Идеальные системы

Александр Шевкопляс

Идеальные системы

В целом книга написана хорошим литературным языком, без ненужного наукообразия, и будет понятна всем читателям, интересующимся вопросами качеств общественно полезных продуктов (товаров и услуг), путями повышения степени их идеальности и, соответственно, спроса на них.

Кроме того, книга может быть полезна специалистам по теории решения изобретательских задач для ориентации и мотивирования деятельности, направленной на улучшение ключевых характеристик устройств и технологий.

А. В. Кислов, к.т.н., Мастер ТРИЗ, руководитель Международной ассоциации ТРИЗ MATRIZ Ofifcial в России.

Достоинства книги:

Научная глубина: Автор демонстрирует высокий уровень теоретической подготовки, эффективно сочетая сложные абстрактные модели с практическими примерами.

Практическая значимость: Универсальность формул и подходов к анализу систем делает книгу актуальной для широкого круга специалистов и может оказаться полезным не только для инженеров и разработчиков технических систем, но и для управленцев, заинтересованных в оптимизации бизнес-процессов.

Логическая структура: Главы книги выстроены последовательно, что позволяет легко ориентироваться в материале и прослеживать ход рассуждений автора.

Книга Александра Шевкопляса «Идеальные системы» представляет собой важный вклад в развитие теории систем и оптимизации их идеальности. Она будет полезна как для исследователей в области теории систем, так и для практиков, заинтересованных в улучшении и совершенствовании существующих процессов и технологий.

Владимир Петров, Мастер ТРИЗ, соучредитель и со-организатор Саммита разработчиков ТРИЗ, член Экспертного Методического совета МА ТРИЗ, член Диссертационного Совета по защите на звание «Мастер ТРИЗ».

Есть такой феномен – новые хорошие книги по классической ТРИЗ выходят очень редко. Речь не о всевозможном переписывании трудов Г. С. Альтшуллера (таких книг достаточно), а о новом слове, о привнесении в ТРИЗ дополнительного знания или понимания. Книга Александра именно такая – полезная. Она аккумулирует знания, распыленные по многочисленным источникам, систематизирует эти знания в стройную систему.

Вторая неожиданная важная польза от книги. ТРИЗ-сообщество давно называет ее наукой. Но, чтобы так говорили не только тризовцы, необходимо проделать огромную работу. Чтобы ТРИЗ называли наукой должны быть убраны ошибки, не должно быть двоякого толкования различных понятий, надо прописать интуитивно понятные инструменты в математически выверенные формулы и т. п. Это огромный труд! И в своей книге Александр показал, как это нужно делать.

Я хочу поблагодарить Александра за его труд. Считаю, что он достоин звания Мастера ТРИЗ.

Сергей Фаер, Мастер ТРИЗ, президент Академии траблшутинга и создатель сообщества по применению ТРИЗ в бизнесе.

В книге подробно раскрыта тема стремления систем к идеальности в своем развитии. По моему мнению, это лучшая работа по данному направлению. Работа начинается с исследования представлений об идеальности в ТРИЗ и подходов к ее расчету, далее автор приводит к мысли, что формула идеальности не тождественна формуле расчета экономического эффекта.

Рассуждения автора выходят за пределы ТРИЗ. Подробно рассматриваются в самых разных срезах и под различными углами зрения темы целесообразности, эффективности и потребительской ценности.

Автор предлагает читателю порассуждать о том, какими путями можно организовать искусственное преобразование объектов в направлении повышения степени их идеальности, благо что надсистемы и инфраструктуры развиваются в этом же направлении.

Книгу однозначно рекомендую, работа грамотная, претендующая на полноту исследования темы эффективности и идеальности. Кстати, автор уделяет достаточно внимания и исследованию вещных технических систем и области бизнес-ТРИЗ. Сбалансированность и связанность этих областей развития функциональных средств для меня, как специалиста по ТРИЗ, работающего в обеих областях, важна и особенно интересна.

Кому читать книгу? Как ни странно, не в первую очередь это специалисты-практики по ТРИЗ. Если вы исследователь в области ТРИЗ – точно читайте! Книга о направлениях постановки и решения задач в их связи с понятием «идеальность» и смежных с ним понятийных форм.

Крайне рекомендую вдумчивое чтение книги «Идеальные системы» для менеджеров продукта, руководителей отделов продаж технических компаний, руководителей отделов маркетинга и маркетологов, работающих на рынках В2В. Если вы продавец или маркетолог и работаете на В2В, то вы просто не найдете более качественных книг, объясняющих, что такое потребительская ценность.

