Что могут бисистемы

Новосибирск - 1988 г.

ЧТО МОГУТ БИСИСТЕМЫ

Слесарь Степан Евдокимов изобрел новый гвоздь. От обычного он отличается тем, что у него шляпка с двух сторон. Это тысяча шестьсот двадцать пятое изобретение молодого новатора. Заводской БРИЗ выдал вознаграждение изобретателю, и в настоящее время изучает возможности применения двухшляпного гвоздя.

"Рога и копыта".

ВВЕДЕНИЕ

Что такое системные свойства? Откуда они берутся?

"...Сочетание инфекции вирусом гриппа "А" и стафилококками смертельно. Особенно опасна пневмония в случае, если частота дыхания превышает 30 в минуту, очень много и очень мало белых кровяных телец и содержание мочевины в крови составляет 7 ммолей на литр или больше. А при наличии двух из этих факторов опасность смерти увеличивается в 21 раз" (БИНТИ N8 25.02.87, стр.61-62, по публикации "Medical Tribune" (США), том 27 N 34, 3 декабря 1986 года, стр.9 ).

Почему происходит такое резкое увеличение эффективности, в данном случае вредного действия, при переходе в бисистему?

Часто системные свойства проявляются совсем не там, где мы их ждем. В Чикаго погода стала мягче в результате того, что стало летать много реактивных самолетов ("Самолеты и погода", "За рубежом", N13, 1982 год).

Существуют ли общие правила, закономерности, по которым можно синтезировать системы с нужными свойствами? Такая постановка вопроса перекликается с идеями А.А.Богданова, начавшего в начале века создавать "всеобщую организационную науку" – "тектологию" [7]. Эта наука описывает принципы организации в любых системах (комплексах), независимо от их назначения.

Цель представляемой работы – изучение и систематизация обобщенных системных свойств для любых видов систем – вписывается в общую концепцию Богданова.

На первом этапе была поставлена задача изучения свойств бисистем. Поскольку бисистема является простейшей полисистемой, и на бисистемах легче выявить системные свойства. Большинство свойств уже сформулировано в том или ином виде, но информация разбросана в литературе по ТРИЗ. В этой работе предпринята попытка свести их в систему. Кроме того, выявлены некоторые новые свойства бисистем традиционным в ТРИЗ методом – анализом информационного фонда, в основном патентной литературы.

Для систематизации системных свойств принята классификация по видам системного анализа [5].

Первый вид – компонентный анализ. Здесь выделены системы на элементах с однородными, сдвинутыми, разнородными, инверсными характеристиками.

Второй вид – структурный анализ. Здесь принята классификация по глубине связей: нулевая, однонаправленная, связь с обратным воздействием и связь со встречно направленным воздействием.

Третий вид – функциональный анализ. Здесь классификация выбрана по взаимодействию функционирования элементов системы: системы с элементами однонаправленного функционирования, системы с противоположным направлением функционирования элементов, системы с элементами противофазного функционирования, системы с импульсным противодействием.

Четвертый вид - эволюционный или генетический анализ. Здесь выделены промежуточные гибридные системы (состоящие из старой, вымирающей, и новой, зарождающейся систем), конкурирующие и антагонистические системы.

Я благодарю, предоставивших мне в процессе работы личные картотеки, В.Г.Сибирякова, В.С.Ладошкина и, оказавшего особенно большую помощь с примерами, А.С.Козлова.

1. ОТ МОНОТОННОСТИ К РАЗНООБРАЗИЮ.

В ТРИЗ известно, что эффективность би- и полисистем повышается при увеличении различия между элементами системы (стандарт 3.1.3). Проследим подробнее как при этом меняются свойства бисистем.

1.1. Бисистемы на элементах с однородными характеристиками.

Новую модель зонта выпустило объединение "Зорька". В его комплект входит основной зонт, а также запасной, на тот случай, если основной не раскроется.

"Рога и копыта"

1.1.1. Повышение надежности системы.

Пример: Дублирование систем управления самолета. Пример: В заметке "Безопасность – это восемь шин" (ТиН 1-1985) описано предложение швейцарцев ставить сдвоенные шины на легковой автомобиль.

1.1.2. Повышение вдвое параметра, основного показателя системы (прием 42, принцип многоступенчатого действия).

Пример: Для лучшей проходимости трактору придается вторая пара гусениц, которая убирается на хорошей дороге гидроцилиндром (ИР 9-1983, МИ-0933).

Пример: Каскадирование усилителей с целью наращивания коэффициента усиления.

Еще примеры: А.С. 1207739, А.С. 1207965, А.С. 1202849.

1.1.3. Значительное (более чем в два раза) повышение параметра системы за счет взаимодействия элементов или за счет создания внутренней среды.

Пример: Двойное остекление, заставив работать на теплоизоляцию внутреннюю прослойку воздуха, значительно превосходит по этому параметру стекло двойной толщины.

Пример: Два железнодорожных рельса создают значительно большую опору для центра тяжести вагона, чем монорельс.

Еще примеры: А.С. 1203353, ИР 2-1986, МИ-0224.

1.1.4. Понижение затрат за счет свертывания одинаковых подсистем.

Пример: Двустволка имеет один приклад и два ствола.

Пример: Двухэтажному дому достаточно одной крыши. Еще пример А.С. 1209534

1.1.5. Добавление нового измерения за счет сдвига однородных элементов в пространстве или во времени.

