Система закономерностей построения и развития технических систем
Предисловие
Настоящий перечень закономерностей, определяющих построение и развитие технических систем (ТС), разработан в июне 1981 года и откорректирован в мае 1983 года. Содержание данного документа докладывалось на Горьковской областной конференции «Проблемы развития научно-технического творчества ИТР» в 1983 году, а также было использовано при написании глав 2 и 4 книги «Рациональное творчество» (М.: Речной транспорт, 1990).
Б.И.Голдовский
I. «Базовые» закономерности
(из которых могут выводиться закономерности построения и развития ТС)
А. Законы диалектики
1.1.Закон единства и борьбы противоположностей
1.2. Закон отрицания-отрицания
1.3. Закон перехода количества в качество
Б. Общесистемные закономерности, законы природы
1.4. Избыточность систем – в каждой системе есть скрытые свойства, не реализуемые (не используемые) при данной структуре системы и надсистемы
1.5. Рост целостности систем по мере их развития
1.6. Каждая самоорганизующаяся система стремится к сохранению равновесия, к стабильности (принцип «гомеостаза» или «гомеостазиса»)
1.7. Открытые (взаимодействующие с окружением) системы могут существовать только при осуществлении обмена с окружением веществом, энергией и информацией [можно считать законом природы]
1.8. Специализация систем в процессе развития как путь повышения эффективности функционирования
1.9. Неравнозначность состава (формы движения материи), структуры и параметров внутреннего функционировании для функционирования и развития систем
1.10. Соответствие между сложностью и целостностью системы и затратами на изменение системы или части её
1.11. Искусственно создаваемые системы должны обладать свойством совместимости с другими системами и с окружающей средой
1.12. Соответствие между сложностью функции и сложностью структуры системы
1.13. Соответствие между сложностью системы (формы движения материи и структуры) и возможностями её развития
1.14. Широта функционирования системы (количество и многообразие функций) должна соответствовать многообразию требований, налагаемых окружением (многообразию условий функционирования)
1.15. Определяющая роль формы движения материи в функционировании и развитии системы. Усложнение формы движения материи в процессе её развития [закон природы]
В. Общественные (экономические) законы
1.16. Определяющая роль познания в возможности использования в технике той или иной формы движения материи
1.17. Опережающий рост общественных потребностей по сравнению с возможностями их удовлетворения
1.18. Конечность (ограниченность) ресурсов и возможностей общества, природы и человека (принципиальная, для заданного момента времени)
1.19. Принципиальная бесконечность (неограниченность) потребностей общества
1.20. Определяющая роль экономики в осуществлении реализации той или иной ТС
1.21. Неравнозначность качественно разных потребностей и затрат для общества
1.22. Влияние степени развития науки на пути и формы развития ТС (чем меньше знаний, тем больше ошибок)
1.23. Непрерывный рост (качественный и количественный) общественных потребностей [производная от 1.19]
1.24. Непрерывный рост общей эффективности общественного производства [следствие противоречия между 1.18 и 1.19]
1.25. Соответствие между потребительской стоимостью (ценностью потребности для общества) и затратами на неё [следствие 1.21]
1.26. Всякая экономия в конце концов сводится к экономии времени
1.27. Приоритет удовлетворения общественной потребности перед повышением общей эффективности производства [следствие 1.21]
1.28. Определяющая роль общего развития уровня техники в возможности реализации ТС
II. «Методологические» закономерности развития ТС
(наиболее общие)
2.1. Движущей силой развития техники является противоречие между общественной потребностью и возможностью её удовлетворения с помощью имеющихся технических средств (общественно-техническое противоречие) [проявление 1.1, следствие 1.17 и противоречия между 1.18 и 1.19]
2.2. Развитие ТС происходит путем слияния противоположностей типа «источник воздействия – приемник воздействия»(инструмент – изделие; источник энергии – приемник энергии; управляющий – управляемый и т.п.) в одном элементе (универсализация) и раздвоения одного элемента на эти противоположности (специализация) [проявление 1.1]
2.3. Каждой ТС присуща определенная совокупность ТП, обострение и разрешение которых определяет пути развития данной ТС [проявление 1.1, одна из причин появления противоречия 2.1]
2.4. Изменение ТС при разрешении ТП в процессе развития происходит путем инверсии одного из существенных признаков ТС, определяющих существование и обострение ТП [проявление 1.2, форма разрешения противоречия 2.3]
2.5. В процессе развития ТС происходит возврат к прежним формам на новом уровне (развитие «по спирали») по мере появления новых средств разрешения ТП, обострение которых привело к отрицанию этих форм [проявление 1.2, следствие 2.4 и 2.3, связано с 2.13]
2.6. По мере развития ТС ценность сторон, способствующих улучшению взаимодействия с НС, растет [следствие 1.5]
2.7. Надсистема консервативнее ТС (почти всегда, как правило, особенно на уровне самоорганизации – предприятие, отрасль и т.п.) [следствие 1.6 и 1.10; чем сложнее НС, тем справедливее]
2.8. Каждой ГПФ (потребности) соответствует определенная совокупность функциональных параметров, образующих (определяющих) «функционально-параметрическую нишу» [проявление 1.3, следствие 2.20]
2.9. Устойчивое состояние ТС соответствует заполнению определенной «функционально-параметрической ниши» (отсутствие «конкуренции») [аналогия с биологией, следствие 2.20, отдаленное следствие 1.6 и 2.8]
2.10. Количественные изменения в ТС обязательно приводят к такому качественному изменению, как обострение ТП [проявление 1.3, влияние на 2.2]
2.11. Скачкообразное изменение параметров внешнего функционирования ТС требует её качественного изменения [проявление 1.3]
2.12. Определяющая роль физического принципа действия в функционировании и развитии ТС [форма проявления 1.15]
2.13. Усложнение формы движения материи в ТС по мере её развития [форма проявления 1.15, следствие 2.12, связь с 2.5; форма разрешения противоречия между 5.6 и 2.23, связь с 5.7; одновременно является закономерностью изменения состава ТС]
2.14. Существует иерархия оптимума:
- для «функционально-параметрической ниши» (суммы параметров внешнего функционирования) – оптимальный физический принцип;
- для физического принципа – оптимальная структура ТС;
- для структуры – оптимальные параметры внутреннего функционирования ТС [эвристическое положение, следствие 1.9, 1.15 и 2.12]
2.15. Имеющиеся развитые ТС для развития поглощают больше ресурсов, чем новые, нарождающиеся (у первых больше развита НС)
|
Доминирующее поглощение ресурсов теми ТС, что есть |
Реализация любой из возможностей развития ТС ограничивает вероятность реализации других возможностей |
[следствие 1.6, 1.18 и 2.7]
2.16. Принцип минимальных изменений в ТС в процесса развития:
параметры внутреннего функционирования → структура → физический принцип действия
часть → сумма частей → целое
[следствие 2.15, а также 1.6, 1.18 и 2.7; форма разрешения противоречия между 1.6 и 2.22-2.23]
2.17. Принцип ступенчатой оптимизации ТС (происходит после каждого изменения ТС на соответствующем уровне):
- поиск оптимального физического принципа
- поиск оптимальной структуры
- поиск оптимальных параметров внутреннего функционирования
[следствие 2.14 и 2.16]
2.18. Влияние развития одних ТС (одних областей техники) на другие ТС (области техники):
- перенос решений
- «расползание» физического принципа действия по отраслям
[следствие 2.15 и 2.12, а также инвариантности функций по отношению к разным областям техники]
2.19. Полезные выходы (способности, ГПФ) ТС должны соответствовать потребностям окружения (общественным или техническим)
[следствие 1.11; 1-е условие приемлемости ТС]
2.20. Входы (потребности) ТС не должны превышать возможностей (ресурсов) окружения
[следствие 1.11; 2-е условие приемлемости ТС]
2.21. Неполезные (вредные) выходы ТС должны быть допустимы (приемлемы) для окружения
[следствие 1.11; 3-е условие приемлемости ТС]
2.22. Непрерывность роста функциональной эффективности ТС (в первую очередь – параметров внешнего функционирования)
[следствие 1.23 и 2.19]
2.23. Непрерывность роста общей эффективности ТС (стремление к абсолютно идеальной системе, повышение степени идеальности, уменьшение избыточности ТС)
[следствие 1.24, 2.19 и 2.20, отчасти следствие 2.21; форма разрешения противоречия между 2.22 и 1.18]
2.24. Вытеснение человека из технических систем. «Труд человека всё более заменяется трудом машин» при выполнении функций:
|
- транспортная - энергетическая -технологическая -контрольно-регулирующая -принятия решений |
Направление развития |
[ следствие 2.22 и 1.18 – конечность, ограниченность возможностей человека; соответствует социальному значению техники; одновременно – закономерность изменения состава ТС, одно из проявлений 6.2]
2.25. Соответствие между возможностью реализации сложной части ТС и сложностью самой ТС (сложная подсистема приживается обычно в сложной ТС; сложная техника требует сложной организации)
[следствие 1.28, отчасти – следствие 1.12]
2.26. Соответствие между важностью функции и затратами на нее ( чем важнее, тем больше дополнительные затраты)
[следствие 1.25, отчасти – 2.19]
2.27. Приоритет функциональной эффективности ТС перед общей эффективностью (идеальностью):
- выполнение функции важнее повышения интенсивности
- повышение интенсивности важнее повышения идеальности
- повышение идеальности процесса важнее повышение идеальности технического средства
[следствие 1.27 и 1.26]
2.28. Изменение использования физического принципа по мере развития ТС:
- преодоление параметрического порога (максимум функционального параметра)
- повышение общей эффективности (КПД, качество)
- устранение нежелательных эффектов (вредных выходов)
[следствие 2.27 и 1.21 для обеспечения условий 2.19, 2.20 и 2.21]
2.29. Допустимость ухудшений в ТС до определенного порога
[следствие 2.3, 2.10 и 1.21, форма проявления 1.3]
III. Закономерности построения работоспособных ТС
(для всех ТС)
3.1. Должна быть обеспечена функциональная полнота ТС (сумма ЭПФ должна обеспечивать выполнение ГПФ)
[следствие 2.19, а также системности нашего мира]
3.2. Должна быть обеспечена энергетическая проводимость ТС и, соответственно, полнота энергоцепочек, обеспечивающих функционирование
[следствие 1.7, отчасти 3.1; влияние от 3.3 в плане интенсивности энергообмена и от 3.4 в плане динамичности и управляемости энергоцепочек]
3.3. Должно быть обеспечено преодоление характерного для ТС параметрического порога (соответственно должна быть обеспечена определенная интенсивность энергообмена)
[следствие 1.3 и 2.8; отчасти – 2.22 и 3.1]
3.4. Должна быть обеспечена минимально необходимая степень управляемости (изменяемости, динамичности) ТС и её частей (соответственно должна быть обеспечена определенная степень динамичности и управляемости энергоцепочек)
[следствие 1.14, отчасти – 3.1, одна из форм реализации 2.23]
IV. Закономерности изменения функционирования ТС
4.1. Стремление принципа действия ТС к проникновению в соседние функциональные ниши
[следствие 1.23, 2.22 и 2.15 за счет 1.4]
4.2. Рост специализации ТС в процессе развития (сужение функции и обеспечение постоянства условий функционирования за счет надсистемы)
[следствие 1.14, форма проявления 1.8 и 2.2; форма разрешения ТП между полезными выходами; взаимосвязь с 4.4]
4.3. Повышение универсальности ТС и её элементов (при стабильности состояния НС)
[форма проявления 2.2; следствие-средство для обеспечения 2.23; форма разрешения ТП, следствие 4.4]
4.4. Ограниченность изменений НС, обеспечивающих рентабельность (эффективность) узкой специализации ТС
[следствие 1.18, 1.6 и 2.7; связь с 4.2]
V. Закономерности изменения структуры ТС
5.1. Неравномерность развития частей ТС – скорость изменения различных частей различна
[следствие 1.21, 1.25 и 2.26, а также – в основном- негомогенности реальных систем; приводит к реальному (фактическому, наблюдаемому) обострению ТП – связь с 2.3]
5.2. Негармоничность развития частей ТС – одни части в развитии значительно обгоняют другие
[следствие 1.21. 1.25, 2.26 и 2.29; форма разрешения противоречия между 1.18 и 1.19; связь с 2.3 – как и у 5.1]
5.3. Увеличение количества и разнородности взаимосвязей между элементами ТС (НС)
[следствие 4.3 и средство реализации 2.23]
5.4. Рост динамизма ТС (при заданной степени широты функционирования).
Ступени роста динамизма:
|
1) Минимальный уровень, соответствующий диапазону изменения условий функционирования (рули на самолете) 2) Изменение взаимодействия во времени, устраняющее явно вредные выходы, мешающие интенсификации [2.22] (убирающиеся шасси) 3) Изменение свойств и взаимодействий элементов, обеспечивающих повышение общей эффективности, качества функционирования, снижение затрат в НС и т.п. [2.23] (механизация крыла) |
А) Простой динамизм – перемещение в пространстве частей ТС Б) сложный динамизм: а) изменение формы, конфигурации б) изменение внутренних свойств (например, агрегатного состояния) в) обмен с окружением (отброс + регенерация) |
[следствие 4.3 и 2.28; средство реализации 2.23]
5.5. Увеличение степени изменяемости элементов и взаимосвязей в ТС:
- дробление + объединение
- гибкость связей (механические – гидравлические, пневматические – поля)
[следствие 5.3 и 5.4, одно из следствий 2.13]
5.6. Усложнение системы в процессе развития (рост сложности структуры)
[следствие 5.3, 5.5, 4.3 и 5.17]
5.7. Ограничение увеличения сложности структуры ТС при заданном физическом принципе (существование порога сложности структуры ТС)
[следствие обострения ТП в части надежности, одно из проявлений 2.12, отдаленные следствия 5.6 и 2.3]
5.8. Рост целостности ТС (НС) в процессе развития:
- увеличение жесткости связей ТС и НС (замена организационных взаимодействий физическими); жесткость связей «ползет вверх» по иерархии систем
- увеличение зависимости ТС от НС т НС от ТС (ТС от ПС, ПС от ТС), уменьшение степени самостоятельности частей (в т.ч. – энергетической)
[форма проявления 1.5, форма разрешения противоречия между 4.2 и 4.3]
5.9. Переход развития в НС при остановке развития ТС (применимо при любом запрете на изменение ТС)
[следствие и одна из форм 5.8, разрешение противоречия между необходимостью обеспечения 2.22 и 2.23 и запретом на изменение ТС вследствие обострения ТП – 2.3]
5.10. Увеличение использования окружающей среды (для повышения эффективности ТС – повышение открытости ТС):
- использование вещества – всегда, одно из условий жизни человеческой цивилизации
- использование энергии – на начальных этапах развития преобразование по программе (НЭ – нерегулярность, невозможность концентрации, параметрический предел)
- на последующих этапах преобразование по виду (тонкие процессы на микроуровне, фотоэлементы, термояд и т.п.)
[одно из следствий 5.8 и 2.23 по отношению к окружению; форма разрешения ТП]
5.11. Уменьшение степени использования окружающей среды (повышение закрытости ТС):
- для преодоления природных ограничений
- для устранения экологических НЭ
- для повышения эффективности ТС в плане использования отходов (при истощении природных ресурсов – в особенности)
[одно из следствий 5.8 и 2.21, следствие 2.23. форма разрешения противоречия между 1.18 и 2.22, форма разрешения ТП]
5.12. Исключение промежуточных звеньев в ТС и процессах
[следствие 2.2 и 2.23]
5.13. Введение промежуточных звеньев в ТС и процессы
[следствие 2.2, форма разрешения ТП; для устранения противоречия с 5.12 используются формы 2.23]
5.14. Устранение перерывов в функционировании ТС, промежуточных стадий (повышение непрерывности процессов)
[одна из форм 5.12, следствие 2.23]
5.15. Переход к непосредственному взаимодействию (воздействию), сокращение длины энергоцепочек
[одна из форм 5.12. следствие 2.23 и 4.3]
5.16. Переход к опосредственному взаимодействию, к прерывности
[одна из форм 5.13, для устранения противоречия с 5.14 и 5.15 используются формы 2.23]
5.17. Увеличение относительной самостоятельности частей ТС (перемещение в части ТС «первичных» энергетических звеньев – двигателей, преобразователей по виду; чаще всего сопровождается усложнением формы движения материи – вида энергии, разветвляемой по местным энергоцепочкам)
[следствие 5.15, форма реализации требований 5.4, а также 2.13; форма разрешения ТП]
5.18. Освоение пространства полезным процессом (точка – линия – поверхность – объем)
[форма реализации требований 2.22 и 2.23]
5.19. Сокращение пространства. занятого вспомогательными элементами
[следствие 2.23, форма разрешения ТП]
5.20. Сокращение пространства, занятого основным (полезным) процессом (концентрация процесса в пространстве)
[форма разрешения противоречия между 1.18 и 2.22]
VI. Закономерности изменения состава ТС
6.1*. Усложнение формы движения материи в ТС по мере её развития
[совпадает с 2.13]
6.2*. Вытеснение человека из технических систем в процессе развития
[совпадает с 2.24]
6.1. Включение человека во вновь создаваемые ТС
[следствие 1.20 и 1.28]
6.2. Увеличение степени искусственности элементов ТС в процессе развития
[одно из следствий 5.11, форма проявления 6.2*]
6.3. Единство разнородности – однородности элементов ТС (добавки, композиты)
[форма проявления 2.2, одна из форм реализации 6.2, отдаленное следствие 2.23]
6.4. «Гибридизация» ТС на границах функциональной ниши. Возникновение переходных форм
[следствие и одна из форм реализации 4.1]
6.5. Комплексное использование форм движения материи. Привлечение более низких форм движения материи в ТС с высокими формами движения материи.
[одна из форм разрешения противоречий между 1.18 и 2.22, противоречит 6.1]