Возникновение потребности и связанный с этим процесс увеличения ГПФ

Все, что делается в мире техники, делается ради удовлетворения потребностей человека и общества. Если в ТС нет нужды, то она никогда не возникнет, а если потребность появляется, то с течением времени она становится все более острой и ничто не остановит человека в ее воплощении. Необходимость - мать изобретений.

В настоящее время удельный вес затрат мускульной силы в промышленности ничтожно мал - около 0,1% общего баланса механической энергии, расходуемой в производстве. То есть без машин можно получить всего лишь 1/1000 часть общего объема сегодняшней продукции.

Потребность в экономии силы - одна из главных витальных человеческих потребностей (после потребностей в пище, воде, сне, продолжении рода, защиты от внешних опасностей). Именно эта потребность побуждает изобретательность и совершенствование в технике (Симонов П.В. Эмоциональный мозг. М.: Наука, 1981). Потребность выступает как необходимость - в этом начало противоречия организма (индивида) или общества с окружающей средой, нарушение необходимого равновесия с нею. Возникшее противоречие становится побудительной силой активной деятельности, направленной на удовлетворение потребности - дальнейшее развитие техники. Прогресс общества был бы невозможен без стимулирующей роли потребностей. Закон возвышения потребностей действовал до сих пор (и нет признаков каких-либо изменений в будущем) в человеческой истории объективно, независимо от сознания и воли людей. Необходимость удовлетворения постоянно растущих потребностей общества вступает в противоречие с существующими средствами их удовлетворения. Это противоречие разрешается силой творческих способностей человеческого разума.

Технический прогресс - это прежде всего передача трудовых функций человека технике. Поэтому на протяжении всей истории заметен процесс превращения (развертывания) инструментов в технические системы. Рано или поздно предпринимаются попытки усовершенствования инструментов таким образом, чтобы увеличить ГПФ или количество функций или выполнять часть функций без участия человека.

Например, для устранения перегрева режущей кромки токарного резца в него встроили цилиндрический ролик из пористого материала, пропитанного охлаждающей жидкостью (а.с. 1201063), по а.с. 1175611 в резец ввели тепловую трубу, а по а.с. 1175612 к тепловой трубе предложено добавить холодный спай полупроводниковых материалов.

В Англии выпускается отвертка с вакуумными присосками (захват и удержание винта), встроенным электромоторчиком (50-1200 об/мин), сменными лезвиями (для винтов диаметром 0,4-7 мм) и электронным управлением.

В а.с. 1214495 описана электронная авторучка. Вмонтированные в нее датчик силы и электронный блок регулируют порцию чернил, подаваемую в капиллярный канал наконечника.

Рост потребностей чаще всего опережает рост ГПФ в развивающейся технической системе, а невозможность удовлетворения потребностей старыми (имеющимися ТС) средствами заставляет изобретать новые системы или усовершенствовать старые введением новых подсистем.

Первый светофор, например, появился в Лондоне в 1868 году, когда интенсивность движения конных экипажей превысила все безопасные пределы. Появилась острая необходимость в изобретении новой ТС - регулятора движения. На чрезмерно оживленной площади перед английским парламентом установили столб с газовыми фонарями, которые управлялись вручную и через окрашенные стекла давали два сигнала - красный и зеленый. Однако введение новой ТС вызвало и нежелательный эффект - фонари искрили и шипели, пугая лошадей. Лишь в начале 20 века в США для регулирования автомобильного движения появился светофор с электрическими лампочками. Он был горизонтального типа, с тремя светофильтрами красным, желтым и зеленым. Конструкция оказалась удачной и вскоре был принят международный стандарт - на вертикальный светофор.

Первая в мире авиационная катастрофа произошла в 1908 году из-за поломки винта. Это было время, когда отказ любого элемента на самолете приводил к летному происшествию (опасной или катастрофической ситуации). Для повышения безопасности полетов требовались новые идеи по усилению устойчивости и управляемости аэроплана при полете в неспокойной атмосфере. В 1914 году на одном из конкурсов по безопасности полетов был продемонстрирован новый самолет, оборудованный стабилизатором скорости полета. Этот аэроплан блестяще прошел испытания, совершив перелет Версаль-Шартр и обратно (при ветре 15 м/сек) со скоростью 75 км/час. Таким образом потребность в увеличении ГПФ была удовлетворена созданием новой подсистемы - стабилизатора.

Чем больше рывок в ГПФ, тем труднее он дается. Часто первые ТС с высоким значением ГПФ неуклюжи, их функционирование находится на грани возможного срыва - но на это шли, например, во время войны. От выигрыша изобретательской гонки во всех областях военной техники зависела победа.

В 1943 году над Москвой на огромной, по тем временам, высоте в 13 тыс. метров часто появлялся немецкий высотный разведчик ("Юнкерс-388"). Долгое время это сходило ему безнаказанно, так как зенитный огонь его не доставал, а самолетов, способных подняться на такую высоту, у нас еще не было. Срочно был создан специальный перехватчик с дополнительным воздушным нагнетателем ЯК -9ПД, максимально облегченный с целью достижения высоты 14 тыс. метров (броневую спинку сиденья пилота заменили фанерной, из вооружения оставили только пулемет). И вот самолеты встретились на высоте 13 км. Нужен бой! Но оба самолета не смогли вступить в него - они работали на пределе своих возможностей. У "Юнкерса", как оказалось, вообще не было вооружения. А наш ЯК не смог занять позицию для атаки. Оба самолета едва смогли сделать поворот даже при большом радиусе виража - покружившись, они разошлись, чтобы никогда больше не встретиться (Г.А.Меерович. Эффект больших систем. М.: Знание, 1985, с. 61). Встретились последующие модификации ТС с увеличенной ГПФ и новыми полезными подсистемами - там возникли новые претензии к ТС, новые потребности, приведшие к новому рывку увеличения ГПФ.

