скачать книгу бесплатно
Секреты успешных НИОКР
Виктор Юрьевич Николенко
Менеджеры, руководители проектов, инженеры различной квалификации, студенты найдут в этой книге изложение эффективных приемов управления и реализации НИОКР на основе системного подхода, с учетом успешного 50-летнего опыта работы автора в РФ и за рубежом. Представлены варианты применения инструментов ОКР, полезные при разработке изделий и систем городской инфраструктуры, здравоохранения, транспорта, ИТ-сектора, продукции госкорпораций «Ростех», «Роскосмос», «Газпром», «Росатом», и других.
Секреты успешных НИОКР
Виктор Юрьевич Николенко
© Виктор Юрьевич Николенко, 2023
ISBN 978-5-0059-9955-9
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Предисловие
Книга содержит минимально необходимый набор приемов успешного выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) для инженеров и менеджеров. Изложены практические рекомендации по управлению и реализации высокотехнологичных проектов и программ на основе подходов системной инженерии, во многом отсутствующие в отечественной литературе.
Эффективная методология системной инженерии и техника командной работы широко применяются в XXI веке при разработках новой продукции. Системная инженерия является основной важной практической дисциплиной реализации инновационных проектов НИОКР с подтвержденным положительным эффектом.
Современный набор инструментов специалиста опирается на четыре базовые дисциплины.
1. Предметная инженерия (специализацию дает ВУЗ, например, электроника, автоматика, автомобили, авиация, нефтехимия, здравоохранение, строительство, информатика, и так далее.).
2. Система менеджмента качества (как правило, изучается в организации, для обеспечения рыночного спроса и минимизации затрат).
3. Управление проектом (процесс получения общих сведений из пособий типа PMBoK и на курсах для менеджеров).
4. Системная инженерия (на сегодня минимально доступна в РФ, методология «склейки» для объединения вышеперечисленного, универсальное дополнение к пропущенным важным элементам инженерной науки в части технической, управленческой и организационной, основана на системном подходе).
Кроме того, любые инженерные и управленческие службы уже десятки лет работают в едином информационном пространстве (цифровизация процессов, большие объемы данных, цифровые двойники, интернет вещей). Данные материалы были формализованы, изложены в стандартах и инструкциях, включая ряд российских ГОСТов. Сегодня владение перечисленным набором базовых знаний является необходимым и достаточным для исполнения любых задач НИОКР различных отраслей.
Основной задачей обучающих и обучаемых на сегодня является исполнение противоречивых требований к подготовке персонала.
• Следует увеличить объем материала для усвоения.
• Необходимо сократить сроки обучения специалистов.
С учетом сегодняшнего позитивного опыта (российского и зарубежного), эта задача решается реалистичными методами. Системно-инженерный подход сегодня является самым мощным профессиональным навыком, которым могут обладать рядовые инженеры и менеджеры в современном мире. На основе многолетней работы в РФ и с зарубежными лидерами рынка автор доказывает, что эффективный комплекс приемов системного подхода должен быть на вооружении инженеров и менеджеров. Чтобы успешно заниматься НИОКР высоких технологий, нужно освоить предмет работ как с инженерной, так и с управленческой стороны. Отечественный опыт обучения показал, что понимание и успешное применение методологии системно-инженерного управления программами приходит уже на втором-третьем проектах.
В книге сделан акцент на специфических вопросах, которые приходится решать при практической реализации инновационных задач ОКР. Учтен многолетний собственный опыт автора, работавшего на трех континентах, успешного руководителя пяти высокотехнологичных инженерных центров, где в течение ряда лет были успешно реализованы подходы системной инженерии. Ранее изданы учебное пособие «Базовый курс системной инженерии» [2] на основе опыта работы и курса лекций, прочитанных в 2013…2017 гг. в МФТИ, а также монография по управлению высокотехнологичными программами [3]. Для начинающих знакомиться с предметом издана книга «Системная инженерия на раз-два» [5]. Специалистам высшего звена, готовящимся к руководству или исполняющим ведущие роли на предприятиях своей отрасли, адресована книга «Навигатор лидера» [4]. Также в Интернете выложены воспоминания автора о роли системной инженерии в успешной профессиональной пятидесятилетней карьере [6]. Доступна обширная литература по предмету на английском языке. Несколько ссылок на классические труды приведены в библиографии [8…12].
