Законы развития систем. ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное Петров Владимир
– Закономерности, связанные с изменением ее элементов, структуры и функций.
– Процесс дифференциации и специализации технических систем, их элементов. «Объективные предпосылки к этому коренятся в росте и развитии общественных потребностей, которые вызывают к жизни все новые и новые формы деятельности, а вместе с ними и соответствующие средства труда. Эти процессы обусловлены также внутренней логикой развития техники».94
– Функциональная специализация. Средства труда или сложные технические системы предназначены для обслуживания определенной функции или достаточно общей операции.
– Предметная специализация. Технические устройства или их элементы предназначаются для выполнения узкой операции, имеют ограниченную и жестко закрепленную программу действий.
Интересно отметить также, что понимает Ю. С. Мелещенко под дифференциацией и специализацией. Он пишет: «Характерно также усиление дифференциации и специализации элементов технических устройств и систем. Примером тому служит классическая система машин трехзвенного состава, включающая в себя рабочую машину, передаточный механизм и двигатель. На ступени автоматизации она дополняется таким специализированным элементом, как управляющее устройство»95.
– Процесс усложнения и интеграции техники.
– Движение к автоматизации. «Можно выделить три основных этапа исторически развивающегося взаимодействия, людей и техники в процессе трудовой, целесообразной деятельности: 1) этап использования орудий техники; 2) этап машинной техники; 3) этап автоматизации»96. «Таким образом, закономерным для развития машинной техники является последовательное и все более полное замещение человека в выполнении материальных функций»97. «Автоматизация проходит рад ступеней в своем развитии. Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию»98.
«Мы рассмотрели некоторые внутренние закономерности развития техники. Исследование их существенно не только для изображения общей картины исторического прогресса движения техники, оно дает определенные ориентиры для будущего, для прогнозирования технического прогресса»99
– Внешние закономерности развития техники. Эти законы достаточно туманно изложены. Передаю своими словами.
Вначале излагается закон возрастания потребностей. Затем идет сравнение капиталистического и социалистического способа ведения хозяйства.
Следует обратить внимание на сформулированные Ю. С. Мелещенко группы критериев технического прогресса100.
Группы критериев технического прогресса
«Эти принципы вытекают из самой сущности техники, из единства ее природно-социальных моментов»101.
– Критерии субстанционального порядка. Любая техника создается из материалов и основывается на использовании необходимых процессов «…судить о прогрессивности техники можно, учитывая, какие материалы и процессы в ней применяются и на сколько эффективно это осуществляется».
– Критерии структурного порядка. «Технический прогресс – антиэнтропийный процесс, связанный с повышением организации и упорядоченности системы, надежности ее функционирования. Это реализуется за счет дифференциации и специализации, повышения интегративных свойств и рациональности конструкции».
– Функциональные критерии. Максимально возможное соответствие функциям, назначению техники, эффективности выполнения программы, заложенной в технической системе. Это реализуется через показатели, например, производительность, точность, скорость выполняемых операций. Информационный критерий характеризует степень саморегуляции, совершенство процессов управления.102
– Технологические и эксплуатационные критерии. Технологические критерии характеризуют процесс изготовления техники (трудоемкость, которая должна быть наименьшей; выход годной продукции, которая должна быть наибольшей, сложность сборки, которая должна быть наименьшими и т. д.). Эксплуатационные показатели связаны с надежностью и долговечностью работы техники, ее ремонтоспособностью, дешевизной и простотой обслуживания и т. д.
– Экономические критерии. Стоимость техники, стоимость единицы продукции, окупаемость, обеспечиваемый рост производительности труда и т. д.
– Социальные критерии. Эстетические, нравственные, влияние технической среды на человека и общество103.
Ю. С. Мелещенко указал и «…генеральную линию поступательного, восходящего развития всей техники, линию, которая прослеживается на протяжении всей истории этого развития. Ею является последовательная материализация трудовых функций человека в технических устройствах, что связано с движением от орудий техники к машинам и затем к автоматической технике, замещающей не только материальные, но также интеллектуальные трудовые функции человека. Знание этой генеральной линии технического прогресса дает общую перспективу, на основе которой, прежде всего, строится прогнозирование и планирование технического прогресса, научная техническая политика… курс на автоматизацию нельзя рассматривать в отрыве от принципиальных изменений всей системы техники, всех отраслей. Автоматизация является синтезирующим, обобщенным показателем технического развития в современных условиях, общим ориентиром технического прогресса»104.
