Основы инженерного творчества



страница6/9
Дата28.06.2015
Размер1,48 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

5. Методы направленного поиска


5.1. Функционально-стоимостный анализ

Функционально-стоимостный анализ (ФСА) является одним из действенных методов повышения качества и уровня выпускаемой техники, снижения затрат на создание и эксплуатацию изделий.

С точки зрения ФСА все затраты на изготовление продукции могут быть разделены на две основные группы:


  • полезные, необходимые для выполнения изделием и его составными частями их функционального назначе­ния;

  • бесполезные, излишние, вызванные несовершен­ством конструкции, неправильным выбором материала и технологии, недостатками в организации производст­ва.

Бесполезные затраты представляют собой явные или завуалированные потери ресурсов. Чем их больше, тем выше стоимость и ниже качество, надежность, эконо­мичность изделия, а значит, ниже и его полезность, пот­ребительная стоимость.

Цель ФСА заключается в том, чтобы рекомендовать конкретные пути улучшения конструкции изделия, технологии его изготовления, организации производства и эксплуатации за счет выявления новых возможно­стей и ликвидации причин возникновения излишних за­трат.

ФСА в целом относит­ся к группе методов технико-экономического анализа. В зависимости от назначения ФСА создаются его модифи­кации. Начало методу положила выполненная в 50-х годах прошлого века работа конструктора Пермского телефонного завода Ю. М Соболева. Анализируя выявленные недостатки продукции завода, он пришел к мысли, что для их уст­ранения необходимы систематический анализ и поэле­ментная отработка конструктивных решений. То есть нужно рассматривать каждый элемент детали или изде­лия отдельно: материал, размер, допуск, чистоту, класс точности обработки и т. п. В зависимости от функцио­нального назначения исследуемый элемент Ю. М. Собо­лев предложил относить к одной из двух групп – ос­новной или вспомогательной.

От элементов основной группы зависят качество кон­струкции, надежность функционирования объекта, по­этому на них должно быть обращено особое внимание. Элементы вспомогательной гру-ппы играют второстепен­ную роль, и высокие требования к ним не всегда обяза­тельны. Даже столь простой на первый взгляд поэле­ментный анализ позволяет сразу выявить и устранить излишние, неоправданные затраты, в первую очередь во вспомогательной группе.

Применив свой метод на отработке узла крепления микротелефона, Ю. М. Со­болев добился: сокращения перечня применяемых деталей на 70 %, уменьшения расхода материалов на 42 %, снижения трудоемкости на 69 %. В результате себестоимость узла уменьшилась в 1,7 раза.

В 1948–1952 гг. статьи о методе Ю. М. Соболева публиковались в центральной печати. В 1949 г. Ю. М. Соболев зарегистрировал изобретение, в основе которого лежал предложенный им метод поэлементного эконо­мического анализа.

Метод Ю. М. Соболева, получивший название метода экономического анализа и поэлементной отработки конструкторских решений, направленный на системный поиск более экономичных способов изготовления изде­лий уже существующей конструкции, хотя и вызвал ин­терес у специалистов, но долгое время недооценивался. В 50-х гг. его использовали лишь на нескольких предприятиях.

Примерно в то же время американские инженеры фирмы «Дженерал электрик» во главе с Л. Майлзом создали свой подобный метод. В основу они положили исследование комплекса функций, обязательных для изделия. Анализируемая конструкция оценивалась как один из многих возможных, альтернативных вариантов, способных выполнить требуемые функции. Уточним, под функцией понимается способ действия системы при взаи­модействии с внешней средой. Одно из возможных крат­ких определений функции – способность к действию. Представление изделия не в конкретной (предметной), а в функциональной форме позволяет инженеру значи­тельно шире, творчески подойти к совершенствованию объекта ФСА. Предложенный Майлзом инженерно-стои­мостный анализ – так в США вначале был назван ме­тод, направлен на снижение издержек производства, создание максимально рациональных конструкций изделий. Однако первоначально метод не встретил в США широкой поддержки. Его сущность представлялась очень многим „азбукой конструирования", "азбучной истиной". И лишь практиче­ские примеры, подтвердившие его высокую реальную эф­фективность, привлекли к нему внимание специалистов, в первую очередь поставщиков, конкурентов и заказчиков компании – "Дженерал электрик". Первые 17 лет применения метода (1947–1964 гг.) позволили фирме "Дженерал электрик" в результате снижения издержек произ­водства сэкономить 200 млн. долларов. В период с 1965 по 1968 гг. каждый доллар, вложенный в программы ФСА, принес компании 25 долларов экономии. За сравнительно короткое время метод, оказавший­ся весьма результативным, получил распространение в ряде стран Запада.



