§ 9. ДРУГИЕ МЕТОДЫ ПОИСКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И АКТИВИЗАЦИИ ТВОРЧЕСТВА

Существуют и другие методы, имеющие также ряд рациональ­ных сторон (см. табл. 2). Из них можно выделить группу, основан­ную на комбинаторном подходе и по этому признаку схожую с морфологическим анализом. В нее входят методы организующих понятий, «матриц открытия» и десятичных матриц поиска [29].

Метод организующих понятий, разработанный Ф. Ханзеном (ГДР) в 1953 г., наиболее близок по своей сущности к морфологи­ческому ящику и предполагает проведение работы по решению конструкторской задачи в несколько этапов [32].

1. Установление организующих понятий и определение их от­личительных признаков (под первыми подразумевают конструктив­ные морфологические признаки технической системы).

2. Классификация организующих понятий по степени их важ­ности.

3. Проведение наглядных сопоставлений организующих понятий с их отличительными признаками и разработка на этой основе ру­ководящего материала для всех возможных решений, соответству­ющих выбранным ограничениям.

4. Оценка признаков в отношении их соответствия специальным требованиям задачи.

5. Комбинация признаков различных организующих понятий в решения.

Например, необходимо определенным образом соединить под­вижные колодки зажимного устройства с точным центрованием де­тали. В возможных конструктивных вариантах можно выделить понятия, организующие данную техническую систему, общие для всех вариантов решения, систематизируя их по виду движения ко­лодок, по их расположению, по числу зажимных поверхностей, по виду подвижного соединения и т. д. Каждому организующему по­нятию соответствуют различные конструктивные исполнения (ва­рианты морфологических признаков), которые характеризуются определенными отличительными признаками. Например, движение зажимной колодки может быть прямолинейным или вращательным.

После установления организующих понятий осуществляют их классификацию по степени влияния на результаты решения зада­чи. Это позволяет на начальных этапах не принимать во внимание менее важные организующие понятия и упрощает процесс реше­ния. Для уменьшения объема работ необходим также предвари­тельный анализ отличительных признаков. Некоторые из них— наименее существенные — можно вычеркнуть заранее, что сущест­венно уменьшает в дальнейшем число комбинаций.

Запись организующих понятий, их отличительных признаков осуществляется в виде таблицы (руководящего материала) и облег­чает нахождение элементов искомого решения. В табл. 7 приведе­но описание руководящего материала к задаче по разработке шар­нирного соединения, изменяющего свою длину для обеспечения юстировки. Содержание первого столбца (морфологические призна­ки) относится к любому юстирующему соединению. Во втором столбце записаны варианты признака, свойственные лишь одному виду (или группе) соединений. Последний столбец нужен лишь для их разъяснения и, как правило, содержит примеры в виде комбина­ций многих признаков или эскизы, иллюстрирующие определенное исполнение признака.

Каждая комбинация отличительных признаков (по одному от каждого организующего понятия) дает один вариант решения.

Для облегчения поиска рациональных комбинаций предлагают­ся приемы, аналогичные приемам составления морфологических матриц.

Если нужно комбинировать отличительные признаки лишь двух организующих понятий, то рекомендуется табличная форма, в столбцах которой записаны отличительные признаки одного орга­низующего понятия, а в строках — другого. В каждой клетке таб­лицы содержится вариант из комбинации двух элементов решения. Таблица делает легко обозримым поле поиска решения. Когда ор­ганизующих понятий более двух, применяют матричную форму за­писи. Но при большом количестве комбинаций она становится ме­нее наглядной и запутанной. В этом случае предпочтительной яв­ляется арифметическая форма записи. При ее использовании на эскизах решений отмечается, какие комбинации были применены. Запись о некотором решении выглядела бы примерно так:

1.1+2.3+3.1+4.6+...

