Где искать новые Законы
развития технических систем?

Этот доклад поставлен с целью привлечения внимания исследователей в области ТРИЗ к коренной ее проблеме - проблеме выявления новых Законов развития технических систем (ЗРТС). Почему коренной, по-видимому, объяснять не было бы необходимости, если бы не подозрение, что не всем ясно, что ТРИЗ, претендуя на статус Науки, может положить на общенаучный стол, пожалуй, только ЗРТС.

В чем необходимость опять обратиться к этому вопросу? Потому, что есть предположение, что по ЗРТС далеко не все пока вскрыто предыдущими исследованиями, что есть еще ресурсы для углубления понимания действующих механизмов эволюционных процессов в технике.

Что мы имеем на сегодняшний день?

Во-первых, некий набор ЗРТС, который еще только оформляется во внутреннюю, по отношению к структуре ТРИЗ, систему.

Во-вторых, как отмечалось выше, надежду, что перечень этот может быть расширен путем планомерной исследовательской деятельности.

Как были выявлены используемые ныне ЗРТС?

ЗРТС в сегодняшней редакции сформулированы на материалах исследования большого массива патентной информации, проведенного Г.С.Альтшуллером. Он обработал этот фонд информации, в отличие, кстати, от аналогичных параллельных попыток найти ЗРТС, единственно научным, а потому и плодотворным методом - от единичных приемов преобразования системы через выявление особенного в них, приведшего его к группировке и систематизации этих приемов с попутным выделением и систематизацией типов технических противоречий, к общему - формулированию ЗРТС. Исключением является закон Эс-образного развития, пришедший в ТРИЗ из модной в пятидесятые-шестидесятые годы прогностики. В дальнейшем эта работа была развита, и не без определенного успеха, учениками и соратниками Генриха Сауловича.

Так, где же искать ЗРТС? Ответить на этот вопрос хотя бы осторожно, а мы в науке должны быть предельно осмотрительны, по-видимому, нельзя, не определив место ТРИЗ в современной системе наук.

Это важно, прежде всего, потому, что мы себе должны ответить на вопросы:

- является ли путь поиска ЗРТС, проделанный ранее, путь с опорой только на патентный фонд техники, единственным;

- насколько он себя сегодня себя исчерпал.

Дать ответ на эти вопросы сложно. Путь исследования патентного фонда техники надо, по-видимому, продолжать. Однако, не ставя под сомнение дальнейшую полезность этого пути, столь же полезно рассмотреть и иные возможности, иные перспективные направления дальнейших исследований.

Вернемся к вопросу о месте ТРИЗ в системе современных наук.

Сегодня уже мало у кого есть сомнение, что ТРИЗ интегрируется в ряд иных направлений духовной и практической деятельности современного человека, что она позиционируется, прежде всего, как часть некоторой более общей теории, а именно, общей теории систем. Отсюда и уверенность, что должны существовать как частные законы эволюции отдельных классов систем, например, техники, которой занималась преимущественно до сих пор ТРИЗ, так и более общие законы, соответствующие тому или иному уровню иерархии общностей (классов) материальных или духовных объектов. Высшим уровнем таких законов строения, функционирования и развития объектов мироздания принято считать законы диалектики.

Если сказанное выше справедливо, то искать ЗРТС, по-видимому, прежде всего, надо не только в патентном фонде техники, но на том системном уровне, в который техника входит в качестве подсистемы. Такой системой, или можно сказать, одной из таких систем, является система биологических объектов. Отсюда и необходимость, или точнее полезность, обращения в изучаемом вопросе к достижениям биологической науки. К таким, например, ее разделам как палеонтология, теория биологической эволюции, анатомия и физиология растений и животных, теория стресса и адаптации, гибридизация и селекция, экология и этология животных.

