Пообщавшись на форуме портала (тема «Адаптация» взгляд изнутри (ЛИН и ТРИЗ)), я увидел, что здесь практически нет людей знакомых с Теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ), хотя, на мой взгляд бережливое производство и ТРИЗ имеют похожие корни. Несмотря на то, что ТРИЗ создавалась на основе технического патентного фонда, подходы и методы ТРИЗ, на мой взгляд, являются универсальными. В данной заметке попытаюсь описать основные принципы ТРИЗ и показать их взаимосвязь с методами бережливого производства.

Годом рождения ТРИЗ считается 1946, когда Г.С.Альтшуллер на основании исследования нескольких тысяч патентных заявок вывел основные законы развития техники и приемы изобретений.

Наибольшую известность в СССР ТРИЗ приобрела в 70-е и 80-е годы ХХ века. К сожалению, после известных событий 90-х годов ТРИЗ была предана забвению на территории бывшего СССР и России. Многие ТРИЗ-овцы эмигрировали, а те, кто остался, вынуждены были сократить свою деятельность, или перевести ее в область платных консалтинговых услуг.

В интернете есть достаточное количество сайтов, посвященных ТРИЗ, и здесь нет необходимости копировать их содержание, поэтому постараюсь изложить свое мнение в максимально сжатой и простой для понимания форме. Итак, предлагаю Вашему вниманию:

 

Теория решения изобретательских задач (краткий конспект с заметками на полях)

Основу ТРИЗ составляет системный подход, важнейшим условием которого является четкая формулировка цели конечного результата решения проблемы. Главный принцип системного подхода - концепция целостности - состоит в несводимости сложного к простому, целого к части, а также в наличии у целостного объекта (системы) таких свойств и качеств, которые не могут быть присущи его частям (неверно будет рассматривать один из множества процессов без взаимовлияния его с остальными, пусть это и основной процесс).

Основное положение ТРИЗ заключается в том, что технические системы возникают и развиваются по объективным законам. Конечная цель развития технических систем - достижение идеальности, т.е. такого состояния, когда системы нет, а ее функция выполняется. В этом смысле жизненный путь системы можно представить в виде нескольких этапов: возникновение потребности в выполнении некой функции -> создание системы, выполняющей эту функцию -> совершенствование системы -> исчезновение системы как самостоятельного объекта (либо передача ее функций в над- или подсистему, либо исчезновение необходимости в выполнении ее функции). Иногда исчезнувшая было система возрождается на новом витке «спирали развития», но уже на новом уровне.

Процесс решения изобретательских задач рассматривается как выявление, анализ и разрешение технического противоречия (если проанализировать любую проблему, то в корне ее обязательно окажется какое-нибудь противоречие). На уровне машины, в целом, противоречия относят к уровню технических. Например: чтобы достоверно установить техническое состояние какого-либо агрегата его надо разобрать, а разбирать нельзя, поскольку оборудование должно работать и приносить прибыль. Решением задачи будет нахождение способа диагностики без разборки агрегата. Причем в ТРИЗ подобные задачи решаются за счет ресурсов системы или с минимальным привлечением дополнительных ресурсов. Следующим уровнем противоречий являются противоречия более «глубинного» характера - на уровне взаимодействия веществ, они относятся к т.н. физическим противоречиям, хотя могут решаться не только физическими, но и химическими, психологическими и прочими методами. Если продолжить вышеприведенный пример, то здесь уже речь будет идти о том, каким способом диагностировать состояние машины? Обычно на ум приходит установка различных датчиков (скажем температуры), но в соответствии ТРИЗ машина сама должна сигнализировать о своем состоянии (это так называемый, идеальный конечный результат - ИКР). Вот и обозначилось очередное противоречие - датчик температуры должен быть, но его быть не должно. Разрешив это противоречие - получим (возможно) изобретение. Решение находим среди химических стандартов - необходимо окрасить корпус машины термочувствительной краской, которая при температуре, скажем +50 градусов меняет свой цвет, тогда даже беглого взгляда будет достаточно для оценки состояния машины. Как можно заметить по приведенному примеру, разрешение проблем в ТРИЗ ведется не методом проб и ошибок, а от конечного результата. Это все равно, как решать школьную задачку, предварительно заглянув в конец учебника и подсмотрев ответ.

