История разработки законов развития технических систем

Материал из Викиучебника

Перейти к: навигация, поиск
Эта статья одна из серии "История развития ТРИЗ".

Владимир Петров История разработки законов развития технических систем[1].

В статье дается обзор работ по:

  • развитию техники,
  • истории появления понятий "закон" и "закономерность", относящиеся к развитию техики и их определения,
  • истории появления законов развития техники,
  • рассматривается история появления в ТРИЗ системы законов развития техники и их эволюция.

Данная статья предназначена, прежде всего, тем, кто хочет глубже изучить теорию решения изобретательских задач - ТРИЗ, но может быть так же полезна лицам, интересующимся историей науки и техники. Статья может быть использована при преподавании истории развития ТРИЗ, в частности законов развития технических систем, а так же исследователям истории развития науки и техники и теории решения изобретательских задач.

Содержание

[править] Введение

Данная статья написана по материалам, которые автор собрал для разработки законов развития технических систем. Эти исследования автор начал проводить в 1973 году. В дальнейшем материалы периодически пополнялись. Они использовались автором для чтения лекций по законам развития технических систем. Материал находился в виде картотеки и рукописи, и впервые был опубликован в [2], а в сокращенном виде статья была представлена на Международной коняеренции "Три поколения ТРИЗ", международной ассоциации ТРИЗ (МА ТРИЗ)[1].

Преимущественно материал излагается в историческом порядке. В некоторых частях статьи этот порядок нарушен для лучшего понимания отдельных направлений или для улучшения логики изложения.

Работа не претендует на полноту и глубину охвата всех материалов по законам развития технических систем, так как у автора не хватает информации, чтобы провести глубокие аналитические исследования. Наверняка упущены какие-то работы и авторы. Поэтому мы приносим им свои извинения.

Автор надеется, что эта статья будет самопополняться и саморазвиваться.

Эти материалы могут использоваться в курсах история развития ТРИЗ и законов развития систем. Материалы могут быть полезны и будущим исследователям развития систем.

Автор умышленно не дает оценки работам, упомянутым в данной статье, что бы каждый читатель мог сделать свои выводы.

[править] Исследования по развитию техники

Разработка законов развития технических систем велась уже достаточно давно. Первую, известную автору, работу по законам развития техники написал Георг Гегель в параграфе «Средство» работы «Наука логики» [2]. «Техника механическая и химическая потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)».

В 1843 году В.Шульц описал прототип закона полноты частей системы. Он писал, что «можно провести границу между орудием и машиной: заступ, молот, долото и т.д., системы рычагов и винтов, для которых, как бы искусно они ни были сделаны, движущей силой служит человек … все это подходит под понятие орудия; между тем плуг с движущей его силой животных, ветряные мельницы следует причислить к машинам» [3].

Чуть позже некоторые законы развития техники были описаны К. Марксом и Ф. Энгельсом. К. Маркс описал эти законы в разделе «Развитие машин» , «… различие между орудием и машиной устанавливают в том, что при орудии движущей силой служит человек, а движущая сила машины – сила природы, отличная от человеческой силы, например животное, вода, ветер и т.д.» [4]. Далее К.Маркс пишет: «Всякое развитое машинное устройство состоит из трех существенно различных частей: машины–двигателя, передаточного механизма, наконец, машины-орудия, или рабочей машины. Машина-двигатель действует как движущая сила всего механизма. Она или сама передает свою двигательную силу или как паровая машина, калорическая машина, электромагнитная машина и т.д., или же получает импульс извне, от какой-либо готовой силы природы, как водяное колесо от падающей воды, крыло ветряка от ветра и т.д. Передаточный механизм, состоящий из маховых колес, подвижных валов, шестерен, эксцентриков, стержней, передаточных лент, ремней, промежуточных приспособлений и принадлежностей самого разного рода, регулируют движения, изменяет, если это необходимо, его форму, например, превращает из перпендикулярного в круговое, распределяет его и переносит на рабочие машины. Обе эти части механизма существуют только затем, чтобы сообщить движение машине-орудию, благодаря чему она захватывает предмет труда и целесообразно изменяет его. … Первоначально «машина-орудие» (рабочая машина) представляла в очень измененной форме, все те же аппараты и орудия, которыми работают ремесленник или мануфактурный рабочий, но это уже орудия не человека, а орудия механизма, или механические орудия» [5].

Некоторые дополнительные материалы можно найти в работах Ф. Энгельса по истории развития военной техники и ведения войн. Это работы 1860-1861 гг., в частности: «О нарезной пушке», «История винтовки», «Оборона Британии», «Французская легкая пехота» и др [6].

Зачатки законов развития техники и ее взаимодействия с человеком и обществом изложены в работах К.Маркса [7].

Определенным вкладом в понимании техники и ее законов было создание «философии техники»[3]. Этот термин ввел немецкий ученый Эрнест Капп. В 1877 году он выпустил книгу «Основные линии философии техники» [8]. Основное развитие этого течения проходило в начале XX века. В основном, развитием «философии техники» занимались немецкие ученые Ф.Дессауер [9], М.Эйт [10], М.Шнейдер [11] и др. В России эту тематику разрабатывал П.К.Энгельмейер[4][5]. В 1911 году он выпустил книгу «Философия техники» [12]. Все эти работы обсуждали теоретические и социальные проблемы техники и технического прогресса.

П.К.Энгельмейер в первом выпуске «Философия техники» дает обзор идей о технике, во втором показывает связь техницизма с философией, а в последние два выпуска посвящены человеческой деятельности и техническому творчеству.

