Применение методов функционально-стоимостного анализа при разработке инновационного проекта на машиностроительном предприятии

Рассматривая научно-технический прогресс как процесс создания и внедрения нововведений, можно выделить в нем две относительно обособленные фазы:

1) фазу рождения замысла;

2) фазу материального воплощения замысла.

Применение методов творческого поиска не уничтожает творческий процесс, а рационализирует его, позволяя не тратить силы и время на поиск уже найденного.

Процесс решения состоит из четырех основных этапов:

1) постановка задачи;

2) поиск вариантов решения;

3) анализ вариантов решения;

4) оценка вариантов и выбор решения.

Поставить задачу - значит уточнить исходную проблемную ситуацию, определить цель, ограничения и критерий выбора решения. Все это определяет желаемое состояние, к которому надо прийти в результате решения. Обычно это - модель решения, которая служит ориентиром на последующих этапах.

Несовпадение модели решения (цели) и самого решения (средства), а также информационный разрыв между ними - основное противоречие поиска новых решений. Разрешение этого противоречия - за счет перебора вариантов, производимого системно, а не методом проб и ошибок.

Методология поиска новых технических решений (как технология) может быть представлена в виде системы следующих компонентов:

- основные (рациональные) методы и средства поиска новых технических решений (см. рис.), опирающихся на логику мышления и логику развития техники;

- методы и средства настройки и регулирования творческой активности, опирающиеся на приемы психологической и физиологической активизации умственного труда;

- специальное информационное обеспечение поиска новых технических решений;

- искусство синтеза поисковых стратегий, опирающихся на гармоничное использование всех средств и методов поиска;

- методы и эффективные формы организации и управления поисковой деятельностью, обеспечивающие взаимосвязь методов поиска со сферой производства и экономикой.

Алгоритмические методы предусматривают использование заранее определенных конечных последовательностей или жестких итераций для достижения результата. Реализация - через математические и логические алгоритмы. Для этих методов характерна высокая вероятность конечного результата.

Эвристические методы основываются на подходах к решению задач, когда мыслительная деятельность направляется не на простой перебор вариантов, а на отсечение заранее тупиковых или нерациональных путей решения задач. При этом очень важно умело поставить вопросы.

Правила - обобщение алгоритмов и эвристик. Известны правила рационального мышления (4 правила Р. Декарта), правила системного подхода (5 правил системного подхода), классификационного анализа и др. Правила опираются на закономерности мышления и закономерности мышления и закономерности развития техники.

Программы - это предварительно записанные комплексы действий, включающие правила и элементы алгоритмов и эвристик (пример: АРИЗ - алгоритм решения изобретательских задач), разработанный Г. С. Альтшуллером.

Методы активизации умственной деятельности - это аутогенная тренировка, приемы развития творческого воображения, образной памяти, медитации и т.д.

Иррациональные методы используют отдельные эвристики, однако в целом опираются на методы психофизиологической активизации умственной деятельности. При этом отрицается следование стереотипам и отказ от схематизации нашего мышления. Большую роль при этом играют воображения, интуиция и логика, согласия и разногласия.

Наиболее часто используемые методы:

1) Мозговой штурм.

Метод, сформулированный А. Осборном в 1939 г., основывается на явлении ограниченности высказываний в условиях критики.

Это метод коллективного генерирования идей на совещании экспертов, которое проходит по специально разработанной схеме.

Основная особенность метода состоит в том, что период свободного творчества и выдвижения идей, предложений и гипотез, четко отделен от этапа критической оценки полученной информации. Метод реализуется в процессе коллективного обсуждения под руководством ведущего с использованием некоторого алгоритмического инструментария.

Основная цель метода - добиться максимального количества предположений по обсуждаемой проблеме от каждого участника обсуждения.

Работа проводится по следующим шести этапам:

- Формирование рабочих групп участников (обычно 10 - 15 человек - генераторы и 2-4 - аналитики).

- Составление проблемной записки.

- Генерирование идей.

- Систематизация идей.

- Оценка идей (выполняется группой аналитиков).

- Систематизация замечаний и рекомендаций.

Мозговой штурм обычно применяют при проведении ФСА на аналитическом и творческом этапах.

2) Морфологический анализ

Метод, предложенный в 1942 г. швейцарским астрономом Ф. Цвикки, первоначально использовался для анализа структур сложных галактических систем, затем был перенесен на технические системы.

Сущность метода. В совершенствуемой технической системе выделяют несколько характерных для нее морфологических признаков.

Каждый признак может характеризовать конструктивный узел системы, ее свойство, режим работы, особенность, словом, те параметры, от которых зависит решение проблемы. Далее по каждому из признаков составляют списки различных вариантов технического исполнения этих признаков. Все это располагают в форме матрицы (морфологической таблицы), что дает возможность представить себе поле поиска.

