Инноватика

Глава 10. Методы разработки нововведений

качественно новых идей в доброжелательной атмосфере. Большая роль отводится «диспетчеру мозговой атаки» – специалисту, который должен иметь гибкий план управления спонтанным процессом генерации идей, а также своим остроумием и дружелюбием стимулировать возникновение повышенного творческого уровня и поддерживать его.

Вторая фаза метода «мозговой атаки» сводится к анализу высказанных идей, зафиксированных в протоколе «мозговой атаки», которую осуществляют не в группе «генераторов идей», а в группе системных аналитиков, которые должны быть готовы к преобразованию неожиданных, а иногда научно-фантастических идей в реальные технические предложения по созданию различных устройств и способов.

Метод «мозговой атаки» может использоваться в сочетании с методами аналогий, ассоциаций, эмпатии, морфологического анализа, эвристики и другими методами решения творческих задач. В этом случае такой комбинированный подход к решению творческой задачи

нередко называют методом синектики.

Синектика – это вариант творческого комбинирования методов «мозговой атаки» и метода аналогии для целенаправленного использования в процессе поиска новых идей по созданию технологий, устройств или способов. Эффективность найденных решений достигается за счет последовательного абстрагирования и отхода от решаемой проблемы путем получения ее новых образов в процессе формулирования символической аналогии. На первом этапе обычно проводится двойная, массовая или обратная «мозговая атака», после чего следуют процедуры систематического отчуждения от проблемы путем последовательного проведения аналогий (прямой аналогии, личной аналогии или эмпатии, фантастической аналогии, символической аналогии). Возврат к научно-технической проблеме и формулировка окончательного технического решения осуществляется после проведения прямой аналогии с техническим решением, которое было сформулировано на основе одной или нескольких мысленных аналогий. Этот метод относится к труднодоступным для лиц с недостаточно развитым творческим воображением.

241

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

Опыт тысячелетий по использованию эвристических методов в настоящее время дополнили методы математического моделирования

и оптимизации решения задач проектирования.

Методы математического моделирования в инноватике. Эти методы предполагают использование для решения творческих задач специальных математических соотношений, которые называют математическими моделями. К основным типам математических моделей относят:

−аналитические модели, которые устанавливают функциональные или структурные соотношения (например, соотношения, полученные с помощью математической логики, уравнения регрессии, полиномы различной степени, ряды Тейлора, сетевые, циклические и другие графы, сети Петри, искусственные нейронные сети и другие математические соотношения);

−имитационные модели, которые воспроизводят поведение исследуемой организационной системы в динамике (во времени);

−комбинированные математические модели, которые учиты-

вают структурные и функциональные соотношения.

Этот метод предоставляет возможность осуществления как структурной оптимизации проектных решений, например, с помощью сетевых графов, граф-деревьев, граф-циклов, так и параметрической оптимизации технологий, способов или устройств. Математическое моделирование дает возможность осуществления не только аналитического, но и имитационного моделирования.

Схему поиска оптимальных, эффективных или рациональных решений при использовании математического моделирования, можно представить с помощью рис. 10.1.

Внижеследующих главах методам математического моделирования в инноватике уделено достаточно много внимания, поэтому в данном пункте они подробно не рассмотрены.

Внаучной литературе8 разработаны и другие методы технического творчества: «верстак изобретателя»; «изобретающая машина»; метод «матриц открытия»; «десятичные матрицы поиска»; ком-

8 Технологии	и средства развития творческих способностей специалистов / Под ред.
В. А. Грачева.	М.: ЭДКД. 2002. 221 с.