Основная трудность при решении подобных проблем это неверная или нечеткая постановка задачи. Как правило, заказчик слабо представляет, что именно необходимо сделать. Поэтому, значительное место в ТРИЗ занимает анализ проблемной ситуации. Если задача поставлена расплывчато и явного противоречия обнаружить не удается, применяются АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач) а на уровне физического противоречия - вепольный анализ. Правильно поставленная задача содержит в себе сформулированное противоречие, а значит, содержит и решение. Решение же неверно сформулированной задачи напоминает борьбу Ивана-Царевича с Кощеем-Бессмертным - сначала надо найти дуб, потом достать сундук, затем последовательно убить зайца, утку и только потом, разбив яйцо, достать иглу, переломить которую уже особого труда не составляет. Но, как мы помним, победить в открытом бою (в лоб) Кащея вообще невозможно - он же бессмертный!

 

Законы развития технических систем.

В ТРИЗ, кроме законов развития технических систем, используются также некоторые биологические и другие законы, выявленные при изучении исторических тенденций развития техники. Выявленные законы объединяются в три группы под условными названиями «Статика», «Кинематика» и «Динамика», кроме того, выделяется группа механизмов действия законов.

Законы статики, определяют необходимые условия возникновения, существования и принципиальной жизнеспособности технической системы.

Закон полноты частей системы. Автономно действующая техническая система включает в себя рабочий орган, трансмиссию, двигатель и органы управления, при этом каждая ее часть должна быть минимально работоспособной и хотя бы одна часть минимально управляемой. При отсутствии какой-либо части системы ее функцию выполняет человек или окружающая среда. (По мере совершенствования системы количество выполняемых человеком функций неуклонно сокращается).

Полное представительство частей системы и высокая степень их развитости приводят к появлению автономно действующих автоматов, в которых лишь небольшая часть функций по управлению остается за человеком. Полностью приняв на себя функцию управления, техническая система становится самоорганизующейся и самоуправляемой.

Закон энергетической проводимости системы. Любая техническая система является потребителем и преобразователем какого-либо вида энергии, отсюда очевидна необходимость сквозной передачи от двигателя через трансмиссию к рабочему органу. Для повышения управляемости также необходимо обеспечить энергетическую информационную проводимость между частями системы и органами управления (из ЛИН здесь можно как пример привести систему КАНБАН).

Закон согласования частей системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ее частей по основным параметрам.

В принципе совершенствование любой технической системы связано в той или иной мере с повышением степени согласования ее частей вначале между собой, а затем с окружающей средой. При достижении полного согласования частей системы она, как правило, «сворачивается» в один рабочий орган, который далее начинает все более согласовываться с окружающей средой (технологической, природной).

Законы кинематики характеризуют направление развития технических систем.

Закон увеличения степени идеальности. Развитие всех технических систем идет в направлении увеличения степени идеальности. При достижении идеала механическая система исчезает, но ее функция продолжает выполняться (если попытка совершенствования системы не направлена в сторону увеличения идеальности, она не ведет к улучшению системы и, как правило, является бесполезной тратой ресурсов).

В рамках ТРИЗ выявлены некоторые пути приближения к идеалу:

- увеличение количества выполняемых функций при сохранении или минимальном росте числа элементов системы,

- сокращение числа элементов системы при сохранении количества функций,

- передача функции системы надсистеме.

Закон неравномерности развития частей.

Развитие частей системы осуществляется неравномерно, причем, чем сложнее система, тем неравномерное ее развитие. Неравномерность развития системы - одна из причин возникновения противоречий в ней и, следовательно, изобретательских задач.

Закон перехода в надсистему.

Исчерпав возможности развития, система переходит в надсистему в качестве одной из ее частей, и дальнейшее ее развитие идет на уровне надсистемы.

Законы динамики отражают тенденцию развития современных технических систем в следующих направлениях:

- Перехода рабочего органа с макроуровня на микроуровень. Техническая система, выполненная на механическом уровне (макроуровне), при дальнейшем своем развитии переходит к использованию ее возможностей на микроуровне, т.е. реализуются возможности агрегатного строения вещества, его атомарных и молекулярных свойств.

Увеличения степени вепольности, т.е. степени управляемости и взаимовлияния веществ и энергетических полей в системе (термин «веполь» образован от слов «Вещество» и «Поле», под «Веществом» понимают субъект и объект воздействия, «Поле» это способ (вид) воздействия).