Опишем систему законов техники, разработанную А. И. Половинкиным105. Он их разделяет на две группы: законы строения технических объектов и законы развития техники.
– Законы строения технических объектов
– Законы симметрии технических объектов.
– Закон двухсторонней симметрии.
– Закон осевой симметрии.
– Закон центральной симметрии.
– Законы корреляции параметров технических объектов.
– Закон гармонического соотношения параметров технического объекта.
– Закон корреляции параметров одного ряда технических объектов.
– Закон гомологических рядов технических объектов.
– Законы соответствия между функцией и структурой технического объекта.
– Законы развития техники
– Законы расширения множества потребностей-функций.
– Закономерности возникновения и сохранения потребностей-функций.
– Систематика потребностей и их иерархия.
– Расширение множества потребностей-функций.
– Закон стадийного развития технических объектов.
– Закон прогрессивной конструктивной эволюции технических объектов. – Закон возрастания разнообразия технических объектов
– Закон возрастания сложности технических объектов.
Закономерности эволюции антропогенных (искусственных) систем описал в своей монографии Е. М. Балашов106. Главное внимание он уделил техническим системам. Приведем основные из рассмотренных закономерностей:
– Сохранение основных функций развивающихся систем.
– Относительное и временное разрешение противоречий в антропогенных системах.
– Повышение функциональной и структурной целостности систем.
– Преемственность функционально-структурной организации многоуровневых систем.
– Адекватность функционально-структурной организации назначению системы.
– Сжатие этапов развития систем. Постепенное сжатие по временной оси диалектической спирали развития является общей закономерностью эволюции систем107.
Кроме того, Е. М. Балашов рассматривает:
– Принцип многофункциональности108.
– Методологию эволюционного синтеза систем109.
– Структурный синтез систем110.
Эволюционный синтез систем базируется на закономерностях развития антропогенных систем, используя функционально-структурный подход и создает проблемно-ориентированные системы. При этом используются принцип многофункциональности и структурный синтез систем. «Эволюционный синтез систем позволяет прогнозировать развитие проектируемых систем с позиций эволюции функций и эволюции технологий»111. «Процесс проектирования системы на основе концепции эволюционного синтеза является по существу процессом последовательного формирования и преобразования (трансформации) моделей функционально-структурной организации систем»112.
Принцип многофункциональности113 устанавливающий взаимосвязь изменений функций и структуры многоуровневых систем в процессе развития и определяющий основные тенденции и этапы развития антропогенных систем.
1.5. Работы по законам развития техники в ТРИЗ
1.5.1. Законы развития технических систем, сформулированные Г. С. Альтшуллером
Первая система законов развития техники в ТРИЗ была разработана ее автором Г. С. Альтшуллером в 1956 году. Первоначально она выглядела так114.
– Отдельные элементы машины, механизма, процесса всегда находятся в тесной взаимосвязи.
– Развитие происходит неравномерно: одни элементы обгоняют в своем развитии другие, отстающие.
– Планомерное развитие системы (машины, механизма, процесса) оказывается возможным до тех пор, пока не возникнут и не обострятся противоречия между более совершенными элементами системы и отстающими ее частями.
– Это противоречие является тормозом общего развития всей системы. Устранение возникшего противоречия и есть изобретение.
– Коренное изменение одной части системы вызывает необходимость для функционально обусловленных изменений в других ее частях.
Кроме того, в этой работе, практически был сформулирован закон полноты частей системы. «Между главными составными частями машины – рабочим органом, передаточным механизмом (трансмиссией) и двигателем – имеется определенное соотношение, ибо все эти части находятся в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности. Наличие взаимосвязи между главными составными частями машины приводит к тому, что развитие той или иной части оказывается возможным только до определенного предела – пока не возникнут противоречия между измененной частью машины и оставшимися без изменений другими ее частями». И далее: «Противоречия, возникающие между отдельными частями машины, являются тормозом общего развития, ибо дальнейшее усовершенствование машины невозможно без внесения изменений в соответствующие ее части, без коренного улучшения их свойств».
В следующих работах Г. Альтшуллер описывает отдельные законы. Например, закон увеличения степени идеальности дан в виде понятия идеального конечного результата и следующей формулировки: «Максимум нового эффекта при минимуме затрат на реализацию»115.
В 1963 г. Г. Альтшуллер сформулировал следующие тенденции развития техники116:
– Увеличение параметров каждого единичного агрегата. Например, увеличение скорости самолета или грузоподъемности автомобиля.