Кроме того, книга представляет большой интерес для инженеров-проектировщиков с точки зрения концептуального проектирования технических систем.

Мне кажется интересным, что автор, стараясь раскрыть одну из ведущих тем в ТРИЗ, по факту написал невероятно полезную работу именно для бизнеса.

Антон Кожемяко, Вице-президент Международной ассоциации ТРИЗ MATRIZ Ofifcial в России, Мастер Бизнес-ТРИЗ, специалист ТРИЗ 4 уровня MATRIZ

1. Формулы для сравнения технических систем

Творческий взгляд на жизнь постоянно выявляет новые потребности. Этих потребностей много: избавиться от тяжелого труда, получить защиту, облегчить, улучшить и украсить жизнь, увидеть перспективы…

Для разрешения этих проблем недостаточно природных средств, поэтому люди создают искусственные. С каждым днем таких искусственных функциональных средств становится все больше, однако нет оснований считать, что с развитием техники количество неудовлетворенных желаний уменьшится. Человек устроен так, что старые желания порождают развитие – меняются представления о ценности имеющихся средств и представления о возможных способах удовлетворения потребностей, появляются новые желания.

Развиваясь, техника осваивает новые области применения, становится совершеннее и вытесняет человека из производственного цикла, эффективнее справляется с задачами, приспосабливается к условиям эксплуатации, делается экономичнее, доступнее, привлекательнее и безвреднее.

Развитие искусственных систем происходит в двух направлениях: растет полезность функционирования (соответственно, снижается вредность) и увеличивается экономическая доступность. Сравнение же и выявление лучших средств на линии их развития затруднительно, например, если одно из них лучше функционирует, а другое – экономичней или дешевле.

Поэтому для сравнения функциональных средств нужна одна комплексная математическая зависимость влияния полезного функционирования и затрат на потребительскую притягательность их использования.

Такое комплексное численное значение полезности систем известно и применяется в экономических расчетах, этот показатель называется «экономический эффект».

Он вычисляется как разность между результатом использования функционального средства за определенный период или позитивными результатами конкретного действия и затратами на эту деятельность.

В 1974 году Борис Голдовский предложил новую формулу, позволяющую выявлять лучшую из систем, определяя степень ее идеальности в виде одного численного значения. Степень идеальности технической системы (далее – ТС) он выразил в виде соотношения величин, характеризующих позитивную и негативную характеристики ее использования:

I = ∑F × 1/∑C = ∑F/∑C (1),

где

I – степень идеальности (безразмерная величина);

F – полезная функция или полезный эффект;

C – затраты, включая вредные воздействия (факторы расплаты).

В 2005 году эту формулу идеальности системы уточнил председатель ассоциации ТРИЗ Израиля Владимир Петров:

I = ∑αFQ/(∑βC + ∑γH) (2),

где

I – степень идеальности (безразмерная величина);

F – полезная функция или полезный эффект;

Q – качество полезной функции (эффекта);

C – затраты на осуществление полезной функции;

H – вредное действие (эффект);

α, β, γ – коэффициенты согласования.

Полная стоимость полезной функции включает в себя комплекс затрат на реализацию ее жизненного цикла:

Стс = Сп + Сэ + Н (3),

где

Стс – затраты, связанные со всем жизненным циклом искусственной системы;

Сп – предварительные затраты на создание или приобретение системы;

Сэ – затраты на полезное эксплуатирование системы;

Н – расходы на устранения вреда от функционирования системы.

Расходы на устранение вреда от функционирования системы учитывают вред окружающей среде и вредное воздействие на саму техническую систему на всех этапах ее жизненного цикла (создание, эксплуатация, ремонт, хранение и последующая утилизация).

Чем выше степень идеальности ТС, тем она в использовании лучше. Обе формулы описывают идеальность как кратно увеличивающуюся от роста ценности полезных функций и кратно уменьшающуюся от роста затрат на их реализацию.

В целом формулы 1 и 2 правильно отражают характер влияния позитивных и негативных свойств, а также других характеристик использования технической системы на потребителя – рост ее привлекательности от повышения полезных свойств и улучшения результатов ее функционирования, рост привлекательности ТС от снижения затрат на ее создание и эксплуатацию.

Идеальность в соответствии с формулами 1 и 2 стремится к бесконечности, если ценность функционирования стремится к бесконечности, а также если стоимость произведенных на нее затрат стремится к нулю.