Лишь в конце 60-х гг. идеи Ю. М. Соболева, объеди­ненные с зарубежным опытом, вылились в системный методфункционально-стоимостный анализ, включив­ший в себя и поэлементный анализ изделия, и технико-экономический анализ, как самого изделия, так и про­цесса его изготовления, и, что особенно важно, совре­менные методы поиска новых технических решений, способных придать изделию требуемые высокие каче­ства.

Методика ФСА предусматривает последовательное выполнение нескольких этапов работы. В полной мето­дике таких этапов семь:

  1. подготовительный,

  2. информаци­онный,

  3. аналитический,

  4. творческий,

  5. исследовательский,

  6. рекомендательный,

  7. внедренческий.

Но нередко часть этапов объединяют при проведении экспресс-ФСА. Вот краткое изложение содержания работ на каждом из эта­пов:

Подготовительный этап: выбирают объект, который надо подвергнуть анализу, определяют конкретную цель ФСА, затем формируют коллектив исполнителей, как правило, в форме временной творческой рабочей груп­пы. Завершается этап составлением детального плана проведения ФСА, графика работы группы, подго­товкой других документов.

Информационный этап: ведут поиск, сбор, система­тизацию, изучение информации о конструкции, техноло­гии изготовления, об эксплуатационных и экономических показателях как анализируемого объекта, так и его ана­логов. Составляются структурная схема объекта, табли­цы технических параметров и основных экономических показателей.

Аналитический этап: детально изучают свойства объекта анализа. Исследуют функции объекта (включая его узлы и детали) и выделяют среди них основные и вспомогательные, а среди последних — лишние. Сос­тавляют матрицу функций, таблицу диагностики недос­татков, перечень требований к объекту и другие рабо­чие документы. Формулируют задачи поиска идей, новых технических или организационных решений, призванных обеспечить достижение цели.

Творческий этап: генерируют идеи и предложения по совершенствованию объекта, устранению выявленных недостатков. Ведут поиск решений с использованием эф­фективных методов творчества.

Исследовательский этап считается продолжением творческого, так как здесь изучают, анализируют и про­веряют поступившие предложения и технические реше­ния, оформляют их в виде эскизов, схем, макетов.

Рекомендательный этап: подвергают экспертизе предложения и решения, а затем представляют на ут­верждение в комитет ФСА предприятия (организации). После утверждения они обретают статус официальных рекомендаций. Сроки реализации и ответственные ис­полнители устанавливаются планом-графиком внедре­ния.

Внедренческий этап: в соответствующих службах предприятия на основании плана-графика разрабатыва­ют техническую и другую документацию, осуществля­ют подготовку производства и реализуют запланиро­ванные работы. Завершающая процедура – составление отчета о результатах ФСА и акта внедрения.

Как видим, функционально-стоимостный анализ – работа многоплановая и нередко длительная, требую­щая напряженного коллективного творческого труда, на­личия глубоких знаний у его участников, высокого уров­ня организации работы. Анализ объектов средней и большой сложности обычно продолжается несколько ме­сяцев, нередко полгода и более. Но конечные результа­ты в случае реализации большинства дельных предло­жений, внесенных в процессе ФСА, как правило, весьма высоки, поэтому достигается большой экономический эффект.

Развитие применения ФСА имеет свою историю. Пер­воначально метод предназначался только для совершен­ствования выпускаемых изделий, повышения их техни­ко-экономических показателей. Но в дальнейшем ока­залось, что его с успехом можно использовать для совер­шенствования проектирования, технологии, организации производства, улучшения управления и планирования, упорядочения снабжения и др. Причем доказано, что применение ФСА дает гораздо больший эффект не при совершенствовании уже выпускаемой техники, а на эта­пах ее разработки. Не случайно возможности ФСА вы­соко оценены практически во всех развитых странах, где его активно используют.

Согласно информации, основанной на отчетах фирм и правительственных организаций, каждый доллар, вло­женный в ФСА (включая обучение специалистов), дает в США от 7 до 20 долларов прибыли. Применение ме­тода в ФРГ для серийно выпускаемой продукции при­носит шестикратную, а на стадии НИОКР – десятикрат­ную экономию.

