5 марта 2017 г.

Захаров А. "Универсальная схема эволюции"

Универсальная схема эволюции
А.Захаров, США


Сегодня в ТРИЗ при описании законов развития технических систем (ЗРТС) отсутствует единый подход. Это наносит ущерб развитию самОй ТРИЗ, мешает определению места ТРИЗ в науке, усложняет контакты с клиентами при консультировании, затрудняет преподавание, делает невозможной алгоритмизацию ТРИЗ, и, как следствие, ее компьютеризацию.

Для преодоления описанной ситуации предлагается подход - Универсальная Схема Эволюции (УСЭ).
Законы развития, эволюция, универсальность, единство методов преобразования систем, прогноз развития ТРИЗ, искусственный интеллект.
Универсальная Схема Эволюции (УСЭ) является развитием ТРИЗ. Отличие УСЭ от классической ТРИЗ:
• жесткая, логичная и естественная последовательность законов развития систем - каждый закон имеет свое постоянное место, законы увязаны в причинно-следственную цепочку (цепочки);
• обобщение законов развития - так развиваются животный и растительный мир, техника, экономика, культура (наука, искусство, религия и т.д.), общество;
• создание реально работающей компьютерной программы.
Потребность сделать взаимоувязку произвольных списков и схем ЗРТС возникла во время учебы в Университете ТРИЗ (Ленинград, 1988 г.). Первый, т.н. свернутый вариант [1] схемы ЗРТС, разработан в 1991 г., рис. 1.

С помощью Схемы ЗРТС удалось показать:
• единство неалгоритмических методов активизации творческого мышления[2];
• единство[3] инструментов ТРИЗ - Таблицы выбора приемов разрешения технических противоречий (матрица Альтшуллера), Системы стандартов на решение изобретательских задач, АРИЗ и др.;
• эволюцию[4] системы знаний, которую, в зависимости от уровня общности, мы называем - наука, теория или парадигма.
В 1997-1998 гг. при анализе[5] любых методов преобразования систем на соответствие Схеме ЗРТС разработан развернутый вариант - Универсальная Схема Эволюции[6, 7], рис. 2

Описание Универсальной Схемы Эволюции.
1. Пониженная жизнеспособность Системы
Выявление проблемы, угрожающей выживанию системы. Вся история природы, животного и растительного мира, человеческой цивилизации, техники и науки - это история отказа (смерти, избавления и т.д.) от несовершенных организмов, обычаев и устоев, механизмов, идей и теорий.
2. Пониженная идеальность Системы
Причина, угрожающая выживанию системы - низкая идеальность, выражающаяся в пониженной величине отношения полезных функций системы к функциям затратным, вредным.
После оценки идеальности Системы есть 2 пути:
3. Создание новой Системы (если Система с нужной функций либо не существует, либо у существующей Системы нет ресурсов)
При создании новой системы необходимо удовлетворить требованиям Закона полноты частей ТС: обеспечить необходимый набор элементов Системы и связей между ними, их минимальную работоспособность.
4. Улучшение существующей Системы (если у Системы есть ресурсы)
5. Объединение существующих Систем
Мы используем этот путь, когда хотя бы одна из систем не имеет ресурсов (возможностей) изменения. Объединяемые (объединяющиеся) системы могут быть:
• совершенно одинаковыми;
• с разницей в какой-либо характеристике (например, с разными принципами действия);
• разнородными;
• с противоположными функциями.
Количество объединяемых (объединяющихся) систем: 2 → би-система; более 2-х → поли-система.
После объединения вполне естественно происходит переход от блока 5 "Объединение ТС" к блоку 3 "Создание новой ТС". Ведь получена новая система с новым системным качеством. Новая система, удовлетворив Закону полноты частей, начинает новый цикл развития как существующая, что и показано дальнейшим переходом от блока 3 к блоку 4.
Блоки 1-5 и 11-13 показывают верхний уровень иерархии совершенствования системы либо ее создания и последующего совершенствования. Поэтому на Схеме эти блоки выделены цветом.
После анализа системы на степень жизнеспособности, идеальности и выбора дальнейшего пути ее развития (блоки 1-5) начинается конкретная работа по совершенствованию системы (блоки 6-8).
6. Выявление вредных факторов (нежелательных эффектов - НЭ) взаимодействия Системы с Надсистемой
7. Выявление вредных факторов (нежелательных эффектов) взаимодействия внутри самой Системы

После выявления в системе с помощью анализа (элементного, структурного, функционального, стоимостного, параметрического, положения системы на S-обраной кривой развития и т.д.) максимально возможного числа НЭ переходим к такому изменению компонентов, при котором НЭ исчезают вообще, либо не имеют значения, либо их действие не такое острое (вредное).
8. Изменение компонентов (элементов и/или связей) Системы
Блоку 8 соответствует Закон повышения динамичности ТС, который реализуется:
количественными и/или качественными изменениями элементов и/или связей ТС - снижение (или увеличение) числа компонентов, переход от жестких элементов к элементам с шарнирами и эластичным, переход с макро- на микроуровень (использование все более глубоких свойств материи), вытеснением человека из ТС;
изменением каких-либо свойств ТС;
изменением временнЫх процессов в ТС - переход равномерных во времени процессов к периодическим, импульсным, резонансным и т.д.; переход к характеристикам и свойствам ТС (масса, плотность, температура, проводимость, химические свойства и пр.), имеющим временной градиент;
пространственными изменениями ТС - переход от равномерно распределенных в пространстве характеристик и свойств ТС к имеющим пространственый градиент;
Изменение компонентов может быть реализовано без возникновения каких-либо препятствий (ухудшений, проблем, новых НЭ) в системе и/или в надсистеме. Если нужное изменение компонента приводит к появлению нового НЭ, необходимо разрешение противоречия с помощью инструментов ТРИЗ.
9. Система без внешних вредных факторов (НЭ)
Установление факта, что вредные факторы (НЭ) между Системой и Надсистемой за счет изменения (динамизации) компонентов Системы либо исчезли, либо потеряли значение, либо их действие стало не столь острым.
10. Система без внутренних вредных факторов (НЭ)
Установление факта, что вредные факторы (НЭ) внутри Системы за счет изменения (динамизации) компонентов Системы либо исчезли, либо не имеют значения, либо их действие стало не столь острым.
11. Улучшенная существующая Система
12. Система с повышенной идеальностью
13. Система с повышенной жизнеспособностью

На Рис. 2 представлен один цикл развития системы на ее уровне иерархии, по сути - идеальный случай развития. В действительности необходимо рассмотреть развитие, по крайней мере, на 3-х "этажах" иерархии - развитие самой системы, развитие ее подсистем, и развитие ее надсистемы - по сути, это детализация Системного оператора (9-экранной схемы).
Система, пройдя 1-й цикл повышения способности к выживанию, тут же начинает "умирать" снова! Поэтому обязателен 2-й цикл повышения способности к выживанию, …, N-й и т.д., пока у общества есть потребность в системе. А затем наступает и реальная смерть - потребность в системе, точнее, в функции системы - исчезла.
Изначально схема эволюции была предложена для структурирования выявленных в ТРИЗ законов развития технических систем. Но схема оказалась инвариантной - сходные процессы идут в неживой и живой природе, в системах, наделенных сознанием, или без каких-либо его признаков. Системам самых разных типов (физическим, химическим, биологическим, социальным и др.) на уровнях иерархии (Техника - Производство - Общество - Природа):
• Для выживания необходимо быть максимально идеальными, т.е. иметь отношение V = ∑F/∑C как можно большей величины;
• Для обеспечения максимальной идеальности V необходимо увеличивать достоинства ∑F и/или снижать недостатки ∑C;
• Для увеличения указанных достоинств и/или снижения недостатков необходимо менять компоненты, т.е. элементы и/или связи внутри самих систем, и/или связи между системами, надсистемой и окружающей средой.
Логичность, непротиворечивость, универсальность и полнота предложенной Схемы позволили разработать ее компьютерный вариант - программу для исследования эволюции любых систем, например, самой ТРИЗ, рис. 3
Сегодня УСЭ представлена в виде компьютерной программы USESoft, позволяющей проследить эволюцию системы, интересующей пользователя. Так, на сентябрь 2006 года реализованы экраны:
• Описание проблемы и выбор системы для анализа
• Универсальная эволюция системы
• S-образная кривая эволюции системы
• Структурно-функциональный анализ существующей системы
• Выявление НЭ, построение причинно-следственной цепочки (цепочек) НЭ и выявление ключевого недостатка (ключевых недостатков) в системе
• Выбор направления изменений системы для устранения ключевого (ключевых) НЭ:
         o Устранением из системы элемента, связанного с ключевым НЭ
         o Объединением систем (переходом в надсистему)
         o Вытеснением человека из системы
         o Переходом к новому принципу действия (использование эффектов - физических, химических, биологических, психологических, социальных)
         o Изменениями в системе (вещество → поле, в пространстве, во времени)

  • Матрица Альтшуллера в случае невозможности изменения системы
  • Создание новой системы
  • Анализ новой системы на полноту частей
  • Сохранение информации, накопленной в ходе анализа и преобразований системы

 

Рис. 3
Направления развития самОй USESoft и ее использование:
o Развитие - обновление интерфейса, усовершенствование процесса анализа и преобразований системы;
o Использование - прогноз ТРИЗ[8, 9]:
Положительная черта ТРИЗ - разнообразие и сила инструментов ТРИЗ, связана с отрицательной чертой - резкое повышение сложности. Сегодня ТРИЗ представляет собой несвязный, и разный у разных авторов, набор инструментов. Например, только списков законов развития систем можно насчитать с десяток вариантов.
Предлагается прогноз эволюции ТРИЗ с помощью USESoft, рис. 4. При прогнозе была использована вся программа USESoft, а не только экран Эволюция ТРИЗ.
Бл. 1. Пониженная жизнеспособность ТРИЗ (из-за присущих недостатков привлекательность ТРИЗ теряется → отказ от использования ТРИЗ или резкое снижение числа пользователей).
Бл. 2. Пониженная идеальность ТРИЗ (вместе с очевидными достоинствами есть очевидные недостатки).
Бл. 3. Создание новой ТРИЗ (если недостатков слишком много и ресурсов совершенствования нет).
Бл. 4. Совершенствование существующей ТРИЗ (недостатков немного и ресурсы совершенствования есть).
Бл. 5. Объединение существующих вариантов ТРИЗ (объединение достоинств и устранение недостатков существующих вариантов).
Бл. 6 и 7. Выявление недостатков ТРИЗ, построение причинно-следственной сети недостатков, выявление ключевого недостатка.

Рис. 4
Бл. 8. Устранение ключевого недостатка.
Бл. 9, 10, 11 - усовершенствованная ТРИЗ (без недостатков) → 12 - более идеальная ТРИЗ → 13 - более жизнеспособная ТРИЗ.
Черты полученного "портрета" ТРИЗ, каким бы еретичным ни был этот вывод, слагаются в портрет системы Искусственного Интеллекта (ИИ), Табл. 1

Характеристика реальной УСЭ

Предполагаемая характеристика ИИ

УСЭ разработана на основе анализа развития самых разных систем, что дает возможность единообразно подходить к решению задач из самых разных областей, позволяет описывать и прогнозировать развитие систем.

ИИ дожен быть разработан на основе анализа развития самых разных систем, что даст возможность единообразно подходить к решению задач из самых разных областей, позволит описывать и прогнозировать развитие систем.

УСЭ полностью совпадает с научным методом познания.

ИИ должен полностью совпадать с научным методом познания.

УСЭ позволяет унифицированное описание иерархических уровней - природа, общество, производство и техника.

ИИ должен позволять унифицированное описание иерархических уровней - природа, общество, производство и техника.

УСЭ в виде частных случаев переходит в разнообразные методы преобразования систем - МПиО, МШ, МКВ, МА, во все инструменты ТРИЗ.

ИИ в виде частных случаев должен переходить в разнообразные методы преобразования систем.

УСЭ выступает в роли программы-советчика, инвариантного описания систем максимально высокого уровня абстракции.

ИИ должен выступать в роли программы-советчика, инвариантного описания систем максимально высокого уровня абстракции.

Это абстрактное описание, будучи приложенным к исследуемой системе, становится абсолютно конкретным. Т.е. УСЭ или ИИ, если в двух словах, универсальная конкретность.

Сравнение Универсальной Схемы Эволюции и ИИ-подхода[10], дополненное:
• описанием работы программы USESoft;
• выявлением прогнозирующего механизма коры и
• использованием программы USESoft как аналога этого прогнозирующего механизма, показывает возможное направление разработки системы Искусственного Интеллекта, позволяет с оптимизмом смотреть на дальнейшее развитие указанных направлений и инструментов[11, 12].


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
"ТРИЗ изменяется качественно: I этап - ТРИЗ; II этап - ТРТЛ; III этап - ?
Мы все дальше уходим от техники, даже появляется ностальгия по техническим задачам, но закон перехода в надсистему действует вне зависимости от нашей воли. Основным интересом должна быть гуманитарная составляющая.
Главная проблема - в человеке. Я убежден, что именно за этим направлением будущее. Продукт будущего появится только тут. Уже завтра центр событий будет на этапе ТРТЛ, а затем - и третий этап. Что там? Пока не знаю..."[13].
Приведенные материалы по развитию теоретических основ ТРИЗ в виде Универсальной Схемы Эволюции и практического воплощения УСЭ в виде компьютеной программы USESoft, надеюсь, в какой-то мере отвечают на вопрос, заданный Г.С.Альтшуллером в 1990 году.
Правда, иллюзий я не питаю: трудности научного прогресса не в отсутствии новых идей для ТРИЗ, а в освобождении от старых...
18 сентября 2006 г.
Бостон, Массачусеттс, США

Литература

1.    Захаров А. К разработке системы ЗРТС. "Журнал ТРИЗ", т. 1, 1995 г., с. 19, выпуск "Санкт-Петербургская школа ТРИЗ".

2.    Захаров А. Схема ЗРТС и неалгоритмические Методы активизации творческого мышления. Январь 1999, http://www.metodolog.ru/00557/00557.html

3.    Захаров А. О единстве инструментов ТРИЗ. Журнал "Технологии Творчества", март 1999 г., № 1, вкладка "Журнал в журнале".

4.    Захаров А. Схема ЗРТС и развитие системы знаний - науки, теории, парадигмы. http://www.metodolog.ru/00583/00583.html

5.    Захаров А. ТРИЗовская картотека: история создания, сбор и обработка информации, результаты применения. http://www.metodolog.ru/00528/00528.html

6.    Захаров А. Универсальная Схема Эволюции. http://www.metodolog.ru/00522/00522.html;

7.    A.Zakharov. The Uniform Scheme of Evolution. The 2d Annual AI TRIZ Conference Proceedings TRIZCon2000, p. 183; April 30 - May 2, 2000. Nashua, New Hampshire, USA.

8.    Zakharov A., "TRIZ Future Forecast", TRIZ Journal, August 2004, http://www.triz-journal.com/archives/2004/08/05.pdf

9.    Захаров А. Анализ и преобразование ТРИЗ методами ТРИЗ http://www.metodolog.ru/00538/00538.html

10. On Intelligence by Jeff Hawkins, Sandra Blakeslee. 272 pages. Publisher: Times Books (October 3, 2004). Language: English. ISBN: 0805074562. http://www.metodolog.ru/00685/00685.html

11. Захаров А. Кора головного мозга и ТРИЗовская картотека - неожиданные аналогии http://www.metodolog.ru/00685/00685.html

12. Захаров А. Универсальная схема эволюции, USESoft и Искусственный Интеллект. http://www.metodolog.ru/00720/00720.pdf

13. Г.С.Альтшуллер. Перспективы развития ТРИЗ. Выступление на Совете Ассоциации ТРИЗ.Журнал ТРИЗ, 1990, т.1 № 2. с. 4.