Главная    Конференция     Законы диалектики и законы развития технических систем

Размещено на сайте 16.09.2008.



Материал публикуется в рамках обсуждения на форуме Методолога темы о закономерном характере развития технических систем.

Законы диалектики и законы развития технических систем

Фил Логгер

ВВЕДЕНИЕ

Фундаментом ТРИЗ являются законы развития. Однако до сих пор нет полной определенности  в этом вопросе. Одни называют законы брендами, другие – закономерностями, стараясь избежать острых углов и вопросов, на которые у них нет ответов. В результате получатся клубок не связанных друг с другом утверждений, часть из которых, возможно, являются законами, однако другая часть не может претендовать на это звание. В настоящей работе делается попытка установить жесткую «вертикаль власти» законов, принципов, приемов и эффектов. Для этого необходимо дать строгие определения основным  понятиям, входящим в систему законов, а потом проверить суждения, предлагаемые разными авторами, на соответствие этим определениям и определить их настоящее место в пирамиде подчиненности.

Определения основных понятий

Закон – это необходимая связь явлений.

Необходимость – невозможность обхода, неотвратимость.
Развитие – это приобретение качеств, повышающих выживаемость системы.
Закон развития – это необходимая связь вносимых в систему изменений с повышением ее выживаемости.

Законы развития подчинены более общим законам – законам движения.

Движение – любое изменение.

Закон движения – необходимая связь между изменениями.

Известны три закона движения (закона диалектики):

Закон единства и борьбы противоположностей.

Закон перехода количественных изменений в качественные и обратно.

Закон двойного отрицания.

ЗАКОНЫ ДИАЛЕКТИКИ И ИНСТРУМЕНТАРИЙ ТРИЗ.

Закон единства и борьбы противоположностей.

Формулировка закона:

Для того, чтобы появились изменения необходимо и достаточно наличие двух противоположностей, их единства в пространстве и времени и их борьбы.

Противоположности – это конфликтующие стороны.

Борьба – совокупность конфликтов.

Конфликт – это столкновение.

Схема закона единства и борьбы противоположностей в точности совпадает со схемой минимальной технической системы – веполя.

В некотором смысле, обратной формулировкой закона единства и борьбы противоположностей является первый закон Ньютона:

«Материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока внешние воздействия не изменят этого состояния». Речь в этом законе идет от неполной вепольной системе. Один материальный объект не образует веполя и, поэтому, сохраняет состояние покоя. То есть, в этом случае, не выполняются требования закона единства и борьбы противоположностей, являющиеся необходимыми для появления изменений.

ИЗМЕНЕНИЯ

Изменения являются результатом борьбы (взаимодействия) двух противоположностей.

Взаимодействия подчинены отношениям. Отношения делятся на комплиментарные и антагонистические.

Комплиментарные отношения:

Объединение.

Сотрудничество.

Нейтралитет.

Антагонистические отношения:

Хищник-жертва (отношения, приводящие к разрушениям)

Хозяин-паразит (отношения, приводящие к снижению функциональности)

Пилот-препятствие (отношения, приводящие к торможению или к полной остановке изменений)

Деготь-мёд (отношения, приводящие к загрязнениям)

Датчик-объект (отношения, приводящие к потере).

Никаких изменений не происходит, если объект изолирован от других объектов.

По первому закону Ньютона тело или покоится или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют силы (если веполь не полный). То есть не происходят никакие изменения, если нет противоположности, с которой тело могло бы взаимодействовать (бороться).

Для того, чтобы изменения появились, кто-то должен проявить инициативу. Таким объектом является активная система. Она-то и производит изменения. Активными в перечисленных отношениях являются соответственно:

Хищник (разрушает)

Паразит (прицепляется)

Пилот (перемещается)

Деготь (смешивается)

Датчик (обнаруживает)

Пассивные системы соответственно реагируют на воздействие:

Защищается

Отцепляет.

Препятствует

Очищается

Прячется.

Взаимодействие происходит с использованием полей.

В теории решения изобретательских задач все тонкости действия ЗЕиБП описываются вепольным анализом и стандартными решениями изобретательских задач.      Веполь – это минимальная технической системой, состоящей из двух веществ, связанных между собой полем.


Вещество - это вид материи, обладающий массой покоя и характеризующийся дискретностью.

Поле - это вид материи, не обладающий массой покоя и характеризующийся непрерывностью.

Два вещества, входящие в состав веполя и есть те две противоположности, борьба, которых осуществляется посредством поля.

