Законы и закономерности развития систем. ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное

Дальнейшее развитие новых систем идет путем повышения их эффективностив двух направлениях.

1. Увеличение различия между элементами системы.

2. Развитие связей между элементами.

2.1. Система из практически самостоятельных, не связанных между собой элементов, не изменяющихся при объединении.

2.2. Система из частично измененных, согласованных между собой элементов, которые функционируют только вместе и только в данной системе. Это частично свернутая система.

2.3. Система полностью измененных элементов, которые работают только в данной моносистеме и отдельно применяться не могут.

5.5.3. Закономерность перехода системы в подсистему

Тенденция перехода системы в подсистему разработана В. Петровым58.

Эта тенденция является противоположной закономерности перехода в надсистему.

Система в своем развитии может сворачиваться до уровня подсистемы и даже вещества или вещества, выделяющего поле.

Переход осуществляется от надсистемы к системе, от системы к подсистеме, от подсистемы к веществу (рис. 5.65).

Рис. 5.65. Укрупненная схема тенденции перехода к веществу

В сложных системах переход от подсистемы к веществу осуществляется сначала к подподсистемам и т. д. вплоть до вещества или вещества, выделяющего поле.

Даная тенденция может использовать механизм свертывания и при переходе к веществу могут использоваться «умные» вещества.

5.5.4. Общая схема закономерности перехода системы в над- или подсистему

Представим полную схему закономерности перехода в надсистему или подсистему (рис. 5.66).

Рис. 5.66. Переход в надсистему или подсистему

5.6. Закономерность перехода на микроуровень и

на макроуровень

Закономерность перехода системы на микро- и макроуровень является основной из закономерностей эволюции систем (рис. 5.67).

Рис. 5.67. Структура закономерностей эволюции систем

5.6.1. Переход на микроуровень

Закономерность перехода системы на микроуровень заключается в том, что техника в своем развитии стремится перейти на микроуровень.

Чаще всего это относится к рабочему органу.

Микроуровень – условное понятие. В работе участвуют все более глубинные структуры вещества, например, использование нанотехнологий. При этом используются физические, химические, биологические и математические эффекты.

5.6.2. Переход на макроуровень

Закономерность перехода системы на макроуровень – это тенденция увеличения параметров системы.

Многие системы переходит не на микро-, а на макроуровень. В процессе эволюции многие системы постоянно увеличивают определенные параметры.

Среди этих параметров можно назвать:

– размер;

– мощность;

– скорость;

– емкость или объем;

– плотность;

– прочность;

– электропроводность и электроизоляцию;

– теплопроводность и теплоизоляцию;

– удельные параметры и т. д.

5.7. Закономерность свертывания – развертывания систем

5.7.1. Общие представления

Закономерность свертывания—развертывания является основной из закономерностей эволюции систем (рис. 5.68).

Рис. 5.68. Структура закономерностей эволюции систем

Закономерность свертывания – развертывания включает два закона (рис. 5.69).

1. Закономерность свертывания.

2. Закономерность развертывания.

Рис. 5.69. Закономерность свертывания – развертывания

5.7.2. Формулировка закономерности

Закономерность свертывания—развертывания заключается в том, что любая система в своем развитии сворачивает или разворачивает функции и элементы систем59.

5.7.3. Закономерность свертывания

Закономерность свертывания увеличивает степень идеальности за счет сокращения числа элементов системы без ухудшения (или при улучшении) функционирования.

Достичь этого можно, перераспределив полезные функции свернутых элементов между оставшимися элементами, а также их передачей элементам надсистемы или подсистемы.

Правила свертывания.

– Прежде всего, свертываются элементы или операции, выполняющие вредные функции.

– Затем свертывают маловажные элементы или операции особенно с большой относительной стоимостью.

– Можно свернуть дополнительные элементы или операции, если какой-то элемент или операция выполняют эту функцию самостоятельно.

– Функции устраненных элементов или операций должны быть переданы другим элементам или операциям системы (подсистемам) или надсистеме. Функции свернутых операций могут быть осуществлены на: предыдущих, последующие или параллельные операциях.

Свернуть можно и некоторые функции системы, например, неважные. Это позволит снизить себестоимость системы, за счет отсутствия затрат времени и средств на их выполнение.

При свертывании широко используются все виды ресурсов.

Рассмотрим некоторые пути свертывания систем.

1. Передача функций, свернутых частей системы другим элементам системы или операциям процесса.

2. Вытеснение части системы или операции в надсистему.

3. Миниатюризация.

4. Переход в подсистему.

Вытеснение части системы в надсистему

Подсистема или ее часть вытесняются в надсистему, превращаясь в специализированные системы в составе надсистемы.

