Несколько слов о пользе ТРИЗ при проектировании

Б.И.Голдовский

Несколько слов о пользе ТРИЗ при проектировании

(из практического опыта)

В современных условиях, когда основное внимание уделяется применению ТРИЗ в бизнесе, не лишним будет рассмотрение вопроса о полезности такой технологии поиска новых технических решений, каковой является ТРИЗ, для процесса технического проектирования на основе практического опыта. Во всяком случае – не лишним для инженеров.

В начале 70-х годов прошлого века, когда автор начал заниматься алгоритмической методикой изобретательства (так тогда называлась ТРИЗ), перед ним, как членом совета молодых специалистов предприятия, стояла конкретная цель – повысить тягу молодых конструкторов к изобретательской деятельности. И действительно, те из них, кто прошел занятия в школе изобретательского творчества, вскоре сделали свои первые изобретения, по которым получили авторские свидетельства. Однако по мере вовлечения в процесс разработок и изменения уровня участия в них (от инженера-конструктора до Генерального конструктора ЦКБ) представление о ценности ТРИЗ тоже изменилось.

В своей книге «Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений» (М.: Мир, 1969) Дж.Диксон включил поиск новых технических решений в инженерное дело как его неотъемлемую и важную часть. Правда, в то время соответствующей теоретической и методической поддержки эта составляющая инженерного дела не имела. Естественно, не обучали поиску новых решений и в высшей школе. Хотя важность изобретательства для технического прогресса никто не оспаривал, как-то считалось, что изобретения при необходимости все равно будут сделаны, как бы само собой, подходящими людьми, которые обязательно найдутся.

Такой же подход главенствовал и при планировании проектно-конструкторских работ. При определении сроков разработки за основу принималась имеющаяся статистика, при которой основное время выделялось на процедуры инженерного анализа. Конечно, определенное время выделялось и на выработку исходной концепции проекта, но оно было неизмеримо меньше времени, выделяемого на анализ. А вот на решение проблем, возникающих в процессе разработки, специальное время совсем не планировалось, ибо на эти операции не было никаких нормативов. Получался парадокс: в том, что при создании новой техники неизбежно должны быть разработаны и новые технические решения, не сомневался никто, но считалось, что такая разработка сможет быть выполнена в рабочем порядке. Исключения делались лишь при необходимости создания нового комплектующего оборудования. Из-за этого могли несколько увеличить продолжительность разработки проекта в целом, но не намного: считалось, что проектант изделия должен организовать разработку комплектующих таким образом, чтобы не тормозить ход разработки в целом. В то же время, проблемы, возникающие в ходе разработки проекта, могли существенно замедлить процесс проектирования или даже поставить под сомнение возможность выполнения проекта в целом. Рассмотрим несколько конкретных примеров из практики создания подводной техники.

При разработке проекта одной перспективной подводной лодки возникла проблема с определением конфигурации кормового оперения. Типовая форма кормового оперения, которая применяется практически на всех подводных лодках – крестообразная. При этом оперение состоит из двух вертикальных плоскостей, располагаемых над корпусом и под ним, и двух горизонтальных плоскостей, расположенных побортно. В состав этих плоскостей входят рули: вертикальные рули (верхний и нижний) для управления по курсу и кормовые горизонтальные рули для управления по глубине. Такая форма оперения достаточно отработана как с точки зрения обеспечения устойчивости и управляемости подводной лодки, так и с точки зрения внесения минимальных искажений в поток, набегающий не гребной винт, влияющих на его акустические характеристики.