Вопросами истории техники, классификации и определения понятий техники занимались многие ученые в различных странах К.Туссман [13] и И.Мюллер [14] (в Германии), В.И.Свидерский [15], А.А.Зворыкин [16], И.Я.Конфедератов [17], С.В.Шухардин [18] (в России) и др. В 1962 году был выпущен фундаментальный труд по истории техники [19]. Вопросы философии и техники изложены в книге [6].

[править] Понятия и определения

ЗАКОН, необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями. Закон выражает связь между предметами, составными элементами данного предмета, между свойствами вещей, а также между свойствами внутри вещи. Но не всякая связь есть закон. Связь может быть необходимой и случайной. Закон – это необходимая связь. Он выражает существенную связь между сосуществующими в пространстве веществами. Это закон функционирования [20].

ЗАКОН, необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Понятие закон родственно понятию сущности. Существуют три основные группы законов: специфические, или частные (напр., закон сложения скоростей в механике); общие для больших групп явлений (напр., закон сохранения и превращения энергии, закон естественного отбора); всеобщие, или универсальные, законы. Познание закона составляет задачу науки [21].

ЗАКОН, объективно существующая необходимая связь между явлениями, внутренняя существенная связь между причиной и следствием [22].

ЗАКОН, не зависящая ни от чьей воли, объективно наличествующая непреложность, заданность, сложившаяся в процессе существования данного явления, его связей и отношений с окружающим миром [23].

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ОБЩЕСТВЕННАЯ, объективно существующая, повторяющаяся, существенная связь явлений общества, жизни или этапов исторического процесса, характеризующаяся поступательное развитие истории [24].

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ОБЩЕСТВЕННАЯ, повторяющаяся, существенная связь явлений общественной жизни или этапов исторического процесса. Закономерность общественная присуща деятельности людей, а не есть нечто внешнее по отношению к ней. Действие закономерности общественной проявляется в виде тенденций, определяющих основную линию развития общества [25].

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ, обусловленность объективными законами; существование и развитие соответственно законам [26].


В.П.Тугаринов дает следующее определение закона: «Закон есть такая взаимосвязь между существенными свойствами или ступенями развития явлений объективного мира, которая имеет всеобщий и необходимый характер и проявляется в относительной устойчивости и повторяемости этой связи» [27].

«Понятие «закон» служит для обозначения существенной и необходимой, общей или всеобщей связи между предметами, явлениями, системами их сторонами или другими составляющими в процессе существования и развития. Эти связи и отношения объективны. Законы науки являются их отражением в человеческом сознании.

Понятие «закономерность» отличается от закона по своему содержанию и принятому употреблению. Довольно часто, говоря о закономерности того или иного явления, подчеркивают тем самым только то обстоятельство, что данный процесс или данное явление не случайно, а подчинено действию определенного закона или совокупности законов. Последнее особенно характерно для закономерности, которая по своему содержанию шире закона и обозначает также совокупное действие ряда законов и его итоговый результат.

Различие между законами и закономерностями, не исключающие, а подразумевающие частичное совпадение содержания этих понятий»[28].

История возникновения и формирования понятия закона подробно описана Л.А.Друяновым . Кроме того, он выделяет две черты, присущие закону, а описывает четыре (иерархия этих черт и выделение текста выполнены автором статьи):

  1. Существенная связь. «Объективный закон…- это существенная связь явлений (или же сторон одного и того же явления). Объективный закон относится не к отдельному объекту, а к совокупности объектов, составляющих определенный класс, вид, множество, определяя характер их «поведения» (функционирования и развития)… Поскольку… в природе действуют существенные связи (объективные законы), ее поведение не является случайным, хаотичным; она функционирует и развивается закономерным образом и наряду с изменчивостью, ей присущи относительная устойчивость и гармоничность» [29].
  2. Необходимость. «…всякий объективный закон (закон природы) носит необходимый характер; закон, закономерная связь всегда является в то же время необходимой связью, которая, в отличие от случайной связи, при наличии определенных условий неизбежно должна иметь место (произойти, наступить)… Следовательно, существенная закономерная связь (закон) является в то же время и необходимой связью. Другими словами, необходимость – это важнейшая черта закона, закономерности. Всякий закон природы представляет собой, таким образом, выражение необходимого характера существенных связей в объективном мире»[30] .
  3. Всеобщность. «Другая важнейшая черта всякого объективного закона – его всеобщность. Любой закон природы присущ всем без исключения явлениям или объектам определенного типа или рода… Всеобщность – это, следовательно, вторая важнейшая черта объективных законов, законов природы. Поскольку всякий закон носит необходимый и всеобщий характер, поскольку он осуществляется всегда и везде, когда и где для этого имеются схожие объекты и соответствующие условия, постольку, следовательно, закономерные связи будут устойчивыми, стабильными, повторяющимися… Закон инвариантен относительно явлений» [31].
  4. Повторяющийся характер. «Легко видеть, какое значение имеет существование стабильности, повторяемости, порядка в природе для человека, для науки и практической деятельности людей. Если бы в природе ничего не повторялось и происходило всякий раз по-новому, ни человек, ни животные не могли бы приспособиться к окружающим условиям, стала бы невозможна целесообразная деятельность, научное познание, да и сама жизнь… Поскольку повторяемость, упорядоченность… составляют важную характеристику объективных законов, научные поиски закономерных связей в природе начинаются обычно с констатации повторяемости определенной стороны или свойства изучаемых объектов… Следовательно, науку интересуют не любые повторяющиеся связи объектов, а лишь такие, которые носят в то же время существенный характер, т.е. ее интересуют существенные повторяющиеся связи»[32] .

«…можем определить объективный закон (закон природы) как существенную связь, которая носит необходимый, всеобщий, повторяющийся (регулярный) характер»[33] .