Этот осуществляется следующим образом:

– Уменьшается количество элементов в системе;

– Уменьшается масса, габариты и энергопотребление;

– Увеличивается работоспособность:

– система становится проще;

– функция устраненной подсистемы выполняется надсистемой на более качественном уровне, так как осуществляется специализированной системой.

Миниатюризация

Миниатюризация всех подсистем в составе данной системы, без вытеснения подсистем в надсистему.

Нанотехнология позволяет не только осуществить миниатюризацию, он и получить качественно новые материалы, системы, процессы и эффекты.

Переход в подсистему

Тенденцию свертывание технической системы в подсистему мы частично рассмотрели в закономерности перехода в подсистему.

Здесь мы рассмотрим объединение подсистем в единый элемент. Подсистема выполняет функции других подсистем. Система превращается в рабочий орган, в вещество – в материальных системах и данные – в информационных системах. При этом часто используются «умные» вещества, выполняющие всю работу других подсистем.

5.7.4. Закономерность развертывания

Закономерность развертывания увеличивает степень идеальности за счет увеличения числа функций, выполняемых системой без ее усложнения, т. е. система становится полифункциональной.

Данная закономерность – один из способов увеличения степени идеальности, путем увеличения функциональности.

Для осуществления этой закономерности может быть использования закономерность «моно-би-полисвертывание» и механизм ее осуществления (см. закономерность перехода в надсистему):

– одинаковые системы;

– системы со сдвинутыми характеристиками;

– альтернативные системы;

– дополнительные системы;

– инверсные системы.

При развертывании можно использовать любые комбинации перечисленных видов систем.

Последовательность развертывания систем.

1. Выявление функций, которые мы хотим добавить к имеющейся системе.

2. Выявление альтернативных систем, выполняющих данные функции.

3. Выбор наилучших систем. Чаще всего выбирают систему, которая работает в самых тяжелых условиях и выпускается массовым производством.

4. Присоединение выбранных систем к имеющейся системе.

5. Определение достоинств и недостатков полученной системы.

6. Определение и разрешение противоречий.

7. Свертывание «лишних» элементов.

8. Максимальное использование ресурсов для развертывания системы.

Процесс объединения систем часто называют гибридизацией.

Можно выделить отдельные этапы развертывания систем:

1) гибридизация;

2) свертывание «лишних» элементов в гибридной системе;

3) максимальное использование ресурсов.

Гибридизация

Легче всего увеличить функциональность, присоединением элементов, выполняющих дополнительные функции – это путь гибридизации. При этом системы будет выполнять несколько функций.

Свертывание «лишних» элементов в гибридной системе

На этом этапе выявляются и разрешаются противоречия синтезированной гибридной системы, главным образом, удалением повторяющихся элементов, но сохраняя привнесенные новые функции.

Максимальное использование ресурсов

Один из путей увеличения степени идеальности – это использование ресурсов.

Первоначально выясняются все ресурсы системы.

Имеются следующие виды ресурсов.

1. Функции.

2. Элементы.

3. Связи между элементами.

4. Форма.

5. Энергия.

6. Информация.

7. Вещество.

8. Поле.

9. Потоки (вещества, энергии и информации).

10. Пространство.

11. Время.

12. Процессы.

13. Параметры.

14. Системные ресурсы.

Ресурсы могут браться в системе, подсистемах и надсистеме. Они могут использоваться в готовом виде или быть видоизменены.

Последовательность применения выявленных свойств по новому назначению системы может быть следующая.

1. Применение системы в целом.

1.1. Применение основных свойств, функций, действий в целом.

1.2. Применение вспомогательных свойств, функций, действий в качестве основных.

1.3. Применение ненужных или вредных свойств, функций, действий в качестве полезных.

1.4. Применение свойств, функций и действий, обратных выявленным.

2. Применение подсистем аналогично п.1.

3. Применение веществ и полей подсистем.

3.1. Применение основных для системы и подсистемы свойств веществ и полей.

3.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств веществ и полей в качестве основных.

3.3. Применение ненужных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.

3.4. Применение вредных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.

4. Применение микроструктуры веществ подсистемы.

4.1. Применение основных свойств микроструктуры – молекул, атомов, элементарных частиц и т. п.

4.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств микроструктуры.

4.3. Применение ненужных для данной системы свойств микроструктуры в качестве нужных.

4.4. Применение вредных для данной системы свойств микроструктуры в качестве полезных.

5.8. Закономерность несбалансированного – сбалансированного развития систем

Закономерность несбалансированного – сбалансированного развития является основной из закономерностью эволюции систем (рис. 5.70).

Рис. 5.70. Структура закономерностей эволюции систем

Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем не равномернее развитие ее частей.

Для увеличения идеальности система должна увеличивать степень ее сбалансированности, как отдельных частей системы, так и системы с надсистемой.