Таким образом, в соответствии с формулами 1 и 2 идеально получить максимально ценное действие искусственной системы (наиболее соответствующее имеющимся требованиям) без затрат.

Правильность этого вывода не вызывает сомнений, но соотношение ценностей в формулах 1 и 2 при одном и том же высоком или низком качестве выполнения функций определяет систему бесконечно идеальной, если затраты становятся близкими к нулю.

Факт кратного сокращения затрат в формулах 1 и 2 в разы увеличивает комплексную оценку системы, а низкозатратные процессы и бесплатно полученные ресурсы для их осуществления, описанные этими формулами, имеют чрезвычайно высокое значение для любого функционирования, даже плохого, не удовлетворяющего потребность или несущего незначительную пользу.

На любом примере можно проверить рекомендуемые формулой способы достижения наивысшего результата. Например, вы посадили фруктовое дерево.

Формула с расходами в знаменателе говорит о том, что идеальные затраты равны нулю, следовательно, дерево не нужно поливать и не стоит за ним ухаживать – это снизит идеальность системы выращивания фруктов.

Будет ли урожай хорошим или плохим – значения не имеет. Формула утверждает, если нет расходов, то способ бесконечно идеален.

Можно было бы возразить, что надо сажать дерево там, где оно не требует полива, что цель улучшения функционирования всем понятна и к ней нужно стремиться, а бесплатное функционирование – отличный ориентир.

Это так, но такой ориентир хорош сам по себе, а мы искали комплексную формулу, которая справедливо учитывает и расходы, и качество функционирования – и расходы на полив дерева, и показатели урожая.

Перспективы развития, которые заложены в формулу

Логика построения формул 1 и 2 говорит о том, что идеальность не в удовлетворении потребности, а в экономии средств.

Способ жизни без затрат представить несложно.

Человек, который перестает тратить силы, становится безвольной частью природного биоценоза. Он не будет бороться с врагами, не станет очищать еду, создавать и обустраивать жилища.

Есть в природе существа, которые именно так и живут, но для человека это путь деградации. Для повышения приспособляемости организма эволюция выбрала активное поведение, заставляя его ставить новые цели и достигать их. Именно инстинкт совершенствования жизни устремляет нас к познанию, увеличивает число потребностей и заставляет их удовлетворять.

Затраты, которые создают пользу, – необходимая часть позитивного процесса, в том числе и процесса приобретения умений и опыта. Несомненно, следует тратить силы и время на то, чтобы искать новые и наиболее эффективные пути.

Попробуем составить формулу идеальности таким образом, чтобы она логично и наглядно учитывала пользу, приносимую функциональным средством, и расходы.

Такая формула, к примеру, должна ответить на простой практический вопрос: если вдруг понадобился один гвоздь, насколько идеальнее использовать старый гвоздь, завалявшийся в ящике с инструментами, чем купить новый?

Соотношение пользы и затрат по формулам 1 и 2 при использовании старого гвоздя имеет бесконечно идеальное значение, но в жизни идея поискать старый гвоздь среди инструментов нам приходит в голову, когда лень идти в магазин.

В подобном случае мы высоко ценим свои трудозатраты, а не стоимость нового гвоздя, которой пренебрегаем, хотя это могло бы оправдать бесконечно высокую идеальность использования старого.

Комплексная оценка использования старого гвоздя справедливо бесконечно идеальна, если бесконечно высока ценность его применения, и она должна быть низкой при бездарном его использовании.

Справедливая комплексная оценка бесплатного функционирования средства должна соответствовать позитивным результатам его использования, должна также сокращаться при наличии расходов.

Для придания логики значению идеальности низкозатратных систем правильно было бы знаменатель формул идеальности 1 и 2 представить в виде суммы затрат, которая всегда больше единицы:

I = ∑F/(1 + ∑C) (4).

В такой конструкции формулы степень идеальности при любых условиях не будет выше значения функциональной ценности использования системы.

Так, идеальность попавшегося под руку старого гвоздя по сравнению с новым по формуле 4 будет равна ценности его полезного использования, а высоко оцененные затраты труда на посещение магазина справедливо могут снизить расчетное значение идеальности применения нового.

Таким образом, формула 4 точнее оценивает рациональность использования ТС, чем формулы 1 и 2, – она учитывает и затраты, и степень полезности применения для любого уровня затрат.