В качестве дополнительных логических обоснований этой полезности можно было бы добавить, по крайней мере, два обстоятельства. Во-первых, биология как наука более взрослая, нежели ТРИЗ, поскольку возникла еще во времена античности, а потому и накопила свой, достаточно обширный "патентный" фонд, фонд изобретений Природы. Над проблемами биологии во всем мире работает огромная армия серьезных исследователей, а многие их результаты получили признание на уровне Нобелевских премий. Во-вторых, в теории биологической эволюции до сих пор, несмотря на ее возраст, нет единства взглядов, законченности многих представлений. До сих пор идут, например, споры между сторонниками тихогенеза и номогенеза. (Примечание: тихогенез - эволюция, основанная на накоплении случайных изменений; номогенез - эволюция, основанная на внутренних законах развития). Нет единства и по поводу путей возникновения живого: дивергенцией (из одного ствола несколько веточек), конвергенцией (из двух или нескольких систематических единиц - одна ветвь), параллелизм (из нескольких веточек - столько же). Эта борьба мнений неизбежно и непрерывно стимулирует как глубину проникновения в суть предмета, так и сопутствующее накопление фактического материала, позволяющего расширить указанный "патентный" фонд. В-третьих, уже накопленный фонд примеров биологического функционирования свидетельствует, что большинство ЗРТС являются и Законами развития биологических систем (ЗРБС). В приложении к данному докладу приведен текст моего доклада 1999 года на одной из конференций "Закон перехода в надсистему - закон общесистемный", в котором приведен ряд примеров объединения биологических организмов в биологических системах разного уровня и природы.

В технике пока выявлена примерно дюжина законов строения и развития ТС. В биологии их несравненно больше. Вот только несколько примеров для законов биологического функционирования и некоторые комментарии курсивом там, где это оказалось мне возможным.

Пример 1. Область максимального разнообразия и есть центр формообразования (Н.И.Вавилов).

Похоже, что здесь могла бы возникнуть интерпретация, если и не технического, то организационно-технического характера.

Пример 2. Чем больше идет дождей, тем разнообразнее биологический мир в лесах.

На языке техники это может означать, что там, где поток ресурсов наибольший, могло бы возникать и большее разнообразие типов и видов технических систем.

Пример 3. Гибриды первого поколения более жизнеспособны, чем их родители. Однако в последующих поколениях гибрида идет бурное расщепление - увеличение разновидностей, приспособляющихся к внешней среде.

Пример 4. Новая форма вида сохраняется наряду со старой, только переселившись в новую местность или освоив новые виды пищи.

Как видим - легко можно сформулировать прямые маркетинговые рекомендации.

Далее я приведу некоторые соображения крупного советского медика и биолога Ф. З.Меерсона на тему адаптации и стресса.

Он считал, что современные представления о путях и механизмах биологической адаптации стали понятны, отнюдь, не сразу и возникли из трех разных источников. К этим источникам он отнес, во-первых, теорию доминанты по А.А.Ухтомскому, под которой тот понимал "созвездие нервных центров, которое берет на себя управление исполнительными органами и так определяет направление активности организма во внешней среде".

Вторым источником оказался, вывод, обязанный своим происхождением кардиологическим исследованиям. В соответствие с ним следует, что в доминирующей системе образуется структурный след, который увеличивает мощность системы и становится материальной основой долговременной адаптации.

Третьим и очень важным источником Ф. З.Меерсон считал открытие Гансом Селье стресс-реакций. "Сегодня мы точно знаем, - отмечает Ф.З.Меерсон - что стресс - реакция, действительно, нужна, чтобы возникла доминирующая в адаптации система и образовался структурный след, необходимое звено адаптации".

И далее (позволю себе еще одну цитату): " …понятие адаптации сегодня мы понимаем так. Новый фактор, действуя на организм, приводит в движение две связанные цепи событий. Цепь первая. Начинает работать доминанта, на которую пришлась главная нагрузка при действии фактора. Смотря по тому, к какому фактору приспосабливается организм, доминирующая система и ее след выглядят по-разному. Но этот след всегда увеличивает мощность системы, материально обеспечивает переход от срочной стадии к долговременной адаптации. Вторая цепь - стресс-реакция. Она развивается, когда на организм действует новый фактор среды. Стресс-реакция сначала мобилизует энергетические и структурные резервы организма, а потом направляет мобилизованные ресурсы "по адресу" - из неактивных систем в доминирующую, чтобы выстроить системный структурный след. И когда структурный след готов, адаптация достигнута".

