METODA MODYFIKACJI ALGORYTMU ARIZ DO WYSPECJALIZOWANYCH ZAGADNIEŃ TECHNICZNYCH

METODA MODYFIKACJI ALGORYTMU ARIZ DO WYSPECJALIZOWANYCH ZAGADNIEŃ TECHNICZNYCH

 

  1. WSTĘP

Do niedawna częstym stereotypem decyzji projakościowej była w zasadzie jedna z dwóch decyzji:

  • lepsze materiały,

  • wyższa dokładność.

Na ogół nie rozważano pełnych konsekwencji techniczno – ekonomicznych wdrożenia tak rozumianych zaleceń. Szczegółowe decyzje, zmierzające do poprawy jakości wyrobów, były wypracowywane na podstawie doświadczenia osób zaangażowanych w danej chwili w problematykę jakości [17].

Oczywiste jest, że z różnych powodów (wiek, staż pracy, rodzaj doświadczenia zawodowego decydenta) - stopień trafności tych decyzji był różny. Bez ich pełnego wdrożenia i analizy ekonomicznej uzyskanych efektów, można było jedynie z grubym przybliżeniem przewidywać skutki konkretnych rozstrzygnięć technicznych. Zachodziła tu także sytuacja typowa dla wszystkich prób rozwiązywania nowego problemu, charakteryzująca się:

  • zjawiskiem wektora inercji,

  • niekompletnością analizy,

  • działaniem w kategorii szacunku prawdopodobieństwa sukcesu na podstawie chwilowej decyzji, bez możliwości zwiększenia szansy na zwiększenie pewności przewidywań.

Idea algorytmu ARIZ

Nowo opracowana Metoda Trzech Zbiorów (MTZ) jest rozwinięciem idei Henryka Altszullera, znanego rosyjskiego teoretyka i praktyka wynalazczości.

Główne tezy metody „Algorytmu Wynalazku” – H. Altszullera opierają się na inwentycznej analizie procesu kreowania nowych rozwiązań problemów technicznych. Altszuller zauważył, że proces wynalazczy polega na usuwaniu powtarzalnych sprzeczności technologicznych. Główną wartością tej idei, popartej analizą kilkudzięciu tysięcy opracowań patentowych, jest potwierdzone doświadczeniem ustalenie, że sytuacje technologicznych sprzeczności powtarzają się, występują w zmodyfikowanych postaciach, ale sprowadzając je do zasad elementarnych, otrzymujemy niewielki zbiór metod ich usuwania liczący 40 pozycji.

Zbiór wskaźników, których polepszenie jest celem działań innowacyjnych, liczy 39 pozycji. Te same wskaźniki - zdaniem Altszullera - ulegają pogorszeniu przy próbie rozwiązywania zagadnienia metodą kontynuacji dotychczasowej linii rozwojowej. Przeszkodą w oderwaniu się od tradycji znanych rozwiązań jest rutyna, dla której Altszuller wprowadził pojęcie „wektora inercji” (rys.1).

Oznacza ono, że większość fachowców postawiona wobec nowego zadania, próbuje je rozwiązać w granicach obszaru znanych sobie doświadczeń zawodowych. Dobrą ilustracją tego zjawiska jest historia rozwoju napędu samolotów.

Rysunek 1 Układ schematyczny metody „prób i błędów”

W dążeniu do wzrostu ich prędkości podnoszono moc silników, co zmuszało do powiększania średnicy śmigła tak, aby było zdolne tę moc wykorzystać. Obroty śmigła nie mogły przekraczać pewnej optymalnej wartości z uwagi na warunki aerodynamiczne. Dalszy postęp na tej drodze stanowił napęd turbośmigłowy ( dwa przeciwbieżne śmigła ) ale i on nie pozwalał na przekroczenie bariery prędkości dźwięku. Dopiero odejście od napędu śmigłowego i zastosowanie silnika odrzutowego - radykalnie zmieniło sytuację.

Warunkiem postępu jest więc mniej lub bardziej radykalne odejście od obowiązujących, tradycyjnych wzorów i zasad.

Zbiór 40 elementarnych metod usuwania sprzeczności technologicznych („chwytów innowacyjnych”) stanowi kumulację doświadczenia wielu pokoleń inżynierów i twórców techniki. Wartość jego polega na tym, że po analizie kilkunastu tysięcy wynalazków ( później już ponad 100 000 ) dysponujemy niewielkim zbiorem standardowych metod, które z różnymi modyfikacjami, wielokrotnie stosowane, były podstawą dokonania wszystkich znanych wynalazków.

Nie można nie zauważyć analogii pomiędzy bogatą rzeczywistością przyrody i niewielkim stosunkowo zbiorem pierwiastków chemicznych.

Metoda Trzech Zbiorów (MTZ)

Idea Altszullera może być przydatną w rozwiązywaniu zagadnień jakościowych. Praca nad poprawą jakości produktu polega na udzielaniu odpowiedzi na powtarzające się pytanie: „co zrobić, żeby było lepiej?”. Również i tu pojawia się opór rutyny, również i tu łatwo dostrzec źródło sprzeczności zachodzące pomiędzy zbiorem (A) elementów kosztów produkcji (kosztu oprzyrządowania, kosztu parku maszynowego, narzędzi, kontroli itp.), a zbiorem (B) elementów kosztów nieracjonalnie zaniżonej lub zawyżonej jakości (kosztu braków, kosztu zbyt długiego magazynowania wyrobu o niskim popycie, kosztu napraw gwarancyjnych, nadmiernych nakładów – strat poniesionych na zbyt wysoką jakość). Usuwaniu lub łagodzeniu sprzeczności pomiędzy elementami tych dwóch zbiorów może służyć zbiór (C), elementarnych decyzji projakościowych.

Prawidłowe, uogólniające i sprowadzone do postaci elementarnej, zdefiniowanie elementów zbioru C, również w sprawach jakości oznacza kumulację doświadczeń wielu ludzi na przestrzeni wielu lat. Definiowanie zbioru C na podstawie analizy decyzji wdrożonych, oznacza korzystanie z doświadczeń sprawdzonych i potwierdzonych praktyką. Ponieważ każde działanie w przemyśle rodzi koszty, dlatego wszystkie elementy zbiorów A, B, C posiadają podwójny aspekt: techniczny i kosztowy. MTZ w stosunku do ARZW (Algorytm rozwiązywania zadań wynalazczych, oryg.: ARIZ) Altszullera różni się następującymi cechami:

  • zupełnie inne przeznaczenie, wyspecjalizowane do problematyki jakościowej,

  • zawężenie obszaru poszukiwań nowych rozwiązań, do problematyki jakości,

  • zamiast wewnętrznej sprzeczności elementów jednego zbioru wskaźników technicznych, wprowadzono dwa zbiory: A i B, których elementy pozostają we wzajemnej sprzeczności

  • elementy zbiorów A, B, C zawierają podwójną treść:

  • treść techniczno – organizacyjną

  • koszt, wyrażony w roboczogodzinach

Na podstawie dostępnej literatury można stwierdzić, że takie ujęcie problemu kształtowania jakości nie było dotychczas przez nikogo proponowane.

Merytoryczny sens Metody Trzech Zbiorów (MTZ) [1, 18] można zilustrować na przykładzie z dziedziny budowy maszyn, gdzie np. trwałość łożyskowania jest rezultatem kompromisu pomiędzy elementami zbioru zdefiniowanego w formach użytkowania, a elementami zbioru określonymi przez postaci zużycia eksploatacyjnego. Duża część wysiłku konstruktorów jest skierowana na usunięcie, bądź złagodzenie sprzeczności pomiędzy elementami tych zbiorów.

Istotą sprzeczności jest to, że np. para kinematyczna typu: wałek – panewka, pracować musi – bo taka jest jej rola w konstrukcji maszyny - a pracując, oczywiście się zużywa. Metodą usuwania lub łagodzenia tej sprzeczności jest np. zastosowanie łożysk tocznych, nowych rodzajów smarów i systemów smarowania, nowych materiałów o właściwościach przeciwciernych itp.

W metodzie MTZ - jeżeli w transporcie międzyoperacyjnym, na linii produkcji łożysk tocznych - ulegają uszkodzeniu pierścienie łożysk, to decyzją elementarną będzie: „zastosować prowadnice pierścieni z tworzywa, hamującego szybkość ich poruszania się”. Decyzję tę, ograniczoną jak widać do pojedynczego zabiegu technicznego, dotyczącego konkretnego wyrobu - pierścienia łożyskowego, można uogólnić, formułując ją np.: „eliminować szkodliwe skutki dynamiki transportu międzyoperacyjnego”.

Analizując problemy rozwiązywania zagadnień wynalazczych H. Altszuller odkrył, że ilość elementów tworzących zbiór metod usuwania sprzeczności technologicznych, stanowiących przeszkodę na drodze do rozwiązania problemu wynalazczego, jest stosunkowo niewielka, nie przekracza 40 pozycji. Należy się spodziewać, że gdyby ograniczyć się do węższej grupy zagadnień, a więc np. do problematyki jakości, to liczba elementów zbioru elementarnych, decyzji projakościowych powinna być mniejsza.

Podobnie wygląda sytuacja z licznością zbiorów A i B. Gdyby więc w oparciu o archiwalia konkretnego zakładu lub grupy zakładów podobnych technologicznie, odtworzyć ścieżki decyzyjne, które doprowadziły do aktualnej postaci procesów technologicznych, to po wykonaniu działań, polegających na doprowadzeniu treści każdej decyzji do postaci „uogólnionej decyzji” należałoby oczekiwać, że decyzje te będą się powtarzały i że różnych decyzji będzie stosunkowo niewiele.

Jednocześnie, ponieważ wszystkie zestawione w wyżej opisany sposób decyzje są decyzjami wdrożonymi, a więc sprawdzonymi, a ich efektywność ekonomiczną da się obliczyć – uzyskujemy zbiór „elementarnych decyzji inżynierskich” o sprawdzonej skuteczności kształtowania jakości. Zbiór taki będzie reprezentował doświadczenie szeregu osób działających na przestrzeni wielu lat, a efektywność oddziaływania różnych decyzji na jakość wyrobu – przy odpowiednio kompletnym zbiorze dokumentacji archiwalnej, będzie można dość dokładnie określić.

Dzięki takiemu potraktowaniu procesu decyzyjnego, można będzie z wyższym prawdopodobieństwem oczekiwać sukcesu.


Rysunek 2 Relacje zachodzące w „Metodzie Trzech Zbiorów”.

Oczywiste jest, że stworzenie podstaw do wdrożenia MTZ w konkretnym zakładzie może być pracochłonne, głównie z uwagi na konieczność poruszania się po zasobach archiwalnych, które dopiero od niedawna są tworzone z wykorzystaniem technik nowoczesnej informatyki.

Pracę taką należy jednak wykonać jednorazowo, tj. na początku wdrażania metody. Później rozbudowa elementów zbioru A, B i C będzie prowadzona na bieżąco. Główną zaletą Metody Trzech Zbiorów jest narastanie skuteczności w miarę upływu czasu jej stosowania.

Poniżej przedstawiono przykłady elementów zbiorów A, B i C zdefiniowanych na podstawie badań, przeprowadzonych w jednym z zakładów przemysłu łożysk tocznych, na podstawie archiwalnej dokumentacji zakładu:

 

Przykładowe elementy zbioru A (elementów kosztów produkcji)

 

  • koszty badań trwałościowych i eksploatacyjnych,

  • koszt analiz optymalizujących jakość produktu,

  • koszt standaryzacji surowcowej i fizyko – chemicznej w masie jednego elementu i całej partii produkcyjnej,

  • koszty analizy dynamiki transportu międzyoperacyjnego i działań zapobiegających szkodliwym zjawiskom,

  • koszty wprowadzenia metodyki grup selekcyjnych.

 

Przykładowe elementy zbioru B (elementów kosztów zaniżonej jakości)

 

  • Koszt nie zmontowanych elementów z powodu braku części współpracujących o odpowiednich wymiarach,

  • Koszt postępowania reklamacyjnego i koszt braków z tytułu złej jakości warstwy wierzchniej,

  • Suma kosztów braków wynikających ze zbyt małej dokładności wykonania,

  • Koszt strat wewnętrznych i zewnętrznych będących rezultatem nadmiernego wyeksploatowania mediów technologicznych,

  • Suma strat zewnętrznych i wewnętrznych spowodowanych tzw. „czynnikiem ludzkim”

  • Koszt strat z tytułu niskiej trwałości wyrobu,

  • Koszty (wyłącznie wewnętrzne) nieracjonalnego perfekcjonizmu,

  • Suma strat z tytułu braków (głównie wewnętrznych) ujawnionych w produkcji.

Decyzje projakościowe w zbiorze C (elementarnych decyzji projakościowych)

  • Zmniejszyć tolerancję realizacji wymiarów istotnych funkcjonalnie elementów.

  • Dopasować czułość, dokładność i błąd własny sprzętu pomiarowo – kontrolnego do zadań kontroli.

  • Ustalić i przestrzegać norm eksploatacyjnych zużywalnych mediów, narzędzi, sprzętu i innych środków technicznego uzbrojenia procesu produkcyjnego.

  • Stworzyć system angażujący każdego pracownika na każdym stanowisku pracy w proces kształtowania jakości. ( por. Normy ISO serii 9000 )

  • Wprowadzić zmiany konstrukcyjne, wynikające z rezultatów badań trwałościowych i eksploatacyjnych.

  • Tam, gdzie to możliwe i dopuszczalne – stosować szerokie pola tolerancji.

  • Standaryzacja i ujednolicenie wszystkich wymagań techniczno – jakościowych obowiązujących w zakładzie.

  • Ścisła standaryzacja warunków fizyko – chemicznych w całej objętości pojedynczego elementu.

  • Eliminacja szkodliwych skutków zbyt szybkiego, dynamicznego przemieszczania detali w transporcie międzyoperacyjnym.

Należy podkreślić, że zestawy elementów zbiorów A, B, C mimo, że sformułowane dla konkretnego wyrobu i warunków techniczno - organizacyjnych zakładu produkującego dany wyrób - mają charakter uogólniony, wykraczający poza ramy problematyki konkretnego zakładu.

W każdym zakładzie, na podstawie analizy danych z historii rozwoju produkcji konkretnego produktu, można zdefiniować elementy wszystkich trzech zbiorów i ułożyć z nich tzw. „tablicę decyzyjną” (Rys. 1). Tablica taka, po jej wstępnym wypełnieniu danymi z zaszłości, może być wykorzystana w procesach decyzyjnych dotyczących zagadnień projektowanych [6].

Rys. 3 Tablica decyzyjna MTZ

Pola znajdujące się na przecięciu kolumn (elementy zbioru B) i wierszy (elementy zbioru A) wyznaczają podzbiory zbioru C, zawierając numery decyzji projakościowych, sprawdzonych przez wdrożenie w przeszłości, w przedziale czasu objętym monitoringiem.

W optymalnej sytuacji elementy zbioru C winny posiadać określoną wartościowo efektywność, tj. koszt wdrożenia i wskaźnik potencjalnego zysku w postaci przewidywanej zmiany wartości przyjętego wskaźnika jakości.

Metodyka MTZ zakłada bardzo ogólne sformułowania dla elementów zbiorów i dlatego mając konkretne wskazania elementów C, należy dążyć do możliwie kompletnego wykorzystania dyspozycji zawartej w treści opisu elementu nawet gdy prowadzi to do propozycji nierealnych. Należy, bowiem pamiętać, że to co wydaje się nierealne dziś, jutro może stać się codzienną praktyką.

Proponowana koncepcja może być wykorzystana do analizy „historii” wytwarzania wyrobu jak i prognozowania skutków proponowanych decyzji projakościowych.

Po sprecyzowaniu: które z elementów C są przydatne, można obliczyć koszt wdrożenia zaakceptowanej decyzji projakościowej i oszacować spodziewane zyski.

BIBLIOGRAFIA

[1] Altszuller H.: Algorytm wynalazku. Wiedza Powszechna, Warszawa 1975

[2] Boratyńska-Sala A.: Prognozowanie kosztów jakości w procesie wytwarzania łożysk. Praca doktorska, Kraków 2001

[3] Boratyńska-Sala A., Szadkowska J.: Metoda Trzech Zbiorów (MTZ) jako nowe narzędzie TQM na przykładzie komponentów maszyn i urządzeń, Medzinarodna vedeska konferencja- Hydraulika a pneumatyka 2004, Slovensko 2004

[4] Альтшуллер Г.С.:Алгоритм решения изобретательских задач ариз-85-вб 1985, http://www.altshuller.ru/triz/ariz85v.asp

Streszczenie

Powszechnie znany algorytm ARIZ H. Altszullera rozwinięty do postaci TRIZ (Teoria Rozwiązywania Innowacyjnych Zagadnień) jest zbyt ogólnikowy dla rozwiązywania specjalistycznych zagadnień. Przyczyną tego jest bazowanie na jednym zbiorze wewnętrznie sprzecznych elementów.

Przedstawiona w referacie metoda trzech zbiorów jest uzupełnieniem TRIZ i pozwala skutecznie rozwiązywać problemy specjalistyczne.