Законы развития систем. ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное Петров Владимир
– Синтаксический (грамматический) анализ. Последовательность лексем преобразуется в дерево разбора.
– Семантический анализ. Дерево разбора обрабатывается с целью установления его семантики (смысла) – например, привязка идентификаторов к их декларациям, типам, проверка совместимости, определение типов выражений и т. д. Результат обычно называется «промежуточным представлением/кодом», и может быть дополненным деревом разбора, новым деревом, абстрактным набором команд или чем-то еще, удобным для дальнейшей обработки.
– Оптимизация. Выполняется удаление излишних конструкций и упрощение кода с сохранением его смысла. Оптимизация может быть на разных уровнях и этапах – например, над промежуточным кодом или над конечным машинным кодом.
– Генерация кода. Из промежуточного представления порождается код на целевом языке. В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть разделены или, наоборот, совмещены в том или ином виде.
Каждый из этих этапов имеет свою программу, работающую по определенному алгоритму —процессу.
Продолжим рассматривать понятие функции.
Функции можно классифицировать:
– по полезности;
– степени их выполнения.
Опишем классификацию функций:
– по полезности:
– полезные;
– бесполезные;
– вредные.
– по степени выполнения полезных функций:
– достаточные;
– избыточные;
– недостаточные.
Полезная функция – функция, обеспечивающая работоспособность системы.
Бесполезная функция – функция, не обеспечивающая работоспособность системы. Иногда такие функции называют лишними.
Вредная функция – функция, создающая нежелательный эффект.
Достаточная функция – функция, создающая необходимое (достаточное) действие.
Избыточная функция – функция, создающая избыточное действие.
Недостаточная функция – функция, создающая недостаточное действие.
Следует отметить, что избыток и недостаток полезной функции следует рассматривать как вредную функцию.
Пример 1.16. Холодильник
Функция холодильника – это охлаждать продукт, например, мясо.
Бесполезная функция для потребителя – нагрев задней части холодильника, но она необходима для принципа действия холодильника. Потребителю этот нагрев не нужен.
Вредная функция холодильника – шум компрессора.
Достаточная функция холодильника – нормальное охлаждение до заданной температуры.
Избыточная функция холодильника – избыточное охлаждение (переохлаждение) – ниже требуемой температуры.
Недостаточная функция холодильника – недостаточное охлаждение – выше требуемой температуры.
Пример 1.17. Газовая плита
Функция газовой плиты – греть объект, например, воду или мясо.
Бесполезная функция газовой плиты – нагрев окружающей среды (лишний расход тепла).
Вредная функция газовой плиты – утечка газа.
Достаточная функция газовой плиты – нормальный нагрев объекта до заданной температуры.
Избыточная функция газовой плиты – избыточный нагрев объекта, например, вода выкипела, мясо сгорело.
Недостаточная функция газовой плиты – слабый огонь, например, недостаточный для закипания воды.
Пример 1.18. Компьютер.
Функция компьютера – это обрабатывать информацию.
Бесполезная функция – это затраты энергии, когда на компьютере на работают, а он включен. Компьютер должен работать только тогда, когда вводится, перерабатывается и выводится информация. Во все остальное время компьютер зря расходует энергию.
Вредные функции компьютера – это электромагнитное излучение от компьютера и Wi-Fi, шум от вентилятора.
Достаточная функция компьютера – это, его нормальная работа.
Недостаточная функция компьютера – это, когда происходит долгая обработка информации, например, при скачивании информации из Интернета.
Пример 1.19. Телефон
Функция телефона – передавать звуковой сигнал, например, речь.
Бесполезная функция – телефон включен, но по нему не говорят. Телефон должен работать только тогда, когда передается сигнал. Во все остальное время телефон зря расходует энергию. В любые перерывы сигнала телефон должен отключаться и включаться с появлением сигнала.
Вредная функция – электромагнитное излучение, возникающее при разговоре по мобильному телефону. Оно вредно воздействует на окружающую аппаратуру, поэтому в самолетах и в больницах не разрешается разговаривать по мобильному телефону. Антенны ретрансляторов мобильной связи вредно воздействуют на окружающих.
Достаточная функция телефона – телефон работает нормально.
Избыточная функция телефона – звук передается слишком сильно, он искажается.
Недостаточная функция телефона – звук плохо слышен.
Пример 1.20. Автомобиль
Функция автомобиля – перевозить людей.
