скачать книгу бесплатно
3. Анализа системы «Детский радар» по законам.
4. Анализа дуговой сварки по закономерностям.
Нумерация глав во всех томах будет сквозная.
Книга предназначена научным работникам, инженерам и изобретателям, решающим творческие задачи. Она может быть полезна преподавателям университетов, аспирантам и студентам, изучающим теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ), инженерное творчество, системный подход и инновационный процесс, а также руководителям предприятий и бизнесменам.
Особый интерес книга может представлять для патентных поверенных.
Благодарности
Я премного благодарен моему учителю, коллеге и другу Генриху Альтшуллеру, прежде всего, за то, что он создал основу теории развития технических систем – законы их развития, за то, что имел счастье общаться и обсуждать с ним разные аспекты ТРИЗ и жизни и, в частности, некоторые материалы данной книги.
Очень многим я обязан Эсфирь Злотиной – моей жене и соратнику по ТРИЗ. Долгие годы мы с ней совместно разрабатывали различные материалы по ТРИЗ, в том числе обсуждали первоначальные материалы этой работы.
Хотелось бы выразить искреннюю благодарность своему другу и коллеге Борису Голдовскому (Россия) за ценные советы и замечания, высказанные при составлении книги, которые способствовали изменению моего мнения по некоторым аспектам, описанных в этой книге.
Светлая им память!
Введение
Основа ТРИЗ – законы развития технических систем. Они представляют взаимосвязанную структуру законов, закономерностей и тенденций развития техники.
Прежде чем рассматривать законы развития технических систем, ответим на часто встречающиеся возражения: «Законов развития техники не может быть. Технику развивают люди по своему желанию, это случайный процесс».
Безусловно, технику развивает человек.
Первые «изобретения» делал древний человек, используя природу. Для охоты ему не хватало сил, и он прибегнул к помощи дубины, для обработки шкур он начал применять острый камень и т. п. Так он начал удовлетворять свои первые потребности. Эти «инструменты» ломались или не совсем удовлетворяли его, и он совершенствовал их, а старые больше не использовались… Таким образом, даже в те далекие времена действительность диктовала, какую технику следовало оставить, а какой умереть. В дальнейшем эти условия становились все более жесткими.
Жизнь технической системы зависит от очень многих факторов: среды, в которой она работает, ее эргономических, экологических, экономических и прочих характеристик.
На следующем этапе исправляют недостатки неудачной системы. Кроме того, потребности человека постоянно растут. Для их удовлетворения разрабатываются новые технические системы, которые конкурируют друг с другом.
Выживают только системы с наилучшими характеристиками. Таким образом, осуществляется «естественный отбор» – процесс эволюции технических систем. Этот процесс подобен естественному отбору в природе. Если проанализировать историю развития конкретных систем, можно получить закономерности их развития, а, обобщив закономерности – получить законы. Именно такую работу проделал Генрих Альтшуллер, исследовав тысячи патентов.
Подобный процесс свойственен и для других искусственных систем.
Из трех миров человеческого творчества – науки, техники, искусства – наука первой лишилась ореола личностной исключительности. Она изучает объективные закономерности, и путь ее развития предопределен.
В отличие от исследователей (людей науки), многие люди, развивающие технику (изобретатели), даже не подозревают о существовании каких-либо закономерностей в ее развитии.
Между тем, смысл творчества в науке и технике очень близок: цель науки – добыча знаний о свойствах материи, цель техники – использование этих свойств для удовлетворения потребностей человека и общества.
История появления законов развития технических систем изложена в работе автора[8 - Петров Владимир. История развития законов: ТРИЗ / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2018. – 90 с. – ISBN 978-5-4493-6079-3].
В данной книге сделана попытка описать законы и закономерности развития многих искусственных систем, а не только техники.
Гава 1. Понятия и определения
1.1. Закон
Приведем некоторые определения.
Закон,необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями. Закон выражает связь между предметами, составными элементами данного предмета, между свойствами вещей, а также между свойствами внутри вещи. Но не всякая связь есть закон. Связь может быть необходимой и случайной. Закон – это необходимая связь. Он выражает существенную связь между сосуществующими в пространстве вещами. Это закон функционирования[9 - Закон — Большая Советская Энциклопедия. Т. 9. – М.: Советская энциклопедия, 1972, С. 305.].
3аконы существуют объективно, независимо от сознания людей.
ЗАКОНОМЕРНОСТЬ, обусловленность объективными законами; существование и развитие соответственно законам[10 - Закономерность – Словарь русского языка: в 4-х т./АН СССР, Ин-т рус. яз.; По ред. А. П. Евгеньевой, – 3 – е изд. стереотип. – М.: Русский язык, Т. I. А – Й. 1985. С. 530.].
В. П. Тугаринов дает следующее определение закона: «Закон есть такая взаимосвязь между существенными свойствами или ступенями развития явлений объективного мира, которая имеет всеобщий и необходимый характер и проявляется в относительной устойчивости и повторяемости этой связи»[11 - Тугаринов В. П. Законы объективного мира, их познание и использование. – Л.: Изд-во Ленигр. ун-та, 1954. – 196 с.].
«Понятие «закон» служит для обозначения существенной и необходимой, общей или всеобщей связи между предметами, явлениями, системами их сторонами или другими составляющими в процессе существования и развития. Эти связи и отношения объективны. Законы науки являются их отражением в человеческом сознании.
Понятие «закономерность» отличается от закона по своему содержанию и принятому употреблению. Довольно часто, говоря о закономерности того или иного явления, подчеркивают тем самым только то обстоятельство, что данный процесс или данное явление не случайно, а подчинено действию определенного закона или совокупности законов. Последнее особенно характерно для закономерности, которая по своему содержанию шире закона и обозначает также совокупное действие ряда законов и его итоговый результат.
Различие между законами и закономерностями, не исключающие, а подразумевающие частичное совпадение содержания этих понятий»[12 - Мелещенко Ю. С. Техника и закономерности ее развития. – Л.: Лениздат, 1970, 248 с. – С. 163.].
История возникновения и формирования понятия закона подробно описана Л. А. Друяновым[13 - Друянов Л. А. Законы природы и их познание: Кн. Для внеклас. чтения. 8—10 кл. – М.: Просвещение, 1982. – 112 с. – С. 13—17.]. Кроме того, он выделяет две черты, присущие закону, а описывает четыре (иерархия этих черт и выделение текста выполнены автором статьи):
1. Существенная связь. «Объективныйзакон… – это существенная связь явлений (или же сторон одного и того же явления). Объективный закон относится не к отдельному объекту, а к совокупности объектов, составляющих определенный класс, вид, множество, определяя характер их „поведения“ (функционирования и развития) … Поскольку… в природе действуют существенные связи (объективные законы), ее поведение не является случайным, хаотичным; она функционирует и развивается закономерным образом и наряду с изменчивостью, ей присущи относительная устойчивость и гармоничность»[14 - Друянов Л. А. Законы природы и их познание: Кн. Для внеклас. чтения. 8—10 кл. – М.: Просвещение, 1982. – 112 с. – С. 19.].
2. Необходимость. «…всякий объективный закон (закон природы) носит необходимый характер; закон, закономерная связь всегда является в тоже время необходимой связью, которая, в отличие от случайной связи, при наличии определенных условий неизбежно должна иметь место (произойти, наступить) … Следовательно, существенная закономерная связь (закон) является в то же время и необходимой связью. Другими словами, необходимость – это важнейшая черта закона, закономерности. Всякий закон природы представляет собой, таким образом, выражение необходимого характера существенных связей в объективном мире»[15 - Друянов Л. А. Законы природы и их познание: Кн. Для внеклас. чтения. 8—10 кл. – М.: Просвещение, 1982. – 112 с. – С. 20.].
3. Всеобщность. «Другая важнейшая черта всякого объективного закона – его всеобщность. Любой закон природы присущ всем без исключения явлениям или объектам определенного типа или рода… Всеобщность – это, следовательно, вторая важнейшая черта объективных законов, законов природы. Поскольку всякий закон носит необходимый и всеобщий характер, поскольку он осуществляется всегда и везде, когда и где для этого имеются схожие объекты и соответствующие условия, постольку, следовательно, закономерные связи будут устойчивыми, стабильными, повторяющимися… Закон инвариантен относительно явлений»[16 - Друянов Л. А. Законы природы и их познание: Кн. Для внеклас. чтения. 8—10 кл. – М.: Просвещение, 1982. – 112 с. – С. 20—22.].
4. Повторяющийся характер. «Легко видеть, какое значение имеет существование стабильности, повторяемости, порядка в природе для человека, для науки и практической деятельности людей. Если бы в природе ничего не повторялось и происходило всякий раз по-новому, ни человек, ни животные не могли бы приспособиться к окружающим условиям, стала бы невозможна целесообразная деятельность, научное познание, да и сама жизнь… Поскольку повторяемость, упорядоченность… составляют важную характеристику объективных законов, научные поиски закономерных связей в природе начинаются обычно с констатации повторяемости определенной стороны или свойства изучаемых объектов… Следовательно, науку интересуют не любые повторяющиеся связи объектов, а лишь такие, которые носят в то же время существенный характер, т.е. ее интересуют существенные повторяющиеся связи»[17 - Друянов Л. А. Законы природы и их познание: Кн. Для внеклас. чтения. 8—10 кл. – М.: Просвещение, 1982. – 112 с. – С. 22—24.].
«…можем определить объективный закон (закон природы) как существенную связь, которая носит необходимый, всеобщий, повторяющийся (регулярный) характер»[18 - Друянов Л. А. Законы природы и их познание: Кн. Для внеклас. чтения. 8—10 кл. – М.: Просвещение, 1982. – 112 с. – С. 24.].
Б. С. Украинцев сформулировал общие особенности объективных законов техники[19 - Украинцев Б. С. Связь естественных и общественных наук в техническом знании. – Синтез современного научного знания. – М.: Наука, 1973. С. 77—90 (С. 84—86).]:
1. Целеосуществление – реализация потребностей. «Все технические сооружения или устройства, а также их части, создаются целесообразно цели, то есть таким образом, чтобы, функционируя, они выполняли роль средства достижения цели человека. Поэтому все технические законы по своей сущности являются законы целеосуществления».
2. Управляемость техники человеком. «Законы (техники) объединяются принципом сопряжения возможностей техники с возможностями человека или иначе говоря, принципом управляемости техники человеком».
3. Принцип технологичности. «…новая конструкция должна быть такой, чтобы ее можно было изготовить при помощи существующих средств производства и на основе имеющихся навыков производства, как исходных моментов дальнейшего технического прогресса».
4. Эффективное функционирование техники. «Законы техники являются также законами эффективного функционирования технических средств достижения общественных и личных целей… Если общественная ценность трудовых, материальных и энергетических затрат на создание и функционирование техники превосходит общественную ценность результатов ее применения в качестве искусственного материального средства целеосуществления, то данная техники малоэффективна и общество нуждается в другой технике, удовлетворяющей требованиям и принципам эффективности техники».
5. Соответствие экономическим возможностям общества. «Законы техники имеют еще один общий момент, выражаемый принципом соответствия техники экономическим возможностям общества на данной ступени его развития».
А. И. Половинкин сформулировал требования, которым должны удовлетворять законы техники[20 - Половинкин А. И. Законы строения и развития техники (Постановка проблемы и гипотезы). Учебное пособие. – Волгоград: Волгоградский политехнический институт, 1985, 208 с. – С. 12—13.]:
1. Формулировка закона техники должна быть по форме лаконичной, простой, изящной, а по содержанию отвечать данным выше определениям закона.
2. Формулировка закона техники должна быть обобщенной и отражать очень большое число известных и возможных факторов. Иначе говоря, закон должен допускать эмпирическую проверку на существующих или специально полученных факторах, имеющих количественную или качественную форму. При этом формулировка закона должна быть настолько четкой, что два человека, независимо подбирающие и обрабатывающие фактический материал, должны получить одинаковые результаты проверки.
3. Формулировка закона техники должна не только констатировать: «что?, где?, когда?» происходит (то есть упорядочить и сжато описать факты), но еще, по возможности, дать ответ на вопрос «почему?» так происходит. В связи с этим заметим, что в науке немало существовало и существует эмпирических законов, которые не отвечают на вопрос «почему?» или отвечают на него частично. И, по-видимому, почти нет научных законов (в виду локального характера их действия), которые отвечают на вопрос «почему?». На все вопросы обычно отвечает теория, опирающаяся на несколько законов.
4. Формулировка закона техники должна быть автономно независимой, то есть к законам будем относить такие обобщенные высказывания, которые не могут быть логически выведены из других законов техники. Выводимые обобщения будем относить к закономерностям техники.
5. Формулировка закона техники должна учитывать взаимосвязи: «техника – предмет труда», «человек – техника», «техника – природа», «техника – общество».
6. Формулировка закона техники должна иметь предсказательную функцию, то есть предсказывать новые неизвестные факты, которые могут быть более или менее очевидными, а иногда необычными, парадоксальными.
7. Формулировка всех законов техники должна иметь четко определенную единую понятийную основу.
1.2. Система
1.2.1. Общие понятия
В данной книге будем рассматривать законы и закономерности развития систем[21 - Далее будут рассматриваться только искусственные системы, которые будем обозначать словом «система».]. В связи с этим дадим определение системы и некоторых понятий, связанных с ней.