К сожалению, появившиеся в последнее время «модные» учебники и курсы с похожими «системными» названиями способны только отпугнуть читателя задачей потратить драгоценные часы жизни на изучение массы ненужных знаний. Предлагается нехитрая «ловушка» в стиле навязанного болонского бакалавриата, некоей первой ступени некоего бесконечного образования (чтобы никого не пугать, используют изящный термин «непрерывное»), когда человек всю жизнь был бы вынужден «прикручивать» дополнительные «модули» за отдельную плату. По опыту автора, бесполезно знакомиться с очередными «передовыми» теориями, перескочив через обучение использованию доступных типовых компонентов системной инженерии. Вместо этого следует, познакомившись с базовыми основами системной инженерии, оперативно и целенаправленно двигаться в реальной деятельности от результата к результату, по типу «поваренной книги» рецептов, овладевая на практике простыми и эффективными приемами работы.
Книга построена в следующем порядке.
Первый раздел включает краткое изложение основных инструментов системной инженерии.
Во втором разделе даны сведения об управленческом сегменте реализации высокотехнологичных программ при системно-инженерном подходе.
Третий раздел книги посвящен организационным вопросам практического использования системной инженерии при разработке НИОКР. Завершает раздел краткий обзор некоторых примеров использования системной инженерии при выполнении ОКР на предприятиях СССР и РФ.
Четвертый раздел содержит краткие рекомендации по внедрению системного подхода на предприятиях, или для развития индивидуальных компетенций.
В конце книги приведен словарь терминов, встречающихся в тексте.
Для подтверждения успешности методологии приведен краткий 50-летний профессиональный послужной список автора.
Приложение с заголовком «Задачи на завтра» содержит факты о текущих ресурсах России (полезных ископаемых, товарах и услугах) в части лидирующих позиций на мировом уровне, как отличной базы для реализации амбиций нынешнего поколения, включая читателей этой книги.
Книга будет полезна руководителям и исполнителям НИОКР, управленцам-практикам, менеджерам проектов, инженерам по системам, их производству и обслуживанию, а также руководителям высшего звена. Смогут познакомиться с эффективными приемами работы читатели, занятые в отраслях разработки и производства новой техники различного назначения (в авиации, космической, автомобильной, химической, машиностроительной, медицинской техники, нефтегазовой, транспортной, коммуникационной, инфраструктурной, экологической, и так далее.), специалисты различных ведомств, государственных корпораций, среднего и малого бизнеса, инженеры по обеспечению качества, надежности, безопасности, логистики, ремонтопригодности, и др. Книгу также могут использовать студенты, преподаватели, аспиранты и научные сотрудники университетов, готовящих специалистов различных отраслей.
Раздел I.
Введение в системную инженерию
1.1. Задачи управления проектами НИОКР
Текущие события мировой политики в очередной раз поставили перед Российской Федерацией вопрос о выживании этноса, обретении частично утраченного технологического суверенитета, выхода на ведущие роли в перестройке картины мира от гегемонии заокеанских толстосумов, диктата «золотого миллиарда», к ликвидации агрессивного блока НАТО, построению многополярного, разносторонне развивающегося, экономически полноценного общества.
Решение этих задач осложняется поиском новых способов нормально жить в условиях ограниченности ресурсов планеты, создания приемлемого будущего для энергетических и экологических потребностей людей, что потребует системной интеграции, кумулятивных изменений во многих секторах, включая транспорт, производство, сельское хозяйство и искусственную среду обитания. Необходимо объединить новейшие исследовательские идеи с их практической реализацией в виде ОКР. Развивается потребность изменить образование инженеров и управленческого персонала в сторону более сбалансированной модели обучения на протяжении всего жизненного цикла карьеры человека, начиная со школы и университета. Это также означает создание квалифицированной рабочей силы нового поколения, повышение уровня знаний, переподготовку по отраслям труда и рабочим дисциплинам.
Сегодня мир в своем развитии перешел в фазу 4-й индустриальной революции. Ее отличительными компонентами являются (вариант):
• активизация науки о материалах;
• внедрение аддитивного производства;
• эффективное хранение энергии;
• БАС (беспилотные авиационные системы);
• движение к полностью электрическому самолету;
• появление гиперзвуковых летательных аппаратов;
• развитие нанотехнологий;
• широкое развитие робототехники;
• внедрение элементов искусственного интеллекта;
• развитие интернета вещей;
• использование квантовых компьютеров.
Производительность труда в перечисленных отраслях высоких технологий зависит от ряда факторов, включая историческое наследие в части послепродажного обслуживания ранее поставленной техники, инфраструктуры производства, уровня подготовки персонала, организации работ по созданию новых продуктов и систем. В этой книге речь пойдет о том, как можно эффективно участвовать в технологическом развитии РФ, ликвидировать имеющиеся пробелы при реализации НИОКР, результативно используя технические и управленческие технологии системной инженерии.
Основным объектом приложения системной инженерии являются системы.
Системой называют интегрированный сплав людей, продуктов и процессов, обеспечивающий возможность удовлетворить требуемые нужды или цели.
Можно выделить системы природные или созданные человеком. Первые возникли в результате естественных процессов, например, животные организмы, природные ландшафты, планетные системы. Созданные человеком системы управляются людьми или автоматизированными устройствами (например, системы муниципального энергоснабжения, компьютерные сети, лифтовое хозяйство, мобильная телефония, медицинские организации). Системы разных видов могут быть объединены. Пример: образование искусственного водохранилища путем строительства плотины на реке.
Существуют большие различия между системами, представляемыми к разработке. Например, строительство городской развязки на шоссе в сравнении с разработкой международной космической станции. Создание очередной модели смартфона не похоже на усилия по сооружению и пуску в эксплуатацию Крымского моста. Инновационные проекты ОКР также могут ранжироваться по новизне создаваемых продуктов и систем (от небольшой модернизации существующих до прорывных, совершенно новых изделий), уровням готовности используемых технологий (от устоявшихся до революционных). Однако все проекты имеют заданные цели, фиксированные сроки реализации, и конечные выделенные ресурсы.
Сегодня приходится часто слышать термин «инновации». Инновации определяют как «итеративный процесс, инициированный восприятием нового рынка, или новой возможности обслуживания для технологического вмешательства, которое приводит к решению задач разработки, производства и маркетинга для коммерческого успеха продукта». То есть новый инновационный продукт или услуга должны появиться, быть успешно внедрены и приняты на рынке. Другими словами, инновацией называют продукт, который приносит экономическую ценность путем распространения на рынке.
Процесс вывода инновации на рынок обычно называют коммерциализацией. Можно выделить четыре типа инноваций.
1. Новые для организации продукты, которые могут включать улучшенные копии продуктов конкурентов.
2. Новые продукты для рынка.
3. Расширение существующих продуктовых линеек за счет добавления новых функций.
4. Усовершенствование имеющихся продуктов.
Инновации в сфере услуг отличаются от инноваций в продуктах. Основными факторами отличий услуг от продуктов являются неосязаемость услуги, ее неотделимость от поставщика, фактор скорой порчи (ограничения во времени), наличие прав собственности на услугу.
В 2021 г. в Национальной инженерной академии США сформулированы привлекательные инновационные темы для реализации в XXI веке.
• Более экономичное использование солнечной энергии, в том числе создание коммерческих самолетов на солнечной энергии.
• Обеспечение населения энергией от ядерного синтеза.
• Эффективные методы улавливания углерода.
• Управление циклом использования азота, «умные» удобрения.
• Обеспечение доступа к чистой воде, опреснение, интеллектуальное орошение территорий.
• Улучшение городской инфраструктуры, интеллектуальные транспортные системы, «умные» сети.
• Развитая информационная система здравоохранения, удаленный мониторинг каталога пациентов, электронные медицинские карты.
• Разработка лучших и эффективных лекарств, системы быстрой диагностики, персонализированная медицина.
• Проектирование компонентов мозга, развитие систем искусственного интеллекта, нейронные протезы.
• Предотвращение ядерного террора, пассивный мониторинг ядерных материалов.
• Организация безопасного киберпространства, устойчивых к отказам компьютерных систем, архитектура энергетики, защищенная от кибератак.
• Усовершенствованное персонализированное обучение, эволюционные обучающие и современные образовательные системы.
• Разработка новых средств для научных открытий, в частности, космических необитаемых аппаратов.
В ходе практической реализации инновационного процесса выявлено, что важно умение управления знаниями, а именно генерацией идей, наличием хранилища знаний, организацией эффективных информационных потоков и их распространением на предприятии.
Следует также помнить, что активно развиваемая в разных сферах цифровизация является лишь сервисным инструментом на базе программного обеспечения. Лидерство страны в области науки, техники и экономики не зависит от того, насколько активно её граждане тратят время на компьютерные игры, заказывают еду по интернету или делают покупки он-лайн. Развитие государства обуславливается научными и промышленными достижениями, которых у «виртуальных» компаний просто нет.
