Buch lesen: «ТРИЗ для «чайников» – 5. Типовые ошибки в развитии технических систем, издание 2-е»
© Лев Певзнер, 2020
ISBN 978-5-0051-1592-8 (т. 5)
ISBN 978-5-4493-8108-8
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
От автора
Известна история, которую принято называть «ошибкой выжившего». Во время Второй мировой войны командование американских и британских ВВС поручило математику Абрахаму Вальду выяснить, какие части фюзеляжа самолета нужно защитить дополнительной броней. Вальд изучал самолеты, возвращавшиеся с боевых вылетов, отмечая места попаданий. В результате, он рекомендовал установить дополнительную защиту на те участки (центральную и заднюю части фюзеляжа), где количество пробоин было минимальным. Почему? Да очень просто – попадания снарядов в самолет в силу статистики должны были распределяться равномерно по всему корпусу самолета. Но те попадания, после которых самолеты возвращались, и которые Вальд видел, не были смертельны. Защищать нужно от попадания вражеских снарядов в те места, которые не были повреждены на вернувшихся самолетах. Он понял, что самолеты, которые их получили, погибали и не возвращались.
Рисунок 1. Схема Вальда
Почему то в истории техники принято изучать рассказы об успешных изобретателях и инженерах. Но их единицы, зато тех, кто потратил свою жизнь и сбережения и не добился успеха – десятки и сотни тысяч. И если мы хотим добиться успеха, надо изучать их истории и понимать причины их провалов.
Изучать надо не мифы и легенды об успехах (больше частью придуманные победителями), а огромный фонд ошибок и провалов, которые не позволили добиться успеха. Это трудно, об этом мало пишут, но именно этот анализ позволит успешно работать.
Я хочу выразить благодарность Якову Кацману, предоставившему ряд великолепных примеров из своего практического опыта и Борису Злотину за помощь в работе.
.
ВВЕДЕНИЕ
В ТРИЗ достаточно хорошо исследованы законы развития технических систем и основные линии и тенденции. Следуя им можно достаточно быстро и эффективно развивать технические системы. И, тем не менее, на практике мы постоянно сталкиваемся с ситуациями, когда развитие технических систем тормозится, а иногда и полностью останавливается. Причины могут быть не только объективные, но и субъективные. Ведь развитием системы занимаются не только ученые и инженеры, но и менеджеры-организаторы производства. И нередко их взгляды и стремления отличаются от оценок инженеров, и они навязывают инженерам свои «концепции» развития техники, которые заводят развитие в тупик. Особенно ярко это проявляется в тоталитарных режимах, когда лидеры бюрократии приказывают инженерам и конструкторам что и как делать (яркие примеры – Гитлер в Германии, Сталин в СССР). И тогда техника начинает развиваться кривыми путями, существенно уклоняясь от магистрального пути. Со временем все возвращается на круги своя, но теряется время и ресурсы. Иногда ошибки стоят жизни целым компаниям и коллективам. Рассматривая типовые ошибки, мы будем обращать внимание и на причины их возникновения – объективные, которых трудно избежать (но потери можно снизить), и субъективные, которые связаны с психологической инерцией разработчика, ошибками менеджера-организатора. Последних можно просто избежать.
Основы методики исследования типовых ошибок при развитии технических систем заложил мастер ТРИЗ Борис Злотин лет 30 назад. Он описал для разных этапов развития технической системы наиболее часто встречающиеся ошибки и их причины. Сложность, многогранность и диалектичность процесса развития техники не позволили сделать полное и законченное исследование. Частично эти вопросы описаны в книгах [1,2]. В этой книге я постараюсь описать углубленный анализ того, что не вошло в предыдущие исследования1.
ГЛАВА 1. Ошибки при создании технических систем
Создание новой технической системы – обширное поле для ошибок. Ведь изобретатель идет по зоне, где до него ничего не было сделано, а значит, ошибок может быть гораздо больше, чем правильных шагов.
Но вот что удивительно, при всем многообразии возможных ошибок, большинство изобретателей совершает одни и те же ошибки, «наступают на одни и те же грабли». Ошибки этого этапа2, в основном, связаны с попытками реализации системы до того, как складываются объективные условия создания ее функционального центра, или условий для работы системы. Или же делаются попытки создания конструкций, которые не могут иметь коммерческого применения.
