4. Линия введения и развития полей взаимодействия;
5. Линия дробления и динамизации;
6. Линия согласования-рассогласования;
7. Линия развития систем в соответствии с S-образными кривыми;
8. Линии и тенденции развития программного обеспечения.
В 2015 г. М. Рубин предложил новую систему законов203.
1. Закон развития систем в направлении повышения уровня и эффективности захвата ресурсов.
2. Закон повышения системных связей и разнообразия полей взаимодействия и механизмов захвата в процессе эволюции систем.
3. Закон зависимости развития систем от доступных ресурсов.
4. Закон перехода от ресурсных к самоорганизующимся и к функциональным системам.
5. Закон перехода к формированию надсистемам (объединениям) и образованию или развитию подсистем.
6. Закон изменения внешней и внутренней среды системы при ее развитии;
7. Закон стремления к идеальным функциональным системам.
8. Закон сохранения структурной целостности и функциональной полноты систем.
9. Закон стремления систем к повышению степени их независимости от внешней среды.
10. Закон развития механизмов захвата от жестких к гибким, от постоянных к управляемым.
11. Закон развития через возникновение и разрешение противоречий требований.
12. Закон принципов разрешения противоречий при развитии систем в пространстве, во времени, системными переходами и в отношениях.
Велись работы по выявлению закономерностей развития нетехнических систем разными авторами:
– развитие научных систем – Г. Альтшуллер204, В. Митрофанов205, И. Кондраков206, В. Цуриков207, Г. Головченко208, Г. Иванов209, Б. Злотин и – А. Зусман210;
– развитие биологических систем описали – В. Петров211,
И. Захаров212, – В. Тимохов213;
– развитие окружающей среды (создание бесприродного технического мира – БТМ) – Г. Альтшуллер, М. Рубин214;
– развитие художественных систем – Ю. Мурашковский и
И. Мурашковска215, Р. Флореску216;
– развитие литературы (сказки) – А. Нестеренко217, (пословицы) С. Перницкий218, (анатомия сюжета) А. Молдавер219;
– развитие музыкальных форм – Э. Злотина220;
– развитие творческой личности – Г. Альтшуллер и И. Верткин221;
– развитие творческого коллектива – Б. Злотин, А. Зусман, Л. Каплан222;
– многоуровневневое непрерывное креативное образование – М. Зиновкана223;
– развитие педагогики – А. Нестеренко, В. Бухвалов224, А. Гин225;
– развитие фокусов – В. Л. Уральская и С. Литвин226;
– развитие журналистики227 и рекламы – И. Викентьев228;
– закономерности развития менеджмента и предвыборной борьбы – С. Фаер229;
– диалектика – В. Петров230, А. Лимаренко231.
Проблемами прогнозирования с использованием ТРИЗ занимались Г. Альтшуллер232, Б. Злотин и А. Зусман233, С. Литвин и
В. Герасимов, М. Рубин234, В. Петров и Э. Злотина235, И. Захаров236,
Н. Шпаковский237.
До настоящего времени, на наш взгляд, еще не сложилось единого представления о законах развития технических систем. Все эти работы описывают общие и различные моменты. Имеется несколько систем, описывающих законы развития технических систем. Наиболее удачные из них, на наш взгляд – это системы Г. Альтшуллера,
Б. Злотина и А. Зусман, С. Литвина и А. Любомирского, Ю. Саламатова, В. Петрова.
Новым шагом в развитии ТРИЗ как науки стал Саммит разработчиков ТРИЗ. В 2006 году он проводился по теме «Законы развития технических систем»238.
Определенный вклад в развитие законов внесли следующие авторы: В. Герасимов и Л. Кожевникова239 Б. Злотин и А. Зусман240, А. Кудрявцев241, С. Литвин и М. Гершман242, А. Любомирский243, Ю. Мурашковский244, В. Петров245, А. Пиняев246, М. Рубин247, Б. Чернов248, П. Чуксин249, Н. Шпаковский250.
В этом разделе не ставилась задача провести глубокий аналитический обзор работ по законам развития технических систем. Наверняка упущены какие-то работы и отдельные авторы, поэтому приносим им свои извинения.
Постулат о том, что любая система, в том числе и техническая, развивается по законам, был описан еще в работах Гегеля.
Первые законы развития техники были сформулированы еще в XIX веке, а первые классы законов развития систем в конце 40-х – начале 60-х гг. XX века.
Первую систему законов развития технических систем разработал
Г. С. Альтшуллер.
В настоящее время еще не сложилась единая система законов развития техники и любых других систем.
Данный материал предназначен в первую очередь для людей, занимающихся исследованиями в области законов развития систем, и разработчиков новой техники, для прогнозирования развития технических систем. Этот материал может быть полезен, слушателем, изучающим теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ).
Будущим исследователям законов развития систем предстоит серьезно проанализировать все имеющиеся материалы. Данная работа поможет им увидеть некоторые источники. Кроме того, необходимы исследования по развитию различных систем, прежде всего, самых древних. К ним в первую очередь относятся биологические системы. Может быть, следует даже исследовать еще более древние системы образования звезд, планет, галактик и космической системы в целом. Должны быть исследованы различные виды культур, языки, религии, музыка, литература, искусства и т. д. Не менее интересно исследовать стремительно развивающиеся сегодня системы высоких технологий. Здесь тоже имеются свои закономерности. Особенно это касается микроэлектроники, компьютеров, информационных технологий и программирования, где наверняка имеются закономерности, которые еще не выявлены.
Только тогда можно понять сущность вещей, когда знаешь их происхождение и развитие.
Гераклит Эфесский(544—483 гг. до н. э.)древнегреческий философ
Содержание
2.1. Введение
2.2. Системность
2.3. Структура законов развития технических систем
Развитие любых объектов материального мира, природы, различных областей знаний, деятельности и мышления происходит по своим определенным законам.
Законы носят объективный характер, выражая реальные отношения вещей, а также их отражение в сознании.
Законы развития систем могут быть:
– всеобщие – это универсальные законы, справедливые для любой системы независимо от ее природы, вследствие единства материального мира. Самые общие из них – законы диалектики и закон S-образного развития;
– общие, присущие для достаточно широкого класса систем, например, искусственных систем;
– специальные, характерные для конкретного класса систем, например, технических систем.
Структура законов развития представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структура законов развития
Наиболее общие из законов диалектики следующие:
– закон перехода количественных изменений в качественные;
– закон единства и борьбы противоположностей;
– закон отрицания отрицания;
Всеобщие законы развития систем будут изложены в главе 3.
Законы развития потребностей определяют тенденции их изменения. Это необходимо для определения функций и систем, с помощью которых можно удовлетворить возрастающие потребности. Эти законы могут использоваться для прогнозирования новых потребностей. Они будут рассмотрены в главе 4.
Законы развития потребностей включают:
– закон идеализации потребностей;
– закон динамизации потребностей;
– закон согласования потребностей;
– закон объединения потребностей;
– закон специализации потребностей.
Идеализация потребностей проводится путем их динамизации, объединения или специализации и последующего согласования (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Структура законов развития потребностей
Законы изменения функций описывают тенденции их изменения. Они связаны с закономерностями развития потребностей, но имеют и свою специфику, например, переход систем к поли-функциональности (многофункциональности – универсальности) или, наоборот, к моно-функциональности (одно-функциональности – специализации). Эти законы будут изложены в главе 5.
Законы изменения функций включат:
– закон идеализации функций;
– закон динамизации функций;
– закон согласования функций;
– закон перехода к моно- или полифункциональности.
Идеализация функций осуществляется их динамизацией и переходом к моно- или полифункциональности и последующим согласованием (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Структура законов изменения функций
Техника развивается в тесном взаимодействии с общественным развитием и экосферой, вследствие чего наблюдаются значительное проникновение и обогащение законов развития общества, природы и техники. Например, развитие техники во многом зависит от потребностей общества и влияет на развитие природы.
В общем виде законы развития искусственных систем должны иметь уровни потребностей, функций и систем251. В качестве систем мы будем рассматривать технические системы, поэтому будем говорить о законах развития технических систем. Схематично это изображено на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Схема уровней развития искусственных систем
Законы развития технических систем определяют критерии построения и развития технических систем. Эти законы будут изложены в главах 6 и 7.
Общее направление развития технических систем идет в сторону увеличения степени системности.
Понятие системности вытекает из системного подхода.
Системность – это свойство, заключающееся в согласовании всех взаимодействующих объектов, включая окружающую среду.
Такое взаимодействие должно быть полностью сбалансировано.
Объект будет выполнен системным тогда и только тогда, когда он отвечает следующим системным требованиям.
– Система должна отвечать своему предназначению.
– Система должна быть жизнеспособной.
– Система не должна отрицательно влиять на расположенные рядом объекты и окружающую среду.
– При построении системы необходимо учитывать закономерности ее развития.
Системные требования представляют собой составляющие закона увеличения степени системности.
Рис. 2.5. Структура системности
Предназначение системы описывается главной функцией системы, удовлетворяя определенную потребность.
Жизнеспособность технической системы определяется ее работоспособностью и конкурентоспособностью.
Система будут жизнеспособна, если она работоспособна и конкурентоспособна.
Работоспособность — это способность выполнять заданную функцию с параметрами, установленными техническими требованиями, в течение расчетного срока службы252.
Другими словами, работоспособность – это качественное функционирование системы, т. е. качественное выполнение главной функции системы.
К параметрам работоспособности помимо качественного функционирования системы (в том числе надежности и долговечности) можно также отнести эргономические параметры (характеризуют соответствие товара свойствам человеческого организма).
Работоспособность определяется наличием необходимых элементов с требуемым качеством, наличием и качеством необходимых связей между элементами, организацией необходимых потоков с требуемым качеством.
Конкурентоспособность товара – способность продукции быть привлекательной по сравнению с другими изделиями аналогичного вида и назначения, благодаря лучшему соответствию своих качественных и стоимостных характеристик к требованиям данного рынка и потребительским оценкам253.
Конкурентоспособность конкретной системы определяется по сравнению с конкурирующей системой. Конкуренция зависит:
– от количества и качества выполняемых функций;
– стоимости данной системы;
– своевременности ее появления на рынке.
Помимо технических функций следует учитывать также эстетические и психологические.
Один из основных эстетических параметров – это дизайн продукта и упаковки, включая и цветовую гамму.
К психологическим параметрамследует отнести престижность привлекательность, доступность и т. п.
Теперь можно представить более детальную схему структуры системности (рис. 2.6), которая является структурой закона увеличения степени системности.
Рис. 2.6. Структура закона повышения степени системности
Система работоспособна, когда она выполняет главную функцию системы.
Работоспособная система отвечает ее предназначению и имеет определенную структуру.
Структура системы должна выполнять главную, все основные и вспомогательные функции, представляя собой совокупность взаимосвязанных элементов и связей.
Работоспособность зависит не только от структуры системы, но и от свободного прохода необходимых внутренних и внешних потоков.
Потоки могут быть:
– вещественные;
– полевые;
– информационные.
К вещественным потокам относятся потоки транспорта в транспортных системах, потоки сыпучих, жидких и газообразных веществ, в частности использующих, трубопроводы, например, пневматическая почта и т. д.
К полевым потокам можно отнести потоки электричества, например, проходящие по проводам, световые потоки, например, по оптоволоконным кабелям, магнитные потоки, различные излучения и т. д.
Информационные потоки могут распространяться различными путями: через печатные материалы, Интернет, радио и телевидение и т. д. Носителями информации является вещество и/или поле (энергия).
Кроме того, потоки могут быть внутренние и внешние.
Потоки осуществляют взаимодействия и выполняют работу.
Внутренние потоки осуществляют воздействия одного элемента системы на другой или их взаимодействие по организованным связям между ними.
Внешние потоки осуществляют взаимодействие системы с надсистемой, окружающей средой и обратное влияние надсистемы и окружающей среды на систему.
Отсутствие учета таких влияний может не только отрицательно сказаться на работоспособности системы, но и вредно влиять на внешнюю среду.