Действующим, рабочим веполем является только полный веполь. Поэтому, если необходимо получить изменения, а веполь не является полным, то его необходимо дополнить. Это первое правило вепольного анализа. Однако, к имеющемуся веществу необходимо  добавлять такое  второе вещество, которое нужным образом взаимодействовало бы с первым. Выбор второго вещества определяется полем, которое способно нести это вещество.

Первое правило вепольного анализа просто требует соблюсти условия, описанные в законе единства и борьбы противоположностей:

Стандарт 1. Если дана невепольная система, плохо поддающаяся  нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение вещества и полей, задачу решают достройкой веполя, вводя  недостающие элементы.

То есть, если есть одно вещество, то, для получения изменений, необходимо и достаточно подобрать такое, вещество, которое хорошо взаимодействовало с первым веществом.

Роль противоположностей играют два вещества, а роль средства борьбы – поле между ними. 

Для удобства использования этого стандарта Борис Злотин предложил перебирать поля с помощью аббревиатуры МАТХЭМ.

М – механическое;

А – акустическое;

Т- тепловое;

Х – химическое;

Э-электрическое;

М – магнитное.

Не хватает только электромагнитного поля, поля сильных ядерных взаимодействий и поля слабых ядерных взаимодействий.

Второе правило вепольного анализа предлагает устранить вредные изменения путем разрушения веполя – помещением между первым и вторым веществом третьего вещества, являющегося видоизмененным первым или вторым. То есть предлагается просто нарушить условия действия закона единства и борьбы противоположностей для того, чтобы нежелательные изменения не произошли.

Задачи на реализацию ЗЕиБП (на достройку веполя).

1. Как достать железный ключ из стальной высокой трубы ?

(Использовать магнит на веревочке или палочке. Если труба очень узкая, то надо  обернуть магнит  немагнитным материалом )

2.Как достать теннисный мяч из такой  же трубы ?

( Налить воду )

3. Как достать цыпленка из такой  же трубы ?

( Сыпать песок )

4. Как извлечь стальной шарик, зачеканеный в глухое отверстие ?

( Перед зачеканкой капнуть воды, а когда понадобится извлечь , нагреть до кипения )

5.  Как извлечь стальную шайбу, зачеканеную в глухое отверстие ?

( Залить масла, вставить хорошо подогнанный стержень , и ударить молотком.)

6. Как извлечь чеснок из ноздри ребенка ?

( Зажать другую ноздрю и дунуть в рот на выдохе )

7.  Как помыть стекло не открывающегося окна высотного дома ?

( В форточку просунуть тряпку со стальной пластиной и управлять ею магнитом с внутренней стороны окна )

8.  Как вылить кислоту из треснутой бутылки ?

( Вставить в бутылку шланг, поместить бутылку в герметичную емкость и повышать там давление )

9.  Как извлечь пулю из головы полицейского ?

( Поместить полицейского в центрифугу и раскручивать до выпадения пули )

10. Как расслоить два расплавленных металла (сплав Вуда и медь )?

( На ванну с расплавом двух веществ наложить стоячую звуковую или ультразвуковую  волну. В пучностях соберется более легкое вещество, в узлах - более тяжелое.)

Задачи на прекращение действия ЗЕиБП (на разрушение веполя):

1. В герметичной  стальной камере проводят испытания образцов сплавов на химическую  стойкость - погружают образцы в агрессивную жидкость и создают необходимые давления  и температуры. Агрессивная жидкость разъедает стенки камеры и быстро ее разрушает.

Как быть ?

( Образцы изготавливают в форме ванночек и агрессивную жидкость заливают только в  образцы )

2. Ампулы с лекарством запаивают пламенем горелки. При этом лекарство нагревается и портится. Как быть?

 (Для запайки ампул с лекарством , их помещают в воду и запаивают нерегулируемым  пламенем)

3. Задача разрушении трубы шариками.

По изогнутой металлической трубе сжатым воздухом прогоняются стальные шарики. В месте изгиба от ударов шариков труба разрушается. Как быть?

(К месту изгиба прикладывают магнит, который удерживая шарики формирует из них защитную подушку)

4. Задача о кавитации подводного крыла.

Крыло судна на подводных крыльях довольно быстро разрушается кавитацией. Никакие твердые покрытия не спасают его от разрушения. Как быть?(Крыло охлаждают до появления тонкой пленки льда)

Более сложные задачи решаются с помощью стандартных решений изобретательских задач путем построения цепных, двойных вепольных систем и их комбинаций, но в основе этих решений лежат всего два первых правила вепольного анализа.

Закон перехода количественных изменений в качественные изменения.

Формулировка закона:

Качественные изменения системы являются результатом накопления количественных изменений.

В ТРИЗ закон нашел отражение в:

1.  Принципе частичного или избыточного решения:

«Если нельзя получить 100% требуемого эффекта, надо получить «чуть меньше» или «чуть больше». Задача при этом может существенно измениться».

2. Стандрате №3 :

«Если нужен оптимальный режим действия, а обеспечить его по условиям задачи трудно или невозможно, надо использовать максимальный режим, и а избыток убрать. При чем, избыток поля убирают веществом, а избыток вещества – полем»

3. Законе стремления ТС к полноте.

С каждым появлением нового блока изменяется качество системы – ее самостоятельность. Человек вытесняется из схемы полной ТС снизу вверх и слева направо. В настоящее время уже существуют полностью самостоятельные системы, из которых человек полностью вытеснен. Это домашние роботы, выпускаемые серийно в Японии, заводы –автоматы, беспилотные автомобили, соревнования между которыми устраивают в США, беспилотные самолеты, планетоходы.

Принцип использования фазовых переходов тоже указывает на использование ЗПКК, поскольку фазовый переход есть прямая реализация закона.

Примеры задач на применение закона перехода количественных изменений в качественные.

Задача№1: Как усилить удар.

Боек изготавливают из металла с памятью формы и нагревают перед ударом до температуры фазового перехода. Энергия удара, переходя в тепловую форму, служит спусковым механизмом фазового перехода и изменения формы бойка. К энергии удара добавляется энергия перехода.

Задача №2  Как отделить опилки  разных марок стали друг от друга?

Поднимают все опилки магнитом и медленно нагревают. Разные марки стали имеют разные точки Кюри. Сначала отпадут  стружки с низкой точкой Кюри, потом с более высокой, и, наконец, с самой высокой.

Закон двойного отрицания или закон двойного снятия или  закон отрицания отрицания.

Формулировка закона:

Какой бы ни была совершенной система, возможна еще более совершенная.

При этом, более совершенная система должна содержать все полезные качества своей предшественницы.

Закон двойного отрицания утверждает бесконечность процесса развития.

АКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ

Активность – это способность производить изменения или противостоять им.

Назовем системы, способные производить изменения активными системами  (АС). К активным системам можно отнести растения, животных, человека и системы «человек + ТС). Все активные системы нуждаются в ресурсах – энергии, веществе и информации. Вещество необходимо  для построения собственного тела и вспомогательных средств. Энергия необходима для поддержания своей активности. Информация необходима для коррекции активности и для самосохранения. Ресурсы находятся в каком-то пространстве, в течение какого-то времени. Поэтому пространство и время сами становятся своеобразным ресурсом.

Недостаток ресурса, так же как и избыток, может привести к гибели АС, поэтому все АС находятся в состоянии постоянной борьбы между собой за ресурсы. Это называется борьбой за существование. Одинаковые системы находятся в конкурентной борьбе, разные системы образуют пищевую цепочку. Растения отвоевывают друг у друга место под солнцем, влагу, плодородную почву, а сами находятся в самом низу пищевой цепочки. Растения поедаются травоядными животными, травоядных животных поедают хищники. Мелкие хищники сами становятся жертвами более крупных хищников. На вершине пищевой цепи находится человек, способный с помощью технических средств уничтожить и использовать в своих интересах и растения и животных и других людей. Техника обязана своим появлением действию законно единства и борьбы противоположностей именно борьбе активных систем. И нельзя обойти эту борьбу, поскольку от ее результатов зависит само существование каждой системы. Это обстоятельство делает связь единства и борьбы противоположностей с изменениями, требующимися активным системам, законом – необходимой связью явлений.

 Г.С. Альтшуллер не вводит понятие АС, однако описывает их в системе законов существования, которые он условно называет «Статикой». Это закон стремления ТС к полноте, закон работоспособности,  закон сквозного прохода и закон согласования собственных частот частей системы.

ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ

Для того, чтобы победить в конкретном конфликте, то есть удовлетворить требованиям закона единства и борьбы противоположностей,  АС должна с необходимостью, при прочих равных условиях:

1. Развить бóльшую активность;

2. Иметь бóльшую защищенность;

3. Иметь меньше других конфликтов и (или) меньшую их интенсивность.

