Зри в корень! К. Прутков

Одно из слабых мест ТРИЗ – трудности со структурированием исходной совокупности элементов в соответствии с законом полноты частей ТС, первым из ЗРТС. Традиционные инструменты (АРИЗ, стандарты, ЗРТС, приёмы) располагают только весьма туманными указаниями о необходимости структурирования. Такая неопределённость делает неизбежным поиск структуры исследуемой системы с помощью откровенного МПиО (даже если он называется алгоритмом [1]). Конечно, наличие опыта позволяет справляться с этой задачей, но на то и ТРИЗ, чтобы сделать легкодоступным и осознанным удачный опыт. Ведь опыт – это осознание своих ошибок, а теория – осознание чужого опыта. Или нет? Поэтому необходимо построить алгоритм структурирования, предусматривающий минимальный перебор (если без него нельзя в принципе).

Итак, примем следующие очевидные посылки:

1. Каждый эффект есть результат своей функции.

2. Каждая функция служит системообразующим фактором для входящих в неё элементов и возможна только при наличии связей с надсистемой.

3. Сказанное верно для положительных (ПЭ) и нежелательных (НЭ) эффектов, а также для существующих (Э) и отсутствующих (Э_о).

4. Характеристика эффекта переносится на функцию и, следовательно, на соответствующую ей систему.

Логические следствия этих посылок:

1. Для возникновения эффекта необходимы как минимум два элемента, взаимодействующих по типу “инструмент – изделие”;

2. “Один эффект – одна функция – одна структура”.

3. Эффект возникает всегда на изделии, что позволяет установить его “хвост” согласно структуре: инструмент, а далее - трансмиссию и источник энергии.

4. Орган управления есть инструмент системы обратной связи, который должен быть рассмотрен только как часть отдельной системы контроля и целеполагания.

Первый пункт не нов, он предложен давным-давно [2] и вполне успешно работает в вепольных построениях.

Второй пункт напоминает что-то историческое, но имеет принципиальное значение, устанавливая, что если возник ещё какой-то непредвиденный эффект, то в рассматриваемой системе имеют место быть условия для появления паразитных субсистем.

Третий несколько тавтологичен, но необходим, так как устанавливает определённую последовательность действий. Он же является ещё и классической машиной по К. Марксу. И он же реализует ГПП применительно к выбранному эффекту.

Последний пункт выглядит весьма спорным, поскольку ограничивает анализ только машиной, тогда как ТС по Г. Альтшуллеру включает ещё и орган управления. Однако, орган управления машиной и сам по себе машина [3,4]. Ведь он, как правило, включает в себя все прочие элементы машины: рабочий орган для воздействия на элемент рабочей машины, свою трансмиссию и свой источник энергии. Это справедливо, даже если орган управления включает в себя человека в качестве компонента, а то и весь целиком состоит из человека. Поэтому ТС есть объединение двух, скажем так, элементарных машин: рабочейи управляющей, осуществляющей обратную связь. Это объединение – надсистема по отношению к обеим машинам. Получившуюся формулу целесообразно принять как новое определение ТС. То, что к управляющей машине по мере эволюции пристраиваются и разворачиваются машины более высокого уровня (контроля и целеполагания), а также то, что отдельные элементы рабочей машины имеют свои управляющие машины (создавая полисистему управляющих машин для одной рабочей машины), для целей данной статьи не существенно и особо рассматриваться в дальнейшем тексте не будет. Как принято говорить, это тема совсем другой статьи [5].

Эта схема весьма условна. В ней, в частности, не показана полисистемность отдельных элементов, нет соседних машин, входящих в общую надсистему. Рабочая машина 2 является надсистемой для рабочей машины 1, №3 – для №2, №4 – для № 3, и т.д. Вместе с тем, совсем не условно показано, что, например, управляющая машина для рабочей машины 3 одновременно является машиной контроля для рабочей машины 2 и машиной целеполагания для рабочей машины 1. Термин “машина целеполагания” несколько условен, но, с другой стороны, как ещё назвать машину, контролирующую другою контролирующую машину? Можно их ещё нумеровать. Налицо определённая иерархия управляющих машин, находящихся в привычных отношениях “система – надсистема”.

Состав ТС отражает симбиоз машины и человека, находящегося где-то на вершине пирамиды. Выявление всей структурной “матрёшки” может быть полезно лишь на после вычленения рабочей машины. Интересно было бы посмотреть: чем заканчивается эта пирамида и заканчивается ли она вообще? Интересно отметить идентичность схемы на рис. 1 со строением социальной системы [6]:

Эта схема чётко позиционирует структурные элементы анализируемой системы. Бросающееся в глаза несоответствие между термином “начальник“ и отводимой ему ролью только кажущееся. Вообще-то, это тоже тема совсем другой статьи, но в качестве примера можно привести соответствие между дряхлостью глав государств или фирм и упадком этих государств или фирм. И наоборот. Начальники только крутят ручку, “динамят” свои коллективы, а реально управляет боевой штаб – заместители и соответствующие подразделения типа планового или маркетинга. Они оценивают обстановку и готовят решения, которые шеф не может не утвердить. Интересно, что в германской армии времён 1-й Мировой войны руководящая роль начальника штаба была официальной, хотя и на уровне армии. А США и сегодня высший пост – начальник штаба, а “динамит” президент. А не будет “динамить”, то в полном соответствии с принципом энергетического минимума элементы системы будут функционировать на наименьшем возможном энергетическом уровне (волынить).

Таким образом, получается следующий порядок рассуждений при установлении структуры (реконструкции) исследуемой системы:

1. Устанавливается (выбирается) интересующий эффект.

2. Устанавливается элемент, на котором возникает этот эффект (изделие).

3. Строится исходная пара элементов, взаимодействие которых порождает эффект (изделие и инструмент).

4. Строится энергетическая цепочка пар: (изделие и инструмент), (инструмент и трансмиссия), (трансмиссия и источник энергии), (источник энергии и внешняя среда или надсистема).

Последний пункт подчёркивает, что без переноса или преобразования энергии ничего не происходит. Это обстоятельство имеет принципиальное значение для, например, поиска причин брака. Весь порядок выглядит совсем как настоящий алгоритм. И в качестве такового очень хочется назвать его каким-то звучным именем (что весьма модно); например: алгоритм реконструкции систем – АРС. Но это было бы неправильно, нехорошо. На самом деле ведь только намечены предполагаемые контуры логического скелета будущего алгоритма. В частности, не сделана ещё такая важная работа, как определение совокупности признаков той или иной части машины. Например, одним из признаков инструмента управляющей машины является то, что изделием для него служит элемент рабочей машины. А есть ещё о психологические операторы. Надо также учитывать, что не всякий элемент машины может быть в свою очередь также раскрыт как машина. Нередко элементы машины представляют собой би-системы или полисистемы, что, однако, не исключает возможности разложения уже элемента би- или полисистемы.

Но всё это теория, а каково оно будет на практике? Проверим, для начала, работоспособность предлагаемой логической конструкции на известном (но не затёртом!) незамысловатом примере о солдатах, дисциплинированно шагающих через мост. Нежелательный эффект (НЭ) – разрушение моста. НЭ создаётся вредной функцией. Для определения её состава строится энергетическая цепочка. Изделие – мост. Построение цепочки начинается с исходной пары, взаимодействие которых непосредственно и рождает НЭ. Эта пара: мост и солдаты. К ней пристраивается “хвост” из новых пар: (мост – солдаты) – (солдаты – колонна) – (колонна – генерал) – (генерал – противник). Получается следующий состав:

- изделие – мост, ломающийся от резонанса;

- внешняя среда – противник, понуждающий генерала к действиям.

Вообще-то, нежелательность эффекта является субъективным фактором. Не исключено ведь, что на самом деле и надо было разрушить мост, а взрывчатки под рукой не оказалось. Зато были вымуштрованные солдаты.

Важно видеть, что собственно системой является только комплекс из трёх средних элементов (рабочая машина). В качестве органа управления можно предположить генштаб, можно – местность в целом. И то и другое может вынудить рабочую машину перемещаться именно через мост. И то и другое выходит за рамки описанной задачедателем ситуации.

Но не будем предаваться “пробочным” рассуждениям и выясним обязательный признак органа управления (управляющей машины). Признаком является то, что, как уже указывалось выше, изделием для инструмента управляющей машины является элемент рабочей машины. То есть, начало управляющей машины становится известным и без установления эффекта. “Хвост” системы уходит к изделию рабочей машины, иначе обратная связь не обеспечивается. Эти соображения предопределяют следующий алгоритм выявления управляющей машины:

1. Устанавливается интересующий эффект управления.

2. Устанавливается (выбирается) элемент рабочей машины, который будет (или должен быть) изделием для управляющей машины. На нём проявляется эффект управляющего действия. Обычно это источник энергии рабочей машины.

3. Строится исходная пара элементов, взаимодействие которых порождает эффект (изделие и инструмент).

4. Строится энергетическая цепочка пар: (изделие и инструмент), (инструмент и трансмиссия), (трансмиссия и источник энергии), (источник энергии и внешняя среда или надсистема). Цепочка должна заканчиваться изделием рабочей машины.

То есть, это практически та же последовательность, что и для рабочей машины. Выберем в качестве эффекта управления поведение солдат (1). Изделием, согласно вышеприведённой схеме, должен быть источник энергии для этих солдат – генерал (2). Инструментом управляющего воздействия на генерала должен быть элемент системы, получающий информацию и о внешней среде и о поведении солдат (инструмента рабочей машины). Таким элементом (инструментом управляющей машины) может быть только штаб этого генерала (3). Дальнейшая цепочка выстраивается уже без особого труда, выходя на вышестоящие штабы с их службами разведки, получающими и обрабатывающими информацию о взаиморасположении войск нашего генерала и противника (4).

Теперь посмотрим на это дело с точки зрения полезного эффекта (ПЭ) – перемещения солдат откуда-то куда-то через мост. Полезная функция (главный производственный процесс - ГПП) – перемещать солдат. Изделие – солдаты. От него получается следующий “хвост”:

- изделие – солдаты;

- внешняя среда – дорога (местность), где всё это происходит (мост в том числе).

Здесь состав рабочей машины уже несколько другой – функции как бы сместились по цепочке. В качестве органа управления можно опять предположить генштаб.

В обеих системах (машинах) присутствуют общие элементы, но функции у них разные. Эта разность будет сохраняться для любых систем (машин), построенных на данной совокупности элементов для каждого из выявленных эффектов. Причём, в зависимости от изменения условий внешней среды, в которой пребывает данная совокупность элементов, возможно образование самых разнообразных функций. Эти функции реализуются не только путём комбинаций элементов, входящих в данную совокупность, но и путём изменения состава этой совокупности. То есть, будут создаваться под разные комбинации условий внешней среды разные комбинации функциональных цепочек, образуя не ожидавшиеся задачедателем “сверх-эффекты”. Более того, поскольку участие элемента в какой-либо системе (функции) меняет его состояние (значения атрибутов), постольку это изменяет состояние других структур, включающих в этот элемент, и создаёт вторичные эффекты. Следовательно, будут ещё третичные и прочие эффекты, включая обратную связь на исходную систему. Кроме того, в системах ( особенно с полисистемными элементами), могут возникать ещё и паразитные субсистемы. В связи с этим характерно, что разрушающийся мост не фигурирует во втором случае, будучи эффектом паразитной субсистемы. Такие паразитные субсистемы образуют, как правило, брак и прочие нежелательные сверхэффекты. Наиболее заметны паразитные субсистемы в социальных системах, проявляясь в форме так называемых неформальных отношений.

В короткой статье невозможно, разумеется, привести десяток-другой разборов известных (для сравнения), малоизвестных и совсем неизвестных задач. Нельзя показать и сколько-нибудь полно возможные ответвления анализа проблемы. Остался, в частности, в стороне вопрос набора признаков для идентификации элементов системы. Однако, рассмотренная задача достаточно наглядна в своей неопределённости, возможных вариантах рассмотрения и проста как молоток. Более того, описываемая в задаче система ценна тем, что представляет собой нечто среднее между технической системой и социальной. Популярный термин “противоречие” намеренно избегался, так как противоречие является только отражением в сознании несовместимости разнонаправленных процессов. А это тоже тема совсем другой статьи.

Кроме причин, указанных в преамбуле, были и другие побудительные мотивы для написания этой статьи. Например, в 1984г. довелось решать учебную задачу о протечке чего-то там и вместо веполя (как того требовал контрольный разбор) был применён закон полноты частей ТС, что вызвало дискуссию среди маститых преподавателей. Тонкостью было отсутствие в системе каких-либо движущихся частей, кроме просачивающейся жидкости. То есть, система состояла из функций, а не материальных объектов (строго говоря, все системы, кроме, пожалуй, информационных, состоят из функций). Выведенный в данной работе алгоритм позволяет без проблем выстраивать функциональные структуры.

В переписке с коллегой из США возникла необходимость показать действие закона полноты частей системы на элементарном карандаше. В роли инструмента (рабочего органа) выступила отделяющаяся часть графитного стержня: до отделения – ещё трансмиссия и пока не инструмент, после – уже изделие и не инструмент. То есть, инструментом является часть графита в краткий миг его отделения от стержня при соприкосновении с бумагой. Выведенный в данной работе алгоритм позволяет без проблем выстраивать структуры динамичных систем.

У коллеги из Санкт-Петерсбурга ещё более сложный пример - эффект Тваймана. Заключается он в том, что тонкая кремниевая шлифованная пластинка после полировки одной из сторон начинает изгибаться, скручиваться. Здесь описываются две системы: первая – обработка пластины (эффект – качество поверхности) и создание условий для возникновения вторичного эффекта (Тваймана), вторая (паразитная субсистема) – деформирование пластины (эффект – изменение формы) и создание потребности в изобретателях. Рассматриваться должна вторая система (первая – внешняя среда). Изделие для неё - форма пластинки. Инструмент – поверхность материала пластинки (форма создаётся поверхностью). Трансмиссия – материал пластинки (больше нечему). Источник энергии – разность между значениями какого-то параметра поверхностей. Что это за параметр, если известно, что он является энергетическим и меняющимся в зависимости от обработки? Дальнейшее – вне рамок данной статьи.

Примечание: насколько известно, почти все ошибки в применении ТРИЗ (не говоря уж о понимании её) связаны исключительно с невниманием к постулатам ТРИЗ. Они обычно воспринимаются как некий рекламный, пропагандистский материал, а зря. Кроме того, было бы, наверное, правильным заменить термин “машина” иным. Скажем, “подсистема”. Но это вопрос несрочный.

АРИЗ – Алгоритм решения изобретательских задач, версия АРИЗ-85В. Последовательность логических операций по качественному преобразованию исходной технической системы путём минимального её изменения.

ГПП – главный производственный процесс. Термин, введённый в АРИЗ и обозначающий процесс, реализуемый источником энергии, трансмиссией и инструментом для достижения полезного эффекта (ПЭ), являющегося целью создания человеком данной ТС.

Движение – 1) изменение со временем координат и скоростей тел в пространстве;

2) процесс расхода или накопления энергии в физических системах;

3) процессы перехода энергии из одной формы в другую.

Действие – произведение силы на путь (принцип Эйлера и Мопертюи).

ЗРТС – законы развития технических систем в составе и формулировках согласно книге “Профессия – поиск нового” Альтшуллера Г.С., Злотина Б.Л. и Филатова В.И. (Кишинёв, “Картя Молдовеняскэ”, 1985г.).

Машина – классическая машина состоит из трёх элементов: двигателя, трансмиссии и рабочего органа.

Моно-би-поли – механизм экстенсивного развития системы. Принцип энергетического минимума (или закон устойчивости системы) вынуждает элемент системы для выполнения своей функции, параметры которой переменны во времени, раздробиться по атрибутам, отвечающим этим переменным параметрам, снижая тем самым потери энергии при прохождении её через систему. Дробление (механическое в том числе) выражается в форме перехода от моно-системы к би-системе (сдвоенной) и далее - к полисистеме. Дробление может выглядеть и как антипод - объединение. До перехода элемент системы в разные моменты времени в разной степени соответствовал выполняемой функции (был функционально несимметричен). После перехода все подсистемы стали в равной мере соответствовать (или приобрели возможность индивидуально подстроиться) переменным значениям функции (стали функционально симметричными). Системообразующим фактором (обоймой) полисистемы является функция. Переход моно-би-поли не означает преобразование в машину или ТС. Разворачивание ТС и переход моно-би-поли – разные направления развития. Образно говоря, первое – это разворачивание системы вдоль энергетической цепочки, а второе – поперёк. Совместные проявления этих двух направлений развития иногда описываются как действие закона повышения вепольности (ЗРТС, динамика).

МПиО – метод проб и ошибок. Стратегия поиска решения задач, основанная на генерировании всеми способами возможно большего числа вариантов решения и последующем переборе их с целью выбора наиболее подходящего (на взгляд решателя). Принципиальным недостатком и характеристикой МПиО является отсутствие объективных критериев лучшего решения.

Процесс – 1) последовательная, ориентированная смена явлений, состояний объекта (перемещение, преобразование и т.п. вещества, энергии или информации);

2) движение вещества, энергии, информации или структуры (изменение конфигурации связей между её элементами). (Зусман А.В., Злотин Б.Л. “АРИЗ-СМВА-91/Э2”, ЧОУНБ-1992-59-20).

3) совокупность взаимосвязанных ресурсов и деятельности, которая преобразует “вход” в “выход”. (Словарь ИСО).

Система – это то, что различается как система (Gaines, B.R. “General System research: Quo vadis?”, General System Yearboor, 24, 1979, pp. 1-9).

Структура (лат. structura) – 1) взаиморасположение и связь составных частей системы;

2) строение системы, описание её через связи между элементами.

Субсистема – паразитная система, возникающая в системах помимо их функциональных, формальных структур. В социальных системах высший класс менеджмента – сделать субсистему дополнительным источником энергии для формальной системы (включить в полисистему). В технических системах – источник нежелательных эффектов.

ТС –техническая система минимально работоспособная в формулировке, приведённой в книге “Профессия – поиск нового” Альтшуллера Г.С., Злотина Б.Л. и Филатова В.И. (Кишинёв, “Картя Молдовеняскэ”, 1985г.).

Функция (от латинского functio – совершение, исполнение) - форма проявления свойства в определённой системе отношений для получения требуемого результата, указание действия, производимого объектом. Обозначает отношение двух объектов, в котором изменение одного из них ведёт к изменению другого.

Функции подразделяются на главные, второстепенные, основные, вспомогательные, вредные, полезные. Все эти определения относительны – название одной и той же функции может меняться в зависимости от задачи.

Эффект – 1) изменение состояния совокупности атрибутов, составляющих сущность объекта или процесса, подвергающихся какому-либо воздействию (внешнему или внутреннему); обычно - изделия; то есть, того элемента элементарной системы (пары), на которую направлено действие.

2) изменение процессов, определяющих текущее состояние объекта (системы).

Эффект нежелательный (НЭ) – 1) эффект, субъективно считающийся нежелательным;

2) эффект, порождающий вторичный процесс, который имеет своим конечным результатом (эффектом) уничтожение инструмента или рабочей машины (разрушение структуры);

3) эффект, являющийся побочным, но который компенсирует полезный эффект.

Литература:

1. Пиняев А.М. “Переход от административного противоречия к техническому при анализе изобретательских проблем (алгоритм функционального анализа изобретательских ситуаций – ФАИС).

2. Голдовский Б.И., Вайнерман М.И. “Комплексный метод поиска решений технических проблем”, М., 1990г., стр. 7

3. Королёв В.А. “О технических системах и их полноте” (ЧОУНБ1987-05-07),

5. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л. и Филатов В.И. “Профессия – поиск нового” (Кишинёв, изд. “Картя Молдовеняскэ”, 1985)

6. Парафраз из книги “Понедельник начинается в субботу” А. И Б. Стругацких.

7. Королёв В.А. “Отзыв на статью С. Соколова “Противоречия в коллективе” (Заочная конференция по проблемам ТРТЛ, № 6)