Б.С.Украинцев сформулировал общие особенности объективных законов техники [34]:

  1. Целеосуществления – реализация потребностей. «Все технические сооружения или устройства, а также их части, создаются целесообразно цели, то есть таким образом, чтобы, функционируя, они выполняли роль средства достижения цели человека. Поэтому все технические законы по своей сущности являются законами целеосуществления».
  2. Управляемость техники человеком. «Законы (техники) объединяются принципом сопряжения возможностей техники с возможностями человека или иначе говоря, принципом управляемости техники человеком».
  3. Принцип технологичности. «…новая конструкция должна быть такой, чтобы ее можно было изготовить при помощи существующих средств производства и на основе имеющихся навыков производства, как исходных моментов дальнейшего технического прогресса».
  4. Эффективное функционирование техники. «Законы техники являются также законами эффективного функционирования технических средств достижения общественных и личных целей… Если общественная ценность трудовых, материальных и энергетических затрат на создание и функционирование техники превосходит общественную ценность результатов ее применения в качестве искусственного материального средства целеосуществления, то данная техника малоэффективна и общество нуждается в другой технике, удовлетворяющей требованиям и принципам эффективности техники».
  5. Соответствие экономическим возможностям общества. «Законы техники имеют еще один общий момент, выражаемый принципом соответствия техники экономическим возможностям общества на данной ступени его развития».

А.И.Половинкин сформулировал требования, которым должны удовлетворять законы техники [35]:

  1. Формулировка закона техники должна быть по форме лаконичной, простой, изящной, а по содержанию отвечать данным выше определениям закона.
  2. Формулировка закона техники должна быть обобщенной и отражать очень большое число известных и возможных факторов. Иначе говоря, закон должен допускать эмпирическую проверку на существующих или специально полученных факторах, имеющих количественную или качественную форму. При этом формулировка закона должна быть настолько четкой, что два человека, независимо подбирающие и обрабатывающие фактический материал, должны получить одинаковые результаты проверки.
  3. Формулировка закона техники должна не только констатировать: что, где, когда происходит (то есть упорядочивать и сжато описать факты), но еще, по возможности, дать ответ на вопрос, почему так происходит. В связи с этим заметим, что в науке немало существовало и существует эмпирических законов, которые на отвечают на вопрос «почему?» или отвечают на него частично. И по-видимому, почти нет научных законов (в виду локального характера их действия), которые отвечают на вопрос «почему?». На все вопросы обычно отвечает теория, опирающаяся на несколько законов.
  4. Формулировка закона техники должна быть автономно независимой, то есть к законам будем относить такие обобщенные высказывания, которые не могут быть логически выведены из других законов техники. Выводимые обобщения будем относить к закономерностям техники.
  5. Формулировка закона техники должна учитывать взаимосвязи: «техника – предмет труда», «человек – техника», «техника – природа», «техника – общество».
  6. Формулировка закона техники должна иметь предсказательную функцию, то есть предсказывать новые неизвестные факты, которые могут быть более или менее очевидными, а иногда необычными, парадоксальными.
  7. Формулировка всех законов техники должна иметь четко определенную единую понятийную основу.

[править] Работы по законам развития техники

На основе изучения истории техники К.Маркс сформулировал некоторые законы развития техники [36]:

  1. Закон возникновения и возрастания потребностей.
  2. Закон ускоренного развития средств производства.
  3. Закон непрерывного развития новых видов промышленности.

Различные ученые описывали требования к разработке техники и технических наук. Делались попытки классификации законов и закономерностей техники. К ним относятся работы Дж. Бернала [37], Д.Киллефера [38], Я.Клаучо и Е.Дуды, Л.Тондла [39], И.Мюллера, Д.Тейхмана [40], К.Тессмана [41], Л.Штирибинга [42], Б.М.Кедрова [43], О.Д.Симоненко [44], В.М. Розина [45].

Рассмотрим более детально некоторые из них.

Философ В.П.Рожин выделял два вида законов развития любых систем [46]:

  1. Законы структуры и функционирования систем.
  2. Законы развития систем.

А.С.Мамзин и В.П.Рожин отмечали: «Различие законов функционирования и законов развития объектов материальной действительности связано с тем, что в первом случае мы имеем дело с такого рода законами, которые характеризуют внутреннюю связь элементов системы и выступают как важное условие сохранения целостности и ненарушимости материальной структуры объекта в процессе непрерывных изменений. Во втором случае мы имеем дело с законами, характеризующими определенную последовательность, ритм, темп и т.п. в переработке самих материальных структур, связь между различными состояниями системных объектов»[47] .

Такие образом, можно сказать, что первая группа законов нужна для построения системы и ее системного функционирования, а вторая – определяет, как будет развиваться система. На наш взгляд, это наиболее правильное представление.

Рассмотрим и другие классификации.

В работе Я.Клаучо и Е.Дуды «Феномен техники» выделены четыре группы законов: классификационные, отношения, причинные и диалектические [48]. Они рассматривают технику как единую систему.

И.Мюллер выделяет три группы законов[49] :

  1. Структуры и развития техники, как определенного целого.
  2. Структуры развивающих процессов, составляющих основу инженерной деятельности (конструкторской, технологической и т.д.).
  3. Специфические законы (отличающихся от группы 1), образующих основу технических систем.

М.Корах[50] сформулировал, по его мнению, четыре фундаментальных закона:

  1. Закон стоимостной переменной.
  2. Закон большого числа переменных.
  3. Закон шкального эффекта.
  4. Закон автоматизации.

