Талантливое мышление. ТРИЗ

Так же спорили они и перед царем. Выслушав их, Соломон приказал принести меч.

Меч немедленно был принесен. Ни минуты не раздумывая, царь Соломон молвил:

– Пусть будут довольны обе. Рассеките живого ребенка пополам и отдайте каждой половину младенца.

Одна из женщин, услышав его слова, изменилась в лице и взмолилась:

– Отдайте ребенка моей соседке, она его мать, только не убивайте его!

Другая же, напротив, согласилась с решением царя.

– Рубите его, пусть не достанется ни ей, ни мне, – решительно сказала она.

Тут же царь Соломон изрек:

– Не убивайте ребенка, а отдайте его первой женщине: она его настоящая мать.

Укажите самостоятельно, какие элементы системного мышления использованы в данном примере.

2.8. Выводы

Подведем итоги и перечислим основные элементы системного подхода:

1. Система;

2. Иерархия;

3. Взаимосвязи и взаимовлияния;

4. Причинно-следственные связи;

5. Системность и системные требования;

6. Эволюционное развитие;

7. Учет изменений и их влияний;

8. Целеполагание;

9. Подход «Анти».

Подробнее с системным подходом можно ознакомиться в [5], [9] и [15].

2.9. Самостоятельная работа

2.9.1. Контрольные вопросы

1. Дайте определение системного мышления и системного подхода.

2. Перечислите основные понятия системного подхода.

3. Дайте определение системы.

4. Опишите иерархию систем. Назовите иерархические уровни системы.

5. Приведите понятия, сопутствующее понятию система.

6. Опишите виды изменений.

7. Что такое системный оператор?

8. Кто автор системного оператора?

9. Назовите основные оси системного оператора.

2.9.2. Темы докладов и рефератов

1. История появления термина система. Обзор и анализ имеющихся определений системы.

2. Анализ понятия системное мышление и системный подход у различных авторов.

3. Анализ не системного подхода к природе, искусственным системам и, в частности, к технике в истории развития человечества.

4. Значение взаимовлияний в различных областях знаний.

5. Значение системного подхода в науке, технике, бизнесе и жизни.

2.9.3. Выполните задания

1. Приведите примеры

1.1. Системного подхода.

– В разработке техники.

– В природе.

– В различных науках.

– В бизнесе.

– В жизни, и т. д.

1.2. Несистемного подхода

1.3. Используйте системный оператор для:

– Лампы;

– Компьютера;

– Любой системы и/или процесса.

1.4. Покажите учет влияний в:

– Природе.

– Технике.

– В семье, обществе и т. д.

2. Решите задачи, используя системный подход

2.1. Задача 2.1. Капитан Блад

Условие задачи

Капитан Питер Блад, герой романа Рафаэля Сабатини «Одиссея капитана Блада», отправляется на вражеский корабль для переговоров.

Как ему обеспечить безопасность жизни его и его товарищей?

2.2. Задача 2.2. Сигареты

Условие задачи

Как получить крупную сумму денег за выкуренные сигареты?

2.3. Задача 2.3. Инквизиция

Условие задачи

Много веков тому назад в Испании очередного подозреваемого вызывают к инквизитору. Как правило, это был смертный приговор.

Инквизитор, улыбаясь, говорит подозреваемому: «У меня сегодня хороший день, и я хочу оставить тебе шанс на жизнь. Вот две свернутые бумажки. На одной написано „Жизнь“, на другой – „Смерть“. Тяни свой жребий».

Подозреваемый побледнел, сразу понял, что на обеих написано: «Смерть».

Как ему спасти свою жизнь?

2.4. Задача 2.4. Охота на медведя

Условие задачи

Молодой и опытный охотник собрались на охоту на медведя.

Когда опытный охотник увидел медведя, то ранил его незначительно. Разъяренный зверь кинулся на охотников. Они бегут к деревне. Молодой говорит опытному, что медведь сейчас догонит нас, но опытный охотник не отвечает ему, а бежит дальше.

Тогда молодой обернулся и застрелил медведя.

Опытный охотник начал ругать молодого. Почему?

2.5. Задача 2.5. Жестокий закон

Условие задачи

Жил некогда жестокий правитель, который не желал никого впускать в свои владения. У моста через пограничную реку был поставлен часовой, вооруженный с головы до ног, и ему было приказано спрашивать каждого путника:

– Зачем идешь?

Если путник говорил неправду, часовой обязан был схватить его и тут же повесить. Если же путник отвечал правду, ему и тогда не было спасения: часовой должен был немедленно утопить его в реке.

Таков был суровый закон жестокосердного правителя, и неудивительно, что никто не решался приблизиться к его владениям.

Но вот нашелся крестьянин, который, несмотря на это, спокойно подошел к охраняемому мосту у запретной границы.

– Зачем идешь? – сурово остановил его часовой, готовясь казнить смельчака, безрассудно идущего на верную гибель.

Но ответ был таков, что озадаченный часовой, строго исполняя жестокий закон, не мог ничего поделать с догадливым крестьянином.

Каков же был ответ?

2.6. Задача 2.6. Учитель и ученик

Условие задачи

То, что описано ниже, произошло, говорят, в Древней Греции. Учитель мудрости, софист Протагор взялся обучить Квантла всем приемам адвокатского искусства. Между учителем и учеником было заключено условие, по которому ученик обязывался уплатить своему учителю вознаграждение тотчас же после того, как впервые обнаружатся его успехи, т. е. после первой же выигранной им тяжбы.

Квантл прошел уже полный курс обучения. Протагор ожидает платы, но ученик не торопится выступать на суде защитником. Как же быть? Протагор, наконец, решил взыскать с ученика долг по суду и подал на ученика в суд. Он рассуждал так: если дело будет им выиграно, то деньги должны быть взысканы на основании судебного приговора; если же тяжба будет им проиграна и, следовательно, выиграна его учеником, то деньги опять-таки должны быть уплачены Квантлом по уговору – платить после первой же выигранной учеником тяжбы.

Однако ученик, напротив, считал тяжбу Протагора совершенно безнадежной. Он, как видно, действительно кое-что перенял у своего учителя и рассуждал так: если его присудят к уплате, то он не должен платить по уговору – ведь он проиграл первую тяжбу; если же дело будет решено в его пользу, то он опять-таки не обязан платить – на основании судебного приговора.

Настал день суда. Судья был в большом затруднении. Однако после долгого размышления он нашел, наконец, выход – такой приговор, который, нисколько не нарушая условий соглашения между учителем и учеником, в то же время давал учителю возможность получить обусловленное вознаграждение.

Каков был приговор судьи?

2.7. Задача 2.7. Проповедник

Проповедник рассказал пастве свой сон. Ему приснилось, что он попал в старый замок. Его ввели в комнату, где стоял огромный стол, уставленный прекрасными кушаньями. За столом сидели люди. Но они ничего не ели и ругались. В чем дело?

И тут проповедник понял, в чем дело, у людей руки не сгибались в локтях. Дотянуться до своего рта они не могли.

Потом он попал в другую комнату, где был такой же стол, за которым сидели люди и у них тоже не сгибались в локтях руки, но люди были очень радостными. Почему?

2.8. Задача 2.8. Четыре треугольника

Условие задачи

Как построить четыре треугольника с помощью шести спичек?

2.9. Задача 2.9. Как это сделано?

Условие задачи

Вы видите здесь деревянный куб, составленный из двух кусков дерева (рис. 2.20). Верхняя половина куба имеет выступы, входящие в выемки нижней части. Обратите внимание на форму и расположение выступов и объясните: как ухитрился столяр соединить оба куска?12

Рис. 2.20. Хитроумное соединение в собранном виде

2.10. Задача 2.10. Демидов

Условие задачи

Акинфий Демидов обладал деловой хваткой, смелостью, предприимчивостью, размахом, способностью организовать и возглавить большое дело. Историки полагают, что в секретных подвалах люди Демидова чеканили серебряные рубли. Когда императрица Елизавета Петровна узнала про его незаконную деятельность, она позвала Демидова на карточную партию. А выиграв, спросила у него: «Чьи деньги ты сегодня проиграл мне?».

Как быть Демидову?

Глава 3. Эволюционное мышление

Если вы не думаете о будущем, у вас его не будет.

