Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Совместные проекты / ЛЭСМИ
Начало сайта / Совместные проекты / ЛЭСМИ

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Бермудский треугольник: мифы и реальность

Законы Паркинсона

Крушение парадоксов

Плеяда великих медиков

Среди запахов и звуков

Ученые – популяризаторы науки

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Эстафета успеха

Перспективы информационного обеспечения инновационной деятельности в Украине

Павел БАБИЧ, Николай ТУРОВ

Уже сейчас становится ясно, что в XXI веке усилится специализация и расслоение глобальной экономики. Страны, промышленная политика которых нацелена на перевод своей национальной индустрии на производство «чистого продукта» (знаний, информационных ресурсов, технических идей, технологий, патентов и инвестиционных проектов), станут все более недосягаемыми лидерами во всех сферах экономической и политической жизни. Всем остальным, не имеющим ни достойной науки, ни новейших технологических разработок, ни информационной инфраструктуры, придется довольствоваться положением сырьевых придатков и «грязных цехов» глобальной индустрии.

При этом у стран «второго эшелона» остается все меньше времени нащупывать оптимальные варианты по организации своего бизнеса методом проб и ошибок. Чтобы ускорить этот процесс без потери качества, постоянно наращивать конкурентоспособность, надо ясно понимать механизмы развития сложных бизнес-систем и знать правила эволюции экономики.

Еще лучше – пользоваться информационными инструментами, которые при сравнительно небольших затратах быстро и с большой долей вероятности подсказывают ключевые моменты будущего рыночного успеха. В этом случае бизнесменов выручают механизмы предпринимательской самоорганизации, которые в последние десятилетия с нарастающим успехом разрабатываются сравнительно молодой наукой синергетикой в различных сферах человеческой деятельности. В частности, речь идет о том, что уже сегодня ведущие фирмы мира все шире применяют алгоритмы ТРИЗ (теории решения изобретательских задач), с помощью которых быстро и эффективно корректируют свое развитие и растущую конкурентоспособность на все более отдаленную по времени перспективу. Разработки такого плана в международной практике ценятся особенно высоко, и наиболее успешные компании воспринимают инновации как средство увеличения прибыли и завоевания более широких сегментов рынка.

Синергетика обогащает бизнес

В чем же привлекательность для любой фирмы использования алгоритмов ТРИЗ? Главное их достоинство в том, что они позволяют свести к минимуму рутинную и очень длительную работу изобретателей и целых конструкторских коллективов по перебору возможных вариантов нужного технического решения, намного быстрее выделяют главные направления поиска и подсказывают оптимальные пути достижения конечного результата. Вышесказанное хорошо понятно изобретателям, но большинству бизнесменов трудно представить, насколько алгоритмы изобретений могут повысить конкурентоспособность фирмы. Поясним на примерах.

Когда в США провели сплошное исследование патентов за 1947...1986 годы по 13 традиционным и 24 принципиально новым направлениям научной и производственной деятельности, оказалось, что по группе принципиально новой техники сначала появлялись немногочисленные базисные изобретения, затем наступал период их совершенствования, создавалось много рядовых изобретений, после чего еще целое десятилетие волна инноваций поддерживалась созданием новшеств по группе традиционной техники, которая все еще преобладала над новой. Однако в последующие годы картина принципиально изменилась. Процесс появления на рынках новшеств резко ускорился, и конкуренция между той или другой новой продукцией приобрела гораздо более ожесточенный характер.

Сегодня, как правило, «на коне» оказываются фирмы, активно предлагающие рынку принципиально новую продукцию. Уже становится правилом, когда в момент выхода на рынок одной разработки на подходе оказывается принципиально новый товар или технология – и так до бесконечности. Выдержать такую конвейерную гонку по силам далеко не каждой фирме.

И лишь обладая «секретами» современного научного и конструкторского поиска, можно уверенно ориентироваться в информационных потоках, сопровождающих сегодня инновационные процессы. Если условно разделить все изобретательские задачи на пять уровней сложности, то для решения задачи первого, самого простого, уровня достаточно перебрать с десяток вариантов, второго уровня – уже несколько сотен проб, на третьем уровне решения прячутся среди тысяч вариантов, на четвертом – среди десятков и сотен тысяч, на пятом – среди миллионов вариантов. Например, Эдисону пришлось поставить 50000 (!) опытов, чтобы изобрести щелочной аккумулятор.

В то же время подсчитано, что 77% всех зарегистрированных в мире изобретений – первого и второго уровней. В принципе, их может делать каждый: в этом диапазоне не нужна выработка новых задач, новых технологических идей и т.д. Что касается прорывных идей – изобретений с третьего по пятый уровень сложности, их в мировой практике регистрируется менее четверти. Но именно они обеспечивают качественно изменение техники и в конечном счете рыночное лидерство фирмы-разработчика. За такими идеями сегодня охотятся самые крупные фирмы.

Сравните: один килограмм стали в США стоит 7 центов, килограмм автомобиля – 7 долл., самолета – 700 долл., а килограмм интегральных схем – 7000 долл. То есть знания, «закачанные» в технологию и продукцию, представляют наивысшую коммерческую ценность, дают наибольший экономический эффект. А усилия синергетиков в области ТРИЗ нацелены на поиск оптимальных изобретательских вариантов высшего уровня сложности.

Качественно изменяют бизнес менее четверти регистрируемых в мире изобретений, и именно за ними охотятся самые крупные фирмы.

Необходимость перемен

Что касается Украины, то для конца XX века тут характерен спад уровня изобретательской активности.

Анализ процентного соотношения количества изобретений разных уровней за 1965...1969 годы, проведенный по отношению к изобретениям 14 классов действующей на тот период так называемой «немецкой» классификации показал, что изобретения первого уровня (перенос средства по прямому назначению) составили 32%, второго (модернизация в своей отрасли) – 45%, третьего (адаптация изобретений из чужой отрасли) – 19%, четвертого (использования явления, характерного для смежной науки) – менее 4%, пятого (основанных на новых приоритетных открытиях науки) – менее 0,3%. То есть более трех четвертей рассмотренных изобретений решали мелкие и мельчайшие задачи улучшения техники.

Причем с годами эта тенденция только усугублялась. Так, в 1982 году первому уровню соответствовало 39%, второму – 55%, третьему – 6% изобретений. Разработок же высшего уровня сложности вообще не оказалось. Эта ситуация и вызвала необходимость коренным образом пересмотреть политику украинского изобретательства.

Методика прогнозирования

Прежде всего предстояло выяснить, что же, собственно, требовать от изобретателя. К тому времени в мировой практике для определения тенденций развития технических средств все чаще стали использовать логистические (S-образные) кривые, о которых уже писал журнал («ДиТ», №10/2001).

Вкратце напомним суть этой методики прогнозирования. График развития технических средств во времени и в зависимости от вложенных средств имеет вид S-образной кривой. Нижняя пологая ее часть демонстрирует этап зарождения системы, когда на основании открытия науки создается новая машина, прибор, технология.

Сформировавшееся детище начинает жить и, что самое главное, приносить доходы. Система совершенствуется, становится более надежной и качественной, ее главный технический показатель постоянно растет – до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел возможностей конструкции, физического или иного явления, положенный в основу работы технического средства.

Главный признак приближения предела возможностей – снижение отдачи на затраты в научные исследования, опытно-конструкторские разработки и т.д. Затраты растут, а улучшения главного технического показателя почти нет или темпы его роста резко замедляются. В этот момент, как бы хорошо ни шли дела, надо немедленно переходить к новой концепции – конструкции, принципу действия и др.

Сказать легко, а как это осуществить на практике? Для качественного скачка очень важно выявить фактор, определяющий границы дальнейшего роста технических показателей совершенствуемой системы. Для этого многие компании имеют специалистов-предельщиков, целые научные институты для скорейшего выявления потребности в качественных изменениях.