Не кажется ли, исходя из этого текста, что все очень схоже с тризовским пониманием эволюции технических систем. Только несколько иная терминология.

Что в этих рассуждениях кажется особенно интересным, а, возможно, и полезным для преобразования ТС. Это то, что касается понятий "доминантный орган", структурный след.

По-видимому, в процессе анализа ТС на стадии формирования набора задач целесообразно искать некий ключевой, доминирующий элемент, элемент, который обещает при своей перестройке дать наибольший эффект.

Чаще всего специалисты так и поступают, но целенаправленный подход к такому акту, безусловно, полезен и достоин включения в методику анализа.

Пример 5. В ходе прогрессивной эволюции возрастает взаимное приспособление органов, происходит координация изменений частей организма и идет аккумуляция корреляций общего значения.

Это отнюдь не тризовская формулировка закона Идеальности. Это -выписка из биологического источника. Здесь, по-видимому, и выражена суть формирования структурного следа по Меерсону.

Возвращаясь на тризовскую почву, структурный след - это цепочка согласующих действий, на которые нас ориентирует синтетическая стадия АРИЗ. Именно на этой стадии необходимо материальное преобразование в ТС согласовать с остальными объектами ТС.

Возникает вопрос, а всегда ли мы при обучении ТРИЗ в процессе изучения АРИЗ доходим до синтетической стадии, вырабатываем ли мы у будущих специалистов навык обязательного такого согласования, без которого новая, преобразованная система может оказаться теоретически идеальной, а на самом деле неконкурентоспособной.

Пример 6. Если воздействие слишком сильно или вся обстановка слишком сложна, доминанта и структурный след не образуются, приспособление не происходит.

Что означает "слишком сложная обстановка" - это, например, условия войн, гонки вооружения в мирное время, недостаток при этом материальных и временных ресурсов. Грубейшие ошибки, как в политике, так и технике при этом практически неизбежны, и история дает нам множество ярчайших примеров. Применительно к развитию техники, если изобретательское решение, будучи в тризовском смысле идеальным, но опережает возможности своей реализации, то оно, естественно, не только не внедряется, но чаще всего забывается, а ему на смену приходит иное, менее идеальное.

Пример 7. Еще одна выдержка из Ф. З. Меерсона: "Длительный голод, холод, стихийные бедствия, угроза нападения - постоянная и неизбежная "драма" животного мира. В мире людей безвыходные стрессорные ситуации случаются ничуть не реже. За последние несколько тысяч лет люди прошли жестокие испытания рабством, крепостным правом, концлагерями, войнами и при этом не деградировали, показав высокую адаптацию к, казалось бы, запредельному. Значит, организм умеет включать механизмы, ограничивающие стресс-реакцию и предупреждающие повреждения. Мы назвали такие тормоза для стресса стресс-лимитирующими системами".

В технике - если необходимо резко улучшить ТС, повысить ее жизнестойкость, надежность, долговечность, но это по ряду причин оказывается невозможным, то мы чаще всего переходим к созданию систем обслуживающих, ремонтных и т.д.

В заключение выскажу следующее. Справедливости ради требуется сделать следующую оговорку: обращение к биологическим объектам, и, в частности, к биологическим аналогиям не является чем-то новым в ТРИЗ. Достаточно вспомнить предложения Г.С.Альтшуллера по использованию патентов Природы (палеоботаники и палеозоологии). Это свидетельствует о том, что Генрих Саулович хорошо понимал уже тогда, что ЗРТС, скорее всего, носят более широкий характер, нежели реализацию в технике.

Достаточно серьезными надо считать и попытки Б.Л.Злотина использовать достижений теории биологической эволюции для обоснования законов эволюции технических систем.

Поэтому изложенный материал, уточняя цель его представления, есть призыв вернуться к этому направлению исследований на более высоком теоретическом уровне с привлечением соответствующих специалистов.

29.07.06.

Закон перехода в надсистему - закон общесистемный

Практически все выявленные в ТРИЗ законы развития технических систем являются законами общесистемными. Это надо понимать так, что они проявляются не только в технических системах, но и в системах иной природы: биологических, социальных, экономических, художественных и др. Трудно переоценить этот факт, так как именно он позволяет в рамках ТРИЗ приступить к формированию общей теории систем.

Осознание общесистемности аппарата и идеологии ТРИЗ отражается не только в ведущихся в ее рамках исследованиях, но и в том, что в настоящее время и преподавание ТРИЗ все более выходит за рамки техники. Обучение основным положениям и инструментам ТРИЗ ведется среди медиков, биологов, педагогов, журналистов, писателей-фантастов, предпринимателей. Развитие у слушателей таких обучающих семинаров тризовского стиля мышления как раз и должно предполагать выработку, в конце концов, общесистемного мышления, т.е. осознания приложимости законов развития технических систем к системам нетехническим.

Методика такого обучения должна базироваться, прежде всего, на достаточно обширном фонде фактических материалов. Поэтому нижеприведенные примеры проявления закона перехода в надсистему (к би - и полисистемам) в природных биологических системах призваны пополнить личную картотеку преподавателя.

Примеры относятся главным образом к двум видам взаимоотношений биологических объектов: к симбиозу и "общественным" отношениям.

Симбиоз - это сожительство двух биологических видов, при котором оба вступают в непосредственное взаимоотношение с внешней средой на условиях партнерства. В симбиотические отношения вступают растения с растениями, растения с животными организмами, животные с животными, животные с микроорганизмами, микроорганизмы с микроорганизмами.

Поскольку симбиоз есть партнерство разных видов, то с точки зрения тризовской классификации би - и полисистем - это разнородные многофункциональные би- и поли системы.

Пример 1. Лишайник - симбиоз гриба и водорослей. Водоросли поставляют грибам углеводы, вырабатываемые с помощью фотосинтеза, а грибы обеспечивают водоросли водой.

Пример 2. Микориза - сожительство мицелий гриба с корнями высших растений (например, орхидей). Гифы гриба оплетают корни растений и способствуют поступлению к ним воды и минеральных веществ из почвы.

Пример 3. Широко известно дружное сожительство раков-отшельников и актиний. Последние защищают раков от врагов своими стрекательными щупальцами, питаясь в свою очередь остатками пищи, добываемой раками.

Пример 4. Широко в природе распространен симбиоз животных, и в том числе человека, с микроорганизмами, образующими нормальную микрофлору желудка и кишечника. Нарушение этой микрофлоры, например, при приеме антибиотиков называется дисбактериозом и лечится применением специальных лечебных препаратов, способствующих ее восстановлению.

Жизненно важна микрофлора и для многих насекомых, например термитов, многие из которых питаются древесиной. Ее переработка в белки в желудке термитов обеспечивается жгутиковыми простейшими.

Пример 5. Известно, что на корнях бобовых живут азотфиксирующие клубеньковые бактерии. В природе живут и свободноживущие азотфиксаторы. Но в процессе азотфиксации требуется очень много углеводов: на 1 мг азота их расходуется до 150 мг. Свободноживущие азотфиксаторы не могут себе позволить такие траты, а вот симбиотическим такое расточительство по силам, поскольку они состоят на полном довольствии у своих партнеров.

Интересно. Что у моркови, которая имеет меньшую потребность в азоте, клубеньков нет, но в генетическом аппарате есть механизмы, позволяющие некоторым азотфиксаторам проникать в ткань растения. Сотрудники одного Украинского НИИ сельскохозяйственной микробиологии провели опыты, в которых семена моркови высевали на стерильной минеральной среде, содержащей все питательные вещества, кроме азота. В некоторые пробирки внесли водную суспензию азотфиксатора азоспириллы бразильской. Уде через две недели в пробирках без азотфиксаторов все проростки погибли, а там. Где присутствовала азотспирилла, они росли очень активно. На корнях этих растений образовались клубеньки, в которых обнаружены азотспириллы. По способности фиксировать азот они ничем не уступали клубенькам бобовых.

