Электронный Научно - Информационный Журнал Системное Управление. Проблемы и Решения
 

Что такое PQ-система

Выпуск 8

Кучкаров З.А.

В условиях ужесточающейся конкуренции поиск и генерация инновационных идей играет все большую роль для организаций, чья деятельность тесно связана с инновациями. Несмотря на то, что создано множество методов поиска инновационных идей, данных методов, порой, недостаточно для обеспечения организации достаточным количеством идей. Процесс генерации инновационных идей все еще остается "узким местом" инновационного процесса.

Генерация инновационных идей - "узкое место" инновационного процесса

Как вариант увеличения продуктивности процесса поиска инновационных идей, может быть предложена PQ-система (название PQ-системы образовано от названий систем PATTERN и QUEST), разработанная в рамках проекта создания Лаборатории инноватики МФТИ. В основе работы PQ-системы лежат представления о проблемных областях и идеях. Под проблемной областью понимается область человеческой деятельности с существующей в ней проблемой. Под идеями понимаются любые изобретения, новые или усовершенствованные технологии, результаты научных исследований и т.п.

Предполагается, что для любой проблемной области существует идея, которая может решить проблему данной проблемной области. Функция PQ-системы состоит в попарном сопоставлении проблемных областей и идей и отборе пар, в которых идея решает проблему соответствующей проблемной области.

Функция PQ-системы заключается в сопоставлении проблемных областей и идей

Принцип работы PQ-системы можно понять, если представить себе работу брачного агентства.

Для поиска своей второй половины одинокий мужчина (проблемная область) или женщина (идея) обращается в брачное агентство (PQ-система). В агентстве они заполняют специальные одноформатные анкеты, которые затем заносятся в базу данных (проблемная область и идея анализируются и затем заносятся в базу данных). Все анкеты состоят из специально подобранных вопросов, которые распределены по двум разделам. В первом разделе человек описывает себя, а во втором свои пожелания относительно второй половины.

Брачное агентство сравнивает пожелания и описания различных анкет и выявляет пары, взаимно удовлетворяющие пожеланиям друг друга (проблемные области и решающие проблемы идеи).

Если для какого-то человека не найдена пара, то его анкета находится в базе данных и участвует в поиске до тех пор, пока пара не появится (проблемная область находится в базе данные пока не будет найдена приемлемая для нее идея).

После того, как были найдены подходящие кандидатуры (альтернативные идеи решения проблемы), человек-заказчик отбирает одну две кандидатуры и брачным агентством организуется встреча. Там одинокие мужчина и женщина подробнее узнают друг о друге и решают, стоит ли дальше встречаться (из множества альтернатив выбирается наиболее подходящая)

Предпосылки создания PQ-системы. методы PATTERN и QUEST

PQ-система основана на идее объединения двух информационных систем, по отдельности собирающих проблемы и изобретения. Примерами таких информационных систем являются разработанные в США человеко-машинные системы PATTERN и QUEST.

PQ-система является реализацией идеи объединения информационных систем, по отдельности имеющих дело с проблемами и идеями

Первые сведения о разработке фирмой "Хониуелл" информационной системы PATTERN появились в конце 1963 года. Фирма занималась выполнением заказных научно-исследовательских работ для военно-космической промышленности США. В частности, фирмой разработаны системы ручного и автоматического управления для космических систем "Меркурий", "Джемини", "Аполлон", "Дайна сор" и самолета Х-15. Поводом создания системы PATTERN послужил тот факт, что фирма несла значительные убытки, поскольку часть ее разработок основывались на слухах из "достоверных источников" и в итоге оказывались ненужными. Руководством фирмы был осознан тот факт, что в условиях современных США плодотворными и выгодными для военно-промышленных монополий являются только те научные исследования, которые отвечают политическим и военным планам американского правительства.

Принципиальная схема системы PATTERN является достаточно простой. Имеются национальные цели правительства и научно-технические проблемы. Методом экспертных оценок научно-технические проблемы распределяются по национальным целям. Проблемы, которые не попали ни под какую цель, отсеиваются. Каждой научно-технической проблеме присваивается число - "коэффициент относительной важности", который является численной оценкой вклада решения данной научно-технической проблемы в достижение соответствующей национальной цели правительства. Финансирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ для соответствующих проблем назначается в зависимости от значения коэффициента относительной важности.

Система QUEST создавалась для решения обратной задачи, чем PATTERN. Необходимо было найти, где использовать многочисленные разработки и результаты научных исследований. В системе QUEST имелась база данных технических устройств, или, даже на более элементарном уровне, физических эффектов. В основе подхода, реализуемого в QUEST, лежат два базовых принципа.

Первый базовый принцип - мир естественных наук избыточен для технологии, в нем есть все и даже больше, чем необходимо для решения технологических задач. Поэтому открытые, уже имеющиеся физические эффекты группируются определенным образом, получившиеся подмножества взаимосвязанных эффектов формируют "группы радикального изменения" - технологические области, где качественные изменения наиболее заметны.

Второй базовый принцип данного подхода - все идеи имеют ценность только тогда, когда они поставлены в соответствие с другими, т.е. вставлены в систему. Мнение одного, даже очень авторитетного эксперта в стратегическом плане вредно и является угрозой, поскольку вне системы оно представляет собой монополизацию истины.

В некотором смысле система QUEST представляет собой систему, дополнительную к PATTERN, хотя нет сведений о какой-либо попытке их объединения и связывания в некий "двухтактный двигатель", систему, работающую одновременно на двух противоположных направлениях - навстречу друг другу.

По отдельности системы PATTERN и QUEST не служат для сопоставления методов и изобретений. Система PATTERN говорит о том, что должно быть исследовано или разработано, но не рассматривает возможность того, что соответствующее исследование или разработка уже проведено. Система QUEST говорит о том, что уже изобретено или исследовано, но не рассматривает отдельно научно-технические проблемы. Естественным решением является создание системы, объединяющей основные принципы систем PATTERN и QUEST (Рис. 1).



Рис. 1. Идея создания PQ-системы

Основные принципы работы PQ-системы

Функция PQ-системы заключается в сопоставлении проблем и идей (Рис. 2). Сопоставление осуществляется автоматически с использованием базы данных с программной надстройкой. Возможность автоматизации данного процесса достигается за счет одноформатного описания проблем и идей в терминах функционально-методного отношения (ФМО).

Представление проблем и идей в терминах функционально-методного отношения позволяет автоматизировать сопоставление проблем и идей.



Рис. 2. Принципиальная схема работы PQ-системы

В основе функционально-методного отношения лежат представления о функциях и методах. Под функцией понимается потребность субъекта в получении некоторого результата. Под методом понимается некое устройство или процесс, с помощью которого этот результата получается. При этом говорится, что функция реализуется с помощью данного метода.

Функция - потребность субъекта в получении результата. Метод - устройство или процесс, за счет которого получается результат.

Например, для функции "измерение температуры воздуха" методом реализации функции является термометр. Результатом выполнения функции являются данные о температуре воздуха.

Для более конкретного описания функциям и методам можно сопоставить некоторые переменные. Переменные называются характеристиками, а значения переменных значениями характеристик. Функция с характеристиками и значениями называется метризованной функцией. Аналогично метод с характеристиками и значениями называется метризованным методом.

Например, для функции "измерение температуры воздуха" можно ввести характеристику "точность измерения". Значениями будут точность до одного градуса, до одной десятой градуса и т.д.

В некоторых случаях для реализации функции, то есть для получения результата, необходимо разбить функцию на более "мелкие" подфункции. Такой процесс разбиения называется декомпозицией функции на подфункции. Множество подфункций данной функции называется технологией реализации функции. Иногда функцию можно декомпозировать различными способами. Это значит, что существуют различные технологии реализации функции.

Вторичными функциями метода называются функции, направленные на компенсацию негативных свойств метода. Например, термометр нужно периодически протирать от пыли, так как пыль мешает им пользоваться, термометр нужно беречь от детей, так как его можно разбить и отравиться ртутью. Если в качестве метода выступает автомобиль, то вторичных функций еще больше. Автомобиль нужно мыть, заправлять бензином, менять масло, проходить техническое обслуживание, охранять от угонщиков и т.д.

Описание проблемной области в терминах ФМО означает выделение в проблемной области функций, методов и отношений между ними. Считается, что в любой проблемной области можно выделить единственную главную функцию, то есть функцию, которая не входит в декомпозицию никакой другой функции. Описание проблемной области в терминах ФМО включает описание главной функции, всех ее подфункций, реализующих методов и вторичных функций методов.

Проблемными функциями проблемной области называются функции, которые не реализуются методами проблемной области, либо реализуются, но не достигаются желаемые значения характеристик. Факты наличия проблемных функций называется проблемами.

Проблемная функция - функция, которая не реализуется методами проблемной области

В общем случае, идеи, поступающие на вход PQ-системы, не являются методами. Имеется непосредственная связь между идеями и методами, состоящая в том, что методы изготавливаются как реализация идей. Методы, которые могут быть изготовлены как реализация идей, называются потенциальными методами.

Потенциальные методы - методы, создаваемые как реализация идей

Принцип работы PQ-системы заключается в следующем. Собирается база данных проблемных областей и идей. В проблемных областях ищутся проблемные функции, то есть функции, для которых должны быть предложены новые методы. Путем анализа идей составляется список потенциальные методы. Система сравнивает проблемные области и идеи и выявляет пары, в которых потенциальные методы подходят для выполнения проблемных функций.

Проблемные области и идеи сопоставляются путем сопоставления соответствующих проблемных функций и потенциальных методов

Пример схемы работы PQ-системы

Ниже приводится схема работы PQ-системы на примере конкретной проблемной области. Для наглядности в качестве проблемной области была выбрана относительно простая и известная область деятельности "приготовление пищи на сковороде" с проблемой "пригорание пищи к сковороде".

На самом общем уровне, работа PQ-системы заключается в выполнении трех процедур: анализ проблемных областей, анализ идей и сопоставление проблемных областей и идей.

  1. Анализ проблемной области

Анализ проблемных областей заключается в построении дерева функций и определении проблемных функций. Пример дерева функций для проблемной области "приготовление пищи на сковороде" показан на Рис. 3. Прямоугольниками на рисунке изображены функции, овалами - методы. Проблемная функция выделена красным цветом.

Известно, что пригорание происходит из-за "прочного" прилипания вещества к горячей поверхности, которое не устраняется даже при перемешивании. Следовательно, проблема пригорания пищи к сковороде обусловлена недостаточной реализацией функции "предотвращение прилипания". Необходимы новые методы, реализующие данную функцию.

Следует заметить, что нахождение проблемной функции в других проблемных областях может быть довольно непростой задачей.



Рис. 3. Дерево функций проблемной области

  1. Анализ идей

Целью анализа идеи является определение методов и соответствующих им функций, которые могут быть созданы на основе идеи.

Предположим, что имеется две идеи:

  • Технология нанесения тонкого тефлонового слоя на гладкую поверхность.
  • Конструкция малогабаритного устройства, создающего малоамплитудные быстрые вибрации.

Тефлон - это полимер с низкой адгезией (способностью прилипать), обладающее устойчивостью к высоким температурам и механическим воздействиям. Следовательно, тефлоновое покрытие позволяет уменьшить прочность прилипания вещества к поверхности.

Результатом анализа первой идеи являются потенциальный метод "тефлоновое покрытие" и соответствующая ему потенциальная функция "предотвращение прилипания".

Быстрое вибрирование поверхности препятствует прилипанию вещества, следовательно, вторая идея так же может служить для реализации функции "предотвращение прилипания".

  1. Сопоставление проблемной области и идеи

Целью выполнения процедуры является нахождение таких пар "проблемная область - идея", в которых проблема проблемной области решается за счет реализации идеи. В качестве таких пар выбираются проблемные области и идеи, в которых проблемные и потенциальные функции совпадают (Рис. 4).



Рис. 4. Схема работы PQ-системы на примере анализа проблемной области "жарка продуктов"

Для обеих идей проблемная функция "предотвращение прилипания" совпадает с потенциальными функциями. Следовательно, проблема может быть устранена, если изготавливать сковороды с тефлоновым покрытием, либо делать вибрирующие сковороды.

Результатом выполнения процедуры "сопоставление проблемной области и идеи" является две альтернативные инновационные идеи для решения проблемы пригорания. Первая заключается в изготовлении сковород с антипригарным тефлоновым покрытием. Вторая заключается в изготовлении вибрирующих сковород.

Дерево функций с новым методом "тефлоновое покрытие" показано на Рис. 5.



Рис. 5. Дерево функций проблемной области с новым методом

Функциональная и процессная схемы PQ-системы

В рамках проекта создания Лаборатории инноватики была разработана функциональная и процессная схемы PQ-системы. Первые три уровня детализации функциональной схемы представлены на Рис. 6. Общая процессная схема PQ-системы представлена на Рис. 7. Детализация процессов "Стандартизация и анализ идей" и "Поиск инновационных идей (пар: проблема - идея, решающая проблему)" представлены на Рис. 8 и Рис. 9.



Рис. 6. Функциональная структура PQ-системы



Рис. 7. Процессная схема PQ-системы

Рис. 8. Схема процесса "Стандартизация и анализ проблемных областей, формулирование проблем"

 

Рис. 9. Схема процесса "Стандартизация и анализ идей"

 

Организационный аспект PQ-системы

PQ-система является не только базой данных со специфической программной надстройкой. Часть процессов в PQ-системе носит креативный характер, поэтому не все процессы могут быть формализованы и выполняться компьютерной программой. Так же PQ-система не может быть чисто "человеческой" системой, так как работа связана с обработкой и хранением больших массивов данных. Необходимо создавать PQ-систему как человеко-машинную систему, в которой все рутинные автоматизируемые процессы выполняются программой, а неавтоматизируемые - людьми.

Целесообразнее всего PQ-систему создавать в качестве подразделения организации. Конкретный вариант организационной структуры PQ-системы зависит от количества идей, обрабатываемых системой в год.

Пример организационной структуры PQ-системы, обрабатывающей более 100 идей в год, приведен на Рис. 10. Цифрами обозначены штатная численность подразделения PQ-системы и количество человек, занимающих определенную должность.



Рис. 10. Организационная структура PQ-системы

Структура базы данных PQ-системы

Работа PQ-системы связана с хранением и обработкой больших объемов данных. Для нормального функционирования PQ-системы необходима специальная база данных, куда заносятся данные о проблемных областях и идеях.

В рамках проекта создания Лаборатории инноватики МФТИ была спроектирована структура базы данных для PQ-системы. Под структурой БД понимается совокупность таблиц и отношений между ними. Под отношением между таблицами понимается такая ситуация, когда в некоторую ячейку одной таблицы подставляются данные из ячейки другой таблицы.

Вариант структуры базы данных PQ-системы изображен на Рис. 12. Прямоугольниками, связанными друг с другом стрелками, обозначаются отдельные таблицы. Стрелками обозначаются отношения между таблицами. Направление стрелки указывает на таблицу, в которую подставляются данные из другой таблицы.



Рис. 11. Структура таблицы "Заказчики"

Прямоугольники, обозначающие таблицы, задают так же название и структуру этих таблиц. Например, таблица, представленная прямоугольником на Рис. 11, состоит из 7 столбцов и называется "Заказчики". В столбце "Код заказчика" хранятся коды строк этой таблицы и служат в качестве числовых идентификаторов заказчиков.

Рис. 12. Структура базы данных PQ-системы

 
© МФТИ
© МЭРТ
© НП Аналитический центр "Концепт"
Сайт разработан:
"Golden CMF" ™ - 2energies ©

Издательство «Концепт» Москва 2004
Дата последней редакции: 16.10.2009

ГЛАВНАЯ   |   ПУБЛИКАЦИИ   |   РУБРИКАТОР   |    АВТОРСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ   |   О ЖУРНАЛЕ   |   УЧРЕДИТЕЛИ