Мы назвали эту закономерность сбалансированного – несбалансированного развития.

Для увеличения степени идеальности система должна развиваться сбалансированного.

Закономерность неравномерного – равномерного развития (несбалансированного – сбалансированного развития) включает две закономерности (рис. 5.71).

1. Закономерность неравномерного (несбалансированного) развития.

2. Закономерность сбалансированного развития.

Рис. 5.71. Закономерность неравномерного – сбалансированного развития

5.9. Закономерности использования пространства

5.9.1. Общее представление

Помимо указанных выше закономерностей развития систем имеется еще одна общая закономерность – использование пространства. Она, как и большинство закономерностей, имеет тренд и анти-тренд.

5.9.2. Основная последовательность

Закономерность использования пространства – это постепенный переход от точки к линии, от линии к плоскости и от плоскости к объему, а также обратный переход от объема к плоскости, линии и точке.

Основные направления и идеи этой работы были изложены В. Петровым в 1973 г.60 В дальнейшем эта цепочка была развита61. В данной работе дальнейшее ее развитие.

Эта закономерность имеет дополнительные переходы. После перехода к объему (3D) имеется следующий переход к динамизации объема, т. е. изменение 3D-формы во времени или по условию. Эту закономерность назовем 4 D. Далее происходит переход к псевдо-объему и наконец, к динамическому псевдо-объему. Эта закономерность показана на рис. 5.72.

Рассмотрим пути увеличения эффективности каждого из переходов.

Рис. 5.72. Прямая тенденция использования пространства

Переход от линии к плоскости и объему – это использование кривых в плоскости и пространстве (рис. 5.73).

Рис. 5.73. Тенденция использования линии

Переход от плоскости к объему может быть постепенным. Если использована вся площадь плоскости, то может использоваться обратная сторона этой плоскости. В частности, может быть использована лента Мёбиуса (рис. 5.74).

Рис. 5.74. Тенденция использования объема

Далее рассматривается более эффективное использование объема. Когда исчерпаны возможности объема, то используют внутренние поверхности объема, в котором располагают другие части (прием «Матрешка»). В частности, может использоваться бутылка Клейна, несколько соединенных бутылка Клейна, 3D-лента Мёбиуса (использование свойств ленты Мёбиуса в объеме) и лента Киселева62. Эта тенденция показана на рис. 5.75. При этом могут быть использованы и другие геометрические эффекты.

Рис. 5.75. Тенденция использования внутреннего объема

В дальнейшем динамизируют объем, т. е. объемная форма изменяется во времени или по какому-то условию. Причем это могут быть незначительные изменения своего рода «дышащий» объем или полное изменение формы.

Следующий этап – это использование псевдо-объема, например, стереоизображение, голограммы, 3D – трехмерное изображение в компьютерах и т. д. Дальнейшее развитие – это динамизация псевдо-объема. Это похоже на 3D-кино, т. е. динамизация объемных изображений. На следующем этапе добавили к объему и динамизации и другие ощущения – это 5D и 7 D-кино.

5.9.2. Противоположная последовательность

Имеется и противоположная тенденция изменения систем в пространстве: переход от объема к плоскости, от плоскости к линии, от линии к точке может речь идти и о псевдо-точке (рис. 5.76). В этом случае динамизация уменьшается вплоть до статики. Эта тенденция используется в случаях:

– нехватки или экономии ресурсов;

– получения качественно новых результатов;

– точечных воздействий;

– точечных измерений или обнаружений.

Рис. 5.76. Противоположная тенденция использования пространства

5.10. Использование системы тренд – анти-тренд

Каждая из закономерностей эволюции систем имеет тренд и анти-тренд. Они могу использоваться как самостоятельно, так и в определенной связи и их сочетания.

Нами выявлена закономерность, что при развитии некоторых систем одновременно используются тренд и анти-тренд.

Например, система в целом может развиваться по анти-тренду, а принцип его действия, технология или отдельная часть развивается по тренду.

Данная система тренд – анти-тренд может использоваться как для развития мышления, так и при прогнозировании развития новых систем. При этом важно учитывать не только основную закономерность, но и его противоположность – анти-закономерность.

5.11. Общая схема законов и закономерностей развития

Для поучения общей картины представим детальные схемы развития систем и полную схему развития систем.

5.11.1. Полная схема законов и закономерностей развития

систем

Полная схема развития систем включает все законы, закономерности, подзакономерности, тенденции и механизмы исполнения (рис. 5.77). Она наглядно показывает всю картину законов и закономерностей развития систем и их взаимосвязи.

Рис. 5.77. Полная схема законов и закономерностей развития систем

5.11.2. Полная схема закономерностей развития систем

Полная схема развития систем включает все группы законов и закономерностей: всеобщие, общие и специальные. В каждой из групп представлены все законы (рис. 5.78). Таким образом на схеме представлены все законы и закономерности одновременно и их связи.

