О законе «Согласование технических систем»

О законе «Согласование технических систем»

Б.И. Голдовский

Нижний Новгород, 2013г.

 

1. «Согласование технических систем» является наиболее общим законом, входящим в системы законов построения и развития технических систем (ТС), разработанных разными авторами (см., например, [1], [2], [3], [4]), и довольно часто используется для объяснения тех или иных моментов в развитии ТС. К сожалению, понятийный аппарат этого закона  едва намечен, а представления о механизме его действия раскрыты главным образом через примеры.

 Как известно, термин «согласование» был введён в сферу представлений о законах  развития ТС Г.С.Альтшуллером в справке о законах от 1975 года, а затем в книге «Творчество как точная наука» [5]. Одно из первых сообщений на эту тему было сделано им 8 августа 1974 года на Горьковском семинаре преподавателей ОЛМИ (чему автору повезло быть свидетелем). В этом выступлении была поставлена задача максимально использовать законы развития ТС и стремиться к «без изобретательскому» развитию техники. Для иллюстрации одного из законов была продемонстрирована задача об обеспечении освещения  киносъемки.

Известно, что освещенность кадров при проведении киносъемки должна быть равномерной. Поскольку съемка ведется с частотой 24 кадра в секунду, применять для светильников промышленный ток частотой 50 или 60 Гц нельзя, так как минимумы освещенности, характерные для светильников переменного тока, могут наложиться на кадры. Поэтому переменный ток преобразуют в постоянный, что обеспечивает равномерное сильное освещение, которое требует увеличенных затрат электроэнергии и от которого, кстати, портится зрение актеров. Учитывая, что затвор кинокамеры открывается всего на 0,001 секунды, можно было сделать импульсные светильники, синхронизированные с работой затвора. В результате можно получить требуемое освещение кадра, снижение расхода электроэнергии и комфортные условия для зрения людей.

Перед участниками семинара был поставлен вопрос: «Какому закону соответствует это решение?» На попытки обосновать решение увеличением идеальности было сказано, что это отдельный закон: синхронизация или согласование ритмов частей системы. В качестве второго примера к этому закону была продемонстрирована задача об импульсном воздействии воды на угольный пласт, решением которой является синхронизация импульсов с собственной частотой колебаний пласта. В дальнейшем в число законов развития систем, относящихся к «статике», был включен «Закон согласования ритмики частей системы»: необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.

 В дальнейшем анализ развития различных систем показал, что этот закон не является всеобщим. Поэтому он был обобщен (по свидетельству В.М.Петрова - главным образом силами исследователей Ленинградской школы) до закона согласования всех параметров (показателей) системы. При этом он получил различные наименования: «Закон согласования-рассогласования технических систем» в [1], «Закон согласования систем» в [2] и [3], «Закон повышения согласованности» в [4]. Закон согласования ритмики частей системы вошел в обобщенный закон как частный случай. Всеми авторами были разработаны различные классификации согласования по всем основным объектам, к которым может быть применена данная операция (элементы, взаимодействия, надсистема, структура, функции, параметры и др.). Однако в процессе обобщения закон утерял конкретность, которая была в формулировке «Закона согласования ритмики частей системы», и, соответственно, инструментальность. При этом предложенные классификации положения не спасают. Этот недостаток становится очевиден не только при теоретическом анализе, но и при практическом применении закона, что отмечено, например, в  [6].

Анализ примеров действия закона согласования показывает также, что процедура согласования объединяет в себе практически все возможные изменения в ТС, определяемые другими закономерностями. Кроме того, примеры «рассогласования», приведенные в [1], соответствуют не операции, обратной согласованию, а лишь иному согласованию. Например, сближение частоты воздействия на объект с собственной частотой колебаний этого объекта с целью использовать явление резонанса для интенсификации энергопотока называется согласованием. А разнесение частот колебаний взаимодействующих объектов с целью недопущения возникновения вредного резонанса названо рассогласованием. Между тем в том и другом случае имеет место согласование, но по разным основаниям. Поэтому ниже будет рассматриваться главным образом согласование в технических системах (хотя будет рассмотрено также и связанное с согласованием рассогласование, которое присутствует во всех ТС).

 

2. Рассмотрим определение термина «согласование». В соответствии с [1] «согласование системы и ее подсистем между собой и с надсистемой» заключается «в приведении основных параметров к определенным значениям, обеспечивающим эффективное функционирование». В [4] «согласование – это выбор величины одного параметра с учетом величины другого». В соответствии со словарем Ожегова [7] «согласовать - привести в надлежащее соотношение, соответствие с чем-нибудь». В соответствии с Википедией [8] в лингвистике «согласова́ние — одна из трёх основных разновидностей подчинительной синтаксической связи (наряду с управлением и примыканием). Заключается в уподоблении зависимого компонента господствующему в одноимённых грамматических категориях, при котором изменение господствующего слова влечёт соответствующее изменение зависимого». Таким образом, для рассматриваемого закона можно принять, что «согласование заключается в приведении  объекта в надлежащее соответствие некоторому основанию, имеющему более высокий (господствующий) приоритет». 

Вообще согласование частей любой системы между собой является обязательным условием существования этой системы. Если в природной или искусственной среде реализуется некоторый процесс (осуществляется некоторое явление), то это означает, что существует система, элементы которой, связи между этими элементами и параметры элементов и связей согласованы между собой (на качественном уровне и количественно) таким образом, чтобы данный процесс или явление могли осуществиться (в соответствии с действующими законами природы и данной среды). И определяя систему как  целостное единство взаимосвязанных элементов, можно после слова «целостное» добавить «и согласованное». При этом основанием для согласования является в первую очередь тот системообразующий параметр (критерий), который и определяет единство системы.

Таким образом, согласование систем является общесистемным законом и осуществляется наряду со всеми другими обязательными операциями, обеспечивающими синтез работоспособной системы: выбор элементов и установление связей между ними.  Включение данного закона в систему законов построения и развития ТС (при игнорировании остальных указанных общесистемных операций) можно объяснить не только историей появления закона, но и тем, что процесс согласования кроме момента первоначального синтеза системы сопровождает и весь её жизненный цикл.

 

3. Согласование между собой частей системы является обыденной операцией при любом проектировании или конструировании. Конкретный вид согласования (из потенциального массива, описываемого разработанными классификациями) определяется выявленной несогласованностью (рассогласованием), системой приоритетов оснований для согласования, а также уровнем согласования. В проектировании обычно выделяется два уровня согласования частей системы: пороговый и оптимизационный. Пороговое согласование должно обеспечить работоспособность системы и соответствие её условиям приемлемости, которые, как правило, могут быть записаны в виде неравенств. При пороговом согласовании достаточно попасть в допустимую область приемлемости, ограниченную указанными неравенствами.  Оптимизационное согласование обеспечивает выход внутри области приемлемости на наиболее предпочтительный вариант в соответствии с тем или иным критерием оптимизации, к примеру, в направлении повышения степени идеальности (уменьшения избыточности). Например, при создании электрической сети выставлено требование: все элементы должны выдерживать ток не менее 100А. При пороговом согласовании обеспечивается выполнение данного условия, однако при этом в сеть по тем или иным причинам могут быть включены элементы, выдерживающие гораздо больший ток (например, на данный момент времени имеется ряд элементов только с величиной предельного тока 500А). Это является избыточным, и при существенности этой избыточности она устраняется оптимизационным согласованием. Пороговое согласование является необходимым, при его проведении несогласованности (рассогласования) по предъявленным требованиям (основаниям) не допускается. Оптимизационное согласование является желательным, при его проведении удаляются в первую очередь существенные несогласования (рассогласования) частей системы. Можно отметить, что в [2] используется понятие «минимальное согласование», но по своему содержанию оно кроме порогового включает и часть оптимизационного согласования.

Приоритетность оснований для согласования частей системы определяется не только и не столько системными уровнями, но и довольно часто ограничениями, предписывающими, например, использовать определенный элемент с не менее определенными параметрами. Кроме того, на приоритетность основания для согласования может оказывать влияние существенность последствий изменения той или иной части системы: часть системы с наиболее существенными негативными последствиями изменения параметров, как правило, является более приоритетным (господствующим) основанием для согласования. То есть при согласовании лучше изменять не эту часть системы, а взаимодействующие с ней части.

Влияние приоритетов оснований на виды согласования можно рассмотреть на примере спасательного подводного аппарата (СПА), схема которого показана на рис.

 

Рисунок. Схема спасательного подводного аппарата (СПА)

 

На схеме видно, что в спасательном отсеке имеется явный пространственный ритм, задаваемый размещением спасаемых подводников. При этом количество и параметры подводников (вес и занимаемое пространство) заданы как ограничение. В носовом отсеке (модуле управления) такого пространственного ритма нет, там расположено разнокалиберное оборудование и два оператора. Со спасаемыми связан и временной ритм: они на борту аппарата присутствуют не всегда. Поэтому вес отсутствующих спасаемых при необходимости должен быть скомпенсирован водой, которая тоже где-то должна размещаться. При проектировании СПА особое внимание уделяется снижению подъемного веса [9], поскольку это позволяет уменьшить стоимость создания СПА и его эксплуатационные расходы (с учетом привлекаемого судна-носителя). В ряде случаев величина подъемного веса задается как ограничение. В отличие, например, от самолета, для которого любое снижение веса всегда благо, для подводного аппарата должно выполняться равенство силы веса и Архимедовой силы плавучести. Данное равенство является условием работоспособности, а его достижение – предметом порогового согласования. В зависимости от глубины погружения аппарата, применяемых материалов и оборудования в ходе проектирования могут сложиться две ситуации: превышение силы плавучести над силой веса или наоборот, превышение силы веса над силой плавучести. В первом случае необходимо минимизировать объем корпуса (иначе придется возить много твердого балласта). То есть необходимо оптимизировать использование такого ресурса, как объем отсека. В спасательном отсеке оптимизирующее согласование проводится на основе подсистемы размещения спасаемых, имеющей более высокий приоритет по сравнению с остальными частями этого отсека. Самое часто применяемое решение в таком случае заключается в использовании гибких ёмкостей для размещения воды замещения спасаемых (согласуется временной ритм). Причем эти емкости располагаются в почти тех же объемах, которые должны занимать спасаемые (согласуется пространственный ритм). В тех случаях, когда превышение силы плавучести над силой веса значительное, в согласование пространственных ритмов вовлекают и конструкцию корпуса, которая представляет собой цилиндрическую оболочку с круговыми подкрепляющими рёбрами (шпангоутами), устанавливаемыми через регулярные промежутки (шпацию). При этом шпангоуты размещаются внутри корпуса, а их шпация принимается такой, чтобы в ней разместился человек или гибкая ёмкость, что позволяет повысить степень полезного использования объема отсека (то есть повысить степень идеальности архитектуры отсека). Такая большая шпация ведет к увеличению веса корпуса, но в данной ситуации вес имеет меньший приоритет по сравнению с объемом. В первом отсеке, где нет особой подсистемы, задающей использование объема, применяют уменьшение диаметра отсека с установкой шпангоутов наружу, чтобы исключить избыточный объем между оборудованием, размещаемым по бортам отсека, и обшивкой корпуса. Во втором случае, то есть при превышении силы веса над силой плавучести, подобное «красивое» согласование не может быть реализовано. При этом в обязательном порядке шпангоуты размещают внутри корпуса, а шпацию выбирают оптимальную для минимизации веса корпуса (примерно в 2 раза меньше, чем надо для размещения человека). Кроме того, если перевес велик и объем корпуса приходится просто увеличивать, вместо гибких емкостей применяют стационарные цистерны (более простые по конструкции), располагаемые в излишках объема спасательного отсека (что также можно рассматривать как повышение степени идеальности архитектуры отсека в данной ситуации).

  Приведенный пример показывает также, что согласование частей, как любое изменение в системе, имеет противоречивый характер: повышение степени согласования по одному основанию может привести к уменьшению степени согласования (к рассогласованию) по другому основанию. На наличие таких противоречий процесса согласования  указывается, например, в [1]. В [10] согласование вообще противопоставляется противоречию: «Если существует закон согласования, то он вступает в конфронтацию с законом борьбы противоположностей, который подразумевает наличие победителя. Победитель не может согласоваться с побежденным, т.е. равенства нет, а есть рассогласование. А согласование подразумевает компромисс».  Следует заметить, что любое принятие решения при создании ТС представляет собой согласованный компромисс. Только в случае необходимости разрешения обостренного ТП изменения в системе в процессе согласования будут более существенными по сравнению со случаем не обостренного противоречия.

 

4. Кроме противоречий источниками и причинами рассогласований (или недостаточных согласований) и, соответственно, полем применения операций согласования в ТС может также являться избыточность систем, которая в основном порождается несогласованностью (особенно пространственно-временной) между потребностями и реальными функциями ТС. При переходе от формулировок потребностей (описываемых чаще всего в виде конечного результата) к формулировкам функций (описываемых в виде некоторого действия для получения требуемого конечного результата) мы получаем так называемые нормативные формулировки функций, полностью соответствующие потребностям в части свойств и параметров результата и его организации в пространстве и во времени. А вот реальные функции ТС, определяемые возможностями их структур, как правило, имеют отличия от нормативных в сторону избыточности. Например, в жилой квартире потребность в кровати появляется, как правило, в ночное время, а потребность в столе и стульях – в дневное. В то же время обычная мебель, используемая в жилых домах, готова выполнять свою функцию круглые сутки, что явно избыточно и не соответствует нормативной функции. Устранение этого несоответствия, которое в затесненных помещениях воспринимается как нежелательный эффект, то есть согласование реальной функции с нормативной приводит к динамизации мебели (трансформация мебели, складная и надуваемая мебель и т.п.). Хотя потребность престижа и наличия личного пространства могут перевешивать, причем не только в обыденной жизни, но и в сфере военной техники. На подводных лодках (ПЛ), например, раньше применяли так называемую «тёплую койку», то есть обеспечивали спальными местами чуть более половины экипажа, поскольку работа экипажа имеет временной ритм (вахты по сменам). Цель – экономия пространства (оптимизация его использования) и, соответственно, уменьшение водоизмещения ПЛ. Но человеческая потребность в личном пространстве, особенно при большой длительности нахождения в море, привели к тому, что сейчас спальными местами обеспечен весь экипаж. При этом вместо многоместных кубриков организуют 4…6 местные каюты. Это, разумеется, требует дополнительного пространства, но психофизиологическое состояние экипажа и снижение влияния человеческого фактора важнее (имеет более высокий приоритет). Вообще развитие техники можно рассматривать как взаимодействие двух информационных потоков: от потребностей к техническим средствам (сверху вниз) и от технических средств к потребностям (снизу вверх). Несогласованности, проявляющиеся при стыковке этих потоков и осознаваемые человеком, являются причиной внесения изменений в ТС, выполняемых операциями согласования.

 

 5. На основании изложенного можно отметить следующее:

- согласованность является таким же общим и непременным атрибутом как и целостность системы и представляет собой условие существования этой целостности; соответственно закон согласования технических систем действует всегда и любое позитивное изменение в ТС можно считать согласованием, а негативное – рассогласованием; в этом плане объяснительные возможности данного закона очень велики;

- разработанные к настоящему времени классификации видов согласования описывают возможный потенциал изменений в ТС; для их реального использования необходима привязка к менее общим, но более конкретным закономерностям (как это сделано, например, применительно к согласованию действия в [4]);

- при выполнении согласования необходимо учитывать требуемый уровень согласования (пороговый или оптимизационный), а также фиксировать основания для согласования и их приоритеты.

Источники

1. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В., Филатов В.И. Поиск новых идей: от озарения к технологии. – Кишинев: Картя Молдовеняска, 1989

2. Петров В. Основы ТРИЗ. – Телль Авив: 2002, http://www.natm.ru/triz/articls/petrov/00.htm

3. Петров В. Серия статей «Законы развития систем»: 2002, http://www.trizland.ru/trizba/pdf-books/zrts-10-soglasov.pdf

4. Литвин С. С., Любомирский А.Л. Законы развития технических систем: 2003, http://www.metodolog.ru/00825/00825.html

5. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. – М.: Советское радио, 1979

6. Лебедев Ю. Метод определения несогласованных параметров: 2011, http://www.metodolog.ru/node/992

7. http://www.classes.ru/all-russian/russian-dictionary-Ozhegov-term-32842.htm

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/

9. Голдовский Б.И. Стыковка в глубине. Особенности проектирования спасательных подводных аппаратов. / ОАО «ЦКБ «Лазурит» - Нижний Новгород: 2012

10. Митрофанов В.В. Согласование: 2009, http://www.metodolog.ru/node/318

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: О законе «Согласование технических систем»

Соглашусь (согласуюсь) с Борисом Голдовским - закон согласования систем - один из наиболее интересных в применении и в то же время достаточно слабо развитый методически. Как мне представляется, в его практическом использовании решателями можно наблюдать два этапа. На первом сам факт вкллючения закона в методический арсенал, мышление о совершенствуемом объекте через термины, связанные с согласованием, осознание цепочки "улучшение согласования" - "повышение управляемости" - "динамизация" и иных связанных с законом механизмов, позволяет снять некоторое количество задач. Но интерес и открытие нового, важные для одних пользователей, для других не представляют собой ничего интересного, поскольку в серьезных ВУЗах и конечно же в серьезных КБ согласованию уделяется значительное время и внимание. И это многоплановый процесс, поскольку согласовать надо геометрию узла, для того, чтобы он мог разместиться и сопрягаться с ранее построенной основой конструкции, согласовывать надо параметры энергетики, информационных трактов и многое иное, вплоть до состава материалов разных деталей с целью предотвращения возникающих электрохимических процессов.  В общем, если разработчику известны процессы, потоки, явления, которые надо согласовывать, то он их согласует, или по крайней мере сформулирует задачу, возникающую при таком согласовании.

Второй ярус применения закона, если можно так выразиться, состоит в том, что надо найти эти параметры, требующие согласования. 

Скажем, в упоминавшейся задаче о прожекторах для киносьемки было предложено провести согласование частоты эл тока и частоты открывания затворов кинокамеры. Но что еще можно было бы согласовывать в этом процессе? Яркость свечения с характеристиками окружающей среды? Спектральный состав излучаемого света и настроение актера по сценарию? Именно в поиске пар для согласования и лежат на мой взгляд сегодняшние трудности применения метода. Без специального поиска применение закона грозит скатиться в генерацию трюизмов. Большой интерес в этом плане представляет анализ приведенного в работе примера со спасательным аппаратом. В нем проводится согласование достаточно далеко лежащих сущностей.

Промежуточный вывод: по моему мнению одно из ключевых направлений развития данного закона состоит в том, чтобы научиться определять, строить перечни неочевидных. но важных параметров, требующих согласования.

Re: О законе «Согласование технических систем»

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Согласовывать (как и разрешать противоречие) можно во времени, в пространстве, в структуре, по условию и за счёт введения доп. элементов желательно из ресурсов. А поиск того, с какой группы преобразований начать согласование, по-моему, следует с определения источников принадлежности рассогласования: ресурсы, время, пространство, структура, условия/параметры. При этом, как и в случае с противоречием, источники рассогласования могут быть "двойными". В этом случае лучше всего срабатывают комбинированные преобразования системы, например, во времени и в структуре или во времени и по условию и т.д.

Re: О законе «Согласование технических систем»

Gregory Frenklach wrote:

Согласовывать (как и разрешать противоречие) можно во времени, в пространстве, в структуре, по условию и за счёт введения доп. элементов желательно из ресурсов. А поиск того, с какой группы преобразований начать согласование, по-моему, следует с определения источников принадлежности рассогласования: ресурсы, время, пространство, структура, условия/параметры. 

Григорий, это все правильно. Но я о том, что выявление "принадлежности рассогласования" может быть самостоятельной задачей. То есть увидеть сам факт нестыковки чего-либо с чем-либо, порой совсем не легко.

Re: О законе «Согласование технических систем»

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Александр, по-моему, в простейшем случае о несогласовании говорит наличие нежелательного эффекта в широком смысле - т.е. что-то нас в системе не устраивает.
Но давайте копнём глубже с помощью MUST...
Уровень рассогласования тоже может быть разный:
1. На уровне результата (удовлетворённой потребности)
2. На уровне метода достижения результата
3. На уровне технологии, поддерживающей метод
4. На уровне средств реализующих технологию
5. На уровне параметров, как упаковки всех уровней.
Можно поговорить также о рассогласовании между уровнями, которое тоже иногда имеет место быть особенно в нетехнических областях.

Re: О законе «Согласование технических систем»

Gregory Frenklach wrote:

Александр, по-моему, в простейшем случае о несогласовании говорит наличие нежелательного эффекта в широком смысле - т.е. что-то нас в системе не устраивает.
Но давайте копнём глубже с помощью MUST...
Уровень рассогласования тоже может быть разный:
1. На уровне результата (удовлетворённой потребности)
2. На уровне метода достижения результата
3. На уровне технологии, поддерживающей метод
4. На уровне средств реализующих технологию
5. На уровне параметров, как упаковки всех уровней.
Можно поговорить также о рассогласовании между уровнями, которое тоже иногда имеет место быть особенно в нетехнических областях.

Может быть проще взять пример с прожектором и кинокамерой и посмотреть, что там еще имеет смысл согласовать? Или в подводном аппарате из текста Голдовского.

Re: О законе «Согласование технических систем»

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Перейдём сразу к вторичной задаче. Имеем рассогласование между предложенным альтернативным методом (освещать синхронизированным с затвором мигающим светом) и существующей технологией которую реализует галогенная лампа.

Re: О законе «Согласование технических систем»

Gregory Frenklach wrote:
Перейдём сразу к вторичной задаче. Имеем рассогласование между предложенным альтернативным методом (освещать синхронизированным с затвором мигающим светом) и существующей технологией которую реализует галогенная лампа.
Уточните пожалуйста, Вы хотите в этой задаче искать темы для дальнейшего согласования? Или решать ее?

Я то имел в виду, что не все согласовано в исходной ситуации, надо только уметь увидеть это.

Re: О законе «Согласование технических систем»

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Я в данном случае считаю, что согласовав по времени ситуацию на уровне метода, мы теперь должны спуститься и согласовать её на уровне технологии, средств и параметров.
Если же продолжить искать другие рассогласования то надо посмотреть есть ли таковые на уровне ресусрсов (вещество, энергия, информация), времени, пространства, структуры, условий/параметров для существующей (конкретной) системы освещения во время съёмки.
По-моему, такая конкретизация (по уровням и в чём ещё искать рассогласования) облегчает процесс..

Re: О законе «Согласование технических систем»

Это да, такой перебор облегчает работу. Только частенько его не хватает (говорю про себя), поскольку после завершения процесса решения оказывается, что несколько раз ходил рядом с тем, что потом стало идеей, но не отождествлял. Как у Чехова в "Лошадиной фамилии". Скользил по энергиям или по информации, но видел ее в привычной форме. Возможно, это индивидуально мое.

Re: О законе «Согласование технических систем»

ну вообще-то всё что тут написано касается "изменение алгоритма системы", который является обязательным элементом системы и представляет собой множество условностей типа: "ЕСЛИ условие ТО действие".

а это

Quote:

Приведенный пример показывает также, что согласование частей, как любое изменение в системе, имеет противоречивый характер: повышение степени согласования по одному основанию может привести к уменьшению степени согласования (к рассогласованию) по другому основанию.

не что иное как проявление КПД, любое действие порождает и положительный и отрицательный эффект. Изменяя алгоритм - изменяются действия.

Subscribe to Comments for "О законе «Согласование технических систем»"