У разрабатываемого проекта была одна особенность: исходя из возможностей производства, на величину диаметра корпуса были наложены жесткие ограничения. А поскольку водоизмещение корабля было значительным, у него получилось большое удлинение, то есть отношение длины корпуса к ширине. Для обеспечения нормальной управляемости по курсу при таком удлинении соответственно потребовалось значительно увеличить площади вертикальных рулей. После выполнения соответствующих расчетов выяснилось, что нижний вертикальный руль не размещается в подзоре корпуса, имеющего ограниченный диаметр. Стало ясно, что схему кормового оперения надо изменять. При этом пришлось остановить целый ряд работ по проекту:

- разработку рулевого устройства;

- разработку ТЗ на рулевые машины и на систему автоматического управления рулями;

- разработку конструкции кормовой оконечности;

- размещение оборудования в кормовом отсеке, где устанавливаются рулевые машины;

- выдачу данных для определения массы и плавучести корабля.

Принципиальное решение по новой схеме оперения было найдено почти сразу: вместо одного большого нижнего вертикального руля применить два руля поменьше, установив их на горизонтальном оперении. Однако для реализации такой схемы надо было решить несколько непростых сопутствующих задач. Во-первых, новая схема оперения не должна была ухудшать акустические характеристики гребного винта. Причем ухудшение могло вызвать не само попадание вихревых струй в диск гребного винта, а неблагоприятное изменение гармонического состава неравномерного потока. Достоверное представление об этом можно было получить только путем проведения гидродинамических испытаний на достаточно крупной модели корабля. Однако при этом результата пришлось бы ждать несколько месяцев, что было неприемлемо. Оставалось надеяться на квалификацию специалистов, которые должны были на основе своего опыта правильно спрогнозировать приемлемое расположение рулей. Во-вторых, установка (крепление) рулей на горизонтальном оперении не должна была ухудшать обтекаемость этого оперения и не ухудшать работу горизонтальных рулей. В-третьих, не желательно было увеличивать число рулевых машин, поскольку кормовой отсек уже был затеснен оборудованием. В-четвертых, значительно усложнение передачи от рулевых машин к рулям снижало надежность и увеличивало шумность рулевого привода. На решение указанного комплекса задач ушло почти две недели достаточно напряженного труда. Приведенный пример показывает, что даже такая, в общем-то рядовая техническая проблема может заметно затормозить процесс разработки проекта.

В ряде случаев без разработки нового технического решения не удается в полной мере выполнить требования заказчика. В 70-е годы прошлого века серийно строились первые массовые в СССР спасательные подводные аппараты проекта 1837 (рис. 1).

Рисунок 1 – Спасательный подводный аппарат проекта 1837

 

В процессе строительства на основании опыта эксплуатации первых образцов было принято откорректировать проект, повысив его универсальность, то есть улучшить возможности по выполнению подводно-технических работ. Одним из требований было заметное увеличение дальности плавания, чтобы аппарат можно было использовать для поиска подводных объектов. Поскольку аккумуляторная батарея аппарата должна была остаться прежней, это требование можно было выполнить, только реализовав два направления: перейти к одновальной схеме, улучшив взаимодействие движителя с корпусом, и заметно снизив гидродинамическое сопротивление аппарата. На рис. 1 видно, что в нижней части корпуса находится большая по размерам и плохообтекаемая переходная шахта (камера присоса), с помощью которой аппарат пристыковывается к аварийно-спасательному люку подводной лодки и через которую спасаемые подводники переходят из подводной лодки в аппарат. Эта переходная шахта давала большой вклад в суммарное гидродинамическое сопротивление аппарата.

Размеры переходной шахты лимитировал нижний стандартный стыковочный фланец, а также расположенное в шахте оборудование, необходимое для осуществления стыковки. В состав этого оборудования входили: лебедка подтягивания с тросом, на конце которого был закреплен специальный карабин, устройство центрирования, которое должно было установить конец троса с карабином над центром спасательного люка, и рабочий манипулятор, с помощью которого карабин надевался на штырь спасательного люка. Было ясно, при наличии такого оборудования размер стыковочной шахты уменьшить не удастся. Поэтому вопрос выполнения требования по дальности плавания оставался «подвешенным» до тех пор, пока не было изобретено и конструктивно проработано принципиально новое универсальное устройство центрирования и подтягивания (УЦП, своего рода упрощенный гидравлический манипулятор), которое заменило все указанное выше оборудование. Это позволило уменьшить размеры переходной шахты в среднем в 1,3 раза и спрятать ее в обводах корпуса (так что в потоке оставалась только нижняя часть высотой 0,2 м). В результате требования заказчика удалось выполнить, и аппарат по корректированному проекту 1837К оказался самым гидродинамически совершенным спасательным подводным аппаратом в мире.

Возникающие в процессе проектирования технические проблемы могут также поставить под сомнение саму необходимость выполнения данного проекта. В начале 70-х годов Минрыбхоз заказал разработку буксируемого подводного аппарата проекта 1605, с помощью которого можно было наблюдать за работой трала и корректировать технологию его использования. Следует отметить, что один подобный аппарат разработки ЦНИИ «Гипрорыбфлот» уже был построен. Но рыбакам нужен был не одноместный, а двухместный аппарат и с глубиной буксировки не 150-180 м, а 300 м. Буксировка аппарата должна была производиться тяжелым трос-кабелем. Для того чтобы этот трос-кабель не затянул аппарат на недопустимую глубину при нештатной остановке буксирного судна, на нем предполагалось закрепить поплавки, своей избыточной плавучестью компенсирующие вес трос-кабеля в воде. При этом буксирная линия во время буксировки вела бы себя как невесомый буксирный трос. Выполненные исследования показали, что форма невесомого буксирного троса не позволяет достичь глубины буксировки более 200 м. Но отказаться от применения поплавков было нельзя по соображениям безопасности. Когда представитель заказчика, наблюдающий за проектом, узнал об этих результатах исследования, он заявил, что нет смысла тратить деньги на разработку нового аппарата, если глубина буксировки будет практически такой же, что и у существующего. Работа над проектом была приостановлена.

Выход был найден, когда были предложены принципиально новые поплавки, имеющие вид крыла и обеспечивающие при буксировке компенсацию своей избыточной плавучести за счет гидродинамических сил. При этом буксирная линия во время буксировки вела себя как тяжелый трос, обеспечивая заглубление аппарата на требуемую глубину. Безопасность буксировки также обеспечивалась. Это позволило возобновить работу над проектом. Однако полная уверенность в том, что проект получится, появилась только через 1,5 месяца, в течение которых была разработана конструкция поплавка, был изготовлен опытный образец и успешно испытан в гидролотке.

Бывает и так, что отсутствие подходящей новой идеи ставит под угрозу выполнение целой отраслевой программы. В 80-е годы ВМФ решил создать новое спасательное судно, но гораздо меньшего водоизмещения, чем построенные ранее. ЦКБ, которое занималось разработкой таких судов, выполнив проработки, заявило, что требования заказчика можно выполнить только в том случае, если базирующийся на этом судне спасательный подводный аппарат будет иметь водоизмещение не более 30 т. Соответствующее задание на разработку такого аппарата было выдано нашему предприятию. Сложность задания заключалась в том, что ближайший по характеристикам аналог имел водоизмещение 45 т. В то же время сроки создания нового аппарата были таковы, что разработать новое оборудование не было возможности: заказчик настаивал, чтобы применялось исключительно существующее серийное оборудование. Проработки показали, что при этих ограничениях выполнить требования заказчика по функциональным параметрам подводного аппарата можно только при его водоизмещении около 38-40 т. То есть создание нового спасательного суда оказалось под угрозой.

Для решения проблемы сначала постарались выяснить, насколько величина водоизмещения аппарата является критичной для разработчиков спасательного судна. Оказалось, что для них важна не сама величина водоизмещения, а величина подъемного веса аппарата, которая не должна превышать 50 т. То есть проблему можно решить, если уменьшить отношение подъемного веса к водоизмещению с имеющихся статистических значений 1,7-1,9 до 1,25. Было ясно, что для этого необходимо менять архитектуру подводного аппарата. Величина подъемного веса определялась компьютерным моделированием операции подъема аппарата из воды в условиях волнения моря, при этом архитектура аппарата, заложенная в его математическую модель, должна быть конкретной. Использование для подбора подходящего варианта процедуры такого компьютерного моделирования привело бы к недопустимо большим затратам времени. Поэтому были обработаны все имеющиеся результаты расчетов подъемного веса, построены необходимые зависимости и спрогнозированы требования к изменению архитектуры, которые должны были обеспечить получение требуемого результата.

