ПРИМЕНЕНИЕ ТРИЗ НА РАННИХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТРАНСПОРТНЫХ (ПТС) И ДРУГИХ ТИПОВ МАКРОСИСТЕМ: ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ

В соответствии с тематикой Саммита разработчиков ТРИЗ "Развитие инструментов анализа технических систем для постановки задач" авторы доклада рассматривают некоторые вопросы реализации методов и приемов ТРИЗ при проектировании сложных технических сооружений в совокупности с системами транспорта продукции и/или энергии

Введение

Создание инновационных проектов в различных отраслях экономики России неизбежно требует использования арсенала методов и приемов, значительная часть которых объединена рамками ТРИЗ, созданной Г.С. Альтшуллером и развиваемой его учениками.

Вместе с тем, как отмечалось в докладе авторов на предыдущей конференции, тезисы которого были опубликованы в материалах конференции [1], среди значительной части проектировщиков сложных технических систем существует определенный скепсис в отношении конструктивности использования этих методов и приемов при проектировании таких систем. Этот факт авторами объяснялся высокой энергоемкостью и потенциальной опасностью для окружающей среды и обслуживающего персонала, что требует использования для рассматриваемых сооружений только надежных, всесторонне проверенных решений. Вместе с тем, даже в традиционных отраслях, к которым относится судостроение, имеются примеры создания таких «экзотических» средств техники, как суда на подводных крыльях, на воздушной подушке и экранопланы.

Отчасти существующий скепсис можно объяснить как консервативностью проектирующих систем, так и невостребованностью Заказчиками новых решений.

Авторы упомянутого доклада полагают, что включение элементов ТРИЗ в развивающиеся в проектных организациях САПР’ы может быть направлено на формирование такого механизма мышления у проектировщиков, которое обеспечит разрабатываемым проектам более высокий уровень «инновационности».

Говоря об отраслях, создающих подобные объекты, нельзя не видеть экономических и социальных процессов происходящих в них, проблем с преемственностью поколений специалистов и падения уровня подготовки кадров при одновременном раскрепощении выпускников учебных заведений как личностей и отсутствием у значительной части этих выпускников психологического барьера при использовании компьютерной техники.

Следует отметить, что ученые, работающие в области философии создания и развития технических систем, выделяют 5 уровней профессионализма:

1 - профессиональный

2 - социально-профессиональный

3 - методолого-философский

4 - «технэ» (искусство, мастерство)

5 - мировоззренческий.

Если уровень 3 этой иерархии отнести к владению методологией системного подхода и, в какой-то степени, философией техники, то уровень 4 будет соответствовать уровню владения методами и приемами ТРИЗ, позволяющими при проектировании осуществлять креативную функцию, в то время, как для первых 3-х уровней профессионализма свойственно, главным образом, репродуцирование существующих решений.

О теории проектирования технических систем

В работах по созданию систем автоматизированного проектирования (САПР), проводимыми в 1980-е годы в рамках Государственной программы, большое внимание уделялось разработке теории проектирования технических систем как особого вида человеческой деятельности и важнейшей составляющей методического обеспечения САПР.

Хотя к тому времени школой Г.С. Альтшуллера были уже сформированы основы ТРИЗ, вопросам изобретательства в этих САПР практически не уделялось внимания.

По мнению авторов настоящего доклада, без использования арсенала ТРИЗ теория проектирования технических систем будет неполна и не позволит достичь тех целей, которые ставятся перед ней как перед наукой. Ориентация на воспроизводство старых технических решений противоречит самому смыслу терминов «проект» и «проектирование». Поэтому компьютер при проектировании сложных пространственных объектов до настоящего времени практически остается лишь «электроны кульманом»

Сегодня существует 2 варианта развития науки о проектировании технических систем будущего, а именно:

• ТРИЗ, как система, обладающая «более высоким интеллектом» должна включить в себя дополнительные разделы, связанные с изучением «рутинных» процессов (процедур) проектирования
• разработки по теории проектирования технических систем должны быть переработаны с учетом методов и приемов ТРИЗ.

О знаниях, когнитологии и искусственном интеллекте

В докладе [1] отмечалось, что основным производственным ресурсом систем проектирования (проектных предприятий) являются знания двух типов:

1) знания о строении объекта, форме и его взаимодействии с внешней средой (морфологические знания)

2) процедурные знания - о том, как спроектировать, построить и использовать объект.

В обобщенном виде система проектирования и ее связи с внешней средой могут быть представлены в виде рис.1.

Рис.1 Обобщенная схема системы проектирования и её связей с внешним миром

Такая система в части знаний не является полной и для реализации творческих функций должна быть дополнена знаниями о причинно-следственных связях (законах), действующих в материальном и духовном мирах человека и человеческого общества.