Бесполезная функция автомобиля – затраты энергии, когда автомобиль стоит, а двигатель работает, например, на светофоре.
Вредные функции автомобиля – выбрасывание в атмосферу выхлопных газов, загрязняющих окружающую среду.
Достаточная функция – нормальная работа автомобиля.
Избыточная функция – автомобиль рассчитан на скорость движения значительно превышающую допустимую скорость.
Недостаточная функция – автомобиль не можем выбраться из заноса снега, грязи или преодолеть очень крутой подъем.
Иерархия функций:
– главная функция – функция высшего ранга (условно назовем этот ранг «0»);
– основная функция – функция следующего ранга (1-го ранга), обеспечивающая выполнение главной функции;
– вспомогательная функция – функция 2-го ранга, обеспечивающая выполнение основной функции.
Главная функция
Пример 1.21. Телефон
Главная функция телефона – передавать звук, в частности голос. Это полезная функция.
Пример 1.22. Автомобиль
Главная функция транспортных систем – перемещать объект на определенное расстояние. Это полезная функция. В зависимости от среды перемещения меняется его структура. Автомобиль движется по дороге.
Основная функция
Пример 1.23. Телефон
Основная функция телефона – преобразовать звук в электрический сигнал, и обратная функция – преобразовать электрический сигнал в звук. Это полезная функция.
Пример 1.24. Автомобиль
Основная функция автомобиля – вращение колес. Это полезная функция.
Вспомогательная функция
Пример 1.25. Телефон
Вспомогательная функция телефона – обеспечить электроэнергией микрофон (наушник). Это полезная функция.
Пример 1.26. Автомобиль
Вспомогательная функция автомобиля – обеспечить двигатель энергией. Это полезная функция.
Вредная, недостаточная, избыточная функции
Пример 1.27. Телефон
Генерирование шумов – вредная функция.
Плохая слышимость – недостаточная функция.
Слишком громкий звук – избыточная функция.
Пример 1.28. Автомобиль
Выделение углекислого газа – вредная функция.
Невозможность проехать по пересеченной местности – недостаточная функция.
Возможность ехать с очень большой скоростью – избыточная функция, часто превращающаяся во вредную функцию – столкновение (аварии на дорогах).
Принцип действия – это способ выполнения главной функции системы.
Структура (от лат. Structra – «строение») – это внутреннее устройство системы. Она создается элементами и связями между ними.
Связи могут быть внутренние и внешние.
Внутренние связи – связи между элементами системы (подсистемами).
Внешние связи – связи системы с надсистемой и окружающей средой и обратное воздействие окружающей среды и надсистемы на систему. Одна из надсистем – это объект, для которого предназначена система. Эта связь обеспечивает главную функцию системы.
Элементы и связи могут быть:
– вещественные;
– энергетические;
– информационные.
Внутренние связи
Пример 1.29. Телефон
Корпус телефона обеспечивает внутренние связи. Он обеспечивает вещественные (механические) связи отдельных элементов телефона. Проводами обеспечиваются энергетические и информационные связи.
Пример 1.30. Автомобиль
Корпус автомобиля обеспечивает внутренние вещественные связи. Трубопроводы и провода обеспечивают энергетические связи. Информационные связи обеспечиваются проводами от системы управления и к ней или бесконтактно, например, открывание дверей.
Внешние связи
Пример 1.31. Телефон
Внешние связи у телефона осуществляются по проводам или бесконтактно у радиотелефона и у мобильных телефонов.
Пример 1.32. Автомобиль
Внешняя связь у автомобиля – например, трение шин автопокрышек о дорогу.
Работа системы осуществляется вследствие прохождения потоков:
– вещества.
– энергии.
– информации.
Потоки вещества могут быть:
– твердые;
– жидкие;
– газообразные;
– смешанные.
В свою очередь твердые потоки могут быть:
– монолитными;
– в виде отдельных частиц (порошока).
Потоки вещества
Пример 1.33. Поток автомобилей
Поток твердого монолитного вещества.
Пример 1.34. Поток масла
Поток жидкого вещества.
Пример 1.35. Поток сжатого газа, например, для автоматической подкачки шин.
Поток газа.
Потоки энергии
Пример 1.36. Телефон
Поток электроэнергии по проводам.
Пример 1.37. Автомобиль
Поток жидкого топлива. Это же и поток вещества в жидком состоянии.
Поток электроэнергии по проводам.
Потоки информации
Пример 1.38. Телефон
Поток электрических и звуковых сигналов.