1.1. Неготовность науки и техники для создания системы
Достаточно типичная ситуация, когда разработчик пытается создать техническую систему, а уровень развития науки и техники еще недостаточен, чтобы обеспечить ее работоспособность (отсутствие необходимых материалов, подсистем и технологий). В этом случае разработка остается «на бумаге» (чертежах, патентах, научных статьях или описаниях). Иногда все заканчивается макетами, в большей степени неработоспособными.
Пример
Интуиция (а может аналогия со свечами) подсказывала ученым, что искусственное освещение с помощью электричества должно основываться на нагреве рабочего тела до высокой температуры. Идея освещения с использованием нагрева рабочего тела электричеством принадлежит Уоррену де ла Рю. В 1840 году впервые он разработал концепцию конструкции лампы накаливания. Уоррен де ла Рю предложил использовать для освещения лампу с платиновой спиралью, помещенную в колбу с разреженным воздухом. По представлениям Уоррена де ла Рю высокая тугоплавкость платины должна была позволить работать платиновому элементу при высоких температурах. При таких температурах свечение рабочего тела сможет освещать помещение, а разреженный воздух – снизит опасность окисление и продлит срок службы лампы.
Рисунок 2. Уоррен де ла Рю (1815—1889)
Теоретически изобретение Уоррена де ла Рю должно было стать лампой первого этапа. Она была работоспособной, но очень дорогой. Платины и в те времена было мало, а главное – не было качественной технологии ее обработки. Эти обстоятельства делали прибор коммерчески нереализуемым. Поэтому Уоррена де ла Рю прекратил дальнейшие исследования.
Прорывом стало использование в качестве рабочего элемента тугоплавких металлов (вольфрама и молибдена), которые предложил использовать А. Н. Ладыгин в 1890-х годах. Это были относительно недорогие, но технологичные металлы. Более того, Ладынин не просто предложил использование вольфрамовой нити, но и разработал технологию и организовал промышленное производство этого металла. В 1906 году он продал патент на вольфрамовую нить компании General Electric.
Для ламп накаливания это был первый этап развития. Так, только спустя более полувека спустя, когда были решены проблемы достаточно качественного материала нитей накаливания, и достаточно развитой надсистемы, к 1910 году сложились условия, достаточные для начала внедрения электрического освещения лампами накаливания.
Пример
Идея заряжать ружья не с дула, а с казенной части была разработана и запатентована французским инженером Маршалом Саксом еще 1731 году. В 1775—1776 года британец Фергюсон изготовил и продемонстрировал образец казеннозаряжаемого
Рисунок 3. Ружье Фергюссона
ружья. В то время, скорострельность 6 выстрелов в минуту, казалась фантастической. Ружье показали в 1776 году королю Генриху III, но на этом все закончилось.
В 1812 году изобретатель Жан Паули предложил революционную для своего времени конструкцию казеннозарядного ружья. Новое оружие, показали Наполеону. Но внедрение было отложено… на 50 лет!
Рисунок 4. Патент Паули 1812 года
Что же происходило? Все просто! И ружье Фергюссона, и ружье Паули опережали свое время. Технологии того времени не могли обеспечить массовое производство ружей для переоснащения армии. 4 известные британские оружейные фирмы изготавливали 100 ружей Фергюссона 6 месяцев! В этих условиях, о полном перевооружении армии не могло быть и речи.
К новой конструкции вернулись во второй половине XIX века, когда Самуэль Кольт придумал новую технологию сборки оружия.
Тест-рекомендация. Признаками ошибки является отсутствие материалов или технологий для производства элементов системы. Необходимо проверить есть ли условия для разработки в кратчайшие сроки этих материалов и технологий.
Например, достаточно много различных изобретений придумано на базе графенов. Но поскольку на сегодня нет хорошей серийной технологии производства графенов, нет никакого смысла пытаться внедрять их.
Пример
Испанская компания «Графенано» активно позиционировала себя в 2014 году, как потенциального разработчика новых аккумуляторов для электромобилей вчетверо более дешевых, чем литиевые, и вдвое более емких. Вероятно, что она даже провела какие-либо исследования. Но в отсутствии технологии производства графенов быстро закрылась, похоронив деньги инвесторов [3].