А. Голсуорси

Содержание главы 3

3.1. Обзор

3.2. Выявление закономерностей развития

3.3. Использование законов развития систем

3.1. Обзор

Эволюционное мышление имеет две составляющие:

а) Выявление закономерностей развития (трендов) в любых явлениях, например, как это делается в тестах на логику или IQ (например, последовательность: треугольник, квадрат, пятиугольник… что дальше?). Выявление закономерностей – очень важное качество. Оно необходимо не только ученым, но и каждому человеку.

б) Использование законов развития систем для развития конкретной системы. В основном рассматривают группу законов эволюции систем, которые были рассмотрены в учебниках [5], [6] и [15], а подробно в монографии [14].

Основные из законов эволюции систем следующие (рис. 3.1):

– закон увеличения степени идеальности;

– закон увеличения степени управляемости и динамичности;

– закон перехода в надсистему;

– закон перехода на микроуровень;

– закон согласования;

– закон свертывания – развертывания;

– закон сбалансированного развития системы.

Рис. 3.1. Структура законов эволюции систем

3.2. Выявление закономерностей развития

Очень важно находить и уметь продлевать тенденции, закономерности. Это могут быть тенденции в поведении человека, в политике, экономике, торговле, природных явлениях, моде, повседневной жизни и т. д., во всем, что вас окружает. Они могут охватывать разные периоды жизни – от миллиардов лет до долей секунды.

Пример 3.1. Расширение Вселенной

Имеются разные гипотезы тенденции появления Вселенной и галактик. Процессы расширения Вселенной обычно отсчитывают от Большого взрыва – примерно 14 млрд лет тому назад. Имеются основные стадии Большого взрыва13.

В 1926 году знаменитый американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл предложил (а в 1936 году модернизировал) классификацию галактик по их морфологии. Из-за характерной формы эту классификацию называют еще «Камертоном Хаббла».

Рис. 3.2. Камертон Хаббла14

Пример 3.2. Возникновение Земли

Земля образовалась примерно 4,5 млрд лет тому назад из частиц протопланетного облака, постепенно увеличивалась ее масса. Земля постепенно разогревалась. Предположительно, ядро образовалось за несколько сот миллионов лет. При остывании возникло твердое ядро. Другие оболочки формировались значительно дольше. Постепенно были созданы воздушная оболочка и океаны. Около 3,8 млрд лет назад сложилась первая гранитная кора.

В процессе эволюции возникли атмосфера и гидросфера Земли.

Жизнь на Земле появилась приблизительно 4 млрд лет тому назад, а человек – приблизительно 200 тыс. лет назад.

Что ждет Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью неопределенности, абстрагируясь как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причем не всегда в лучшую сторону.

В конце концов недра Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит и горообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрет неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая ее судьба будет определяться среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замерзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а, скорее всего, именно к этому и приведет возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив ровную поверхность планеты. Очевидно: ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже невозможна, по крайней мере, в нашем современном представлении о ней15.

Пример 3.3. Развитие общества

Рассматривают разные периоды развития общества, начиная с первобытного (каменный, медный, бронзовый и железный века), который начинается с 200 тыс. лет назад и заканчивается приблизительно 1500 н. э.

Интересно проследить тенденции развития общественных отношений, формы власти, норм поведения и возникновение религий.

«Ход человеческой истории определили три крупнейшие революции. Началось с когнитивной революции, 70 тысяч лет назад. Аграрная революция, произошедшая 12 тысяч лет назад, существенно ускорила прогресс. Научная революция – ей всего-то 500 лет – вполне способна покончить с историей и положить начало чему-то иному, небывалому»16.

Тенденции развития разных государств насчитывают он нескольких тыс. лет до нескольких десятков лет.

Пример 3.4. Метеорологические предсказания

Сегодня мы получаем достаточно точный прогноз погоды от одного дня до 10 дней. С этой целью проводятся измерения изменений погодных условий во многих точках Земли и из космоса. Анализ этих данных позволяет выявить тенденции изменения погодных условий.

Пример 3.5. Мгновенные тенденции

Иногда от умения быстро увидеть тенденцию развития зависит жизнь человека.

