Гадание о пылесосе (Часть 3)

Комментарий кафедры прогнозов клуба "Методолог"

Юрий Даниловский

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта Методолог!

Продолжу рассказ о синтезе ЗРТС и Классификационной системы как средства формирования "прогнозных" решений. В этом письме мы рассмотрим классификационные параметры № 8 "Полнота", № 9 "Функция" и № 10 "Антифункция". Напомню, что мы находимся в рамках ресурсно-функционального подхода (РФП), о котором мы говорили в первом письме, но до сих пор никак это понятие не определяли. Нам придется сделать довольно серьезное отступление от "оси повествования", чтобы потратить время и на обсуждение фундаментальных понятий полноты и функции и показать, что весь замысел и цели, которым подчинена деятельность, описываемая в письмах кафедры, логически состоятельны и реализуемы. Мои пояснения будут более короткими, если мы посмотрим на рис.1.

РФП - есть такой "порядок вещей", при котором мы воспринимаем факт существования искусственной системы как феномен, элементами которого являются "система-излучатель", т.е. инструмент, и "система-приемник", т.е. "изделие". При этом воздействие инструмента С1 на изделие С2 происходит посредством "функции" (множества функций" как в сторону С1 > С2, так и в сторону С2 > С1. Это взаимодействие создает "Результат". С1 и С2 - есть, вообще говоря, множества систем, каждую из которых удобно рассматривать в виде 5 элементов, как это сделано в понятийном аппарате ТРИЗ: Рабочего органа (РО), трансмиссии (Тр), Двигателя (Дв), Источника (Ист) и Системы Управления (СУ). При этом, в системе может быть сколько угодно Рабочих органов и, соответственно, Тр, Дв, Ист и СУ.

На примере пылесоса можно сказать, что у него как минимум 5 РО:

1 - волоски щетки, контактирующей с ковром

2 - колесики на щетке

3 - трубка воздухоотвода, контактирующая с руками человека

4 - ползунок реостата, контактирующий с большим пальцем правой руки (для регулировки мощности всасывания)

5 - воздух более низкой плотности, чем окружающий, который воздействует на пыль, "прикрепленную" к поверхности ковра.

Внутри трансмиссии можно выделить все те же составляющие феномена создания "результата". Это структура бесконечных вложений "друг" в "друга", которую можно вполне называть "фрактальной". Здесь уместен следующий пример фрактальности, который приводят математики. Представьте себе 2 зеркала стоящими "лицом" друг к другу. Между ними стоит горящая свеча. Вы можете найти такую точку наблюдения, с которой увидите бесконечную галерею изображений свечи. Форматы понимания: "Надсистема - система - подсистема" и "схема 9-тиэкранного мышления" - подразумевают именно это.

На рис. 1 изображены НС1 и НС2 как совокупность всех ресурсов, обеспечивших существование и С1, и С2. Здесь же сделана попытка классификации видов ресурсов в пятиэлементном формате:

- человек (и как носитель потребности, и как биологический объект, использующий и С1, и С2, и оказывающий влияние на Мир);

- общество как информационная система, формирующая волеизъявления большинства людей. На социум можно оказать воздействие в виде "страшных" статей о "ковровых клещах", и НС "общество" "отреагирует" сформировавшееся потребностью в удалении этих "клещей" с помощью пылесосов нового поколения или каких-нибудь "дезодорантов-клещеубийц". НС общество включает в себя и ресурс научных знаний о мире.

- НС "природа" как вмещающая среда, представляющая все мыслимые виды ресурсов и реагирующая на техногенное раздражение "потеплениями", загрязнениями всех видов через НС "общество" на возникновение новых систем - незагрязняющих мир двигателей, батареек, упаковок и т.д.

- НС "экономика". Это информационные системы типа "денежных", которые влияют на появление все новых видов систем. НС "экономика" в период с 1940 по 1950 практически не воздействовала на процесс создания новых пылесосов по вполне понятным причинам: во время и сразу после второй мировой войны существовали более актуальные задачи.

- НС "технические системы" (или другие искусственные системы). На формирование гроверной шайбы, которая конечно, есть в пылесосе, оказало воздействие и потребность в надежности и конструкция систем "болт - гайка". "Результат" тоже является системой, которая одновременно может относиться к каждому из 5-ти элементов, формирующих феномен НС. /

Результатом феномена очищения пола от мусора являются:

- улучшившиеся параметры воздушной среды в конкретном помещении (НС человек);

- увеличение изношенности ковра (НС - ТС) и самого человека;

Явление износа пылесоса, а значит, приближение акта покупки нового (НС - IS экономика);

- исполнение социальной функции: человек, следующий нормативам окружающего его социокода. Все "пылесосят" и я "пылесошу" (НС - общество);

- Употребленная электроэнергия, для производства которой нужно было сжечь 5 кг угля, например, и выбросить в атмосферу 2 мг СО2 (например). НС - природа.

Две стрелки снизу вверх показывают, что "результат" оказал воздействие на ресурсную совокупность НС-мы, и череда цепочек изменений не остановилась ни на мгновение.

Как видите, я не дал какого-то строгого определения "полноты", а нарисовал некую картину своих представлений о мироустройстве на уровне наблюдения за феноменом удовлетворения потребности, т.е. исполнения функции.

Понимание "полноты" в ТРИЗ в этом смысле значительно более конкретное понятие, однако в силу своей простоты ограничивает наши возможности понимания и более глубокого анализа.

Def. Будем понимать под "полнотой" все смысловые аспекты, содержащиеся в "нарисованной картине", имеющей в качестве обозначения рис.1. Еще раз подчеркну, что дать безупречное, непротиворечивое определение "полноты", скорее всего, невозможно (как любому фундаментальному понятию). Ничего страшного в таком поступке нет. В сказке Милна "Вини Пух и все, все, все" есть забавный эпизод:

- А кто такой Слонопотам?- спросил Пятачок.

- Ну, я не смогу тебе объяснить, что это. Но если ты его встретишь, то обязательно узнаешь… - ответил Вини Пух.

Понятие "функция" мы уже вводили как акт исполнения потребности. Оно тоже "не строгое". Дополним его не только смыслами рис.1, но и рис.2.

Функция обязательно существует "во времени" (вне времени мы не можем себе представить существование ни одного материального объекта). Функция существует благодаря ресурсам, которые мы договорились воспринимать как связанную совокупность "веществ", "полей" и "пустоты" в ранге философских категорий. При этом связующие линии указывают еще и на то, что "поле" не существует "без вещества" и "вещество" неразрывно связано с "полем", а равно, и с "пустотой"…

Функция понятие "векторное" не только по отношению ко времени: Тi >Ti+1. Она явно имеет "направление". Например, функция диода - пропускать ток в одну сторону. Объединим два "разнонаправленных" диода - получим транзистор (т.е. систему с другой функцией). Функция Рабочего органа (РО) "традиционного" пылесоса "втягивать вещество РО воздух вместе с подхваченной им пылью". Функция РО моющего пылесоса (см. ссылку "Пылесосы моющие") "исторгать воду, а всасывать воздух и воду, в которой растворились частицы грязи". По этому признаку было введено понятие "антифункции".

Вот очень наглядная статья "Вектор" из книги А. Азимова "Язык науки":

Вектор.

"В науке существует два класса измерений. В одном из этих случаев ученый просто задается вопросом "сколько?" На что может быть четкий ответ: например, в корзине 2 яблока или эта линия длиной 5 см, или масса слона 1 т, или в часе 60 мин, а угол равен 45 град. Такая математическая величина, характеризуемая только числовым значением, называется скаляром. Этот термин происходит от латинского слова "скалэ" (scalae), что означает лестницу ["скалярис" (scalaris) - ступенчатый]. Это то, что можно пересчитать. Речь может идти о сантиметрах и килограммах, штуках и минутах, но всегда имеется в виду счет. Последовательность же чисел, служащая для количественной оценки каких-либо величин, носит название шкалы (от того же scalae). [Отсюда же и термин сканировать - непрерывно, упорядочено или поэлементно обследовать объект или пространство].

Но иногда одного счета недостаточно - необходимо отвечать не только на вопрос "сколько?", но и "в каком направлении?" Вы можете толкнуть 10-килограммовую гирю, но важно также, в каком направлении вы ее толкнули. Поэтому сила не является скалярной величиной.

Такие величины, характеризуемые не только числовым значением, но и направлением, называются векторами [от лат. "вектор" (vector) - воздушный, несущий]. Векторная величина всегда подразумевает перемещение чего-то с места на место.

[существует целый раздел математики - векторное исчисление, в физике есть понятие векторное поле - это область пространства, к каждой точке которого задан вектор]".

Можно развить идею "векторного" представления функции. Например, функция существует в "пространстве ресурсов". Тех классификационных параметров, которые мы уже описали, вполне достаточно (гипотеза) для того, чтобы функцию представить в виде вектора на "ортонормированном базисе" из параметра "Топология движения РО", "Вепольность" и "Ресурс агрегатных состояний вещества" (см. рис.3)

Каждый из этих параметров представлен набором дискретных состояний в формате 10 + 1 (см. предыдущее письмо, где есть пояснение: почему мы приняли такое значение). Мы выбирали эти дискретные состояния так, чтобы, оперируя ими как нотами, получить возможность описать как можно большее многообразие ситуаций в истории реальной техники.

Давайте сделаем дальнейшее развитие этой идеи применительно к понятию "функция". Такое трехмерное представление о функции, которое мы изобразили на рис.3, наглядно, но неудобно для описания. Давайте заменим его набором из трех диаграмм.

Попробуем представить РО трех пылесосов, стоящих в эволюционной цепочке последовательно: веник - "Фырчащий Билли" (первопылесос) - пылесос "Электросила".

Заполним диаграмму для системы "Веник".

1). ТД х Вепольность РО:

Плоское свободное + поступательное + отсутствие движения х отсутствие поля + Ж (мускульных) + М (механических)

2). Вепольность РО х Вещество РО:

Отсутствие поля + Ж + Мех х Твердое тело + отсутствие вещества (ветки)

3). Вещество РО х ТД РО:

Твердое тело + 0 х поступательное + отсутствие движения + плоское свободное

Заполним диаграмму для первопылесоса "Фырчащий Билли" (см. ссылку "История пылесоса").

1). ТД х Вепольность РО:

Плоское свободное + поступательное + фрикционное х Ж (мускульное) + М (мех.) + А + (Т + Х + Э) - ДВС

Коммент.: А - потому что произошла смена агрегатного состояния; Т + Х + Э - потому что без ДВС функция невыполнима.

2). Вепольность РО х Вещество РО:

Ж + М + А + (Т + Х + Э) х О + Г

Коммент.: вещество РО - "разряженный" воздух, т.е. газ + отсутствие вещества

3). Вещество РО х ТД РО:

О + Г х фрикционное + поступательное

Заполним диаграмму для пылесоса "Электросила" (для тризовских людей - это "культовый" пылесос, потому что группа ФСА под руководством вначале Б. Злотина, затем С. Литвина участвовали в его улучшении). В контексте приводимого примера - это "обычный" пылесос (т.е. не "моющий", "не робот" и т.д.).

1). ТД х Вепольность РО:

Плоское свободное + поступательное + фрикционное х Ж + М + (Э + m) - электродвигатель. Обратите внимание, что А - смены агрегатного состояния нет по сравнению с "Фырчащим Билли").

2). Вепольность РО х Вещество РО:

Ж + М + (Э + m) х О + Г

3). Вещество РО х ТД РО:

О + Г х плоское свободное + фрикционное + поступательное

Мы видим, что получение многообразия описаний с использованием привлеченных нами средствэто вполне возможно. Рисунки (на таком маленьком опыте) не "совпадают", а самое главное - организована измерительная процедура относительно "функции". Согласитесь, что каждую из трех диаграмм не сложно представить в виде матрицы. Например, диаграмма 1 из картинки "пылесос" (см. рис.5) представима в виде матрицы А.

Соответственно, векторное представление функции - это упорядоченная последовательность трех чисел

Ф =

определитель матрицы А

определитель матрицы В

определитель матрицы С

Как мы будем "считать определитель" - сейчас не имеет значения. Важно, что такие процедуры есть, и они однозначны.

Можно ли на этом остановиться? К сожалению, нет. Потому что одной измерительной "функции" недостаточно, чтобы однозначно описать любую искусственную систему, которая в истории уже была (и любую, которой еще предстоит появиться).

Этим длинным отступлением я хотел показать, что

1. Измерения в эволюции возможны

2. Мы на "правильном пути" (хоть и сложном)

3. Термин "техноматика", который появился в письме нашего немецкого коллеги Г. Корнина, действительно, хорош.

Прочитайте, пожалуйста, статью "Математика" из великолепной книги А. Азимова "Язык науки", "приложите" тот образ, который у вас возникнет, к слову "техника".

Математика.

"Математика - это наука о количественных отношениях и пространственных формах действительного мира. Название этой отрасли знаний происходит от греческого слова "матейн" (mathein) - учиться, познавать. Древние греки вообще считали математику (mathematike) и науку, познание синонимами. [Правда, существует и другое, более простое объяснение происхождения слова "математика". Греческое слово "матема" (mathema) означало еще и урожай, сбор урожая. Собрав урожай, греки должны были оценить плоды своих трудов, а для этого нужно было прежде всего научиться считать].