Японские фирмы не скупятся на создание мощных подразделений, занимающихся только этим анализом. Так, в электротехнической компании «Хитачи» работают свыше 200 высококвалифицированных специалистов по ФСА.

Наша страна в 60–70-е гг. серьезно отстала с орга­низацией освоения и внедрения ФСА в народное хозяй­ство. Если бы своевремен­но было организовано широкомасштабное проведение анализа большинства изделий и технологий как в про­цессе их проектирования, так и на стадии производст­ва, то в значительной мере можно было избежать той ситуации, которая создалась с качеством выпускаемой продукции и неоправданно большими расходами ресур­сов.



5.2. Фундаментальный метод проектирования Мэтчетта (FDM)

Метод разработан Э. Мэтчеттом (Великобритания). Начиная с 1960 г. автор сам преподает этот метод в Бристоле (школа Мэтчетта). Основная цель метода – научить проектировщика понимать и контролировать свой образ мыслей и более точно соотносить его со всеми аспектами проектной ситуации. Для этого используют следующие приемы [3]:



  • применение "режимов мышления" (мышление стратегическими схемами, в параллельных плоскостях, с нескольких точек зрения, "образами", в основных элементах);

  • разработка языка, дающего возможность "мыслить о мышлении";

  • подавление критических способностей для выявления творческой фантазии;

  • самоконтроль и самонастройка на отдельных этапах процесса проектирования.

Делая основной упор на личный опыт, интуицию и мыслительные способности проектировщика, фундаментальный метод проектирования не предусматривает проведения научных исследований и испытаний для уменьшения неопределенности. В методе, однако, широко применяют информационный поиск. Он имеет следующие стадии:

  • проектирование (выявление и разрешение конфликтов в многомерных ситуациях) идет с учетом закономерностей исторического развития технологии, что позволяет получать прогрессивные идеи и конструкции умозрительным способом;

  • в ходе обучения методу практикуют подробное ознакомление с другими, более практичными и простыми методами проектирования.

В методе большое внимание уделяется также элементам рационального мышления (контрольные перечни вопросов, графическая интерпретация процесса поиска и мышления и др.). Э. Мэтчетт считает очень важным умение видеть процесс решения задачи как бы со стороны. При этом появляется возможность своевременно корректировать стратегию поиска. Основной педагогический принцип метода заключается в том, чтобы начинать с методов, которые уже освоены учащимися, а не навязывать им совершенно новый, в который они возможно никогда не поверят и откажутся при первых же признаках затруднений. Мэтчетт начинает обучение с того, что просит слушателей рассказать об их прошлом опыте в проведении проектных ра­бот. При этом просит учащегося изложить свой наиболее ха­рактерный метод решения какой-либо задачи и предложить пути его совершенствования. В беседе преподаватель помогает учащемуся выработать уверенность в целесообразности даль­нейшего развития тех идей, от которых он временно отказал­ся бы, если бы работал один.

При появлении у учащегося уверенности, что он четко понимает и контролирует свой образ мыслей, ему предлага­ется начать использовать некоторые «режимы мышления» фундаментального метода проектирования для достижения своих целей. В основе этого метода лежат два определения: хо­роший проект – это оптимальное решение, удовлетворяющее сумме истинных потребностей в конкретном комплексе об­стоятельств; проектирование – это выявление и разрешение конфликтов в многомерных ситуациях.

Для адаптации и контроля образа мышления к задачам проектирования автор предлагает использовать пять «режи­мов мышления»: стратегическими схемами; в параллельных плоскостях; с нескольких точек зрения, мышление «образа­ми» и мышление в основных элементах.

Мышление стратегическими схемами – это способность заранее выбирать стратегию: последовательность действий или мыслей проектировщика; способность сравнивать достиг­нутое с намеченным и способность разрабатывать стратегии для разработки новых стратегий.

Под мышлением в параллельных плоскостях понимается «отстраненное» наблюдение проектировщика за своими собст­венными мыслями и действиями, а также за мыслями и дейст­виями своих сотрудников в ходе выполнения проектных работ. Он должен уметь концентрировать внимание на своем образе мысли в процессе проектирования и трезво оценивать пра­вильность своих суждений или действий. Мэтчетт проводит сравнение с мышлением журналиста, берущего интервью, когда он одновременно участвует в беседе и направляет ее. В частности, проектировщик должен сознавать, в какой степени он направляет работу своих сотрудников и в какой они направляют его работу; он должен также уметь сосредоточивать внимание на своем образе мышления в процессе проектирования.