Пример 1.39. Автомобиль
Поток сигналов управления и сигналов от датчиков.
1.4. Работы по законам развития техники
На основе изучения истории техники К. Маркс сформулировал некоторые законы развития техники60:
– Закон возникновения и возрастания потребностей.
– Закон ускоренного развития средств производства.
– Закон непрерывного развития новых видов промышленности.
Различные ученые описывали требования к разработке техники и технических наук. Делались попытки классификации законов и закономерностей техники. К ним относятся работы Дж. Бернала61, Д. Киллефера62, Я. Клаучо и Е. Дуды, Л. Тондла63, И. Мюллера, Д. Тейхмана64, К. Тессмана65, Л. Штирибинга66, Б. М. Кедрова67, О. Д. Симоненко68, В. М. Розина69.
Рассмотрим более детально некоторые из них.
Философ В. П. Рожин выделял два вида законов развития любых систем70:
– Законы структуры и функционирования систем.
– Законы развития ситем.
А. С. Мамзин и В. П. Рожин отмечали: «Различие законов функционирования и законов развития объектов материальной действительности связано с тем, что в первом случае мы имеем дело с такого рода законами, которые характеризуют внутреннюю связь элементов системы и выступают как важное условие сохранения целостности и ненарушимости материальной структуры объекта в процессе непрерывных изменений. Во втором случае мы имеем дело с законами, характеризующими определенную последовательность, ритм, темп и т. п. в переработке самих материальных структур, связь между различными состояниями системных объектов»71.
Таким образом, можно сказать, что первая группа законов нужна для построения системы и ее системного функционирования, а вторая – определяет, как будет развиваться система. На наш взгляд, это наиболее правильное представление.
Рассмотрим и другие классификации.
В работе Я. Клаучо и Е. Дуды «Феномен техники» выделены четыре группы законов: классификационные, отношения, причинные и диалектические72. Они рассматривают технику как единую систему.
И. Мюллер выделяет три группы законов73:
– Структуры и развития техники, как определенного целого.
– Структуры развивающих процессов, составляющих основу инженерной деятельности (конструкторской, технологической и т. д.).
– Специфические законы (отличающиеся от группы 1), образующие основу технических систем.
М. Корах74 сформулировал, по его мнению, четыре фундаментальных закона:
– Закон стоимостной переменной.
– Закон большого числа переменных.
– Закон шкального эффекта.
– Закон автоматизации.
Наиболее детально характеристику технического объекта дал В. В. Чешев75. Он пишет «…технический объект представляют в виде определенной совокупности элементов, в виде определенной вещественной структуры. …он представляет собой особую „целесообразную форму“ проявления некоторого закона природы и должен описываться со стороны технических свойств, проявляемых им при практическом использовании в производственной (или какой-либо другой) сфере деятельности, а также должен быть описан со стороны своего внутреннего содержания как процесс, определяемый законом природы. Описывая техническое устройство совокупностью технических и естественных свойств, мы получаем обобщенное представление о техническом объекте».
В. В. Чешев выделяет две основные группы понятий:
– отражающие структуру технического объекта;
– описывающие функционирование технического объекта в качестве средства целесообразной деятельности.
В первой группе выделены понятия. Наиболее общее среди них «принцип действия», к которому В. В. Чешев относит:
– «Обобщенная характеристика формы проявления закона природы, так как указываются основные факторы, обусловливающие протекание процесса.
– В «принципе действия» содержится указание на закон природы, определяющий ход процесса и его особенности…
– «Принцип действия» обобщенно характеризует структуру технического объекта, так как если указаны основные факторы процесса, их роль, то тем самым дается указание на основные структурные единицы объекта, к которым в дальнейшем можно поставить конкретные требования».
Имеются работы, описывающие отдельные принципы построения техники, например:
– Системность76 частично описана В. И. Свидерским: «Говоря об элементах, мы должны подразумевать под ними не просто дробные части данного целого, а лишь такие из них, которые, вступая в определенную систему отношений, непосредственно создают данное целое». Под элементами он понимает: «в самом общем значении под элементами следует понимать любые явления, процессы, образующие в своей совокупности данное явление, данный процесс»77.
– Принцип агрегатирования и унификации описали Х. Габель и С. А. Майоров. Х. Габель78 описывает принцип агрегатирования и унификации применительно к станкам и автоматическим линиям. Станки собираются из унифицированных блоков, а линии из агрегатных станков. С. А. Майоров рассматривает этот принцип применительно к цифровым управляющим машинам (сегодня более привычен термин компьютер). Он пишет: «В связи с непрерывно увеличивающейся потребностью в цифровых управляющих машинах назрела необходимость в более эффективной разработке прогрессивных принципов проектирования ЦУМ на основе простейших унифицированных функциональных узлов и блоков, позволяющих механизировать и автоматизировать основные производственные процессы производства этих узлов, повысить надежность и сократить сроки разработки и освоения новых, более совершенных управляющих машин»79.
– Закон растущей дифференциации техники предложен немецким ученым О. Киенцле80.
Систематизацией техники достаточно много занимались немецкие ученые. В 30-х годах этим занимался В. Бишоф. Затем эти работы продолжил Ф. Ханзен. Он назвал их «систематика конструирования». Он выявил закономерности, связанные со структурно-функциональным представлением техники81.
Ю. С. Мелещенко глубоко и обстоятельно исследовал развитие техники, технических и естественных наук. В своей работе он дал глубокий анализ: концепций, понятий, определений и классификации техники; системы связи техники с другими общественными явлениями; развития техники, и научно-технических революций. Это наиболее фундаментальный труд того времени по закономерностям развития техники82.
В результате этого анализа Ю. С. Мелещенко вывел некоторые закономерности развития техники. Так же, как и В. В. Чешев он выделил две основные и наиболее крупные группы законов и закономерностей:
– Законы структуры и функционирования техники.
– Законы развития техники.
Кроме того, Ю. С. Мелещенко выделяет две крупные групп закономерностей развития техники83:
– Внутренние закономерности развития техники (система самой техники).
– Внешние закономерности развития техники. Закономерности развития техники, складывающиеся в результате ее взаимодействия с другими общественными явлениями (система общества в целом).
Изложение закономерностей развития техники, разработанных Ю. С. Мелещенко дается в кратком, несколько упрощенном, но более структурированном, иерархическом и более наглядном, по мнению автора, виде. Формулировки законов оставлены в оригинальном виде. Выделение текста сделано автором.
Внутренние закономерности имеют две подгруппы:
а) закономерности, характеризующие сдвиги в субстанциональной стороне техники;
б) закономерности, связанные с изменением ее элементов, структуры и функций.
Рассмотрим подробнее структуру закономерностей развития техники по Ю. С. Мелещенко.
– Внутренние закономерности развития техники (система самой техники).
– Закономерности, характеризующие сдвиги в субстанциональной стороне техники84;
– Изменения в применении материалов.
– Расширение ассортимента природных материалов, применяемых в технике85.
– Вовлечение материалов природы в сферу технического использования86.
– «Поиск и создание новых материалов сочетается с постоянным совершенствованием имеющихся материалов, выявлением и использованием их новых свойств. Этот процесс, имеющий закономерный характер, пронизывает всю историю техники»87.
– Растущая целенаправленность в применении материалов, из которых создана техника88.
– Подбор материалов, которые по своим свойствам наиболее соответствуют структуре и функциям технических устройств.
– Рациональное использование материалов в количественном отношении. Изменение показателей (обычно в сторону уменьшения) по мере совершенствования техники. Например, уменьшение удельного веса, коэффициента компоновки, показателя относительного веса конструкции и др.
– Закономерности, связанные с изменениями в использовании процессов природы. Большую часть этой группы образуют закономерности, которые выражают сдвиги в энергетических и других процессах, используемых в технике89.
– Последовательное овладение все более сложными формами движения материи, их техническое использование, расширение спектра процессов, применяемых в технике (использование физических, химических и биологических процессов)90.
– Использование все более глубоких и мощных источников энергии. От использования мускульной энергии человека и животных, к использованию энергии движения воды и воздуха, тепловой энергии (паровой двигатель, двигатель внутреннего сгорания), электроэнергии, атомной энергии91.
– Растущая интенсивность применяемых процессов. Например, давления, температуры, скорости, напряжения, скорости и интенсивности применяемых процессов, увеличение скорости и количества принимаемой и перерабатываемой информации и т. д.92
– Постоянное возрастание степени целенаправленности используемых энергетических и других процессов. «Смысл и назначение техники и состоит в том, чтобы не просто осуществить какой-то процесс, а максимально направить его в нужную сторону, сделать его наиболее полезным и рациональным»93. Это осуществляется двумя путями:
– Усовершенствование выбранного принципа действия
– Переход к принципиально новой технике.
Читать бесплатно другие книги:
