.2. Анализ развития системы по S-образной кривой

3.3. Бенчмаркинг и анализ лучших доступных технологий

3.4. Компонентно-структурный анализ

3.5. Функциональный анализ

3.6. Потоковый анализ

3.7. Причинно-следственный анализ

3.8. Закономерности развития потребностей

3.9. Закономерности развития предоставления услуг

3.10. Экономические законы и маркетинговые закономерности

Для постановки и решения ключевых задач используются:

4.1. Диагностический анализ

4.2. Функционально-идеальное моделирование

4.3. Функционально-ориентированный поиск

4.4. Перенос свойств

4.5. Вещественно-полевые ресурсы

4.6. Технические и физические противоречия, способы их разрешения

4.7. Стандарты на решение изобретательских задач

4.8. Классический алгоритм решения изобретательских задач

4.9. Бенчмаркинг

3.4. Формирование идеального решения проблемы (ИКР)

На этапе формирования идеального решения проблемы с учетом анализа по п. 3.1–3.3, выявления проблемы, оценки ее реальности и постановки ключевых задач проводится определение основных разрывов между ИКР и существующим положением дел в системе и этапами развития технической и бизнес-системы клиента, рынка и продукта. Как правило, они не сходятся. В результате этого возникает задача по согласованию между собой ИКР для клиента ("я полностью удовлетворяю свою единственную потребность";"никаких хлопот и мне это ничего не стоит") и ИКР инжиниринговой компании (например,"я одним продуктом удовлетворяю максимальное количество потребностей клиентов, при этом это недостижимо для конкурентов, затраты на производство отсутствуют, прибыль максимальна").

3.5. Триада"ПРОДУКТ — КОМПАНИЯ — ПОТРЕБИТЕЛЬ (РЫНОК)"

Как мы знаем, и продукт, и компании, и потребители, и рынок в целом проходят через 4 основные стадии развития — зарождение, развитие, зрелость и старость. Каждый из этапов имеет свои закономерности развития и может быть определен по диагностической таблице, табл. 1.

Табл. 3.1. Диагностика рынка, компании и продукта (по О. М. Герасимову)

Рассмотрим сочетания"продукт — компания — рынок"подробнее.

1. Старый рынок и старый продукт

На начальном этапе не рекомендуется развитие нового продукта, необходимо использовать методики MPV.

На стадии активного развития продукта нужна защита своего рынка и своего продукта от конкурентов. Рекомендуются меры защиты — патент, повышение добавленной ценности (Value), меры по совершенствованию технологического процесса и снижению его затратности.

На этапе стабилизации развития решаются задачи по снижению затрат и развитию сервисных функций. Предлагаемые способы — повышение добавленной ценности продукта и снижение затрат на технологию, совершенствование технологии и перевод ее на серийное и массовое производство.

На этапе спада рекомендуется решать задачи по снижению затрат и развитию сервисных функций. Для этого применяются методики повышения или сохранения ценности продукта для оставшихся ниш.

2. Старый рынок и новый продукт

На начальном этапе используются существующие ресурсы и развиваются потребности к использованию и внедрению на рынок нового продукта. Требуется объединить новую техническую систему (продукт) с лидирующими системами. Рекомендуется отработать технологический процесс и по возможности, довести его до серийного производства. Одновременно требуется уточнять соответствие продукта рынку и возможности компании, т.е. верифицировать его, искать пути к добавлению ценности продукту (Value). На этапе активного развития продукта рекомендуется адаптировать имеющиеся инфраструктурные ресурсы к нуждам развивающейся системы и развивать ценность продукта (Value).

На этапе стабилизации продукта желательно находить способы смены принципа действия ТС или ее компонентов, разрешающую тормозящие развитие противоречия. Рекомендуется использовать методики нахождения добавленной ценности и прогнозирования развития системы.

3. Новый рынок и старый продукт

На начальном этапе стараются адаптировать продукт к новому рынку. Используется методика развития продукта в новых областях.

На этапе активного развития продукта требуется адаптировать продукт к новым видам применения. Используется методики решения задач по поиску применений продукта в новых областях.

На этапе стабилизации эффективны глубокое свертывание, объединение альтернативных систем. Используются методики прогнозирования и повышения добавленной стоимости продукта (Value).

На этапе спада ищутся локальные области, в которых система все еще будет конкурентоспособной. Для этого заново рассматривают качества продукта по методике MPV и используется методика поиска применимости продукта в новых областях.