– Увеличение удельных характеристик машин и процессов.
– Интенсификация производственных процессов (например, совмещение во времени нескольких этапов)
– «Динамизация» машин: машины с фиксированными характеристиками (вес, объем, форма и т. д.) вытесняются меняющимися в процессе работы машинами; «жесткие» конструкции вытесняются «гибкими». Это заметная тенденция в развитии современной техники – разделение машины на несколько гибко сочлененных секций.
В этой же работе описывается понятие «идеальная машина»117:
«Идеальная машина» — абстрактный эталон, в реальных условиях недостигаемый и отличающийся следующими обстоятельствами:
– Все части идеальной машины все время несут полезную расчетную нагрузку.
– Материал «идеальной машины» работает так, что его свойства используются наилучшим образом, например, металлические части работают только на растяжение, деревянные части – только на сжатие и т. д.
– Для каждой части «идеальной машины» созданы наиболее благоприятные внешние условия (температура, давление, характер движения внешней среды и т. д.).
– Если «идеальная машина» передвигается, то вес, объем и площадь полезного груза совпадают или почти совпадают с весом, объемом и площадью самой машины.
– «Идеальная машина» способна менять назначение (в пределах своей основной функции).
– Межремонтный период частей равен сроку службы всей «идеальной машины».
Сравнивая «идеальную машину» с идеей изобретения, можно судить об уровне, вообще достигнутом в данной отрасли техники, и о качестве найденной идеи.
В середине 70-х годов Г. Альтшуллер разработал другую систему законов, которая была описана в двух работах «Линии жизни» технических систем и «О законах развития технических систем», которые были распространены в школах ТРИЗ118. В дальнейшем они были опубликована в книге «Творчество как точная наука»119 и сборнике Дерзкие формулы творчества120. Законы были разбиты на три группы: статика, кинематика и динамика. Приведем эти законы.
Статика
1. Закон полноты частей системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы являются наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.
Каждая техническая система должна включать четыре основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления121.
Следствие из закона 1:
Чтобы система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой.
2. Закон «энергетической проводимости» системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.
Следствие из закона 2:
Чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.
3. Закон согласования ритмики частей системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.
Кинематика
4. Закон увеличения степени идеальности системы
Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.
5. Закон неравномерности развития частей системы
Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.
6. Закон перехода в надсистему
Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей; при этом дальнейшее развитие идет уже на уровне надсистемы.
Динамика
7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень
Развитие рабочих органов системы идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.
8. Закон увеличения степени вепольности
Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности.122
Позже Г. Альтшуллер ввел закон увеличения степени динамичности, уточнил понятия законов перехода в надсистему и увеличения степени вепольности123, разработал линию увеличения пустотности124.
Закон увеличения степени динамичности Альтшуллер описал так:
«… для каждой системы неизбежен этап „динамизации“ – переход от жесткой, не меняющейся структуры к структуре гибкой, поддающейся управляемому изменению. … „Зрелые“ и „пожилые“ системы тоже динамизируются, что компенсирует увеличение их размеров». … «Вводят шарниры и упругие элементы, применяют пневмо- и гидроконструкции, используют вибрацию, фазовые переходы… Выбор способа динамизации зависит от конкретных обстоятельств, но сама динамизация – универсальный закон, определяющий направление развития всех технических систем, даже таких, которые по самой своей природе, казалось бы, должны оставаться жесткими»125. Практически это развитие тенденции, высказанной Г. Альтшуллером в 1963 г.
Механизмы закона перехода в надсистему126 Генрих Альтшуллер представил в виде перехода МОНО-БИ-ПОЛИ-СВЕРТЫВАНИЕ.
1. Эффективность синтезированных би-систем и поли-систем может быть повышена прежде всего развитием связей элементов в этих системах.
2. Эффективность би- и поли-систем может быть повышена увеличением различия между элементами системы: от однородных элементов к элементам со сдвинутыми характеристиками, а затем – к разнородным элементам и инверсным сочетаниям типа «элемент и анти-элемент».
Закон увеличения степени вепольности был представлен в виде «линия развития вепольных систем: от невеполей к простым веполям, затем к сложным веполям и далее к веполям, форсированным и комплексно форсированным»127.
Линия увеличения пустотности будут описана ниже (см. п. 7.5).