Эти вопросы в той или иной мере рассматривались в работах самого Г.С. Альтшуллера, и периодически рассматриваются на конференциях ТРИЗ, когда, в частности, говорится о развитии творческого воображения, творческой личности и т. д. Здесь мы ограничимся только констатацией этого факта.

ТРИЗ, как представляется авторам доклада, хотя и специфична, но связана с теорией познания, и, как любая теория, должна стать развитой формой организации научного знания, в идеальном случае предполагающая дедуктивный метод выведения знания – логических следствий, получаемых из системы аксиом или достоверных высказываний. Строгая дедуктивная структура теории должна отвечать требованиям непротиворечивости и полноты при выполнении главных функций науки – объяснения и предсказания.

Де-факто идеи ТРИЗ используются в самых разных областях человеческой деятельности, где требуется поиск новых решений, и одновременно идет её интенсивное развитие в феноменологическом плане.

При успешном «шествии» ТРИЗ по странам и континентам практически не требуется создание «строгой дедуктивной структуры» этой теории (как и теории проектирования технических систем) до тех пор, пока это остается на уровне «хобби» отдельных личностей или небольших коллективов и потребность в ней не осознается руководителями больших организационных структур. Тем более, что и на таком уровне можно обойтись проведением сравнительно небольших организационных мероприятий, как это было сделано, например, в компании «Simens», позволивших в течение года сформулировать на основе методов и приемов ТРИЗ около 1250 новых технических решений, 20 % из которых оказались патентоспособными [2].

Развитие САПР на предприятиях, занимающихся проектированием сложных технических объектов, в условиях рынка должно неизбежно привести к реализации в этих САПР элементов, обеспечивающих высокий уровень инновационности проектов, к которым, прежде всего, относятся:

1) проведение организационно-технических мероприятий, аналогичных тем, что были проведены в компании «Simens»

2) планирование поиска более эффективных решений при проектировании ТС с последующим заключением соответствующих договоров с Заказчиками

3) совершенствование технологических (программно-информационных) средств, реализующих элементы ТРИЗ, для активизации деятельности проектировщиков в части поиска новых технических и/или технологических решений

4) формализация знаний и повышение интеллектуальности САПР за счет формирования в них соответствующих баз знаний и экспертных систем

5) совершенствование теории проектирования технических систем.

Исследовательское проектирование технических систем на примере проектирования морских нефтегазодобывающих платформ

Цели и задачи исследовательского проектирования (ИП) в сфере строительства определяются требованиями к Декларации (ходатайству) о намерениях инвестиций в разработку той или иной системы. На основе генерации и анализа возможных вариантов технических решений оценивается ее рентабельность (чистый доход), который может быть получен в результате реализации и эксплуатации проектируемой системы на протяжении всего жизненного цикла с учетом прогнозируемой дисконтной ставки по всем годам существования системы, возможного изменения цен на рынке и т. д.

Проведению ИП предшествует не только разработка некоторой концепции будущей системы, но и основательный маркетинг внутреннего, а в некоторых случаях, и мирового рынков и разработка возможных сценариев их развития.

В методическом плане в основе ИП, как правило, лежит использование укрупненных удельных показателей по отдельным функциональным элементам будущей системы, которые базируются на статистике данных по типоразмерным рядам этих элементов.

При отсутствии такой статистики, но при наличии близких аналогов, возможна экспертная оценка значений основных характеристик элементов.

При отсутствии близких аналогов основных функциональных элементов системы возникает задача изобретения такого элемента или пересмотра всей концепции построения системы, что может быть осуществлено с использованием арсенала приемов и методов ТРИЗ с предварительным анализом существующей проектной ситуации. В основу такого анализа может быть положен классификационный подход, ссылка на использование которого в данной отрасли приведена , в частности, в работе [3].

Но для построения пространства возможных решений требуется не только классификация факторов, влияющих на выбор решений, но и систематизации их значений. То же самое относится к классификации функциональных элементов системы и возможным вариантам исполнения (принципам действия) этих элементов. Эти пространства можно представить в виде табл.1 и 2

Рассматривая каждый фактор проектной ситуации и функциональный элемент ПТС как вектор, на котором задана шкала их возможных значений (качественных, количественных, в виде диапазонов), можно построить N- и M- мерные пространства (некоторый аналог «морфологических карт» Ф. Цвикки [4]), которые в теоретико-множественном представлении можно представить в виде ф.(1)

Х = {Х1, X2, … XN}, (1)

где Х1, X2, … - вектора, представленные значениями соответствующих свойств, которые могут носить качественный, количественный, двоичный («да», «нет») или «размытый» (заданы диапазонами числовых значений) характер.