Пример: Две подзорных трубы со сдвигом в пространстве (бинокль) дают глубину изображения.

Пример: Два измерения расстояния со сдвигом во времени дают скорость.

Пример: Кнопка с двумя остриями лишает лист еще одной степени свободы.

Еще пример А.С. 583789.

1.2. Бисистемы на элементах со сдвинутыми характеристиками.

– Извините, вы не можете мне сказать, сколько времени?

Прохожий достал из левого кармана часы, затем из правого кармана вынул другие часы, посмотрел на них и ответил:

– Десять часов восемнадцать минут.

– Спасибо, я вижу, вы очень педантичны.

– Нет. Просто на правых часах потеряна часовая стрелка, а на левых минутная.

Габровский анекдот.

1.2.1. Понижение затрат

а) За счет свертывание одинаковых подсистем.

Пример: Двухцветная авторучка имеет один корпус. Пример: Двухсторонняя расческа с разной частотой зубьев.

б) За счет увеличения полноты использования ресурсов.

Пример: Внутрь пружины большого диаметра устанавливают пружину с меньшим диаметром. Здесь используется пространственный ресурс.

Пример: Шведская фирма "Пиаб" запатентовала многостадийный эжектор. Диаметр сопел увеличивается от входа к выходу. В сравнении с обычными эжекторами потребление сжатого воздуха снижается почти на 90% (ИР 1-1987, с.27). Здесь более полное использование вещественного и энергетического ресурсов.

1.2.2. Повышение качества выполнения операций.

Пример: Бритва с двумя параллельными лезвиями. Одно лезвие натягивает кожу другое чисто и без порезов бреет.

Пример: Двухэтажная пила по А.С. 493350, у которой нижние зубья разведены больше верхних - чисто режет волокнистые материалы.

Еще примеры А.С. 546445, 1209452.

1.2.3. Значительное (больше, чем в два раза) повышение эффективности системы за счет создания внутренней среды.

Пример: На истребителе ИЛ-2 применена бронеспинка кресла пилота, состоящая из двух слоев стали, разнесенных на 30 мм. Пуля, попадая в первый закаленный слой бронеспинки, либо ломается на части, либо теряет направление полета и, попадая плашмя во второй мягкий слой стали, увязает в нем. Суммарная толщина слоев стали 6 мм. обеспечивает такую же защиту, как бронеспинка на немецком истребителе толщиной 30-40 мм.

Пример: На сегодня самой эффективной формой обучения ТРИЗ признана двухцикловая, при которой после проведения примерно двухнедельного семинара с полным отрывом от производства, носящего более теоретический уклон, устраивается перерыв на несколько месяцев и проводится второй цикл в одну-две недели, носящий более практический уклон.

1.2.4. Удовлетворение противоречивым требованиям типа: должен быть большим, должен быть маленьким (в том числе для обеспечения производительности и точности).

Пример: Модулированный радиосигнал имеет высокочастотную составляющую, чтобы быть переданным в эфир и низкочастотную, чтобы быть воспринятым приемными устройствами.

Пример: Криостат по А.С. 1208399 имеет внутреннюю полистирольную оболочку с более крупными порами, чем внешнюю.

Пример: Ручки настройки электронных приборов "грубо" и "точно".

Еще примеры А.С. 1011285, 1215717.

1.2.5. Получение оптимальных (регулируемых) характеристик.

Пример: Горячий и холодный водопровод позволяет получить воду с любой промежуточной температурой.

Пример: Две звуковые колонки в стереосистеме могут имитировать звук из любой промежуточной точки.

Еще пример. А.С. 984890.

1.2.6. Резкое увеличение входного воздействия за счет "игры" на большой разнице характеристик элементов.

Пример: Рычаг позволяет значительно увеличивать прикладываемые к длинному плечу усилия.

Пример: Транзистор, представляющий из себя два встречно направленных диода, значительно увеличивает входной сигнал.

Еще примеры. А.С. 583338, А.С. 1011910, А.С. 1203253.

1.2.7. Резкое увеличение точности, разрешающей способности за счет "игры" на малой разнице характеристик элементов (широко применяется в измерительных системах).

Пример: Разрешающая способность штангенциркуля определяется разностью деления двух шкал.

Пример: В мостовой схеме измерения сопротивлений измеряется разница токов в двух плечах.

Еще примеры. А.С. 1352198, А.С. 1352406, А.С. 1352411, А.С. 1202580, А.С. 1203186, А.С. 1203381, А.С. 1203451, А.С. 256570, А.С. 1170657, А.С. 1415189, А.С. 1414879.

1.2.8. Инверсия законов природы.

Пример: В центрифуге с двумя жидкостями разного удельного веса по А.С. 643776 при вращении более легкая жидкость давит на ось вращения, образуя центростремительную силу.

Пример: Как удалось барону Мюнхаузену вытащить себя из болота за волосы он не объяснил. Однако теперь можно с уверенностью утверждать, что он каким-то образом применил бисистему из элементов со сдвинутыми характеристиками. Во всяком случае, именно таким образом – разделив точкой опоры массу верхней части плотины на две неравные части, строители Волжской ГЭС заставили плотину натягивать вверх арматуру внутри себя при помощи собственного веса.