Как было отмечено выше, сравнительный показатель комплексной оценки различных способов удовлетворения потребности, называемый «эффективность», был известен задолго до появления формулы 1. В переводе с латинского это слово означает «следствие» или «результативность действий».

Эффективность вычисляется как разность между ценностным выражением полученной пользы и затратами на использование функционального средства.

Формула эффективности тоже дает справедливые оценки в сопоставлении пользы и затрат, она же и более информативна. Позитивный результат вычислений по этой формуле отражает и то, что функциональные действия имеют смысл – приобретение ценнее затрат.

Эффективной (или рациональной в использовании) называют ту систему, ценность действия которой выше расходов на эти действия, а лучшая из сравниваемых та, которая наиболее эффективна, что наглядно отражает рациональность произведенных затрат и в сравнении, и в абсолютном выражении.

Формула эффективности использования функционального средства:

Этс = Цтс – Стс (5),

где

Этс – эффективность ТС (например, эффективность автозавода);

Цтс – рыночная ценность полезной работы ТС (например, для автозавода это оптовая стоимость партии автомобилей, которые изготовлены за оцениваемый период);

Стс – рыночная стоимость затрат (продолжая пример с автозаводом, полная стоимость затрат включает в себя стоимости проектирования завода и проектирования автомобиля; стоимость приобретенного технологического оборудования и материалов; стоимость зданий, оснащение цехов, амортизационные затраты; изготовление, сборка, испытания, реклама и торговые мероприятия).

Стоимость затрат включает в себя и рыночную стоимость мероприятий по устранению вреда от функционирования завода. Так, для автозавода – это стоимость затрат на охрану труда, территории и природы, на хранение материалов и готовой продукции, на страхование продукции, на ремонт и утилизацию изношенного оборудования и т. п.

Оценка справедливости формул

Результаты комплексной оценки функциональных систем должны соответствовать логике сопоставления отдельных критериев (стоимость, функциональность, различные виды затрат и др.).

Продолжим начатый ранее пример с гвоздем. Допустим, необходимо починить поврежденный стул, который в исправном виде стоит F = 1000 руб., и для починки достаточно одного гвоздя. В первом случае необходимый гвоздь мы получим бесплатно (С = 0 руб.), во втором – гвоздь нужно купить (С = 10 руб.).

Оценим значение идеальности этих вариантов ремонта.

Для случая, когда гвоздь получен бесплатно.

Для формул 1 и 2: I = ∑F/∑C = 1000/0 = ∞.

По формуле 4: I = ∑F/(1 + ∑C) = 1000/(1 + 0) = 1000.

По формуле 5: Этс = Цтс – С = F – C = 1000 – 0 = 1000 руб.

Для случая, когда гвоздь куплен за 10 руб.

Для формул 1 и 2: I = ∑F/∑C = 1000/10 = 100.

По формуле 4: I = ∑F/(1 + ∑C) = 1000/(1+10) = 90,91.

По формуле 5: Этс = F – C = 1000 – 10 = 990 руб.

Итак, в результате произведенного ремонта получен работоспособный стул стоимостью 1000 руб. Затраты на платный ремонт стула составляют 1 % от его стоимости. Ремонт с такими небольшими затратами оценивается расчетом по формулам 1 и 2 по сравнению с вариантом бесплатного ремонта как катастрофически ухудшенный – бесконечно, по формуле 4 – как десятикратно ухудшенный. Трудно найти слова для объяснения логики такого сопоставления.

В расчете же по формуле 5 логично лишь на 1 % изменилось значение комплексной оценки ремонта покупным гвоздем – такова доля стоимости ремонта в созданной ценности. Формула 5 справедливо и наглядно оценивает соотношение полученной пользы и расходов, к примеру, также наглядно продемонстрирует, что бессмысленны расходы на ремонт выше рыночной стоимости стула, если легко можно купить новый.

Вывод: для комплексного сравнения вариантов функционирования наиболее нагляден и справедлив критерий в виде разницы ценности использования функционального средства и затрат на него.

2. Пригодность системы

Приведем определения понятий, которые связаны с функционированием системы, уточним некоторые из них.

Функция – модель влияния инструмента на объект («объект функции» или «изделие», далее – ОФ), имеющего результат в изменении или поддержании состояния этого объекта.

Рабочий орган (далее – РО) – инструмент, который выполняет главную функцию системы, реализуя воздействие, для которого предназначена данная система.

Главная функция – описание воздействия на объект, для которого предназначена система. Например, для ледокола удалять (функция) лед (ОФ).

