Являются ли ЗРТС статистическими законами

                                                                 Являются ли ЗРТС статистическими законами

                                                                                         Б.И.Голдовский  

Январь 2016   Нижний Новгород

        Одной из основных аксиом ТРИЗ является представление о существовании объективных и независимых от человека законов развития технических систем (ЗРТС), в соответствии с которыми и осуществляются все необходимые изменения в существующих технических системах (ТС) в процессе их развития. Данная аксиома была сформулирована Г.С.Альтшуллером ещё в 1974 году, а в 1975 году появилась его справка о системе законов («статика», «кинематика», «динамика»), которая была затем закреплена в публикациях [1], [2]. К сожалению, представление о ЗРТС в этих публикациях не было разработано должным образом. Было показано, что они являются достаточно общими эмпирическими обобщениями, причем состав системы законов был определен экспертным путем без приведения каких-либо обосновывающих доказательств.

Можно отметить, что предложенная Г.С.Альтшуллером система ЗРТС подверглась негласной критике специалистов ТРИЗ, которая выразилась в том, что сразу после появления упомянутой справки о законах ряд специалистов начал разработку своих вариантов системы законов. Например, в книге [3], одним из авторов которой является Г.С.Альтшуллер, ЗРТС изложены в трактовке Кишиневской школы. Достаточно подробно новые системы ЗРТС («авторские разработки») приведены также, например, в  [4], [5] и [6].

Анализ развития реальных ТС показал, что значительная часть ЗРТС отличается избирательностью действия. В развитии одних систем (или одной из частей системы) такой закон проявляется постоянно и неуклонно, а в развитии других систем (других частей системы) может не проявляться никак. Чтобы объяснить такую избирательность в действии законов развития ТС, в [6] предложено считать их статистическими законами, действие которых имеет вероятностный характер. Отчасти этот термин отражает и тот факт, что ЗРТС являются эмпирическими обобщениями, полученными путем обработки некоторого массива примеров, то есть определенной статистики.

  Представление о статистических законах широко используется в современной физике, отражая тот факт, что для ряда явлений и процессов связь между некоторыми параметрами не может быть описана жесткими причинно-следственными зависимостями, а определяется целым комплексов случайных факторов, имеющих вероятностный характер. Термин «статистический закон» появился в противовес представлению о «динамическом законе», который однозначно описывает зависимости между параметрами, определяемыми явными причинно-следственными связями. При этом нет однозначного соответствия между эмпирическим обобщением, как методом выявления закона, и его статистическим характером. Например, законы Кулона и Ома, полученные как эмпирические обобщения, считаются динамическими, а закон Бойля-Мариотта (о связи между количеством газа в сосуде и его давлением) – статистическим, поскольку отражает зависимость, определяемую хаотическим (вероятностным) движением молекул.

Впрочем, избирательность действия ЗРТС может быть обусловлена и наличием или отсутствием условий, необходимых для его применения. Например, в [6] отмечается, что закон повышения проводимости потоков применим только к тем системам, в которых эти потоки существуют для обеспечения необходимого функционирования. Такой подход представляется более конструктивным, поскольку действие большинства законов природы возможно только при соблюдении некоторых исходных условий. Например, если первый закон термодинамики (сохранения энергии) является всеобщим (как и законы материалистической диалектики), то второй закон термодинамики (нарастания энтропии в системе) справедлив только для закрытых систем, изолированных от окружения. Закон всемирного тяготения применим только к объектам, имеющим массу. А закон Архимеда – только к объектам, взаимодействующим с жидкой или газообразной средой, подвергнутой действию поля тяготения. То есть в вакууме или в невесомости этот закон не действует.

Рассмотрим избирательность действия ЗРТС на примере исторического развития ТС «судно» применительно к закону «перехода в надсистему». При этом используем более узкую (частную) формулировку этого закона: если отсутствует возможность увеличить функциональный эффект некоторого элемента ТС, то в системе увеличивается количество аналогичных элементов, увязанных в соответствующую подсистему, причем характеристики элементов, имеющих одинаковую функцию и разнесенных в пространстве, могут дифференцироваться (то есть получаться «сдвинутыми»).