Метод пригоден для проектирования нового технического решения и для модернизации имеющихся. К особенностям и отличиям метода организующих понятий от морфологического ящика отно­сится составление по особой форме руководящих материалов для определенного класса задач, графическое представление организу­ющих понятий и их признаков, а также классификация признаков по важности, направленная на рациональное сокращение вариантов решения.

Метод «матриц открытия», предложенный А. Молем (Франция) в 1955 г., также несколько похож на морфологический анализ. Упрощенно суть метода заключается в построении таблицы, в ко­торой пересекаются два ряда характеристик. Если в морфологиче­ском анализе все выбранные характеристики относятся к строению технического объекта, то в этом методе часть из них может ка­саться, например, условий потребления, производства, эксплуата­ции и т. д. (матрица: потребности заказчика — возможности под­рядчика). Сам метод не дает законченных решений, но создает возможность для ассоциаций, постановки новых проблем, которые иным методом не были бы замечены.

Существует много вариантов матриц, в том числе количествен­ные, тяготеющие к матричным методам математики, и качествен­ные, дающие предпосылки для ассоциаций. Прямоугольные мат­рицы предполагают пересечение двух разных рядов характеристик, а квадратные—пересечение ряда с самим собой.

Чаще всего этот метод служит для систематизации имеющегося материала и дает отправные пункты для дальнейших исследований, выявляя имеющиеся резервы, «узкие места» и т. д.

Метод десятичных матриц поиска, разрабатываемый Р. П. Повилейко (г. Новосибирск) с 1972 г., включает поиск новых техни­ческих решений на основе анализа результатов систематического применения десяти эвристических приемов к каждому из десяти основных показателей технической системы [33].

В качестве основных выделены следующие группы показателей технической системы.

1. Геометрические (длина, ширина, высота, площадь и т. д.).

2. Физико-механические (вес, прочность, коррозионная стой­кость, эластичность и др.).

3. Энергетические (вид энергии, к. п. д. и др.).

4. Конструкционно-технологические (технологичность, транспор­табельность, сложность и др.).

5. Надежность и долговечность.

6. Эксплуатационные (производительность, точность, стабиль­ность параметров и др.).

7. Экономические (себестоимость, трудовые затраты на произ­водство и эксплуатацию, потери и др.).

8. Степень стандартизации и унификации.

9. Удобство обслуживания и безопасность (шум, вибрации, ос­вещенность, температура и др.).

10. Художественно-конструкторские (гармоничность, масштаб­ность и др.).

Для преобразования основных показателей используют следую­щие группы эвристических приемов:

Неология — перенос в данную отрасль техники новых для нее значений основных показателей технических объектов.

Адаптация — приспособление известных процессов, конструк­ций, форм, материалов и их свойств к данным конкретным усло­виям.

Мультипликация — умножение, увеличение основных показате­лей (например, мультипликация конструкторско-технологических показателей связана с увеличением числа рабочих органов, рабочих позиций, количества одновременно обрабатываемых деталей).

Дифференциация—связана с дифференциацией показателей (дробление, разделение, очистка и т. д.).

Интеграция—связана с интеграцией показателей (сложение, соединение, смешивание, сближение и т. д.).

Инверсия — изменение порядка на противоположный, обраще­ние, выворачивание и т. д.

Импульсация — связана с импульсными изменениями показате­лей технических объектов.

Динамизация — связана с динамизацией, изменением во време­ни веса, температуры, размеров, цвета и других показателей тех­нических объектов.

Аналогия — отыскание и использование сходства, подобия в ка­ком-либо отношении показателей данного технического объекта и известных объектов.

Идеализация — приближение показателей технического объек­та к идеальным.

Такая классификация позволяет построить десятичную матрицу поиска, в строках которой записаны основные изменяемые показа­тели, характеристики технического объекта, а в столбцах — основ­ные группы эвристических приемов (матрица типа 10Х10). Каждая ее ячейка соответствует определенному изменению какого-либо из основных параметров объекта и готовых технических решений еще не содержит, но способствует возникновению ассоциаций, активи­зирующих поиск идеи решения.

