Текст бизнес-книги "Законы и закономерности развития систем. Книга 4"

Автор книги: Владимир Петров

Раздел: О бизнесе популярно, Бизнес-книги

22.3. Уменьшение степени управляемости

Закономерность уменьшения степени управляемости указывает на тенденцию создания простых приспособлений без механизации и автоматизации. Эта закономерность противоположена закону увеличения степени управляемости.

Пример 22.26. Инструмент для очистки апельсинов

Он представляет собой только одну деталь, отлитую из пластмассы (рис. 22.32). Инструмент одевается на палец. Полукруглая форма инструмента позволяет легко скользить по поверхности апельсина, а размер и форма ножа легко надрезает кожуру и не портит сердцевину. На конце сделана лопатка, помогающая приподнимать кожицу. Это очень простой, удобный и малогабаритный инструмент. Такого типа инструменты появлялись и в прошлом, например, различные приспособления для открывания консервов и бутылок. Они будут изобретаться и в будущем.

Рис. 22.32. Инструмент для очистки апельсинов

22.4. Закономерность увеличения степени динамичности

Развитие системы идет в направлении увеличения степени динамичности.

Динамичная система может изменять свои параметры, структуру (в частности форму), алгоритм, принцип действия и функции, чтобы наиболее эффективно достичь поставленную цель и удовлетворить потребность. Динамическая система в своем развитии может менять так же цель и потребность, приспосабливаясь к внешним и внутренним изменениям.

Изменения могут происходит:

– во времени;

– по условию.

Следствия из закона.

1. Статические системы стремятся стать динамическими.

2. Системы развиваются в сторону увеличения степени динамичности.

Пример 2.27. Катамаран

Парусные катамараны – суда с двумя корпусами, что повышает их устойчивость по сравнению с обычными однокорпусными яхтами.

Для увеличения маневренности расстояние между корпусами должно быть, как можно меньше, но это уменьшает остойчивость катамарана при большой волне.

Во время спокойной погоды корпуса катамарана должны быть на небольшом расстоянии, а при шторме – на большом расстоянии.

Корпуса должны иметь возможность раздвигаться и сдвигаться, – быть динамичным – изменяться в зависимости от состояния моря (штиль или волнение).

Соединение между корпусами сделали подвижное, которое может быть отрегулировано в зависимости от увеличенной маневренности (рис. 22.33).

Это пример изменения структуры по условию (высота волны). Статическая система стала динамической.

Рис. 22.33. Катамаран

Приведем пример на увеличения степени динамичности.

Пример 22.27. Электронная книга

Первоначально книга представляла собой свиток (рис. 22.34а), как правило, из папируса или пергамента.

В дальнейшем книги делались из отдельных листков, скрепленных вместе переплетом (рис. 22.34б). Их стало удобнее читать, и они занимали меньше места. Но книги используют бумагу, для получения которой необходимо уничтожать лес. Они много весят, занимают много места на полках и пылятся.

Далее книги слали переводить в электронный вид и читали с экрана компьютера

(рис. 22.34в). Такие книги не использовали бумагу, занимали мало места и не пылились, в одном компьютере можно иметь большую библиотеку, но появились неудобства, связанные с процессом чтения, – не везде удобно читать с компьютера, например, в кровати. В дальнейшем появились лэптопы (рис. 22.34г), мини-компьютеры, планшеты и смартфоны (рис. 22.34д). Их легко переносить и читать удобно в любом месте. Смартфоны и планшеты сегодня получили наибольшее распространение.

Общий недостаток компьютеров – не все любят читать с экрана. Кроме того, чтение с экрана портит зрение, так как экран излучает свет, который непосредственно направлен в глаза.

Выпустили электронную книгу (e-book reader), в которую можно загружать много книг (рис. 22.34е).

Такие книги используют электронную бумагу (electronic paper), в которой используются электронные чернила. Электронная бумага отражает свет, так же как обычная книга, поэтому не портит зрение.

Рис. 22.34. Увеличение степени динамичности книги

22.4.1. Основная линия увеличения степени динамичности

Увеличение динамичности происходит изменением динамичности параметров, структуры, алгоритма и принципа действия, функции, потребности и цели, которое может происходить во времени, в пространстве и по условию.

Степень динамичности увеличивается переходом от изменения динамичности параметров к изменению динамичности структуры, алгоритма, принципа действия, функции, потребности и цели.

Основная линия увеличения степени динамичности показана на рис. 22.35.

Рис. 22.35. Линия увеличения степени динамичности

Изменение параметров системы – это наиболее простой способ увеличения степени динамичности системы с целью ее адаптации к внутренним и внешним изменениям.

Изменяться может любой параметр системы, например, электрические параметры (величина тока, напряжения, сопротивления и т. д.), оптические параметры (длина волны, яркость, освещенность и т. д.), акустические параметры (амплитуда и частота звука и т. п.), механические параметры (эластичность, жесткость, вязкость, число степеней свободы и т. д.) и т. д.

Пример 22.28. Оперативные запоминающие устройства – ОЗУ (RAM)

Оперативные запоминающие устройства – ОЗУ (RAM) созданы для хранения цифровой информации. Они работают, пока на микросхему подается питание. После отключения питания информация теряется.

В дальнейшем были созданы динамические ОЗУ (DRAM). С их помощью сократили время обмена информацией (запись и считывание). Динамические ОЗУ построены на электронных приборах с зарядовой связью. Информация хранится на паразитных конденсаторах (емкостях) транзисторов, как пакеты зарядов. Они обладают высокой скоростью обмена информации (пакетов зарядов), но не способны хранить ее длительное время (<1 ms).

Для решения этой проблемы в DRAM осуществляется непрерывная циклическая перезапись (обновление) информации.

Это пример изменения параметров во времени.

Пример 22.29. Мост Тысячелетия (Gateshead Millennium Bridge)

На южном берегу реки Тайн (River Tyne) в Англии, между городами Гейтшед (Gateshead) и Ньюкасл (Newcastle upon Tyne) был построен уникальный пешеходный и велосипедный мост тысячелетия.

Это первый в мире мост с использованием наклонного механизма для прохода кораблей.

Два полукруга конструкции напоминают веки, за это в народе мост называют «Моргающий глаз» (Blinking Eye). Когда по реке идут суда, мост приподнимает нижнее «веко» (рис. 22.36б). Все остальное время оно опущено (рис. 22.36а), и пешеходы легко перебираются с одного берега реки на другой.

Это пример изменения параметров по условию (проход судна).

Рис. 22.36. Мост Тысячелетия (Gateshead Millennium Bridge)

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения структуры системы – это более сложный способ динамизации, чем изменение параметров.

Под изменением структуры мы понимаем и изменение формы объекта.

Пример 22.30. Автомобиль на поворотах

На крутых поворотах (рис. 22.37а) машину заносит, что может привести к аварии. Особенно это актуально для гоночных машин.

Как сделать машину более устойчивой на поворотах?

Шасси автомобиля делают динамичным. Подвеску делают с шарнирными связями. Автомобиль имеет возможность наклоняться на поворотах (рис. 22.37б).

Это пример изменения структуры по условию (перемещение по прямой или на поворотах).

Рис. 22.37. Автомобиль на крутых поворотах

Пример 22.31. Реактивный самолет

Подъемная сила самолета зависит от общей площади крыльев и скорости движения.

При малой скорости площадь крыльев должна быть большой, а при большой скорости большая площадь крыла создает лишнее сопротивление движению.

Если сделать реактивный самолет с малой площадью крыла, то он будет маневреннее и можно будет увеличить дальность полета, так как уменьшается сопротивление движению, а следовательно, будет затрачиваться меньше горючего. Однако малая площадь крыла требует увеличенной скорости полета при взлете и посадке, что увеличивает длину взлетно-посадочной полосы.

Как быть?

Во время взлета и посадки площадь крыла самолета должна быть большой, а во время полета – маленькой.

Крыло самолета должно менять свою площадь (большой и маленькой), – быть динамичной – изменяться в зависимости от скорости полета (посадка-взлет или полет).

Создан самолет с изменяемой геометрией крыла (изменяемой стреловидностью) (рис. 22.38).

Это пример изменения формы по условию (полет или взлет-посадка).

Рис. 22.38. Самолет с изменяемой геометрией крыла F-14

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения алгоритма работы.

Пример 22.32. Микросхемы

Многие современные приборы используют микросхемы. При создании новых приборов приходится или подбирать микросхему из выпускаемых промышленностью или разрабатывать и выпускать новую микросхему, что достаточно дорого стоит. Это оправдывается при массовом выпуске продукции. При проведении научных и опытно-конструкторских работ (НИОКР) и при выпуске единичных и мелкосерийных продуктов разработка и выпуск новых микросхем не выгодны и существенно влияют на себестоимость продукции.

Разработали программируемые логические интегральные схемы – ПЛИС (Field Programmable Gate Arrays – FPGA). В отличие от обычных цифровых микросхем логика работы ПЛИС не создается при изготовлении, а устанавливается посредством ее программирования.

ПЛИС представляет собой набор элементов, расположенных в виде матрицы. Между элементами расположены соединительные трассы, представляющие собой программируемые ключи, соединяющие необходимые блоки. Пользователь может создать нужную для него структуру, программируя определенную логику.

Таким образом, данная микросхема позволяет менять ее внутреннюю структуру и алгоритм работы в зависимости от функции, которую необходимо выполнять. ПЛИС можно перепрограммировать под новую функцию.

Это пример изменения структуры, алгоритма и функции по условию (принцип работы или изменение принципа работы).

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения ее принципа действия.

Пример 22.33. Обрабатывающий центр

Обрабатывающий центр – это станок с числовым программным управлением (ЧПУ), предназначенный для последовательного выполнения нескольких технологических операций различными инструментами по заданной программе. В качестве инструмента могут быть использованы: резец, фреза, сверло, плазма, лазер и т. п. При переходе к следующей операции станок меняет инструмент, а следовательно, и принцип действия, и алгоритм работы.

Это пример изменения структуры, алгоритма и принципа действия по условию (переход к другой операции).

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения выполняемой функции.

Пример 22.34. Мобильный телефон

Современный мобильный телефон выполняет много различных функций.

Это пример изменения алгоритма, принципа действия и функции по условию, выполняющего ту или другую потребность владельца.

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения потребностей.

Пример 22.35. Компьютер

Компьютер является наиболее развитой динамической системой. Трудно перечислить все функции, которые он выполняет и потребности, которые он удовлетворяет.

Это пример изменения алгоритма, функции и потребностей по условию (желание владельца).

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения целей.

Пример 22.36. Беспилотный самолет

Беспилотный самолет может изменить цель своего полета в зависимости от изменения обстоятельств. Например, перейти от наблюдения к боевым действиям.

Это пример изменения цели по условию.

22.4.2. Повышение динамичности

Система тем динамичнее, чем она более управляемая.

Динамичность системы повышается с увеличением скорости и точности адаптации к внешним и внутренним изменениям.

Скорость увеличения динамичности повышается с учетом изменений не только определенного параметра, а и его производных.

Идеально, когда система заранее готова к изменениям, т. е. имеет способность заранее прогнозировать изменения. С этой целью система должна использовать и/или выявлять и использовать тенденции, закономерности и законы развития системы, надсистемы и окружающей среды.

Точность адаптации может быть увеличена, если в законе управления системой учитывается интеграл от всех изменений или ведется учет предыдущих изменений.

Пример 22.37. Система управления

Системы управления для объектов с быстро изменяемыми параметрами должны управляться не только по самому сигналу, но и по его первой, второй или более высоким производным.

При длительной работе системы в закон управления желательно вводить интеграл управляемой величины для повышения точности управления.

22.4.3. Динамическая статичность

Статические системы достаточно устойчивы, но не мобильны. Мобильные системы часто неустойчивы. Для придания системе максимальной мобильности и устойчивости ее выполняют динамически статичной.

Динамическая статичность системы осуществляется за счет постоянного управления максимально мобильной системой.

Пример 22.38. Велосипед

Двухколесный велосипед устойчив только в процессе движения. Это динамическая устойчивость или динамическая статичность. Еще менее устойчив одноколесный велосипед.

Пример 22.39. Самолет – истребитель

Для обеспечения максимальной маневренности современные истребители делаются неустойчивыми (они не могут парить), а их устойчивость обеспечивается системой управления, подающей сигналы на рули и закрылки.

22.4.4. Тенденция уменьшения динамичности

В отдельных случаях можно говорить о тенденции уменьшения динамичности – повышения статичности. Система стремится сохранять, не изменять, стабилизировать свои параметры, структуру (в частности форму), алгоритм и принцип действия, функции, чтобы наиболее эффективно достичь поставленной цели и удовлетворить потребности. Кроме того, статичная система стремится сохранить также цели и потребности.

Стабилизация должна происходить во времени и/или в пространстве и/или по условию.

Название тенденции «уменьшение динамичности» условное. По существу, эта тенденция частный случай динамических систем, обеспечивающих постоянство параметра, структуры, функции, потребности, цели и т. д.

Динамическую статичность можно тоже рассматривать как частный случай тенденции уменьшения динамичности.

Пример 22.40. Сохранение традиций

Сохранение традиций – классический пример статической системы.

Большинство народностей стремятся сохранить свои национальные традиции.

Религии тщательно сохраняют свои традиции.

Компании сохраняют свои фирменные традиции.

Традиции передаются из поколения в поколение в семьях.

Это пример тенденции уменьшения динамичности на сохранение целей.

Пример 22.41. Функционирование живого организма

Постоянство функции живого организма обеспечивается регуляторными механизмами. Оптимальная регуляция обеспечивает гомеостаз организма.

И. М. Сеченов (1891) считал, что регуляторы могут быть только автоматическими. По современной терминологии такой вид регуляции называется саморегуляцией.

Явление саморегуляции подводит нас к такому понятию, как взаимодействие органов и тканей, а возможно и клеток между собой.

Это пример тенденции уменьшения динамичности на сохранение функций.

Другое направление – стабилизация формы.

Пример 22.42. Строительство

В строительстве используют монолитный железобетон, особенно это важно при возведении высотных зданий или опор мостов. Таким образом, конструкция получается монолитной.

Это пример тенденции уменьшения динамичности на стабилизацию формы (структуры).

Пример 22.43. Одноразовый стакан

Одноразовые стаканы делают из пластмассы. Стакан должен иметь определенную жесткость, чтобы он не смялся вовремя, когда его берут. В противном случае находящаяся в нем жидкость выльется. В связи с этим стенки стакана должны быть относительно толстые, но это приводит к излишнему расходу пластмассы, что удорожает себестоимость стакана.

В месте, где берутся за стакан, делаются канавки-гофры, кроме того, верхняя кромка стакана сделана в виде полутора, дно также укрепляет стакан, а внизу около дна имеются определенные впадины (рис. 22.39). Подобные решения применяют и в пластмассовых бутылках.

Это пример тенденции уменьшения динамичности на сохранение структуры (формы).

Рис. 22.39. Одноразовый стакан

Существует много разновидностей систем, где необходимо поддерживать параметры стабильными (постоянными) – определенной величины. В качестве параметров можно указать, например, частоту, температуру, давление, натяжение, прочность и т. д.

Пример 22.44. Следящая система

Цель следящей системы – это обеспечение постоянства определенного параметра, за счет постоянной работой системы управления с отрицательной обратной связью.

Пример 22.45. Быстродействие запоминающих устройств

Быстродействие запоминающих устройств (жестких дисков, дискет, DVD) зависит от скорости их вращения. Чем выше скорость вращения, тем быстрее можно записать и считать информацию.

Идеально, чтобы запись и воспроизведение информации происходили без движения записывающего устройства. Эта проблема была решена с изобретением флеш-памяти.

Это пример тенденции уменьшения динамичности на сохранение параметра (движение). Отсутствующее движение.

Пример 22.46. Восстановление

Другое направление стабилизации – реставрация, восстановление и сохранение. Реставрация исторических памятников и предметов искусства, реабилитация больных, сохранение информации и т. д.

Тенденция уменьшения степени динамичности (увеличения статичности) используется для развития систем, в которых необходимо стабилизировать определенные параметры или всю систему в целом.

Для динамизации системы используется закон увеличения степени динамичности.

22.5. Направления изменения степени управляемости и динамичности

Общее направление изменения степени управляемости и динамичности определяется закономерностями:

– изменения степени вепольности;

– изменения управляемости веществом, энергией и информацией.

Структурная схема этих законов показана на рис. 22.40.

Закономерность изменения управляемости веществом, энергией и информацией подразделяется:

– на закономерность изменения управляемости веществом;

– закономерность изменения управляемости энергией и информацией.

Закономерность изменения управляемости веществом осуществляется тенденциями:

– использование «умных» веществ;

– изменения концентрации вещества;

– изменения степени дробления;

– перехода к капиллярно-пористым материалам;

– увеличения степени пустотности.

Закономерность изменения управляемости энергией и информацией осуществляется тенденциями:

– изменения концентрации энергии и информации;

– переход к более управляемым полям.

Рис. 22.40. Закон изменения степени управляемости и динамичности

Глава 23. Закономерность изменения степени вепольности

Веполь – минимальная техническая система.

Г. С. Альтшуллер77
  Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. – М.: Сов. радио, 1979, С. 30.


[Закрыть]

«Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности.

Г. С. Альтшуллер88
  Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. – М.: Сов. радио, 1979, С. 127.


[Закрыть]

23.1. Понятия вепольного анализа

Закономерность изменения степени вепольности является следствием закономерности изменения степени управляемости и динамичности, относящийся к группе закономерностей эволюции систем (рис. 23.1).

Рис. 23.1.Структура законов эволюции систем

Структурный вещественно-полевой (вепольный) анализ – раздел ТРИЗ, изучающий и преобразующий структуру технических систем. Вепольный анализ разработан Г. Альтшуллером99
  Альтшуллер Г., Гаджиев Ч., Фликштейн И. Введение в вепольный анализ. – Баку, ОЛМИ, 1973, 26 с.
  Альтшуллер Г. Вепольный анализ. Методические указания. – Баку, ОЛМИ, 1973, 23 с.


[Закрыть].

Представим определения Г. Альтшуллера.

Веполь – минимальная техническая система1010
  Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. – М.: Сов. радио, 1979, С. 30.


[Закрыть].

«Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности.

Смысл этой закономерности заключается в том, что невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет в направлении перехода от механических полей к электромагнитным; увеличения степени дисперсности веществ, числа связей между элементами и отзывчивости системы»1111
  Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. – М.: Сов. радио, 1979, С. 127.


[Закрыть].

Далее будут представлены определения автора1212
  Петров В. Закон увеличения степени вепольности. – Л. 1981.


[Закрыть].

Вепольный анализ – это специальный язык схем, позволяющий представить исходную систему в виде определенной (структурной) модели. С помощью специальных правил выявляются свойства этой системы. Затем по специальным закономерностям преобразовывают исходную модель задачи и получают структуру решения, которое устраняет недостатки исходной системы.

Статистический анализ решений показал, что для повышения эффективности систем их структура должна быть выполнена определенной. Модель такой структуры называется веполем.

Веполь – это модель минимально управляемой системы, состоящей из двух взаимодействующих объектов и энергии их взаимодействия.

Взаимодействующие объекты условно названы веществами и обозначаются В₁ и В₂, а само взаимодействие называется полем и обозначается П. Поле может представлять собой энергию, силу или информацию.

Подробнее о вепольном анализе можно прочитать в учебном пособии1313
  Петров В., Злотина Э. Структурный вещественно-полевой анализ. Учебное пособие. Тел-Авив, 1992. http://www.trizland.ru/trizba.php?id=111.
  Петров Владимир. Структурный анализ систем: Вепольный анализ. ТРИЗ / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2018. – 212 с. – ISBN 978-5-4493-9970-0.


[Закрыть].