Самой простой и самой древней частью математики является арифметика. По-гречески "арифметике" (arithmetike) - искусство счета. Греческое слово "аритмос" (arithmos) означает число. Даже в развитых цивилизациях люди могут жить, не умея читать и писать, но уметь считать, хотя бы только складывать, надо обязательно. Ученые полагают, что у некоторых первобытных племен отсутствовали числительные больше двух. Но если племя достигло ступени развития, достаточной для изготовления каменных топоров, то члены его должны были уметь считать больше двух, хотя бы для того, чтобы убедиться, не присвоил ли собрат чужие топоры.

Математику обычно относят к числу точных, а не естественных наук. Она служит важнейшим инструментом многих отраслей знания: ведь любая из естественных наук начинается с наблюдений и собирания фактов. Математика помогает привести разрозненные факты в порядок. Однако сама она не является частью природы. Математика строится на минимальном числе основополагающих и почти очевидных положений, которые называются аксиомами. Слово это происходит от греческого "аксиос" (axios) и означает что-то ценное, достойное внимания. Аксиомы являются отправными, исходными положениями какой-либо теории, принимаемыми без доказательств, но лежащими в основе доказательств других положений этой теории.

Примеров аксиом можно было бы привести много. Но возьмем лишь один: в мире евклидовой геометрии прямая линия является наикратчайшим расстоянием между двумя точками. Можно только догадываться, как она родилась. Наверное, какой-то древний мыслитель пытался вообразить себе все возможные пути между двумя точками и пришел к выводу на основании натянутой между двумя опорами нити, что прямая действительно самая короткая линия.

[Начав свое развитие с понятия о числах и простейших геометрических представлениях, математика в настоящее время глубоко проникла во все области науки, техники и всей нашей жизни. А появление электронных вычислительных машин совершило подлинную революцию в вычислительной технике. Они сделали вычислительную математику магом и волшебником наших дней. Ее возможности растут с огромной быстротой, и ученые затевают жаркие споры о том, сможет ли вычислительная техника в будущем думать почти как человек.]".

Согласитесь, что в контексте примера, приведенного с "вектором функции" слово "техноматика" наполняется вполне конкретными смыслами.

Отступление закончено. Вернемся к задачам нашего повествования и опишем Полноту, функцию и антифункцию как скалярные величины в избранном формате 10 + 1.

Полнота.

Полноту тоже можно ввести как векторную величину, потому что, наблюдая за развитием техники, можно говорить о том, что "полнота" как количество элементов и связей между ними обладает свойством "увеличиваться", когда система усложняется, и одновременно в параллельно развивающихся ветвях упрощаться. Именно область упрощения, "свертки", является одной из самых процедурно оснащенных областей в ТРИЗ и называется "Функционально-стоимостным анализом".

Параллельное существование двух "разнонаправленных линий" не отвергает идей эволюции техники. Напротив, диалектически противопоставляемые намерения конкретных различных разработчиков и обуславливают в какой-то мере феномен межвидовой борьбы (естественного отбора). Посудите сами. Пылесосы усложняются, удорожаются (см. ссылки "Пылесос 7 функций", "Робот пылесос", "Спиральность в развитии пылесосов"). Но одновременно с этим и упрощаются, удешевляются. Я имею ввиду дешевые пылесосы китайской сборки или российской (см. ссылку "Космические пылесосы"). Речь идет об обязательном существовании в любом корневом классе наиболее ходовой, продаваемой модели, у которой на первом месте стоит не срок безотказной службы, например (он, кстати, сократился с 15 лет до 3-х за 30 лет), а стоимость, что достигается всеми доступными средствами: конструкцией, материалами, стоимостью рабочей силы.

Мы введем "полноту" как векторную величину (по аналогии с продемонстрированным на понятии функция механизмом) несколько позднее. Мы не рассказали еще и половины параметров, и нам просто не хватит описанных "линеек".

Думаю, что на этом лучше прерваться, потому что письмо и без того получилось слишком длинным и сложным.

В следующем письме мы все-таки опишем в формате 10 + 1 параметры № 8, 9 и 10: Полноту, Функцию и Антифункцию.

С уважением, Юрий Даниловский. Санкт-Петербург.

P.S.: Мы готовы опубликовать мнения по этому поводу всех заинтересованных лиц.

Наш адрес: cpimoscow@mail.ru