Наиболее детально характеристику технического объекта дал В.В.Чешев [51]. Он пишет «…технический объект предстает в виде определенной совокупности элементов, в виде определенной вещественной структуры. …он представляет собой особую «целесообразную форму» проявления некоторого закона природы и должен описываться со стороны технических свойств, проявляемых им при практическом использовании в производственной (или какой-либо другой) сфере деятельности, а также должен быть описан со стороны своего внутреннего содержания как процесс, определяемый законом природы. Описывая техническое устройство совокупностью технических и естественных свойств, мы получаем обобщенное представление о техническом объекте».

В.В.Чешев выделяет две основные группы понятий:

  1. отражающие структуру технического объекта,
  2. описывающие функционирование технического объекта в качестве средства целесообразной деятельности.

В первой группе выделены понятия. Наиболее общим среди них «принцип действия». К которому В.В.Чешев относит:

  1. «Обобщенная характеристика формы проявления закона природы, так как указываются основные факторы, обусловливающие протекание процесса.
  2. В «принципе действия» содержится указания на закон природы, определяющий ход процесса и его особенности…
  3. «Принцип действия» обобщенно характеризует структуру технического объекта, так как если указаны основные факторы процесса, их роль, то тем самым дается указание на основные структурные единицы объекта, к которым в дальнейшем можно поставить конкретные требования».

Имеются работы, описывающие отдельные принципы построения техники, например,

  • системность[52] частично описана В.И.Свидерским. Он пишет «Говоря об элементах, мы должны подразумевать под ними не просто дробные части данного целого, а лишь такие из них, которые, вступая в определенную систему отношений, непосредственно создают данное целое». Под элементами он понимает: «в самом общем значении под элементами следует понимать любые явления, процессы, образующие в своей совокупности данное явление, данный процесс»[53],
  • принцип агрегатирования и унификации описали Х.Габель и С.А.Майоров. Х.Габель [54] описывает принцип агрегатирования и унификации применительно к станкам и автоматическим линиям. Станки собираются из унифицированных блоков, а линии из агрегатных станков. С.А.Майоров рассматривает этот принцип применительно к цифровым управляющим машинам (сегодня более привычен термин компьютер). Он пишет: «В связи с непрерывно увеличивающейся потребностью в цифровых управляющих машинах назрела необходимость в более эффективной разработке прогрессивных принципов проектирования ЦУМ на основе простейших унифицированных функциональных узлов и блоков, позволяющих механизировать и автоматизировать основные производственные процессы производства этих узлов, повысить надежность и сократить сроки разработки и освоения новых, более совершенных управляющих машин».[55]
  • закон растущей дифференциации техники предложен немецким ученым О.Киенцле [56].

Систематизацией техники достаточно много занимались немецкие ученые. В 30-х годах этим занимался В.Бишоф. Затем эти работы продолжил Ф.Ханзен. Он назвал их «систематика конструирования». Он выявил закономерности, связанные со структурно-функциональным представлением техники [57].

Ю.С. Мелещенко глубоко и обстоятельно исследовал развитие техники, технических и естественных наук. В своей работе он дал глубокий анализ: концепций, понятий, определений и классификации техники; системы связи техники с другими общественными явлениями; развития техники, и научно-технических революций. Это наиболее фундаментальный труд того времени по закономерностям развития техники [58].

В результате этого анализа Ю.С.Мелещенко вывел некоторые закономерности развития техники. Так же как и В.В.Чешев он выделил две основные и наиболее крупные группы законов и закономерностей:

  1. Законы структуры и функционирования техники
  2. Законы развития техники.

Кроме того, Ю.С.Мелещенко выделяет две крупные групп закономерностей развития техники [59]:

  1. Внутренние закономерности развития техники (система самой техники)
  2. Внешние закономерности развития техники. Закономерности развития техники, складывающиеся в результате ее взаимодействия с другими общественными явлениями (система общества в целом).

Изложение закономерностей развития техники, разработанных Ю.С.Мелещенко дается в кратком, несколько упрощенном, но более структурированном, иерархическом и более наглядном, по мнению автора статьи, виде. Формулировки законов оставлены в оригинальном виде. Выделение текста сделано автором статьи.

Внутренние закономерности имеют две подгруппы:

а) закономерности, характеризующие сдвиги в субстанциональной стороне техники;

б) закономерности, связанные с изменением ее элементов, структуры и функций.

Рассмотрим подробнее структуру закономерностей развития техники по Ю.С.Мелещенко.

1. Внутренние закономерности развития техники (система самой техники)

1.1. Закономерности, характеризующие сдвиги в субстанциональной стороне техники [60];

1.1.1. Изменения в применении материалов

1.1.1.1. Расширение ассортимента природных материалов, применяемых в технике [61].

1.1.1.2. Вовлечение материалов природы в сферу технического использования[62]

1.1.1.3. «Поиск и создание новых материалов сочетается с постоянным совершенствованием имеющихся материалов, выявлением и использованием их новых свойств. Этот процесс, имеющий закономерный характер, пронизывает всю историю техники» [63].

1.1.1.4. Растущая целенаправленность в применении материалов, из которых создана техника [64].

1.1.1.4.1. Подбор материалов, которые по своим свойствам наиболее соответствуют структуре и свойствам технических устройства.

1.1.1.4.2. Рациональное использование материалов в количественном отношении. Изменение показателей (обычно в сторону уменьшения) по мере совершенствования техники. Например, уменьшение удельного веса, коэффициента компоновки, показателя относительного веса конструкции и др.

1.1.2. Закономерности, связанные с изменениями в использовании процессов природы. Большую часть этой группы образуют закономерности, которые выражают сдвиги в энергетических и других процессах, используемых в технике [65].