Процесс мышления с нескольких точек зрения аналогичен мышлению в параллельных плоскостях, но направлен на реше­ние задачи проектирования, а не на процесс ее выявления. По сути, это определение целей через функции изделия, т. е. спо­собность изделия обеспечивать определенное действие.

Мышление «образами» заключается в том, чтобы мысленно представить себе или вычертить геометрические схемы, позволяю­щие проектировщику срав­нить контрольные перечни фундаментального метода проектирования с формами его собственного опыта и мышления. Рисунки, с помощью которых Мэтчетт и его ученики иллюстри­руют этот режим мышления, напоминают карты астрологов (рис. 4). Мэтчетт называет их «синтетическими архетипами», имея в виду, что речь идет о чем-то, что управляет ассоциациями между отдельными мыслями. Основное назначение мышления «образами», заключается в том, чтобы дать проектировщику запоминающийся образ взаимосвязей между задачей проектирования, процессом проектирования и решением.

При мышлении в основных элементах простыми, понят­ными словами обозначают несложный ход размышлений или действий, возникающих в процессе решения любой задачи, – варианты решений, суждений, стратегий, тактик, отноше­ний, понятий, препятствий. Выдаются рекомендации проек­тировщикам – жестко не придерживаться предложенных ва­риантов, а самим решить, когда использовать тот или иной этап. Главное состоит в том, чтобы проектировщики могли из­менить структуру своего опыта и мышления в соответствии с существующими особенностями и многофакторностью про­ектной ситуации.

Контрольные перечни метода Мэтчетта представляют собой усложнение обычных в анализе трудовых операций вопросов: «что?», «почему?», «когда?» и т. д.

Мэтчетт подчеркивает, что его метод надо применять не для слепого поиска, а для выявления существенных характе­ристик изучаемого объекта и для устранения из проекта не­нужных элементов.



Рис. 4. Концептуальная схема процесса проектирования Дж. Формен (1967 г.)

Как отмечает Дж. К. Джонс [3], фундаментальный метод про­ектирования – не столько метод проектирования, сколько сред­ство вырабатывания и регулирования стратегий проектирова­ния.

Об успехе применения этого метода говорит тот факт, что многие крупные английские фирмы в течение многих лет суб­сидируют проводимые Мэтчеттом курсы.

Курс фундаментального метода проектирования занимает три недели и требует от учащихся полной отдачи времени и внимания вплоть до позднего вечера. Сомнительно, чтобы основные пре­имущества, приписываемые фундаментальному методу проектирования, мож­но было получить без столь полной самоотдачи этому предмету. Однако те части курса, которые поддаются объективному описанию, т. е. те, что изло­жены здесь, по-видимому, представляют ценность и могут быть применены без интенсивного обучения. При попытках скопировать те стороны обучения фундаментальному методу проектирования, которые требуют глубокой интро­спекции, может возникнуть угроза психическому состоянию. Эта угроза будет намного слабее, если каждый участник работ по этому методу будет пользоваться полной свободой в любое время «выйти из игры» без каких-либо объяснений.

Метчетт утверждает, что его метод увеличивает свободу лич­ности, усиливает в ней самоуважение, при этом не отрицает, что от обучающегося требуется большое эмоциональное на­пряжение, которое, в принципе, может быть в любой момент прекращено.

По ряду причин фундаментальный метод проектирования не удается усвоить в полном объеме без помощи его автора, но отдельные его части могут представлять интерес для инженеров, занимающихся разработкой и конструированием технических систем разных уровней.

5.3. Теория решения изобретательских задач

5.3.1. Основные положения ТРИЗ

Н. Т. Петрович и В. М. Цуриков в своей книге [9] рассказывают об одном интересном эксперименте. На первом занятии по теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) в Минском радиотехническом институте аспирантам, студентам, научным сотрудникам дается два часа для решения одной, заведомо трудной задачи любым методом. Через два часа выясняется, что контрольного ответа нет ни в одной работе. После изучения неалгоритмических мето­дов проводится мозговой штурм – ответ не получается. И только после изучения курса ТРИЗ слушатели решают заданную задачу с точным выходом на ответ. Подобный эксперимент прово­дился для многих задач с тем же исходом – лучше всего сложные изобретательские задачи решаются с исполь­зованием ТРИЗ.

Работа по созданию теории изобретательства началась около шестидесяти лет назад, основы ее, призванной навести мосты между фундаментальными науками и техникой, заложил инженер и писатель из Баку Г. С. Альтшуллер (писатель­ский псевдоним Генрих Альтов).