Другими словами, S-образная кривая показывает бизнесмену эффективность его капиталовложений в научно-исследовательские разработки (НИР), а изобретателю подсказывает, в каком направлении двигаться дальше. Если же игнорировать эти расчеты, очень легко оказаться на обочине бизнеса, и таких случаев в мировой практике, увы, немало.

Шинно-кордовая война

Один из ярких примеров, когда маленькая фирма с помощью S-образной кривой сумела нанести сокрушительное поражение могущественному конкуренту, произошел в 60-е годы в автомобильной промышленности США.

В то время одним из крупнейших мировых производителей синтетического шинного корда на базе вискозы был химический концерн DuPont, который за несколько лет потратил на улучшение технических параметров этого материала более 100 млн долл. Но эти деньги дали неравномерный эффект: первые 60 млн долл. обеспечили прирост в 800%, следующие 15 млн долл. – 25%, а последние 25 млн долл. дали прирост в 5%, так как технология вискозы достигла своих пределов. Если бы компания сразу определила этот технический «потолок», то 40 млн долл., израсходованные после 1962 года, можно было бы сэкономить.

Но катастрофический «прокол» произошел позже. Вместо вискозного DuPont стал производить более эффективный нейлоновый корд. И хотя почти одновременно изобретатели этой фирмы получили еще более прогрессивный материал – полиестер – они не придали ему серьезного значения. Зато очень заинтересовалась «побочным продуктом» малоизвестная фирма Celanise, которая составила S-образную кривую по разработкам в шинной промышленности и убедилась в перспективности именно полиестера. Поэтому все силы и средства фирма Celanise сконцентрировала в этом направлении, и при меньших затратах добилась лучшего, чем у конкурентов, результата, ибо кривая полиестера тогда только-только начиналась (рис. 1).

Рис. 1. S-образный подсказчик

С тех пор ни одна уважающая себя фирма не вкладывает в новые разработки ни копейки, пока с помощью S-образной кривой не определит, какому участку логистической кривой отвечает текущий момент для используемой технологии или выпускаемой продукции, не наступил ли уже такой этап, когда дальнейшие вложения в совершенствование производственных процессов и производимых товаров не дадут осязаемых результатов по той причине, что близки объективные пределы развития соответствующей научной, инженерной либо организационной идеи. В этом случае целесообразно направлять средства на разработку и внедрение принципиально новых идей, в подготовку, освоение и выпуск изделий новых поколений.

Шанс для Украины

Итак, для того чтобы правильно ответить на вопрос: «Следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней техническую систему или надо создать нечто принципиально иное?», – и бизнесмену, и изобретателю надо знать особенности S-образных кривых технических систем.

По большому счету, именно в Украине для этого есть необходимые специалисты. Достаточно вспомнить, что впервые основы «программируемого» изобретательства были заложены в СССР Генрихом Альтшуллером еще в 50-е годы, а украинская школа его последователей – разработчиков алгоритмов ТРИЗ – считалась одной из сильнейших в мире. По сей день киевляне предлагают алгоритмическое и программное обеспечение для совершенствования и создания технологий изготовления самых разных машин, оборудования, товаров и услуг.

В частности, на кафедре технологии машиностроения Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт» Сергеем Лапачем, Павлом Бабичем и Станиславом Радченко разработана информационная технология с использованием программного средства ПРИАМ (Планирование, Регрессия и Анализ моделей), с помощью которого в разных регионах Украины уже решено более 300 разнообразных задач, и во многих случаях был получен значительный экономический эффект Высокая «интеллектуальность» этого программного продукта позволяет пользователю практически «на потоке» решать задачи почти любого уровня сложности (рис. 2).

Программное обеспечение ПРИАМ помогает снизить затраты любого производства от 10 до 30%, и это еще не предел.

Рис. 2. Как покупают оборудоваие и станки. Покупка предметов роскоши (например, станков) очень схожи: для покупателя куда важнее технические параметры товара и его превосходство над другими

С помощью этого инструмента удалось сократить сроки проведения испытаний на 30...80%, на 8% снизить вес изделий в самолетостроении, до трети уменьшить затраты любого производства и на 20...70% – расход энергии, сырья и материалов, в 1,5...3 раза увеличить надежность проектируемой техники. Причем эта программа экономит дорогой человеческий ресурс – для рутинного проведения испытаний оборудования и техники нужно рабочих и инженеров на 40% меньше, чем обычно.

Из пользователей этого ПО можно назвать КМЗ им. О.К. Антонова, Институт сверхтвердых материалов НАНУ, московский ВНИИ шинной промышленности, предприятия Запорожья, Харькова, Обнинска, Ростова-на-Дону...

Упреждающий расчет

Так, с помощью ПРИАМа коллективное предприятие «Киевтрактородеталь» сегодня успешно конкурирует с зарубежными производителями и поставляет немецким фирмам AKLA и Ungheinrix соответственно 80 и 90 наименований продукции. Это стало возможным благодаря методам многофакторного математического моделирования и многокритериальной оптимизации тех аспектов качества, которые обеспечили конкурентоспособность продукции предприятия.

Если подробнее, то кандидат технических наук Станислав Радченко вместе со специалистами Института сверхтвердых материалов НАНУ создал математическую модель процесса хонингования гильз цилиндров и поршней, а потом на ее основе разработчики оптимизировали критерии качества целой гаммы изделий, добившись их высокой конкурентоспособности – была создана специальная алмазная хонинговальная головка, которая позволяла получать качество изделий с более высокой надежностью и долговечностью по сравнению с продукцией фирм-конкурентов. В частности, для изготовления гильз цилиндров предложены новые высокоэффективные марки легированных чугунов, и теперь заготовки делают на уникальных автоматизированных комплексах, не имеющих аналогов.

Но принцип прямой экстраполяции при определении тенденций развития техники срабатывает не всегда, особенно если дальнейший рост технической системы упирается в естественное ограничение возможностей физического или иного явления. Поэтому при планировании производственной и рыночной стратегии фирм возникает необходимость использовать и иные пути и подходы прогнозирования показателей.

Алгоритм прибыльности

Как показал опыт, решение изобретательских задач по принципам, определенным Альтшуллером, делает эту процедуру гораздо более результативной, особенно если разбить универсальные эвристические преобразования на этапы.

Подобно периодической системе химических элементов Менделеева, развитие техники тоже поддается систематизации. Универсальные эвристические преобразования распределяются по горизонтали по принципу усложнения конструкции и повышения ее эффективности (управляемости, точности, удобства использования и т.д.) – подобно тому, как вещества размещаются слева направо по мере усложнения их строения. По вертикали же сверху вниз размещаются виды энергий по мере увеличения их энергетической активности – подобно тому, как у Менделеева возрастает энергетическая сила вещества.

Составив такую «менделеевскую» таблицу, можно заметить, как логические варианты и схемы развития низших этапов обязательно повторяются при построении технических систем на высших этапах развития – при переходе к более эффективным физическим, химическим или другим принципам действия. И компьютеру будет легко извлечь логику решения задач любого уровня сложности, если он будет «видеть» их более простые решения. То есть зная этапы (типовые, структурные, временные и прочие преобразования), гораздо проще создавать новые технические системы – машины, приборы, технологические линии и т.д. И речь тут уже можно вести о компьютерной технологии по созданию принципиально новой техники – причем такой технологии, которая была бы легка в обращении, давала положительные результаты, содержала обучающую часть, а также поддерживала работу по защите и реализации изобретений.

В конце концов, с 1992 года все эти факторы начали воплощаться в компьютерной технологии «Эвроника». Поставлена сверхзадача: где бы эта технология ни использовалась, ей нужно совместить казалось бы несовместимое – повысить качество и конкурентоспособность изделия, снизив затраты на его изготовление и эксплуатацию; повысить эффективность производства без увеличения расхода ресурсов. Реально ли это?

Что может «Эвроника»?

