Kitabı oku: «Как эффективно выявлять причины вреда и прогнозировать риски. Инверсионный метод анализа и прогноза вредных явлений», sayfa 3

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.

Выявление ресурсов

Составив исчерпывающий список способов получения рассматриваемого эффекта, т. е. список причинных гипотез, логично задать вопрос: а которая же из них описывает реальную причину вредного явления?

Ответ на это следующий:

это та гипотеза, которая имеет все необходимые ресурсы для самопроизвольной реализации.

Для возникновения пожара необходим возгораемый материал, кислородная среда и искра. Если хоть один из этих компонентов отсутствует в аварийной ситуации, пожар не состоится. Это означает, что для самопроизвольного (спонтанного) развития аварии все необходимые компоненты вредного механизма должны присутствовать в системе или ее ближайшем окружении. Если все они налицо (в этом случае мы называем их ресурсами), то, в соответствии с законами природы, эти компоненты вступят во взаимодействие и произведут соответствующий результат – вредное явление.

Но если хоть один из необходимых компонентов причинной гипотезы в ситуации отсутствует, то данная гипотеза является ложной: рассматриваемый теоретический механизм вреда в реальности сработать не может, авария спонтанно развиться не может, и соответствующее вредное явление – не произойдет. Просто!

Поэтому следующий шаг Инверсионного Анализа заключается в выявлении ресурсов для каждой причинной гипотезы.

Прежде всего, необходимо уяснить критические компоненты гипотезы – то есть, условия, необходимые и достаточные для обеспечения результата (нашего вредного явления). На практике это означает выявление необходимых веществ, вида энергии, в некоторых случаях, особых температурных, пространственных или временных условий.

Чтобы сделать эту операцию продуктивной, компоненты можно анализировать по типам, опираясь на следующий список:

• Необходимые вещества, их свойства;

• Необходимые типы/виды энергии или их параметры;

• Особое место (пространство, форма объектов);

• Ресурсы времени;

• Определенные функции;

• Ключевая информация.

Эта классификация ресурсов была разработана Б. Злотиным и мною в 1985 году в рамках концепции Инновационных Ресурсов [5]. Концепция, вкратце, заключается в том, что изобретение тем совершеннее, чем меньше изменений оно вносит в существующую систему. В частности, – чем больше ресурсов этой системы оно использует. Концепция Инновационных Ресурсов оказалась совершенно органичной принципу спонтанной реализации вредных явлений: ведь и они формируются только за счет того, что в системе уже имеется!

После того, как вы определили критические компоненты гипотезы, нужно выяснить, присутствуют ли они реально в системе (в среде, в ситуации) в виде ресурсов. И если все они имеются, то рассматриваемую гипотезу можно признать возможной причиной (причинным механизмом) вредного явления.

Пример использования метода

Рассмотрим пример применения трех основных шагов Инверсионного Анализа для решения практической задачи, которую инженерам одной из крупных американских автомобильных компаний не удавалось решить в течение восьми лет.

По неизвестным причинам топливные баки, установленные по бокам грузовых трейлеров, со временем проворачивались по направлению «к раме» (один – по часовой, а другой – против часовой стрелки). В результате, отверстия для подачи горючего, расположенные обычно наверху бака, перемещались под раму шасси, перекрывая доступ к ним. В некоторых случаях, крышки впускных отверстий деформировались рамой, датчики уровня горючего – повреждались.

Никто, разумеется, не удивится тому, что круглые в сечении баки способны вращаться вокруг своей горизонтальной оси. Но навязчивый характер вращения баков «к раме» не имел очевидых объяснений.

Выше на рисунке указано расположение бака на грузовике, а ниже – его поперечное сечение. Бак закреплен на раме гибкими стальными лентами через скобы-кронштейны.

Таких кронштейнов обычно 2–3, в зависимости от длины бака. По внешней стороне бак придерживается стальными лентами: один конец ленты укреплен на нижнем выступе кронштейна, а верхний, с натягом – крепится к раме. Таким образом, бак плотно сидит в кронштейнах.

На основе приведенного выше описания проблема была сформулирована следующим образом:

По какой причине цилиндрический бак проворачивается в определенном направлении (к раме)?

Шаг 1: Инвертирование проблемы

Инвертированная задача выглядела так:

Необходимо обеспечить вращение цилиндрического тела (бака) в определенном направлении.