1.2. Неготовность общества к внедрению новой системы
Часто складываются ситуации, когда систему или технологию уже можно создать, но общество ментально не готово ее принять и использовать. Тогда внедрение приходиться откладывать до того момента, когда общество «созреет», преодолеет психологическую инерцию. Например, не сразу люди привыкли к возможности путешествовать на паровозах, опасаясь «стальных чудовищ».
Пример
«Предложение господина Фултона об установке паровой машины на морских судах – сущая нелепость. Паровая машина не может заменить паруса», – заявлял комиссар по делам флота Франции Франсуа ле Мойн в 1803 году.
Рисунок 5. Изобретатель парохода Роберт Фултон (1765—1815)
Спустя 10 лет появились первые пароходы, а спустя полвека флот перешел на паровые двигатели.
Пример
«Путешествие по рельсам на большой скорости совершенно невозможно, поскольку пассажиры не смогут дышать и умрут от удушья», – поспешил заявить в своей книге «Паровая машина с разъяснениями и картинками» Деннис Ларднер.
«Строительство железных дорог нанесёт ущерб общественному здоровью, ибо движение со скоростью больше 40 километров в час неминуемо вызовет сотрясение мозга и сумасшествие, а у публики, находящейся возле такой дороги, – головокружение и тошноту», – подливал масла в огонь Баварский королевский медицинский совет.
Так думали многие в эпоху появления в Англии первых паровозов. Прошло несколько лет, и общество приняло новый вид транспорта.
Тест готовности общества к появлению новой системы: Одобряет ли новую систему значительная часть общества? Готово ли покупать ее и допускает ли ее использование? Если нет, то задать вопрос – «почему», и постараться изменить ситуацию.
Пример
Удаленная работа через Интернет для многих специалистов была возможной еще 10—15 лет назад. Но общество не могло принять этого, поскольку казалось, что при такой работе сотрудники не смогут работать эффективно.
Коронавирус «COVID-19» вынудил многие компании искать варианты удаленной работы сотрудников. И выяснилось, что во многих случаях сотрудники стали работать эффективнее, поскольку перестали тратить время на дорогу и пустые разговоры с коллегами.
1.3. Неготовность надсистемы
Стандартной является ситуация, когда система намного опережает надсистему, в которой она должна работать. А без поддержки надсистемы попытки стартовать систему проваливаются. Особенно ярко это проявилось при внедрении электрических бытовых приборов. В сущности все бытовые приборы были изобретены во второй половине XIX века. Пылесос в 1869 году, холодильник в 1850 году, кондиционер в 1902 году, фен в 1890 году.
Их электрические аналоги появились в конце 1890-х и начале 1900-х годов. Но их использование началось только с 1920-х годов, одновременно с развитием массовых электрических сетей в США и Европе.
Пример
Красивую идею очень хочется быстрее внедрить. И находятся те, кто пытается внедрить ее, не имея достаточной базы.
20 сентября 1859 года американец Джордж Симпсон получил патент N 25 532 на электронагревательный прибор, который позволял нагревать платиновую спираль электрическим током, получаемого от гальванических батарей.
Вероятно, эту дату и можно считать днем рождения электроплиты. Хотя это был только проект, так и не реализованный. Создателем первой реальной электроплиты стал канадец Томас Ахерн, и появилась она только 1892 году. Томас Ахерн был владельцем ресторана, в котором и внедрил свое изобретение. А на следующий год электрическая духовка Ахерна произвела фурор на Всемирной выставке в Чикаго. К сожаление, не осталось ни прототипа печки Ахерна, ни чертежей. Да и массового внедрения новой системы после этого триумфа не произошло3. Без развитой надсистемы печка Ахерна была неработоспособной.
Рисунок 6. Томас Ахерн
Вторая попытка внедрения электрических плит была осуществлена лишь через 10 лет. Дэвид Смит Керл устранил часть проблем. Он выпустил первую малую серию из 50 электроплит в австралийском городе золотодобытчиков Калгурли в 1905 году, и запатентовал ее.
Город был молодым и прогрессивным, и все 50 плит были раскуплены.
Несмотря на блестящий маркетинг, внедрение оказалось преждевременным. Проект оказался неприбыльным. Электричество было дорогим и его позволить могли только состоятельные люди, которых в городе было немного. Вскоре проект закрыли. Надсистема не была готова к внедрению.
Реальный коммерческий старт электроплитам дал блестящий предприниматель, основатель компании АЕГ Эмиль Ратенау. Он нанял инженеров, которые создали в 1908 году первую полноценную бытовую электроплиту. Первые модели были изготовлены из чугуна и были похожи на газовые плиты. Но вместо обычных чугунных плит, нагреваемых газовыми горелками, были установлены замысловатые пластины, которые нагревались электрическим током. Плита нагревалась около получаса, да и стоила она недешево, но рынок состоятельных клиентов в Европе был уже достаточен для коммерческого внедрения новой системы.
Электроплита АЕГ стала хотя и не массовым продуктом, но была коммерчески оправданной. Это было начало второго этапа для электроплит.
Тест на готовность надсистемы: Есть ли возможность системе функционировать стабильно и быть экономически оправданной в рамках существующих надсистем. Достаточно ли хорошо обеспечена ее поддержка.
Рисунок 7. Патент на «Электроплиту Калгурли»
1.4. Неправильный выбор главной функции
Главная функция определяет предназначение технической системы. Иногда новые технические системы могут иметь много разных функций, и ее реализация зависит от той, которая будет выбрана в качестве главной. Разработчик всегда берет за основу только одну функцию, не обращая внимания на большие функциональные ресурсы вновь создаваемой системы. Например, компьютеры, которые первоначально были предназначены для расчетов, сейчас, в основном, используются совсем по другим назначениям.
Ошибкой является также ограниченное, неполное использование возможностей системы, ее других функций.
Пример
В 1902 году инженер Уиллис Карриер изготовил первый образец охлаждающей воздух машины (кондиционера). Это чудо техники было установлено в одной из бруклинских типографий. Охлаждающий воздух агрегат был смонтирован, чтобы уменьшить влажность воздуха (на влажной бумаге краска сохнет очень медленно). А влажность, как известно, уменьшается при снижении температуры. Но прохлада, о которой меньше всего думал типографский делец, обернулась для него дополнительной прибылью. Получился сверхэффект. Рабочие, печатавшие в комфортных условиях, стали меньше уставать, объемы печати значительно выросли.
.
Пример
Приехав в Холмогоры после посещения Голландии, Петр Первый возмутился:
– Поморы строят «пузатые» корабли. Неправильно! Не как в Голландии!
И, действительно, поморские корабли, кочи, проигрывали в скорости голландским. Вот только цели у них были разные. Поморам не надо было ходить в Америку и Индию. Зато, вмерзая в лед, не трескались, а выталкивались.
Рисунок 8. Поморские кочи и испанские галеоны
Так из-за некомпетентности Петра Первого Россия потеряла уникальное ноу-хау. Только спустя 200 лет его восстановил по старым рисункам норвежец Фритьоф Нансен.
Тест-рекомендация. Для новой системы проанализировать все ее функции и ресурсы, а также попытаться на основе конструкции предложить новые функции, с последующим анализом их применения в разных областях.
Например, сотовые телефоны с простейшими системами мониторинга здоровья, могут спасать жизнь больных с хроническими заболеваниями, такими как диабет, гипертония и другие, подавая сигнал бедствия, и вызывая скорую помощь. Сами системы мониторинга смогут стать обязательными системами, которыми будут оснащаться хронические больные и пожилые люди.
1.5. Недооценка перспектив развития рынка
Недооценка перспектив развития рынка, влечет отсутствие достаточного объема инвестиций. Новая система предполагает возможность появления новых функций. И не всегда сразу видно, как эти функции могут быть использованы и, какие рынки они открывают. Достаточно часто разработчик не способен оценить рынки, которые могут быть созданы благодаря новой функции.
Пример
Еще в 1861 году немецкий изобретатель Иоганн Филипп Рейс на заседании Физического общества, состоявшемся в 1861 году во Франкфурте-на-Майне, сделал сообщение о созданном им проводном устройстве для электрической передачи звука на расстояние.
Но так как этот аппарат, названный Рейсом телефоном, плохо передавал тон и сильно искажал тембр звука, то современниками он был признан как «бесполезная игрушка». Ни Рейс, не его окружение не смогли оценить перспективы своего изобретения.
Прошло еще 15 лет, и американец Александр Белл подал заявку на изобретение принципа телефонирования. 14 февраля 1876 года заявка была зарегистрирована, а спустя 10 лет началось быстрое развитие телефонирования.
Пример
Идея о создании компьютерной мыши возникла у американского ученого Дугласа Энгельбарта еще в конце 1950-х годов, когда он работал в Стэндфордском исследовательском институте.
Существовавшие тогда манипуляторы (джойстики, световые перья, клавиатура) были неудобными для его работы, и поэтому Дуглас придумывает новое устройство.
Первоначально конструкция датчика перемещения мыши, состояла из двух перпендикулярных колес, выступающих из корпуса устройства. При перемещении мыши колеса крутились каждое в своем измерении. Получилось не очень удобное и некрасивое решение.
Рисунок 9. Дуглас Энгельбарт с прототипом мышки
Но ученые Стэндфордского института не увидели перспектив изобретения (хотя и получили патент), и не оценили его потенциал. И институт продал лицензию на этот манипулятор компании Apple… за 40 тысяч долларов. Как говорится, комментарии излишни [10]!
Пример
Первоначально ноутбуки разрабатывались как переносные персональные компьютеры для выполнения расчетов в дороге. Насколько широко используются ноутбуки, сейчас нет необходимости говорить. Более подробно кейс рассмотрен в [1].
Тест-рекомендация. Любая идея должна быть проверена на идеальность. То есть необходимо сделать предположение, что все недостатки будут устранены, а преимущества многократно увеличены. Аналогом может быть использовано применение оператора размеры-время-стоимость, в применении к основным функциям новой системы. После этого попытаться понять, как это может быть использовано.
1.6. Внедрение неполных систем
Для многих систем полнота, в том числе, наличие двигателя и системы управления является необходимым условием для эффективного выполнения главной функции. Без них внедрение новой системы (с новой главной функцией) будет малоэффективно и обречено на провал.
Пример
Патент на первую посудомоечную машину получил в 1850 году Джоэль Гоутон.
Устройство представляло собой цилиндрическую стойку, внутри которой размещалась вертикальная шахта с поставленной в нее посудой. Горячая вода, льющаяся в шахту, стекала в специальные ведёрки, которые при помощи ручного привода поднимались и снова выплёскивали в шахту воду. Устройство было предельно неудобным и неэффективным, посуда плохо отмывалась, устанавливать ее в бак было сложно, системы наполнения бака водой и откачки не было. Поэтому все ограничилось созданием патента.
Рисунок 10. Ручная посудомоечная машина Карла Хюльтенберга, 1860 год, Швеция
Лишь спустя четверть века в 1887 году в Чикаго появилась первая годная к практическому использованию посудомоечная машина, созданная Джезофиной Кокрейн. Получив патент годом раньше, она представила свое детище на Всемирной выставке в 1893 году, где произвела фурор. Правда машина была с ручным проводом, а значит, хозяйке приходилось стоять рядом и крутить ручку, а это весьма утомительное занятие, возможно даже более утомительное, чем мытье посуды вручную. Правда достаточно быстро посудомойку оснастили приводом паровой машины и, Джезефина получила первый заказ от отеля Палмер Хаус в Чикаго. Разумеется, дома такие машины никто ставить не собирался.
Рисунок 11. Электрическая посудомоечная машина для ресторана, 1917 год
В 1924 году англичанин Уильям Говард Ливенс сделал первую электрическую посудомоечную машину, пригодную для домашнего использования. Фактически это был прообраз современной посудомоечной машины, с полным функциональным центром. Оставалось только усовершенствовать систему управления.
Этот прорыв сделали в 1960 году инженеры компания Miele, выпустив полностью автоматическую посудомойку.
Тест-рекомендация. Проверить полноту новой системы по ЗРТС и эффективность работы всех основных элементов.