4. Тратить меньше ресурсов на получение изменений, защищенность и снижение количества и интенсивности других конфликтов.

Из этих условий вытекает система законов развития:

1. Закон возрастания защищенности;
2. Закон возрастания активности;
3. Закон стремления к гармонии:
4. Закон стремления к идеальности (предложен Г.С.Альтшуллером).

И это именно законы, поскольку отвечают критериям понятия «закон» - это необходимые связи явлений. Их необходимость вытекает из необходимости закона единства и борьбы противоположностей, которому они подчиняются и ветвями  которого они являются. Они связывают изменения, происходящие в системе в процессе совершенствования  с выживаемостью в непрерывной борьбе за собственное существование.

И это именно система законов развития, процесса приобретения качеств, повышающих выживаемость. Эти качества – активность, защищенность, бесконфликтность, беззатратность.

И это именно система, поскольку они тесно взаимосвязаны и работают всегда вместе, они неотделимы друг от друга.

Сформулируем эти законы.

Закон возрастания активности (ЗВА).

Система в своем развитии приобретает только такие изменения, которые наращивают (или хотя бы не снижают) ее активности.

Активность может и должна быть выражена числовым значением. Мгновенная активность – это произведение всех параметров АС, характеризующих изменения, которые она может произвести. Полная активность – это произведение мгновенной активности на время ее жизни.

Активность – это не только способность производить изменения, но и способность противостоять им. Способность противостоять вредным для существования АС  изменениям определяет ее защищенность. То есть, защищенность – это ответная активность.

Закон возрастания защищенности (ЗВЗ).

Система в своем развитии приобретает только такие изменения, которые наращивают (или хотя бы не снижают) ее защищенности.

    Мгновенная защищенность исчисляется как произведение всех числовых параметров разрушающих изменений, которым, способна противостоять АС. Полная защищенность исчисляется как произведение мгновенной защищенности АС на время существования защиты.

Закон стремления к гармонии (ЗСГ).

Система в своем развитии приобретает только такие изменения, которые наращивают (или хотя бы не снижают) ее гармонию.

Гармония – это бесконфликтность. Полностью гармоничная система не имеет ни внутренних, ни внешних конфликтов. Это конечно только модель, реально не достижимая, такая же, как абсолютное зеркало, абсолютно твердое тело или идеальный газ, но показывающая направление правильных изменений. Числовое значение дисгармонии можно определить как произведение частных интенсивностей конфликтов. Частную  интенсивность конфликта можно определить временем сохранения функциональности  АС в непрерывном конфликте. Полная дисгармония может быть определена как произведение частных интенсивностей конфликтов.

Закон стремления к идеальности (ЗСИ).

Система в своем развитии приобретает только такие изменения, которые наращивают (или хотя бы не снижают) ее идеальность.

Идеальность – это беззатратность. Полностью идеальная система состоит из ничего, не тратит ни вещества, ни энергии, ни информации, не занимает места. Это тоже только модель, тоже не достижимая, но показывающая направление правильных изменений. Мгновенная затратность АС определяется как сумма затрат на производство, хранение, содержание, транспортировку и обслуживание АС. Полная затратность определяется как произведение мгновенной затратности, умноженная на время существования АС.

В некоторых работах Г.С.Альтшуллер предлагает рассматривать идеальность как отношение полезности к затратам. Это, на мой взгляд, не верно. Полезность определяется активностью система, а затратность – идеальностью. Эти качества подчиняются двум разным законам.  Каждый из этих законов диктует свои требования. Рассматривать их надо отдельно. Отношение же предлагает рассматривать действие двух законов, выдавая их за действие одного. Это грубая логическая ошибка.  

ВЗАИМОСВЯЗЬ ЗАКОНОВ РАЗВИТИЯ.

Закон единства и борьбы противоположностей требует постоянного роста активности каждой из противоборствующих сторон. Наращивание активности требует дополнительных затрат ресурсов- пространства, времени, вещества, энергии, информации. Это прямое нарушение закона стремления к идеальности, требующего снижения затрат ресурсов. Кроме того, потоки ресурсов уже как то распределены и для того чтобы добавить эти ресурсы одной активной  системе, надо их отобрать у других активных систем. Перераспределение ресурсов неизбежно наращивает конфликтность. А рост конфликтности снижает защищенность. То есть закону возрастания активности противостоять остальные три закона развития – закон стремления к гармонии, закон стремления к гармонии и закон стремления к идеальности. Поэтому, наращивая активность системы, мы должны одновременно позаботиться о возрастании ее защищенности, снижении  ее конфликтности и снижении затратности этой активной системы. Формула развития выглядит так:

Удовлетворить требованиям одновременно всех четырех законов развития невозможно. На практике,  ради удовлетворения требованиям закона возрастания активности, приходится примиряться с нарушениями всех остальных законов. Главная ценность ТРИЗ заключается в том, что она помогает находить такие решения, которые удовлетворяют одновременно требованиям  двух или даже трех законов одновременно. Это не по силам ни одному другому методу поиска технических решений.