1.3. Бисистема на элементах с разнородными характеристиками.

– Официант, это чай или кофе?

– Разве вы не в состоянии определить по вкусу?

– Нет.

– Тогда какая вам разница?

Габровский анекдот.

1.3.1. Понижение затрат

а) За счет свертывания одинаковых подсистем.

Пример: По румынскому патенту 66807 для дымовой трубы и водонапорной башни используют одно сооружение.

Пример: По А.С. 321874 "вафельная" структура СВЧ фильтра совмещена с одной из ступенек волноводного трансформатора.

Еще пример. А.С. 1351613.

б) За счет ликвидации буферных подсистем.

Пример: В микросхеме исчезают выводы отдельных элементов, имеющие во много раз большие размеры, чем сами элементы.

в) За счет выполнения функции другой системы.

Пример: На станции "Венера-12" один из научных приборов выполнил роль элемента конструкции – центровочного груза.

Пример: Английская фирма "Тангстоун" разработала свинцово-кислотные батареи в виде корпуса трехколесного электромобиля (ИР 3-1985, с.32).

Еще пример А.С. 1207879.

г) За счет свертывания операций во времени.

Пример: В роторно-конвеерных линиях академика Л.Н.Кошкина операция обработки детали совмещена с транспортировкой.

Пример: Сверло с выступом в стружечной канавке одновременно просверливает и снимает фаску (ТиН 2-1985, ЭИ-85030).

Еще примеры: А.С. 1000236, А.С. 1000498, А.С. 1136942, А.С. 287967.

д) За счет увеличения полноты использования ресурсов.

Пример: По английскому патенту вода из ванной поступает в сливной бачок (ИР 7-1983).

Пример: В Арагонской национальной лаборатории разработан проект экологически чистой ТЭС, в которой продукты сжигания угля не выбрасываются в атмосферу, а отводятся в нефтяные скважины. В них двуокись углерода смешивается с остатками нефти, делая рентабельной ее последующую добычу (БИНТИ 45 -46, 9-16.11.1988 с.49, по публ. "THE FINANCIAL TIMES", Англия, 6.10.88).

Еще примеры. А.С. 111144, А.С. 981019, А.С. 1202761, А.С. 1202931.

1.3.2. Повышение эффективности системы согласованным применением двух элементов.

Пример: Управлять системой жесткий парус – мачта, складывая ее гармошкой по А.С. 1207899, значительно проще, чем отдельным парусом.

Пример: Для повышения влагоудерживающей способности растений хлопчатника по А.С. 1202525 их корневую подкормку перегноем проводят не когда попало, а перед опрыскиванием растений.

Еще примеры. А.С. 1207629, А.С. 1351733.

1.3.3. Повышение эффективности системы достройкой двойного веполя (стандарт 2.1.2.).

Пример: Известен способ подавления пыли с помощью пены, для повышения эффективности и производительности процесса пеногенератор по А.С. 1208271 электризует пену.

Пример: По А.С. 673248 для лучшего переноса пыльцы пчелу заряжают электрическим полем.

Еще примеры. А.С. 275231, А.С. 1211452.

1.3.4. Разделение между элементами требований к системе.

Пример: Железобетон – бисистема, одна часть которой хорошо работает на сжатие, другая на растяжение, а вместе обеспечивают работу на изгиб.

Пример: По А.С. 755247 цветок опыляют струей воздуха, а электрический заряд не дает цветку закрыться (стандарт 1.2.4.).

Еще пример А.С. 1216030.

1.4. Бисистема на элементах с инверсными характеристиками.

Полезный совет. Если проехавшая мимо автомашина забрызгала вас грязью, не огорчайтесь. Найдите чистую лужу и ждите следующего автомобиля.

"Рога и копыта"

1.4.1. Понижение затрат за счет увеличения полноты использования ресурсов.

Пример: Специалисты объединения "Мелитопольхолодмаш" сконструировали холодильник для животноводческих ферм, который, охлаждая молоко, греет воду для гигиенических нужд.

Пример: По А.С. 950241 предлагается теплицу сделать из двух отсеков. Один для растений, выделяющих кислород, второй для растений, выделяющих углекислый газ.

Пример: "...Есть такой червячок – конволюта, в его теле живут фотосинтезирующие бактерии... они уделяют червячку часть своей первичной продукции фотосинтеза и сами пользуются частью продуктов его обмена веществ. Из внешней среды в эту систему поступает "материал" и "энергия"... и все, что попадает, утилизируется". [8]

Еще примеры. А.С. 251801, А.С. 1135515.

1.4.2. Повышение эффективности за счет компенсации вредных факторов.

Пример: При транспортировке в водном потоке шлака и золы на внутренних стенках труб образуется слой гарнисажа и забивает магистраль. При транспортировке угольных отходов коксохимического производства стенки трубопровода истираются абразивными частицами. По А.С. 212672 эти смеси транспортируют поочередно.

Пример: В проволочном резисторе по А.С. 433544 с целью улучшения термокомпенсации обмотка выполнена из двух соединенных последовательно отрезков проводов, одинаковых по длине и имеющих противоположные по знаку ТКС.

Еще пример. А.С. 606 223.

1.4.3. Получение оптимального действия сложением неуправляемого действия на избыточном режиме и управляемого противодействия или управляемого компенсирующего действия (стандарты 1.1.6. и 1.1.8.1.).