1.2. Жизненный цикл системы и определение системной инженерии
Предварительно напомним некоторые известные типы систем. Это бизнес-системы (управление исследованиями и разработками, производством продуктов и услуг для использования на рынке), образовательные системы (обучение), финансовые системы (поддержка личных, коммерческих и других финансовых операций), правительственные системы (связанные с управлением людьми как обществом на уровне государства, области, города), медицинские системы (больницы, клиники, врачи и терапевтические учреждения, управляющие потребностями здравоохранения населения), транспортные системы (наземные, морские, воздушные и космические перевозки людей и грузов), системы перекачки нефти и газа, городские системы (управление инфраструктурой района, города, области), культурные системы (исполнительское искусство музыки и других развлечений, гражданские модели поведения) и др.
Системы могут различаться по сложности, например:
• двигатель самолета по сравнению с набором деталей;
• самолет с двигателями и навигационной системой;
• авиатранспортная система (АТС) с самолетами, пассажирами, грузами, тренажерами, и др.;
• система систем, когда совместное применение систем дает синергетический эффект новизны достигаемых целей по сравнению с отдельными частями: АТС, аэропорты, инфраструктура обслуживания и наземного наблюдения.
Системным подходом называют комплексную методологию решения проблем разработки и управления системами. Он фокусирует внимание на общей картине и конечной цели, восприятии свойств системы в целом, а не ее отдельных частей.
Эффективен комплексный взгляд на ситуацию, для учета следующих факторов.
1. Цели и критерии эффективности системы в целом.
2. Окружающая среда и ограничения системы.
3. Ресурсы системы.
4. Элементы системы, их функции, свойства и показатели эффективности.
5. Взаимодействие между элементами системы.
6. Управление системой.
Системный подход помогает понять, как взаимодействуют элементы, и как изменение элементов и их отношений влияет на поведение и результаты системы. В нем также уделяется внимание управлению системой, то есть выполнению функций, где учитывают цели, окружающую среду, ограничения, ресурсы и элементы системы. Например, двигатель внутреннего сгорания можно рассматривать с точки зрения эффектов, которые его появление вызвало на земном шаре. Ускорилось развитие экономик, связанных с производством и распределением нефти. Новые виды транспорта изменили картину жизни мира посредством распространения путешествий, торговли, рынков и миграции населения.
Например, создание бизнеса по производству смартфонов должно включать в себя разработчика смартфонов, производителя телефонов, оператора телефонной связи, поставщиков приложений, и так далее. Компании, которые специализируются на разработке приложений, должны иметь ИТ-отдел для обслуживания своей среды разработки, программистов, эксперта по безопасности, который поможет спроектировать приложение в соответствии с требованиями киберзащиты, и эксперта по маркетингу, который поможет продавать эти приложения.
У каждой системы имеется жизненный цикл (ЖЦ, life cycle). ЖЦ называют совокупность взаимоувязанных последовательных изменений состояния изделия (системы), связанных с реализацией установленных процессов от начала разработки до вывода из эксплуатации (утилизации).
Напомним два определения из прикладного стандарта ГОСТ 56136—2014.
• Этап жизненного цикла (life cycle phase) это часть ЖЦ, выделяемая по признакам границ контроля (контрольных рубежей), на которых предусматривается проверка характеристик проектных решений типовой конструкции и (или) физических характеристик экземпляров изделий.
• Контрольный рубеж (КР) этапа жизненного цикла (milestone, decision gate) это момент завершения этапа ЖЦ, когда предусматривается проверка характеристик проектных решений типовой конструкции и (или) физических характеристик экземпляров изделий.
Модель жизненного цикла системы представляет собой структуру, состоящую из упорядоченных, взаимосвязанных, формализованных процессов, работ и задач, выполнение которых является необходимым и достаточным условием существования системы во времени. Они охватывают жизнь системы от момента замысла до прекращения использования.
Выделяют основные этапы ЖЦ. Замысел разработки: обычно включает действия по определению цели (зачем нужна система? кто будет ее использовать?) и понимание требований (как должна выглядеть система? как система будет использоваться?). Определение целей и приложений проекта имеет решающее значение для разработки успешных систем.
Далее создается концепция, включая выявление и определение потребностей системы, анализ заинтересованных сторон и определение критериев проверки характеристик. Этап помогает команде найти альтернативные варианты разработки и определить наилучший подход для удовлетворения требований. На основе создания операционных моделей и прототипов можно сравнить и прояснить плюсы и минусы различных функциональных альтернатив.