Это может быть неожиданная ситуация на дороге, и водитель должен в доли секунды правильно отреагировать. Опытный водитель, постоянно наблюдая за дорогой, может предвидеть сложные ситуации.

По перемещению ног, корпуса, а потом рук боксер может предвидеть удар, который готовит его противник. Такая же ситуация может быть и в боевых действиях.

В связи с этим очень важно уметь выявлять тенденции, как в больших интервалах времени, так за доли секунды.

Пример 3.6. Эволюция в моде

История одежды – великолепный пример изучения изменения тенденций развития данной системы.

Существует мнение, что первые одежды появились с потерей волосяного покрова на коже человека.

Вначале люди одевались в шкуры животных, на которых охотились.

В дальнейшем шкуры животных и кожу стали сшивать с помощью сухожилий и волос.

Далее менялись материалы, из которых делалась одежда, ее форма и технология изготовления.

Примерно 10 000 лет назад были одомашнены козы и овцы, и с тех пор стали ткать изделия из шерсти.

Позже стали использовать хлопок и лен, и только в 20 веке появились синтетические ткани.

В данном примере проследим только изменение форм одежды.

Начнем с одежды Древнего Египта.

Египетская одежда на протяжении многих столетий остается неизменной, постоянной и однообразной. Были только два типа одежды: мужская и женская. Разница в одежде между отдельными общественными классами заключалась только в ее отделке и материалах. Но и здесь действуют точные законы и геометрические формы.

Основной одеждой мужчин был передник (схенти) – набедренная повязка. Женская одежда гораздо больше закрывала тело (рис.3.3). Рабыни ходили практически нагими.

Рис. 3.3. Одежды древнего Египта17

Далее одежда стала усложняться. Вершиной сложности женского платья стал кринолин (рис. 3.4), который был моден с 1851 по 1867 годы.

Рис. 3.4. Кринолин18

В дальнейшем платья стали упрощаться, уменьшался их объем. В 20 веке женщины стали одевать брюки. Сегодня одежда больше обтягивает женское тело. Общая тенденция показана на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Эволюция женской одежды19

Пример 3.7. Эволюция купальных костюмов

Первые женские купальные костюмы представляли собой платье (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Купальный костюм20

В дальнейшем площадь женского купального костюма стала уменьшаться. Общая тенденция показана на карикатуре (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Эволюция женского купальника21

Покажем пример выявления экономической закономерности.

Пример 3.8. Изменение освещенности

Ученые-экономисты из Соединенных Штатов разработали новую методологию, благодаря которой можно измерить изменение финансового состояния стран, наблюдая их из космоса. Методика поможет наблюдать за государствами, которые не публикуют или даже скрывают официальные показатели своей экономики. К настоящему моменту результаты данной работы не были опубликованы ни одним из научных изданий. Лишь краткие выводы по исследованиям были выложены в соответствующем пресс-релизе на официальном веб-сайте Университета Брауна.

Экономисты для косвенной оценки параметром экономического роста или падения государства использовали метод измерения интенсивности ночного освещения городов. Авторы исследования считают, что для любой деловой активности в темное время суток (будь то торговля или другие услуги) необходимо наличие искусственного света. Чем больше интенсивность иллюминации, тем больше деловая активность, тем лучше покупательская способность граждан, значит тем выше ВВП государства.

Исследователи пришли к выводу, что официальная статистика стандартных показателей сильно отличается от данных, полученных новым «космическим» способом. Например, для Республики Конго  рост ВВП неплохо совпали (2,4% по официальной статистике против 2,6% по «световой»). Вот с развитием Мьянмы вышла неувязка: если официальная статистика говорит о 8,6% роста ВВП, то спутниковые данные говорят о росте всего в 3,4%. 22.

3.3. Использование законов развития систем

Использование законов развития систем может не только объяснить развитие существующих систем, но и прогнозировать развитие будущих.

Пример 3.9. Развитие принтеров

Кратко опишем историю развития принтера.

Потребность в принтере возникла в 1951 году, когда в США был создан первый серийный компьютер UNIVAC I (Universal Automatic Computer I), разработанный американской компанией Remington Rand. Каждый из компьютеров мог производить от 400 до 2000 вычислительных операций в секунду, что по тем временам считалось невероятной скоростью. Вычисления перепечатывались большим штатом машинисток.