4. Новый рынок и новый продукт

На начальном этапе развивают систему в области, где ее достоинства превосходят ее недостатки, используя методику поиска новых качеств продукта в новых областях.

На этапе активного развития продукта адаптируют продукт под новый рынок. Стремятся выйти на массовое производство. Используются методики повышения добавленной стоимости и прогнозирования.

На этапе стабилизации развития используют комбинирование инноваций (совершенствующие и радикальные). Основным подходом к решению задачи является прогнозирование и методика поиска качеств продукта в новых областях.

На этапе спада проводится поиск радикальных инноваций. Используются методики прогнозирования и поиска качеств продукта в новых областях.

Однако, в отличие от традиционного подхода, рассматривающего эти составляющие каждое само по себе, они активно взаимодействуют друг с другом. Подробности вы можете найти в работах С. Л. Горобченко, Л. Н. Семеновой, А. Шнейдера.

При формировании ИКР необходимо рассмотреть основные тенденции развития каждого из членов триады. Необходимо найти правильные сочетания между ними и обозначить роль каждого при их взаимодействии на каждом этапе.

Первый этап рынка

На первом этапе рынка возможна взаимосвязь только между первыми двумя уровнями компаний. Гаражная компания должна перерасти в инжиниринговую.

Рис. 3.2. «Продукт — рынок — компании», первый уровень рынка

Второй этап рынка

На втором этапе интерес к опробованным решениям возникает у больших компаний или могущественных дилеров. Если потребитель говорит «да», то без сомнения за заказы начинается борьба и привлекаются все новые «участники соревнований». Дилеры с широкими сетями будут интересоваться продвижением продукции и частично использовать решения.

Рис. 3.3. «Продукт — рынок — компании», второй уровень рынка

Третий этап рынка

Количество потребителей растет, а вместе с ними растет конкуренция, цены создают возможности для роста, стандартизируется продукт.

Рис. 3.4. «Продукт — рынок — компании», третий уровень рынка

Четвертый этап рынка

Больше нет новых потребителей. Все потребители старых решений ушли со старого рынка, переключившись на новый продукт. Продукт стандартизирован и кастомизирован. Бизнес введут в своем большинстве могучие компании третьего уровня или владельцы дилерских (дистрибьюторских) сетей.

Рис. 3.5. «Продукт — рынок — компании», четвертый уровень рынка

Пятый этап рынка

Рождаются новые рынки с новым продуктом. Потребители начинают уходить. Возникают ниши, в которых начинают работать или новые энтузиасты, или новые дочки гигантских глобальных компаний. Сети переходят на новые продукты, сохраняя свою монополию на канал распространения.

Рис. 3.6. «Продукт — рынок — компании», четвертый уровень рынка

Примерно так происходит движение всех элементов рынка и сопровождающих ее участников канала распространения.

Это также означает, что остальные состояния будут маловероятны, или будут существовать лишь в умах романтически настроенных менеджеров. Как только речь зайдет о финансовой отчетности, иллюзии быстро пойдут на убыль.

Рассмотрим пример.

Как следует из приведенного обзора, существует определенное сбалансированное сочетание между продуктами, компаниями и потребителями (рынками). При стремлении компаний к собственному ИКР или, говоря языком бизнеса — реализации собственных интересов, существуют некоторые уравновешивающие силы, создающие баланс на рынках. Успешные компании должны согласовать свои ИКР с таким целевым аттрактором. Только в этом случае продукту инжиниринговой компании удастся преодолеть большинство барьеров и быть успешным продуктом.

3. 6. Ресурсы в инжиниринговых задачах

Как можно было видеть, инжиниринговые задачи отличаются комплексностью и многоуровневостью. Решение ищется на уровне потребителей, рынка, компаний и продукта. Их окружает рыночная среда, включающая политические, экономические, технологические и социальные системы, сами потребности имеют структуру, например, по Маслоу, а инжиниринговые продукты в значительной степени отвечают требованиям развития технических систем.

В этом плане можно рассмотреть и поля сил, действующие на потребность, и законы, обуславливающие работу указанных систем. Так, известно, что новые банковские продукты, например лизинг оборудования, способен увеличить продажи и повысить надежность обслуживания арматуры, за счет снижения поставок"серой"арматуры, а специализация лизинга под встроенные устройства — такие, как трубопроводная арматура — способны, в свою очередь, расширить сферу применения лизинговых услуг. Такое взаимодействие банков и поставщиков трубопроводной арматуры способно придать новое качество продукту для потребителя и обеспечить рост его продаж.

