Проблемно-ориентированный поиск по действию: системное применение в инновационных проектах

Автореферат диссертации на соискание квалификации Мастер ТРИЗ

Научный руководитель:

Мастер ТРИЗ

Литвин Семен Соломонович

Санкт-Петербург

2007 

Аннотация

Работа посвящена развитию нового современного направления ТРИЗ. Она может рассматриваться как развитие функционально-ориентированного поиска (ФОП) с приданием ему новых информационно-аналитических и решательных возможностей.

Основная цель ФОП - поиск решений проблем, сходных с имеющейся проблемой по выполняемой функции или противоречию.

Проблемно-ориентированный поиск по действию (в английской транскрипции - action-problem oriented search (APOS)) ставит основной целью поиск решений проблем, сходных с имеющейся проблемой по действию технической системы (ТС) на ее объект, взаимодействию (физическому, химическому, информационному, биологическому и др.) между ними или взаимодействию в какой-либо конфликтующей паре в ТС.

В APOS решены основные методологические проблемы: разработана система понятий и четкий алгоритм выполнения. Главная идеология - постепенное целенаправленное сужение поля поиска.

APOS расширил парадигму ФОП: это уже не просто поисковый, а поисково-аналитическо-решательный метод. Он может применяться практически на всех стадиях ТРИЗ-консалтинговых проектов, включая этапы поиска скрытых потребительких свойств продукта и новых рыночных ниш. Систематическое применение APOS в проекте дает системный эффект.

Основные надсистемные результаты разработки APOS для ТРИЗ:

· получена современная методика, ориентированная на использование информационных технологий, но работоспособная и без разработки специального программного обеспечения.

· ФОП получил существенный импульс для своего развития

· Обеспечена база для развития общего подхода к синтезу новых систем на основе известных

· Некоторые идеи APOS успешно внедрены в экспериментальные программные продукты.

Актуальность темы исследования

Проблема поиска и использования сходных решений впервые была озвучена Г.Альтшуллером. Однако она долго не получала методического подкрепления. Позднее С.Литвин развил этот подход в новой, более инструментальной парадигме. Появилось понятие функционально-ориентированного поиска (ФОП).

Общепринятая идеология ФОП звучит в общем виде следующим образом:

· необходимо выявить область, лидирующую в выполнении данной функции и при этом, предпочтительно, далекую от заданной (находящуюся вне кругозора Заказчика);

· найти в этой области «наилучшее» решение, которое можно успешно адаптировать к решаемой проблеме, или сформулировать задачу, которую следует решить, например, методом feature transfer (синтезом альтернативных систем).

ФОП высоко актуален, так как ориентирован на использование готового ресурса - огромного количества существующих технических систем и технических решений - при решении технических задач. В перспективе это может значительно уменьшить трудозатраты при поиске новых решений. Однако эта перспектива трудно досягаема.

Разработанная до настоящего времени методика ФОП недостаточно инструментальна. Это относится как к выявлению лидирующих областей, так и к поиску подходящего конкретного прототипа. В ряде случаев практическое выполнение ФОП оказывается нереальным вследствие огромного количества получаемых ссылок. Остаются проблематичными выделение полезных поисковых результатов из большого количества документов. Также методически проблематичен выход на "лучшие" решения. Это связано с рядом причин:

· огромное количество областей деятельности человека

· огромный объем информации в каждой из них

· различная специфика решения сходных проблем в разных областях

· отсутствием представительных баз данных, организованных по функциональному принципу.

Поэтому до сих пор, несмотря на наличие общей идеологии, практическое выполнение ФОП включает элементы «искусства», а его результаты сильно зависят от опыта и квалификации аналитика.

По этим же причинам наиболее успешное применение ФОП наблюдается, в основном, при обосновании уже найденных решений.

Слабость поисково-аналитического обеспечения также привела к тому, что некоторые из методик, развивавшихся в свое время в ТРИЗ, не получили достаточного развития. Например, был опубликован ряд блестящих работ, посвященных синтезу систем на базе аналогов. Однако ни в одной из них не решалась ключевая проблема применимости предлагавшихся подходов - не было ответа на вопрос "как искать аналоги". Вероятно, по этой же причине не удавалось сделать и следующий методический шаг - предложить обобщенную методику синтеза новых систем на основе известных.

В настоящей диссертационной работе предлагается метод проблемно-ориентированного поиска по действию (в английской транскрипции - Action-Problem Oriented Search - APOS), дающий принципиальные и конкретные ответы по всем перечисленным вопросам.