Пример: По А.С. 242714 для получения тонкого слоя краски на изделие наносят избыточное покрытие, окуная изделие в бак с краской. Затем изделие вращают, и центробежные силы сбрасывают избыток краски.

Пример: По А.С. 246619 для запайки ампулы с лекарством горелку включают на максимальный режим, а избыток пламени отсекают, погружая корпус ампулы в воду (так, что высовывается только верхушка капилляра).

Еще примеры. А.С. 907503, А.С. 321195.

1.4.4. Повышение эффективности сложением действия с антидействием (принцип кнута и пряника).

Пример: На допросах часто используют бисистему из "доброго" и "злого" следователей.

Пример: В тепловой трубе рабочая жидкость возвращается в зону испарения из зоны конденсации под действием капиллярных сил, создаваемых в гидрофильном КПМ, размещенном на стенках трубы. Для создания дополнительного давления на конденсат по А.С. 574595 предложено в зону конденсации ввести гидрофобный КПМ.

1.4.5. Повышение точности обнаружения.

Пример: Расход жидкости измеряют при помощи метки, полученной закруткой потока вокруг продольной оси трубопровода. По А.С. 1203367 с целью повышения точности измерения расхода после закрутки потока в одну сторону производят его закрутку в другую сторону, а в качестве метки используют промежуточный невращающийся слой.

Пример: Для обнаружения дефектов в изделиях их нагружают и измеряют электромагнитные и акустические сигналы. По А.С. 1352343 осуществляют циклическое импульсное воздействие на изделие парой одинаковых импульсов разной полярности, принимают сигналы между парой импульсов воздействия, когерентно их суммируют и по полученному результату судят о наличии дефекта.

1.4.6. Получение принципиально новой функции.

Пример: Винт и гайка выполняют функцию скрепления деталей. Пример: Два слоя полупроводника, один с электронной, другой с дырочной проводимостью (диод) выпрямляют переменный электрический ток.

Еще пример. А.С. 645773.

2. ОТ БЕЗРАЗЛИЧИЯ ЧЕРЕЗ ПРИНУЖДЕНИЕ К ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ.

В системном анализе известны четыре составляющих, компонентный, структурный, функциональный и эволюционный (генетический) анализ [5]. Приведенный выше перечень свойств в зависимости от различия характеристик элементов бисистем относится к компонентному анализу. По другим разделам системного анализа идет только выработка подхода. На сегодня видны лишь отдельные фрагменты. Покажем некоторые из них.

Для изучения системных свойств в зависимости от структуры необходима классификация элементарных единиц структуры – связей между элементами. Известна следующая классификация связей: нулевая, жесткая, динамичная (стандарт 3,1,2,). Но здесь проявляется уже наложение другого закона – повышения степени динамичности системы. На данном этапе работы нас интересуют системные свойства в чистом виде, и мы предлагаем наиболее, на наш взгляд, инструментальную классификацию по глубине связей: нулевая, однонаправленная, связь с обратным воздействием и встречнонаправленная.

2.1. Нулевая связь.

Системные свойства проявляются, хотя непосредственного взаимодействия между элементами нет. Связь осуществляется либо через внутреннюю среду, как при двойном остеклении, Либо через объект воздействия.

2.2. Однонаправленная связь.

При такой связи происходит принудительное подчинение ведомой системы ведущей системе. Например, управляемого объекта системе управления. Обрабатываемой детали обрабатывающему инструменту. Такие связи характерны для построения детерминированных систем.

2.3. Связь с обратным воздействием.

Свойство систем с такими связями – самонастройка на оптимальный режим.

Пример: Самозатачивающийся резец использует обратное воздействие детали.

Пример: Программирование "мозга" робота заданием нужных движений. Пример: В медицине используется сходный эффект – снятие нервного напряжения расслаблением мышц ("За рубежом" 15-1983).

Пример: Еще эффективнее используют это свойство, восстанавливая речь детей страдающих церебральным параличом, двигательной активностью ("Правда" 08.09.1986).

Это свойство проявляется в высокоорганизованных системах и используется в случае, если на ведущую систему непосредственно влиять сложно или невозможно. Резец можно заточить на точильном станке, но для этого необходимо остановить работу токарного станка. Можно вновь написать для робота программу на каждую новую операцию, но в условиях завода это сложная задача. А непосредственно на нервную систему влиять совсем сложно или, даже, невозможно.

2.4. Встречнонаправленная связь.

При такой связи возникает самосогласование, самообработка элементов. Отпадает необходимость во вспомогательных, обрабатывающих, управляющих элементах.

Пример: Обработка деталей притиркой друг к другу. Пример: По А.С. 749571 два потока стружек дробят друг друга.

Еще примеры. А.С. 59019, А.С. 726256, А.С. 719802.

Такие связи характерны для сложных ретикулярных структур, для высокоорганизованных систем, таких, например, как мозг животного и человека.

Из этого раздела и приведенных примеров видно, что с увеличением глубины связей идеальность системы возрастает. Следовательно, увеличение глубины связей должно быть одним из направлений развития систем.

3. УВЕЛИЧЕНИЕ РАЗЛИЧИЙ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ЭЛЕМЕНТОВ БИСИСТЕМ.

У Б.Л.Злотина дано направление динамизации полей при развитии технических систем: постоянное поле – двухполярное поле – переменное поле – импульсное поле [5]. Что-то аналогичное наблюдается в функционировании бисистем.

3.1. Бисистемы с элементами однонаправленного функционирования.

Однонаправленное функционирование элементов вызывает появление новых свойств в системе. Происходит простое сложение параметров элементов (см. п. 1.1.2.).

3.2. Бисистемы с противоположным направлением функционирования элементов.

3.2.1. Значительное, более чем в два раза, повышение эффективности.

Пример: Пропускная способность двухколейной железной дороги в несколько раз выше, чем у одноколейной.

Еще примеры. А.С. 177761, А.С. 412449.

3.2.2. Повышение эффективности за счет компенсации вредных свойств.

Пример: А.С. 582419. Газостатический подшипник, содержащий втулку с канавками для отвода смазки, образующими несущие элементы, и каналы подвода смазки к каждому несущему элементу, ОТЧЦ повышения устойчивости, канавки для отвода смазки выполнены по пересекающимся винтовым линиям.

Пример: При открывании и закрывании штор концы управляющего шнурка то опускаются на пол, то поднимаются под потолок. По А.С. 579981 они соединены и шнурок выполнен в виде замкнутого кольца.

3.2.3. Получение принципиально новой функции.

Пример: Генератор на несколько сот киловатт на заводе-изготовителе испытать невозможно. Негде взять такую большую нагрузку. Два генератора используются элементарно. При этом второй генератор, работая в режиме двигателя, играет роль нагрузки [5].

3.3. Бисистемы с элементами противофазного функционирования.

3.3.1. Значительное, более чем в два раза, повышение эффективности.

Пример: Механическая спарка двух пулеметов повышает скорострельность примерно в четыре раза.

Еще примеры. А.С. 613425, А.С. 778981, А.С. 1011280, А.С. 1208831.

3.3.2. Повышение эффективности за счет компенсации вредных свойств.

Пример: Цукеркорт предложил пари Стейницу и Блекборну, что наберет в одновременном сеансе игры вслепую с ними не менее половины очков.

3.3.3. Получение принципиально новой функции.

Пример: В мультивибраторе два абсолютно одинаковых транзисторных каскада, работая в противофазе, генерируют электроколебания.

При объединении в бисистему с противоположно направленным или противофазным функционированием даже элементов с одинаковыми характеристиками их свойства близки к свойствам биситем с инверсными характеристиками.

3.4 Прямое действие плюс импульсное противодействие.

Применяется для ликвидации вредного побочного эффекта от основного действия.

Пример: Заряд аккумулятора асимметричным переменным током. Большую часть периода аккумулятор заряжается, а незначительную часть периода разряжается. При этом растворяется катодная пленка.

Пример: Фильтровальную ткань по А.С. 1202607 регенерируют путем кратковременного изменения направления газа.

4. ЭВОЛЮЦИЯ БИСИСТЕМ.

С эволюционной точки зрения известны три разновидности объединения в бисистему. Это объединение старой, вымирающей и новой, зарождающейся систем в промежуточную гибридную бисистему, объединение конкурирующих систем и совместная эволюция антагонистических систем [1,2,4,5].

4.1. Промежуточные гибридные бисистемы.

Союз старого и нового возможен и оправдан в случае разделения требований между системами, когда новая система решает проблемы, с которыми старая не может справиться. Новой же системе такой союз необходим, чтобы развить новое содержание в старой форме.

Пример: Парусное судно с паровым двигателем. Паровой двигатель поначалу не мог быть основным из-за низкого КПД, высокого потребления топлива. Он служил лишь для преодоления полосы штиля. Чем он отплатил парусной системе – известно.

Пример: Реактивный двигатель на поршневом самолете ставили лишь с целью кратковременного включения для быстрого разгона. Работать он мог только несколько минут из-за огромного аппетита. Кончился этот союз тем же, чем предыдущий.

Еще пример А.С. 1212698.

4.2. Объединение конкурирующих систем.

Длительная конкуренция двух систем возможна, если обе системы, имея одинаковое назначение, обладают различными недостатками. При объединении таких систем или принципов их действия недостатки должны взаимно компенсироваться.

Пример: Телескоп Максутова объединяет линзовый и зеркальный принцип. При этом положительная аберрация линзы компенсируется отрицательной аберрацией зеркала. В результате – резкое упрощение и удешевление конструкции при повышении качества изображения.

Еще пример. ИР 11-1988, МИ-1108.

4.3. Совместная эволюция антагонистических систем.

Свойство взаимодействия таких систем – они стимулируют развитие друг друга. На антагонистическую систему перекладывается функция отбора. Поэтому при разрыве связи между такими системами они могут быстро деградировать.

Примеры: Зенитка – самолет. Волк – заяц. Щит – меч. И т.п.

Много интересного материала по эволюции конкурирующих и антагонистических систем накоплено в биологии. Вот примеры из статьи [8].

"Симбиоз исторически (а потому и логически)... выводится из хищничества и паразитизма. Со временем вражда уступает взаимовыгодному сотрудничеству... В Африке, в бассейне реки Конго... крокодил, кроме прочего, охотится на варанов, а те при случае пожирают отложенные крокодилами яйца. Если представить, что кормовая база у этих видов сузится настолько, что они станут друг для друга основной пищей, возникает основа для перехода от взаимного хищничества к симбиозу.

Отношения гриба и водоросли, образующих лишайник, тоже были вначале далеко не мирными. Однако их стремление к взаимному поеданию с течением веков привело к союзу, который позволяет лишайникам выдерживать морозы до 50 градусов в тундре, а в пустынях переживать 50-ти градусную жару.

Особенно очевиден переход к симбиозу не от хищничества, а от паразитизма... Развитие личинок моли пронуба происходит в семяпочках цветков юкки, куда пронуба откладывает яйца. Но странным образом: перед тем, как отложить яйца, моль скатывает в одном цветке шарик из его пыльцы и переносит этот шарик в другой цветок. Только там она откладывает яйца, а затем, словно в благодарность за предоставленный ее потомству дом и кров, поднимается по пестику цветка и помещает комок пыльцы в углубление рыльца, т.е. целенаправленно осуществляет перекрестное опыление... личинки развиваются нормально только при активном притоке питательных веществ к семяпочкам, т.е. после перекрестного опыления.

Корова не столько травоядное, сколько плотоядное животное: в значительной мере она питается инфузориями, обитающими у нее в рубце – первом отделе сложного желудка. Проглоченная ею трава служит им пищей, на растительной массе инфузории размножаются в огромном количестве. В определенный момент корова отрыгивает "обработанную" траву вместе с массой инфузорий и перетирает ее во рту. После этого пища отправляется снова в желудок, где завершается переваривание. За счастье жить и размножаться инфузории платят корове огромную дань – основная их масса служит корове пищей. Зато оставшиеся в живых получают новую порцию травы и возможность краткого, но бурного процветания.

...Термиты – тоже питаются сходным образом – не древесиной, которую неутомимо грызут, а микробами, которые в свою очередь кормятся у них в желудке этой древесиной".

Следует заметить, что равноправное сотрудничество при симбиозе получается в случае одинаковой степени организации систем. А паразитизм, ведущий к упрощению системы, эволюционно не выгоден.

Приведенные выше механизмы характерны не только для биологических систем. Для промышленных фирм, производящих одинаковую продукцию характерны отношения конкуренции – вытеснения друг друга с рынка, либо "хищничества" – поглощения слабой фирмы более сильной. Эту традицию поломали известные автомобильные концерны "Вольво" и "Рено". Они закупили друг у друга определенное количество акций. И теперь, оставаясь "несъеденными" и заинтересованными в лучшем сбыте своей продукции, они получают все преимущества сотрудничества и не заинтересованы в ущербе друг другу. Чем не "лишайник в экономике"?

5. ЕЩЕ РАЗ О ЦЕЛЯХ ЭТОЙ РАБОТЫ.

5.1. К развитию системы стандартов.

Если проанализировать систему стандартов-76, то обращает на себя внимание неравнозначность отдельных стандартов. Сравним, например, два стандарта – 1.1.6. Минимальный (оптимальный) режим и 3.1.1. Образование бисистем и полисистем.

Второй из них более всеобщий, он является законом развития технических систем и может быть применен к любой системе. Первый стандарт носит значительно более частный характер. Он применим только в конкретном случае – если нужен определенный режим. По сути дела это частный случай второго стандарта. Осуществлен переход от моносистемы к бисистеме с инверсными характеристиками. Был один плохо управляемый процесс, перешли к максимальному прямому процессу и хорошо управляемому обратному.

Однако, несмотря на узкую специализацию стандарта 1.1.6. он значительно более инструментален, чем стандарт 3.1.1. Под второй стандарт можно подобрать больше примеров, чем под первый, но применить его намного сложнее. И примеров практического его использования даже в учебных задачах, кроме простейшего – перехода к подсистемам с однородными характеристиками в задаче об измерении температуры долгоносиков и в задаче об обработке стеклянных пластин, припомнить трудно.

Объясняется это как раз излишней всеобщностью и, следовательно, не конкретностью формулировки стандарта 3.1.1. Стандарт 1.1.6. четко оговаривает – в каком случае необходимо его применять – "если нужен минимальный (дозированный) режим действия, а обеспечить его по условиям задачи трудно или невозможно...", и что в этом случае требуется сделать – "...использовать максимальный режим, а избыток убрать", а также каким образом это осуществить – "...избыток поля убирают веществом, а избыток вещества – полем".

Стандарт 3.1.1. ничего этого не делает. О моменте применения говорит – "на любом этапе развития". Что требуется сделать – "повысить эффективность". Каким образом – "объединением с другой (неизвестно какой) системой в более сложную..." Расплывчато и недостаточно эвристично. Практически это не стандарт, а закон. Закон не предназначен для решения конкретных задач, он необходим для выработки механизмов решения и должен развиваться в серии более частных стандартов, таких как стандарт 1.1.6. Можно уже сейчас по результатам данной работы сформулировать некоторые такие стандарты. Например:

Если требуется обеспечить действие, противоречащее закону природы необходимо перейти к бисистеме на элементах со сдвинутыми характеристиками, причем у вновь вводимого элемента характеристики должны быть сдвинуты относительно характеристик исходного элемента в сторону их увеличения (см. п. 1.2.9.).