Экономические, географические, законодательные эффекты, регулирующие акты Ростехнадзора, связанные с промышленной продукцией, также, или способствуют, или ограничивают потребность и сферу распространения различных типов инжиниринговых продуктов.

Поиск достижений подсистем, своевременное отыскание ноу-хау и их коммерциализация, умение применить в своем оборудовании или проектах во многом будет способствовать конкурентоспособности решений. Инструментом здесь является бенчмаркинг и применение наилучших доступных технологий (НДТ).

Выделение ресурсов на каждом уровне в триаде"Продукт — Компания — Рынок (Потребитель)"позволит глубже увидеть рождение потребности, возможности ее удовлетворения инновационным инжиниринговым продуктом и особенности влияния рынка. Так или иначе, можно предсказать принятие или непринятие инжинирингового продукта рынком. В первом случае — это взрывной рост продаж, а во втором это будет один из многих неудавшихся проектов.

3. 7. Приемы устранения противоречий в технических и бизнес-системах

Неоднократно было показано, что переход к обобщению противоречий, использование вепольного (элепольного по терминологии М. С. Рубина) анализа обобщенных систем позволяет применять к маркетингу и бизнесу найденные при анализе технических систем способы разрешения противоречий. В этом плане разработанная система разрешения противоречий в маркетинговых и бизнес-системах будет способна стать серьезным подспорьем в решении инжиниринговых задач. (Подробности мы обсудим в соответствующих разделах).

3. 8. Определение технической возможности решения

На этапе определения технической возможности решения в большей степени необходимо понять возможности применения решения в условиях конкретного заказчика или производства. Многие инжиниринговые решения не достигали цели, поскольку решение задачи опережало этап развития клиента или инвестиционные возможности клиента находились на низком уровне в связи с отсутствием рынка или неблагоприятной конъюнктурой.

Важным становится механизм оценки привлекательности потенциального инжинирингового решения, исходя из финансовых предпосылок и оценки рынка. Так, для приобретения современного оборудования используется простой способ расчета инвестиционных возможностей клиента, основанный на оценке уровня амортизационных отчислений. Зная оборот, уровень стоимости основных фондов и выделяя свой тип оборудования в общей сумме, можно предположить, что 10% отчислений амортизационных средств примерно будут равны инвестиционным возможностям клиента для модернизационных проектов. Условием здесь выступает то, что клиент использует собственные накопления и средства.

В случае, если собственных средств потенциального клиента или амортизационных отчислений недостаточно, сразу возникают задачи по расширению массовости продукта или снижению его стоимости до возможностей по приобретению со стороны наиболее финансово состоятельной или массовой доли клиентов, а также и другие задачи, например, связанные с повышением агрессивности маркетинга.

Выбор правильного технического решения, который можно было бы осуществить в рамках решения инжиниринговой задачи, будет основываться также на патентом поиске, анализе стартапов, анализе достижений подсистем и возможности использования других полезных ресурсов. При этом постоянно должна проводиться оценка решений на состоятельность. Не должно быть фантазий, решений вообще, наличия только предположений и пр.

3.9. Анализ и оценка решений

Анализ решений на способность к достижению ИКР и удовлетворению потребности потребителя проводится в основном так же, как и в других версиях решения инженерных проблем. Дополнительно можно указать, что необходимо выявлять невидные вначале противоречия в подсистемах, системе, ее окружении и надсистеме при возможном внедрении.

При этом возможно, что проявленные противоречия и необходимость доведения решения до полноценной новой технической системы, обеспечивающей ее полное и быстрое внедрение, потребует разрешения противоречий, возникающих между новой системой, даже идеально решающей противоречия, и устаревшим окружением системы.

3.10. Рекомендации по применению алгоритма

На основании выявленных решений обобщается ход решения инжиниринговой задачи и готовятся рекомендации по применению алгоритма на каждом из этапов решения инжиниринговых задач.