Если обратиться к истории [7], то мы увидим, что в подсистеме судна, обеспечивающей движение, указанный закон действует неукоснительно, начиная с появления первых судов. На гребных судах увеличивалось число весел и соответственно гребцов, а также число рядов весел по высоте. При этом весла верхнего ряда были длиннее весел нижнего ряда и их приводило в движение большее количество гребцов («сдвиг» характеристик). На парусных судах увеличивалось число и суммарная площадь парусов. При этом в зависимости от расположения парусов на мачтах и реях они, выполняя общую функцию преобразования давления ветра в движущую силу, имели разные размеры и даже форму (для удобства управления судном и площадью парусов). Подобная картина наблюдается и при переходе к механической силовой установке: на быстроходных эсминцах, например, применялась четырех винтовая силовая установка, причем геометрия гребных винтов, расположенных носовее и кормовее, была различной (из-за разных условий обтекания). Очевидно, что постоянно растущая потребность в увеличении скорости судов и, соответственно, мощности подсистемы движения при реальных жестких ограничениях на увеличение мощности отдельного элемента подсистемы (мощности гребца, площади отдельного паруса или мощности существующего силового агрегата) приводила к обострению противоречия, создавая предпосылки (условия) в необходимости реализации технических решений, соответствующих рассматриваемому ЗРТС.

 За этот же исторический период  корпус  судна оставался единичным, при этом постоянно увеличиваясь в размерах. То есть рост потребности в повышении провозоспособности вполне удовлетворялся за счет трансформации параметров единичного элемента системы «судно» (корпуса) без увеличения количества подобных элементов. Такая картина наблюдалась для всех регионов кроме Океании, где около 800 года н.э. появились многокорпусные суда: лодки с балансирами («проа») и двухкорпусные катамараны. Обычно такое выпадение Океании из общей картины объясняют исторической традицией. Во всех регионах морские суда появились как развитие речных. А для плавания по внутренним водным путям, да ещё с учетом необходимости временами перетаскивать суда по суше («волоком»), однокорпусные суда явно предпочтительнее. В Океании же суда сразу создавались для плавания в океане, без оглядок на речную традицию.  Однако отсюда не следует, что при этом должны были обязательно появиться катамараны. Чтобы прояснить вопрос, целесообразно рассмотреть современное состояние многокорпусных судов.

Первые эксперименты с катамаранами в Европе проводились ещё в XIX веке, однако сравнительно массовая их постройка началась только во второй половине XX века. Хотя в специальной литературе отмечаются несомненные преимущества катамаранов перед однокорпусными судами [8], к настоящему времени в мире построено не более 400 многокорпусных судов, из которых около 30% являются транспортными, а остальные – спортивными судами. Транспортные катамараны в большинстве своем представляют собой скоростные паромы, основная часть которых используется преимущественно в районе Австралии. То есть в той же Океании. Такая привязанность катамаранов к определенной акватории заставляет обратить особое внимание на природные факторы, характерные для этой акватории, которые могут быть связаны с появлением многокорпусных судов.

Одной из особенностей катамарана кроме возможности соединить узкие корпуса, создающие предпосылки к снижению гидродинамического сопротивления в ряде режимов движения, с широкой палубой является большая поперечная остойчивость формы. С одной стороны такая остойчивость повышает мореходность катамарана. Например, рыболовные траулеры «Эксперимент» и «Экспермент-2», построенные в СССР по катамаранной схеме, могли противостоять шторму в 6 баллов, находясь лагом (боком) к волнению. Однокорпусные суда на такое не способны. Однако, как говорил академик А.Н.Крылов, «метацентрическая высота это рычаг, за который волна раскачивает корабль». Большая поперечная остойчивость судна приводит к снижению периода собственных поперечных колебаний, в результате чего на небольшой волне возникает резонансная и очень резкая качка (то есть с малым периодом и большой частотой). В результате условия обитаемости экипажа существенно ухудшаются. (Пагубное воздействие резкой качки на  человека автор знает по собственному опыту.) Поскольку катамараны  «Эксперимент» и «Экспермент-2» предназначались для эксплуатации в Балтийском море, для которого характерно наличие в спектре морского волнения преимущественно  коротких волн с большой частотой, получившееся ухудшение условий работы экипажей заставило свернуть эту экспериментальную работу по внедрению катамаранной схемы в рыболовецкие суда. (Следует, правда, отметить, что для некоторых схем многокорпусных судов за счет специально выбранной компоновки, позволяющей увеличить момент инерции судна относительно продольной оси, удается приблизить период собственных колебаний по крену к аналогичным параметрам  однокорпусных судов.)

