Закон полноты частей системы

Законы развития технических систем

Общая часть

Законы развития технических систем, на которых базируются все основные механизмы решения изобретательских задач, впервые сформулированы Г.С.Альтшуллером в книге "Творчество как точная наука" (М.: "Советское радио", 1979, с.122-127):

1. Закон полноты частей системы.
2. Закон "энергетической проводимости" системы.
3. Закон согласования ритмики частей системы.
4. Закон увеличения степени идеальности системы.
5. Закон неравномерности развития частей системы.
6. Закон перехода в надсистему.
7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень.
8. Закон увеличения степени вепольности.

Законы были сгруппированы в три блока, условно названные: "статика" (законы 1-3), "кинематика" (4-6), "динамика"(7,8). Можно заметить определенную связь этих групп с моделью "жизни, развития, смерти" технических систем - S -образной кривой (ссылка - ДК), которая была использована Г.С.Альтшуллером для иллюстрации эволюционных процессов в технике. Законы "статики" характерны для периода возникновения и формирования ТС, законы "кинематики" для периода начала роста и расцвета развития, законы "динамики" для завершающего этапа развития и перехода к новой системе.

В дальнейшем был сформулирован (Г.С.Альтшуллер. Найти идею. Новосибирск, "Наука", 1986, с.59) еще один закон из группы "кинематики":

9. Закон увеличения степени динамичности систем.

В этой же книге более подробно детализирован закон увеличения степени вепольности (с.79) и изложен новый механизм закона перехода в надсистему - линия развития "моно-би-поли" (с. 90-97); предпринята также попытка составления общей схемы развития ТС (с.100-120) - на основе линии "моно-би-поли" и предположения о ее спиралеобразной форме.

В данной работе законы развития ТС излагаются, в основном, в формулировках предложенных Г.С.Альтшуллером.

Общая схема развития ТС (модель эволюции техники) разработана на основе нашей предыдущей работы 1984 года (Саламатов Ю.П., Кондраков И.М. "Идеализация технических систем. Исследование и разработка пространственно-временной модели эволюции технических систем (модель "бегущей волны идеализации") на примере развития ТС "Тепловая труба". Рукопись, Красноярск, 1984 г.).

Законы как основа ТРТС

Процесс развития техники - это равнодействующая сознательной человеческой деятельности, а человек действует в соответствии с объективными законами мира (даже если и не догадывается об этом), то есть развитие техники объективно и закономерно. Следовательно эти законы можно познать и целенаправленно использовать. Это аксиома (постулат, основной принцип, главная идея), лежащая в основе создающейся теории развития технических систем (ТРТС).

В общем смысле любая научная теория, как система знаний, должна объяснять возникновение и функционирование, а также предсказывать развитие каких-либо объектов (предметов, явлений, понятий) действительности. Причем, эта система знаний обязательно должна поддаваться экспериментальной, практической проверке. Все это уже сейчас присуще ТРТС и многократно подтверждено в изобретательской и конструкторской практике.

Основной принцип ТРТС конкретизирован в законах, которые в свою очередь раскрываются и детализируются в правилах их применения, в стандартах, принципах разрешения противоречий, вепольном анализе и АРИЗе.

Любая теория - это лишь отражение (в той или иной степени точности) многообразности, сложности и противоречивости реальных процессов развития. В этом смысле процесс познания бесконечен и постоянное выдвижение новых версий, гипотез и умозаключений - естественное состояние развивающейся теории. Однако логика развития реальных систем - главный ограничитель логико-теоретических построений; отсюда вытекает обязательность практической проверки любых суждений и предположений.

Системные законы принято делить на четыре группы:

• законы структурообразования, формулирующие условия возникновения структур;
• законы функционирования, объясняющие условия возникновения и развития связей и организации;
• законы развития, объясняющие движущие силы и механизмы преобразования систем через возникновение и разрешение противоречий;
• законы взаимодействия с другими системами, с подсистемами и внешней средой.

Закон развития ТС - это существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между элементами внутри системы и с внешней средой в процессе прогрессивного развития, то есть перехода системы от одного состояния к другому с целью увеличения ее полезной функции.

Законы выявляются при анализе больших групп фактов (изобретения из патентного фонда, историко-технические исследования). Однако в технике законы действуют как стихийная сила и никогда нет уверенности, что в отобранную группу фактов (малый осколок действительности) попали устойчивые, не случайные и существенные системные отношения. Поэтому познание законов вынужденно идет методом последовательного приближения: отбор сильных изобретений (технических решений), выявление приемов разрешения технических противоречий, выделение устойчивых сочетаний приемов и физэффектов, а затем стандартных шагов в развитии технических систем. На всех этапах исследования невозможно исключить субъективные факторы (вкусовой подход, индивидуальность оценки, отсутствие количественных критериев).

Единственный всеобъемлющий качественный критерий прогрессивности изменений в развитии любой технической системы - идеальность.

Повышение степени идеальности - ориентир в безбрежном море информации о техносфере.

Главенствующая роль закона идеализации ТС видна во всех механизмах ТРИЗ и именно этот закон определяет наиболее общие тенденции развития техники. В сущности, все остальные законы являются конкретными воплощениями этого главного закона на разных стадиях развития ТС.

Закон полноты частей системы

Формулировка и основные понятия

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

Каждая ТС должна включать четыре части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления.

Для синтеза ТС необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это еще не ТС; если хотя бы одна не работоспособна, то ТС не "выживет".

Все первые ТС развились из орудий труда: требовалось увеличение полезной функции рабочих процессов, а человек не мог обеспечить нужную мощность. Тогда сила человека заменилась двигателем, появилась трансмиссия (связь, по которой передается энергия от двигателя на рабочий орган) и орудие труда превращалось в рабочий орган машины. А человек выполнял только роль органа управления.

Например, мотыга и человек это не ТС. Возникновение ТС связано с изобретением плуга в неолите: плуг (рабочий орган) бороздит землю, дышло (трансмиссия) припрягается к скоту (двигателю), а рукоятью плуга управляет человек (орган управления).Сначала плугом только рыхлили. Претензии внешней среды (например, параметры почвы: твердость, влажность, глубина) заставляли искать наилучшую форму плуга. Затем увеличилась потребность: для уничтожения сорняков пласт надо не только рыхлить, но и переворачивать. Изобрели отвал (косо поставленная доска, в которую упирается поднятый лемехом пласт и валится набок). Развиваясь отвал приобретает плавную выгнутую форму (полуцилиндрическую или винтовую). В 18 в. появился цельнометаллический плуг, в 20 в. - трактор и т.д.

А вот как плуг превратился в сеялку. Римские крестьяне (III в. до н.э.) уже пользовались сеялкой - прообразом многорядной сеялки Джеймса Кука, изобретенной им в 1783 г. Четыре деревянных лемеха соединялись прочной перекладиной. Глиняный воронкообразный горшок для посевного материала крепился вверху на четырех полых бамбуковых палках (трубках). Пахарь время от времени пополнял бункер зерном из наплечного мешка. Приходилось постукивать по бамбуку, чтобы внутри семена не "зависали".

Римская сеялка (III в. до н.э.), Калькутский музей техники и ремесел.

Если подробно рассмотреть процесс превращения орудий труда в рабочие органы машин, то можно выделить основные части машин: например, в водяной мельнице - двигатель (водяное колесо), передачу (зацепление) и рабочий орган (жернова). Кроме того, становится заметной одна из главных особенностей развития техники - вытеснение человека из сферы производства. Человек вытесняется из ТС в орган управления, затем ОУ также превращается из инструмента в техническую систему и человек вытесняется за ее пределы (на "второй этаж" органа управления) и т.д.

В первом издании "Детской энциклопедии" (том 5 "Техника". Издательство академии педагогических наук РСФСР, М., 1960г., с.30) приводится такая характеристика технической системы: "Машина состоит из следующих основных частей:

• а) двигателя - источника механической энергии;
• б) исполнительных (рабочих) органов, непосредственно выполняющих полезную работу;
• в) передаточных механизмов (трансмиссий), преобразующих движение передаваемое от двигателя к рабочим органам;
• г) системы управления;
• д) остова (станины, корпуса, рамы), представляющих собой основание, на котором расположены все части машины".