Комбинаторный принцип применяется также на некоторых эта­пах методики семикратного поиска, разработанной Г. Я. Бушем (г. Рига) в 1964 г. и состоящей из стратегической и тактической частей. Особенностью методики является деление всех стадии и элементов процесса поиска решения на 7 частей, что связано со способностями человеческого мозга воспринимать и перерабаты­вать информацию. Стратегия поиска состоит из анализа проблем­ной ситуации и общественных потребностей, анализа функций ана­логов и прототипа, постановки задачи, генерирования идей и вы­бора эвристических средств, конкретизации идей, оценки вариантов и выбора оптимального, упрощения, развития и реализации реше­ния. Тактическая часть — многочисленные приемы, применяемые на разных стадиях решения. Среди них используется прием «семь ключевых слов» и таблицы, аналогичные десятичным матрицам поиска, но размером 7Х7 [21].

Из программных (алгоритмических) методик поиска новых тех­нических решений представляет интерес получившая широкое рас­пространение в ГДР методика систематической эвристики, которая разрабатывается под руководством И. Мюллера и успешно исполь­зуется в ряде научно-исследовательских и учебных организаций [21,29].

Методика предназначена для рациональной организации труда инженеров, конструкторов и научных работников. Она содержит комплекс программ, созданных на основе системного подхода и эвристического программирования, позволяющих использовать их при конструировании, проектировании, в учебном процессе и т. д.

Эвристическая программа — предписания в виде ряда последо­вательных указаний для разработчика, благодаря которым он ра­циональным путем получает необходимую и достаточную информа­цию и целесообразно ее перерабатывает. Система таких программ имеет иерархическую структуру: содержит главную и укрупненные рабочие программы, подпрограммы, а также накопитель программ. Систематическая эвристика имеет библиотеку программ, содержа­щую столбцы, в ячейках которых они размещены с учетом реше­ния задач определенного класса. Указания в программах, как пра­вило, носят весьма общий характер. Однако специализация мето­дики применительно к более узкому классу задач путем составле­ния соответствующих накопителей и программ позволяет повысить ее эффективность.

Существенный интерес представляет оригинальный метод оцен­ки оптимальности полученного технического решения, применяе­мый в некоторых работах по систематической эвристике. Метод со­стоит в построении круговой диаграммы сравнительной оценки ре­шений (рис. 9). По ее периметру равномерно расположены не­сколько радиальных шкал, оценивающих тот или иной параметр технической системы. Значения параметра, расположенные на шка­ле ближе к центру, лучше тех, которые ближе к наружному конту­ру. Оптимальным вариантом решения признается тот, для которо­го площадь фигуры, ограниченной отрезками прямых, соединяю­щих значения параметров одной технической системы на смежных шкалах диаграммы, окажется ближе к площади внутреннего кру­га диаграммы. Диаграмма на рис. 9 иллюстрирует сравнительную оценку процесса ручной сварки и автоматической сварки в защитной среде. Круговая диаграмма сравнительной оценки решений мо­жет также применяться как самостоятельный метод, позволяющий сравнивать альтернативы.

Функционально-стоимостный анализ (ФСА) является методи­кой рационализации, т. е. усовершенствования конструкций и про­цессов с целью снижения их стоимости и затрат, преимущественно без изменения основных принципов, лежащих в их основе. ФСА строится на том, что деталь машины усовершенствовать легче, чем машину. Применение его позволяет снизить стоимость изделий на 5—20%.

Рис. 9. Круговая диаграмма оценки качества сварочных аппаратов.

В связи с тем, что около 75% затрат на производство изделия предрешается на стадии научных исследований и проектно-конструкторских разработок, важно предупредить излишние расходы именно на этой стадии. Успешно выполнить такое условие—глав­ная задача ФСА. Она решается путем правильного определения функций и характерных признаков систем изделий, их составных элементов, разработкой конструкторских решений в соответствии с этими функциями и признаками [34].