Основное положение ТРИЗ гласит: технические системы развиваются по определенным законам, которые могут быть выявлены и использованы для сознательного решения изобретательских задач, без случайного

блуждания и бессмысленных проб. Незнание законов развития техники подчас обходится обществу очень дорого: тра­тятся средства, материалы, энергия и высококвалифици­рованный труд на разработку проектов машин, обречен­ных на вымирание еще до рождения. А этого можно было бы избежать еще на начальном этапе работы, прове­рив, соответствует ли идея машины основным законам техники. Например, слепое использование аналогий поро­дило в свое время «ногастый» паровоз, автор которого копировал лошадь, в 1787 году был разработан «весластый» пароход с очень сложной и практически неработо­способной системой преобразования вращения вала паро­вой машины в движения, подобные взмахам гребца.

Но знания законов развития техники для решения за­дач мало; кроме знания, нужно умение. Именно соединение знания с умением рождает мастерство. Поэтому в ТРИЗ разработана специальная программа пошагового решения задачи – это алгоритм решения изобретатель­ских задач (АРИЗ). При работе с АРИЗом по определен­ным правилам находят идеальный конечный результат (ИКР) для данной задачи, выявляют техническое и фи­зическое противоречия и устраняют их применением спе­циальных переходов с использованием указателей различ­ного рода эффектов.



АРИЗ – это алгоритм, которым пользуется человек, а не машина, поэтому он включает специальные операто­ры по управлению психологией с целью снятия инерции мышления.

Минимальная техническая система, состоящая из двух веществ и поля, получила в ТРИЗ название веполе от слов «вещество» и «поле». Разработан язык вепольных преобразований, знание которых позволяет формально ис­пользовать законы техники для синтеза новых технических систем.

В последние годы интенсивно развиваются стандарты на решение изобретательских задач (не путать с ГОСТами). Стандарты гарантируют высокий уровень ре­шения, при этом нет необходимости в использовании АРИЗа.

Теории решения изобретательских задач обучают в школах изобретательства, институтах, ее можно освоить самостоятельно, изучая соответствующую литературу.

Теория изобретательства давно показала свою эффективность, она может быть освоена любым человеком, кто стремится создавать новое в науке и технике.

5.3.2. Закономерности развития технических систем

5.3.2.1. Технические системы

Техническая система (ТС) – совокупность упорядоченно взаимо-действующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения определённых полезных функций.

ТС обычно состоит из составляющих частей, которые называются подсистемами. В свою очередь ТС входит в качестве составляющей части в надсистему. Например, для ТС электродвигатель надсистема будет привод, станок, а подсистема статор, ротор и т. д.

Любая ТС создаётся для выполнения полезных функций. Причем можно выявить главную полезную функцию (ГПФ) и, возможно, второстепенные.

За реализацию полезных функций необходимо расплачиваться различными затратами на создание, эксплуатацию и утилизацию отходов ТС (факторы расплаты).

В ТРИЗ развитие ТС понимается как процесс увеличения степени идеальности (И), который определяется как отношение суммы выполняемых системой полезных функций (Фп) к сумме факторов расплаты (Фр):

И =

Когда говорят об изобре-тателе, то часто употребляют сочетание " талантливое мышление". Обычное мышление, это когда человек видит только то, что дано в задаче.

Рис. 5. Уровни рассмотрения ТС

Если задача, допустим, связанная с деревом, то человек видит только это дерево. Талантливое мышление – когда одновременно работают минимум девять мысленных экранов: человек видит систему, данную в задаче, надсистему, подсистему – три разных этажа. И на каждом этаже – прошлое настоящее, будущее. То есть, надо видеть не только дерево, но и лес, и клеточку дерева. И все это в развитии: прошлое, настоящее, будущее (рис. 5) [2].

Рассмотрение ТС на уровнях "… – подсистема – система – надсистема – …" и в процессе "… – прошлое – настоящее – будущее – …" называется системным оператором (СО).



5.3.2.2. Этапы развития технических систем

Развитие ТС (и её подсистем) можно изобразить в виде S-образной кривой, (диаграмма № I на рис. 6), показывающей, как меняются во времени главные характеристики ТС (мощность, скорость, производительность и т. п.) [2,14]. Эту кривую называют законом S-образного развития технических (и не только технических) систем. На кривой можно выделить три характерных этапа (см. рис. 6).


1   2   3   4   5   6   7   8   9


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница