Текст книги "Как эффективно выявлять причины вреда и прогнозировать риски. Инверсионный метод анализа и прогноза вредных явлений"

Истоки метода

Создатель ТРИЗ, Генрих Альтшуллер, первым осознал, что созданная им теория может предложить более эффективные подходы не только к изобретательству, но и к проблемам научного исследования. [1]. Он отмечал существенные общие черты между процессом создания новых технологий и исследованием окружающего мира: оба типа интеллектуальной деятельности оперируют понятиями новизны и требуют активного творческого мышления. В 1960 году Альтшуллер опубликовал работу «Как делаются открытия. Классификация открытий и методов их получения».

Его друг и многолетний соратник – Волюслав Митрофанов был очень близок к созданию Инверсионного Подхода. В частности, при решении задач производственного брака, он успешно использовал изобретательский прием: вместо того, чтоб искать причины 20 % брака, Митрофанов предлагал начать с допущения, что брак – все 100 %. Задача, таким образом, преобразовывалась в установление причин негативного эффекта, как такового. После того, как основная задача решена, можно решить вторичную (и куда более простую!) задачу: «Как снизить данный брак до 20 %?»

На фото – Генрих Альтшуллер и Волюслав Митрофанов

Прием успешно работал, устраняя психологическую инерцию, обычно сопутствующую проблемам малых отклонений параметров. В 1999 вышла книга В. Митрофанова «От технологического брака до научного открытия», в которой он описал свой подход и привел многочисленные примеры его успешного применения.

Инверсионный Метод анализа и прогноза вредных явлений был создан в начале 80-х Борисом Злотиным и Аллой Зусман. Именно они осознали, что последовательное применение Инверсии Задачи и Концепции Ресурсов может обеспечить эффективный метод, применимый для анализа причин любых вредных явлений и для их прогнозирования [2].

Б. Злотин первым применил инверсию с целью преобразования исследовательского или прогнозного запроса в изобретательскую задачу. Полученные в результате этой операции возможности ошеломили самого автора.

А. Зусман объединила инверсию с использованием ресурсов для верификации гипотез, создав, таким образом, работоспособную и универсальную методику.

Исходя из позитивно-активной природы инвертированной формулировки, которая приглашает мысленно поиграть в «нехороших ребят», метод первоначально получил название Диверсионного Анализа.

Вот как описывает первое применение Диверсионного Анализа сам автор метода – Б. Злотин:

В первый раз с проблемой объяснения неприятных явлений, поиска причин брака я столкнулся полуслучайно. В 1974 году на Ленинградском заводе «Электросила» я проводил функционально-стоимостной анализ (ФСА) по автоматическому выключателю очень большой мощности для судовых машин. В конструкции выключателя есть контакты. Такой контакт похож на «сапог» с пазом внутри.

Мы обсуждали его в режиме функционального поиска, и работа совершенно не шла. Был какой-то послепраздничный понедельник, я «выжимал» из людей:

– Ну, давайте мозговой штурм. Предлагайте все что угодно, без критики.

Сидят и тоскуют.

Я говорю:

– Ну, давайте обратный мозговой штурм, наоборот – как можно ухудшить этот контакт.

Реакция:

– Ну, сунуть его под пресс, прежде, чем сдать заказчику… сделать его из… пластмассы.

Я говорю:

– Так любой дурак может, у вас военпред не примет из-под пресса и пластмассовый. Вы придумайте как испортить, чтоб ОТК принял, чтобы военпред принял, чтоб на корабль поставили. И чтоб все было нормально, а вот как он даст, скажем, максимальный ход, так чтобы…

Говорят:

Что? диверсию, что ли придумать?

Дело в том, что за год примерно до этого на заводе был большой переполох. Командиры эсминцев – лихачи. Они гонят корабль прямо на пирс, потом в последний момент дают двигатели «враздрай», разворачиваются «на пятке» и затем медленно пришвартовываются к пирсу.

Короче говоря, один эсминец рванул эдак к пирсу, и когда он дал «враздрай» – один из автоматов сработал, а второй залип. И винт, который должен был крутиться в обратном направлении, попросту продолжал крутиться в прежнем. И эсминец боком влепился в пирс, снес пятьдесят метров пирса и себе половину борта спилил. Были жертвы.

На заводе было большое разбирательство – кто виноват. Но, как всегда, виноват оказался матрос, который там вовремя не смазал – стрелочника нашли.

Поэтому у участников мозгового штурма мое предложение вызвало жуткий энтузиазм:

– Чтоб еще один эсминец влепился?

Я говорю:

– Чтоб эсминец влепился, а вас никто не обвинил.

Буквально минуты через две посыпались предложения. Полусмешные-полусерьезные. И вдруг один из конструкторов говорит:

– А вот здесь есть спай…

– Какой спай, в чертежах его нет!

– По технологии контакт получается отливкой по выплавляемым моделям, и выяснилось, что такая большая восковка деформируется под собственным весом. Поэтому ее стали делать из двух частей, а потом серебряным припоем спаивают. Поэтому, есть идея: площадку только по краю серебром пропаять, внешне все будет очень хорошо выглядеть, и при малых токах – ничего. А как большой ток пойдет, спай проплавится, и контакт развалится на две части.

Он не успел это проговорить, как сидевший рядом технолог, начал нервно смеяться:

– У нас идет соревнование за экономию серебра, рабочие так и паяют!

Тут вскочил заведующий лабораторией. Выяснилось, что они десять лет занимались вопросами перегрева контакта. У них было рабочее предположение, что сзади автомата идут шины корабельных сборок, греющие контакт. Пять человек защитили кандидатские диссертации на эту тему. Они поставили специальные экраны, получили несколько изобретений на них. Это резко усложнило и удорожило конструкцию. Нагрев же снизился процентов на двадцать. Но, самое главное, не удавалось выяснить, почему одни контакты сильнее нагреваются, а другие – слабее.

После этого мы пришли на участок, и, под нашим наблюдением, рабочий запаял контакт тщательно, засеребрив всю поверхность. Сопротивление оказалось в два раза меньше, чем в самом лучшем контакте, который взяли на сборке.

Таким образом, появился методический подход: вместо того, чтобы гадать, почему это происходит, надо спросить: «как это сделать, используя имеющиеся ресурсы?».

На базе этого подхода был создан Диверсионный Метод выявления причин вредных явлений:

«Чтобы найти причину вреда, проблему инвертируют и превращают в позитивное задание, а затем найденные гипотезы верифицируются с помощью имеющихся ресурсов».

Позже подход был использован для прогнозирования вредных явлений. Здесь традиционный вопрос «что может случиться с конкретным устройством или процессом?» заменяется на «как ухудшить конкретное устройство или процесс?»

В 1985 и 1991 годах Б. Злотин и А. Зусман опубликовали статьи на тему Диверсионного Метода «Метод решения научных задач на базе Диверсионного Анализа» и «Решение научных проблем».

В США, куда авторы приехали в 1991 году, методу дали более наукообразное имя – Anticipatory Failure Determination, поскольку даже в начале 90-х годов, задолго до трагических событий 11-го сентября 2001 года, такие выражения, как «диверсионный подход, диверсионное мышление», произносимые с тяжелым русским акцентом, многих смущали. Сегодня, под именем Anticipatory Failure Determination (AFD), метод известен во многих странах мира.

При переводе этой книги с английского, на котором она была изначально написана, я решила не переводить в обратном направлении американский термин AFD, который звучал бы примерно как «Своевременное выявление или предсказание вредных явлений», и отказаться от первоначального названия, искажающего его позитивный, практический смысл. По этим причинам и в соответствии со своим ключевым шагом метод назван здесь Инверсионным.

В 1995 году я разработала первый программный продукт на базе Инверсионного Метода – с тех пор метод стал легко тиражируемым. Он постоянно совершенствуется на основе скрупулезного анализа его применения в многочисленных консультационных проектах, выполненных как моими коллегами и мною, так и обученными нами за многие годы специалистами в США, Германии, Японии и в других странах. Бывшие студенты обращаются ко мне с конкретными вопросами, публикуются статьи, делаются доклады на конференциях. Постоянно анализируется опыт обучения групп и отдельных пользователей, реакция людей на тот или иной шаг в методике.