Для реализации описанных законов в ТРИЗ существует группа механизмов развития технических систем, обеспечивающих решение изобретательских задач.

- Переход моно-, би-, поли-, моносистема. Созданная техническая моносистема, исчерпав свои возможности в стремлении удовлетворить возросшие потребности, объединяется с другой системой, образуя новую, более сложную. Развитие этого варианта приводит к появлению качественно новой системы, выполненной в варианте моно. И так цикл повторяется с новым вариантом системы.

- Повышение динамичности технической системы. Система на каждом этапе своего развития увеличивает степень подвижности, гибкости частей, а также переходит к движению частей из плоскости в объем, от равномерного движения к импульсному.

- Повышение управляемости частей технической системы. В своем развитии части технической системы снабжаются элементами управления. Если в первых моделях систем управление сосредотачивалось в основном на рабочем органе, то в последующих моделях элементы управления все более проникают в двигатель, в трансмиссию и в органы управления.

- Увеличение степени дробления. В процессе развития части технической системы для реализации основных законов проявляется тенденция к их дроблению. (Дробление одной части а не системы - так в ленточном транспортере ролик в виде цилиндра был заменен на набор шайб на одной оси)

- Свертывание технических систем. Этот механизм обеспечивает выполнение системой функций меньшим числом элементов. Чаще всего наблюдается свертывание частей системы в рабочий орган.

- Механизм применения пустоты. В технических системах при их развитии используют пустоты в виде замкнутых полостей, которые постепенно дробятся, превращаясь в микропоры, капилляры.

- Механизм опережающего развития рабочего органа обеспечивает качественное улучшение показателей, связанных с выполнением основной функции. Этот механизм включает в действие закон неравномерности развития частей системы и др.

Кроме этих механизмов срабатывания законов в ТРИЗ выявлен ряд законов, которые в настоящее время находятся в стадии анализа.

Собственно, на этом можно закончить описание «Классической ТРИЗ». Но ТРИЗ сегодня не исчерпывается только данной теорией. ТРИЗ является ядром, которое не только совершенствуется, но и вокруг которого создаются более мощные и более специализированные инструменты. Суть ТРИЗ - разрешение противоречий, которые возникают от того, что всякое изменение одного объекта системы сказывается (чаще всего отрицательно) на других объектах, на надсистеме, в которую входит объект, и на подсистемах, из которых он состоит. Поэтому недостаточно улучшить ту или иную характеристику объекта. Необходимо, чтобы это улучшение не сопровождалось ухудшением других характеристик.

Несколько примеров решения производственных задач:

Задача 1: На консервном заводе при подаче промытой стеклянной тары (банок) необходимо отсортировать треснутые и надколотые. ИКР - банки должны «сами себя» сортировать.

Решение: На горловины банок накладывается транспортерная лента из мягкой резины. Так как банки мылись горячей водой, то оставшийся в них горячий воздух, остывая «присасывает» банки к ленте, которая и уносит их с конвейера. Разумеется, если банка повреждена, вакуум в ней не создается и она по конвейеру попадает в бункер для битой тары.

Задача 2: Необходимо обработать по периметру большое количество стеклянных пластин малой толщины. Поскольку такие пластины очень хрупкие, обрабатывать их приходится очень медленно и осторожно, но брака все равно избежать не удается. Как увеличить производительность и качество? ИКР - стекло на время обработки должно стать толстым и прочным.

Решение: Склеить в пакет растворимым клеем несколько пластин и обрабатывать полученный пакет как одну заготовку - прочности уже хватит. После обработки клей растворяется и готовые пластины разделяются.

Задача 3: На одной из промежуточных операций необходимо перед термообработкой проштамповать заготовку. Для уменьшения износа штампа, каждую заготовку необходимо смазывать. Конструкцию штампа изменять нельзя, человека ставить на эту операцию тоже не желательно по ряду причин. Необходимо придумать способ наносить строго дозированное количество смазки, равномерно распределяя ее по поверхности заготовки. ИКР - смазка до начала штамповки должна быть «твердой» и плоской, равномерной толщины, для возможности автоматизации этой операции.

Решение: Пропитать смазочным маслом пористую бумагу (хотя бы даже туалетную), возможно даже придать ей форму штампа. При штамповке такая бумага нагрузку на штамп не увеличит, а при последующей термообработке просто сгорит.