Отсутствие системности
Пример 2.1. Телефон
Электромагнитное излучение, возникающее при разговоре по мобильному телефону 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.
Пример 2.2. Автомобиль
Машины выбрасывают в атмосферу выхлопные газы, загрязняя окружающую среду.
Дорога вредно воздействует на автопокрышки, истирая их.
Атмосфера вредно действует на кузов автомобиля – появляется коррозия.
Системность так же учитывает и закономерности исторического развития исследуемого объекта. Это последнее требование системности. Оно учитывается при прогнозировании развития объекта исследования путем учета выявленных тенденций исторического и логического развития данного объекта, и учета общих законов развития систем. В результате получают общую тенденцию развития исследуемого объекта и концептуальное представление его следующих поколений.
Как мы отмечали выше, общее направление развития технических систем идет в сторону увеличения степени системности. Условно назовем это закон увеличения степени системности.
Законы развития технических систем можно разделить на две группы (рис. 2.6):
– законы организации систем (определяющие работоспособность системы);
– законы эволюции систем (определяющие развитие технических систем).
Рис. 2.7. Схема законов развития технических систем
Таким образом, законы организации систем должны обеспечивать требования системности: предназначение и работоспособность. Законы эволюции систем должны обеспечивать другие требования системности: конкурентоспособность, не влиять отрицательно на окружение и учитывать закономерности развития систем.
Законы организации предназначены для построения новой работоспособной системы.
Группа законов организации технических систем включает
(рис. 2.8):
– закон полноты и избыточности частей системы;
– закон проводимости потоков;
– закон минимального согласования.
Рис. 2.8. Структура законов организации систем
Законы эволюции технических систем предназначены для улучшения, совершенствования существующих систем. Они показывают общее направление развития систем и тенденции их изменения.
Законы эволюции технических систем имеют определенную структуру (рис. 2.9).
Каждый из законов эволюции технических систем осуществляется определенными тенденциями (трендами), которые имеют противоположные тенденции – анти-тенденции (анти-тренды). Кроме того, имеются механизмы, осуществляющие закономерности.
Рис. 2.9. Структура закона эволюции систем
В связи с этим практически каждый из законов имеет свою противоположную тенденцию. Особенности применения закона и его противоположности будут описаны ниже при рассмотрении конкретного закона.
Большая часть систем развивается по основным законам (по основным трендам).
Основные из законов эволюции технических систем следующие (рис. 2.10):
– закон увеличения степени идеальности;
– закон увеличения степени управляемости и динамичности;
– закон перехода в надсистему;
– закон перехода на микроуровень;
– закон свертывания;
– закон согласования;
– закон равномерности развития частей системы.
Закон увеличения степени управляемости и динамичности систем имеют подзаконы:
– увеличение степени вепольности;
– увеличение управляемости веществом, энергией и информацией.
Рис. 2.10. Структура законов эволюции технических систем
С учетом анти-тенденций группа законов эволюции технических систем имеет вид (рис. 2.11):
– закон изменения степени идеальности;
– закон изменения степени управляемости и динамичности;
– закон перехода в над- и подсистему;
– закон перехода на микро- и макроуровень;
– закон свертывания – развертывания;
– закон согласования – рассогласования;
– закон равномерности-неравномерности развития частей системы (закон сбалансированного развития систем).
Закон изменения степени управляемости и динамичности систем имеет подзаконы:
– изменение степени вепольности;
– изменение управляемости веществом, энергией и информацией.
Рис. 2.11. Структура законов эволюции технических систем
На рис. 2.12 представлена общая схема законов развития технических систем с некоторыми из механизмов исполнения этих законов.
В следующих главах будет детально описан каждый из законов, тенденций развития и механизмов их исполнения.
Рис. 2.12. Общая схема законов развития технических систем
Общая схема законов развития систем представлена на рис. 2.13.
Рис. 2.13. Общая схема законов развития систем
В данной главе будем рассматривать всеобщие законы.
Напомним, что к всеобщим законам мы относим законы диалектики и закон S-образного развития.