Система[22 - Подробнее см. Система – БСЭ и материал из Википедии.] (от лат. systema, от греч. ???????, «составленный», целое, составленное из частей; соединение) – множество элементов, взаимосвязанных и взаимодействующих между собой, которые образуют единое целое, обладающее свойствами, не присущими составляющим его элементам, взятым в отдельности.
Такое свойство называют системным эффектом или эмерджентностью.
Эмерджентность (от англ. Emergent — возникающий, неожиданно появляющийся) в теории систем — наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих ее подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств ее компонентов; синоним — «системный эффект».[23 - Эмерджентность — материал из Википедии.]
Часто такое свойство так же называют синергетическим эффектом (от греч. ???????? – вместе действующий) — возрастание эффективности деятельности в результате интеграции, слияния отдельных частей в единую систему за счет так называемого системного эффекта[24 - Синергетический эффект — материал из Cybernetics Wiki.].
Например, обмен вещами не приводит к синергетическому эффекту, так как их остается тоже количество. Обмен идеями приводит к синергетическому эффекту, так как в результате у одного человека идей становится больше.
Синерги?я (греч. ???????? — сотрудничество, содействие, помощь, соучастие, сообщничество; от греч. ??? — вместе, греч. ????? — дело, труд, работа, действие) — суммирующий эффект взаимодействия двух или более факторов, характеризующийся тем, что их действие существенно превосходит эффект каждого отдельного компонента в виде их простой суммы[25 - Синергия— материал из Википедии.].
Уточнение понятия, что считать системой, инструментом и машиной будет дано в главе 4 (п. 4.3.2).
1.2.2. Дополнительные понятия
Целостность[26 - Подробнее см. Целостность – БСЭ] – характеристика системы, выражающая автономность и единство системы, противостоящей окружению. Она связана с функционированием системы и присущими ей закономерностями развития.
Целостность не абсолютное, а относительное понятие, поскольку система имеет множество связей с окружающими объектами и внешней средой и существует лишь в единстве с ними.
Свойство[27 - Свойство – БСЭ.]– сторона (атрибут) системы. Оно определяет различие или общность предмета с другими предметами.
Свойство обнаруживается в отношении подсистем в системе, поэтому всякое свойство относительно. Свойства существуют объективно, независимо от человеческого сознания.
Отношение[28 - Подробнее см. Отношение — БСЭ.] – взаимосвязь, взаимозависимость и соотношение элементов системы. Это мысленное сопоставление различных объектов и их сторон.
Пример 1.1. Предложение (в языке)
Предложение состоит из слов и способа построения предложения – грамматики.
Ни один из этих элементов не обладает свойством выразить мысль. Соединенные в единую систему – предложение, приобрел новое свойство – мысль – системный эффект.
Предложение – целостно. Оно автономно и имеет свои закономерности развития – развитие грамматики.
В предложении показана взаимосвязь отдельных слов, их свойства, обнаруживаемые в их отношении друг к другу.
1.2.3. Иерархия систем
Системам свойственно понятие иерархии.
Иерархия систем:
– собственно система;
– ее подсистемы;
– • надсистема;
– внешняя среда.
Подсистема – составные части системы.
Надсистема – это объект, куда входит система в качестве подсистемы.
Иерархия может иметь более высокие ранги, например, наднадсистема и более низкие ранги, например, подподсистема.
Наднадсистема – это объект, куда входит надсистема, а подподсистема – это элементы, из которых состоит подсистема. Количество рангов может быть достаточно большое.
Пример 1.2. Компьютер
Система – персональный компьютер.
Подсистемы: системный блок и устройства ввода – вывода (например, клавиатура, мышь, монитор, принтер, сканер, камера и т. п.).
Подподсистемы системного блока – это процессор, материнская плата, видеокарта, оперативная память, жесткий диск, дисковод, звуковая карта, сетевая карта, блок питания и т. д.
Надсистема – компьютерные сети и т. д.
Наднадсистема – это всемирная паутина, Интернет.
Внешняясреда – это среда, в которой находится компьютер, например, помещение, воздух и т. д.
Пример 1.3. Телефон
Система – телефон.
Подсистемы: микрофон и наушник, клавиатура, дисплей, память и т. п.
Подподсистемы – это элементы, из которых состоят микрофон и наушник, клавиатура, дисплей, память и т. д.
Надсистема – АТС, телефонные сети и т. д.
Наднадсистема АТС – это региональная и мировая телефонная сеть.
Внешняясреда – чаще всего – помещение и воздух.