Цели и задачи исследования

Поставленная цель соответствовала решению ряда проблем ФОП, показанных выше.

Эта цель может быть коротко сформулирована следующим образом:

· Необходимо разработать инструментальную воспроизводимую методику поиска таких ТС, в которых решается проблема, аналогичная проблеме исследуемой ТС, причем

· решение проблемы в найденной ТС подходит для адаптации к исследуемой ТС.

Важнейшей задачей при этом было:

· существенно снизить количество изучаемых документов,

· одновременно минимизируя вероятность потери релевантных документов и, следовательно, возможных решений.

Ожидавшийся результат: решение этой задачи должно значительно повысить эффективность поиска, то есть обеспечить небольшие трудозатраты при достоверности получаемых результатов.

Методы исследования

В процессе работы применялся ряд подходов к исследованию задачи - методической проблемной ситуации:

1. Анализ процесса и практических результатов применения существующих методов поиска информации, включая ФОП.

2. Опрос коллег с выяснением их опыта решения подобных методических проблем.

3. Индуктивный метод анализа методической проблемной ситуации - выполнение поиска по конкретным техническим задачам на каждом этапе разработки метода, анализ процесса и результата, выдвижение новых идей и модификация способа выполнения этого этапа, снова анализ процесса и результата и т.д. - с постоянным итерационным возвратом, пока результаты этапа не окажутся удовлетворительными.

4. Дедуктивный метод анализа - проверка выдвигаемых общих идей на конкретных примерах. Итерационное возвращение к проработанным ранее этапам, если ожидания не оправдываются.

5. Перенос полученных конечных результатов на другие проблемы ТРИЗ и инновационных проектов для решения методологических задач, не ставившихся первоначально.

Научная новизна исследования

В результате проведенных исследований получен ряд методологических инноваций.

1. Основные методические инновации APOS

1.1. Предложено использовать международную классификацию изобретений (МКИ) в качестве классификации видов деятельности человека при выявлении лидирующих и отдаленных, относительно рассматриваемой, областей его деятельности.

1.2. Предложено в основу процедуры положить анализ распределения заявительской патентной активности по областям МКИ.

1.3. Предложен метод определения конкретных областей поиска (лидирующих и отдаленных) в соответствии с решаемой задачей.

1.4. Предложена идеология последовательного сужения областей поиска решений.

1.5. При разработке метода был создан единый понятийный аппарат, обеспечивающий единую логику анализа, однозначность всех шагов методики. В частности, даны определения лидирующих и отдаленных областей и др.

1.6. Разработан детальный и воспроизводимый алгоритм выполнения предложенного метода.

2. Основные методологические сверхэффекты разработки

2.1. Расширена парадигма ФОП: APOS выступает не только как поисковый, но и как эффективный решательный инструмент.

2.2. Предложен итерационный "многофакторный" вариант APOS, реализующий решательные возможности метода.

2.3. Новый поисково-аналитический подход сформировал основу для разработки и применения методики синтеза симбиозных систем. (Симбиозные ТС - ТС, получаемые путем совмещения определенных особенностей, свойств, взаимодействий, процессов двух и более различных ТС (технических решений) - "симбиогенной" группы. С этой точки зрения, решения, полученные методами синтеза альтернативных систем (переноса признака), являются частными случаями симбиозных решений.)

В настоящее время разработаны два варианта использования APOS как решательного инструмента:

А. "Многофакторный APOS", когда при решении одной проблемы мы находим два (или более) потенциальных аналога в разных областях и синтезируем новое решение на их основе, и

Дополнительная «решательная» новизна заключается том, что синтез решения может происходить, фактически, без участия исходной ТС – только на основе найденных симбиогенных. APOS создает все предпосылки для этого.

Б. "Симбиогенный" APOS, когда мы находим одного или более кандидатов (симбиогенных аналогов) на совмещение с исходной ТС в соответствии с разными проблемами исходной ТС.

3. Успешная разработка и применение APOS позволили поставить новые методические задачи

3.1. Задача на применение APOS в ходе консультационных проектов для ряда целей, для которых ФОП до сих пор не применялся.

3.2. Задача на разработку общего метода синтеза новых систем на базе двух и более известных решений - метода синтеза симбиозных систем.

3.3. Задача на внедрение отдельных подходов из APOS в средства программной поддержки аналитиков-решателей.

Эти задачи также решены или решаются.