1.1.2.1. Последовательное овладение все более сложными формами движения материи, их техническое использование, расширение спектра процессов, применяемых в технике (использование физических, химических и биологических процессов)[66].

1.1.2.2. Использование все более глубоких и мощных источников энергии. От использования мускульной энергии человека и животных, к использованию энергии движения воды и воздуха, тепловой энергии (паровой двигатель, двигатель внутреннего сгорания), электроэнергии, атомной энергии[67] .

1.1.2.3. Растущая интенсивность применяемых процессов. Например, давления, температуры, скорости, напряжения, скорости и интенсивности применяемых процессов, увеличение скорости и количества принимаемой и перерабатываемой информации и т.д [68].

1.1.2.4. Постоянное возрастание степени целенаправленности используемых энергетических и других процессов. «Смысл и назначение техники и состоит в том, чтобы не просто осуществить какой-то процесс, а максимально направить его в нужную сторону, сделать его наиболее полезным и рациональным» [69]. Это осуществляется двумя путями:

1.1.2.4.1. Усовершенствование выбранного принципа действия

1.1.2.4.2. Переход к принципиально новой технике.

1.2. Закономерности, связанные с изменением ее элементов, структуры и функций.

1.2.1. Процесс дифференциации и специализации технических систем, их элементов. «Объективные предпосылки к этому коренятся в росте и развитии общественных потребностей, которые вызывают к жизни все новые и новые формы деятельности, а вместе с ними и соответствующие средства труда. Эти процессы обусловлены также внутренней логикой развития техники»[70].

1.2.1.1. Функциональная специализация. Средства труда или сложные технические системы предназначены для обслуживания определенной функции или достаточно общей операции.

1.2.1.2. Предметная специализация. Технические устройства или их элементы предназначаются для выполнения узкой операции, имеют ограниченную и жестко закрепленную программу действий.

Интересно отметить так же, что понимает Ю.С.Мелещенко под дифференциацией и специализацией. Он пишет: «Характерно также усиление дифференциации и специализации элементов технических устройств и систем. Примером тому служит классическая система машин трехзвенного состава, включающая в себя рабочую машину, передаточных механизм и двигатель. На ступени автоматизации она дополняется таким специализированным элементом, как управляющее устройство»[71] .

1.2.2. Процесс усложнения и интеграции техники.

1.2.3. Движение к автоматизации. «Можно выделить три основных этапа исторически развивающегося взаимодействия, людей и техники в процессе трудовой, целесообразной деятельности: 1) этап использования орудий техники; 2) этап машинной техники; 3) этап автоматизации» [72]. «Таким образом, закономерным для развития машинной техники является последовательное и все более полное замещение человека в выполнении материальных функций» . «Автоматизация проходит рад ступеней в своем развитии. Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию» [73] «Мы рассмотрели некоторые внутренние закономерности развития техники. Исследование их существенно не только для изображения общей картины исторического прогресса движения техники, оно дает определенные ориентиры для будущего, для прогнозирования технического прогресса»

2. Внешние закономерности развития техники. Эти законы достаточно туманно изложены.

Излагаю своими словами.

Первоначально излагается закон возрастания потребностей. Затем идет сравнение капиталистического и социалистического способа ведения хозяйства.

Следует обратить внимание на сформулированные Ю.С.Мелещенко группы критериев технического прогресса [74].

Группы критериев технического прогресса

«Эти принципы вытекают из самой сущности техники, из единства ее природно-социальных моментов» [75].

  1. Критерии субстанционального порядка. Любая техника создается из материалов и основывается на использовании необходимых процессов. «…судить о прогрессивности техники можно, учитывая, какие материалы и процессы в ней применяются и на сколько эффективно это осуществляется».
  1. Критерии структурного порядка. {{Цитата|«Технический прогресс – антиэнтропийный процесс, связанный с повышением организации и упорядоченности систем, надежности ее функционирования. Это реализуется за счет дифференциации и специализации, повышения интегративных свойств и рациональности конструкции»|}.
  1. Функциональные критерии. Максимально возможное соответствие функциям, назначению техники, эффективность выполнения программы, заложенной в технической системе. Это реализуется через показатели, например, производительность, точность, скорость выполняемых операций. Информационный критерий, характеризующей степень саморегуляции, совершенство процессов управления[76].
  2. Технологические и эксплуатационные критерии. Технологические критерии характеризуют процесс изготовления техники (трудоемкость, которая должна быть наименьшей). Эксплуатационные показатели связаны с надежностью и долговечностью работы техники, ее ремонтоспособностью, дешевизной и простотой обслуживания и т.д.
  3. Экономические критерии. Стоимость техники, стоимость единицы продукции, окупаемость, обеспечиваемый рост производительности труда и т.д.
  4. Социальные критерии. Эстетические, нравственные, влияние технической среды на человека и общество [77].

Ю.С.Мелещенко указал и {{Цитата|«…генеральную линию поступательного, восходящего развития всей техники, линию, которая прослеживается на протяжении всей истории этого развития. Ею является последовательная материализация трудовых функций человека в технических устройствах, что связано с движением от орудий техники к машинам и затем к автоматической технике, замещающей не только материальные, но также интеллектуальные трудовые функции человека. Знание этой генеральной линии технического прогресса дает общую перспективу, на основе которой прежде всего строится прогнозирование и планирование технического прогресса, научная техническая политика… курс на автоматизацию нельзя рассматривать в отрыве от принципиальных изменений всей системы техники, всех отраслей. Автоматизация является синтезирующим, обобщенным показателем технического развития в современных условиях, общим ориентиром технического прогресса»|}[78] .