Рассмотрим подробнее действие этого стандарта. Допустим, нам необходимо получить эффект теплового сжатия. Добавим к исходному материалу другой, с большим коэффициентом теплового расширения. Получится биметаллическая пластина. С ростом температуры она будет изгибаться, а расстояние между ее концами будет уменьшаться. Если из такой биметаллической пластины выполнить незамкнутое кольцо, в котором материал с большим коэффициентом теплового расширения расположен с внешней стороны, то мы получим тепловое сжатие зазора.

А как обстоят дела со скачкообразными законами? Допустим, нам необходимо обеспечить, чтобы в определенной точке пространства при возрастании температуры до t1 скачком появилось магнитное поле. Возьмем два постоянных магнита – один с точкой Кюри при температуре t2, большей, чем t1 и скомпенсируем их поля в нужной нам точке. При возрастании температуры до t1 в этой точке скачком возникает магнитное поле – антиэффект Кюри.

Стандарт работает безотказно, вдвое увеличивая возможности изобретательского использования физэффектов, а может быть и химических и других эффектов. Например, установка на корпусе кораблей цинкаля (сплава цинка и алюминия) более химически активного чем сталь, образует на нем электрохимический потенциал, препятствующий коррозии. Причем этот потенциал тем больше, чем хуже условия, например, выше упомянутая температура.

Для измерительных систем можно предложить следующую формулировку:

Если возможности увеличения точности (разрешающей способности) измерительной системы исчерпаны, нужно перейти к бисистеме на элементах со сдвинутыми характеристиками (см. п.1.2.8.).

Конечно исчерпание возможностей – понятие относительное. Увеличить разрешающую способность линейки можно, снабдив ее, к примеру, линзой. Но самый простой, самый технологичный и самый дешевый путь – перейти к двум линейкам с разной ценой деления – штангенциркулю. Такая формулировка значительно инструментальнее формулировки стандарта 4.5.1., хотя и является ее частным случаем.

В стандарте 3.1.2. развитие связей в бисистемах и полисистемах нужно было бы учесть развитие в направлении увеличения глубины этих связей по линии: нулевая связь – однонаправленная связь – связь с обратным воздействием, встречнонаправленная связь.

Можно сформулировать и некоторые другие экспериментальные стандарты, используя приведенный перечень свойств бисистем.

5.2. Систематизация системных свойств.

Конкретные механизмы перехода к би- и полисистемам значительно инструментальнее общей формулировки закономерностей. Но поиск отдельных таких механизмов не единственная и, даже, не главная задача этой работы. Значительно больший эффект должна дать система таких механизмов. Сведение в такую систему даже известных уже свойств бисистем должно дать новое качество. В итоге работы предполагается получить нечто вроде указателя системных эффектов. Сегодня указатель имеет вид следующей таблицы.

5.3. Некоторые вопросы, возникшие в ходе выполнения работы.

При выполнении работы выявлены противоречия в действиях механизмов развития систем. С одной стороны, увеличение различия характеристик элементов систем способствует разделению функций между элементами, появлению функций управляющих и исполнительных, и, следовательно, возникновению детерминированных структур. С другой стороны, системы развиваются в направлении увеличения глубины связи, от систем с детерминированными структурами к системам с ретикулярными структурами, что способствует стиранию различий между их элементами.

Разрешение этого противоречия, видимо, надо искать во времени, т.е. в цикличности развития систем. Если увеличение степени различия элементов в большей мере относится к этапу возникновения и развития "молодых" систем, то переход от однонаправленных связей, к встречно направленным характерен в основном для сложных "взрослых" систем. С переходом таких систем в новую бисистему цикл может повториться.

Кроме того, на поздних этапах развития бисистем, видимо, происходит переход к противоположно направленному и противофазному функционированию их элементов при уменьшении различий между ними. Т.е. в высокоразвитых системах происходит, как бы, вытеснение различий из сферы компонентной в сферу функционирования. Так, на высшем этапе развития демократии характерна двухпартийная политическая структура, представляющая собой бисистему с едва сдвинутыми характеристиками. Весь эффект в этой бисистеме достигается благодаря противофазному функционированию элементов. Пока одна партия у власти, другая в оппозиции.

Может быть, это объясняет более высокий уровень развития Англии и США, чем такой страны, как Италия. Несмотря на то, что в последней активно действуют существенно более различные партии, в том числе и с инверсными характеристиками. В США две партии – Республиканская и Демократическая эволюционировали от полярных, по основным политическим вопросам, взглядов до очень умеренных программных различий. Механизм политического функционирования американского общества напоминает действия эквилибриста под куполом цирка. Отслеживая свои колебания на канате, он перемещает шест то вправо, то влево. Он не любит больше левый конец шеста, чем правый, он "голосует" каждый раз за тот конец, который предотвратит падение при его нелегком восхождении под купол.

Нарушение этого механизма дорого обходится. Возврат к инверсным характеристикам невозможен. Вспомним, например, во что обошлась лейбористам резкая радикализация программы. Потеря популярности, реальной политической силы, предоставление монополии на власть консерваторам. Образовавшуюся вакансию в сложившемся политическом механизме начали постепенно заполнять социал-демократы в союзе с демократической партией.