Основная функция – действие, которое обеспечивает выполнение главного. Основная функция описывает принцип действия, позволяющий реализовать функцию главную. Например, для ледокола разрушать (основная функция) лед (ОФ) обеспечивает выполнение главной функции – удалять.

Вспомогательная функция – действие, которое обеспечивает выполнение основного. Вспомогательная функция описывает способ реализации основной функции. Например, для ледокола давить (вспомогательная функция) лед (ОФ) описывает способ выполнения основной функции – разрушать.

Назначение ТС (его описывает главная функция ТС и ОФ) – класс понятия, к которому относится действие физического, химического, математического, биологического, психологического, социального или другого эффекта или совокупности эффектов проявления свойств системы, вещества или информации, обеспечивающих ее определенную действенность. Например, назначение ледокола «удалять лед».

Потребность – нужда индивида или социальной группы, внутренний побудитель активности, заключающийся в стремлении к определенному состоянию вещи, процесса или явления, являющегося объектом этого стремления. Формулировка потребности и формулировка результата действия главной функции ТС должны совпадать. К примеру, судно не может перемещаться во льду. Поэтому ледокол удаляет лед для того, чтобы создать «полосу безо льда» – это результат действия. Следовательно, потребность – «полоса безо льда».

Надпотребность – следствие удовлетворения потребности. Продолжая пример с ледоколом, следствием образования полосы безо льда будет использование ее для прохода судов, следовательно, надпотребность – «провести суда во льду». Следует отметить, что ледокол непосредственно участвует лишь в удовлетворении потребности. Соответственно, наднадпотребность (следствие прохода судов) – «перемещение груза». Наднаднадпотребность (следствие перемещения груза) – «использование груза».

ТС и ее пригодность для функционирования

Свойство – атрибут объекта или группы объектов – его существенный признак, выражающийся в способности производить действие, которое проявляет его качество.

Параметр – величина, измеряющая какое-либо свойство. Параметры определяют уровень состояния и проявления свойств.

Во времени свойства могут менять уровень своего проявления, например приобретать другие и даже противоположные состояния. Противоположностью можно считать две наиболее удаленные формы последовательного изменения свойств.

Примеры.

Относительные противоположные количественные состояния.

Легкое и тяжелое. Наиболее удаленные значения температуры вещества меняют его состояние от твердого к жидкому и газообразному, и его способность производить действие становится другой.

Противоположно направленные процессы взаимодействия.

Накопление и расходование, притягивание и отталкивание – противоположно направленные действия. Может быть противоположен и результат действия – сближение и расхождение.

Действие нагревания противоположно действию охлаждения (прием энергии противоположен отдаче энергии). Белое и черное – отражение излучения по направлению противоположно поглощению.

Противоположные состояния в разомкнутых и в замкнутых циклах изменения свойств.

Процессы, меняющиеся по замкнутому циклу, многократно проходят через наиболее удаленные формы изменения свойств. Например, цикл Карно, циклы перемещения планет.

Разомкнутые циклы имеют начало и конец. Например, необратимые химические реакции – горение, ядерный топливный цикл. Рождение и смерть – проявления начала самосохраняющегося химического процесса и его окончания.

Не всегда предельные состояния свойств соответствуют крайним точкам разомкнутого цикла. Например, ковка металлов имеет циклы нагревания и последующего охлаждения.

Техническая система – объект искусственного происхождения, который состоит из связанных между собой элементов, проявляющих при взаимодействии такие свойства, которые отличаются от свойств каждого из них.

Добавление каждого элемента в систему может придавать ей новые свойства. Другие свойства другого набора элементов говорят о том, что это другая система. Выбрав другие границы комплекта взаимодействующих элементов, мы определим другую систему, если у этого комплекта новые возможности и другое назначение.

Пример. ТС – судно.

Судно предназначено для того, чтобы толкать и вытеснять воду. Его свойство толкать и вытеснять воду используется для перемещения в ней и для плавучести.

Рабочий орган судна – винт, его функция – толкать воду, в результате его работы перемещается вода и перемещается судно[1]. Второй рабочий орган судна – корпус, его функция – вытеснять воду, в результате судно держится на поверхности воды.

Добавим к ТС еще один элемент – водоем.

ТС = судно + водоем. Эта система предназначена для удержания (над поверхностью воды) и перемещения груза.

Объект функции системы – груз. Рабочий орган этой системы – трюм, его функция – удерживать и перемещать груз.