3.11. Чем отличается АРИнЗ от АРИЗ и АРИП

Почему должна существовать разница по сравнению с АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач) и АРИП (алгоритм решения инженерных проблем)? Ответ мы находим у Г. И. Иванова, основателя АРИП:"Каждый класс задач требует использования своих алгоритмов". Однако общие черты сохраняются. Так, из общих понятий в АРИЗ, АРИП и АРИнЗ используются понятия: системность, системный анализ задачи, идеальный конечный результат, ресурсы и порядок их использования, противоречие и единство противоречий, их выявление и формулирование, разрешение противоречий и применение информационных фондов.

В тоже время инжиниринговые задачи опираются на уже имеющиеся достижения или решения, близкие к коммерциализации, и, фактически, в них используются решения, уже нашедшие в большой степени разрешение физических противоречий.

В связи с этим можно утверждать, что в основном в решении инжиниринговых задач используются уже готовые или почти готовые подсистемы, которые заново формируют систему и преображают эффективность ее действия или компонуют инновационную техническую систему. Поэтому такие понятия как оперативная зона, оперативное время, узко понимаемые вещественно-полевые ресурсы используются мало, как и применение физических, химических и др. эффектов, направленных на решение узких и слишком специализированных задач.

Нам также важно увидеть, что понятие"потребность"сильно отличается от понятия"конкретной задачи". В понятии"потребность"заложены такие обязательные элементы как необходимость, техническая возможность, постоянство потребности, иначе нет возможности реализовать ее в обеспеченных финансовыми инвестициями технических разработках в обозримой перспективе.

В качестве своих ресурсов инжиниринг опирается на технические возможности предприятия, разрабатывающего инжиниринговую проблему. Поскольку деятельность предприятия должна быть коммерчески выгодна акционерам, то, в свою очередь, она может опираться на серийность или спрос, чтобы разработать техническое решение было выгодно и коммерчески состоятельно. Эти ограничения приводят к необходимости выделения нового класса задач — инжиниринговых.

В инжиниринговых задачах более выражена потребность в использования своего оборудования — большинство инжиниринговых компаний, как правило, отталкиваются от нее. Выделив свои способности, удается и лучше удовлетворять потребности клиентов, т.к. больше добавленная стоимость или ниже цена.

На основе анализа своих ресурсов и способностей проводится поиск новых потребностей клиентов в оборудовании, материалах и пр., производимом инжиниринговой компанией.

Для понимания потребностей клиентов проводится анализ уровня развития техники и соответствие уровню эволюции по ЗРТС, выделение следующего уровня по отношению к существующим сегодня конкурирующим решениям. В свою очередь, это предполагает умение находить конкурирующие решения, определять основные потребительские противоречия, определять состояние комплектующей техники, материалов и пр.

Все компоненты анализа, объединенные вместе, должны позволить находить актуальные практические задачи, которые должны быть поставлены перед клиентами инжиниринговых компаний их собственными потребителями. Отталкиваясь от их потребностей в создании коммерческих продуктов, должны предлагаться и новые решения, лучше, чем у конкурентов.

Ориентируясь на высказанные положения, можно дать основные отличия от наиболее близкой к новому алгоритму АРИП Г. Иванова, см. табл. 3.2.

Табл. 3.2. Основные отличия АРИнЗ от АРИП

Как и в АРИП, решаемыми проблемами в АРИнЗ могут быть проблемы производственно-технологические, конструкторские, измерительные и аварийные. Научно-исследовательские задачи в инжиниринговой практике обычно решаются на предварительном этапе до представления их клиенту или объем их должен быть незначителен. В противном случае коммерциализация решения будет невозможна или отложена на длительный срок.

Однако есть и существенные отличия. Они в основном связаны с тем, имеет ли инжиниринговая компания инструменты, технологии, оборудование и ноу-хау для решения задачи. Если нет, то решение находит потребитель, либо самостоятельно, либо использует технические решения-заменители. Понятно, что в этом случае в инжиниринговых услугах никто не нуждается.

3.12. Ограничения АРИнЗ

Часто решения задач, полученные при применении АРИнЗ, отличаются от тех, которые могли бы быть получены при решении по АРИЗ. Как мы видели, это связано с теми ограничениями, которые накладываются возможностями компании, потребителями и рынком в целом.

Однако, получаемые методом АРИнЗ решения также часто более жизнеспособны, поскольку отражают согласованное между всеми тремя элементами триады"Продукт — Компания — Потребитель (Рынок)"общее состояние системы, что в свою очередь способствует успешному внедрению и вхождению инжинирингового продукта на рынок.