По аналогии с пространством проектных ситуаций может быть задано пространство возможных решений в виде ф.(2)

Y = {Y1, Y2, ...YM}, (2)

где Y1, Y2, ... – вектора, задающие пространство возможных решений

Тогда связь пространства проектных ситуаций с пространством возможных решений можно представить как:

Y = F (X). (3)

Используя аппарат математической логики на базе приведенных таблиц можно в объеме возможных значений факторов и известных решений построить экспертную систему продукционного типа, которая, в свою очередь, может стать одним из компонентов САПР рассматриваемых систем и исходным материалом для поиска новых решений в данной области.

На языке математической логики выражение ф.(3) может быть представлено как:

Если ((Х1=<Значение…>) & ((Х2=<Значение…>) …

&((ХN=<Значение…>),

То ((Y1=<Значение…>) & (Y2=<Значение…>) … (4)

& (YM=<Значение…>)),

Поскольку проектная ситуация может допускать альтернативные варианты решений, то содержимое скобок может включать дизьюнкцию высказываний, например:

Y1=((<Значение i>) V (<Значение j>)), (5)

в частности -

Y1=((плавучая платформа) V (судно турельного типа)).

В этом случае окончательный выбор архитектурно-конструктивного типа платформы, как основного элемента производственно-транспортной системы, производится по результатам разработки технико-экономического обоснования (в строительстве) или эскизного проектирования (в машиностроении) и анализа возможных вариантов решений. Как известно, на этом этапе «более глубоко» могут быть проработаны варианты элементов (конструкций), отсутствующих в прототипах.

Поиску эффективных решений для этих систем могло бы способствовать регулярное применение методов и приемов ТРИЗ, систематический обзор которых был представлен в докладах В.М. Петрова [5] на предыдущей конференции.

В настоящее время типовые графики работ, как модели бизнес-процессов различных стадий проектирования технических систем для крупных проектных предприятий, являются обязательными документами при лицензировании деятельности этих предприятий в данной области.

Анализ этих графиков при получении ТЗ на разработку проектов в плане возможности и необходимости планирования инноваций применительно к тем или иным системам мог бы существенно активизировать поиск более эффективных решений с учетом требований обеспечения надежности создаваемых систем.

О представлении типов и уровней решений при проектировании систем типа нефтегазодобывающих платформ и судов

Опыт работ в области применения современных информационных технологий в проектировании показывает необходимость структуризации данных, отображающих не только состав, свойства и отношения между элементами (морфологию системы), но и некоторые объективные закономерности человеческого мышления и построения проектных процедур.

Приведенная на рис.2 укрупненная схема типов, уровней и свойств решений при проектировании пространственных сооружений (в данном случае – судна) отражает:

• приоритет технических решений перед компоновочными (очередность их формирования)
• разделение специалистов проектных предприятий на проектировщиков, компоновщиков и аналитиков (расчетчиков)
• различие направленности процессов формирования решений (от идеального к реальному - при формировании технических решений, от исходного к идеальному – при компоновке)
• ограниченную способность человека к овладению знаниями (уровень технических комплексов соответствует ВУЗ’овским специальностям, а функциональные подсистемы – специализациям)
• свойства человеческого мышления при оперировании образами на различных уровнях решений (нельзя одновременно оперировать образом судна и деталями его составляющими) - квантовость мышления
• уровни технических решений, в случае патентования решений, близки к уровням (классам) изобретений, предложенным Г.С. Альтшуллером.

Литература [к началу]

1. Проблемы инноваций при проектировании сложных технических сооружений.//Труды международной конференции «Три поколения ТРИЗ» и Саммита разработчиков ТРИЗ». МА ТРИЗ. С.Петербург, 13-18 октября 2006 г. –С.-Пб., 2006, с.429-430.

2. Р. Аданка. Материалы презентации к докладу на TRIZ-fest-2006.

3. Мирзоев Ф.Д., Корниенко О.А. Методика выбора основного варианта нефтегазопромысловых ледостойких платформ для освоения шельфа.//Труды RAO-03, с.440-443.

4. Джонс Д. Методы проектирования.-М.: Мир, 1986, 324 с..

5. Труды международной конференции «Три поколения ТРИЗ» и Саммита разработчиков ТРИЗ». МА ТРИЗ. С.Петербург,13-18 октября 2006 г. –С.-Пб., 2006, с. 32-57.

Таблица 1 - Задания пространства проектных ситуаций (природно-климатические условия, местоположение, береговые транспортные системы и глубина обработки газа)

Таблица 2 - Задание пространства возможных решений

Рис. 2 Типы, уровни и свойства технических и компоновочных решений