Содержание
3.1. Закон S—образного развития систем
3.1.1. Общие представления
3.1.2. Линии жизни систем
3.1.3. Огибающие кривые
3.2. Законы диалектики
3.2.1. Закон перехода количественных изменений в качественные
3.2.2. Закон единства и борьбы противоположностей
3.2.3. Закон отрицания отрицания
3.2.4. Выводы
3.3. Заключение
3.1.1. Общие представления
Любая система (в том числе и техническая) проходит несколько этапов своего развития. Эти этапы графически можно представить в виде кривой (рис. 3.1).
Рис. 3.1. S -образная кривая роста
где P – параметр системы, t – время
В качестве параметра «P» могут быть, прежде всего, главные характеристики системы, например, размеры, скорость, мощность, количество проданных товаров, продолжительность жизни, численность населения, количество популяций и т. д.
Вначале система развивается медленно (этап I), при достижении некоторого уровня развитие ускоряется (этап II) и после достижения некоторого более высокого уровня скорость роста уменьшается и в конечном итоге рост параметра системы прекращается (этап III). Это этап сатурации, который может продолжиться очень долго. Иногда параметры начинают уменьшаться (этап IV) – система умирает (на графике это изображено пунктирной линией).
Подобные кривые часто называют S—образными или логистическими (логиста)254.
Для технических систем:
– этап I – зарождение системы (появление идеи вплоть до изготовления и испытания опытного образца);
– этап II – промышленное изготовление системы и доработка системы в соответствии с требованиями рынка;
– этап III – незначительное дожимание системы, как правило, основные параметры системы уже не изменяются, происходят косметические изменения, оптимизация параметров и доработка технологии изготовления, не существенные изменения внешнего вида или упаковки. На этом этапе происходит значительное расширение рынка сбыта и переход к массовому изготовлению;
– этап IV – ухудшение определенных параметров системы, которое может вызываться несколькими факторами:
– следование моде, влияние экономической, социальной или политической ситуации, религиозные ограничения и т. п.;
– физическое и/или моральное старение системы.
Как правило, на участке IV система прекращает свое существование или утилизируется.
В ТРИЗ) развитие систем по S—образной кривой называют «Закон S—образного развития систем».
Примеры развития технических системы по S—образной кривой приведены в приложениях (Приложение 1. Развитие телефона и телефонной связи. Приложение 2. Развитие судов).
3.1.2. Линии жизни систем
Для полноты картины рассмотрим и другие линии развития, связанные с S-образной кривой, которые были разработаны Г. С. Альтшуллером и рассмотрены в его работе: «Линии жизни» технических систем»255. Ниже представим это описание с некоторыми нашими изменениями. Частично изменен вид кривых и дополнен графиком «расходы на маркетинг» (рис. 3.2 г).
На рис. 3.2а представлена аппроксимированная S-образная кривая, для простоты рассмотрения этапов развития.
Рис. 3.2. Линии жизни системы
На рис. 3.2б показана кривая изменения количества изобретений по исследуемой технической системе. На этапе I количество зарегистрированных изобретений постоянно растет. Появляется много изобретений по усовершенствованию технической системы и технологии ее изготовления. Число изобретений увеличивается в период выхода системы на рынок. Первый пик (первый максимальный экстремум) соответствует точке перегиба α (точка нанесена на рис. 3.2а). На этапе II количество подаваемых изобретений временно снижается. Приблизительно на середине этапа II (между точками α и β) скорость подачи изобретений уменьшается. Перегиб в точке β (точка нанесена на рис. 3.2а) соответствует точке минимального экстремума и тенденции перехода к увеличению количества изобретений. На этапе III (массовый выпуск системы) количество подаваемых изобретений снова увеличивается. Они в основном касаются мелких доработок. Второй пик (второй максимальный экстремум) на рис. 3.2б обусловлен стремлением продлить жизнь системы. На этапе IV (ухода системы с рынка) количество подаваемых изобретений постоянно снижается.