Практическая значимость исследования

1. APOS высоко эффективен как инструментальная альтернатива ФОП и как метод, сочетаемый с ним.

С одной стороны, APOS может рассматриваться как альтернатива ФОП, так как возможности APOS, в основном, достаточны для решения задач инновационных проектов. С другой стороны, он не охватывает постановки задач в столь общем виде, как это предлагает ФОП. Поэтому наилучшие результаты могут быть обеспечены их совместным применением. Это касается любых консалтинговых проектов - от модернизационных до прогнозных и верификационных - при выполнении следующих этапов:

· бенчмаркинг (включая поиск конкурирующих систем)

· построение и исследование S-кривых

· поиск решений ключевых задач

· обоснование решений.

2. APOS эффективен для ряда целей, в которых до настоящего времени ФОП практически не применялся:

· выявление скрытых потребительских свойств продуктов и технологий (main parameters of value)

· поиск новых рыночных ниш для конкретных продуктов и технологий (эти два свойства также обеспечивают эффективность APOS при анализе рыночного потенциала новых концепций)

· выявление скрытых проблем и противоречий при анализе исходной и конкурирующих ТС, . а также концепций получаемых решений

· выявление особенностей найденных потенциальных решений-аналогов для выбора из них кандидатов, предназначенных для последующего синтеза решения исходной проблемы

· синтез новых решений

· формирование симбиогенной группы технических систем для последующего синтеза симбиозной системы.

3. APOS эффективен для типов проектов, в которых до настоящего времени ФОП практически не применялся:

· Исследование целесообразности венчурных инвестиций в новую разработку (Feasibility projects)

· Оценка состояния фирм и перспектив сотрудничества с ними (элементы конъюнктурной разведки)

4. Метод имеет высокие решательные возможности, так как позволяет эффективно строить портреты решений.

4.1. «Многофакторный» APOS выступает, по отношению к заданной проблеме, одновременно и как метод поиска "дополняющих" систем к исходной ТС, и как метод решения заданной проблемы путем синтеза с использованием найденных систем. Эффективность достигается за счет поиска «дополняющих» (симбиогенных) систем сразу в двух и более областях и синтезе из них нового технического решения. При этом метод выходит за рамки первоначальной парадигмы ФОП.

4.2. Дополнительная «решательная» новизна заключается том, что синтез решения может происходить, фактически, без участия исходной ТС – только на основе найденных симбиогенных. APOS создает все предпосылки для этого.

4.3. В «симбиогенном» варианте APOS высокая эффективность формирования портрета решения обеспечивается нахождением сразу нескольких симбиогенных систем – для различных проблем исходной ТС. В этом случае решение синтезируется на базе исходной системы, так как она является объединяющим центром для всех найденных. Этот подход может произвести синергический эффект, то есть быстро решить сразу несколько проблем за счет одного технического решения.

В случаях, если собственных решательных возможностей APOS не хватает, то есть полученный «портрет» не дает удачного решения, выполненная работа облегчает применение других решательных методов.

5. Систематическое применение APOS в ходе проекта формирует системное видение его

Результаты, полученные при анализе патентной информации, нарастают от одного этапа выполнения проекта к другому.

Мы используем один метод, фактически один и тот же подход в разных модификациях -

а) систематически, на каждом шагу и

б) для получения информации разного рода.

При этом полученную информацию легко классифицировать по техническим признакам:

· по назначению объектов или их действий,

· по способам реализации конструкций

· по принципам действия ТС и др.

· по соответствию ЗРТС. При этом легко выделять законы, наиболее характеные для данной ТС, -

в том числе с учетом критериев S-curve анализа, что особенно важно в проектах.

Особую ценность для формирования системного видения имеет возможность использования нетехнической патентной информации, например:

· О времени появления и динамике развития разработок

· О фирмах и/или разработчиках

· О патентной политике патентовладельцев и др.

Итак, формируется информационное поле решаемой задачи. В это поле входит систематизированная информация об эффектах и явлениях, связанных с проблемами исследуемой ТС, и об их использовании в аналогах. Информация организована единообразно, так как имеет высоко стандартизированный источник. Этот массив информации обеспечивает системное видение проекта и облегчает выполнение всех работ.

Формирование системного подхода облегчается также тем, что APOS выступает одновременно как поисковый, аналитический и решательный инструмент.

6. APOS как основа и стимул развития новых методик

APOS создает практическую методологическую базу для развития методик ТРИЗ, для которых существенным фактором выступает информационно-аналитическая часть.