242

	Глава 10. Методы разработки нововведений
плексные методы поиска новых технических решений; специальные
методы (Коллера, Исикавы, Мюллера, Пойа, Мэтчетта, Штейнбарта,
Крика, Кунце, Байтцу, Фанге, Диксона, Гуда, Макола и др.).
Задание (i-1) уровня		корректировка задания
Моделирование		i-й уровень
структуры
		цикл структур-
		ной оптимизации
Построение
функциональной
модели
Расчёт
показателей
Анализ		Изменение
показателей		показателей
	цикл парамет-
	рической опти-
	мизации
выполнение		решение
условий	нет
да
Оформление
документации
переход на (i+1) уровень

Рис. 10.1. Принципиальная схема процесса математического моделирования развития технической системы

10.3. Метод поискового конструирования нововведений

Метод разработан профессором Р. Коллером и его учениками (ФРГ) в 1975 г. и предназначен для синтеза технических систем на новых принципах действия. В основе метода лежат три

243

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

составляющие:

a)анализ функций технических систем и их элементов;

b)систематизированный фонд физических эффектов;

c)программа поиска новых физических принципов действия

объекта и реализующих их технических решений.

Исходя из того, что любая техническая система характеризуется наличием в ней организованных потоков энергии, вещества или информации, все эти системы Р. Коллер условно делит на три класса:

−машины, осуществляющие преобразование энергии;

−аппараты, осуществляющие преобразование веществ;

−приборы, осуществляющие преобразование (переработку) информации.

Всовременных технических системах одновременно могут присутствовать все названные преобразования потоков.

Метод Р. Коллера предназначен для систематизированного поиска принципиально новых решений в условиях поискового конструирования, в этой связи метод Р. Коллера иногда называют «теорией конструирования на основе преобразования потоков».

Целью метода является синтез принципиально новых технических систем. Эвристической основой метода является абстрагирование от реальной конструкции технической системы путем построения функциональной схемы, которая позволяет изменить принципиальные решения о техническом исполнении функциональных блоков системы.

Основные положения метода Р. Коллера сводятся к следующему. Все изменения в технической системе Р. Коллер связывает только с изменением свойств и состояний названных выше трех потоков в технической системе, которые осуществляют машины (преобразуют потоки энергии), аппараты (преобразуют потоки вещества) и приборы (преобразуют потоки информации). Для каждой функции, выполняемой с этими потоками, Р. Коллер установил подфункции или элементарные операции. Например, элементарная функция «преобразование», допустим, электрической энергии в тепловую. Другой пример – « разъединение», допустим, смеси жидкостей разной плотности. Каждая элементарная функция может быть реализована с помощью одного или нескольких физических эффектов, у которых наименования физических величин на входе и выходе совпадают с наименованиями физических величин на входе и

244

Глава 10. Методы разработки нововведений

выходе элементарной функции. Выбор носителей физических эффектов можно осуществлять по справочникам, например, веществ или материалов, если исследуют материальный поток.

В ходе осуществления метода разработка новых технических систем предусматривает три стадии: постановки задачи, выбора физических эффектов и конструирования. Наглядной основой метода является построение схемы реализации функций, с помощью которой комбинируют и синтезируют различные структуры выполнения функций, после чего выполняют конструирование элементов и компоновку всей технической системы.

Постановка задачи включает формулирование цели, условий и ограничений, построение функциональной структуры технической системы (что соответствует составлению технического задания). Описав цель разработки и создания технической системы, формулируют общую (главную) функцию разрабатываемой системы, которая должна содержать указание «входа» и «выхода» в системе, т.е. описание преобразования входных физических величин в выходные физические величины, благодаря чему происходит реализация поставленной цели. Общую (главную) функцию рекомендуется изображать графически в виде черного ящика, имеющего «вход» и «выход». Затем составляется список основных требований к технической системе с учетом пожеланий потребителей, включающий наиболее важные и принципиальные условия и ограничения выполнения общей (главной) функции.

После этого приступают к построению структуры элементарных функций, соответствующих основным операциям. В любой сложной системе можно выделить функциональные узлы, в соответствии с чем общая функция может быть разделена на подфункции 1-го уровня. Аналогично найденные подфункции 1-го уровня могут быть разбиты на подфункции 2-го уровня и т.д. Разбивка функций на подфункции более низкого уровня осуществляется до тех пор, пока они не будут соответствовать элементарным (неделимым) функциям. Каждая из неделимых (элементарных) функций должна соответствовать какойлибо основной операции, для чего полученные функции сопоставляются со списком основных операций.