Опишем систему законов техники, разработанную А.И.Половинкиным [79]. Он их разделяет на две группы: законы строения технических объектов и законы развития техники.

1. Законы строения технических объектов

1.1. Законы симметрии технических объектов

1.1.1. Закон двухсторонней симметрии

1.1.2. Закон осевой симметрии

1.1.3. Закон центральной симметрии 1.2. Законы корреляции параметров технических объектов

1.2.1. Закон гармонического соотношения параметров технического объекта

1.2.2. Закон корреляции параметров одного ряда технических объектов

1.3. Закон гомологических рядов технических объектов 1.4. Законы соответствия между функцией и структурой технического объекта

2. Законы развития техники

2.1. Законы расширения множества потребностей-функций

2.1.1. Закономерности возникновения и сохранения потребностей-функций

2.1.2. Систематика потребностей и их иерархия

2.1.3. Расширение множества потребностей-функций

2.2. Закон стадийного развития технических объектов

2.3. Закон прогрессивной конструктивной эволюции технических объектов

2.4. Закон возрастания разнообразия технических объектов

2.5. Закон возрастания сложности технических объектов

Закономерности эволюции антропогенных (искусственных) систем описал в своей монографии Е.М.Балашов [80]. Основное внимание он уделил техническим системам. Приведем основные из рассмотренных закономерностей:

  1. Сохранения основных функций развивающихся систем
  2. Относительного и временного разрешения противоречий в антропогенных системах
  3. Повышения функциональной и структурной целостности систем
  4. Преемственности функционально-структурной организации многоуровневых систем
  5. Адекватности функционально-структурной организации назначению системы
  6. Сжатия этапов развития систем. Постепенное сжатие по временной оси диалектической спирали развития является общей закономерностью эволюции систем [81].

Кроме того, Е.М.Балашов рассматривает:

  • Принцип многофункциональности[82]
  • Методология эволюционного синтеза систем[83]
  • Структурный синтез систем [84].

Эволюционный синтез систем базируется на закономерностях развития антропогенных систем, используя функционально-структурный подход, и создает проблемно-ориентированные системы. При этом используются принцип многофункциональности и структурный синтез систем. «Эволюционный синтез систем позволяет прогнозировать развитие проектируемых систем с позиций эволюции функций и эволюции технологий» [85]. «Процесс проектирования системы на основе концепции эволюционного синтеза является по существу процессом последовательного формирования и преобразования (трансформации) моделей функционально-структурной организации систем»[86].

Принцип многофункциональности[87] , устанавливающий взаимосвязь изменений функций и структуры многоуровневых систем в процессе развития и определяющий основные тенденции и этапы развития антропогенных систем.

Разработка законов развития техники в ТРИЗ

[править] Законы развития технических систем, разработанные Г.С.Альтшуллером

Первая система законов развития техники была разработана автором ТРИЗ Г.С.Альтшуллером. Она выглядела так [88]:

  1. Отдельные элементы машины, механизма, процесса всегда находятся в тесной взаимосвязи.
  2. Развитие происходит неравномерно: одни элементы обгоняют в своем развитии другие, отстающие.
  3. Планомерное развитие системы (машины, механизма, процесса) оказывается возможным до тех пор, пока не возникнут и не обострятся противоречия между более совершенными элементами системы и отстающими ее частями.
  4. Это противоречие является тормозом общего развития всей системы. Устранение возникшего противоречия и есть изобретение.
  5. Коренное изменение одной части системы вызывает необходимость для функционально обусловленных изменений в других ее частях.

Кроме того, в этой работе, практически был сформулирован закон полноты частей системы. «Между главными составными частями машины – рабочим органом, передаточным механизмом (трансмиссией) и двигателем – имеется определенное соотношение, ибо все эти части находятся в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности. Наличие взаимосвязи между главными составными частями машины приводит к тому, что развитие той или иной части оказывается возможным только до определенного предела – пока не возникнут противоречия между измененной частью машины и оставшимися без изменений другими ее частями». И далее «Противоречия, возникающие между отдельными частями машины, являются тормозом общего развития, ибо дальнейшее усовершенствование машины невозможно без внесения изменений в соответствующие ее части, без коренного улучшения их свойств».

В следующих работах Г.Альтшуллер описывает отдельные законы. Например, закон увеличения степени идеальности пока еще был представлен в виде понятия идеального конечного результата и в виде следующей формулировки: «Максимум нового эффекта при минимуме затрат на реализацию» - такова формулировка хорошего изобретения[89].

В 1963 году Г.Альтшуллер сформулировал следующие тенденции развития техники[90]:

  1. Увеличение параметров каждого единичного агрегата. Например, увеличение скорости самолета или грузоподъемности автомобиля.
  2. Увеличение удельных характеристик машин и процессов.
  3. Интенсификация производственных процессов (например, совмещение во времени нескольких этапов).
  4. «Динамизиция» машин: машины с фиксированными характеристиками (вес, объем, форма и т.д.) вытесняются меняющимися в процессе работы машинами; «жесткие» конструкции вытесняются «гибкими». Это заметная тенденция в развитии современной техники – разделение машины на несколько гибко сочлененных секций.

В этой же работе описывается понятие «Идеальная машина» [91]:

«Идеальная машина» - абстрактный эталон, в реальных условиях недостигаемый и отличающийся следующими обстоятельствами:

  1. Все части идеальной машины все время несут полезную расчетную нагрузку.
  2. Материал «идеальной машины» работает так, что его свойства используются наилучшим образом, например, металлические части работают только на растяжение, деревянные части – только на сжатие и т.д.
  3. Для каждой части «идеальной машины» созданы наиболее благоприятные внешние условия (температура, давление, характер движения внешней среды и т.д.).
  4. Если «идеальная машина» передвигается, то вес, объем и площадь полезного груза совпадают или почти совпадают с весом, объемом и площадью самой машины.
  5. «Идеальная машина» способна менять назначение (в пределах своей основной функции).
  6. Межремонтный период частей равен сроку службы всей «идеальной машины».

