“Зри в корень!” (К. Прутков)

Центральное место в Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) занимают т.н. "законы развития технических систем" (ЗРТС) [1]. Оглядываясь сегодня назад, мы видим, как постепенно проявлялась тщетность попыток придать им хоть какую-нибудь способность быть прикладным инструментом изобретателя. Они хорошо иллюстрировали процессы эволюции технических объектов (не систем!), но чего-то большего от них добиться так и не удалось. Например, ни одному из них не удалось придать вид математической формулы (если не считать имитаций со степенью идеализации). Известны и другие недостатки [2], ставящие их корректность под обоснованное сомнение.

Определённые надежды были связаны с возникновением идеи о "линиях развития технических систем" (ЛРТС). По замыслу ЛРТС должны были представлять собой конкретные механизмы реализации ЗРТС, что в перспективе обещало придать им, наконец, требуемую строгость. В течение 1980-1990 годов был выполнен ряд исследовательских работ в этом направлении: "Пустотность" [3], Дробление, Хронодинамика [4], Динамизация, Идеальность и т.д. сожалению, надежды быстро угасли. В итоге на руках остался ряд разработок, выполненных на хорошем профессиональном уровне и основывающихся на большом объеме патентной информации, но, увы, не инструментальных. ТРИЗ так и не вырвалась из теоретического тупика. Почему? Возможно, потому, что в интерпретации полученных результатов была допущена ошибка.

Проведённые исследования опирались на множество частных случаев (имеющих в нашем случае форму патентов). А известно, что на некотором объёме случаев всегда можно выстроить какую-либо закономерность. Какую из них именно - зависит только от избранного признака, общего для рассматриваемых случаев. Признаков же обычно бывает много. И, следовательно, закономерностей на одном и том же наборе частных случаев может быть построено тоже много. Но как их понимать?

Ситуацию хорошо иллюстрирует полемика, сопровождавшая возникновение термина "Идеальность" [5]. Две группы специалистов увидели в одних и тех же примерах (патентах) два разных, хотя и похожих признака. Соответственно, каждая группа строила свою закономерность. И каждая хотела назвать её одним и тем же термином - "Идеальность".

То есть, имеется набор случайностей (патентов), из которого случайным образом выбираются признаки. А поскольку всякий набор случайностей одной природы всегда порождается одним и тем же механизмом генерирования этих случайностей, то на них (признаках) всегда можно построить соответствующие закономерности.

Здесь можно возразить: разве каждое изобретение не есть последовательное улучшение того или иного технического объекта? И да, и нет. Каждое изобретение представляет собой мутацию технического объекта, которое может быть (а может и не быть) удачным изменением его под требования внешней среды. Отличие изобретения от непатентованных технических решений лишь в том, что оно (изобретение) представляет собой относительно новый способ изменения. Даже если он новый только для данного технического объекта (это уже зависит от национальных Правил регистрации). А статистика не прижившихся технических решений (даже запатентованных технических курьёзов) известна. Поэтому имеет смысл рассмотреть фактор случайности в его, так сказать, чистом виде.

Возьмём стандартный пример случайности - лототрон (он же генератор случайных чисел, он же "однорукий бандит"). Для конкретности - спортлото, в котором надо угадать 6 номеров из пятидесяти. По результатам группы (например, сотни) тиражей сделаем выборку: сколько раз каждый из пятидесяти номеров попал в выигрышную серию. Теперь построим график: по горизонтали отложим количество тиражей (из всей сотни), в которых сыграли те или иные номера, а по вертикали - количество номеров, сыгравших то или иное количество тиражей. Окончив работу, мы обнаружим, что верхушки построенных по вертикали "столбиков" хорошо описываются кривой линией, по форме напоминающей колокол. Это будет график нормального распределения ("колокол") выигрышных номеров. С каждым тиражом это "колокол" будет немного (на 1/12) сдвигаться вправо. При этом каждый выигрывающий номер будет перемещаться в соседний справа "столбик". Построение графика намеренно дано столь подробно, чтобы его при желании могли самостоятельно построить те, кто слабо знаком со статистикой.

Так вот, много ли нам даст такой график для угадывания предстоящей выигрышной комбинации номеров? Ничего. Всё равно выигрыш тех или иных номеров, также как и их комбинаций, останется случайным, так как это предопределяется не "колоколом", а механизмом генерирования случайности. И при этом никто не скажет, что каждый из номеров с каждым тиражом "стремится" непременно соответствовать график, характеризующий наблюдаемый случайный процесс. С одной стороны, случайность не позволяет каждому числу выпадать равномерно. С другой стороны, равная вероятность не позволяет частотам выпадения каждого числа слишком уж различаться друг от друга. В среднем все номера должны были бы выпасть равное количество раз (12 в нашем примере). В действительности всегда будет какой-то разброс результатов вокруг средней вероятности.

Более того, игрок, который на основе данного графика будет указывать наиболее вероятные номера в надежде на выигрыш, наверняка останется в проигрыше. Выигрышная стратегия заключается как раз в обратном: на выявлении случайно возникающих закономерностей и отбрасывании номеров, случайно попавших в эти закономерности. Например, если один и тот же номер выпал три раза подряд (или с одинаковым интервалом), то ясно, что вероятность выпадения его в четвёртый раз (или с тем же интервалом) будет ниже, чем у номеров, не игравших ни разу за те же три тиража.

На основе серии тиражей лототрона можно построить ряд интересных графиков, иллюстрирующих подобные закономерности (или тенденции) частотных характеристик выпадения одних и тех же номеров и групп номеров. Здесь каждый читатель может развлечься поиском новых закономерностей на основе разных признаков. Но выиграть миллион графики не помогут. Разве что увеличат шансы на мелкий выигрыш.

Так что же представляют собой эти графики? Только ряд последовательных состояний совокупности случайностей и вероятностей, а также признаки закона, управляющего возникновением этих случайностей (генератора случайных чисел). И только.

Ещё одна иллюстрация. Хорошо установлен факт случайности мутаций (конечно, в пределах, определённых генотипом). Известен также факт явно наблюдаемой нами определённой направленности изменений ряда последовательных поколений биологических объектов. Распространённая ошибка - называть закономерности, описывающие эту направленность, законами развития. На самом деле имеет место долговременное воздействие сравнительно медленно изменяющейся среды обитания на совокупность подверженных мутациям короткоживущих биологических особей, в силу чего происходит отбраковка особей с наименее полезными (для выживания) мутациями. Совершенно случайный процесс, создающий, однако, полную иллюзию направленности и даже предопределённости. В то же время сами мутации (независимо от их полезности) возникают не случайно: существует механизм, гарантирующий возникновение мутаций. Этот механизм можно (хотя и достаточно условно) назвать генератором случайности в заданных каким-либо образом рамках (например, предшествующими мутациями, интенсивностью мутагенных факторов и т.п.).

Так и в нашем случае: выявленные сегодня "линии" или "законы" ТРИЗ есть только признаки существования закона или механизма (одного или нескольких), не более того. Они описывают сходные изменения (возникновение новых признаков) различных технических объектов, но не затрагивают причин этого изменения. Следование им несколько увеличит шансы на несложное изобретение, но создать нечто эпохальное или резонансное "линии" или "законы" помогут только случайно.

Характерно, что в статьях на тему исследования различных ЛРТС обязательно присутствует оговорка о том, что примеры для построения одной линии берутся из историй эволюции многих объектов, так как построить её на примере одного объекта обычно не удаётся. При этом указывается, что это, мол, только для людей, не сведущих в ТРИЗ, это всё разные "технические системы".

Совершенно упускается из виду, каждый вид технических объектов функционирует в своей специфической среде и потому приспосабливается к ней индивидуально. Например: самосвал, легковая машина, "скорая помощь", бронетранспортёр и т.д. Всё это, без сомнения, автомобили. Все они предназначены для перевозки какого-то груза. И все имеют почти одинаковую подструктуру, отвечающую за движение. Во всём остальном они эволюционируют самостоятельно, приспосабливаясь к своему грузу и к своей среде. Ещё меньше общего у автомобиля и корабля, тоже предназначенного для перевозки груза. Как можно утверждать, например, что обычный строительный кирпич и пористый керамический "кирпич" для внесения присадок в расплав стали - одна и та же техническая система (объект) на разных этапах своей эволюции?

Естественно, что структура любого технического объекта определяется набором основных функций, которые этот объект должен выполнять, и, кроме того, набором (целой иерархией) вспомогательных функций, обеспечивающих выполнение основных. Чем больше сходство обоих наборов, тем больше сходства между разными объектами. Так, при всём старании автомобильных заводов создать что-то своё, особенное, при одинаковых эксплуатационных требованиях у них получаются в итоге очень похожие изделия. И если на какой-либо планете при наличии таких же внешних условий возникнет необходимость реализовать точно такие же наборы функций для таких же условий эксплуатации, то можно не сомневаться, что в итоге тамошние инженеры изобретут наш автомобиль.

Объясняется это тем, что в любом техническом объекте для выполнения какой угодно функции надо организовывать его элементы в одну и ту же структуру, известную под названием "техническая система". Но на этом сходство заканчивается, так как всегда имеются различия в виде потребляемой энергии, какие объекты играют роль её элементов, с чем она взаимодействует, и, главное, в требованиях внешней среды. Тем не менее, одинаковость структуры "технических систем", из которых, как из стандартных блоков, собирается любой, сколь угодно сложный объект, приводит к тому, что в эволюции этих объектов, при всей её случайности, тем не менее, наблюдаются очень сходные явления. Более того, здесь мы наблюдаем (хотя и с трудом) фрактал.

ЛРТС и ЗРТС - это всего лишь оси многомерного морфологического ящика, описывающего возможные состояния технических объектов, не связанных между собой. Не случайно в работах по перечисленным "механизмам" нет ни одного примера сколько-нибудь длинной последовательности изменений одного и того же объекта. Только разрознённые частные случаи, взятые из функционально различных технических объектов, а если и функционально одинаковых, то применявшихся в разных условиях, требовавших соответствующей, сугубо индивидуальной адаптации. Зато неоднократно встречаются недоумения по поводу "отдельных" нарушений предписываемой последовательности эволюции технических объектов. Объекты по мере эволюции, видите ли, то перескакивают через её этапы, то вообще движутся вспять.

На самом деле эволюция вынуждает эти объекты преобразовываться вслед за изменениями внешней среды - результатом очень длительных процессов. А возникающие при этом у разных объектов изменения сходны лишь потому, что продиктованы возможностями изменения структуры, вариантов которых немного. Поэтому наблюдаемые цепочки якобы последовательных изменений (свойственных любым объектам) есть вторичные явления, и только.

Глядя на технику с этой точки зрения, мы легко разглядим упрощение одних объектов и усложнение других. Разглядим застывшие формы и формы возникающие как бы ниоткуда. Разглядим множество изобретений и просто технических решений, которые по праву можно назвать техническими курьёзами.

Не надо понапрасну ломать голову над причинами нарушения "закона повышения идеальности" и других ЗРТС (и даже над "столкновениями законов"), так нет самих нарушений. А нет их просто потому, что нечего нарушать, так как эти "законы" есть частные закономерности, описывающие часть следствий вероятностных процессов.

Патентный фонд только внешне отличается от списка номеров билетов спортлото. Много билетов с одним угаданным числом, меньше - с двумя, и только единичные билеты имеют все шесть чисел, совпадающих с результатами тиражей. Совсем как при определении уровня сложности изобретательского решения [6].

Исключение не составляет даже знаменитая S-образная кривая, показывающая нам этапы и, главное, предел развития технических объектов.

Что такое "предел развития"? Если говорить что-то об исчерпании ресурсов, то это ничего не объясняет, так непонятно, что это означает в условиях возможности обмена ресурсами с внешней средой. Если говорить о каком-то "ресурсе развития", то надо разобраться в содержании этого термина. Вероятно, это как-то связано с предельным согласованием элементов системы.

Пример такого согласования можно наблюдать в экономике [7]. Существует правило минимизации издержек производства: чтобы произвести данный объём выпуска с минимальными издержками, предприятие должно найти такую комбинацию факторов производства (а это может быть что угодно), в которой бы предельный продукт (marginal product) в расчёте на доллар, затраченный на приобретение ресурсов, был бы одинаков для всех этих факторов. Для сведения: предельный продукт - это дополнительный выпуск, получаемый в результате использования ещё одного фактора производства, при условии, что количество остальных факторов остаётся неизменным. Отмечено, что по мере увеличения степени использования этого фактора прирост становится всё меньше, затем прекращается и с какого-то момента начинается падение. Главное в этом явлении то обстоятельство, что указанная закономерность никак не связана с характером задействованного фактора. Это надсистемный эффект.

Ближайший биологический аналог: размножение клеток и регенерация отдельных тканей организма. Это, полезное само по себе явление, с нарушением равновесия между противоположно направленными процессами в организме вызывает рак.

Если говорить о пределах изменения структуры, то, во-первых, все изменения связаны с появлением или исчезновением каких-то процессов (то есть, обеспечивающих их протекание структур "технических систем"). А во-вторых, количество этих структур в принципе может быть ограничено только в пределах какого-то времени.

Интересно, что сходную мысль (правда, неявно выраженную) можно найти в [8]. Используемый в этой исследовательской статье термин "идеальное вещество" понимается как технический объект, который принял на себя выполнение какой-либо функции другого объекта (разного ранга), изменив соответствующим образом свою структуру. При этом, чем больше функций будет таким образом "поглощено", тем выше будет степень идеальности данного объекта. Хотя, строго говоря, каждое изменение структуры означает исчезновение исходного объекта и возникновение нового объекта с новым набором параметров.

То есть, идеальность понимается как отношение числа выполняемых функций к предельно возможному их числу в рамках данной совокупности элементов рассматриваемой структуры. В пределе сложность (и, следовательно, неоднородность) его структуры будет бесконечной (превратившись, кстати, в абсолютный хаос), а идеальность любого реального объекта будет равна нулю. Это лишает смысла предлагаемое определение термина "идеальное вещество" и, соответственно, все построения на его основе.

По принятой в ТРИЗ форме этот чисто качественный, иллюстративный график S-образной кривой рисуют как зависимость какой-то абстрактной эффективности от времени. Поэтому он не обладает реальной прикладной ценностью. Гораздо более практична форма графика, показывающая зависимость между постепенным наращиванием капиталовложений в научно-исследовательские работы по совершенствованию технического объекта и их экономической эффективностью [9]. Тот самый прирост или предельный доход (marginal revenue). Ясно, понятно, легко считается и экстраполируется. График выглядят не так изящно, зато он ближе к грубой прозе жизни. Главное же заключается в том, что совершенно ясно: данный график есть следствие более глубоких причин. Сам по себе он не устанавливает каких-либо зависимостей. Он всего лишь показывает падающую со временем эффективность любых нововведений, предопределяемую совсем другими факторами. Ошибка с традиционным для ТРИЗ пониманием смысла S-образной кривой заключалась в том, что техническому объекту (понимаемому как совокупности определённых функций) приписывалась (это нигде прямо не сказано и вряд ли осознавалось) некая самодостаточность, способность вполне самостоятельно, вне всякой связи с внешней средой пройти свой путь эволюции и прекратить существование. Своего рода технический мистицизм.

Данный вывод не следует воспринимать как прощание с ТРТС. Речь идёт лишь о правильном понимании наблюдаемых нами явлений, которые в ТРИЗ принято называть "линиями" и "законами развития технических систем". Они, безусловно, существуют. Даже не зная о них, мы всё равно интуитивно ощущаем какую-то общность в эволюции различных технических объектов. Не так уж и важно, какие закономерности и сколько можно построить на имеющемся наборе частных случаев (патентов). Они вторичны, и поэтому на их основе нельзя построить ТРТС. Зато важно узнать механизм или закон (один или несколько), порождающий эти случайности и цепочки случайностей. Иного выхода из тупика нет.

Что же представляет собой эволюция технических объектов? Какой закон (или законы) движет её? Да те же законы физики. Только распознать их нелегко. Поэтому правильней на данном этапе говорить не об эволюции, а о механизмах мутаций технических объектов. И работу здесь не надо начинать заново. Очень многое уже проработано. Достаточно вспомнить переход "моно-би-поли".

Литература:

1. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Филатов В.И. "Профессия - поиск нового", Кишинёв, "Картя Молдовеняскэ", 1985г.

2. Матвиенко Н.Н. "Термины ТРИЗ (проблемный сборник)", 1991г.

3. Г. Альтшуллер, И. Вёрткин "Линии увеличения "пустотности", 1987 г.

4. В. Фей "Хронокинематика технических систем", 1988 г

5. http://www.trizscientific.com

6. Альтшуллер Г.С. "Алгоритм изобретения" ("Московский рабочий", 1973 г.).

7. П. А. Самуэльсон, В.Д. Нордхаус "Экономика", 2000 г. (Paul A. Samuelson, William D. Nordhaus "Economics")

8. Саламатов Ю.П., Кондраков И.М. "Идеализация технических систем", 1984 г.

9. Р. Фостер "Обновление производства. Атакующие выигрывают", 1987г., (R. Foster "Innovation. The Attacker's Advantage", 1986)