В СССР и других социалистических странах (в частности, ГДР, ЧССР, НРБ, ВНР) эта методика находит широкое распростране­ние. В 1976 г. коллегия Министерства электротехнической промыш­ленности СССР, например, приняла решение о внедрении ФСА по целой отрасли в качестве системного метода сокращения затрат на производство продукции. Методика также получает развитие в не­которых промышленно развитых капиталистических странах: США, ФРГ, Англии, Канаде, Японии, Австралии.

ФСА проводят преимущественно постоянные (действующие длительное время) исследовательские группы численностью 3—6 человек. В их числе обязательно находятся конструкторы, техно­логи и экономисты. Работы с использованием методики ведутся по рабочему плану примерно в такой последовательности.

1. Подготовительный этап:

популяризация метода; обучение специалистов основам ФСА; выбор объекта исследования и определение целей анализа; подго­товка перечня информационных материалов об анализируемом объекте и заданий по их получению; подбор и утверждение состава исследовательской группы; составление, обсуждение и утверж­дение плана проведения анализа конкретного объекта.

2. Информационный этап:

сбор оптимального количества информации для определения существа и структуры исследуемого объекта и его аналогов; систе­матизация информации и ее изучение для описания объекта, уясне­ния его фактического состояния; выявление и формулирование функций; построение схемы взаимосвязи составных частей иссле­дуемого объекта; определение затрат на создание и функциони­рование объекта и его составных частей; выявление зон наиболь­шего сосредоточения затрат в исследуемом объекте.

3. Аналитический этап:

анализ и уточнение функций, определение основных, вспомога­тельных, выявление ненужных функций в исследуемом объекте и его составных частях; разграничение и анализ затрат, связанных с осуществлением функций; сравнение функций составных частей и затрат на их осуществление с аналогами; сравнение функций и затрат аналогичных (схожих) систем и решений, проведение в случае необходимости межзаводских анализов; уточнение поиска резервов экономии в анализируемом объекте по функциональным зонам; формирование задач для поиска новых идей и вариантов оптимальных решений.

4.Творческийэтап:

уточнение направления и задач поиска новых решений и выбор методов коллективного творчества для реализации этих задач; определение тематики, планирование проведения творческих сове­щаний; организация и проведение совещаний по выдвижению идей; обработка и систематизация результатов творческих совещаний для их последующей оценки; подготовка материалов для оценки полу­ченных результатов функциональными службами.

5. Исследовательский этап:

систематизация предложенных вариантов новых решений; исключение явно невыполнимых предложений и экспертиза остав­шихся предложений; исследование и при необходимости экспери­ментальная проверка различных возможностей выполнения функ­ций в предложенных вариантах; оценка осуществимости оставших­ся предложений с точки зрения материально-технического, финан­сового, производственного обеспечения; определение затрат и эко­номичности выполнения функций для разных вариантов решений; ранжирование вариантов и выбор оптимального.

6. Рекомендательный этап:

оформление рекомендаций по реализации предложений окончательно выбранных вариантов решений с уточнением расчетов эф­фективности; согласование рекомендаций с заинтересованными службами и представление рекомендаций на обсуждение руковод­ству (комитету ФСА); обсуждение представленных рекомендаций комитетом ФСА и принятие решений; составление проекта и утвер­ждение плана-графика внедрения рекомендаций и передача утвер­жденных рекомендаций соответствующим службам.

7. Этап внедрения:

согласование плана-графика внедрения рекомендаций ФСА с другими разделами плана повышения эффективности производст­ва; организация работы по реализации рекомендаций; контроль за выполнением плана-графика; внедрение полученных результатов в производство; поощрение участников разработки и внедрения реко­мендаций, оценка полученных результатов, сопоставление их с предварительными данными; оформление отчета о выполненной работе.