ВИДЫ РАЗВИТИЯ И ЛИНИИ ЖИЗНИ АКТИВНЫХ СИСТЕМ.

Различают по крайней мере три вида развития:

Эволюция.

Филогенез.

Онтогенез.

Эволюция (от лат. evolutio — «развёртывание») — естественный процесс качественной трансформации какой-либо системы во Вселенной.

Филогенез – это развитие вида.

Онтогенез – это индивидуальное развитие конкретной особи.

Для того, чтобы не путать объекты рассмотрения и не нарушать закон тождества, необходимо ввести понятия, обозначающие развитие поколения (генерации). Предлагаю такое несколько тавтологичное название:

Геногенез – это развитие поколения систем одного вида.

Понятия «онтогенеза» и «филогенеза» введены в 1899 году  немецким естествоиспытателем и философом  Эрнстом Ге́нрихом Ге́ккелем в связи с биогенетическим законом

Биогенетический закон Геккеля-Мюллера:

Каждое живое существо в своем индивидуальном развитии (онтогенез) повторяет в известной степени формы, пройденного его предками или его видом (филогенез).

Тогда, в приложении к технике будем иметь следующие виды развития.

Эволюция – процесс развития техносферы.

Филогенез – процесс развития вида техники.

Онтогенез – процесс развития конкретного единичного объекта техники.

Геногенез – процесс развития конкретной партии (поколения) технических систем.

Во всех видах развития, у всех видов техники, и у всей техносферы в целом есть начало (рождение), продолжение (детство, юность, зрелость, старость) и смерть. То есть линия жизни всегда имеет форму буквы Л, а не S, как утверждает Г.С. Альтшуллер и, вслед за ним, некоторые его последователи. Закона S- образного развития технических систем не существует, а существует Л-образная линия жизни и закон возрастания активности, комбинация которых дает кривую, напоминающую по форме букву S.

Такую линию можно изобразить только тогда, когда нет строгого определенного объекта рассмотрения (единичного объекта, поколения, вида, всей техносферы) и можно надергать точки для этой кривой и из онтогенеза и из филогенеза и из геногенеза и из эволюции. Однако это не научный подход, поскольку допускает нарушение закона тождества, который требует на протяжении рассуждения не менять объем понятия объекта рассмотрения.

 

Список литературы

1. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Новосибирск «Наука» 1986г.

2.  Альтшуллер Г.С. Селюцкий А.Б. Крылья для Икара Петрозаводск «Карелия» 1980г

3. Буш Г. Тайны изобретательства «Лиесма» Рига 1973г.

4. Буш Г. Основы эвристики для изобретателей. Общество «Знание» Латвийской  ССР Рига 1977г.

5. Буш Г. Диалогика и творчество «Авотс» Рига 1985г.

6. Горелов В.Е., Кудрявцев А.В. Одинцов М.Н. Метод экспертных оценок ВНИИПИ Москва 1987г.

7. Джонс. Дж.К. Методы проектирования Москва «Мир» 1986г.

8. Кудрявцев А.В. Обзор методов создания новых технических решений. ВНИИПИ Москва 1988г.

9. Кудрявцев А.В. Организация и проведение мозгового штурма. УМП к программе «Совершенствование творческой деятельности в процессе создания новых технических решений». Москва ВГКПИ 1986г.

10. Тимохов В.И. Сборник творческих задач по биологии, экологии и ТРИЗ. Санкт-Петербург «ТРИЗ – ШАНС» 1996г.

11. Селюцкий А Б. (составитель) Дерзкие формулы творчества  Петрозаводск «Карелия» 1987г.

12. Селюцкий А Б. (составитель) Нить в лабиринте  Петрозаводск «Карелия» 1988г.

13. Селюцкий А Б. (составитель) Правила игры без правил  Петрозаводск «Карелия» 1989г.

14. http://ru.wikipedia.org/wiki/

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.


Главная    Конференция     Законы диалектики и законы развития технических систем