Первый пример - дальнейшее развитие ФОП с учетом достижений APOS. Практически, ФОП уже получил позитивный импульс для своего развития.

Второй пример - постановка задачи на разработку и разработка методики синтеза симбиозных систем. Эта методика уже доведена до возможности практического применения.

Третий пример - внедрение некоторых идей APOS в средства программной поддержки. Некоторые идеи уже внедрены в экспериментальные программные продукты.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Комплекс методических инноваций, обеспечивающих работоспособность и эффективность новой поисково-аналитико-решательной методики:

1.1. Использование классификации МКИ в качестве классификации деятельности человека при выявлении лидирующих и отдаленных областей его деятельности.

1.2. Единый понятийный аппарат, обеспечивающий единую логику анализа, однозначность всех шагов методики.

1.3. Анализ распределения заявительской патентной активности по областям МКИ и времени как основы обеспечения логики процедуры.

1.4. Идеология последовательного сужения областей поиска решений.

1.5. Метод выделения конкретных областей поиска в соответствии с решаемой задачей.

1.6. Детальный и воспроизводимый алгоритм выполнения предложенного метода.

2. Процедура "многофакторного" APOS, повышающая эффективность постановки задач и их решения, в том числе путем формирования портрета решения. Этот метод находится на стыке поисково-аналитических и решательных методов

3. Универсальность применения APOS для решения различных задач, возникающих в ходе ТРИЗ-инновационных проектов.

Выводы

1. Методические достижения APOS как инструмента ТРИЗ

· 1.1. APOS выступает как эффективная поисково-аналитическая методика при поиске систем для совмещения с исходной системой

· Факторы, обеспечивающие эти возможности:

1.1.1. Разработанный понятийный аппарат обеспечивает единую логику анализа.

1.1.2. Четкие критерии выделения областей деятельности и модульный принцип построения методики обеспечивает контролируемость поиска по областям и возможность его полноты.

1.1.3. Алгоритмичность процедуры обеспечивает воспроизводимость результатов всех действий.

1.1.4. Целенаправленность алгоритма сужения поля анализа обеспечивает высокую эффективность применения APOS. Под эффективностью понимается максимизация отношения результативности к трудозатратам.

1.1.5. Системный эффект облегчает анализ конечной выборки документов.

1.2. Метод имеет высокие решательные возможности при синтезе решений

Решательные возможности APOS определяются эффективностью построения портретов решений. Эта эффективность, помимо чисто методических достоинств APOS, определяется следующим.

А) При построении портретов решений могут использоваться два варианта портрета - "многофакторный " и "симбиогенный", - одновременно, усиливая один другого.

Б) в течении всего исследования фактически применяется один метод и используется единообразное представление информации.

2. Системное применение в инновационных проектах

2.1. APOS высоко эффективен в любых консалтинговых проектах при выполнении всех этапов, на которых обычно применяется ФОП

2.2. APOS расширяет возможности ФОП как в технических, так и в маркетинговых аспектах.

2.2.1. В технических аспектах проектов:

· поддержка в анализе исследуемой ТС и постановке задач: выявление скрытых нежелательных эффектов и противоречий в исследуемой ТС

· синтез новых решений в рамках решательных возможностей APOS

· поддержка в анализе известных (конкурирующих и симбиогенных) систем и в анализе синтезируемых технических решений.

2.2.2. В маркетинговых аспектах проектов:

· выявление скрытых потребительских свойств продуктов (main parameters of value)

· выявления новых потребительских свойств и рыночных ниш, определения областей спроса на имеющиеся потребительские свойства продукта.

2.3. Метод эффективен в инновационных проектах различных типов, например,

· При исследовании новых разработок на перспективность (для определения целесообразности венчурных инвестиций)

· при поиске потенциальных партнеров для сотрудничества.

2.4. APOS формирует системный подход к выполнению проекта

При систематическом применении APOS в проекте формируется активная проблемно-ориентированная информационная база. Она содержит систематизированную информацию об эффектах и явлениях, связанных с проблемами исследуемой ТС. Это обеспечивает, в конечном итоге, системную постановку задач и синтез решений.

3. Научное значение APOS

3.1. С научно-методической точки зрения, APOS:

· является примером методического подхода к процессу разработки методик

· показал, как решение научно-методических проблем может завершиться созданием практической эффективной методики

· универсален по областям применения и решаемым проблемам

· эффективно сочетаем с другими методиками ТРИЗ

· как в плане их поддержки, так и

· в плане использования их результатов.