Одновременно и параллельно развитию метода совершенствуются программные продукты на его основе.

Три ключевых шага

Инверсионный Метод содержит три основных концепции, которые на практике применяются в виде последовательных шагов:

1. Инвертирование задачи;

2. Генерация гипотез;

3. Выявление ресурсов.

Рассмотрим по очереди эти концептуальные шаги и вклад каждого из них в общую процедуру Инверсионного Метода.

Инвертирование задачи

Принцип Инвертирования задачи состоит в следующем.

Вместо того, чтобы беспомощно гадать «Как такое могло случиться?», инвертируй (обрати) задачу в активный и практический вопрос:

Как создать, обеспечить данный результат?

Например, если мы не знаем причин пожара в доме, мы спросим:

«Как устроить в этом доме пожар?»

Когда мы не понимаем, почему смесь солей металлов пристает к поверхности трубы, мы инвертируем проблему в «как обеспечить сцепление указанной смеси с указанной поверхностью».

Стоит только переформулировать вопрос таким образом, и вся ситуация принципиально меняется! Мы сразу получаем несколько существенных преимуществ.

Прежде всего,

наш энтузиазм и решательная способность – возрастают!

Одно дело – безнадежно сетовать на непонятное, и совсем другое – активно стремиться к получению результата.

Опыт показывает, что инвертированная формулировка успешно справляется с Денайлом – как при выявлении причин вреда, так и при его прогнозировании:

• Нацелившись на достижение результата при выявлении причин вреда, мы мобилизуем свой созидательный задор, воображение, профессиональный опыт и навыки: «уж если мне чего-то надо, я способ найду!»;

• При прогнозировании вредных явлений, на вопрос «что может случиться» с процессом или продуктом, естественная реакция инженера – «а ничего не может: я все предусмотрел и проверил!» Профессионал инстинктивно становится в защитную позицию по отношению к своему детищу, и на этом всякое аварийное прогнозирование заканчивается. Но если мы спросим «как сделать, чтоб все пошло плохо», люди включаются в интеллектуальную игру, соревнуясь в предложении идей: чем безумнее и остроумнее, тем лучше! «Какой уж тут Денайл, дайте и мне поиграть в диверсанта!».

Другое преимущество инверсии проявляется в том, что в инвертированной формулировке

вредное явление превращается в нейтральный физический феномен.

Пожар становится «возгоранием», неприятный звук – «осцилляцией», а прилипание к стенкам – «адгезией».

А Мать-Природа, по законам которой развиваются спонтанные процессы, в отличие от нас, грешных, не делит эффекты на полезные и вредные.

Для нас же важно то, что многие естественные явления (и механизмы их развития) хорошо изучены.

И последнее:

Что одному вред, другому – польза!

Многие эффекты, вредные в одной области человеческой деятельности, успешно используются (и приносят прибыль!) в другой. Например, такое типично «нехорошее» явление, как взрыв, имеет разнообразные полезные применения:

• Взрывные болты;

• Подавление пожара в нефтяной скважине;

• Забивание гвоздей в бетон;

• Объемные разряды.

А коли «вредное у меня» явление кому-то другому приносит пользу, этот кто-то вполне заинтересован в распространении информации о своих достижениях.

Все перечисленные выше преимущества инверсии проявляются на следующем шаге, при генерации гипотез.

Генерация гипотез

Инверсионная формулировка задачи автоматически переключает наше внимание с «вредных явлений, которые случаются» на «результаты, которые нужно получить». Теперь можно выдвигать гипотезы, как именно получить нужный результат.

Вооруженные своим энтузиазмом, разбуженным воображением, нацеленные на область применения эффекта в его нейтральном (физическом) выражении мы можем использовать для достижения поставленной цели следующие возможности:

Изобрести способ получения этого результата;

Выявить все известные науке процессы, способные обеспечить требуемый эффект;

Собрать информацию о методах полезного применения указанного эффекта в производстве.

Полученные таким образом способы, природные процессы или методы производства послужат основой гипотез о причинном механизме исследуемого вредного явления.

Рассмотрим по очереди указанные выше способы генерации гипотез.

Изобретение способа получения данного результата

Как мы уже отмечали, инверсия активизирует творческое мышление. При этом в дополнение к собственным способностям можно использовать специальные инновационные инструменты ТРИЗ. В принципе, годятся любые из них, хотя самое простое и эффективное – использовать инструменты, получившие в ТРИЗ название Инновационные Приемы, или (в программном обеспечении) – Операторы.

Например, в решенной нами несколько лет назад проблеме неравномерного распределения топлива в симметрично расположенных баках дальнобойных трейлеров [3], оба бака были соединены системой регулировки забора и возврата топлива (РЗВ). Однако в пути водитель вдруг обнаруживал один бак переполненным, а другой – совершенно пустым. Неожиданность, прямо скажем, не из приятных!

Инвертированная задача была сформулирована следующим образом:

Как обеспечить направление топливного потока только в один из баков?

Ответ на этот вопрос был изобретен В. Просяником с помощью инновационного Оператора «Организация обратной связи» (на снимке внизу), который рекомендует:

Рассмотрите возможность организации обратной связи в вашей системе:

1. Для стабилизации процесса примените отрицательную обратную связь, противодействующую нежелательным эффектам.

2. Чтобы усилить процесс примените положительную обратную связь.

На снимке – Оператор «Организация обратной связи» из программного продукта Innovation WorkBench, by Ideationa International Inc.

В. Просяник применил вторую рекомендацию данного Оператора к инвертированной задаче и получил следующее: для того, чтобы большая часть топлива попадала в один бак минуя другой, необходимо создать положительную обратную связь на поток, направленный в один из баков. Такого устойчивого направления потока можно добиться, если сформировать круговую циркуляцию топлива в баке (см. рисунок).

Круговой поток может повлиять на поток забора топлива из бака в систему РЗВ. При возрастании скорости V кругового потока давление Р внутри потока топлива падает. Это облегчает выход потока в бак из возвратной трубы, способствуя ускорению кругового потока в баке, что, в свою очередь, усиливает возвратный поток в бак (V₁). Усиление потока в возвратной трубе одного из баков приводит к поступлению большей часть топлива именно в этот бак, и, в конечном итоге, перемещает сюда топливо из другого бака.

На следующих этапах проекта эта гипотеза, описывающая само-организующийся нелинейный механизм, формирующий устойчивую обратную связь, была подтверждена, и дефект был устранен. С помощью Инверсионного Анализа задача была решена в течении двух недель. Для сравнения: один из наших клиентов – профессор крупного университета, отметил, что их лаборатория исследовала бы такой причинный механизм года три!

Выявление известных науке способов получения наблюдаемого эффекта

Как мы отметили ранее, благодаря инверсии основного вопроса задачи физическая природа вредного явления проясняется и избавляется от своей негативной «репутации». Из вредного явления оно превращается просто в нейтральный природный эффект. Это дает нам возможность найти физический, химический, геометрический или иной способ получения данного эффекта.

Теоретически, таких способов может быть несколько, хотя, на практике, чаще всего спонтанно реализуется только один. Тем не менее, на данном этапе важно отобрать все возможные способы, чтоб не упустить из рассмотрения именно тот, который, собственно, и реализовался.

Этот подход к генерации гипотез можно проиллюстрировать на примере решения задачи странной и внезапной вибрации трансмиссии на одной из моделей грузового автомобиля компании Форд. На холостом ходу грузовик вдруг начинал дребезжать и трястись. Похожий эффект наблюдался также при длительном движении машины по скоростной трассе. Оба эффекта носили характер резонансных колебаний, и получили соответственно названия «Звон» и «Тряска» [4].

Проблема была инвертирована следующим образом:

Как обеспечить в автомобиле резонансные колебания?