Пример 6. Вряд ли этот пример можно отнести однозначно к симбиозу на постоянной основе, но интересен он и сам по себе. Он относится к взаимодействию разных видов хищников при охоте с выгодой для обеих сторон. Хорь-перевязка пробирается по извилистым ходам нор песчанок, выгоняя их на поверхность. Где их ждет лиса. От лисы же зверьки пытаются укрыться в ходах нор, попадая при этом на обед перевязке.

В прериях Северной Америки так же вдвоем охотятся американский барсук и койот - волк прерий.

В начале 20 в. русские ученые К.С.Мережковский и А.С.Фоминцин выдвинули гипотезу о ведущей роли симбиоза в прогрессивной эволюции органического мира (гипотеза симбиогенеза). Рассматривая, например, хлоропласты цветковых растений (внутриклеточные органеллы растительной клетки, осуществляющие фотосинтез) как видоизмененные симбиотические водоросли. Аналогичная точка зрения существует и относительно митохондрий, внутриклеточных частичек, обеспечивающих клеточное дыхание, в результате которого энергия высвобождается и аккумулируется в легко используемой форме. Предполагается, что митохондрии - это примитивные клетки анаэробных бактериоподобных организмов, приспособившихся в процессе эволюции жить внутри крупных клеток и взявших на себя функции дыхания.

"Общественные" отношения в биологии, "общественность" животных - это образование скоплений (стад, стай, косяков). Такие образования возникают для лучшего приспособления к условиям окружающей среды, к которому можно отнести добычу пищи, защиту от врагов, взаимное обогревание, совместное воспитание молодняка. Подобные общественные скопления представляют полисистемы из однофункциональных элементов с однородными (косяки рыб) или сдвинутыми характеристиками (наличие вожака, главы семьи или стаи, внутренняя иерархия, полиморфизм особей). Так, например, в популяции муравьев или термитов полиморфизм проявляется в делении особей на "цариц", "воинов", "рабочих". "Общественные" образования животных имеют свою внутреннюю структуру, согласованное по взаимодействиям, ритмике при движении копытных и соответствующих хищников, косяка рыб, стаи китообразных, птиц. Как предполагается зоологами, такое согласованное движение птиц и рыб улучшает аэродинамические и гидродинамические условия движения, снижая общие энергетические затраты стаи, косяка.

Снижение энергетических затрат, обеспечивающее выживание, особенно ярко проявляется в случае с зимовкой пчелиной семьи. В то время когда часть насекомых гибнет, а остальные цепенеют до весеннего солнца, пчелы остаются живыми, сохраняя тепло. Естественно, что отдельная пчела обогреться и выжить зимой не может. Но все вместе, образовав плотный "клубок". Пчелы уподобляются некоторому сверхорганизму, противостоящему холоду. Мороз в лесу под 40, а в дупле, в середине "клубка" температура плюс 35 градусов. Поддерживается она поглощением некоторого запаса меда с выделением тепла.

И в заключение еще один пример би - системы, не подпадающий, по-видимому, ни под определение симбиоза, ни под "общественное" поведение. Недавно выяснено, почему термофильные бактерии не погибают при 110 градусов выше нуля. В таких бактериях найдены белки - компаньоны, которые при повышенных температурах связываются с обычными белками в комплексы из двух-восьми молекул белков, что препятствует агрегации, т.е. денатурации белков, не мешая проявлению необходимых функций. Когда тепловой стресс проходит, компаньоны отщепляются. Более того, белки в комплексе показывают большую эффективность, чем вне комплекса. Поэтому жизнедеятельность таких бактерий достигает максимума при 108 градусах Цельсия.

17.03.99.