Различают морфологические матрицы: общих возможностей и структурных решений.

Основные принципы при проведении морфологического анализа:

- ко всем элементам морфологического исследования - равный интерес;

- до получения полной картины всех вариантов - не вводить ограничений в решения;

- максимально точно формулировать задачу.

При проведении морфологического анализа

1) Точно сформулировать проблему.

2) Определить параметры, от которых зависит решение проблемы.

3) Разделить параметры на их значения и представить их в виде набора матриц-строк или морфологической таблицы.

4) Оценить все имеющиеся варианты, отбросить нулевые, определить функциональную ценность всех возможных сочетаний.

5) Выбрать из морфологической таблицы оптимальный вариант решения проблемы.

3) Синектика

Автор этого метода американский исследователь Уильям Гордон. Синектика в переводе с греческого означает совмещение разнородных элементов. Название метода (его сущность) находит наибольшее отражение во введенном Гордоном приеме, который предполагает выделением в рассматриваемом объекте противоположных сторон или тенденций. Основная особенность метода - задачи решают специально обученные специалисты, отличающиеся гибкостью мышления, широким диапазоном знаний и практического опыта. Количественный состав группы 5-7 человек. Иногда в эту группу включают специалиста не знакомого с данным методом и не владеющего сутью проблем. Основное правило синектора - избегать шаблонного мышления, видеть задачу с разных точек зрения.

Каждый синектор должен владеть по крайней мере 6 качествами, которые свидетельствуют о его творческой зрелости и одновременно являются важными средствами для решения технических задач:

- Уметь абстрагироваться от обычного суждения, мысленно отвлечься от исследуемого объекта, выделить сущность задания и научиться бороться с привычным ходом мышления.

- Иметь склонности к свободным раздумьям, уметь свободно работать, доходя иногда до уровня фантазии.

- Уметь задержать дальнейшее развитие найденных идей и верить в то, что впереди появится лучшее.

- Благожелательно воспринимать чужие идеи, даже в тех случаях, когда они не четко или не корректно сформулированы.

- Иметь целенаправленность и твердую веру в успешное решение задачи, быть уверенным в своих способностях и способностях других участников группы.

- Находить в обычном необычное и в необычном обычное, уметь усматривать в обычных предметах и явлениях нечто особенное, использовать это особенное в качестве исходного пункта для развития творческого воображения.

Основными творческими приемами в синектике являются следующие виды аналогий:

- прямая аналогия - рассматриваемый технический объект сопоставляется с похожими объектами из других областей техники или живой природы (например: мост - паутина, сердце - насос и т.д.);

- личностная аналогия (эмпатия) - решающий задачу вживается в образ совершенствуемого объекта, пытаясь слиться с ним воедино и проникнуть в механизм его работы, что помогает лучше понять задачу и условия ее осуществления;

- символическая аналогия - выбранному на отдельном этапе ключевому представлению задачи (сущности предлагаемой идеи), нужно подобрать сжатую смысловую формулировку в виде короткого определения, состоящего из существительного и прилагательного (например: храповый механизм - надежная прерывистость, пламя - видимая теплота, прочность - принудительная целостность и т.д.);

- фантастическая аналогия - в устройство решающее задачу разработчик вводит какие либо фантастические существа, выполняющие то, что требуется по условиям задачи, или используют при решении какие-либо фантастические средства (например: волшебная палочка, маленькие человечки).

Аналогия в определенной мере делает незнакомое знакомым, а знакомое - незнакомым. В первом случае обнаруживаемые сходства позволяют решить проблему с неожиданной стороны, что может натолкнуть на новое оригинальное решение.

4) Фундаментальный метод проектирования Мэтчетта

Метод разработан Эрнстом Мэтчеттом англ. исследователем и начиная с 1960 года широко применяется в различных странах.

Основная цель метода - научить проектировщика понимать и контролировать свой образ мыслей и более точно соотносить его со всеми аспектами проектной ситуации. Для этого используются следующие приемы:

1) Применение режимного мышления (мышление - стратегическими схемами в параллельных плоскостях; мышление с нескольких точек зрения, мышление образами основных элементов и т.д.)

2) Разработка языка дающего возможность "мыслить о мышлении".

3) Самоконтроль и самонастройка на отдельных этапах проектирования.

В этом методе широко применяется информационный поиск, так выявляются и разрешаются конфликты в многомерных ситуациях. В методе так же большое внимание уделяется элементам рационального мышления (контрольные перечни вопросов, графическая интерпретация процесса поиска и мышления и т.д.).