Сравнивая «идеальную машину» с идеей изобретения, можно судить об уровне, вообще достигнутом в данной отрасли техники, и о качестве найденной идеи.

В 1964 г. Г.Альтшуллер говорил об использовании законов развития биологии и переносе «патентов» природы для решения изобретательских задач [92]:

«Как известно, бионика изучает животных с целью применения найденных принципов и приемов работы их органов к решению инженерно-технических задач. Однако современные животные - слишком сложные прообразы для современной техники. Это нередко затрудняет изучение "живых моделей", тормозит (а порой делает невозможным) создание технических аналогов. Между тем часто целесообразно брать в качестве прообразов вымерших ныне животных, изучаемых палеонтологией, так как они проще устроены. Другое преимущество такого подхода состоит в том, что во много раз расширяется круг прообразов, ибо современные животные - лишь незначительная часть фауны, существовавшей в течение всей истории Земли».


В 1975-1977 годах Г.Альтшуллер разработал другую систему законов, которая была описана в двух работах «Линии жизни» технических систем[93][7][8] и «О законах развития технических систем», которые была распространена в школах ТРИЗ [94][9]. В дальнейшем они были опубликованы в книге «Творчество как точная наука» [95] и сборнике "Дерзкие формулы творчества" [96].


Законы были развиты на три группы: "статика", "кинематика" и "динамика". Приведем эти законы:

Статика


1. Закон полноты частей системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.

Следствие из закона 1:

Чтобы система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна её часть была управляемой.

2. Закон "энергетической проводимости" системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.

Следствие из закона 2:

Чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.

3. Закон согласования ритмики частей системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.

Кинематика


4. Закон увеличения степени идеальности системы

Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

5. Закон неравномерности развития частей системы

Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем неравномерное развитие её частей.

6. Закон перехода в надсистему Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей; при этом дальнейшее развитие идет уже на уровне надсистемы.

Динамика


7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень Развитие рабочих органов системы идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.

8. Закон увеличения степени вепольности

Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности.

Комментарии к этой работе были сделаны Б.Злотиным[97]: Он дал определения и уточнения законов и показал связь законов диалектики и законов развития технических систем:

«Развитие систем определяется, в первую очередь, наиболее общими законами, которым подчинены все системы – законы диалектики. Все прочие законы систем представляют собой следствие из законов диалектики либо их частные случаи».


В книге «Найти идею» Г.Альтшуллер описал общую схему развития технических систем, уточнил понятия законов перехода в надсистему и увеличения степени вепольности[98].

В законе перехода в надсистему появилась цепочка МОНО- БИ- ПОЛИ-СИСТЕМА - СВЕРТКА, а в законе увеличения степени вепольности - цепочка: невепольная система – простой вополь – сложный веполь – форсированный веполь – комплексно-форсированный веполь – комплексный форсированный веполь с применением физэффектов.

Кроме того, Г.С.Альтшуллером совместно с И.М.Верткиным был разработан закон увеличения пустотности[99][10].

[править] Законы развития технических систем, разработанные другими авторами

В период 1973-1975 годы, кроме Г.Альтшуллера, исследования по законам развития технических систем, насколько нам известно, вели: Борис Голдовский [100][11], Ю.Хотимлянский [101], Т.Кенгерли [102][12], Борис Злотин [103], В.Петров [104]. В этот период наиболее сильные теоретические работы по законам развития технических систем, кроме Г.Альтшуллера, были сделаны Б.Голдовским [105]. Он ввел понятия и механизмы по узловому компоненту, противоречиям (в понимании ТРИЗ), оператору отрицания и главной полезной функции системы (ГПФ).


Разработка законов развития технических систем В.Петровым велась с 1973 года. Основные теоретические материалы были сформулированы к 1984 году. В основу этих исследований положены законы развития технических систем, разработанные автором теории решения изобретательских задач Генрихом Альтшуллером.

В период 1973-1975 годы В.Петровым разрабатывались отдельные цепочки, которые обсуждались по переписке и при личных встречах с Генрихом Альтшуллером и Борисом Голдовским. В частности, была разработана цепочка дробления[106].

Первая попытка создания системы законов развития техники по аналогии с законами развития биологических систем, была сделана В.Петровым в 1976 году [107].

В дальнейшем В.Петров неоднократно обсуждал результаты исследований в Ленинградской школе ТРИЗ со своими коллегами и друзьями Волюславом Митрофановым, Борисом Злотиным, Эстер Злотин, Семеном Литвиным, Игорем Викентьевым, Владимиром Герасимовым, Вадимом Канером и многими другими. Большую работу по анализу моих работ провел мой друг Борис Голдовский. Советы этих людей и их теоретические работы существенно повлияли на формирование моих взглядов на законы развитие технических систем. Результаты работ докладывались на традиционном ежегодном Ленинградском семинаре, начиная с 1976 года. С 1984 года эти исследования проводились совместно с Э.Злотин. Первая система законов была доложена автором в 1980 на Ленинградском семинаре. Более детальная система была доложена на традиционном Ленинградском семинаре в 1981 году. Введены и определены законы избыточности и толерантности [108]. Полностью сформированная система законов была доложена на семинаре преподавателей и разработчиков ТРИЗ (Петрозаводск-82), а опубликована в 1983[109] и 1984 году [110].

