Управление жизненным циклом технологий
проектирования на основе Stage-Gate, для опережающего
развития
А.С.
Степанова,
магистр
техн. и техн-ии, ser23n2005@yandex.ru,
ТГТУ, г. Тамбов
Рассмотрен
набор междисциплинарных, надотраслевых технологий в Форсайт исследованиях
России и США, для опережающего развития России на основе Stage-Gate процесса,
позволяющий развиваться в течение века и обеспечивающий
высокий уровень жизни людей в ближайшие десятилетия. Представлены варианты
решений Stage-Gate TD
процесса, введен новый шестой шаг, использующий Форсайт. Для сильных решений
применены три теории: К. Гёделя, Гейзенберга, второй закон термодинамики.
Практические результаты – три патента.
Consider a set of cross-cutting, in excess of industry
technology foresight studies, Russia and the United States, for the advanced
development of Russia on the basis of Stage-Gate process, which allows to
develop in the course of the century and to ensure a high standard of living in
the coming decades. Presents options for making Stage-Gate TD process,
introduced a new sixth step, using Forsyth. For strong solutions applied three
theories: Gödel, Heisenberg, the second law of thermodynamics. Practical
results –
three patents.
Введение
Актуальность. Работа является
продолжением исследований [1]. Изменяя техносферу можно выделить малую, предел
системного деления, но целостную, способную развиваться как единица. Это –
персональная техни-ка. Она обслуживает неделимый элемент человечества -
личность. Для управления жизненным циклом техноло-гий проектирования для
человека, проведён анализ применяемых в развитых странах современных
технологий, обеспечивающих им преимущество, а также наши технологии
проектирования – НИОКР, для опережающего развития России. Анализ проведем на
основе Stage-Gate системного процесса, разработанного Р. Купером[2-5].
Проблема. В течение
ближайших 15-20 лет необходимо найти новый набор
жизнеобеспечивающих междисциплинарных или надотраслевых технологий, позволяющих
развиваться хотя бы в течение века и обеспечивающих
высокий уровень жизни людей в течение ближайших десятилетий[6].
Приоритетные
направления управления жизненным циклом технологий
проектирования в реализации инновационной деятельности для направления технологического развития на основе Форсайт исследований
реализуются, как в России, так и за рубежом. Методология Форсайт отличается от
традиционного прогнозирования, футурологии (изучения будущего) и
стратегического планирования и не сводится к предсказанию: это методология
организации процесса, направленного на создание общего у участников видения
будущего, которое стремятся поддержать все заинтересованные стороны
сегодняшними действиями. Эта методология связана не с предсказанием будущего, а
с его формированием, что позволяет считать Форсайт специфическим инструментом
управления технологическим развитием, опирающимся на создаваемую в его рамках
инфраструктуру.
Для России используются:
1.Программы
перспективного развития России, стратегии ее развития до 2020 – 2030 годов[7-9
].
2.Уровни
технического, технологического и организационного развития, принятого в
качестве ориентира.
3.Информация
о состоянии аналогичных технологий проектирования за рубежом в развитых
странах.
Существуют
различные варианты технологий проектирования, требующие разных ресурсов. Это:
·
Stage-Gate-модель, включающая лучшие практики управления
инновационными проектами с учетом своих особенностей, в том числе:
фокусирование на результатах; отказ от провальных проектов на раннем этапе;
формирование ясных и четких целей на ранних этапах и отбор проектов на любой
стадии жизненного цикла.
·
Технология управления
потоком инноваций
(The Innovation Pipeline) [10]. Технология Pipeline рассматривается,
как альтернатива Stage-Gate – процессу, сложному, требующему детальной
разработки, который преимущественно сосредоточен на разработке новых продуктов. Технология Pipeline
включает следующие основные стадии:
идентификация
проблемы; управление идеями. Процесс управления идеями включает генерацию,
сбор, развитие, оценку и выбор идей. Результатом процесса являются идеи,
требующие дальнейшего развития и разработки и могут быть осуществлены;
управление возможностями, анализ и оценку для отбора небольшого числа проектов,
создание, разработка и выполнение; запуск проекта; повторение и улучшение,
расширенный выпуск.
Разработка нового продукта (New Product Development -
NPD - process) [10]. Одна из самых широко
распространенных концепций NPD – процесса включает пять последовательных и в то
же время возможных параллельных стадий процесса: разработка концепции -
определение характера будущего продукта в соответствии с потребностями;
планирование – детальная разработка проекта, для формирования РКД, выбор
технологий, определение стоимости; разработка продукта (опытного
образца);разработка процесса производства и организации работы;- процесс
производства и наращивание объёмов производства [9]. На рис. 1 показана схема
NPD – процесса.
Постановка задачи. Синтезировать лучший
из существующих вариант технологии проектирования из имеющихся (для быстрого
внедрения) – необходимое условие
опережающего развития, для новых разработок с качественным опережением
конкурентов. Для этого в развитых странах применяют
Форсайт исследование – метод Дельфи, разработанный сотрудниками корпорации RAND
Corporation Т. Гордоном и О. Хелмером[11].
Решая
задачу управления жизненным циклом технологий проектирования для опережающего
развития науки, техники и технологии, сложную систему проектирования разбиваем
на подсистемы, а синтез проектируемой системы проводится не для отраслевых, а
для интегрированных межотраслевых или надотраслевых технологий, принятых
экспертами Форсайт исследований [12]. В России это Форсайт по Указу Президента
РФ № 899, Минпромторга РФ, 2011 г., Минобрнауки РФ, 2014 г. [13],а в США - RAND
Corporation [11].
рис.1 Схема NPD – процесса
Решение. Возможность точного
математического описания сложной системы отсутствует, поэтому сложную систему
разбиваем на подсистемы, а синтез новой надсистемы проводится не для
отраслевых, а для более крупных интегрированных межотраслевых или
надотраслевых технологий[14].
При
создании нового поколения технологии и техники имеется несколько путей
развития, не ухудшающих развития системы, рис.2. Для приоритетного развития
следует выбирать путь A1, B1, C1.,обеспечивающий
перспективный тренд для создания технологий и изделий шестого технологического
уклада.
рис.2 Бифуркационный
характер эволюции системы (X, Z –параметры системы, t – время, А, В и C– точки
бифуркации).
рис. 3 Схема
Stage-Gate – процесса
Этап 1.
Предварительные исследования. Этап 2. Детальные исследования. Этап 3.
Разработка. Этап 4. Подтверждение. Этап 5. Коммерческий запуск.
Рассматриваемый
стандартный анализируемый Stage - Gate
– процесс (Stage –
Gate methodology) включает инструменты и технологии реализации, состоящие из
пяти этапов (Stage). Каждому этапу предшествует, шлюз («фильтр», «ворота»
gate), при прохождении которого выносится решение о дальнейшей судьбе
проекта(рис.3).
Модель имеет две траектории,
коммерческую и исследовательскую. При этом исследовательская траектория
необходима, чтобы обеспечить реализацию инновационных проектов, где требуются
научные исследования и разработки. Эта траектория может быть не всегда
востребована, оценивание ее необходимости должно учитываться при обосновании
идеи и планировании проекта.
Stage-Gate разбивает весь процесс
разработки нового продукта на предустановленную последовательность этапов,
каждый из которых состоит из предписанных межфункциональных и параллельных
рабочих процессов. Вход на очередной этап осуществляется через «точку принятия
решений» (ТПР или Gate).
Эти ТПР контролируют весь процесс,
служат точками контроля качества и точками вынесения решения по дальнейшей
судьбе проекта. Ключевые этапы Stage-Gate - процесса включают:
- генерацию идей: предварительную работу
по обнаружению возможностей бизнеса и генерирование идей;
- концепцию продукта: быструю
предварительную оценку проекта - в основном с помощью внутренних ресурсов
компании, без аутсорсинговых работ;
- бизнес-план проекта: более детальную
проработку проекта - маркетинговую и техническую - для получения бизнес-плана,
который включает описание проекта, его обоснование и план работы по проекту;
- разработку: детальную разработку
нового продукта, а также процесса его производства;
- тестирование и
утверждение: тестовые исследования
с привлечением потенциальных
потребителей продукта, лабораторные и производственные испытания с целью
уточнить и окончательно утвердить характеристики нового продукта, а также
рабочие процессы, связанные с маркетингом и производством этого продукта;
- вывод продукта на рынок:
коммерциализацию – начало производства, полного комплекса маркетинговых
мероприятий и продаж.
Stage-Gate также является технологией,
позволяющей осуществлять отбор проектов на всех стадиях его жизненного цикла.
Каждому этапу предшествует ТПР. Это пункт процесса, где проектная команда
собирается в полном составе и рассматривается новая информация по проекту. ТПР
- это точки контроля качества выполненных работ, точки принятия решений по
дальнейшему развитию проекта и расстановке приоритетов проектам, а также точка,
когда даются подробные описания следующих шагов, которые нужно предпринять для
развития проекта.
Структура всех ТПР одинакова и
предусматривает наличие:
- комплекта документов к рассмотрению;
- критериев, по которым происходит
оценка проекта.
Они
включают«обязательные» и «шкальные» критерии.«Обязательные» критерии.
Это перечень вопросов, подразумевающих ответы «да» или «нет» (например,
соответствие требованиям по безопасности, экологическим и другим регламентным
требованиям; прогнозируемый положительный доход от нового продукта с учетом
различных рисков, вероятность технической реализуемости проекта). Если хотя бы
на один вопрос из перечня обязательных критериев появляется ответ «нет»,
принимается решение о прекращении проекта.
«Шкальные» критерии, например, степень
соответствия проекта стратегии компании; стратегическая важность проекта для
бизнеса компании. Они включают перечень крайне желательных характеристик
проекта, которые оцениваются, например, по шкале от «ноля» до «пяти». «Ноль»,
поставленный какому-либо критерию из списка, не означает, что необходимо
прекратить проект. Определяющим является результирующая сумма оценок,
выставленная по всем критериям, своеобразный «проходной балл» для проекта.
Следует отметить, что критерии могут
быть, как количественными (например, IRR больше 50%), так и качественными
(например, соответствие проекта стратегическим планам компании).
Управленческие решения, принимаемых на
ТПР, которые должны иметь определенный формат:
а) что происходит далее с проектом
(переход к следующему этапу, прекращение
проекта, возврат проекта на предыдущий этап);
б) план действий по отношению к данному
проекту (утвержденный план работ и перечень
документов для представления
к следующей ТПР,
дата проведения следующей ТПР).
В общем случае решения проектного совета
в отношении рассматриваемого проекта могут быть следующими:
- «к следующему этапу» (проект
одобряется и утверждаются необходимые ресурсы (персонал и финансы) для
дальнейшего развития проекта);
- «прекращение проекта» (проект
прекращается и останавливаются все
работы по нему. Ресурсы на этот проект более не выделяются);
- «повторно на предыдущий этап»
(возвращение проекта на предыдущий этап с целью его прохождения через этот этап
надлежащим образом. Это происходит, когда не все требуемые документы
представлены на ТПР);
- «приостановление проекта» (проект
получил более низкий приоритет по сравнению с другими инновационными проектами,
и на него не осталось ресурсов);
-
выполнение утвержденных работ согласно плану-графику.
На рис.4 показан предлагаемый,
изменённый Stage - Gate – процесс, отличающийся введенным фильтром, Stage 6, с
последовательным Форсайт исследованием. Используются, как отечественные
направления развития по Указу Президента РФ [13] и критические надотраслевые
технологии, так и Форсайт США [11].
|
|
Фильтр, Stage6:: Форсайт
исследование. Используются, как отечественные направления развития и
критические междисциплинарные, надотраслевые технологии, так и США |
Рынки старые и
новые |
рис.
4 Измененный Stage - Gate – процесс
В
Stage-Gate-процессе этапы и «фильтр» могут перекрываться, используя принцип
одновременного исполнения: не дожидаясь окончания предыдущего шага,
усовершенствовать информацию перед продвижением вперед. Когда завершение
предыдущего этапа требует длительного промежутка времени, оценивается стоимость
простоя и продвижения далее, после чего выносится решение.
Stage-Gate-модель
включает лучшие практики управления проектами с учетом их особенностей.
Возможно
применить фильтр для отбора идей ( Stage 6) на этапе (gate)
1,до разработки концепции проекта. В этом случае можно получить более
эффективные решения, применяя теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ).При
невозможности использования ТРИЗ, использовать этапы, рис.4 – измененный Stage
- Gate – процесс.
На
сегодняшний день существуют варианты(модификации) модели Stage - Gate:
-Stage-GateXpress
– для проектов, связанных с умеренным риском, таких как улучшение, модификация или
расширение;
-
Stage-Gate TD – для проектов, связанных с разработкой технологий, где могут
потребоваться новые знания.
Эти
модели объединяют различные стадии жизненного цикла инновации. Например,
Stage-Gate Xpress включает: оценку и планирование, разработку и испытания,
запуск.
Cучетом
международной классификации предлагаемое изменение жизненным циклом технологий
проектирования НИОКР, на основе Stage-Gate, для опережающего развития следует
отнести к Stage-Gate TD.
При обосновании своих предложений
использовались три основные научные теории:
v
теорема
Гёделя о неполноте: любая логическая модель реальности не полна (и возможно не
состоятельна) и должна непрерывно улучшаться (адаптироваться) с учетом новых
наблюдений;
v
принцип
неопределенности Гейзенберга: существует предел нашей способности наблюдать
реальность с определенной точностью. Любые малые ошибки наблюдений, включенные
в вычисления, могут привести к увеличению объема неточностей со временем;
v
второй закон термодинамики: энтропия (хаос)
любой замкнутой системы всегда стремится к увеличению, следовательно, природа
любой заданной системы непрерывно изменяется, даже если принимать меры по
сохранению ее в исходном состоянии. Более того, принимаемые нами действия
повлиять на любую систему будут иметь непреднамеренный сторонний эффект, который
может в действительности привести к увеличению скорости изменения энтропии
системы (и, следовательно, к хаосу).
Исходя
из этих соображений, сделан вывод, что для соответствия реальности необходимо
осуществлять действия в непрерывном цикле, во взаимодействии с окружающей
средой, учитывая его постоянные изменения.
Повышение
качества решений может быть достигнуто различными способами: применение
современных формальных математических методов, применение автоматизированных
систем управления, систем поддержки принятия решений, экспертных и советующих
систем.
Изменение
парадигмы проектирования связано с самоподдерживающейся эволюцией
трансформационных процессов. Суть эволюции — передача трансформационных функций
от человека технике, рис.5. Её можно рассматривать, как увеличенный элемент S-
образной части бифуркационного изменения эволюции системы, рис.2.
рис.5
Смена парадигмы проектирования на участке её жизненного цикла
Выявляя
новую парадигму на раннем этапе, пионеры получают существенное преимущество перед
конкурентами (рис.5). Таким образом, их новаторство окупается. То, что
совершенно очевидно для приверженцев одной парадигмы, может быть скрыто от тех,
кто придерживается иной парадигмы.
Моделирование. Моделирование
является основным методом исследования для анализа и синтеза сложных систем и
использования при принятии решений в различных областях науки и техники.
Выделяют три основные задачи,
связанные с изучением и созданием систем: анализ систем, их синтез и принятие
решений (при оптимизации системы, выборе оптимального управления режимами
функционирования технической системы – ТС).
В общем случае ТС можно
охарактеризовать кортежем символов, например:
, (1)
где ТС
— техническая (технологическая) система; ФН — функциональное назначение; Ф —
функция; СТ– структура; К – компоновка; О – организация; Э – вектор показателей
эффективности (качества).
Модель динамической системы Σ
задаётся четверкой множеств 
, то
есть:
(2)
где T– символ
транспонирования, X, Z, Y–
множества, в которых изменяются векторы x, z, y
соответственно; 
,
, 
- множества значений компонент 
векторов x, z, y; 
— декартово
произведение, то есть множество X,
состоящее из всех упорядоченных совокупностей вида 
, причем
; аналогичные определения имеют место и для Y и Z.
Вектор 
фазовых координат целиком определяет состояние
системы Σ в фиксированный момент времени t0. Положение системы в любой момент времени t в будущем, то есть
для
единственным
образом определяется вектором 
и изменением входных воздействий (траекторий) 
и
не зависит от того, каким образом система пришла в состояние 
(рассматривается система без последствий).
Выбор программного обеспечения для
реализации конкретного набора задач и функций решается с помощью процедуры
формализации и решения многокритериальных задач оптимизации с нечётко
выраженными критериями
и альтернативами.
Пример реализации. Данный подход
реализован при инновационной разработке наиболее сложной и высокотехнологичной
системы защиты органов дыхания (СИЗОД). Он позволяет создавать новые
параметрические ряды самоспасателей с увеличенным на 85% временем защиты для
новых рынков без увеличения массы химического продукта. Получены три патента на
полезные модели – № 103735 РФ. МПК A62B7/08; № 116776 РФ. МПК A62B 7/08, G01; №
140893 РФ, МПК A62B 7/08, G01, подтвердившие правильность выбранного
направления.
Заключение
Повышение
темпов изменений современного общества, возрастающие тенденции к интенсификации
развития, на основе накопленного научного потенциала, ведут к значительному
усложнению реальности.
Одновременное
использование трех научных теорий: теоремы К. Гёделя о неполноте, принципа
неопределенности Гейзенберга и второго закона термодинамики позволяют разработать управление жизненным циклом
технологий проектирования на основе Stage-Gate,
для опережающего развития России. При этом:
●
Проведен анализ управления жизненным циклом проектирования персональной техники
в России и за рубежом.
●
Выбрана модель проектирования НИОКР Stage-Gate TD,
адекватно отражающая реальность и предложено ее изменение для ускорения (уменьшения времени) разработки,
определяющая конкурентное преимущество.
●
Показана необходимость смены парадигмы проектирования, для перехода к новому
шестому технологическому укладу, для опережающего развития.
●
Установлены возможные конечные сценарии развития жизненного цикла
проектирования и временные границы предлагаемых технологий по всей
технологической специализации.
●
Показаны два варианта введения шестого
шага Stage-Gate, обеспечивающие
необходимые результаты.
●
Предложена математическая модель технической системы опережающего развития
проектирования на основе Stage-Gate TD модели – для проектов, связанных с
разработкой технологий, где могут потребоваться новые знания, из Форсайт
исследований, обеспечивающие опережающее развитие.
●
Созданы варианты системы управления жизненным циклом проектирования на
основе выпускаемого в России
самоспасателя СПИ-20, решившие проблему синтеза трёх вариантов технологии
проектирования для быстрого внедрения с количественным опережающим развитием,
на основе Форсайт исследования.
Значимость
результатов исследования заключается в том, что разработанные в результате
теоретических и экспериментальных исследований по прогнозированию и управлению
потоком проектов позволяют определить основные направления опережающего
инновационного проектирования с учётом особенностей России.
Развитие
современных технологий являются основой для новых продуктов и новых процессов
и, таким образом, имеют жизненно важное значение для конкурентной среды внутри
России и в мире.
Литература
1.
Степанова
А.С. Инновационная смена основных постиндустриальных производственных
технологий: Труды 13-ой междунар. конф. -М.: Изд-во ИПУ РАН, 2013. - С.294
-298.
2. Cooper, R. G. 2008. The Stage-Gate idea-to-launch process— Update:
what’s new and next-gen systems. Journal of Product Innovation Management
25(3): 213–232.
3. Cooper, R. G., and Edgett, S J. 2012. Best practices in the idea-
to-launch process and its governance. Research-Technology Management 55(2):
43–54.www.stage‐gate.com
4. Cooper, R. G. 2013a. New products: What separates the win- ners from
the losers and
what drives success.
In PDMA Handbook of New Product
Development, 3rd ed., ed. K. B. Kahn, 3–34. Hoboken, NJ: John Wiley &
Sons.www.stage‐gate.com
5. Cooper, R. G. 2013b. Where are all the breakthrough new products? Using
portfolio management to boost innovation. Research-Technology Management 56(5):
25–33.www.stage‐gate.com
6. Балацкий
Е.В. О возможной смене глобального
лидера мировой экономики. Сайт. Капитал страны.
http://kapital-rus.ru/articles/article/249433/
7.
Концепция
долгосрочного социально-экономического развития РФ на период до 2020 года.
Утверждена распоряжением Правительства РФ от 17 ноября
8.
Долгосрочный
прогноз научно-технологического развития Российской Федерации (до 2025 года).
Свободный доступ. http://www.protown.ru/information/doc/4295.html
9.
Прогноз
долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период
до 2030 года. Минэкономразвития России. 08 ноября 2013
г.http://www.inpharm.ru/assets/files/akti-ministerstv/minec-prognoz-soceconomrazvitiya-rf-do2030.pdf
10.
10.Методические
рекомендации по созданию в энергетических компаниях систем управления инновационной деятельностью.
11. The RAND Corporation. The Global Technology Revolution 2020, Executive Summary. Bio/Nano/Materials/Information Trends, Drivers,
Barriers, and Social Implications.
http://www.rand.org/pubs/ monographs/ MG475.html .
12.
Мешкова
Н.В., Козлов В.А., Третьяк В.П.
Состояние форсайт - исследований в России. http://www.virtass.ru/ admin
/pics/24_01_IO.pdf
13.
УКАЗ
Президента РФ от 07.07.2011 г. № 899 «Об утверждении приоритетных направлений
развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня
критических технологий Российской Федерации».http://graph.document.kremlin.ru/page.aspx?1563800
14.
Ковальчук
М.В., Нарайкин О.С.,Яцишина Е.Б. Конвергенция наук и технологий – новый этап
научно-технического развития. Вопросы философии. №3,
2013.- С.3-11.