Введение понятия «основная операция» (под которой понимают сам процесс преобразования в отрыве от параметров на входе и выходе, т.е. от того, что преобразуется) представляет собой более

245

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

высокий уровень абстрагирования и обобщения по сравнению с понятием «функция». Р. Коллер утверждает, что все функциональное многообразие технических систем сводится к 12 парам противоположных основных операций.

При построении структуры элементарных функций анализируют несколько технических систем с наиболее близкими общими функциями, поэтому может быть получено несколько вариантов структур элементарных функций. Путем перестановки основных операций, используя известные алгебраические (сложение, вычитание, умножение, деление и т. д.) и логические («и», «или», «не») действия, получают альтернативные структуры, отсеивая недопустимые структуры, противоречащие основным законам природы. Далее отбирают те структуры, которые существенно отличаются друг от друга.

После разработки структуры элементарных функций осуществляют ее реализацию с помощью подбора одного или нескольких физических эффектов и их носителей, у которых наименования физических величин совпадают с наименованиями физических величин на входе и выходе элементарной функции соответственно. Поиск физических эффектов производится с помощью указателя физических эффектов для соответствующей пары противоположных основных операций. При выборе физических эффектов Р. Коллер рекомендует рассматривать возможно большее число вариантов физических идей для реализации каждой элементарной функции и каждой основной операции. Особое внимание при этом следует обращать на реализацию двух или более элементарных функций одним физическим эффектом. Все возможные реализации структур элементарных функций с помощью различных физических эффектов сводят в структуры таких эффектов. Каждая структура еще называется физическим принципом действия технической системы. Затем на основании анализа принципов действия осуществляется выбор наиболее перспективных физических принципов действия для последующей проработки. Для этого может быть использован морфологический анализ. Выбор носителей физических эффектов осуществляют с помощью справочников по веществам и материалам. После выбора материалов проводится конструкторская проработка. Разработка конструкторской

246

Глава 10. Методы разработки нововведений

документации заключается в подготовке технического и рабочего проекта (количественное конструирование).

Таким образом, предложенная Р. Коллером последовательность операций позволяет перейти от постановки задачи к ее принципиальному решению на различных этапах и стадиях инновационного проектирования.

К достоинствам метода можно отнести наглядность и удачную организацию фонда физических эффектов, удобную для поиска нового принципа действия технической системы.

***

Пример реализации метода поискового конструирования Р. Коллера для потоковой функциональной структуры насоса с регулируемой производительностью и приводом от электродвигателя изображен на рис. 10.2, где на схеме а дана последовательность элементарных функций, реализуемых операциями Р. Коллера над потоками, на схеме б показана возможная реализация элементарных операций потоковой функциональной структуры техническими устройствами (датчик давления, электрический выключатель, регулятор напряжения, электродвигатель, насос).

Каждый из названных компонентов может иметь разные варианты своей реализации. Например, насос как устройство для напорного перемещения, всасывания и нагнетания в данном случае жидкости в результате сообщения ей дополнительной кинетической или потенциальной энергии может быть центробежным, поршневым, роторным, аксиальным, струйным, магнитогидродинамическим и т.п. устройством. Функциональная потоковая структура позволяет провести первичный анализ потоков вещества, энергии и информации, определить возможные реализации элементарных операций, наметить возможные модификации функциональной потоковой структуры и осуществить первичный отбор рациональных функциональных потоковых структур для дальнейшего проектирования.

Вместе с тем следует отметить и недостатки метода Коллера:

−неоднозначность синтеза функциональной структуры;

−для большинства «основных операций» нет указателей физических эффектов, отсутствуют также указатели химических, геометрических и биологических эффектов;

−большая многовариантность решения проектных задач;

−возможности действий, которые зависят от субъективных факторов;

−отсутствие критериев для выбора наилучших вариантов среди множества возможных; метод функционального моделирования технической системы Р. Коллера, кроме того, не предусматривает способов выбора наилучших вариантов из множества возможных.