· стимулировал совершенствование и разработку некоторых методов в ТРИЗ.

3.2. Полученные методические и системные сверхэффекты имеют значение для развития:

· поисково-аналитических методов в целом (в частности, ФОП, а также методов исследования информации в патентных базах данных, поиска скрытых нежелательных эффектов и противоречий, поиска и анализа потребительских свойств ТС и др.)

· аналитико-решательных методов, а именно подходов к формированию портретов решений и синтезу новых систем на основе известных решений

· схемы выполнения (roadmap) инновационных проектов

· компьютеризации труда аналитиков-решателей. 

Личный вклад соискателя

Вся творческая и исполнительская часть работы - постановка конкретных методических проблем, генерация идей, отработка методических шагов и компоновка алгоритмов - выполнена соискателем самостоятельно.

Вся экспериментальная часть работы - практическое применение метода, разработка иллюстрирующих примеров - также выполнена соискателем самостоятельно.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на Конференции МАТРИЗ TRIZ Fest 2006 (С-Петербург, Россия) в октябре 2006 г. и на конференции ETRIA TRIZ Future (Грац, Австрия) в ноябре 2005 г.

Проведены 4 учебных семинара для сотрудников фирмы ООО "АЛГОРИТМ" (С-Петербург).

Развитые автором подходы применяются в практической работе фирм ООО "АЛГОРИТМ" (С-Петербург, Россия) и GEN3Partners (Boston, MA, USA).

В частности, ряд моментов нашел отражение в компьютерной программе (ООО АЛГОРИТМ), предназначенной для внутреннего использования.

В качестве дополнительной косвенной апробации можно рассматривать работу [Nani R., Regazzoni D. Practice-based methodology for effectively modeling and documenting search, protection and innovation. //ETRIA Conference "TRIZ-Future 2006". Kortrijk, Belgium 2006, October 9-11., V.1 pp.45-55], успешно использующую некоторые идеи APOS в новом методе работы с патентными базами данных.

Публикации по теме диссертации

По материалам работы опубликовано 3 статьи и 6 полноразмерных тезисов докладов на конференциях.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Аксельрод Б.М. Проблемно-ориентированный поиск по действию с использованием патентных баз данных: новый поисково-решательный инструмент. Журнал ТРИЗ, 2007. В печати

2. Аксельрод Б.М. Проблемно-ориентированный поиск по действию с использованием патентных баз данных: новый поисково-решательный инструмент. //Конференция МАТРИЗ TRIZfest-2006, С-Петербург, Россия, 13-20 октября 2006 г. 9 стр.

3. B.Axelrod. New search and problem-solving TRIZ tool: Methodology For Action & Problem Oriented Search (APOS) Based On The Analysis Of Patent Documents //TRIZ Future 2005. Graz, Austria. 2005, November 16-18. University of Leoben. pp.325-345.

4. Аксельрод, Б.М. Синтез симбиозных систем (ССС), или добавим технике плюрализма.// Конференция МАТРИЗ TRIZfest-2007, июль 2007, Москва, Россия.

5. Аксельрод Б.М. Анализ обусловленности взаимодействий как системообразующий подход при исследовании ситуаций и систем. /Б.М.Аксельрод// Доклад на Саммите разработчиков ТРИЗ 2007. Москва, 2007.

6. Аксельрод Б.М. Схема обусловленности взаимодействий как инструмент анализа ситуаций и постановки задач (единая методика анализа конструкций и технологий). Журнал ТРИЗ. N. 1 (14). 2005. С.40-47. (English version: B.Axelrod. Interactions Causality Scheme as a Tool For Situation Analysis and Problem Statement. Journal of TRIZ, 2005, October, N.1 (14), pp.44-51.)

7. Express-analysis of systems and new systems synthesis based on interactions causality scheme. Unified approach to designs and technologies. // "TRIZ-Future 2006" ETRIA Conference. Kortrijk, Belgium 2006, October 9-11. 10p.

8. Аксельрод Б.М. Конструкции и технологии: единая методика ранжирования функций и свертывания элементов. Журнал ТРИЗ. 1995. N.1. С.58-62.

9. Аксельрод Б.М. Методика экспертизы разработок на предмет содействия их коммерциализации. // Научно-практическая конференция Международной ассоциации ТРИЗ. Великий Новгород, 11-12 июля 2001 г. С.135-137.

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 81 страницах машинописного текста, включает 18 рисунков, 4 таблицы и состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы, насчитывающего 25 наименований.