Попробуйте сами решить одну задачку из производственной практики:

Имеется роторная линия по штамповке таблеток (лекарство или удобрение - не важно) производительностью, скажем 5 шт в секунду. После нее отштампованные таблетки по наклонному лотку скатываются на приемный стол упаковочной линии. Проблема заключается в том, что некоторые таблетки прилипают к штампам, в результате чего получаются «надкусанными» а то и сломанными пополам и до упаковки их необходимо отсортировать, иначе - возврат, неустойки и рекламации. Попробуйте решить эту проблему любым оптимальным способом.

За решение данной задачи было в свое время получено авторское свидетельство. Кроме того, ее независимо решили 14...15-летние школьники, занимавшиеся в кружке ТРИЗ.

 

Бережливое производство и ТРИЗ

Как же сугубо техническая (на первый взгляд) теория может помочь в достижении идеала «бережливого производства»? На мой взгляд, любое производственное предприятие можно представить в виде технической системы, функция которой заключается в преобразовании сырья в изделие. В таком случае, степень идеальности такой системы обуславливает необходимое количество персонала. Увеличение идеальности предприятия может вести либо к снижению загруженности персонала, т.е. к облегчению его труда, либо к сокращению персонала с сохранением его загруженности. В то же время оптимальным, на мой взгляд, будет их сочетание. Но, в любом случае, подход к любым преобразованиям должен быть «ТРИЗ-овским» - по максимуму использовать имеющиеся в наличии ресурсы (все изменения должны даваться «даром»), и ни в коем случае не ухудшать существующее положение. Разумеется, психологические моменты необходимо учитывать, но не они являются определяющими.

Почему я так настойчиво предлагаю «низвести» человека до уровня машины? Это не моя прихоть! Это закономерность технического прогресса. Давайте проследим развитие технологии, скажем, кузнечного дела. Построим график, на котором по оси абсцисс отложим время, а по оси ординат - вклад в конечное изделие. Синим цветом обозначим вклад человека, а зеленым - приспособлений и инструмента, другими словами - машины. Получим примерно такую картину:

 

Цифрами обозначены этапы развития:

0 - первый кузнец, имевший в своем распоряжении только подручные камни;

1 - первобытный кузнец, оснащенный примитивным молотом и наковальней;

2 - знакомый всем деревенский кузнец, он имел не только достаточно большой арсенал орудий и приспособлений, но и пару-тройку помощников;

3 - начало «промышленной революции», появление парового молота;

4 - холодная и горячая штамповка;

5 - роботизированная линия по штамповке.

Как видим - трудозатраты человека (так называемого «основного производственного рабочего») неуклонно сокращаются, вплоть до полного его сокращения, одновременно снижаются требования к его квалификации. В то же время параллельно увеличению машинного вклада растет и необходимость и важность поддержания машины в рабочем состоянии, а так же сложность и затратность переналадки и, как следствие, возрастает роль ремонтного рабочего (которого до сих пор причисляют к «побочным»).

Подобным графиком можно представить эволюцию практически любого вида техники - от стиральной машины до летательных аппаратов. Точно таким же графиком можно представить и развитие предприятий. Соответственно, если какое-либо предприятие располагает оборудованием, которое можно отнести к правой части графика, то его можно смело рассматривать как техническую систему, с соответствующим подходом. Если же предприятие относится скорее к левой части графика, тогда на первом месте, разумеется, окажется производственный персонал. Но и тогда, развитие предприятия возможно только в сторону увеличения механизации, да и подход как к технической системе также оправдан, разумеется, с небольшими коррективами. По меньшей мере, до уровня технического противоречия.

 

Данная заметка ни в коей мере не претендует на исчерпывающую полноту, это, скорее обзорный материал, предполагающий его последующее обсуждение. Ваши мысли прошу высказывать в комментариях к заметке, а также в соответствующей ветке форума: «"Адаптация" - взгляд изнутри (ЛИН и ТРИЗ)».

При подготовке данной работы были использованы следующие источники.

1. ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Серия Изобретательство и патентное дело. Обзорная информация Выпуск 4 «Методы поиска новых технических решений» Научно-исследовательский институт научно-технической информации и технико-экономических исследований (Укрниинти) Киев 1988;

2. «...И начинайте изобретать!» Геннадий Иванов. Восточно-Сибирское книжное издательство Иркутск 1987.