Это не только обходилось слишком дорого, но и совершались ошибки.

В 1953 году корпорация Remington Rand создала первое печатающее устройство для компьютера UNIVAC 1. Устройство получило название UNIPRINTER; часть этого названия (printer) стало именем нарицательным.

Принцип действия перенесли с электрической пишущей машинки (аналогия) с некоторыми отличиями.

Изображение формировалось в результате удара соответствующей литеры по бумаге через красящую ленту.

UNIPRINTER был барабанным принтером и работал так: позади листа бумаги находился ряд молоточков, управляемых электромагнитом. Перед листом находилась красящая лента, а перед лентой вращался барабан шириной во всю страницу (120 символов), несущий 120 колец, каждое из которых содержало все буквы алфавита (рис. 3.8). Барабан непрерывно вращался, и, когда нужная буква в нужной позиции строки оказывалась над бумагой, один из молоточков бил по ней. Так, за один оборот барабана удавалось напечатать всю строку, после чего бумага подавалась вверх для печати следующей строки и т. д.

Рис. 3.8. Барабанный принтер23

Переход от электрической пишущей машинки к первому принтеру произошел благодаря использованию сразу нескольких законов.

Машинисток заменила система управления – это закон увеличения степени управляемости.

Каретка не двигалась – закон увеличения степени идеальности.

Увеличилось количество букв на барабане в 120 раз – это отход от идеальности. Это можно рассматривать и как закон перехода в надсистему.

Кроме того, использовался принцип наоборот, не литера ударяла по красящей ленте, которая оставляла след на бумаге, бумага с помощью молоточка, находящегося с другой стороны бумаги, ударялась по литере.

Позже появились наборные принтеры. В них символы на барабане были не жестко закреплены, а набирались для каждой строки. В момент печати одной строки следующая набиралась, что увеличило скорость печати до 100 страниц в минуту.

В этом решении использовался закон увеличения степени динамичности. Символы были не жестко закреплены на барабане, а набирались предварительно. Использовался принцип предварительного исполнения – во время печати строки другая подготавливалась.

Лепестковый принтер (рис. 3.9) еще больше напоминал пишущую машинку. Главной деталью этих принтеров была металлическая «ромашка», на концах подвижных лепестков которой размещались рельефные символы. «Ромашка» вращалась вокруг своей оси, молоточек бил по лепестку, прижимая к бумаге через красящую ленту и оставляя оттиск. Поменяв «Ромашку», можно было изменить шрифт или алфавит. За минуту машина печатала до 78 тыс. символов, что в сотни раз быстрее скорости самой проворной машинистки.

Рис. 3.9. Лепестковый принтер24

Здесь были использованы закон увеличения степени идеальности – количество символов сократилось и не повторялось, и закон увеличения степени динамичности – каждый знак подвижный.

Матричный механизм изобрела компания Seiko Epson в 1964 году. Принцип печати прост: матрица – набор нескольких маленьких иголок, которые и формируют необходимый символ. Иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, и получается точечное изображение (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Матричный принтер25

В данном принципе печати использовалась одна из тенденций закона увеличения степени динамичности – закономерность увеличения степени дробления. Каждый из знаков разбит на составляющие части – иголочки. Кроме того, это использование закона увеличения степени идеальности – количество частей уменьшилось, нет отдельных частей с отдельными символами – универсальное устройство, создающее любой символ или рисунок.

Хотелось бы обратить внимание на тенденцию уменьшения числа используемых символов: в барабанном принтере – 120 комплектов символов; в лепестковом – один комплект символов; в матричном – ни одного комплекта.

120 – 1 – 0.

С этого момента принтеры стали изображать не только символы, но и любой рисунок, но пока только в черно-белом исполнении или ином одноцветном виде, когда вместо черного цвета использовалась лента другого цвета.

Струйная печать разрабатывалась параллельно с игольчатым принципом. Научную основу в этом направлении заложил британский физик и нобелевский лауреат Лорд Рэлей, который еще в XIX веке изучал распад струи жидкости и формирование капель, а патент на данный способ печати выдан Вильяму Томпсону (William Thomson) в 1867 году.