5 марта 2017 г.

Гасанов А.И. "Где искать новые Законы развития технических систем?" Стендовое сообщение

Гасанов А.И. "Где искать новые Законы развития технических систем?"

Где искать новые Законы
развития технических систем?
А.И.Гасанов


Дерево, растущее на вершине горы,
открыто всем ветрам.
Если у него и есть хоть какой-то выбор,
так это пустить поглубже корни.

Корри Тен Бум


Этот доклад поставлен с целью привлечения внимания исследователей в области ТРИЗ к коренной ее проблеме - проблеме выявления новых Законов развития технических систем (ЗРТС). Почему коренной, по-видимому, объяснять не было бы необходимости, если бы не подозрение, что не всем ясно, что ТРИЗ, претендуя на статус Науки, может положить на общенаучный стол, пожалуй, только ЗРТС.

В чем необходимость опять обратиться к этому вопросу? Потому, что есть предположение, что по ЗРТС далеко не все пока вскрыто предыдущими исследованиями, что есть еще ресурсы для углубления понимания действующих механизмов эволюционных процессов в технике.

Что мы имеем на сегодняшний день?

Во-первых, некий набор ЗРТС, который еще только оформляется во внутреннюю, по отношению к структуре ТРИЗ, систему.

Во-вторых, как отмечалось выше, надежду, что перечень этот может быть расширен путем планомерной исследовательской деятельности.

Как были выявлены используемые ныне ЗРТС?

ЗРТС в сегодняшней редакции сформулированы на материалах исследования большого массива патентной информации, проведенного Г.С.Альтшуллером. Он обработал этот фонд информации, в отличие, кстати, от аналогичных параллельных попыток найти ЗРТС, единственно научным, а потому и плодотворным методом - от единичных приемов преобразования системы через выявление особенного в них, приведшего его к группировке и систематизации этих приемов с попутным выделением и систематизацией типов технических противоречий, к общему - формулированию ЗРТС. Исключением является закон Эс-образного развития, пришедший в ТРИЗ из модной в пятидесятые-шестидесятые годы прогностики. В дальнейшем эта работа была развита, и не без определенного успеха, учениками и соратниками Генриха Сауловича.

Так, где же искать ЗРТС? Ответить на этот вопрос хотя бы осторожно, а мы в науке должны быть предельно осмотрительны, по-видимому, нельзя, не определив место ТРИЗ в современной системе наук.

Это важно, прежде всего, потому, что мы себе должны ответить на вопросы:

- является ли путь поиска ЗРТС, проделанный ранее, путь с опорой только на патентный фонд техники, единственным;

- насколько он себя сегодня себя исчерпал.

Дать ответ на эти вопросы сложно. Путь исследования патентного фонда техники надо, по-видимому, продолжать. Однако, не ставя под сомнение дальнейшую полезность этого пути, столь же полезно рассмотреть и иные возможности, иные перспективные направления дальнейших исследований.

Вернемся к вопросу о месте ТРИЗ в системе современных наук.

Сегодня уже мало у кого есть сомнение, что ТРИЗ интегрируется в ряд иных направлений духовной и практической деятельности современного человека, что она позиционируется, прежде всего, как часть некоторой более общей теории, а именно, общей теории систем. Отсюда и уверенность, что должны существовать как частные законы эволюции отдельных классов систем, например, техники, которой занималась преимущественно до сих пор ТРИЗ, так и более общие законы, соответствующие тому или иному уровню иерархии общностей (классов) материальных или духовных объектов. Высшим уровнем таких законов строения, функционирования и развития объектов мироздания принято считать законы диалектики.

Если сказанное выше справедливо, то искать ЗРТС, по-видимому, прежде всего, надо не только в патентном фонде техники, но на том системном уровне, в который техника входит в качестве подсистемы. Такой системой, или можно сказать, одной из таких систем, является система биологических объектов. Отсюда и необходимость, или точнее полезность, обращения в изучаемом вопросе к достижениям биологической науки. К таким, например, ее разделам как палеонтология, теория биологической эволюции, анатомия и физиология растений и животных, теория стресса и адаптации, гибридизация и селекция, экология и этология животных.

В качестве дополнительных логических обоснований этой полезности можно было бы добавить, по крайней мере, два обстоятельства. Во-первых, биология как наука более взрослая, нежели ТРИЗ, поскольку возникла еще во времена античности, а потому и накопила свой, достаточно обширный "патентный" фонд, фонд изобретений Природы. Над проблемами биологии во всем мире работает огромная армия серьезных исследователей, а многие их результаты получили признание на уровне Нобелевских премий. Во-вторых, в теории биологической эволюции до сих пор, несмотря на ее возраст, нет единства взглядов, законченности многих представлений. До сих пор идут, например, споры между сторонниками тихогенеза и номогенеза. (Примечание: тихогенез - эволюция, основанная на накоплении случайных изменений; номогенез - эволюция, основанная на внутренних законах развития). Нет единства и по поводу путей возникновения живого: дивергенцией (из одного ствола несколько веточек), конвергенцией (из двух или нескольких систематических единиц - одна ветвь), параллелизм (из нескольких веточек - столько же). Эта борьба мнений неизбежно и непрерывно стимулирует как глубину проникновения в суть предмета, так и сопутствующее накопление фактического материала, позволяющего расширить указанный "патентный" фонд. В-третьих, уже накопленный фонд примеров биологического функционирования свидетельствует, что большинство ЗРТС являются и Законами развития биологических систем (ЗРБС). В приложении к данному докладу приведен текст моего доклада 1999 года на одной из конференций "Закон перехода в надсистему - закон общесистемный", в котором приведен ряд примеров объединения биологических организмов в биологических системах разного уровня и природы.


В технике пока выявлена примерно дюжина законов строения и развития ТС. В биологии их несравненно больше. Вот только несколько примеров для законов биологического функционирования и некоторые комментарии курсивом там, где это оказалось мне возможным.

Пример 1. Область максимального разнообразия и есть центр формообразования (Н.И.Вавилов).

Похоже, что здесь могла бы возникнуть интерпретация, если и не технического, то организационно-технического характера.

Пример 2. Чем больше идет дождей, тем разнообразнее биологический мир в лесах.

На языке техники это может означать, что там, где поток ресурсов наибольший, могло бы возникать и большее разнообразие типов и видов технических систем.

Пример 3. Гибриды первого поколения более жизнеспособны, чем их родители. Однако в последующих поколениях гибрида идет бурное расщепление - увеличение разновидностей, приспособляющихся к внешней среде.


Пример 4. Новая форма вида сохраняется наряду со старой, только переселившись в новую местность или освоив новые виды пищи.

Как видим - легко можно сформулировать прямые маркетинговые рекомендации.

Далее я приведу некоторые соображения крупного советского медика и биолога Ф. З.Меерсона на тему адаптации и стресса.

Он считал, что современные представления о путях и механизмах биологической адаптации стали понятны, отнюдь, не сразу и возникли из трех разных источников. К этим источникам он отнес, во-первых, теорию доминанты по А.А.Ухтомскому, под которой тот понимал "созвездие нервных центров, которое берет на себя управление исполнительными органами и так определяет направление активности организма во внешней среде".

Вторым источником оказался, вывод, обязанный своим происхождением кардиологическим исследованиям. В соответствие с ним следует, что в доминирующей системе образуется структурный след, который увеличивает мощность системы и становится материальной основой долговременной адаптации.

Третьим и очень важным источником Ф. З.Меерсон считал открытие Гансом Селье стресс-реакций. "Сегодня мы точно знаем, - отмечает Ф.З.Меерсон - что стресс - реакция, действительно, нужна, чтобы возникла доминирующая в адаптации система и образовался структурный след, необходимое звено адаптации".

И далее (позволю себе еще одну цитату): " …понятие адаптации сегодня мы понимаем так. Новый фактор, действуя на организм, приводит в движение две связанные цепи событий. Цепь первая. Начинает работать доминанта, на которую пришлась главная нагрузка при действии фактора. Смотря по тому, к какому фактору приспосабливается организм, доминирующая система и ее след выглядят по-разному. Но этот след всегда увеличивает мощность системы, материально обеспечивает переход от срочной стадии к долговременной адаптации. Вторая цепь - стресс-реакция. Она развивается, когда на организм действует новый фактор среды. Стресс-реакция сначала мобилизует энергетические и структурные резервы организма, а потом направляет мобилизованные ресурсы "по адресу" - из неактивных систем в доминирующую, чтобы выстроить системный структурный след. И когда структурный след готов, адаптация достигнута".

Не кажется ли, исходя из этого текста, что все очень схоже с тризовским пониманием эволюции технических систем. Только несколько иная терминология.

Что в этих рассуждениях кажется особенно интересным, а, возможно, и полезным для преобразования ТС. Это то, что касается понятий "доминантный орган", структурный след.

По-видимому, в процессе анализа ТС на стадии формирования набора задач целесообразно искать некий ключевой, доминирующий элемент, элемент, который обещает при своей перестройке дать наибольший эффект.

Чаще всего специалисты так и поступают, но целенаправленный подход к такому акту, безусловно, полезен и достоин включения в методику анализа.

Пример 5. В ходе прогрессивной эволюции возрастает взаимное приспособление органов, происходит координация изменений частей организма и идет аккумуляция корреляций общего значения.

Это отнюдь не тризовская формулировка закона Идеальности. Это -выписка из биологического источника. Здесь, по-видимому, и выражена суть формирования структурного следа по Меерсону.

Возвращаясь на тризовскую почву, структурный след - это цепочка согласующих действий, на которые нас ориентирует синтетическая стадия АРИЗ. Именно на этой стадии необходимо материальное преобразование в ТС согласовать с остальными объектами ТС.

Возникает вопрос, а всегда ли мы при обучении ТРИЗ в процессе изучения АРИЗ доходим до синтетической стадии, вырабатываем ли мы у будущих специалистов навык обязательного такого согласования, без которого новая, преобразованная система может оказаться теоретически идеальной, а на самом деле неконкурентоспособной.


Пример 6. Если воздействие слишком сильно или вся обстановка слишком сложна, доминанта и структурный след не образуются, приспособление не происходит.

Что означает "слишком сложная обстановка" - это, например, условия войн, гонки вооружения в мирное время, недостаток при этом материальных и временных ресурсов. Грубейшие ошибки, как в политике, так и технике при этом практически неизбежны, и история дает нам множество ярчайших примеров. Применительно к развитию техники, если изобретательское решение, будучи в тризовском смысле идеальным, но опережает возможности своей реализации, то оно, естественно, не только не внедряется, но чаще всего забывается, а ему на смену приходит иное, менее идеальное.

Пример 7. Еще одна выдержка из Ф. З. Меерсона: "Длительный голод, холод, стихийные бедствия, угроза нападения - постоянная и неизбежная "драма" животного мира. В мире людей безвыходные стрессорные ситуации случаются ничуть не реже. За последние несколько тысяч лет люди прошли жестокие испытания рабством, крепостным правом, концлагерями, войнами и при этом не деградировали, показав высокую адаптацию к, казалось бы, запредельному. Значит, организм умеет включать механизмы, ограничивающие стресс-реакцию и предупреждающие повреждения. Мы назвали такие тормоза для стресса стресс-лимитирующими системами".

В технике - если необходимо резко улучшить ТС, повысить ее жизнестойкость, надежность, долговечность, но это по ряду причин оказывается невозможным, то мы чаще всего переходим к созданию систем обслуживающих, ремонтных и т.д.


В заключение выскажу следующее. Справедливости ради требуется сделать следующую оговорку: обращение к биологическим объектам, и, в частности, к биологическим аналогиям не является чем-то новым в ТРИЗ. Достаточно вспомнить предложения Г.С.Альтшуллера по использованию патентов Природы (палеоботаники и палеозоологии). Это свидетельствует о том, что Генрих Саулович хорошо понимал уже тогда, что ЗРТС, скорее всего, носят более широкий характер, нежели реализацию в технике.

Достаточно серьезными надо считать и попытки Б.Л.Злотина использовать достижений теории биологической эволюции для обоснования законов эволюции технических систем.

Поэтому изложенный материал, уточняя цель его представления, есть призыв вернуться к этому направлению исследований на более высоком теоретическом уровне с привлечением соответствующих специалистов.

29.07.06.



Приложение.

А.И.Гасанов


Закон перехода в надсистему - закон общесистемный

Практически все выявленные в ТРИЗ законы развития технических систем являются законами общесистемными. Это надо понимать так, что они проявляются не только в технических системах, но и в системах иной природы: биологических, социальных, экономических, художественных и др. Трудно переоценить этот факт, так как именно он позволяет в рамках ТРИЗ приступить к формированию общей теории систем.

Осознание общесистемности аппарата и идеологии ТРИЗ отражается не только в ведущихся в ее рамках исследованиях, но и в том, что в настоящее время и преподавание ТРИЗ все более выходит за рамки техники. Обучение основным положениям и инструментам ТРИЗ ведется среди медиков, биологов, педагогов, журналистов, писателей-фантастов, предпринимателей. Развитие у слушателей таких обучающих семинаров тризовского стиля мышления как раз и должно предполагать выработку, в конце концов, общесистемного мышления, т.е. осознания приложимости законов развития технических систем к системам нетехническим.

Методика такого обучения должна базироваться, прежде всего, на достаточно обширном фонде фактических материалов. Поэтому нижеприведенные примеры проявления закона перехода в надсистему (к би - и полисистемам) в природных биологических системах призваны пополнить личную картотеку преподавателя.

Примеры относятся главным образом к двум видам взаимоотношений биологических объектов: к симбиозу и "общественным" отношениям.

Симбиоз - это сожительство двух биологических видов, при котором оба вступают в непосредственное взаимоотношение с внешней средой на условиях партнерства. В симбиотические отношения вступают растения с растениями, растения с животными организмами, животные с животными, животные с микроорганизмами, микроорганизмы с микроорганизмами.

Поскольку симбиоз есть партнерство разных видов, то с точки зрения тризовской классификации би - и полисистем - это разнородные многофункциональные би- и поли системы.

Пример 1. Лишайник - симбиоз гриба и водорослей. Водоросли поставляют грибам углеводы, вырабатываемые с помощью фотосинтеза, а грибы обеспечивают водоросли водой.

Пример 2. Микориза - сожительство мицелий гриба с корнями высших растений (например, орхидей). Гифы гриба оплетают корни растений и способствуют поступлению к ним воды и минеральных веществ из почвы.

Пример 3. Широко известно дружное сожительство раков-отшельников и актиний. Последние защищают раков от врагов своими стрекательными щупальцами, питаясь в свою очередь остатками пищи, добываемой раками.

Пример 4. Широко в природе распространен симбиоз животных, и в том числе человека, с микроорганизмами, образующими нормальную микрофлору желудка и кишечника. Нарушение этой микрофлоры, например, при приеме антибиотиков называется дисбактериозом и лечится применением специальных лечебных препаратов, способствующих ее восстановлению.

Жизненно важна микрофлора и для многих насекомых, например термитов, многие из которых питаются древесиной. Ее переработка в белки в желудке термитов обеспечивается жгутиковыми простейшими.

Пример 5. Известно, что на корнях бобовых живут азотфиксирующие клубеньковые бактерии. В природе живут и свободноживущие азотфиксаторы. Но в процессе азотфиксации требуется очень много углеводов: на 1 мг азота их расходуется до 150 мг. Свободноживущие азотфиксаторы не могут себе позволить такие траты, а вот симбиотическим такое расточительство по силам, поскольку они состоят на полном довольствии у своих партнеров.

Интересно. Что у моркови, которая имеет меньшую потребность в азоте, клубеньков нет, но в генетическом аппарате есть механизмы, позволяющие некоторым азотфиксаторам проникать в ткань растения. Сотрудники одного Украинского НИИ сельскохозяйственной микробиологии провели опыты, в которых семена моркови высевали на стерильной минеральной среде, содержащей все питательные вещества, кроме азота. В некоторые пробирки внесли водную суспензию азотфиксатора азоспириллы бразильской. Уде через две недели в пробирках без азотфиксаторов все проростки погибли, а там. Где присутствовала азотспирилла, они росли очень активно. На корнях этих растений образовались клубеньки, в которых обнаружены азотспириллы. По способности фиксировать азот они ничем не уступали клубенькам бобовых.

Пример 6. Вряд ли этот пример можно отнести однозначно к симбиозу на постоянной основе, но интересен он и сам по себе. Он относится к взаимодействию разных видов хищников при охоте с выгодой для обеих сторон. Хорь-перевязка пробирается по извилистым ходам нор песчанок, выгоняя их на поверхность. Где их ждет лиса. От лисы же зверьки пытаются укрыться в ходах нор, попадая при этом на обед перевязке.

В прериях Северной Америки так же вдвоем охотятся американский барсук и койот - волк прерий.

В начале 20 в. русские ученые К.С.Мережковский и А.С.Фоминцин выдвинули гипотезу о ведущей роли симбиоза в прогрессивной эволюции органического мира (гипотеза симбиогенеза). Рассматривая, например, хлоропласты цветковых растений (внутриклеточные органеллы растительной клетки, осуществляющие фотосинтез) как видоизмененные симбиотические водоросли. Аналогичная точка зрения существует и относительно митохондрий, внутриклеточных частичек, обеспечивающих клеточное дыхание, в результате которого энергия высвобождается и аккумулируется в легко используемой форме. Предполагается, что митохондрии - это примитивные клетки анаэробных бактериоподобных организмов, приспособившихся в процессе эволюции жить внутри крупных клеток и взявших на себя функции дыхания.

"Общественные" отношения в биологии, "общественность" животных - это образование скоплений (стад, стай, косяков). Такие образования возникают для лучшего приспособления к условиям окружающей среды, к которому можно отнести добычу пищи, защиту от врагов, взаимное обогревание, совместное воспитание молодняка. Подобные общественные скопления представляют полисистемы из однофункциональных элементов с однородными (косяки рыб) или сдвинутыми характеристиками (наличие вожака, главы семьи или стаи, внутренняя иерархия, полиморфизм особей). Так, например, в популяции муравьев или термитов полиморфизм проявляется в делении особей на "цариц", "воинов", "рабочих". "Общественные" образования животных имеют свою внутреннюю структуру, согласованное по взаимодействиям, ритмике при движении копытных и соответствующих хищников, косяка рыб, стаи китообразных, птиц. Как предполагается зоологами, такое согласованное движение птиц и рыб улучшает аэродинамические и гидродинамические условия движения, снижая общие энергетические затраты стаи, косяка.

Снижение энергетических затрат, обеспечивающее выживание, особенно ярко проявляется в случае с зимовкой пчелиной семьи. В то время когда часть насекомых гибнет, а остальные цепенеют до весеннего солнца, пчелы остаются живыми, сохраняя тепло. Естественно, что отдельная пчела обогреться и выжить зимой не может. Но все вместе, образовав плотный "клубок". Пчелы уподобляются некоторому сверхорганизму, противостоящему холоду. Мороз в лесу под 40, а в дупле, в середине "клубка" температура плюс 35 градусов. Поддерживается она поглощением некоторого запаса меда с выделением тепла.

И в заключение еще один пример би - системы, не подпадающий, по-видимому, ни под определение симбиоза, ни под "общественное" поведение. Недавно выяснено, почему термофильные бактерии не погибают при 110 градусов выше нуля. В таких бактериях найдены белки - компаньоны, которые при повышенных температурах связываются с обычными белками в комплексы из двух-восьми молекул белков, что препятствует агрегации, т.е. денатурации белков, не мешая проявлению необходимых функций. Когда тепловой стресс проходит, компаньоны отщепляются. Более того, белки в комплексе показывают большую эффективность, чем вне комплекса. Поэтому жизнедеятельность таких бактерий достигает максимума при 108 градусах Цельсия.

17.03.99.