На рис. 3.2в представлена кривая изменения уровня изобретений. Первое изобретение представляет основу новой технической системы. Оно является пионерским, поэтому всегда высокого уровня. На этапе I первоначально уровень подаваемых изобретений снижается. К моменту подготовки технической системы к выходу на рынок уровень изобретений достигает первого минимума (чаще всего это соответствует середине этапа I). С этого момента уровень изобретений повышается. Изобретения относятся к существенным доработкам системы и к технологии изготовления системы (технологические изобретения). Не доходя до точки α, уровень изобретения достигает максимума. Чаще всего эти изобретения, относящиеся к технологии изготовления системы. На этапе II уровень изобретений резко падает. Немного не доходя до точки β, скорость изменения уровня изобретений начинает падать. Часто в это время появляются изобретения высшего уровня, приводящие к качественным скачкам – с этого момента начинается развитие системы следующего поколения (рис. 3.3).
На рис. 3.2г представлена кривая изменения затрат на маркетинг на разных этапах жизненного цикла изделия256. Первые маркетинговые затраты идут на исследование рынка и патентные расходы. Во время разработки изделия маркетинговые затраты, как правило, снижаются и могут вообще не осуществляться. На этапе завершения разработки изделия затраты на маркетинг снова возрастают и достигают максимума во время подготовки к выходу на массовый рынок (точка β). В дальнейшем затраты на маркетинг начинают снижаться. На этапе IV (ухода системы с рынка) затраты на маркетинг резко снижаются и сводятся к нулю.
На рис. 3.2д показана кривая изменения прибыли от реализации изделия. На этапе I прибыль отрицательная. Затраты осуществляются на маркетинговые исследования, патентование и разработку опытного образца. К началу этапа II основные затраты идут на подготовку продукта к выходу на рынок и происходят первые продажи. Прибыль начинается увеличиваться и достигает максимума к моменту снижения продаж (начало этапа IV). На этапе IV прибыль начинается снижаться и постепенно уменьшается до нуля.
Знание о кривых развития поможет создать более успешный инновационный процесс. Исследование рассмотренных кривых полезно проводить на каждом из этапов развития. Это поможет определить стратегию и тактику развития изделия, компании, выпускающей данную продукцию, и ее рынка сбыта.
3.1.3. Огибающие кривые
Прекращение роста данной системы не означает прекращение прогресса в этой области. Появляются новые более совершенные системы – происходит скачок в развитии. Это типичный пример проявления закона перехода количественных изменений в качественные (см. п. 3.2.1). Такой процесс изображен на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Скачкообразное развитие систем
На смену системе 1 приходит 2. Скачкообразное развитие продолжается – появляются системы 3, 4 и т. д. (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Огибающая кривая
Общий прогресс в отрасли можно показать при помощи касательной к данным кривым (пунктирная линия) – так называемой огибающей кривой257.
Развитие любого вида техники может быть примером, подтверждающим этот закон. В приложении 2 частично оно было показано на развитии телефонов и телефонной связи.
Приведем пример развития транспортных средств.
График увеличения скорости перемещения транспортных средств показан на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Кривые развития транспортных средств
Первым качественным скачком в скорости передвижения был переход от ходьбы к использованию конной тяги.
Второй – появление поезда и автомобиля. Постепенно увеличивались мощность двигателей и увеличивалась скорость транспортных средств.
Следующий качественный скачок – появление самолетов. Первоначально использовались поршневые двигатели, их мощность постоянно увеличивалась.
Потом перешли к газотурбинным и к реактивным двигателям. Использование реактивных двигателей позволило самолетам преодолеть звуковой барьер (скорость больше числа Маха) и перейти к сверхзвуковым скоростям.
Последним к настоящему времени качественным скачком было появление ракет и полеты с гиперзвуком (преодоление первой и второй космических скоростей).
Пример развития судов приведен в приложении 2.
Опишем качественные скачки в развитии радиоэлектроники.
– Радио (детекторный приемник).
– Лампа:
а) диод;
б) триод;
в) тетрод;
г) пентод и т. д.
– Транзистор.
– Микросхема.
– Вакуумная наноэлектроника.
График развития радиоэлектроники показан на рис. 3.6.
Рис. 3.6. Развитие электроники
Детально развитие радиоэлектроники описано в приложении 3.