Шаг 2: Генерация гипотез

В соответствии с законами физики, существует три принципиальных способа поворота цилиндрического тела относительно его продольной оси, в определенном направлении:

a) Обеспечение дисбаланса тела таким образом, чтобы оно само «заваливалось» в указанном направлении;

b) Протяжка тела в указанном направлении;

c) Подталкивание тела к повороту в указанном направлении.

На базе этих способов были сгененерированы три гипотезы причин вращения бака к раме:

Гипотеза № 1 «Дисбалланс»: когда грузовик находится в движении, все его части испытывают вибрацию. Под действием веса бака и вертикального компонента вибрации, направленного вниз, стальная лента слегка растягивается, в результате чего бак оседает вниз и выходит из кронштейна сохраняя зону контакта по нижнему краю кронштейна. Между баком и кронштейном образуется микро-зазор, а центр тяжести бака смещается, обеспечивая дисбаланс.

Гипотеза № 2 «Протяжка»: вектор вертикального компонента вибрации, направленный вверх, обеспечивает возврат центра тяжести бака в исходную позицию. В результате лента тянет бак обратно в кронштейн, зазор закрывается, а бак слегка проворачивается «к раме» относительно контактной зоны (см. рисунок внизу).

Гипотеза № 3 «Подталкивание»: Благодаря вектору горизонтального компонента вибрации, направленному «от рамы», нижний выступ кронштейна толкает бак наружу, образуя зазор между кронштейном и баком. Противоположно направленный вектор горизонтального компонента вибрации обеспечивает подтягивание бака лентой к кронштейну и закрытие зазора. При этом бак дополнительно проворачивается к раме относительно контактной зоны.

Шаг 3: Выявление ресурсов

3.1. Определение критических компонентов гипотез

• Критические компоненты Гипотезы № 1 «Дисбалланс»:

• Круглое поперечное сечение бака;

• Вес бака с топливом;

• Вибрация бака при движении;

• Эластичность стальной ленты;

• Нижний конец кронштейна не достигает нижней точки поперечного сечения бака.

Критические компоненты Гипотезы № 2 «Протяжка»:

• Круглое поперечное сечение бака;

• Вибрация бака при движении;

• Эластичность стальной ленты.

Критические компоненты Гипотезы № 3 «Подталкивание»:

• Круглое поперечное сечение бака;

• Вес бака с топливом;

• Вибрация бака при движении;

• Эластичность стальной ленты;

• Нижний конец кронштейна не достигает нижней точки поперечного сечения бака.

3.2. Выявление ресурсов в системе

Все критические компоненты всех трех гипотез были легко найдены в системе топливного бака, закрепленного на раме шасси трейлера, как ресурсы этой системы.

Поскольку все гипотезы имели исчерпывающий набор ресурсов для спонтанной реализации, они были способны вызывать указанный вредный эффект совместно. Результирующая гипотеза, соответственно, включала следующее:

Несимметричная форма кронштейна, нижний выступ которого не достигает нижней точки поперечного сечения бака, и растяжение ленты под тяжелым грузом бака, усиленное вибрацией при движении трейлера, вызывают попеременное оседание бака и проворот его в сторону рамы. Вследствие вибрации нижний выступ кронштейна толкает бак к ленте, которая возвращает бак к кронштейну, вращая бак относительно контактной зоны на выступе кронштейна и, тем самым, дополнительно проворачивает его к раме (см. рисунок ниже).

Для решения этой проблемы мне понадобился присланный клиентами схематический рисунок топливного бака на трейлерной раме, полтора часа размышлений и, фактически, только три ключевых шага Инверсионного Анализа, поскольку ресурсы причинного механизма были в системе очевидны.

Решение вызвало у заказчиков смешанные чувства. С одной стороны, хорошо, что странный механизм нашел свое объяснение, с другой, – все оказалось так просто… Лидер команды, которой мы предъявили окончательную гипотезу, сказал мне на прощанье:

– Мда-а, в принципе, мы тоже рассматривали такие варианты. Но у нас были и другие гипотезы. Мы просто не могли определить, какая же из них – правильная.

Не стоит упрекать инженеров за «хождение кругами» при обсуждении гипотез вреда. Если они не знакомы с концепцией Ресурсов, этот процесс может стать бесконечным. Именно ресурсы быстро и четко выделяют реальную гипотезу среди прочих.