Требование постепенности, нерезкости изменений в обществе, видимо, более понятны сегодняшнему лидеру лейбористов Кинноку. Чтобы вернуть утраченную популярность своей партии ему пришлось отказаться не только от новых радикальных требований, но и сдать ранее завоеванные позиции. Политический обозреватель Томас Колесниченко считает, что "... речь идет о полной ревизии традиционных лейбористских ценностей, открытой трансформации партии, называвшей себя "партией рабочих", в партию "среднего класса" ("Лейбористы поднимают паруса" "Правда" 17.06.89). Вот какую цену пришлось заплатить лейбористам за нарушение закономерностей развития.

Похожие процессы происходят и других высокоразвитых странах. Во Франции происходит формирование из нескольких партий бисистемы в виде левого и правого блоков. При этом наблюдается поправение левого и демократизация правого. Видимо следует ожидать противофазного их функционирования при еще большем уменьшении различий между ними.

А как же Япония с ее "полуторапартийной" системой? Ведь она тоже высокоразвитая страна. Но, во-первых, возраст у японской демократии намного меньше, чем в европейских странах и США. А, во-вторых, и в Японии все отчетливее проявляются те же тенденции. Политический обозреватель Всеволод Овчинников в газете "Правда" за 10.08.89 опубликовал статью, которая так и называется: "К двухпартийной системе?" Такое развитие политической ситуации в Японии автору статьи представляется наиболее вероятным. Для осуществления этого, по мнению "центристов", "...социалистам нужно пересмотреть "нереалистические лозунги" своей программы..." Прогнозируется следующий сценарий развития событий – "Сгруппировать оппозиционные силы на центристской платформе, отмежевавшись от левых социалистов и коммунистов, чтобы у власти чередовались две партии, различающиеся не больше, чем республиканцы и демократы в США".

Таким образом, переход к противофазному функционированию при установлении оптимальных различий между партиями – всеобщая тенденция.

В ходе выполнения работы возник еще один интересный вопрос – о качественном различии свойств бисистем и полисистем. В связи с этим следует обратить внимание на п.п. 1.4.6., 3.2.3., 3.3.3. В них приведено свойство, резко отличающееся от всех остальных. Если во всех других случаях речь идет о совершенствовании функционирования систем, даже об изменении знака их функционирования вопреки законам природы, то в этих пунктах речь идет о выполнении системой совершенно новой функции, не свойственной ее элементам.

Замечено, что появление в полисистеме новой функции зависит от числа ее элементов и различия между их характеристиками и функционированием. Так, в системах с разными характеристиками элементов для получения новой функции необходима полисистема с несколькими элементами. Чтобы взлететь необходимы: двигатель, винт, крыло, фюзеляж. В системах с однородными характеристиками элементов для получения такого качественного скачка нужно значительно большее число элементов. Вспомним, например, о критической массе урана.

Это число уменьшается с возрастанием различий между элементами и достигает двойки при инверсных характеристиках элементов или при противоположно направленном, либо противофазном их функционировании. Т.е. новая функция возникает уже в бисистеме.

Наиболее эффективные бисистемы получаются при объединении систем с инверсными характеристиками, вспомним червячка-конволюту, утилизирующего все, что в него попадает. Однако такие биологические системы стабилизируются и перестают развиваться, видимо исчерпав "валентности" для присоединения новых систем. Не грозит ли это и техническим системам? Как это учитывать при их синтезе? Не является ли идеальная на первый взгляд система тупиком в развитии?

Все эти вопросы могут стать темами отдельных исследований.

5.4. Выводы

• 1. В работе исследуются механизмы действия закона перехода в надсистему (закона развертывания и свертывания систем).

  2. Результаты работы дают возможность дальнейшего развития раздела 3.1. стандартов на решение изобретательских задач.

  3. Исследуемые свойства бисистем могут представлять самостоятельную ценность в виде указателя системных эффектов.

  4. В работе поставлены новые вопросы:

• • о взаимодействии механизмов увеличения степени различия между элементами системы и увеличения глубины связей между ними;

  • о существовании процесса вытеснения различий между элементами системы в сферу их функционирования;

  • о зависимости минимального числа элементов полисистемы, способной выполнять качественно новую функцию, не свойственную ее элементам, от различия между элементами и направления их функционирования;

  • о соотношении полноты использования ресурсов и резервов развития.

Л И Т Е Р А Т У Р А

• 1. Г.С.Альтшуллер. Алгоритм изобретений. М: Московский рабочий, 1973.

  2. Г.С.Альтшуллер. Найти идею. Новосибирск: Наука, 1986.

  3. Г.С.Альтшуллер. Маленькие необъятные миры. Стандарты на решение изобретательских задач. В сб. Нить в лабиринте. Составитель А.Б.Селюцкий. Петрозаводск: Карелия, 1988.

  4. Г.С.Альтшуллер, Б.Л.Злотин, В.И.Филатов. Профессия – поиск нового. Кишинев: Картя молдовеняскэ, 1985.

  5. Б.Л.Злотин. Курс лекций по законам развития технических систем (стенограмма лекций). Кишинев, 1986-1987.

  6. И.М.Верткин. Механизмы свертывания технических систем. Баку, 1984.

  7. А.А.Богданов. Тектология. Всеобщая организационная наука. М: "Экономика", 1989.

  8. Ген Шангин-Березовский. Потер глаза и увидел. "Неделя" N 42, 1989.

  9. Анекдоты, используемые на семинарах и занятиях по ТРИЗ. Составитель Ю.В.Андриевский.

вернуться обратно