Первый холодильник изобрел продавец масла Т.Мур (пат. США, 1803), он развозил свой товар по всему Вашингтону и потребность в этом изобретении была для него очень острой. Это был большой ящик с двойными стенками, между которыми набивался лед. Полезная функция была достигнута. Но лед заготавливался с зимы, его необходимо было хранить, перетаскивать, колоть и т.д. В 1868 году был изобретен холодильный компрессор для получения искусственного льда для продовольственных складов, шоколадных фабрик и других потребителей. В конце 19 века появились первые домашние льдоделательные машины. Одна из них под названием "Эскимо" продавалась в России. Эти машины потребляли много топлива дров, угля, керосина. В 1911 году фирма "Дженерал электрик" наладила выпуск холодильников современного типа: холодильная машина помешалась в кухонном шкафу.

Изобрел этот холодильник преподаватель монастырского колледжа во Франции Т.Одиффрен. Компрессор с приводными ремнями производил много шума, происходила утечка газа (аммиак и сернистый ангидрид) и в кухне стоял неприятный запах. В 1926 году датский инженер А.Стиндруп сделал следующий шаг: компрессор с ремнями он спрятал под герметичным колпаком с изоляцией. Холодильник стал бесшумным, исчез запах. Первый домашний холодильник без компрессора - абсорбционный - был изобретен в Швеции Б.Платеном и К.Мунтерсом в 1922 году. С тех пор идет отчаянная конкурентная борьба двух типов холодильников. В 1951 году в Институте полупроводников РАН был создан первый в мире термоэлектрический холодильник. Однако компрессионные холодильники быстро совершенствуются: появились многофункциональные автоматические системы, которые сами готовят лед из воды, охлаждают напитки до определенной температуры, оттаивают масло до определенной мягкости, имеют встроенный блок прогнозирующий появление неисправностей и т.п.

Часы, как ТС с четкой и однозначной полезной функцией - отсчетом времени, прошли длительную эволюцию. В основе принципов действия этой системы всегда были те или иные периодические процессы: вращение Земли (солнечные часы), колебание маятника (механические и электромагнитные часы), камертоны (камертонные часы), пластинки кварца (кварцевые часы). Современные электронные наручные часы имеют очень высокое значение ГПФ - погрешность отсчета времени не превышает 10 с. в год. Эта степень полезности превысила потребность, поэтому развитие пошло по пути увеличения количества выполняемых функций - сегодня их более 15, включая такие как: датчик давления, пульса, температуры, сопротивления кожи, звуковая и световая сигнализация, дневник, записная книжка, магнитофон, приемник, телевизор, игры, компьютер, способность подать кодированный сигнал "Скорой помощи". Есть часы и без источников питания, самоподзаряжающиеся, "добывающие" энергию из окружающей среды. Часы будут включены в общую систему измерения времени.

Изобретение систем с ГПФ, превышающей уровень сегодняшних потребностей - не редкость в истории техники (изобретения, опередившие время). А в современном высокоиндустриализированном обществе изобретения еще чаще обгоняют реальные потребности; тогда возникает необходимость поиска сферы применения (одна из задач маркетинга) или стимулирование потребностей (чрезмерная реклама, "воспитание" потребителя). Истинные потребности общества следует отличать от надуманных, искусственных и даже глупых. По мнению американского социолога У.Тоффлера около 80% всех произведенных с начала века в США товаров не отвечали истинным потребностям или вообще не были нужны обществу.

ГПФ системы растет постоянно и неуклонно; спад роста, заминки и короткие остановки происходят лишь при приближении ТС к моменту исчерпания ресурсов физического принципа заложенного в основу данной системы. Смена принципа функционирования дает новый ресурс развития.

А.А.Микулин, известный конструктор авиационных двигателей, рассказывает: "Да, дадим таблицу рекордов, начиная с 1904 года. И каждый увидит: неуклонный рост понимаете! неуклонный рост примерно до 1943 года. А потом каждый новый десяток километров в час начал даваться с трудом, и 700-950 км/час - замерла кривая, тупик! Я объясню -продолжал Микулин, подскакивая и сам себе улыбаясь,- объясню, почему это произошло. Самолет уперся в "звуковой барьер". Дальнейшее повышение скорости требовало повышения тяги, мощности в геометрической прогрессии. А повышение тяги - это увеличение габаритов мотора и всего самолета... Тут-то и вспомнили реактивные двигатели." (А.Аграновский. Из записных книжек. "Дружба народов", 1987, № 4, с. 188-189).

Рост производительности ЭВМ шел до сих пор почти по линейному закону (рис. 34). Однако, при производительности более 10 12 опер/с рост ГПФ замедлится и ожидается переход к новому принципу работы - молекулярным формам носителя.

Рост максимальной чувствительности серийно выпускаемой цветной пленки за 10 лет ("Наука и жизнь", 1987, № 6, с.113):

Причем большинство типов пленок можно проявлять специальными способами, "форсируя" чувствительность еще в два раза. Возможно, что дальнейший рост натолкнется на неразрешимые, в рамках данного способа, противоречия.

Решение изобретательской задачи (разрешение технического противоречия) продвигает ТС вперед, компромисс оставляет систему на месте. С помощью изобретателя система "уходит" от действия вредных факторов (претензий внешней среды), препятствующих увеличению ГПФ. В системе появляются новые свойства, функции, изменяются (перестраиваются или заменяются) вещества и подсистемы ТС.