В результате от «круглых» обводов, аналогичных показанным на рис. 1, перешли к «угловатым», показанным на рис. 2.

Рисунок 2 – Спасательный подводный аппарат проекта 18270

Разумеется, такие обводы привели к уменьшению скорости хода, что заказчик воспринял как неизбежную расплату за возможность создания требуемого спасательного судна. Правда, в дальнейшем оказалось, что такая архитектура, позволяющая уменьшать подъемный вес, соответствует мировому тренду в развитии спасательных подводных аппаратов.

Приведенные (из числа разрешенных) примеры проблем, возникающих в процессе проектирования, не относятся к особо сложным, но типичны по своим последствиям. Главное то, что возникновение таких проблем практически всегда приводило к приостановке работ по проекту до тех пор, пока не будет найдено подходящее новое техническое решение (в большинстве случаев изобретательское). Естественно, что для нахождения требуемых новых решений в проектной организации должны быть соответствующие специалисты. При этом можно отметить, что в приведенных выше примерах поиском решения занимались специалисты, знакомые с ТРИЗ, только в половине случаев. Остальные решения находили конструктора, просто наделенные хорошими изобретательскими способностями.

Следует также обратить внимание, что основные затраты времени были связаны не с поиском новой идеи, а с проверкой правильности найденного решения проблемы. При этом опыт показывает, что наиболее успешно в части затрат времени такая проверка осуществлялась в тех случаях, когда автор идеи был «свой» для конструкторского коллектива, который должен был проверять новое решение. «Чужаков» с их идеями обычно не приветствуют.

  • что найденное новое решение будет правильным в том случае, если оно не только вписывается в проектируемую систему, но и соответствует этапу разработки по своей сложности и возможности реализации. А для этого мало иметь просто хорошее изобретательское мышление, необходим всесторонний системный подход, учитывающий развитие системы.

Получается, для того, чтобы возникающие проблемы технического характера не приводили к большим потерям времени, необходимо, чтобы в каждом проектно-конструкторском подразделении были специалисты, способные не только найти новое и правильное решение проблемы, но и успешно инициировать процесс его проверки и принимать участие в этом процессе.

  • что усилиями службы по работе с персоналом удастся обеспечить каждое подразделение такими людьми, изначально имеющими выдающиеся изобретательские и конструкторские способности, по меньшей мере наивно. На практике подобные специалисты, разумеется, есть, но распределяются они по подразделениям весьма неравномерно: где густо, а где и пусто.

Выход видится в одном: необходимо тотальное обучение инженеров современной технологии поиска новых решений, каковой является ТРИЗ. Только при этом можно обеспечить сокращение сроков и рисков при поиске новых решений в процессе проектирования. Однако для подобного обучения желательно разработать модификацию ТРИЗ, максимально адаптированную к процессу инженерной разработки.

г. Нижний Новгород

июнь 2017 г.

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: Несколько слов о пользе ТРИЗ при проектировании

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Выход видится в одном: необходимо тотальное обучение инженеров современной технологии поиска новых решений, каковой является ТРИЗ. Только при этом можно обеспечить сокращение сроков и рисков при поиске новых решений в процессе проектирования. Однако для подобного обучения желательно разработать модификацию ТРИЗ, максимально адаптированную к процессу инженерной разработки.

Мой опыт тоже подтверждает пользу использования ТРИЗ для сокращения сроков и рисков при поиске новых решений в процессе проектирования. При этом, по-моему, ТРИЗ (даже адаптированная к процессу инженерной разработки), и тотальное обучение инженеров - вещи слабо совместимые.

Subscribe to Comments for "Несколько слов о пользе ТРИЗ при проектировании "