Мэтчетт считает очень важным умение видеть процесс решения как бы со стороны. При этом появляется возможность своевременно корректировать стратегию поиска.

5) Метод конструирования Коллера

Метод появился в начале 70-х годов, в его основе лежит функциональный анализ, который предполагает прежде всего полное абстрагирование от реальной конструкции, анализируемого изделия и концентрацию внимания на функцию, которую это изделие должно выполнить. Все технические системы автор этого метода делит на три класса:

- машины, осуществляющие преобразование энергии;

- аппараты, осуществляющие преобразование веществ;

- приборы, осуществляющие преобразование информации.

Процесс исследования разделяется на отдельные этапы:

1) Постановка задачи, где включается описание цели, условий и ограничений.

2) Формулировка главной функции системы, под которой автор понимает установление свойств и состояний входных и выходных величин, в соответствии с заданной целью и с учетом ограничивающих условий.

Все функциональное многообразие технических систем Коллер сводит к 12 основным операциям, каждая из которых имеет 2 значения, прямое и обратное:

излучение - поглощение; проводимость - изолирование; сбор - рассеивание; проведение - не проведение; преобразование - обратное преобразование; увеличение - уменьшение; изменение направления - изменение направления; выравнивание - колебание; связь - прерывание; соединение - разъединение; сборка - разделение; накопление - выдача.

6) Алгоритм решения инженерных задач (АРИЗ)

Этот метод разработан Генрих Саулович Альтшуллером (более 250 изобретений) и является наиболее распространенным как в нашей стране, так и за рубежом.

АРИЗ - сложная программа последовательного применения логических приемов и эвристических правил, с помощью которых можно решать многие технические задачи.

В основе метода лежат:

- понятие об идеальной машине;

- понятие о противоречии (техническом, физическом, административном);

- использование концентрированной информации;

- чередование анализа и синтеза в процессе творческого поиска;

- использование закономерностей развития технических систем;

Известно более 10 модификаций АРИЗ.

Объяснения: Идеальная машина - машина, которой нет, а функции ее выполняются.

Решение задачи предполагает улучшение тех или иных технических параметров, функций, свойств системы.

Различают 3 вида противоречий при решении задач:

- Административное противоречие (АП) - нужно что-то делать (изменить, улучшить), а как - неизвестно.

- Техническое противоречие (ТП) - это взаимообусловленное улучшение или ухудшение сторон, качеств, свойств объекта (системы), проявляющееся при изменении узлового компонента этой системы. Типовые ТП: "масса - прочность", "универсальность - сложность ", " грузоподъемность - скорость", "точность - производительность" и т.п..

- Физическое противоречие (ФП) - это противоречие внутри объекта (системы) на уровне свойств и взаимодействий элементов; ФП - искусственно созданная система взаимоисключающих требований к элементу (части элемента) объекта, при реализации которой в объекте снимается ТП.

Суть ФП - выбор в конфликтующей паре элементов системы какого-то одного и выявление в нем небольшой зоны, к физическому состоянию которой предъявляются взаимопротиворечивые требования. Например: данная зона должна быть одновременно подвижной и неподвижной, холодной и горячей.

Особая роль современных методов творчества состоит в том, что их освоение и использование становятся инструментом включения творческих устремлений специалиста в подъем его собственного потенциала. Особо важное свойство инструмента - его многофункциональность. Таким свойством обладают универсальные и типовые приемы разрешения противоречий, особенно принцип разделения противоречивых свойств или действий в пространстве, во времени или в отношениях.

Важную часть творческого инструментария составляют специальные информационные фонды (физический эффект - не только физические явления, закономерности, но и - самое главное - способ их изобретательского применения).

Для обеспечения большей вероятности решения изобретательских задач на высоком уровне применяют усиленные инструменты - стандарты, основанные на комбинации приемов, физических эффектов, химических и геометрических эффектов, открывающих неожиданные пути решения задач.

В широком смысле слова алгоритмом называют всякую программу планомерно направленных действий. АРИЗ обладает гибкостью: одна и та же задача может быть решена разными путями, в зависимости от того, кто и как ее решает.

Существует 6 стадий АРИЗа

- Выбор задачи;

- Уточнение условий задачи;

- Аналитическая стадия;

- Стадия оценки;

- Оперативная стадия;

- Синтетическая стадия.

2.8 Методика проведения ФСА при разработке инновационного проекта на машиностроительном предприятии

На ЗАО "НКМЗ" действует и активно проводится программа по созданию да методологических групп по разработке и внедрению методологических функционально-стоимостного анализа (ФСА) и реинжинирингу бизнес-процессов с целью повышения эффективности производства.

ФСА на заводе проводится в 7 этапов:

- Подготовительный - на этом этапе формируется исследовательская рабочая группа (ИРГ), выбирается объект анализа, определяется цель исследования, обсуждается и утверждается план проведения ФСА, достигается минимальный предел обученности членов ИРГ. (Исследовательской рабочей группы).

- Информационный -на этом этапе производится сбор, систематизация и всестороннее изучение информации по объекту ФСА, причем информация об изделии как предмете использования его потребителем представляет собой факты, а не предложения. На данном этапе - получаем первые варианты структурно-элементарной модели (СЭМ), функциональной модели (ФМ) изучаемой системы, получаем блок-схему (БС) и схему-модель системы в надсистеме (МСН). ФМ показана на рисунке.

- Аналитический этап. На этом этапе производится формулировка, анализ и классификация функций, их декомпозиция, анализ функциональных взаимосвязей между подразделениями в аппарате управления, даётся стоимостная оценка функций. Здесь определяется степень значимости функций, степень и причины несоответствия между значимостью функций, уровнем затрат и количеством их осуществления. Выявляются излишние, вредные, несвойственные и дублируемые функции. Этот этап считается законченным, когда сформулированы все возможные функции объекта и его элементов, оценены весомости функций, построены функциональная, совмещенная (функционально-структурная ФСМ) модель и функционально стоимостная диаграмма (ФСД), определены зоны избыточных затрат, сформулированы задачи для совершенствования объекта.

- Творческий этап. На этом этапе с помощью примененных методов творчества выявляются и формулируются идеи решений определённых задач, разрешаются технические противоречия, делаются эскизы с кратким пояснением.

- Исследовательский этап. На этом этапе все идеи решения поставленной задачи оцениваются и из них выбираются те, по которым нет сомнений с точки зрения их осуществимости и экономической целесообразности.

- Рекомендательный этап. На этом этапе производится передача предложений, разработок службами, которые должны обеспечить изготовление нового варианта или модернизацию существующего объекта ФСА.

- Этап внедрения. На этом этапе изготавливаются и опробируются первые образцы (партия) изделий, получаются технико-экономические результаты, которые обычно выше по сравнению с другими; осуществляется вознаграждение членов ИРГ за достигнутые результаты.

Этапная технология ФСА начинается с комплексного обследования состояния производства и организации управления, обоснования выбора объектов анализа, составления рабочего плана проведения ФСА.

Исследовательские группы на ЗАО "НКМЗ" формируются из сотрудников подразделения ФСА и представителей других подразделений или служб - специалистов в области конструирования, технологии, экономики, контроля качества и обеспечения надежности анализируемого объекта.

После того, как уточнены цели и задачи анализа, разрабатывается детализированный план проведения ФСА выбранного объекта, который утверждается руководством предприятия.

Для качественной диагностики любого объекта в ФСА применяется несколько моделей. Их построение идет в определенной логической последовательности. Модель - это мысленное (логическое), графическое или математическое описание объекта в разных условиях его функционирования. В основном это модели графические.

В нашей работе рассмотрим и построим 4 модели.

Модель системы в надсистеме представляет собой графическое отображение основных элементов надсистемы, в которую входит изучаемая система.

Структурная модель представляет собой иерархический граф , иллюстрирующий фактическую структуризацию элементов системы по уровню ее расчленения ,т.е. узел, подузел, деталь. В блок-схеме также отражается масса элемента системы ,применяемое количество в исследуемом объекте ,трудоемкость его изготовления и себестоимость.

Функциональная модель - это графическая или табличная система , отражающая состав событий, реализуемых самой системой, как на ее поверхности, так и внутри ее. Чаще всего строится в виде иерархического графа взаимосвязанных функций на различных уровнях. По результатам определения функций отдельных элементов исследуемого объекта определяем весомости каждой функции в процессе работы объекта (в процентах). По результатам определения весомостей функций строится верхняя часть функционально-стоимостной диаграммы.

ФМ показывает в каких пропорциях распределились весомости функций объекта в количественных показателях (в процентах). Из-за специфики анализируемой системы второй и третий уровень модели переплетаются. Функциональная модель является основной для построения функционально-стоимостной диаграммы.

После построения функциональной модели, определения весомости и фактической себестоимости всех элементов системы, строится функционально-стоимостная диаграмма . Функционально-стоимостная диаграмма является результирующей моделью, которая указывает на излишние затраты в объекте и дает их количественную оценку. Проведя анализ ФСД, выявляют элементы системы, которые попадают в зону излишних затрат.

Проанализировав данные элементы, по каждому принимается техническое решение, позволяющее снизить стоимость элемента, и в общем итоге цену всего объекта.