Полностью система законов развития технических систем, была разработана В.Петровым в 1985 году[111] . В этой работе излагалась и методика прогнозирования на основе законов развития технических систем и системного анализа на примере развития судостроения и в частности подводных аппаратов. В дальнейшем эта методика была уточнена и использована для прогнозирования развития сварки [112]. Некоторая детализация законов и уточнение структуры системы законов поводились и в дальнейшем. Разработка системы законов, представленной в [13] была завершена к 1987 году и опубликована в 1989 году [113].

Параллельно велись разработки законов и другими авторами. Безусловно, центральное место занимали материалы, разрабатываемые Генрихом Альтшуллером , где он описал систему законов и сформулировал каждый отдельный закон.

Интенсивно велась разработка отдельных законов, развивающих и дополняющих законы, сформулированные Г.Альтшуллером.

Закон увеличения степени идеальности разрабатывали В.Петров [114][14], Юрий Саламатов и Игорь Кондраков [115], Эдуард Каган [116], Виктор Фей [117]; В.Митрофанов [118], Г.Иванов [119][15]; закон увеличения степени динамичности разрабатывал Игорь Кондраков [120], Б.Злотин[121], В.Петров[16]; подзаконы динамичности (увеличения пустотности) Г.Альтшуллер и Игорь Верткин [122][17] (увеличение степени дробления) В.Петров [123][18], закон сквозного прохода энергии Г.Иванов [124], закон согласования технических систем разрабатывали С.Литвин [125], Б.Злотин и А.Зусман [126], В.Петров и Э.Злотин [127][19]. Б.Злотин ввел законы согласования-рассогласования[128], развертывания – свертывания[129] и вытеснения человека из систем[130]. Позже появились работы дополняющие закон перехода в надсистему С.Литвина и В.Герисимова [131], Г.Френклаха и Г.Езерского [132], А.Пиняева [133]; закон идеальности механизмов свертывания С.Литвина и В.Герасимова [134], В.Дуброва [135], системный анализ, системные исследования, теория систем, системность технических систем В.Петров [136], А.А.Быстрицкий[137] и некоторые другие направления, например, использование законов при проведении ФСА разработанные С.Литвиным и В.Герасимовым [138].

В 1984 году была опубликована система законов, разработанная Ю.Саламатовым и И.Кондраковым [139] (Идеализация технических систем). К этому моменту увидели свет две работы по законам развития систем Б.Злотина и А.Зусман [140], которые содержали как систему законов, так и разработку новых механизмов реализации законов.

В 1990 году В.Петров и Эсфирь Злотина издали новую систему законов развития технических систем, которая была изложена в учебнике [141]. Эта система рассматривала три уровня законов[20]:

На следующих этапах была издана фундаментальная работа по законам технических систем Юрия Саламатова [142].

Появились интересные работы о системе законов Б.Злотина и А.Зусман[143], основные этапы развития технических систем Генадия Иванова [144], иерархическая структура систем Алексея Захарова[145][23], усложнение технических систем Игоря Девойно[146].

Велись работы по выявлению закономерностей развития не технических систем разными авторами: развитие научных систем Г.Альтшуллер[147], В.Митрофанов[148], И.Кондраков [149], В.Цуриков[150], Г.Г.Головченко[151], Г.Иванов[152], Б.Злотин и А.Зусман[153], развитие биологических систем описали Игорь Захаров[154], Тимохов В.И.[155], развитие окружающей среды (создание бес природного технического мира - БТМ) Г.Альтшуллер, Михаил Рубин[156], развитие художественных систем Юлий Мурашковский и Ингрида Мурашковска[157], Роман Флореску[158], развитие литературы (сказки) Алла Нестеренко[159], (пословицы) С.И.Перницкий[160], (анатомия сюжета) Александр Молдавер[161], развитие музыкальных форм Э.Злотина[162][24], развитие творческой личности Г.Альтшуллер и И.Верткин[163][25], развитие творческого коллектива Б.Злотин, А.Зусман, Леонид Каплан[164], развитие педагогики А.Нестеренко, В.А.Бухвалов[165] А.А.Гин[166], развитие фокусов В.Л.Уральская и С.Литвин[167] развитие журналистики[168] и рекламы Игорь Викентьев[169], закономерности развития менеджмента и предвыборной борьбы Сергей Фаер[170], диалектика Анатолий Лимаренко[171]. Проблемами прогнозирования с использованием ТРИЗ занимались Г.Альтшуллер[172][26], Б.Злотин и А.Зусман[173], С.Литвин и В.Герасимов, М.Рубин[174][27], В.Петров и Э.Злотина[175][28], И.Захаров[176].

До настоящего времени, на наш взгляд, еще не сложилось единого представления о законах развития технических систем. Все эти работы описывают общие и различные моменты. Имеется несколько систем, описывающих законы развития технических систем. Наиболее удачные из них, на наш взгляд – это системы Г.Альтшуллера, Б.Злотина и А.Зусман, и Ю.Саламатова.

В [29] изложена система законов и методика прогнозирования развития технических систем, которая, на наш взгляд, позволяет легче и полнее проводить прогноз развития технических систем. Первый раз эта работа была сделана в виде рукописи и отослана в фонд челябинской библиотеки[177]. Второй раз работа была издана в Израиле[178] с небольшими изменениями и уточнениями.

Наиболее полно, на наш взгляд, система законов представлена в работах Б.Злотина и А.Зусман[179] и Ю.Саламатова[180].

В 2006 году была опубликована очень интересная на наш взгляд, работа Любомирский А., Литвин С. Законы развития технических систем[181].

Новым шагом в развитии ТРИЗ как науки внес Саммит разработчиков ТРИЗ