Рис. 5.78. Полная схема законов и закономерностей развития систем

Глава 6. Предназначение законов и закономерностей

развития систем

6.1. Виды предназначений

Законы и закономерности развития систем можно использовать по разным назначениям:

1.       Построение систем;

2.       Выявление задачи;

3.       Анализ уровня развития системы;

4.       Анализ полученного решения;

5.       Определение тенденций развития системы;

6.       Развитие эволюционного мышления.

Построение систем осуществляется с использование законов построения систем.

Пункты 2-5 осуществляются сравнением с закономерностями эволюции систем.

6.2. Выявление задачи

Выявление задач может проводиться сравнением существующей системы с требованиями закономерностями эволюции систем (рис. 6.1). Прежде всего, сравнение осуществляется с закономерностью увеличения степени идеальности.

Рис. 6.1. Схема выявления задачи

Пример 6.1. Выявление задачи

В качестве системы рассмотрим стол.

Идеальный стол должен появляться в нужный момент в нужном месте по необходимому условию, в остальное время он должен исчезать или выполнять другую функцию.

Обычный стол не соответствует таким требованиям. Он стоит все время и, например, мешает свободно проходить. Значит, задача, как сделать стол более идеальным?

Например, складной, надувной, приставной или опускающийся с потолка стол будет более идеальным.

6.3. Анализ уровня развития системы

Анализ уровня развития системы осуществляется сравнением параметров или свойств системы с требованиями, предъявляемыми закономерностями к системе (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Схема выявления уровня развития системы

Методика анализа систем с помощью закономерностей будет детально изложена в главе 27. Прогнозирование развития систем (п. 27.3.2).

Аналогичным образом осуществляется анализ полученного решения и выявление задач.

6.4. Анализ полученного решения

При анализе полученного решения, сравнивается свойства полученного решения с требованиями по каждой из закономерности (рис. 6.3). Определяется насколько близко решение к идеальному решению. Это является критерием уровня решения.

Рис. 6.3. Схема выявления уровня решения

6.5. Определение тенденций развития системы

Методику определения тенденций развития системы мы рассмотрим в главе 27. Прогнозирование развития систем (п. 27.2).

6.6. Развитие эволюционного мышления

Эволюционное мышление – это мышление по законам и закономерностям. Оно развивается применением законов и закономерностей для развития любых объектов.

Подробно это описано в книгах «Талантливое мышление»63 и «Изобретательское мышление»64.

Глава 7. Прогнозирование развития систем

7.1. Общие представления

Мы будем говорить только о качественном, а не о количественном прогнозировании.

Прогноз может проводиться для разных целей, на разных уровнях, с разной глубиной и детализацией.

В общем случае прогнозирование должно касаться не только продукта или услуги, но и компании, разрабатывающей и выпускающей этот продукт (услугу), и сегмента рынка, на который рассчитан данный продукт (услуга).

Прогноз может проводиться только на уровне потребностей определенных покупателей продукта (услуги), функций, которые хотят получить покупатели, чтобы удовлетворить их потребность, принципов действий, выполняющих данные функции или продуктов (услуг), построенных на данных принципах действия.

Кроме того, системный подход при прогнозировании должен учесть изменения на различных этапы жизненного цикла, рассмотренные нами в закономерности S-образного развития (1. Разработка, становление; 2. Развитие; 3. Зрелость; 4. Упадок, утилизация).

Прогноз может проводиться только по основным закономерностям развития искусственных систем (продукт или услуга, компания и рынок) или включать и второстепенные. Второстепенные закономерности могут не относиться к компаниям и рынку, а также не ко всем видам продуктов и услуг. Безусловно при прогнозировании используются только закономерности развития, основные из нах:

1. Идеализация;

2. Управляемость и динамика;

3. Переход в над- и подсистему;

4. Согласование;

5. Свертывание – развертывание.

И наконец прогноз может осуществляться для существующих – старых (Ст.) или новых (Н) продуктов (услуг), компании и рынка (табл. 7.1).

Таблица 7.1. Виды продуктов (услуг), компаний и рынка

В целом системный подход к прогнозу можно представить в виде таблиц.

В таблице 7.2 представлен системный прогноз с использованием системного подхода, описанного в п. 1.7 для анализа и синтеза.

Таблица 7.2. Системный подход к прогнозированию

При выявлении новых потребностей и функций можно использовать закономерности развития потребностей и изменения функций (глава 8).

Отдельно покажем системный подход к прогнозированию с использованием общих закономерностей развития искусственных систем (продукта или услуги, компании и рынка). Это будет делаться так же для существующих – старых (Ст) и новых (Н) искусственных систем (табл. 7.3).