Линия перехода к капиллярно-пористому веществу была изложена в стандарте 2.2.3. Этот переход этот осуществляется по линии: «сплошное вещество – сплошное вещество с одной полостью – сплошное вещество со многими полостями (перфорированное вещество) – капиллярно-пористое вещество – капиллярно-пористое вещество с определенной структурой (и размерами) пор». По мере развития этой линии увеличивается возможность размещения в полостях-порах жидкого вещества и использования физических эффектов.
1.5.2. Законы развития технических систем, сформулированные другими авторами
Законы формулировались и усовершенствовались и другими авторами. Отметим некоторые из работ.
– Закон увеличения степени идеальности: В. Петров128, Ю. Саламатов и И. Кондраков129, Э. Каган130, В. Фей131, В. Митрофанов132, Г. Иванов133, А. Любомирский134.
– Закон увеличения степени динамичности – И. Кондраков135.
Подзаконы динамичности:
а) увеличения пустотности — Г. Альтшуллер и И. Верткин136;
б) увеличение степени дробления – В. Петров137;
в) цепочка развития капиллярно-пористых материалов (КПМ)
Г. Альтшуллер138, И. Рябкин139, Ю. Саламатов140, В. Петров141.
– Закон сквозного прохода энергии – Г. Иванов142.
– Закон согласования технических систем разрабатывали: С. Литвин143, Б. Злотин и А. Зусман144, В. Петров и Э. Злотина145.
– Модификацию закона перехода в надсистему осуществили:
С. Литвин и В. Герасимов146, Г. Френклах и Г. Езерский147, А. Пиняев148.
– Закон увеличения степени вепольности – В. Петров149.
– Закон идеальности механизмов свертывания: С. Литвин и
В. Герасимов150, В. Дубров151.
– Закономерность точка – линия – объем В. Петров152, А. Любомирский153.
– Системный анализ, системные исследования, теория систем – В. Петров154, А. А. Быстрицкий155.
– Использование законов при проведении ФСА – С. Литвин и
В. Герасимов156.
С 1965 г. В. Петров изучал и использовал на практике теорию автоматического управления и кибернетику, а с 1968 г. – теорию систем, системные исследования, системный анализ и системный подход. Исследования в основном проводились с целью создания новых систем автоматического управления и контроля для различных объектов157.
Исследования развития техники автор начал в 1972 г. с анализа работ в этой области158.
Указанные и другие работы послужили фундаментом для разработки законов развития технических систем. Эти исследования автор ведет с 1973 года. Первоначально была сделана попытка перенести законы диалектики (единство и борьбы противоположностей, перехода количественных изменений в качественные и отрицания отрицания)159 на развитие техники.
В 1973 году по аналогии с приемами разрешения технических противоречий, разработанных Г. С. Альтшуллером160, автор решил разработать несколько тенденций: дробление (прием 1. Принцип дробление), управление весом (прием 8. Принцип антивеса) и переход от точки к линии, плоскости и объему (прием 17. Принцип перехода в другое измерение и прием 7. Принцип «Матрешки»). Эти работы обсуждались с Г. Альтшуллером.
Первоначально тенденцию дробления автор описал как переход от монолитного твердого объекта к гибкому, затем к раздробленному объекту вплоть до порошка, далее к гелю, жидкости, газу и к полю161.
Цепочку управления весом (позже автор назвал ее «гравиполи») первоначально автор представил в виде: использование силы Архимеда в газе и жидкости, крыло и набегающий поток, магнитное и электрическое поля162.
Переход от точки к линии, плоскости и объему первоначально автор описал так: переход от точки к линии в плоскости, линии в пространстве, плоскости, использование обратной стороны плоскости, лента Мебиуса, переход к объему, использование внутреннего объема (принцип матрешки)163.
В этот период наиболее сильные теоретические работы по законам развития технических систем, кроме Г. Альтшуллера, были сделаны Б. Голдовским164, который рассмотрел понятия и механизмы по узловому компоненту, противоречиям и оператору отрицания и ввел понятие главной полезной функции системы (ГПФ).
