Історичний аналіз технічних систем у прогнозному
проект
Петро Чуксін, Микола Андрійович Шпаковський
1. Введення
Приступаючи
до прогнозного проекту зазвичай вивчаєш досвід попередників, звертаєшся до
корифеям. На наш погляд, найбільш цінні поради можна отримати у роботі С. С.
Литвина і В. М. Герасимова, присвяченій далекому прогнозування [1]. Але, коли
переходиш до практичних дій, бачиш, що цих рад недостатньо і
починаєш допрацьовувати щось своє, принаймні так трапилося з нами. Наш
прогнозний проект включав декілька етапів: підготовчий, інформаційний,
аналітичний, вирішальної, концептуальний, верифікаційний, впроваджувальний,
послепрогнозний. Досвід показав, що найбільш трудомісткою частиною прогнозного
проекту, є історичний аналіз.
Він
дає основну частину роботи на інформаційному, аналітичному і вирішальної
етапах. Крім того, в рамках звичайних, а не прогнозних проектів з
вдосконалення технічних систем, неминуче доводиться робити екскурс в
історію розвитку досліджуваної технічної системи. Доводиться з'ясовувати, чому
одні напрямки отримують подальший розвиток і століттями не вмирають, а навпаки,
мають тенденцію ускладнюватися і розвиватися, а інші йдуть у забуття. Вивчення
тільки технічної сторони таких змін не дозволяє робити якісних,
надійних висновків. А ось аналіз змін техніки на тлі історичних і
соціально-економічних умов, дає розуміння глибинних причин виникнення,
розвитку та згасання техніки і технології. Тому ми почали удосконалювати
методику історичного аналізу в наших консалтингових проектах.
В
Як приклад наведено аналіз причин появи, - винаходу першого в світі
жатки-стриппер, для ОЧЕС рослин на корені, її забуття і нового відродження.
Матеріали взяті з прогнозного проекту авторів з оцінки перспектив розвитку
різних технологій виробництва зерна, і очесивающіх зернозбиральних
пристроїв.
2. Методика історичного аналізу технічної системи
в прогнозному проекті
Мета
історичного аналізу - побудова трендів еволюції для дерева прогнозу
досліджуваної технічної системи (ТС) та її підсистем. При проведенні аналізу,
як правило, вже існує кілька поколінь і безліч модифікацій ТЗ,
попередніх вивчається - ТС1, ТС2, ТС3 ... і т д., а також прото-ТС, система,
попередня ТС1. Завдання історичного аналізу - опис і аналіз еволюції
ТЗ з моменту створення до теперішнього часу, виявлення тенденцій розвитку її
підсистем. Природно, що аналізуються не всі конструкції, а тільки ті,
які забезпечили системі якісний стрибок, заснували нове покоління ТЗ.
Пропонована
методика являє собою алгоритм обробки інформації про розвиток ТЗ.
Методика включає три основні блоки: блок опису прототипів ТЗ за допомогою
моделей; блок аналізу причинно-наслідкових ланцюжків; блок аналізу трендів
розвитку ТЗ і її підсистем.
Блок
опису прототипів ТЗ передбачає розробку ряду моделей, що описують цю
систему: структурної, функціональної, вартісної, параметричної, а також
опис технічних недоліків та проблем ТЗ. Не будемо детально
зупинятися на способах розробки таких моделей, оскільки вони досить
добре освітлені в ТРІЗовской літературі [2]. Відзначимо лише, що на відміну від
функціонально-вартісного аналізу (ФСА), при проведенні прогнозу, такі моделі
розробляються для кожної базової машини, нового покоління ТЗ - прото-ТС, ТС1,
ТС2, ТС3 ... і т. д. Побудовані за єдиною методикою такі моделі дозволяють точніше виявити
провідні тенденції та оцінити технічні параметри майбутньої ТЗ.
Блок
аналізу причинно-наслідкових ланцюжків передбачає проведення наступних
робіт: аналіз історичних умов на момент створення (модернізації) ТЗ; аналіз
соціально-економічних умов, що викликали створення (модернізацію) ТЗ; аналіз
доступних ресурсів (матеріалів, технологій, знань) на момент створення
(модернізації) ТЗ; порівняльний аналіз ТЗ різних поколінь. Це блок виявляє
вплив історичних і соціально-економічних умов життя суспільства на
еволюцію ТЗ.
Блок
аналізу трендів розвитку ТЗ і її підсистем включає; виявлення тенденцій
розвитку ТЗ; виявлення тенденцій розвитку робочого органу, трансмісії,
двигуна. Інформація, отримана на попередніх етапах, і аналіз тенденцій
розвитку ТЗ і її підсистем дає можливість побудувати дерево еволюції ТЗ в
минулому. А це, після відповідного аналізу, на подальших етапах,
дозволяє оцінити майбутні напрямки і тенденції, побудувати прогнозне дерево.
Методика
передбачає зіставлення матеріальних потреб суспільства в дану епоху і,
що забезпечують задоволення цих потреб, технічних систем,
винаходів. Історичний аналіз еволюції ТЗ дає основний обсяг інформації для
аналітичного, вирішальної і концептуального етапів прогнозу. Для ілюстрації
застосування пропонованої методики, наведено фрагмент історичного аналізу
гальскої жатки, з прогнозного проекту з оцінки перспектив розвитку різних
технологій виробництва зерна, і очесивающіх зернозбиральних пристроїв.
3. Історичний аналіз очесивающей жатки в прогнозному
проект
Хліб
протягом всієї історії людства був найважливішим стратегічним продуктом.
Технологія його виробництва постійно вдосконалювалася й удосконалюється.
Історія прогресу в цій галузі показує, що технологія виробництва хліба
прямо залежить від матеріальних умов життя суспільства.
В
останні десятиліття отримала нове втілення ідея стриппер - Британський
інститут NIAE, компанія British technology group розробили, а компанії
Shelbourne Reynolds, Massey Fergusson почали випускати очесивающіе пристрої --
стріппери до зернозбиральних комбайнів різних типів для збирання зернових ОЧЕС на
кореня.
Технічні
системи, для збирання зерна ОЧЕС, які розглядалися в прогнозному проекті були
наступні: прото-ТС - ручна сноповая прибирання серпом; ТС1 - Галльська
очесивающая жатка; ТС2 - австралійський стриппер Джона Рідлея, ТС3 - сучасний
австралійський стриппер; ТС4 - очесивающій хедер SR 4200 британської кампанії
Shelbourne Reynolds; ТС5 - очесивающій адаптер АГСК-4.0 Білоруської кампанії
АГСК. Нижче наведені короткі результати історичного аналізу для ТС1 --
Галльську очесивающей жниварки.
3.1. Опис технічної системи
Галльська
жатка, є першим прикладом механізації збирання врожаю, збирання хлібів. Вона
була винайдена близько I ст. н. е.. в Римській імперії, на території Франції, в той
час іменується Галлією, [2]. У порівнянні, з поширеним у той час
сноповим методом збирання, вона була величезним кроком вперед. У Галльську жатки, для
зниження витрат людської праці, на збиранні врожаю, була вперше
використана м'язова сила тварин. Крім того, жатка очесивала з рослин
на корені тільки колосся, замість зрізання серпом всієї рослини під корінь, при
цьому способі солома залишалася на полі. Це знижувало наступні витрати енергії
на обмолот.
3.1.1. Структурна модель
Жниварка
складалася з рами з коробом на двох колесах, із загостреними металевими
зубами на передній кромці короба. Для зіштовхування обірваних колосків в жолоб
служило весло - спеціальна палиця Т-подібної форми. У рух, жатку
приводили, впряжені ззаду, осел або бик. Щоб не захаращувати опису та
зважаючи на простоту пристрою, ми не наводимо тут її структурну модель.
3.1.2. Функціональна модель
Розглянемо
докладніше функціональну схему технологічного процесу збирання, здійснювану
гальскої жаткою (рис 2). Тварина - осел, або бик, керованого (направляється і
підганяли) людиною, штовхало жатку поперед себе. Зуби жатки прочісували
стеблостій і зривали колосся зі стебел. Друга людина, що йде збоку,
дерев'яним веслом зіштовхував відірвані колосся в короб і розрівнювали шар
обірваних колосків. Коли короб наповнювався, очесанние колосся та вибите зерно
перевантажували в інший транспортний засіб або на полотняний полог.
3.1.3. Параметричний модель
Параметрична
модель описує технічні характеристики прогнозованою ТЗ і попередніх
поколінь ТЗ. Найбільш зручно представляти численні параметри різних
поколінь ТЗ на радарної діаграмі. Це дає наочне уявлення про зростання
параметрів нових поколінь ТЗ і дає прогноз параметрів майбутньої ТЗ. Для
очесивающіх пристроїв оцінювалися продуктивність, питомі енерго-та
трудовитрати (на одиницю прибираємо площі), потужність на привід, число підсистем
збиральної машини.
3.1.4. Опис технічних недоліків і проблем
Галльську жатки
Технічні
проблеми та недоліки найчастіше є причиною, спонукальним мотивом
модернізації ТЗ. Тому збирання інформації про них у нашій методиці присвячено цей
блок. Перерахуємо коротко основні недоліки Галльську жатки:
строгі
вимоги до вирівняною полів - галопування і розгойдування жатки викликає
втрати;
високі
вимоги до чистоти посівів - стебла бур'янів забивають щілини між очесивающімі
зубами;
неможливість
роботи на схилах через висипання класів з короба;
втрати
зерна з - за неочеса низькорослих рослин;
низька
щільність купи і великі транспортні витрати;
3.2. Аналіз причинно-наслідкових ланцюжків
Це
розділ дозволяє з'ясувати спонукальні мотиви в еволюції ТЗ, порівняти різні
напрямки розвитку. Він виявляє вплив історичних і
соціально-економічних умов життя суспільства на еволюцію ТЗ.
3.2.1. Аналіз історичних умов
Галлія
напередодні першого століття нашої ери являла собою велику, густонаселену
територію, на якій проживало безліч розрізнених кельтських племен. У
численних містах, економічних, політичних і військових центрах кельтських
племен, були розвинені торгівля й ремісниче виробництво. Міста і села були
пов'язані розвиненою мережею доріг.
В
період з 58 по 51 рр.. до н. е.. легіони Юлія Цезаря завоювали всю заальпійскую
Галію, приєднавши її до Римської імперії. Ставши імператором, Цезар провів ряд
реформ, що мають велике значення для провінції: він дав права римського і
латинського громадянства провінціалів, упорядкував і стабілізував
податкову систему, наділив легіонерів-ветеранів великими земельними наділами на
території Галлії.
Імператор
Октавіан Август (27г. до н. Е.-14 р. н. Е.) закріпив реформи Цезаря. Укази
Серпень, штучно знижують ціни на хліб, привели до спеціалізації в
сільському господарстві в центрі і на периферії. При серпні, під час масової
демобілізації, близько ста тисяч колишніх легіонерів отримали земельні наділи в
провінціях, більша частина - в Галлії. Вони заснували тут великі вілли,
постачали хліб та інші продукти на ринок для центру імперії і провінцій.
Виробництво сільгосппродуктів було основним джерелом доходів власників цих
вілл.
Найвірогідніше
за все, винахід гальскої жатки, відбулося саме на одній з таких
ветеранських вілл. Справа в тому, що у військових ветеранів, в Галлії було те, чого
не було ні в місцевих галльських вождів, ні тим більше у селян: великі
земельні наділи; високе становище у суспільстві, захист влади, низькі податки;
потреба в отриманні доходу від вілли; брак робочої сили, інженерний
досвід і знання, отримані в армії; вільний час для розробки, виготовлення
випробування, доопрацювання конструкції жатки; гроші, отримані після служби в
легіонах, ремісничі майстерні, готові виконати потрібний замовлення.
В
третьому столітті нашої ери в Римській імперії почалася серйозна криза в політиці, в
економіці, сільському господарстві. Глибинні причини кризи - демографічні,
зростання населення перевищив продовольчі можливості сільськогосподарського
виробництва. Хліба і м'яса для всіх, вже стало не вистачати. Соціальне
напругу в суспільстві зросло. Повстання рабів, набіги германців і
невпевненість у завтрашньому дні привели до переселення власників вілл у
міста, під захист міських укріплень. Паралельно йшла деградація економіки.
Імператори намагалися вирішити всі проблеми шляхом зростання грошових податків і
повинностей. Виросли податки переобременілі численних власників вілл, вони
розорялися, продавали свої маєтки. Землі, що перейшли до великим власникам,
дробилися на дрібні ділянки і здавалися в оренду колонії, які
розплачувалися натуральній та відробітковій рентою. Основою сільської економіки
стало натуральне господарство. Жатка, розрахована на великі поля і серйозну
організацію робіт, була дорогою машиною, недоступною колону. Для збирання хліба
знову стали застосовуватися виключно серпи. Замовлення на виробництво жниварок
скоротилися, а потім припинилися зовсім.
Війни,
повстання, нашестя гунів, наскоки германських племен, розпад Римської імперії
привели до остаточного забуттю гальскої жниварки. Жниварку погубити не
технічні, а демографічні, соціальні та політичні причини.
3.2.2. Аналіз соціально-економічних умов
Стабільність
політичного становища завдяки приєднанню до сильного державі,
припинення великих воєн, сприятливі економічні умови, і, найголовніше
велика кількість продовольства, привели в I - II століттях до бурхливого зростання населення і
розвитку великих міст - центрів торгівлі. Населення Галлії в першому столітті н.
е.., за оцінками істориків, становило близько 15-20 мільйонів чоловік.
В
Римі, у часи правління Августа, 100-150 тисяч бідних громадян щодня
отримували дармовий хліб та інші продукти від імператора і держави, в інших
містах таке саме продовольче забезпечення підтримували декуріони. Звідки
ж брався цей дармовий хліб? Продовольчі потреби населення імперії в
хлібі задовольняв імпорт зерна з провінцій, перш за все з Єгипту, Сицилії,
Сардинії. Наприкінці 1 ст. до н. е.. до них приєдналася Галія. Слід зазначити,
що надлишки хліба в Галлії виникли завдяки тому, що тут, напередодні
приєднання до Римської імперії, набув поширення трипільна
сівозміни. Трипільна сівозміну різко, майже в 2 збільшив врожаї, зменшивши
при цьому трудомісткість виробництва зерна - не потрібна була раскорчевка ліси, як
при перелоговою землеробстві. Але, великий урожай вимагав збільшення кількості
працівників (але тільки - на час збирання), або заміни ручної праці
механізованим. Отже, в Галлії до кінця першого століття до нашої ери
були не тільки умови, але була й необхідність у підвищенні продуктивності
праці в землеробстві.
3.2.3. Аналіз доступних ресурсів
Попередній
аналіз показує, що поява подібної жатки було цілком закономірним
явищем, логічно випливають з потреб тодішнього суспільства. Але, будь-яка
вдала ідея, навіть ретельно продумана і прорахована, не може
реалізуватися, якщо для цього немає відповідних матеріальних і економічних
умов - ресурсів. Спробуємо з'ясувати, чи були відповідні ресурси в Галлії.
В
Галлії була необхідність у збільшенні продуктивності праці в землеробстві,
по-перше, тому що від цього залежав дохід землевласників, по-друге, щоб
задовольнити потреби в хлібі метрополії, і, нарешті, по-третє, тому що
цього вимагали збільшилися врожаї за трипільною севообророте.
В
Галлії були інтелектуальні можливості для винаходу жатки, оскільки
рівень сільськогосподарських знань був високий, а землевласники, колишні легіонери,
володіли інженерними знаннями. У них був час і гроші для розробки,
виготовлення, випробування, доопрацювання конструкції жниварки.
В
Галлії були умови для впровадження подібної жатки: великі земельні наділи,
які було вигідно обробляти таким способом, раціональні господарі вілл,
прагнуть до великих доходів, наявність у них грошових ресурсів для замовлення
дорогих деталей, низькі податки і захист влади.
В
Галлії були ресурси для практичного виконання подібного винаходу --
наявність покладів металів, розвинена металургія, висока кваліфікація
ремісників. Залізні інструменти і знаряддя застосовувалися досить широко, в тому
числі і в сільському господарстві. З заліза робилися сокири, лопати, заступи, вила,
кирки, мотики, серпи, коси, а також лемеші і плуги. Відповідно, була
можливість створити і металеві деталі для жниварки як завдяки наявності
сировини, так і високої кваліфікації майстрів.
Проведений
аналіз показує, що в Галлії напередодні нової ери були всі необхідні ресурси
для створення і впровадження очесивающей жниварки для збирання зерна.
3.2.4. Порівняльний аналіз Галльську жниварки і
снопового методу збирання
Зрізання
рослин серпом при сноповом методі збирання було лімітуючим фактором, який
стримував продуктивність, оскільки цю складну операцію міг виконати
виключно людина. Серп, головне знаряддя прибирання, був зроблений «під людину»,
з урахуванням його антропологічного будови, енергоекономних рухів, сили рук,
певних інтелектуальних зусиль - потрібно погоджувати положення і зусилля рук
при замаху і зрізі, описувати серпом особливу траєкторію. Саме цю частину
процесу слід покращувати в першу чергу. Щоб використовувати для зрізання
рослин мускульну силу тварин необхідно було різко спростити траєкторію
руху ріжучого робочого органу до прямолінійного механічного. Тобто,
потрібно пристрій, який зрізає колосся прямолінійним рухом і робить це
широким фронтом.
Усвідомлення
цих вимог, очевидно, призвело до того, що головний робочий орган жниварки має
вид широкого ряду острозаточенних паралельних зубів. Замість одного пучка,
захоплюваного рукою, стало багато пучків, що формуються звужуються
носками зубів. Замість одного пучка, зрізано серпом, стало багато пучків,
зрізаних гострими крайками зубів. Але зуби зрізали колосся не так ефективно
як серп. Тому потрібен додатковий робочий орган - палиця Т образної
форми, якої не зрізані колоски обламують і скидалися в короб.
Аналіз тенденцій розвитку ТЗ і підсистем
Тенденції
розвитку для ТЗ і підсистем будуються на підставі інформації про перетворення
ТЗ і її основних робочих органів в процесі еволюції, отриманої в ході
попередніх етапів історичного аналізу. Тренди для очесивающіх пристроїв,
наприклад, будувалися після аналізу всіх базових конструкцій - прото-ТС, ТС1,
ТС2, ТС3, ТС4, ТС5. Аналіз показав, що головною тенденцією розвитку очесивающіх
пристроїв було розширення їхніх функцій за рахунок приєднання додаткових
підсистем. Це положення узгоджується з положенням І. Девойно про розширення
функцій ТЗ в процесі еволюції [3]. Цікавий факт, що підсистеми здійснювали
перехід з надсістеми в підсистему очесивающее пристрій, а не навпаки, як
це випливає з закономірностей розвитку ТЗ.
При
аналізі тенденцій розвитку підсистем будується графічна модель - дерево
прогнозу або прогнозна карта для кожної з підсистем. Методика побудови
такої карти наведена нами в роботі Constructing Forecast Maps of Engineering
System Development, тому тут ми не будемо зупинятися на цьому питанні
[4]. Відзначимо лише, що для очесивающего робочого органу нами було виділено три
основні тенденції:
Моно-бі-поли.
динамізації.
Перехід
на мікрорівень.
Був
проведено аналіз тенденцій для стеблеподающіх робочих органів, трансмісії,
молотарки, двигуна. Вони не наводяться в цій статті з огляду на великий обсяг
матеріалу.
4. Обговорення результатів. Висновки
Наведені
результати є частиною реального прогнозного проекту з оцінки перспектив
розвитку різних технологій виробництва зерна, і очесивающіх зернозбиральних
пристроїв.
Методика
включає в себе широко випробувані і добре зарекомендували себе методи
побудови моделей ТЗ.
В
пропонованої методикою моделі будуються для декількох поколінь ТЗ, що дає
можливість легше провести їх порівняльний аналіз.
Оригінальною
є методика виявлення трендів еволюції ТЗ і її підсистем і побудови
дерева прогнозу.
Елементи
запропонованої методики пройшли апробацію в декількох консалтингових проектах
компанії LG.
До
недоліків запропонованої методики слід віднести високу трудомісткість
проведення історичного аналізу.
Список літератури
Литвин
С.С. Герасимов В.М. Дальнє прогнозування технічних систем. Рукопис, 1987
Peter James, Nick Thorpe Ancient
Inventions New-York: Ballantine Books, 1994
Девойно
І.Г. Розвинути технічних систем. Журнал ТРИЗ, 1991 том 2, № 1
Nikolay Shpakovsky, Peter Chuksin. Constructing Forecast Maps of Engineering
System Development. World Сonference TRIZ Future 2001 report. Bath 2001