В результате анализа, на базе основных типов колебательных процессов, было предложено 7 гипотез возникновения «Звона» и «Тряски»:

1. Создание положительной обратной связи на первичное колебание (осцилляционные генераторы);

2. Обеспечение нестабильности в системе контроля;

3. Нестабильная система включения и выключения;

4. Создание резонанса на основе естественной частоты вибрации частей автомобиля;

5. Влияние на трансмиссию внешних вибраций и импульсов;

6. Биение, создаваемое двумя или более близкими частотами;

7. Инициация нелинейных процессов, приводящих к осцилляции (аэродинамических или гидродинамических).

Вторая из этих гипотез – Обеспечение нестабильности в системе контроля – была в дальнейшем признана достоверной причиной указанных вредных явлений. (Причина выбора именно этой гипотезы будет объяснена чуть позже.)

Сбор информации о методах применения данного эффекта в полезных целях

Этот подход к генерации гипотез направляет нас в информационную область под названием «методы производства». Основные преимущества этой области для наших целей:

• Она традиционно богата разнообразной информацией;

• Область полезного применения эффекта всегда очень далека от области, где тот же эффект является проблемой – поэтому Денайл нам здесь не грозит!

Сформулировав инвертированную задачу, мы можем провести Интернет-исследование, воспользоваться патентным фондом или опросить экспертов. Это обычно дает исчерпывающий список существующих методов, с помощью которых рассматриваемое явление может быть получено (произведено).

Как отмечалось ранее: «что в одном месте вред, в другом – источник прибыли». У владеющих прибыльным эффектом всегда много причин довести информацию о нем до широкой публики, в частности:

• запатентовать полезную технологию;

• выпустить коммерческую рекламу о полученных на ее основе продуктах;

• опубликовать статью в отраслевом журнале.

Чем больше и лучше будет сообщение о полезном эффекте, тем больше будет прибыль. И тут уж не жалеют усилий, чтоб информация эта была доступной, понятной, привлекательной, и чтобы ни одна важная подробность не была упущена. Что там глянцевая бумага да красивые картинки – тут и анимацию привлекут, и мультимедийные средства!

Вот такую высококачественную информацию получает тот, кто инвертировал задачу и победил Денайл! Вспомните, с какой бедностью сведений вы столкнулись, пытаясь решить задачу напрямую.

Далее:

будьте готовы к головокружительному прыжку из одной области индустрии в другую, например, из вертолетостроения – в народные промыслы.

Именно так была решена задача о «черных точках» на вертолетном заводе [2], (полный разбор решения задачи смотрите в Приложении 1).

Время от времени на поверхности основной части лопасти вертолета – лонжероне появлялись черные пятнышки. Иногда они были величиной с булавочную головку, а иногда собирались в более заметные кластеры. Учитывая нагрузку, испытываемую лопастью в воздухе, производственники, естественно, боялись, что странные «черные точки» могут влиять на усталость металла, а значит – способствовать аварии.

Исходный вопрос: «как черные точки появляются на алюминиевой поверхности лонжерона?» был инвертирован в задание «обеспечить чернение алюминиевой поверхности».

Выяснилось, что методы чернения алюминиевой поверхности хорошо известны в народных промыслах. С их помощью наносятся узоры на традиционные украшения, такие как на рисунке ниже.

В книжке, посвященной народным ремеслам, было найдено подробное описание искомого метода.

Тот, кто знаком с современными инновационными технологиями, ничуть не удивится такому обороту событий. Подобные метаморфозы первичной проблемы созвучны ключевому принципу эффективной инновации: «поднять» задачу из конкретной области на более высокий абстрактный уровень, где мощные аналогии, не привязанные к какой-либо индустрии, позволят найти для нее обобщенное решение. Затем решение конкретизируется с помощью наиболее подходящих элементов (ресурсов) системы.

Инвертирование задачи дает нам подобную возможность абстрагироваться и при поисках причин негативного явления.

К тому же, если бы ответ существовал в рамках «вертолетных» технологий, то он, вероятнее всего, был бы найден специалистами в этих технологиях, традиционными методами.