Одной из первых разработок В. Петрова в ТРИЗ была цепочка дробления165, которая описывала постепенный переход (замену) исполнительного органа (теперь он называется рабочим органом) от монолитного твердого вещества к гибкому (эластичному) объекту, к разделению объекта на отдельные части, связанные между собой связями, которые меняются от жестких к гибким и исчезают совсем, не связанные части или связанные с помощью какого-либо поля, например, магнитного, части постепенно измельчаются, превращаясь в мелкодисперсный порошок – порошкообразный объект, постепенно переходя к гелю – пастообразному веществу, затем изменяется степень вязкости вещества до получения жидкости, далее изменяется степень связанности жидкости, используя более легкие и летучие жидкости и аэрозоли, содержание газа в аэрозоле увеличивается, и таким образом происходит переход к газу, постепенно используя все более легкий газ и изменяя степень разряжения вплоть до образования вакуума, вакуум делают все более глубоким, последний переход к полю, в частности используется плазма. Эта цепочка совершенствовалась и к середине 70-х она имела вид, используемый автором и сегодня166. В начале 80-х к этой цепочке автор присоединил цепочку капиллярно-пористых материалов.
В 1979 г. Б. Злотин написал работу «анализ процессов»167, где он описал закономерности развития процессов и механизмы его исполнения.
Детальнее опишем историю формулировки закона согласования.
Впервые закон согласования был сформулирован Г. Альтшуллером в начале 70-х годов в виде закона согласования ритмики частей системы168. Этот закон является частным случаем закона согласования, который был сформулирован позже.
Наибольший вклад в развитие этого закона (насколько это известно автору) внесли представители Ленинградской школы ТРИЗ. Основные идеи этого закона были предложены Б. Злотиным, Э. Злотиной, С. Литвиным и В. Петровым в 1975—1980 гг. Этот закон и многие другие направления ТРИЗ неоднократно обсуждались в этом коллективе. Были выработаны общие подходы, например, что понятие этого закона должно быть значительно расширено, но, тем не менее, каждый имел и свой взгляд на этот закон.
Например, понятие «согласование-рассогласование» предложила Э. Злотина. Первоначально эта закономерность разрабатывалась совместно Б. Злотиным и Э. Злотиной, а в дальнейшем Б. Злотиным и А. Зусман.
С. Литвин рассматривал четыре вида согласования169.
1. Компонентное согласование материалов, веществ.
2. Структурное – согласование размеров, форм, структуры.
3. Параметрическое – согласование основных параметров технических систем: температур, весов, давлений, плотностей, электрических сопротивлений и т. д.
4. Функциональное – согласование основных функций.
Кроме того, С. Литвин рассматривает:
1. Согласование подсистем одной ТС.
2. Согласование ТС и внешней среды.
3. Согласование изделия и инструмента.
4. Согласование инструментов между собой.
5. Согласование изделий между собой.
Б. Злотин рассматривает различные виды согласования-рассогласования170 (разбивка по пунктам и группировка осуществлена В. Петровым).
1. Согласование—рассогласование параметров.
1.1. Прямое и обратное.
1.2. Однородное и неоднородное.
1.3. Внутреннее и внешнее.
2. Согласование—рассогласование систем:
2.1. Непосредственное.
2.2. Условное.
3. Согласование—рассогласование материалов.
4. Согласование—рассогласование форм и размеров.
5. Согласование—рассогласование ритмики работы.
6. Согласование—рассогласование структуры.
7. Согласование—рассогласование потоков в системах.
8. Согласование—рассогласование живучести системы.
Кроме того, Б. Злотин рассматривает линии развития ТС по согласованию-рассогласованию:
1. Несогласованная система Согласованная система Рассогласованная система Система с динамическим согласованием-рассогласованием.
2. Виды согласования:
Несогласованная система Система с принудительным согласованием Система с буферным согласованием Система со свернутым согласованием.
3. Согласование ритмики рабочих движений при обработке:
Несовместимость транспортного и технологического движений Совместимость транспортного и технологического движений с согласованием скоростей Совместимость транспортного и технологического движений с рассогласованием скоростей Независимость технологии от транспортного движения.
Закон согласования, сформулированный В. Петровым в 1975—1978171, имеет следующую структуру:
1. Согласование может быть:
1.1. Статическое.
1.2. Динамическое.
– Согласование проводится по уровням:
2.1. Потребностей.
2.2. Функций.
2.3. Систем.
– Виды согласования:
3.1. Во времени.
3.2. В пространстве.
3.3. В структуре.
3.4. По условиям.
3.5. Параметров.
К согласованию во времени, в частности относится согласование процессов и потоков.
Согласование потребностей может проводиться:
– по самим потребностям (согласование потребностей между собой);
– по параметрам;
– по структуре;
– по условиям;
– в пространстве;
– во времени.
В частности, может быть динамическое согласование.
Под согласованием потребностей понимается и их специальное рассогласование (максимальное увеличение разницы между потребностями).
Согласование функций может осуществляться:
Читать бесплатно другие книги:
