6. Радио и телевидение.
7. Механизация сельского хозяйства.
8. Компьютеры.
9. Телефоны.
10. Кондиционирование воздуха и охлаждение (холодильные технологии).
11. Автомобильные дороги.
12. Космические корабли.
13. Интернет.
14. Изображения разных видов.
15. Бытовая техника.
16. Оздоровительные технологии.
17. Нефтехимические технологии.
18. Лазерная и оптоволоконная оптика.
19. Ядерные технологии.
20. Высокоэффективные материалы.
Поиск новых способов жить в условиях ограниченности ресурсов планеты, создание приемлемого будущего для энергетических и экологических потребностей общества требует изменений в транспорте, производстве, сельском хозяйстве и организации инфраструктуры обитания.
Здравоохранение объединяет множество заинтересованных сторон, систем и областей, куда вовлечены пациенты, врачи, медсестры и инженеры. Сфера здравоохранения имеет сложную инфраструктуру, включающую современные технологии доступа к врачам, диагностики и лечения, страхование, организацию больниц, человеческий фактор, социальные услуги и медицинское обслуживание на дому. Из-за их взаимовлияния при разработке решений для удовлетворения потребностей заинтересованных сторон необходимо учитывать комплексную перспективу.
Транспорт выставляет уникальные потребности, для обеспечения которых требуются новые инфраструктуры и системы, предоставление возможностей для интеграции с существующими системами. Необходимо удовлетворить потребности самых перегруженных городов и отдаленных сельских районов. По мере изменения способов транспортировки необходимо будет комплексно мыслить, проявлять творческий подход и приспосабливаться к изменениям. При развитии городской транспортной сети нужно синхронизировать потребности с доступной инфраструктурой и окружающей средой, с учетом возможного использования существующего природного ландшафта. В целях обеспечения безопасности гражданского населения необходимо будет улучшать отказоустойчивость и адаптацию деградации системы в ответ на природные и техногенные катастрофы для разработки надежной системы. При этом должен учитываться круг пользователей, услуг и условий эксплуатации.
Окружающая среда и критическая инфраструктура служат обществу в таких отраслях как энергетика, водоснабжение, связь, финансы и транспорт. Решение проблем в крупном масштабе (большой город или область) будет сложной задачей при моделировании, анализе и тестировании на городском уровне, уровне предприятия и отдельной системы. Включение взаимозависимостей между различными секторами может помочь системному мышлению в обнаружении будущих необходимых возможностей.
Роли Интернета вещей и кибербезопасности растут с развитием цифровизации процессов и услуг. Увеличение количества подключенных устройств в обществе может помочь улучшить качество жизни всех граждан. Однако улучшения в области безопасности должны идти в ногу с противодействием угрозам, чтобы гарантировать, что данные не будут повреждены и сохранена исходная информация. Системы, принимающие решения, должны учитывать системную, физическую, экономическую и социальную безопасность при разработке продуктов и услуг. Для большого количества взаимозависимых систем, соединенных вместе, которым требуются каналы питания и связи, необходимо решать проблемы с определением меняющихся требований, архитектуры и дизайна в крупных масштабах при ускорении времени развертывания в эксплуатацию.
Автономные интеллектуальные системы, к которым относятся беспилотные транспортные средства, робототехника, беспилотные летательные аппараты, заводские разработки и сборка, доставка лекарств человеком и системы интернет-торговли финансами, нуждаются в методических данных для решения сложных социальных и этических проблем, возникающих во время их разработки и эксплуатации. Этим системам необходимо реагировать на неожиданные, недетерминированные изменения в среде эксплуатации. Системный подход поможет безопасной реализации таких систем, меняющих окружающий мир.
Сегодня развивается внедрение «умных» производств, для соответствия растущим и меняющимся требованиям пользователей. Производственные организации и системы должны адаптироваться к идущим изменениям в скорости и масштабе для удовлетворения спроса. Новые продукты должны будут взаимодействовать с существующими системами, быть совместимыми, учитывать интерфейсы и обмен данными. «Умный цех» хранит, структурирует и анализирует большие объемы производственных данных, контролирует обеспеченность заказа перед запуском и сроки его исполнения. Система регистрирует оператора станка, выдает сменное задание, фиксирует состояние и загрузку оборудования, отображает текущее и расчетное время изготовления деталей или сборки узлов, наличие материалов и качество продукции. Комплекс позволяет анализировать причины простоя, фиксировать отклонения от расчетных технологических режимов и своевременно оповещать об этом ответственные службы производства. Кроме того, система помогает поддерживать исправное техническое состояние оборудования, следить за эффективностью работы персонала. Удается исключить человеческий фактор при получении и обработке информации от производственного ресурса (станок, материалы, персонал, качество). При этом на всех уровнях управления используются объективные данные, без человеческого фильтра в реальном масштабе времени.
Ностальгические предложения о возвращении в РФ советских управленческих структур, инженерных школ прошлого все еще находят место в средствах массовой информации, но прогресс диктует свои условия развития. Сегодня инженерная школа, как субъект технологического продвижения, должна подразумевать активно работающий коллектив, делающий реальную инновационную продукцию, исправляющий ошибки, набирающийся современного опыта и достигающий позитивных результатов. Процесс передачи опыта и способов решения проблем из поколения в поколение для становления инженерных школ существенно изменился и ускорился со временем. Интернет, системы управления знаниями, искусственный интеллект, цифровизация качественно изменили и продолжают трансформировать традиционные подходы к реализации высоких технологий. Растут скорости передачи информации, усвоения и передачи знаний, разработки новых продуктов, систем и услуг.
Сегодня в РФ набирает силу возвращение ведущей роли созидающих промышленных отраслей и специальностей, хотя недавно оставалось мало желающих терпеливо осваивать секреты творческой профессии участников создания инноваций. Разработка и внедрение на рынок высокотехнологичных изделий является коллективным интеллектуальным творчеством. Но нужно знать и понимать, что создание новой продукции включает только 5% творчества, на 95% это четко организованный труд команды «ремесленников» различной квалификации. Эти задачи подвластны каждому желающему. Конечно, будущие творческие успехи и высокие заработки даются непросто, ежедневным напряжением сил и упорным решением рутинных проблем, которые везде и всегда появляются в неожиданном количестве.
Инженеры и менеджеры высокотехнологичных отраслей занимаются разработкой продуктов, изделий или систем. Они строят инфраструктуру окружающего нас мира. Не существует волшебного решения или процесса для создания любого сложного продукта. Даже создание такого простого изделия, как отвертка, из двух компонентов (стального хвостовика и пластиковой ручки), потребует рассмотрения многих вопросов по определению формы и размеров, характеристик поверхности, материалов для ручки и хвостовика, производственных процессов, и др. Сложность заметно растет для многофункциональных продуктов, таких как компьютеры, автомобили, самолеты, производственная нефтеперерабатывающая линия, где на производственных и сборочных предприятиях используется множество различных материалов, производственных процессов, сотни рабочих мест, инструменты, машины и люди.
Для реализации инноваций предприятие должно разработать стратегию. Стратегия определяет, чего фирма хочет достичь и как она хочет это сделать. Этим документом фирма отличается от своих конкурентов и планирует создать конкурентные преимущества в будущем. Бизнес-модель определяет реализацию стратегии. Например, продажа продуктов через Интернет или аутсорсинг производства относятся к выбору бизнес-модели поведения компании. То есть, бизнес-модель и стратегия различны, но находятся в тесном взаимодействии.
В стратегии нужно указать критерии, которые будут использоваться для отбора инновационных идей. Важными критериями являются новизна и осуществимость. Фактически, они немного противоречивы, так как более новые и оригинальные идеи, как правило, будут менее осуществимыми. Поэтому удобно рассматривать осуществимость как граничное условие, которое не должно быть ниже определенного уровня. И еще одним важным критерием является ожидаемая ценность продукта, поскольку компаниям больше нравятся инновации, приносящие высокие доходы. При этом масштаб идеи должен быть в пределах досягаемости ресурсов и возможностей компании.
Различают ряд категорий инноваций:
• базовые инновации, то есть новые продукты для рынков;
• новые продукты начинающих предприятий для рынка, который уже обслуживается существующими продуктами;
• новые продукты для текущего рынка, предлагаемые существующим клиентам;
• расширение или улучшение существующих линеек продуктов;
• высокая заметность изменения стиля существующих продуктов.
Как правило, инноваторы часто создают неопределенность в начале проекта, но обычно стараются уменьшить ее как можно скорее. На этапе реализации фокус приходится на соблюдение сроков, управление проектами, рекламу и практический стиль управления, ориентированный на исполнение. Постепенные инновации означают, что фирма вносит небольшие изменения в существующие продукты, услуги или бизнес-модели. Радикальные инновации означают, что фирма выходит на совершенно новые рынки, применяет новые компетенции и более радикально отходит от существующих продуктов, услуг и бизнес-моделей. Уровень неопределенности относительно низок в первом случае и относительно высок при радикальных инновациях.
Технологические инновации могут являться новыми, при этом выполнять ту же функцию, что и существующие продукты. Например, цифровые часы были технологической инновацией по сравнению с традиционными аналоговыми часами, они выполняли ту же функцию для тех же клиентов, но применяли другую технологию. Первый iPhone был радикальной инновацией, в частности, за счет объединения технологий, ранее не использовавшихся вместе, и создал новый рынок, поскольку клиенты приобретали продукт с совершенно новыми функциями. Архитектурные инновации радикально меняют интерфейсы. Например, лежачий велосипед является архитектурной инновацией по сравнению с традиционным, поскольку в нем используются те же компоненты, но они устроены по другому. Модульные инновации меняют компонент, не меняя при этом большинство интерфейсов. Например, вегетарианский бургер является модульной инновацией по сравнению с гамбургером, где мясо заменяется, а все остальное (хлеб, обслуживание) остается прежним.
Инновации в сфере услуг фундаментально отличаются от инноваций в продуктах. Основные факторы отличий услуг от продуктов:
• неосязаемость;
• неотделимость услуги от поставщика;
• неоднородность;
• скоропортящиеся (ограничения во времени);
• права собственности.
Приведем пример услуг, предоставляемых телекоммуникационными компаниями. Новый телефон является продуктом, а доступ к телекоммуникационным услугам посредством SMS и данных осуществляется через определенный тарифный пакет, который является нематериальной услугой. Услуга также неотделима от компании, поскольку потребитель должен стать подписчиком конкретного оператора мобильной сети, прежде чем он сможет пользоваться услугами. Качество услуги может различаться для разных типов мобильного телефона и пользовательского интерфейса. Услуги по своей природе являются скоропортящимися, производятся и потребляются одновременно. Право собственности на услугу не передается клиенту.
Услуги более уязвимы от конкуренции, чем товары. Их можно относительно легко скопировать, поскольку стоимость разработки услуг считается низкой, а содержание не защищено патентом. Радикально новый инновационный продукт копируется медленно. Технологическими барьерами, препятствующими быстрому копированию продуктов, могут стать новые операционные системы, потребность в значительных инвестициях, внедрение сложных продуктов, требующих специальных технологий ограниченного доступа.
Рассматривается ряд инновационных тем для реализации в XXI веке. Например:
• Гибридные солнечные элементы с повышенной эффективностью.
• Управление циклом использования азота, умные удобрения.
• Обеспечение доступа к чистой воде, опреснение, рекуперация воды, интеллектуальное орошение.
• Улучшение городской инфраструктуры, транспортных систем.
• Усовершенствованная информационная система здравоохранения, удаленный мониторинг пациентов, электронные медицинские карты.
• Разработка более эффективных лекарств, системы быстрой диагностики.
• Искусственный интеллект.
• Организация самовосстанавливающихся компьютерных систем, устойчивых к кибератакам.
• Обучающие образовательные системы открытого типа.
При этом следует понимать, что лидерство страны в области науки, техники и экономики не зависит от того, насколько интенсивно её граждане играют в компьютерные игры, заказывают еду по интернету или делают покупки онлайн.
Системным подходом называют комплексную методологию решения проблем разработки и управления системами. Он фокусирует внимание на общей картине и конечной цели, восприятии свойств системы в целом, а не ее отдельных частей. Системный подход поддерживает понимание того, что поведение любого элемента системы может влиять на другие элементы, и ни один элемент не может эффективно функционировать без помощи других.
Системный подход к решению сложной задачи рассматривает её как систему, в которой выделены компоненты, внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на исследуемые результаты функционирования, а цели каждого из компонентов определены, исходя из общего предназначения объекта. Реализация системного подхода осуществляется путём выполнения определённых действий при проведении исследований, однако в каждом действии этот подход должен присутствовать для представления всех внешних и внутренних факторов в виде единого интегрированного целого.
Системный подход определяет элементы системы. Это включает определение подсистем, компонентов и частей создаваемой конечной аппаратной или программной системы, а также рабочих задач, ресурсов, организации и процедур проекта. Проектирование новой системы требует знания не только ее элементов, но и понимания того, как они взаимодействуют. Модели системы используют, чтобы понять, как взаимодействуют элементы, и как изменение элементов и их отношений влияет на поведение и результаты системы.
Наконец, системный подход уделяет важное внимание управлению системой, той функции, которая учитывает все другие аспекты системы (цели, окружающую среду и ограничения, ресурсы и элементы) при планировании и контроле.
Комплексный взгляд на ситуацию позволяет результативно учесть следующие факторы:
1. Цели и критерии эффективности системы в целом.
2. Окружающая среда и ограничения системы.
3. Ресурсы системы.
4. Элементы системы, их функции, свойства и показатели эффективности.
5. Взаимодействие между элементами системы.
6. Управление системой.
В системном подходе часто используют два технических приема. Декомпозицией называют иерархическое деление сложной задачи на ряд частных подзадач, объединённых общей целью, для облегчения совместной обработки всей информации с требуемой степенью точности решения задачи. Разделение проектирования и производства системы на функции и подфункции гарантирует, что система будет спроектирована и построена для удовлетворения ее целей и требований. Разделение проекта на небольшие рабочие элементы или задачи лучше гарантирует, что проект будет спланирован и управляться для достижения целей проекта.
Итеративный подход к решению дает возможность избегать ошибок и добиваться требуемой точности решения задачи. То есть при решении задачи используют несколько итераций, или многократный повтор с внесением новой информации, полученной на предыдущих циклах.
Системное мышление выросло из системного подхода, согласно которому системы рассматривают как открытые; чтобы увидеть, как они действуют в едином целом в своей среде и контексте (содержимом).
Выделяют две части системного мышления:
• Системное мышление, которое означает думать о системе в целом, чтобы понимать ее. Система, которая должна быть понята, объясняется с точки зрения ее роли или функции в содержащей системе. Большая картина включает содержание для системы, окружающей среды и предположений. Оперативность отражает, что делает система, как описано в сценариях.
• Систематическое мышление дополняет предыдущее методичным, шаг за шагом, обдумыванием задач. Например, понимание проблемной ситуации, определение причины нежелательности ситуации, предложение вероятного решения проблем, связанных с устранением такой ситуации.
С функциональной точки зрения системное мышление, и умственные способности индивида вообще, можно декомпозировать на четырех уровнях:
1. Восприятие: способность наблюдать и использовать внимание.
2. Сохранение: способность запоминать и вспоминать.
3. Рассуждение: умение анализировать, визуализировать, сравнивать и решать.
4. Креативность (творчество): способность предвидеть и генерировать идеи.
Ключевые точки системного мышления включают:
• осознание зависимостей инженерного проекта, то есть ограничений дизайна и то, как продукт будет использоваться;
• непрерывное взаимодействие с заинтересованными сторонами для сопоставления входных данных и последствий принятия решений проекта;
• учет неопределенности, ее последствий, использование информации, когда возникают проблемы, оценку сопутствующих рисков на уровне технологии, уровне интеграции и системном уровне;
• управление процессами и людьми, и взаимодействием между ними, чтобы сбалансировать обратную связь, рассматривая систему в ее широком окружении и среде эксплуатации;
• использование итераций и обратной связи, циклический подход с суммарными результатами;
• инженерную культуру как нормы поведения команды «я могу это сделать», приоритет доверия к участникам команды, и эффективные каналы связи с возможностью признания лучшего решения;
• документирование управления знаниями, результатов верификации и валидации;
• устойчивость к неудачам, адаптацию фактов и размышления о причинах неудачи, вместо того, чтобы тратить время на поиск виноватых.
В системе есть много мест, где можно вмешаться, используя системное мышление при исправлении ситуации. Вмешательства более низкого уровня могут быть привлекательными, однако не обязательно приводят к изменениям в структуре системы, то есть не меняют ее характер поведения с течением времени. Вмешательство на самых высоких уровнях системы является более трудным, поскольку для этого требуются более высокие уровни сложности и сопутствующие способности. Такой путь с большей вероятностью приведет к системным изменениям с течением времени.
Для решения сложных проблем на уровне организации и высоких систем крайне важно, чтобы команды могли учиться вместе. Именно команды, а не отдельные люди, являются фундаментальной единицей обучения организационных систем. Чтобы успешно ориентироваться в сложных условиях, людям необходимо иметь возможность отказаться от своих привычных моделей отстаивания того, во что они верят, и поиска единственного правильного ответа в пользу коллективного исследования и совместного мышления. Хотя обучение на системном уровне может оказаться трудным, оно жизненно важно для процесса воздействия на устойчивые изменения.