247

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

GD GBC

GA1 l. GA2		GA1 > GA2		GA → GB

а GB+ GC>GBC

датчик

давления

электрический		регулятор		электро-
выключатель		напряжения		двигатель

насос

Электроэнергия

Жидкость

б

Рис.10.2. Пример реализации элементарных операций Коллера для насоса: сплошные линии, на входе – поток электрической энергии, поток – вещества (жидкости), а на выходе – поток информации (штриховые линии)

10.4. Метод анализа конкурентных преимуществ нововведений

Рассмотренные выше методы технического творчества позволяют найти варианты технических предложений, направленных на повышение качества продукции. Вместе с тем они не всегда позволяют ответить на еще более важный вопрос о конкурентоспособности разрабатываемого изделия – главного критерия всей

248

Глава 10. Методы разработки нововведений

инновационной деятельности при разработке нового товара (изделия, продуктовой инновации).

Оценку конкурентоспособности продукции в инновационных проектах чаще всего осуществляют не только по оригинальности или инновационности, но и по соотношению качества и цены, при этом на этапе проектирования необходимо обеспечить максимальное улучшение показателей качества с одновременной минимизацией цены и затрат. Для расчета или обоснования такого соотношения нередко разрабатывают «причинно-следственные» диаграммы Исикавы («рыбий скелет», рис. 10.3), которые используют для структуризации проблемы и определения основных направлений повышения конкурентоспособности товаров (изделий, продуктовых инноваций) уже на стадии инновационного проектирования.

Качество сервиса товара у		Качество товара
потребителя

Повышение

конкурентоспособности

товара

Затраты на эксплуатацию		Цена товара
товара

– факторы, которые влияют на критерий конкурентоспособности

Рис. 10.3. Причинно-следственная диаграмма Исикавы для оценки уровня конкурентоспособности изделия

Качество продукции (товара или услуги) понимают как свойство (способность) удовлетворения потребностей или ожиданий потребителей. Для обеспечения конкурентоспособности продукции на стадии ее проектирования в первую очередь анализируют показатели качества и технического уровня изделия – это показатели назначения, надежности и долговечности, эргономических свойств, технологичности и т.п. Анализ показателей назначения относится к

249

Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ

исследованию номенклатуры критериев по каждому виду изделий в отдельности. В зависимости от назначения изделия – это параметры производительности, мощности, скорости для машин или калорийности, если речь идет о продуктах питания, и многие другие. Они обычно характеризуют полезный результат или работу, которую можно совершить с помощью данной продукции.

Качество как экономическая категория связано с понятиями «потребительная стоимость», «полезность», «удовлетворение потребностей». Отсюда мерой полезности продукта следует считать качество, которое предопределяет достижение такого уровня потребительских свойств, которое обеспечивает удовлетворение потребностей при наиболее производительном использовании имеющихся в распоряжении организации материальных, трудовых и финансовых ресурсов.

Вместе с тем качество изделия или товара не сводится только к показателям назначения или долговечности изделия. Потребительские свойства качества товара более многогранны. В частности, они предполагают оценку эргономики, учет экологических требований, анализ результатов художественного конструирования. Анализ эргономических свойств предполагает оценку антропометрических данных, обеспечивающих безопасность, ремонтопригодность и удобство обслуживания. Общие задачи эргономики предполагают также рациональное разделение функций между машиной и оператором, выработку принципов создания системы

«человек-машина-среда». Более подробному исследованию и анализу эргономических свойств служит соматография (анализ рабочих поз,

рабочих движений и пропорций человеческого тела). Высокому качеству изделия способствует его проектирование с учетом оценок биомеханических и физиолого-гигиенических требований к товару, анализ композиции изделия, его эстетического уровня, оценки цветового и художественного оформления.

Названные и другие критерии качества и технического уровня изделия также предопределяют его конкурентоспособность согласно диаграмме Исикавы. Лучшие разработки форм изделий регистрируются и охраняются государством в качестве промышленных образцов. Подлежат правовой охране также товарные знаки и знаки обслуживания.

250