Выбор параметров для описания развития технических систем вдоль «линии жизни»

Размещено на сайте 20.06.2009.

К ТРИЗ-fest 2009

 

Ключевые слова: Развитие систем, S-образные кривые, комплексный параметр.

В ТРИЗ принято, что Технические Системы (ТС) развиваются в соответствии с Законами Развития Технических Систем (ЗРТС). Отражением основного закона развития – Закона повышения идеальности, является «линия жизни», которую обычно называют S-образной кривой. К сожалению, в многочисленных работах по ТРИЗ отсутствуют четкие требования к выбору параметров для описания «линии жизни». В то же время, от этого выбора зависит изменение положения системы на «линии жизни», которое определяет характер действий, которые требуется совершить для ее совершенствования. Поэтому корректность построения «линии жизни» влияет на правильность выбора этапа развития ТС.

Традиционные методы определения этапа развития системы по результатам изучения патентной активности, или по такому расплывчатому критерию, как «уровень изобретений», очень субъективны и не позволяют определить положение системы на «линии жизни» с достаточной точностью [[1]]. Кроме того, эти критерии не позволяют найти пределы развития системы. Это привело к предложению вообще исключить анализ по кривым развития и ограничится рассмотрением только более практичных кривых роста объемов продаж [[2]], что, к сожалению, не решает проблемы, поскольку кривые объемов продаж также могут иметь остановки и даже временное уменьшение роста.

В своей предыдущей работе [[3]] мы показали, что «линия жизни» имеет S-образную форму тогда, когда в качестве комплексного параметра, отражающего эволюцию системы, используются соотношения неких противоречивых параметров. Однако, дискуссия, последовавшая на форуме сайта metodolog.ru, показала, что требуется более подробное разъяснение данного предложения. Целью представленной работы является обоснование выбора параметров для описания развития ТС вдоль ее «линии жизни» в соответствии с базовыми понятиями ТРИЗ.

В классических работах по прогнозированию [[4], [5]] на вертикальную ось ординат рекомендовано наносить значения параметра лучших образцов рассматриваемой системы. И только сравнительно недавно появились статьи, где в качестве такого параметра были использованы эффективность систем [[6], [7]], или целый набор параметров, который включает в себя факторы расплаты, а, следовательно, коррелирует с эффективностью [[8]].

Покажем, как влияет выбор параметров на описание эволюции ТС. Рассмотрим пассажирский воздушный транспорт. Важнейшим параметром этого вида транспорта является его скорость и пассажиро-вместимость.

Рис. 1. Увеличение скоростей рекордных винтовых самолетов: (1), (2); рекордных реактивных самолетов (3), (4) и серийных пассажирских самолетов (5) (усредненные данные), по данным: [[9]] (1, 3), [[10]] (2, 4) и (5) - [[11]]

На Рис. 1 представлены зависимости скорости различных самолетов от времени. Рекордные скорости, как для винтовых, так и для реактивных самолетов, описываются кривыми, имеющими форму, близкую к S -образной. Винтовые самолеты, достигли в 40-50-х годах ХХ века предела скорости. Необходимо отметить, что рекорд скорости для винтовых самолетов так и не достиг физического барьера (скорость звука 1193 км/ч), а остановился на величине около 1000 км/ч. Этот технико-экономический барьер был вызван резким повышением сопротивления воздуха при движении. Им на смену пришли реактивные самолеты, рекорд скорости которых составляет около 3500 км/час.

Однако область достигнутых значений скорости для пассажирских самолетов, вне зависимости от применяемого типа движителя, лежит существенно ниже, чем для рекордных, причем она, с некоторым опозданием, достигла практически тех же значений, что и у винтовых самолетов. Данный барьер, как было показано ранее, связан не с типом движителя, а с резким повышением сопротивления при движении самолета.

Для рекордных самолетов ставилась только одна цель – достигнуть максимально возможной скорости движения. Но повышение скорости для транспортного средства не является единственной целью. Предназначение транспорта это перевозка груза, в данном случае – пассажиров. Но в этом случае возникает противоречие: можно перевозить мало пассажиров, но с высокой скоростью, либо много пассажиров с меньшей скоростью. То есть, рекордные самолеты показывали возможность реализовывать только один из двух возможных вариантов развития.

Но, если для развития пассажирской авиации используются такие противоречивые параметры, то вполне логично предположить, что и графическое отображение этого противоречия будет отражать ход развития этого вида авиации в целом. Действительно, как можно видеть на Рис. 2 достаточно разбросанные зависимости пассажиро-вместимости и скорости различных пассажирских самолетов ложатся на одну кривую, если для их описания использовать комплексный параметр. В данном случае этот параметр представляет собой отношение количества пассажиров к скорости их перемещения.

Для объяснения этого явления можно предположить, что в процессе эволюции разные параметры системы возрастают в разное время. То есть, в какой-то момент времени быстрее увеличивалась скорость, а в какой-то - вместимость. Однако, при использовании комплексного параметра, эти задержки компенсируются, и форма зависимости приближается к S - образной. По нашему мнению, это является отражением того, что развивая систему, изобретатели решали возникающее противоречие разделением требований к системе во времени.

Рис. 2. Увеличение пассажиро-вместимости (A), скорости в милях/час (B) и эффективности в пассажиро-километрах в час (С) пассажирских самолетов от времени создания по данным (1) - [[12]], (2) - [[13]], (3) Конкорд и ТУ-144 [[14]].

Похожий подход, связанный с использованием комплексного параметра, включающего противоречивые требования к системе, был использован Дж. Мартино для самолетов (пассажиро-км/час) и источников света (Лм/Вт) и затем применен в [[15]]. Действительно, в случае источников света мы решаем противоречие между световым потоком и мощностью, потребляемой устройством.

Очевидно, что проектируемая система будет успешна, только если ее характеристики будут находиться на кривой, описываемой комплексным параметром, либо немного выше ее. Любая система с более низкими значениями будет неизбежно вытеснена конкурентами. Таким образом, мы можем сформулировать необходимые (но не достаточные) требования к прогнозируемым системам.

Однако, в этом случае не вполне понятно, почему оказались коммерчески неуспешными сверхзвуковые самолеты (Конкорд и ТУ-144), хотя их скорости выше, а основные показатели укладываются в общую зависимость? Дело в том, что эффективность самолета определяется не только количеством перевезенных пассажиров и скоростью. Важнейшей характеристикой будут являться затраты на перемещение одного пассажира.

К сожалению, полные данные по затратам различных ресурсов найти не удалось, но в [[16]] представлены изменения расхода топлива и относительного веса конструкции для пассажирских самолетов производства СССР. Аппроксимация этих зависимостей дала значения расхода топлива 30 г/(пассажиро-км) и относительного веса самолета 250 кг на пассажира. В то время как расчет аналогичных параметров для ТУ-144 показал, что они больше почти в 5-10 раз (расход топлива 2400 г/(пассажиро-км) и относительный вес 1285 кг/пассажир). Очевидно, что с такими параметрами сверхзвуковые лайнеры были изначально неконкурентоспособны и выполняли роль только имиджевого продукта.

По расчетам Переслегина [[17]] сверхзвуковые лайнеры вышли из границ последовательности по скорости и удельной массе двигателей, остались на ней по взлетной массе и пассажиро-вместимости и существенно отстали - по удельному расходу топлива. Величина «забегания вперед», не поддержанная другими параметрами, составила около 20 лет, что и определила неэффективность этих машин. Это очень напоминает историю с пароходом «Грейт Истерн», который также заметно выбивался из общих закономерностей и оказался малоуспешным, как и другие «однобокие», недостаточно согласованные системы.

Теперь рассмотрим эволюцию электронных приборов. Например, временные зависимости скорости печати и разрешения принтеров различных типов имеют ярко выраженные «ступеньки». Как и в случае самолетов, ступеньки на различных зависимостях появляются в разное время. Графики таких зависимостей представлены на Рис. 3.

Рис. 3. Зависимость от времени скорости печати (стр./минута) (А), разрешения (пиксель/дюйм) (В) и комплексного параметра (С) для матричных (1), струйных (2), термических (3) и лазерных (4) принтеров [[18]].

Производительность и качество печати являются противоречивыми параметрами, поэтому нами был введен комплексный параметр «Скорость печати – Разрешение» с размерностью «Страница в минуту/ пиксель на дюйм».

Из представленного рисунка видно, что «ступенчатый» характер зависимостей для каждого из вида принтеров меняется кардинальным образом, и форма зависимостей приближается к S – образной. Причем, отчетливо видно, что матричные принтеры уже достигли 4 этапа в развитии, а лазерные выходят на 3 этап. В отличие от самолетов графики для разных типов принтеров не легли на общую зависимость, так как рассмотренные устройства основаны на различных физических принципах.

Рис. 4. Зависимость от времени разрешения (А), размера по диагонали (В) и комплексного показателя эффективности (С) для CRT (1), LCD (2), PDP (3), и OLED (4) дисплеев [[19]].

Теперь рассмотрим различные дисплеи. На Рис. 4 видно, что зависимости размера дисплеев по диагонали и разрешение экранов также имеет явно выраженный ступенчатый характер. Однако, по нашему мнению, в данном случае действует иной механизм, чем для принтеров. Дело в том, что задержки в повышении разрешения достаточно хорошо коррелируют с появлением новых стандартов дисплеев. То есть, в данном случае параметры ограничивались не техническими, а административными барьерами.

При введении комплексного параметра «Разрешение – Диагональ» в единицах «пиксель на дюйм *дюйм (диагонали)» формы зависимостей для дисплеев различного типа приближаются к S – образным.

Таким образом, в представленной работе предложены методы выбора параметров, которые должны описывать развитие системы. Развитие системы может описываться S - образной кривой, только тогда, когда используется комплексный критерий. Такой критерий определяет эффективность системы и никогда не убывает, что является отражением Технического Противоречия и закона Повышения Идеальности.

 


[1] Карамышев С.В. / Куда вывезет S-кривая? / ТРИЗ-Фест-2006, СПб, 13-18 Окт., С.251.

[2] А.В. Ефимов / Анализ развития по S кривой: цели и основные приемы / http://www.metodolog.ru/01507/01507.html

[3] А. Кынин, В. Леняшин, Н.Фейгенсон. Развитие технических систем http://www.metodolog.ru/01488/01488.html

[4] Дж. Мартино (JOSEPH P. MARTINO) -ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (Перевод с английского Technological Forecasting for Decisionmaking NEW YORK - 1972)-1977

[5] Robert U. Ayres / Technological Progress: A Proposed Measure / Technological Forecasting and Social Change 59, 213–233 (1998) // Р. Эйрес. Научно-техническое прогнозирование и долгосрочное планирование. Изд. "Мир". 1971

[6] Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology /Technological Forecasting & Social Change – 2008, V.75, Issue 6, Pages 735-758.

[7] Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Application to information technology / Technological Forecasting & Social Change – 2006, 73, 1061–1083.

[8] Mario Coccia / Technometrics: Origins, historical evolution and new directions / Technological Forecasting & Social Change - 2005, 72, 944-979.

[9] Дж. Мартино (JOSEPH P. MARTINO) -ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (Перевод с английского Technological Forecasting for Decisionmaking NEW YORK - 1972)-1977

[10] Timeline http://en.wikipedia.org/wiki/Flight_airspeed_record

[11] BOEINGOS AIRPLANE HISTORY http://seattlepi.nwsource.com/boeing/boeingplanes.pdf

[12] BOEINGOS AIRPLANE HISTORY http://seattlepi.nwsource.com/boeing/boeingplanes.pdf

[13] Дж. Мартино (JOSEPH P. MARTINO) -ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (Перевод с английского Technological Forecasting for Decisionmaking NEW YORK - 1972)-1977

[14] http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83-144 http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B4_%28%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D1%91%D1%82%29

[15] А. Кынин РАЗВИТИЕ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА http://www.metodolog.ru/01228/01228.html

[16] Яковлев А.С. / Советские самолеты / Наука / 1982 /408 c.

[17] С.Б. Переслегин К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИННОВАЦИЙ http://www.igstab.ru/materials/Pereslegin/Per_EffectInov.htm

[18] Ashish Sood and Gerard J. Tellis Understanding the Seeds of Growth: Technological Evolution and Product Innovation http://www.marshall.usc.edu/emplibrary/wp04-04.pdf

[19] Ashish Sood and Gerard J. Tellis Understanding the Seeds of Growth: Technological Evolution and Product Innovation http://www.marshall.usc.edu/emplibrary/wp04-04.pdf

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.


RSS-материал