Законы развития технических систем

ТРИЗ как методическая система возникла на основе концепции о законах развитии технических систем (РТС). Согласно этой концепции, появление любой технической конструкции (изобретения) понимается не как следствие случайностей или только личной одаренности изобретателей, а как выражение объективных (надындивидуальных и надсоциальных) закономерностей технического прогресса.

Технический прогресс воплощается, по мнению Г. С. Альтшуллера, в смене поколений машин, предназначенных для выполнения какой-то определенной функции, например, функции передвижения по суше, воде, воздуху. Строение, функционирование и смена поколений систем подчиняются объективным законам. Главным ориентиром для изобретателя должны быть «объективные законы развития технических систем».

Хотя законы развития техники активно изучались и изучаются (существует специальное направление — философия техники), Альтшуллер первым разработал методику решения творческих задач на базе изучения и использования сформулированных им законов РТС. Ниже мы приводим основные принципы концепции Альтшуллера и некоторые из сформулированных им законов РТС, поскольку они важны для понимания методической системы ТРИЗ.

Фундаментальный принцип теории РТС — диалектическая идея о том, что источником развития являются противоречия. Противоречие — это конфликт между частями и свойствами системы, возникающий под воздействием внешних и внутренних факторов. Проблема трудна потому, что существует система скрытых или явных противоречий. Системы эволюционируют, преодолевая противоречия на основе объективных законов. Следовательно, решение любой задачи должно начинаться с выявления и разрешения противоречий. Сильные решения — это решения, преодолевающие противоречия.

Противоречия возникают на всех этапах творческого процесса (от анализа проблемной ситуации — до нахождения идеи решения) и создания творческого продукта. Путем последовательного раскрытия все более глубоких уровней проблемной ситуации, построения системы формулировок, уточняющих и обостряющих противоположные аспекты задачи, выявления организационных, производственных, технических и других противоречий можно прийти к их разрешению и выдвижению новой и эффективной идеи.

Анализ патентного фонда привел Альтшуллера к введению понятия «идеального объекта» и формулировке первого закона РТС — закона повышения степени идеальности технических систем: все технические системы развиваются в сторону приближения к идеальной системе. Под идеальной системой понимается такая система, функции которой выполняются, а сама она как материальный объект отсутствует. Аналогично технический объект называется идеальным, если его нет, а функция выполняется. Идеальный объект заведомо лучше любых других объектов — он ничего не стоит, абсолютно надежен, не создает никаких побочных вредных эффектов (например, шума), не требует ухода и т. д., но самое главное — в нем отсутствуют противоречия. Нахождение такой закономерности помогло, например, решить задачу размещения в космическом корабле, пространство которого ограничено, дополнительного научного прибора. Свободного места для прибора не было, и исследовательский поиск был направлен на поиск «идеального устройства», который может отсутствовать, но его функции выполняются. Такое устройство было найдено: им оказался расположенный в корабле центровочный груз, который и был заменен прибором.

Закон повышения динамичности технических систем формулируется следующим образом: все технические системы развиваются в направлении повышения приспособляемости к меняющимся условиям функционирования (под воздействием как факторов внешней среды или самого изделия, так и изменяющихся требований человека) путем введения подвижных гибких связей между элементами системы или использования подвижности внутренней структуры элементов.

Виды динамизации систем:

• — изменяются элементы и структуры (связи между элементами), осуществляется переход к гибким системам (от жесткой структуры — к изменяющейся, перестраиваемой);
• — изменяются функции и параметры систем (от однофункциональных систем с неизменными параметрами к многофункциональным с изменяющимися параметрами);
• — изменяется управляемость технической системой (от неуправляемых к управляемым и далее к самоуправляемым), при этом программы (алгоритмы) работы системы изменяются от жестких, заданных самой конструкцией системы, к системе со сменными программами и далее к самообучающимся.

Историко-технические исследования и анализ патентного фонда привели Г. С. Альтшуллера к выводу о том, что переход от жесткой схемы к гибкой является закономерностью, распространяющейся на все технические системы. «Молодые» технические системы чаще всего имеют жесткие связи между частями, не позволяющие системе приспосабливаться к меняющимся внешним условиям. Но для каждой системы неизбежен этап «динамизации» — переход от жесткой, не меняющейся структуры к структуре гибкой, поддающейся управляемому изменению. Общеизвестными примерами действия этого закона могут служить применение убирающегося шасси на самолете, самолеты с изменяющейся геометрией крыла и т. д. Зная закон увеличения степени динамичности, можно прогнозировать развитие технических систем.

В качестве примера использования этого закона для решения конкретных задач Альтшуллер приводит следующую задачу. Спортивный катамаран представляет собой два поплавка, соединенные площадкой, на которой стоит спортсмен. Чем больше расстояние между поплавками, тем устойчивее катамаран. Однако перевернувшийся катамаран именно из-за высокой устойчивости невозможно без посторонней помощи возвратить в первоначальное положение. Как быть? Используя закон повышения динамизации, можно получить ответ на поставленную задачу. Катамаран — жесткая система, поэтому он не приспособлен к применению в других внешних условиях, в которых оказывается после опрокидывания. Решение очевидно: либо поплавки должны сдвигаться друг к другу, либо мачта должна перемещаться из нижнего (опрокинутого) положения в верхнее с тем, чтобы в дальнейшем можно было плыть на обратной стороне площадки, так как обе стороны одинаковы [4].

Закон согласования взаимодействующих технических систем утверждает, что если две системы работают совместно и взаимодействуют, то их развитие происходит в направлении повышения согласованности их параметров (состава, формы, собственных частот и т. д.).

Под согласованностью понимают установление оптимальных соотношений параметров, свойств и функционирования взаимодействующих ТС и их элементов. Согласование и направленное рассогласование преследует две цели — исключить вредные эффекты, устранить различного рода потери, а также повысить и (или) получить новые положительные эффекты.

Приведем пример использования закона. В конце 60-х гг. XX в. в СССР была разработана технология вскрытия пластов угля — импульсное воздействие струей жидкости (воды) при частоте импульсов в 50 Гц. Через несколько лет была поставлена задача повысить производительность труда без увеличения затрат. Значительный эффект был достигнут подбором частоты импульсов, совпадающей с собственной частотой породы [4, с. 98−99].

Знание законов развития ТС позволяет решать не только имеющиеся изобретательские задачи, но и прогнозировать появление новых задач, установить объективно складывающиеся направления технического прогресса и прогнозировать дальнейшее развитие техники. Законы РТС и к другим (нетехническим) системам и на основе этих законов решать проблемы в различных областях человеческой деятельности.

Таким образом, методология решения проблем в ТРИЗ строится на основе общих законов и принципов разрешения противоречий. ТРИЗ можно считать обобщением сильных сторон творческого опыта многих поколений изобретателей: отбираются и исследуются сильные решения, критически изучаются решения слабые и ошибочные.