Поиск путей повышения эффективности информационного обеспечения процесса создания конкурентоспособных изобретений осуществляется, в первую очередь, по обеспечению прогнозирования с помощью ПРИАМа тех показателей, которые придадут будущему изобретению лидерство в конкурентной борьбе. Затем в изучаемой технической системе выявляются несоответствия между существующими техническими возможностями и новыми, более высокими требованиями, которые должны обеспечить конкурентоспособность (проще всего свести эти требования до уровня первичных свойств: физических, химических и т.д.). И уже в уточненном виде задача поступает на вход в блоки ее решения.

Уже сегодня вполне реально обучиться технологии решения изобретательских задач любого уровня сложности.

По этой модели можно рассматривать техническую систему любой сложности: от конкретного оборудования или продукта до технологии производства; также самыми разнообразными могут быть и требования к конечным результатам, которые нужно получить. В любом, даже самом сложном, случае будет достаточно использовать алгоритм решения изобретательских задач, специально модифицированный для «Эвроники». Сведенная с помощью алгоритма до уровня типовой проблемы, задача решается с применением таблицы типовых преобразований и таблицы этапов развития техники, фонда решений-аналогов.

В программе «Эвроника» со временем будет математизирован поиск двух основных видов решений изобретательских задач: типовых преобразований, физических, химических, геометрических и биологических явлений и эффектов, которые в мировой практике уже зарекомендовали себя при создании эффективных изобретений.

Когда же понадобится изменить принцип действия конструкции на более эффективный, «Эвроника» и тут поможет найти необходимые физические или иные необходимые явления, построит функциональную и принципиальную схему, разработает конструкцию – то есть возьмет на себя львиную долю прежде рутинных (и длительных по времени) изобретательских забот.

Заметим, что при этом в изобретающей технологии предусмотрено выявление и решение вторичных задач, вызванных как собственными недостатками зарождающейся системы, так и негативными последствиями ее возможного взаимодействия с окружающей средой. Для оптимизации этого ресурса предусмотрен анализ взаимодействия системы с надсистемой, окружающей средой и т.д.; в программу заложено выявление внутренних и внешних отрицательных результатов взаимодействия, выявление их причин, решение или нейтрализация негативных последствий.

Языком математической логики будут описаны и типовые противоположности, пути и принципы их преодоления. Ведется также работа над осуществлением словесного описания рекомендаций по преобразованию в систему.

Вот как это будет решаться в идеале. Если понадобится разработать какую-нибудь конструкцию, «Эвроника» самостоятельно произведет подбор исполнителей смежных действий по принципу наибольшего соответствия показателей и экономичности. При оптимизации подбора элементов, узлов и технологических единиц будет использована методика согласования входных и выходных параметров технологически взаимосвязанных процессов и технических элементов.

В результате на выходе будет получена система, оптимизированная по максимальному ряду параметров – исполнителям, составу, действиям, техническим, физическим и другим показателям. Что касается выполнения чертежей и технической документации, то в «Эвронике» можно использовать любую из существующих автоматизированных компьютерных систем проектирования.

Конечно, в одной статье невозможно отобразить все нюансы теории решения изобретательских задач, призывающей на помощь человеку всю мощь информационных и компьютерных технологий. Но, зная алгоритм творческого решения тех или иных технических проблем, можно самостоятельно и с куда большим эффектом, чем прежде, решать любые задачи. Причем по силам это любому – было бы желание.

 

Ранее опубликовано:

Бабич П.Н. Эстафета успеха. Перспективы информационного обеспечения инновационной деятельности в Украине. «ММ Деньги и Технологии». Украинский промышленный журнал, №4, апрель 2002 г.

См. также:

  1. Радченко С.Г. Информационное обеспечение технологических процессов. НиТ, 1998.
  2. Радченко С.Г, Лапач С.Н. Информационное обеспечение создания авиационной техники в работах НТУУ «КПИ» и АНТК им. О.К. Антонова. НиТ, 2002.

Дата публикации:

5 октября 2002 года

Электронная версия:

© НиТ. Совместные проекты, 1998