В Тихоокеанском регионе вообще и в районе Океании в частности спектр морского волнения отличается постоянным присутствием в нем длинноволновой составляющей, имеющей большой период (малую частоту) колебаний (так называемая «океанская зыбь»). (Не случайно побережье Австралии и островов Океании считается весьма удобным местом для занятий серфингом.) В этих условиях однокорпусная «долбленка» неизбежно попадала в резонансную качку, что было попросту опасно. Для постройки судна с большими размерами, которое могло бы безопасно эксплуатироваться в таких условиях,  у жителей Тихоокеанского региона на рубеже исторических эр не было ресурсов. Выход был в использовании плотов, как это сделали инки у побережья Южной Америки (переход к множеству корпусов, то есть к «полисистеме»), или в удвоении числа корпусов (тот же плот, но без средней части), как это сделали жители островов Океании.  Имея сравнительно высокую частоту собственных колебаний по крену, в сочетании с низкочастотным воздействием волнения созданные катамараны имели приемлемые по условиям обитаемости параметры качки. Этот же эффект имеет место и при эксплуатации современных скоростных паромов-катамаранов в данном районе.

 Из приведенного примера видно, что избирательность действия того или иного закона развития ТС определяется не вероятностями, а вполне конкретными причинами. Для того чтобы закон начал действовать, необходимо:

- наличие обострения противоречия в ТС, запускающего процесс изменений (развития ТС);

- связь между обостренным (обостряющимся) противоречием и условиями применения данного закона (в рассмотренном примере – противоречие между необходимостью интенсификации функционального эффекта элемента системы и наличием запрета (ограничения) на его изменение (из-за природных, технологических или экономических причин)).

Кроме того, на возможность реализации изменений в ТС, продиктованных тем или иным законом, влияет и наличие существенного нежелательного эффекта (НЭ), возникающего в результате такого изменения. Дело в том, что любое новое изменение в системе, любое изобретение можно представить в виде «двуликого Януса», один лик которого (приветливый, позитивный)  возвещает о победе над исходным НЭ, а другой (неприветливый, негативный) – о возникновении нового ухудшения. Причем степень приемлемости этого нового ухудшения может быть различной. При недопустимости возникшего НЭ решение, предписываемое законом, не реализуется на практике.

Можно отметить, что в описаниях изобретений отражают только одно лицо «Януса» - приветливое. О другом (неприветливом) не упоминают вообще. Поэтому, если изучать развитие ТС исключительно по патентным материалам, без оглядки на реальное положение дел, то картина получается весьма благостной. Именно при таком подходе может возникнуть лозунг «Выиграть и ничего не проиграть». На самом деле проигрыш есть всегда, дело лишь в степени его существенности.

Таким образом, тезис о статистической природе ЗРТС следует признать некорректным. Все ЗРТС являются динамическими законами. Необходимо только четко выделять и оговаривать условия их реализации.

Источники

1. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука – М.: Советское радио, 1979

2. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач – Новосибирск: Наука, 1986

3. Алтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В., Филатов В.И. Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач) – Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989

4. Петров В. Серия статей «Законы развития систем»: 2002, http://www.trizland.ru/trizba/pdf-books/zrts-10-soglasov.pdf

5. Петров В.М. Основы теории решения изобретательских задач – ТРИЗ: учеб. пособие по дисциплине «Алгоритмы решения нестандартных задач» -  М.: МЭСИ,  2014

6. Литвин С. С., Любомирский А.Л. Законы развития технических систем: 2003, http://www.metodolog.ru/00825/00825.html

7. Фирст П., Паточка В. Паруса над океанами – Л.: Судостроение, 1977

8. Дубровский В.А. Многокорпусные суда: некоторые итоги развития и новые технические решения: 2009, http://shipdesign.ru/Sea/2009-09-23/029.html

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Subscribe to Comments for "Являются ли ЗРТС статистическими законами"