Тенденция удешевления технических систем и продуктов (часть 4)

                                                                                               Лев Певзнер

Тенденция удешевления технических систем и продуктов (часть 4)

  1. Фундаментальные основые тенденции удешевления продуктов 

     В основе тенденции удешевления лежат:

     - постоянное углубление познания человеком свойств материалов и строении новых технических система, то есть появление новых ресурсов для создания новых систем; примерами могут служить открытие метода синтеза пенициллина, метод выращивания монокристаллов методом Чохральского, метод получения алюминия электролизом из бокситов, применение светодиодов для освещения  и др. Все эти открытия позволили, со временем, создавать технологии получения  продуктов, гораздо  более дешевыми способами. 

        - конструкторско-технологическое совершенствование и переход к массовому производству на базе известных, стандартных технологий и подходов; часто это происходит в соответствие с законами развертывания-свертывания, повышения динамичности и управляемости, вытеснения человека из системы (особенно системы управления).

      4.1. Создание  новых технологий на основе новых знаний

      Это путь создания наиболее эффектных технических систем и технологий. К сожалению,  этот путь плохо прогнозируется по времени, посколько крайне трудно предполагать, когда человечество сможет открыть те или иные свойства вещества или создать новую концепцию технической системы.

      Вместе с тем, это один из самых важных инструментов дальнего прогноза. В свое время Генрих Альшуллер предложил 5 уровней изобретательских задач,с пониманием того, что решение задачи 5-го уровня – это еще не внедрение! Для внедрения понадобится решить несколько задач 4-го уровля, для решения каждой из которых, придется решить по несколько задач 3-го уровня и т.д.

     Если увидеть аналогию с идеями Альшуллера, то становится ясным, что наличие сильного открытия не вызывает мгновенного его внедрения, но определяет задачи, которые следует решать. Как следствие, можно оценивать и перспективы эффекта от открытия и временные сроки. При этом может оказаться, что на решение вспомогательных задач может уйти достаточно много времени, а некоторые из них потребуют более высокого уровня развития техники, чем современный (в терминах ТРИЗ надсистема может быть не готова к внедрению). Разумеется, это отложит внедрение системы. И тем не менее, понимание последствий открытия может существенно стимулировать разработки, особенно если разработан план внедрения и определены задачи.

      Примерами таких внедрений могут служить открытие графена или генома человека. 

     Пример  (История создание светодиодных ламп)

      Явление электролюминисценсияи было открыта в 1907 году британским физиком Генри Раундом.

                                                                 

                                                                    Рис. Генри Джозеф Раунд

       Но даже  предпосылки к практическому использованию этого явления появились лишь полвека спустя. В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments (Илл. )  открыли и запатентовали технологию производства инфракрасного светодиода. На следующий год был открыт красный светодиод. Это сделал Ник Холоньяк, специалист из Иллинойса, работающий в Дженерал Электрик. В  1971 году был открыт синий светодиод (разработчик американский инженер Жак Панков на основе нитрида галлия), а в 1976 году Джордж Кра был открыл желтый светодиод.  

                               

                       Илл. . Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments

      Казалось бы, уже можно было внедрять светодионые лампы, но сразу это внедрять не удалось. Чтобы это стало возможным, необходимо было решить много вспомогательных задач. В их числе разработка технологий для массовой добычи редкоземельных металлов и получения достаточно дешевого материала для производства светодиодов и создание конструкции таких ламп (включая микроэлектронику для поддержании работы лампы).

        Все эти изобретения легли в основу новой технологии освещения. Сочетание всех трех светодиодов позволило к 1996 году получать белый свет с достаточно высокой энергетической эффективностью. Это был прорыв. А к 2005 году яркость светодиодов достигла 100 люменов/вт (при стандатной светоотдаче ламп накаливания всего 8-24 люменов/вт!). Это уже было коммерчески оправданное решение, а технология массового производства (особенно производства редкоземельных элементов и светодиодов из них!) привело к удешевлению LED-светильников, что гарантировало экономическую обоснованность внедрения. 

      С 2008-2009 годов стартовало массовое производство светодиодных источников света в бытовых светильниках. Несколько позднее с ростом светоотдачи и увеличения мощности - в уличном освещении. В 2012-2013 годах вследствие многократного роста объемов производства и переноса их производства в Китай их стоимость начала стремительно снижаться. Это мгновенно привело к быстрому развитию рынков светодиодных светильников.

      Замечание: LED-светильники совершенно необычная S-кривая. Нулевой этап занял с 1907 года по 1996 год, то есть почти 90 лет. Первый этап занял с 1996 по 2005 год. А второй этап занял менее 10 лет. Стремительное внедрение, поддержанное государством обеспечило массовое внедрение светильников с завоеванием значительного сегмента рынка.  И к настоящему времени, LED-светильники  быстро вытесняют с рынка экономичные светильники.

      4.2. Создание  новых технических систем и технологий за счет конструкторско-технологического совершенствования

      Этот путь тенденции удешевления гораздо более прогнозируем по срокам  и управляем. Ведь, в сущности, в этом случае мы работаем с известными техническими системами и технологиями и, просто, адаптируем их к новым условиям. Это задачи гораздо менее сложные, чем  внедрение нового открытия.

     Пример

      Илон Маск, анонсируя проект  завода  по производству аккумуляторов сразу объявил, что после его пуска цена аккумуляторов снизится на 30%. При этом не планировалось принципиальных прорывных изменений конструкции. Снижение цены планировалось только за счет оптимизации конструкции, технологии  и организации производства.

     4.3. Философские основы тенденции удешевления

      Диалектический материализм предполагает постоянное и неограниченное углубление знаний человека о материи и природе. Как следствие, можно уверенно утверждать, что любые продукты могут быть со временем быть заменены продуктами с аналогичными свойствами, но получаемыми более дешевым и эффективным путем, а эффективность систем может быть повышена.

      5. Особенности снижение цены для различных категорий продуктов

       При развитии технологии у различных категорий продуктов тенденция удешевления производства проявляется по-разному.

     5.1. Тенденция снижения стоимости для лекарств и медицинских услуг

      Все простые решения (оборудование или лекарства), которые были связаны со здоровьем человека и биологией, уже давно в прошлом. Новые достижения всегда связаны большими затратами на исследования и внедрение. Как следствие, новые препараты, устройства и технологии лечения  или получения биоматериалов доступны первоначально только очень ограниченному кругу лиц. Со снижением цены на медицинские препараты и услуги они становятся доступными все более широкому кругу потребителей.

     Пример

      ДНК-анализ.  Технологии движутся вперед, и учёные ищут новые пути использования знаний о молекуле ДНК.   Первая операция по анализу ДНК  длилась около 13 лет и стоила порядка трёх миллионов долларов (конец XX века). К 2010 году эта операция стоила пару тысяч долларов, и занимала чуть больше недели. В настоящее время ее цена - 300-500 долларов и срок 5-7 дней. Следующим шагом этого направления, как обещают специалисты, станет выполнение анализа за несколько часов при стоимости порядка 100 долларов.

      Другими яркими примерами может служить история создания пенициллина и производства морфина (см. Приложения 9 и 10), когда первые порции лекарства были очень дефицитны и стоили дорого, а сейчас серийные антибиотики доступны весьма широкому кругу Потребителей.

   Замечание 1:  Особенность рынка медицинских продуктов – то, что это  однозначно массовой рынок, поскольку эти услуги могут оказаться нужны каждому человеку.  

    Замечание 2: Для анализа ДНК оказалось возможным расширение  рынка, за счет  смежного рынка, его применения для выполнения следственных действий и иного использования.

     5.2. Тенденция снижения стоимости для ТС  массового спроса

     Любые новые системы на первом этапе развития неэффективны и дороги при создании. Поэтому они имеют ограниченный спрос и ограниченный рынок. К тому же, не всегда сразу очевиден размер рынка в будущем. Поэтому одним из направлений анализа является изучение того, какая из функций новой системы может создать массовую Потребность и массовый спрос.

     Пример

    История систем записи CД дисков. Первые устройства (1970 году) для записи-воспроизведения (CD-рекордеры  для  записи  компакт-дисков)  компакт-дисков,  продаваемые  в   Соединенных  Штатах,  стоили $ 149 000.

   Скоро цена аудио-рекордера упала до $ 35 000. Сделала это компания Yamaha.

      Через некоторое время компания Meridian Data разработала и изготовила плату-схему, названную Lea – цена снизилась до $14 000.

     Компания Philips (1978) выпустила CDD 521, первый рекордер со скоростью записи 2x. Этот рекордер изначально продавался за $ 12000. Вскоре он был заменен на модель CDD 522, и цена упала до $ 5000, а затем цена колебалась в районе $ 2000.

      Понятно, что при цене  до $14 000 это мог быть только ограниченный профессиональный рынок, при цене до $2000 – элитарный рынок. О широком и массовом рынке можно говорить только при цене на один-два порядка ниже!

      После этого массовый рынок CD-R определили два привода, первым из которых стал CDR100 компании Yamaha. Это было надежное устройство, ставшее любимым для систем дубликации.  Прорыв произошел в сентябре 1995 года, когда компания Hewlett Packard выпустила компактную модель 4020i-рекордера (производства компании Philips), по неслыханно низкой цене в $ 995. Барьер в тысячу долларов был преодолен, а цены на рекордеры продолжили падать. Обычный записывающий диски привод можно было  купить в 2005-2010 году  за 10-20 долларов.

      Впрочем… потребность в системе сводится в настоящее время к нулю в связи с появлением новых носителей хранения информации. Менее чем за 50 лет система полностью прошла всю S-кривую своей жизни.

     Аналогична история создания СД-проигрывателей.

      Весной 1983 года, в лучших традициях маркетинга, одновременно по всей Европе, Японии и США «божественный диск» был запущен в продажу. Проигрыватель стоил от 800 до 1200$, но через три года цена уже снизилась до 300$. В 2005 году я купил такой проигрыватель за $30.

     Как и записывающее устройство для СД, проигрыватели вышли из обращения в связи с появлением новых носителей информации.

     Еще одним примером создания системы, которая сначала имела ограниченный спрос, но, как выяснилось, имеет массовую Потребность,  является история распространения микроволновых печей и ноутбуков (см. Приложения 11 и 12).

     Закономерность снижения стоимости изделий при переходе к массовому рынку не раз проявлялась и при производстве часов.

      Например, переход к массовому изготовлению карманных, а затем и ручных часов. Массовое производство маятниковых ходиков, и производство будильников, сначала механических, а затем кварцевых. Массовое производство кварцевых часов с дисплеями (2).

     Итак, развитие новых систем, имеющих массовую Потребность, идет по пути быстрого снижения себестоимость за счет совершенствования системы и создания технологии массового производства. При этом со снижение цены быстро расширяется рынок, то есть круг Потребителей, которые способны ее купить.

     5.2. Повышение спроса на систему, за счет появления новых Потребностей в надсистеме.

     Часто появление новой системы может внести радикальные изменения в надсистеме, что приводит к расширению рынка за счет удовлетворения новых Потребностей в надсистеме.

      Например, появление мощных серверов создало возможность хранения информации не у Потребителя, а на этих серверах, что обеспечивает возможность использования хранимой информации многими пользователями, находящимися в разных местах одновременно. Появление такой потребности в надсистеме повысило спрос на мощные серверы, и как следствие их массовость.

      Другим примером может служить Интернет. Как только Интернет стал выступать в качестве средства общения между отдельными пользователями, это полностью изменило надсистему. Появились интернет-издания, в значительной степени, заменившие печатные издания (газеты и журналы), а также социальные сети, как средства массового общения. Как следствие рынок Интернета многократно вырос.

     А вот несколько примеров неумения увидеть новые Потребности, и как следствие, новые рынки:

      - Самолеты – интересные игрушки, но никакой военной ценности они не представляют. 

(Маршал Фердинанд Фош, профессор стратегии в Академии Генштаба Франции)

     - Да, кого, к чертям, интересуют разговоры актеров?

(Реакция Warner Brothers на использование звука в кинематографе, 1927 г)

     - Эта музыкальная коробка без проводов не может иметь никакой коммерческой ценности. Кто будет оплачивать послания, не предназначенные для какой-то частной персоны? 

(Деловые партнеры Давида Сарнова в ответ на его предложение инвестировать проект создания радио, 1920 г)

      - Ни у кого не может возникнуть необходимость иметь компьютер в своем доме. 

(Кен Олсон – основатель и президент корпорации Digital Equipment Corp., 1977 г)

 

     6. Методика оценки массового потенциального рынка

      С ростом благосостояния населения растут массовые потребности и массовые рынки как по объему, так по широте продуктов.

        Но появление новой системы или материала еще не означает, что продукт имеет массовый спрос. Как же определить этот рынок нового продукта?   

​​​​​​​     6.1. Очевидный массовый рынок

      К таким рынкам относятся продукты для удовлетворения Потребностей низкого уровня – жизнеобеспечения человека – питание, здравоохранение, жилище.

     В последнее время потребности людей выросли, и к массовым потребностям стали относиться телевизоры, автомобили, сотовые телефоны и многие другие продукты бытового назначения. Но каждый раз, оценивая новый продукт, необходимо проверять – есть ли потребность в нем у значительной части населения. И если это достаточно дешевый продукт, который может использоваться любым человеком (удовлетворять какую-то Потребность), можно предполагать, что это продукт массового спроса.

​​​​​​​     6.2. Продукт с новой функцией

     Время от времени появляются продукты с новыми функциями, которые первоначально востребованы ограниченным кругом лиц или имеют ограниченное применения. Например, рынок автомобилей с системами автоматического управления без водителя.  И тут бывает крайне важно сделать прогноз применимости этих продуктов с учетом:

- развития потенциального рынка по прямому назначению;

- развития рынка в смежных областях и влияния внедрения этой системы в надсистеме.

     Оценка развития рынка по прямому назначению связана с оценкой применимости продукта с учетом возможной динамики уменьшения его стоимости, что делает его доступным широкому кругу лиц. Например, протезы, заменяющие ноги и работающие от нейросети человека, нужны определенному кругу лиц, и даже значимое снижение ее цены не приведет к появлению массового рынка.

      Вместе с тем, правильная оценка перспектив применения продукта в смежных областях и надсистеме позволяет сделать серьезные прорывы, а недооценка ведет к провалам. В начале 1950-х годов компании IBM отказалась от перспективной работы по созданию оборудования для считывания штрих-кодов на товарах, считая, что цена оборудования слишком высока, и продукт пользоваться спросом не будет. Специалисты  IBM не оценили перспективы применения  штрих-кодов с учетом развития  компьютерной техники и компьютеризации торговых сетей. Они не учли перспектив изменения маркировки, фасовки и учета товаров в будущем.  То есть не учли перспектив развития надсистемы, а главное, снижения стоимости при массовом производстве. Как следствие, компания потеряла перспективные рынки.

      Итак, проверяя продукты с новой функцией, необходимо оценить, как применение этой функции в других областях может повлиять на развитие смежных областей, где эта функция применима. Оценить, как могут измениться эти области с учетом перспектив резкого снижения цены на продукт с учетом главной тенденции развития.

​​​​​​​     6.3. Анализ возможного развития рынков с учетом сверхэффектов

      Каждый продукт способен выполнять не только свою основную функцию,  но также он имеет ряд дополнительных функций, которые появляются как побочный эффект при создании продукта. Как ни странно, но иногда именно они и становятся главными, и создают значительные рынки, не существовавшие ранее.

      Например, создавая стратегические ракето-носители, люди  удовлетворяли две потребности – военную –  как средство доставки ядерного оружия, и мирную – полеты в космос. В то время мало кто представлял себе, что спутники станут основой для метеопрогнозов, системы навигации автомобилей и средствами обычной телефонной связи. Последнее, в частности, позволило снизить стоимость  телефонных переговоров США с Россией с 3 долларов за минуту в 1994 году до 2-3 центов в настоящее время. Это резко расширило рынки для телекоммуникаций. Они, в свою очередь, расширило рынки рекламы и создали рынки соцсетей.

      А теперь попробуем пофантазировать, как появление мощных и дешевых аккумуляторов для автомашин может повлиять на другие рынки и надсистему в целом.  

      В настоящее время стоимость аккумуляторов на 10 квт-часов составляет около $10 000, но главное, что они способны перезаряжаться не более чем 500-1 500 циклов. Сделаем допущение, что удалось  создать аккумуляторы на 100 000 циклов (а такие разработки уже есть!), и снизить стоимость в 10 раз (гипотеза на уровне предположения с учетом указанных выше правил развития ТС).

      В этом случае использование аккумуляторов в качестве домашних демпферов может стать экономически оправданным. Среднее потребление электроэнергии в бытовых условиях, в домашних хозяйствах  в настоящее время составляет 30-40 квт-часов в день. А это означает, что 3 аккумулятора емкостью по 10 квт-часов вполне обеспечивают суточное потребление электроэнергии. Как следствие, резко повышается применимость автономных альтернативных источников энергоснабжения. В качестве сверхэффекта можно оценить возможность использования ночной электроэнергии, тариф на которую в несколько раз дороже дневного. Вследствие этого снижается нагрузка на электросети, а генераторы работают в оптимальном режиме, что продлевает их срок службы и повышает эффективность. Появляется возможность отказаться от прокладки электросетей в отдаленные районы за счет использования генераторов электромобилей. Рынком для аккумуляторов становится каждый дом и каждая семья, каждый офис. А это уже массовый рынок. И это только одно применение!

      Далее рассмотрим развитие системы автоматического управления автомобилем (такие системы уже сейчас тестируются в отдельных штатах в США!). А недавно компания  Uber запустило первые 4 беспилотных такси.

      Переход к системе беспилотных автомобилей позволит экономить время людей на вождение (сократит ряд рабочих мест) и повысит безопасность движения, поскольку большая часть аварий связана с «человеческим фактором». Это прямые выгоды от перехода на автоматическое управление.

      Каковы будут надсистемные преимущества? Если все машины будут иметь автоматическое управление, то регулирование перекрестком можно будет перевести с фиксированного на управляемое. Как следствие, без потери безопасности (а точнее с повышение безопасности, поскольку именно на перекрестках бывает значительная часть аварий), можно будет повысить пропускную способность перекрестков.

       Значительную часть «траффика» в США составляют большегрузные фуры. Сейчас с целью повышения безопасности движения ограничивается время движения водителя в сутках, и движение в ночное время. Автоматические большегрузы смогут двигаться  без ограничения времени, останавливаясь только для дозаправки и пропуская время напряженного «траффика». То есть их движение будет лимитировать не состояние водителя, а необходимость ограничения движения в напряженное время дня, чтобы избежать пробок. Снижение интенсивности «траффика» за счет вывода части машин из потока, а также оптимизация движения остальных машин, позволит избежать строительства дополнительных полос движения, на что сейчас тратятся огромные средства. Сокращение пробок приведет к экономии времени, сокращению расхода топлива и улучшению экологии. Эффективным будет внедрение автоматических автомобилей на горных разработках в удаленных районах, что позволит загрузить на все время суток машины работой с оптимальным движением по карьерам. Сокращение потребности в водителя и  фонда оплаты труда позволит разрабатывать неэкономичные ранее месторождения. А отсутствие водителей позволит отказаться от гигантских карьерных автомашин в пользу более серийных, а значит, снизит их стоимости и повысить гибкость при составлении графика эксплуатации.

        Объединение систем продажи и  доставки грузов потребителю полностью преобразует надсистему складирования и доставки товаров.

      Модернизируемыми окажутся системы доставки школьников из дома к школе, а также путешествий на автомобилях-домах и многие другие отрасли. Это приведет к созданию новых конструкций самоуправляемого транспорта с учетом общих элементов и специфики. В результате включит обратную связь – снижение цены – расширение рынков – снижение цены.

       Надсистемные эффекты оказываются гораздо более значимыми, чем прямые.

       Эти примеры показывают, что если выполнить полный прогноз с учетом влияния надсистемы и перспективных систем могут дать экономические оценки совсем иного порядка, по сравнению с оценкой только прямого эффекта. Соответственно и решения о перспективах внедрения инноваций будут другими.

​​​​​​​​​​​​​​      6.4. Готовность надсистемы к внедрению 

    Крайне важным фактором перспектив внедрения новой системы является готовность уровня науки и техники к внедрению новых продуктов.  Например, невозможно было создание космической техники в XIX веке, без надлежащих материалов и вычислительной техники. Однако нередко надсистема бывает, готова к внедрению новых разработок.

      Например, создание системы электронных кредитных карт было подготовлено тем, что уже существовали развитые телефонные линии. Внедрение полупроводниковой техники было обеспечено наличием готовой технологии выращивания кремниевых кристаллов по методу Чохральского. Появление автонавигаторов – системой спутников, находящихся на постоянных орбитах.

       При появлении новой системы необходимо сформулировать основные требования к технологии изготовления системы и ее  элементов. После этого нужно выполнить анализ готовности надсистемы к реализации новой системы и определить слабые места, которые подлежат доработке.

        Далее предстоит работа по устранению слабых мест. Как было отмечено выше, зачастую надсистема уже готова к решению ряда проблем. Именно поэтому, необходимо проводить исторический анализ при разработке новой системы, а также проверять возможность использования технологий, разработанных  в смежных областях, или их аналогов.

     При наличии готовности всех элементов системы к массовому внедрению можно анализировать потенциальные рынки и оценивать их масштаб.

  1. Психологические барьеры как препятствие для внедрения нового продукта

      Эта история началась лет 30 назад, когда я размышлял о том, что каждая семья должна иметь свой дом. Но жил я в СССР, и мой коллега по работе сказал, что это невозможно, поскольку нужно очень много энергии для отопления (мы жили в многоэтажках, в маленьких квартирах).     

     Это звучало странно, поскольку уже тогда большинство американцев жили в собственных домах, и расходы на отопление у них были вполне приемлемы.

     Так почему же, сработал барьер? Почему мы сразу отсекли то решение, которое в другой стране уже работало? Все очень просто, мы сами ставим себе барьеры, воздвигаемые психологической инерцией, которых нет в реальности.  И эти барьеры связаны с тем, что продукт, для которого делается прогноз, очень дорогой на первом этапе, и мы психологически сразу устанавливаем себе эту цену, как один из параметров, ограничивающих рынок. При этом вне рассмотрения остается главная тенденция развития продукта – быстрое снижение его цены при массовом производстве при наличии массовой потребности.

       Рекордное потребление электроэнергии в 1930 году в Калифорнии составило 1260 киловатт-часов в год. Тогда это казалось огромной цифрой!   Сейчас в моем скромном таун-хаусе я это количество электроэнергии трачу в течение двух месяцев!  Когда приходилось носить воду из колодца, люди обходились 2-4 ведрами на семью. Сейчас, при наличии водопровода, потребление составляет  20-50  ведер на человека.

     Совсем недавно, автомобильный кондиционер считался доступным только очень богатым людям и стоил около трети стоимости автомобиля. Сейчас кондиционер – обязательный элемент комплектации любого автомобиля, и стоит пару сотен долларов.

      С развитием  общества, растет его богатство и его возможности. А вместе с этим,  растут потребности людей и возможности их удовлетворения. Новые продукты - технические системы и материалы, сначала доступны только ограниченному кругу лиц,  в силу их высокой цены, а со временем они становятся дешевле и доступнее для все более широкого круга лиц. Понимание этой закономерности позволяет более осмысленно оценивать прогнозы развития техники и бизнеса, основанного на нем, а значит более осмысленно и эффективно развивать технику и инвестировать ресурсы в наиболее перспективные области.

                                                                             ВЫВОДЫ

      Тенденция удешевления продуктов является одним из проявлений  закона повышения степени идеальности через снижение цены продукта.

      Главная тенденция удешевления при развитии продукта: После построения функционального центра ТС  или разработки новой технологии, или получения нового вещества происходит быстрое совершенствование конструкции и технологии производства, вызывающее  быстрое снижение стоимости продукта. Особенно быстро это происходит для продуктов и технологий, имеющих массовый спрос, которые удовлетворяют массовые потребности.

       При исчерпании возможности развития в рамках одной S-кривой, происходит переход к новой S-кривой (часто через применении альтернативной технологии), которая оказывается более эффективной, чем предыдущая, а продукт более дешевым.

      Следствие 1:   Снижение стоимости продукта порождает положительную обратную связь рост потребления – снижение цены за счет массовой технологии – рост потребления.

      Следствие 2: При снижении цены происходит агрессивное проникновение нового продукта во все смежные зоны в системе и надсистеме, в которых он может быть применен, хотя на первом этапе внедрение происходит только там, где без него невозможно обойтись, и где оправданы любые затраты.

      Замечание: Иногда разрыв времени между созданием продукта и его развитием занимает значительное время. Быстрое развитие продукта начинается с появлением потребности в нем.

       Основными линиями реализации тенденции удешевления продукции являются:

- удешевление за счет конструкторского совершенствования

- удешевление материалов за счет альтернативной технологии производства

-удешевление за счет замены в технической системе (технологии) дорогого материала на более дешевый

- удешевление за счет перехода к серийному (массовому) производству.

       С развитием и удешевлением  системы  расширяются и ее рынки. Возникает положительная обратная связь, когда расширение рынков стимулирует интерес к продукту и процесс его удешевления, а удешевление продукта приводит к развитию и расширению рынков.

       Типовые рынки, на которых распространяется использование продукта:

- применения продукта по прямому назначению в основной области (здесь эффективно работает линия «захват типоразмерного ряда»)

- рынок  прямого применения в смежных областях;

- рынок  нового применения продукта;

- рынок применения модифицированного продукта.

        Особенно быстро происходит процесс удешевление продуктов,  массового потребления – медицинских товаров, продуктов питания, продуктов бытового назначения. Быстро идет и удешевление в промышленности продуктов, имеющих отношение к широкому спектру потребления – энергетике, производству массового сырья. В последнее время, с удешевлением электроники и микрочипов – удешевление систем контроля и управления во многих продуктах.

        Итак, при работе с новыми системами и прогнозе их развития (развития их рынков)  необходимо учитывать:

     Первое правило развития новых технологий:

     При наличии массовой потребности в продукте для производства, которого не требуются дорогие или редкие материалы, однако производство, которого обходится дорого из-за сложной и дорогой технологии, всегда находятся дешевые и эффективные альтернативные технологии получения продукта. 

      Второе правило развития новых технологий:

      При ограничении рынка, вследствие редкости и дороговизны компонентов продукта, всегда находится альтернативные решения, использующие дешевые и доступные материалы, выполняющие те же функции.

​​​​​​​                                                                                                        Приложение 9. История антибиотиков

        Пенициллин — первый антибиотик, то есть антимикробный препарат, полученный на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Он был выделен в 1928 году Александром Флемингом из штамма гриба вида Penicillium notatum на основе случайного открытия: попадание в культуру бактерий плесневого гриба из внешней среды оказывает на неё бактерицидное действие.

     

                                               

      Ещё в 30-х годах XX столетия десятки тысяч людей умирали от дизентерии, воспаления лёгких, тифа, лёгочной чумы, а сепсис был смертным приговором.

      И только в 1938 году двум ученым Оксфордского университета, Говарду Флори (Howard Florey, 1898–1968) и Эрнсту Чейну (Ernst Chain, 1906–79), удалось выделить чистую форму пенициллина. В 1941-м лекарство удалось накопить в достаточных масштабах для эффективной дозы и спасти с помощью нового антибиотика 15-летнего подростка с заражением крови.

       В 1943 году впервые была разработана технологии, и началось промышленное производство пенициллина. В 1945 году выпуск фармакопейного пенициллина высокой активности составлял 15 т в год, в 1950 году — 195 т.

                                           

                          Рис. Баки с куриным бульоном для производства пенициллина.

     В разгар Второй мировой войны в США производство пенициллина уже было поставлено на конвейер, что спасло от гангрены и ампутации конечностей десятки тысяч американских и союзнических солдат.  С  1952 года сравнительно дешёвый пенициллин стал применяться практически в мировых масштабах.

        Полный синтез антибиотиков (альтернативная технология)

        В 1946 г. удалось осуществить синтез пенициллина, который был идентичен природному, полученному биологическим путем.  Однако, пенициллиновая промышленность того времени продолжала базироваться на биосинтезе, так как он давал возможность массового изготовления дешевого препарата.

      И только в 1957 году полный химический синтез пенициллина, разработанный  Джоном Шиэном в Массачусетском технологическом институте пошел в массовое производство. Пенициллин стал предельно дешевым.

                                                                   Приложение 10. Способ изготовления морфия из дрожжей

      Традиционно морфин (препарат для производства морфия) производили из опиумного мака. Маковая головка надрезается и на надрезе выступает сок (молочки). Он засыхает и получается опий-сырец. Внешне он выглядит ка небольшая белая таблетка размером в рисовое зернышко воздушного риса. Это высохшее зернышко соскребают с головки и делают следующий надрез. На одной головке можно сделать до 3-х надрезов. Процесс довольно трудоемкий.

                                

      Неоднократно делались попытки синтеза морфина. И даже в 1952 году Робертом Вудвордом была разработана технология полного синтеза морфина. Но она оказалась настолько сложной и дорогой, что природный морфин оказался дешевле.

       Недавно американские и канадские биологи разработали способ превращения сахара в морфий с помощью дрожжей с помощью генной инженерии без использования опиумного мака. Новая технология предельно дешевая и доступная.

                                                                                              Приложение 11. История микроволновой печи

       Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом. А, так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление с частотой 2450 Мгц. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг — это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

  История создания

      Американский инженер Перси Спенсер впервые заметил способность сверхвысокочастотного излучения к нагреванию продуктов в 1942 году, когда он экспериментировал с магнетроном - радиолампой, генерирующей радиоволны в СВЧ-диапазоне. В момент изобретения Спенсер работал в компании Raytheon, занимающейся изготовлением оборудования для радаров. По легенде, когда он проводил эксперименты с очередным магнетроном, Спенсер заметил, что кусок шоколада в его кармане расплавился. По другой версии, он заметил, что нагрелся бутерброд, положенный на включённый магнетрон.

                                                   

                       Рис. Перси Спенсер в 1950 году. Фото: Raytheon Company.

 

        Победоносное завершение войны — это, конечно, было прекрасно. Однако конкретно для компании Raytheon, работавшей исключительно на оборонку, окончание войны означало резкое сокращение заказов министерства обороны. И это могло привести к её финансовому краху. Перед инженерами была поставлена задача – найти новый продукт, который позволил бы компании выжить в мирное время. Перси Спенсер предложил новый продукт – печь для разогрева продуктов.

     Патент США № 2 495 429  на микроволновую печь был выдан Спенсору в 1946 году.

       Первая в мире СВЧ-печь «Radarange» была выпущена в 1947 году фирмой Raytheon и была предназначена не для приготовления пищи, а для быстрого размораживания продуктов и использовалась исключительно военными (в солдатских столовых и столовых военных госпиталей). Её высота была примерно равна человеческому росту, масса 340 кг, мощность — 3 кВт, что примерно в два раза больше мощности современной бытовой СВЧ-печи.

       В 1949 году началось их серийное производство. Стоила эта печь около $3000.

                                      

         Комментарий: Внедрение новой системы экономически не всегда оправдано, и  осуществляют его часто за счет внешнего (государственного) финансирования, когда финансирование идет за счет «не своих» денег.

       Коммерческим внедрение новой системы стало его использование в ресторанах. Рестораны начали с большим энтузиазмом закупать СВЧ-печи, поскольку они обладали неоспоримым достоинством: незамысловатые американские блюда типа сэндвичей и хот-догов приготавливались в них молниеносно.

                                      

     Комментарий: Внедрение новой системы осуществляется там, где оно наиболее дает очевидные преимущества, по сравнению с имеющейся системой.

       В следующие 20 лет микроволновая печь медленно начала уменьшаться в размерах с объема холодильник к более компактным формам.

        Компания " Tappan Company" в 1955 году сделала первую бытовую микроволновую (СВЧ) печь – это была первоэтапная система для бытовой техники. Но в серию она не пошла.

        Конкурентные продукты предложили две компании: японская компания «Sharp» и американская компания «Raytheon».

        Комментарий:  Вновь созданная система всегда неэффективна, громоздка и дорога.  При прогнозировании возможных рынков надо учитывать это и не паниковать. С развитием техники всегда происходить миниатюризация систем и их удешевление за счет совершенствования технологии и серийности.

 

      Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой Sharp в 1962 году (они купили патент), в начале 1970-х годов на рынок вышла серийная модель СВЧ-печь «Raytheon».

                                       

                                 Рис. Микроволновая печь Sharp  модели 1962 года.

 

       Комментарий: Модель 1962 года – типичный старт второго этапа.

       Но почему же почти за 10 лет Sharp не смогла быстро захватить рынок, и опередить Raytheon?

       Первоначально спрос на новое изделие был невысок. Не сразу, микроволновку встретил ажиотаж и спрос. Массовое сознание настораживали сверхвысокие частоты (СВЧ). В обществе царило предубеждение об опасности СВЧ-печей. Покупатели боялись, что микроволновая печь могла служить причиной для радиации, импотенции или слепоты. Да и цена – $ 400-500  была достаточно высокой для среднего класса. В качестве домашнего прибора пока это были элитарные продукты. В США в 1970 году их выпуск на всю страну составлял лишь 40 тысяч штук в год.

          Комментарий:  Предубеждение общества может существенно затормозить развитие рынка продукта.

         Однако мифы об опасности СВЧ-печи не подтвердились. Ни один человек не приобрел ни одну из предполагаемых болезней, которые могли быть вызваны электромагнитными волнами микроволновой печи. В то время как микроволновая печь становилась более популярной, опасения о микроволновой печи исчезали. Выяснилось, микроволны очень быстро затухают в атмосфере. И уже на расстоянии полуметра от микроволновки излучение становится в 100 раз слабее. Достаточно отойти от печи на расстояние вытянутой руки, и можно чувствовать себя в полной безопасности.

      Задержка в старте объяснялось не только мифами о вреде СВЧ для здоровья, но и тем, что американцы ещё не распробовали достоинства нового товара. Оживление продаж началось в 1972 году с приходом на американский рынок дешевых 300-долларовых японских печей.

       В 1975 году продажи микроволновой печи превысили продажи газовых плит. В японских домах было намного больше микроволновых печек, чем в американских. К 1976 году микроволновые печи стали более популярными на американской кухне, чем  посудомоющие машины. В 1976 году они были установлены в 60% кухнях американских домов.

                             

          Развитие техники (развертывание системы) и переход к массовому производству привело к снижение ее цены и улучшению ее свойств. Система вышла на третий этап и ее развитие остановилось.

           За это время в системе появились:

- таймер по устанавливаемому времени;

- таймер по кнопкам (стандартное время для разных функций);

- звуковой сигнал об окончании работы;

- вращение тарелки;

- возможность изменения мощности (как следствие назначения);

- совмещение с электропечью (объединение конкурирующих систем)

- появился целый типоразмерный ряд СВЧ-печей по мощности и размерам;

- появилась автоматика;

- автоматическое поддержание температуры.

        Замечание: СВЧ-печи породили новый рынок - посуда для микроволновки. При их эксплуатации недопустима металлическая посуда.  Сегодня продается большое количество разнообразной посуды для микроволновки. Она изготавливается из огнеупорного стекла или особой пластмассы. Но можно пользоваться и самой обычной посудой. Подойдет фарфор, пластик, керамика, фаянс и т.д.

        Второй бум развития рынка СВЧ-печей разразился в середине 1980-х, когда 90 процентов американских и европейских семей имели микроволновые печи. Этот скачок связан со снижением цен и повышением функциональности печей. С появлением микропроцессоров, которые начали встраивать в микроволновки, печи приобрели новое качество. Прежде в них было наиболее рационально размораживать продукты и разогревать приготовленное накануне на электрической или газовой плите.

 

                                                                                                       Приложение 12. История Ноутбуков

        Идея создания портативного компьютера относится к 1968 год. Была основана корпорация Intel, начавшая свой жизненный путь с разработки микропроцессора Intel 4004. Алан Кей выдвинул идею создания переносной вычислительной машины, которая должна была бы иметь размеры блокнота, чтобы хранить на внутренних носителях всю необходимую для  пользователя информацию.

         Пилотный вариант ноутбука был создан в 1979 год. Это был заказ NASA “Grid Compass”. Его создатель, Уильям Могридж, стал первым человеком, попытавшимся воплотить идеи Алана Кея в конечном продукте настолько точно, насколько позволяли технологии того времени. В Grid Compass находилось запоминающее устройство на цилиндрических магнитных дисках, имевшее емкость 340 килобайт (огромную для того времени). Корпус устройства выполнялся из сплава магния, дисплей, представлявший из себя откидную крышку, был электролюминесцентным. Сердцем Grid Compass служил процессор Intel 8086, работавший на тактовой частоте 8 мегагерц.

 

Комментарий:  Это начало первого этапа. Существенно то, что четко определено место прорыва рынка и это уникальное место, где реализован принцип – «внедрение новой системы происходит не там, где его можно внедрить, а там, где без него обойтись невозможно!»

 

                                    

                                               Рис. Dynabook “Grid Compass”

        Первый ноутбук - Grid Compass - весил в пять раз меньше любого другого компьютера, обладавшего аналогичной производительностью, но не имел автономного питания и стоил около восьми тысяч долларов.

         Первый серийный ноутбук в полной комплектации (то есть полный функциональный центр, включая автономное питание) был спроектирован и запущен в серию в 1981 год. Адам Осборн спроектировал полностью мобильный компьютер специально для работы в поездках. Адам назвал свое творение собственной фамилией, и компьютер носил название Osborne 1. Сердцем машины служил процессор Zilog Z80, работавший на тактовой частоте 4 мегагерца. Osborne 1 оснащался 64 кб оперативной памяти (RAM) , двумя флоппи-дисководами, последовательным и параллельным портами (RS-232C/IEEE 488) . Встроенный монохромный ЭЛТ-дисплей поддерживал только текстовый режим, отображая при работе 24 строки по 52 символа в каждой, размер экрана равнялся пяти дюймам. Портативный компьютер имел автономную систему питания, весил одиннадцать килограммов.  Стоимость данного портативного компьютера составляла $1795 в 1981 г. В то время это была достаточно высокая цена, но доступная для достаточно широкого круга лиц.

         Спрос на первые ноутбуки оказался настолько высок, что компания Адама Осборна стала самой быстрорастущей в Силиконовой Долине. Osborne Computer Corporation продавала до десяти тысяч экземпляров Osborne 1 ежемесячно. Но вскоре компания разорилась, из-за допущенных маркетинговых ошибок.

 

                                       

                                                               Рис. Osborne 1. 

          Комментарий: Поразительно,  но весь первый этап занял всего 2 года. А уже с 1982 года начался быстрый рост системы. Все определили подготовленный спрос на рынке на персональные компьютеры, и высокая Потребность в новой системы.

         Успех ноутбуков на рынке был настолько ошеломляющим, что уже в 1982 году компания Epson выпустила первый в мире ноутбук, оснащенный ЖК-дисплеем. C появлением Epson HX-20 началось развитие альтернативного направления портативных компьютеров, в первую очередь нацеленных на компактность и легкость. Такие системы уступали «чемоданам» по характеристикам, зато, за счет использования ЖК-матриц, были неизмеримо легче, работали от батарей несколько часов и были вполне пригодны для работы в поездках. Epson HX-20 являлся двухпроцессорной системой (Hitachi 6301), весил немногим более полутора килограммов, имел последовательный порт и встроенный ленточный накопитель. Монохромный ЖК-дисплей отображал четыре строки текста по 20 символов в каждой. В ПЗУ Epson HX-20 был записан Microsoft BASIC.

                                        

                                            Рис.  Epson HX-20. Первые ноутбуки.

        Ноутбуки начали быстро совершенствоваться, и с 1983 года в продаже появился Compaq Portable, архитектурно базировавшийся на процессоре Intel 8088 (5 МГц). Он был оснащен двумя флоппи-дисководами, монохромным девятидюймовым экраном, и работал под управлением операционной системы MS-DOS. Корпус Compaq Portable имел форму чемодана, клавиатура, как и у Osborne 1, являлась крышкой передней панели. Вес Compaq Portable составлял 50 фунтов (22.7 кг), а цена минимальной конфигурации стартовала с отметки $2995.

                     

                                                               Рис. Comapq Portable.

           Уже в 1984 году ноутбуки перешли на получившее распространение 3.5-дюймовые дисководы, которые позволяли работать с более емкими дискетами и уменьшить размеры дисководов. Это позволило уменьшить размеры ноутбуков. В это время компания Toshiba приступила к разработке собственного ноутбука Т1100. 16-битный центральный процессор Intel 80C88 (модификация Intel 8088 с пониженным энергопотреблением), работающий на частоте 4.77 МГц, 256 Кб оперативной памяти (с возможностью расширения до 512 Кб). Серийные  продажи в Европе ноутбука Toshiba Т1100 начались в 1985 году. До конца года удалось реализовать порядка десяти тысяч экземпляров. Это стимулировало компанию направить значительную часть своих усилий на производство ноутбуков.

 

                                                          

                                                                         Рис. Toshiba Т1100

        Комментарий с точки зрения ТРИЗ: стандартный ход после первого рыночного успеха серийного продукта – направить усилия на снижение затрат на производство, улучшение дизайна и совершенствование системы, чтобы закрепить успех и включить положительную связь – «цена» - «размер рынка».

         В этом же году история ноутбуков пополнилась очередной новой системы - компания Commodore Computes разработала первый ноутбук с цветным экраном. Commodore SX-64 имел форму чемодана, весил около восьми килограммов, а цена снизилась до 1000 долларов. Машина была оснащена цветным экраном, поддерживающим в графическом режиме разрешение 320х200 точек; интерфейсы S-Video и RCA.

                             

                                                  Рис. Commodore SX-64.

        В 1986 году компания IBM представила новую модель ноутбука, на базе процессора Intel – IBM Convertible PC. Он имел массу 5,5 кг., пятимегагерцевый процессор Intel 8088 и большой ОЗУ - 256 килобайт. Дисковая система этого ноутбука состояла из двух трехдюймовых «флопповодов» емкостью 720 килобайт,  а ЖК-дисплей имел разрешение 640x200 точек. Стоимость IBM Convertible PC составляла 3500 долларов. Это была качественно новая модель.

                  

                                                    Рис. IBM Convertible PC

           Спустя четыре года, в 1990 году компания Intel представила первый микропроцессор, предназначенный специально для построения мобильных систем. Intel 80386 SL содержал архитектурное решение для управления энергопотреблением и ознаменовал собой рождение концепции программной совместимости. Благодаря достижениям компании Intel ноутбуки того времени становились все менее похожими на чемоданы и кейсы и более похожими на современные ноутбуки. Большинство ноутбуков, построенных на базе Intel 80386 SL, весили около трех килограммов, оснащались пассивными ЖК-дисплеями, способными отображать 16 оттенков серого цвета, имели один мегабайт оперативной памяти и работали под управлением операционной системы MS-DOS версии 5.0. Кроме того, скорость работы подобных ПК позволяла запускать на них Microsoft Windows версии 3.0.

        В 1992 году  Intel представила новый мобильный 80486SL. Основное назначение i486SX низкого энергопотребления, применение в портативных компьютерах.

                   

                                                Рис. Процессор 80486SL, i486SX

          Период с 1995 по 1999 год был отмечен быстрым совершенствованием ноутбуков, а также альтернатив микропроцессоров, определяющих мощность компьютера и его цену. Это мобильные версии микропроцессоров Intel Pentium Pro, Pentium MMX (1997 год), Pentium II (1997 год), Celeron (Pentium II-based) (1998 год), Pentium III (1999 г.), Celeron (Pentium III-based). Получают широкое применение цветных ЖК-экранов, наращивается ресурс аккумуляторных батарей. Оживилась конкуренция, которая стимулировала совершенствование конструкции и снижение цены -  IBM начала выпуск ПК серии ThinkPad, которые стали лидерами продаж на рынке ноутбуков, Compaq представила серию LTE, Hewlett Packard - OmniBook.

                       

                                                       Рис. IBM ThinkPad 700C

       Комментарий:  Рынок быстро развивался (в 2000 году в мире было продано около 18 миллионов ноутбуков), что обеспечило финансирование развития системы.

        Дальнейшие развитие шло по пути оснащение ноутбуков новыми вспомогательными системами -  трекболами, миниатюрными джойстиками и сенсорными панелями. В конце девяностых годов прошлого века емкости жестких дисков и скоростные характеристики процессоров поднялись на новые высоты. Вместе с процессорами Intel Pentium II шло развитие совтвера и технологии MMX, ориентированной на обработку видео, звука и графических данных. Это расширило мультимедийные возможности мобильных компьютеров, что резко расширило возможности применения, и, как следствие, рынки.

                                       

                                     Рис. Графика на компьютерах – достижение 1990-х годов

           Развитие идет по пути снижения энергоемкости, что позволяет повысить эффективность использования батарей, а значит время эксплуатации ноутбуков без постоянной электросети. В1999 году на рынок мобильных процессоров выходит AMD, представившая процессоры Athlon XP-M (первые модели на ядре Thoroughbred назывались Mobile Athlon XP) представляли собой процессоры на ядрах Thoroughbred и Barton, имеющие пониженное напряжение питания и тепловыделение, энергосберегающую технологию AMD PowerNow! и свободный множитель, необходимый для её работы.

                                                     

             К началу нового века, в 2000 году в мире было продано около 18 миллионов ноутбуков, а Intel начинает разработку платформы Centrino.

История ноутбуков пополнилась процессором, представленным в марте 2003 года. Pentium M - это процессор с архитектурой x86 (i686). Pentium M представляет собой новую и радикальную отправную точку Intel. Он специально оптимизирован с целью увеличения энергетической эффективности, жизненно необходимой характеристики для продления времени работы мобильных компьютеров от батареи.

                                          

         В том же году Intel запускает новое маркетинговое название для платформы ноутбука Centrino (Centrino Mobile Technology) , которая включает комбинацию центрального процессора, связки материнская плата-чипсет и беспроводного сетевого адаптера для ноутбука. Системы Intel, в которых использовались эти технологии, были более производительны, дольше работали от аккумулятора и обладали лучшей совместимостью с существующими беспроводными сетями.

                                           

       В то же самое время, конкурент Intel,  компания AMD начинает выпуск процессоров под торговой маркой Turion 64. Данные процессоры, включая и Turion 64 X2, явились ответом AMD на линейку мобильных процессоров компании Intel — Pentium M и Intel Core. Процессоры Turion 64 (кроме Turion 64 X2) совместимы с Socket 754 компании AMD и включают от 512 до 1024 КБ кэша 2-го уровня, 64 битный одноканальный контроллер памяти, интегрированный в ядро, и 800 МГц шину HyperTransport. Основной акцент при позиционировании и продвижении данного процессора на рынке делается на его энергосберегающие функции, такие как PowerNow! и Cool'n'Quiet.
 

                                               

         Анализ развития рынков ноутбуков

               Производство ноутбуков в мире с малой серии в 1985 году выросло до 18 миллионов штук в 2000 году, в 2004 году – до 48 миллионов штук и почти 200 миллионов к 2010 году. Далее производства начало постепенно снижаться и к 2015 году упало до 174 миллионов штук.

             На развитие производства ноутбуков влияло несколько факторов:

  1. Развитый рынок десктопов, которые широко использовались работе у многих специалистов (офисных работников и инженеров).
  2. Осознанная потребность общества, поскольку многие специалисты использовали компьютеры в своей работе. И у них была большая потребность в использовании компьютера в разных местах, особенно командировках. Дорога занимала значительное время, и была потребность работать  во время переездов.
  3. Достаточно быстро при развитии компактных  процессоров стал возможным делать ноутбуки по мощности соизмеримы с десктопами, а качество экранов удобным для работы. Это позволило заменить десктопы ноутбуками.
  4. Рост спроса был также обусловлен тем, что персональные компьютеры стали использоваться дома для развлечения и обучения, чему способствовало развитие обучающих совтверов и компьютерных игр.
  5. На снижение спроса на ноутбуки в последнее время обусловлено появление планшетных компьютеров (новая S-кривая), которые успешно отвоевывают рынок  компьютеров у ноутбуков в быту, и частично у командировочных.

        Литература

2. Л.Певзнер. История часов как технической системы.  Из-во Ридеро. 2017 г.;  https://books.google.com/books?id=Mbw0DwAAQBAJ&pg=PP1&lpg=PP1&dq=%D0%B8%...   

Subscribe to Comments for "Тенденция удешевления технических систем и продуктов (часть 4)"