Размещено на сайте 25.06.2008.

Работа представлена на «Саммит-2008»
Редактор

ВВЕДЕНИЕ

Никто уже давно не сомневается, в исключительной важности технического прогресса. Поэтому вполне естественным является желание предугадать, как именно будет развиваться та, или иная Техническая Система (ТС). Кроме того, мы уверены, что фундаментом всей Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) являются именно Законы Развития Технических Систем (ЗРТС). В качестве основного объекта рассмотрения были выбраны так называемые S-кривые, которые описывают жизненный цикл ТС. Целью представленной работы является рассмотрение процессов развития ТС на основе анализа изменения их характеристик в течении жизненного цикла и систематизация кривых, которые описывают это изменение, на основе современных данных.

Основные концепции ЗРТС были изложены в 1975 в статье [1], которая базировалась на имеющихся тогда работах, в том числе переведенную на русский язык книгу Эйреса [2]. Дальнейшему рассмотрению темы развития ТС был посвящен целый ряд работ, из которых особенно хотелось бы отметить книгу [3], а также работы Саломатова [4],Петрова [5] и Злотина [6], где этот раздел ТРИЗ рассмотрен наиболее полно. Сравнительно недавно была представлена работа [7], в которой сделан целый ряд очень важных дополнений и изменений, которые уже давно назрели. Например, было сделано разделение на законы, имеющие обязательный характер, и закономерности, имеющие характер статистический.

В этих работах в качестве одного из фундаментальных законов развития выделен «Закон развития по S-образной кривой». Однако найти работы, в которых бы были рассмотрены именно различные виды S-кривых, так и не удалось.

Кроме того, за последние годы появилось много зарубежных работ, где проблемы развития систем рассмотрены специалистами с точки зрения экономики и экологии. В этих работах также широко использованы самые различные виды S-кривых. Таким образом, появилась необходимость уточнить некоторые базовые понятия, лежащие в основе Законов Развития Технических Систем.

Объекты рассмотрения

Все системы, как живые, так и технические, проходят одинаковые стадии развития. Жизненный цикл системы (Линия жизни - life cycle) включает, как правило, следующие стадии: появление (Introduction, рождение) - рост (Growth) - достижения предела (Maturity) - угасание (Decline) или консервация (Stability). Эту тенденцию мы и будем называть "линия жизни". Правда, в отличии от живых организмов, технические системы иногда "возрождаются", но это уже тема для отдельного обсуждения.

Рис. 1. Зависимость изменение характеристики системы от времени.

В течение жизненного цикла системы изменяются ее качественные и количественные характеристики (development). Зависимость характеристики системы, которая выбрана нами в качестве главной, вдоль "линии жизни" обычно и называют S-образной кривой. Как будет показано далее, это название не вполне соответствует действительным кривым развития.

На такой "классической" кривой (См. Рис. 1 А) можно определить наиболее важные точки, соответствующие значению характеристики системы в моменты "рождения" системы (Р₀), смене тенденций в развитии (перегиб, Р₁), достижению предельного значения характеристики (Р₂) и "смерть" системы (Р₄). Этим точкам соответствуют следующие участки: медленный рост (а), быстрый рост (b), замедление развития (c) и прекращение развития (d). Эти участки, для простоты, будем определять как отрезки, отсекаемые касательной в точке перегиба.

Сначала определим, какие типы S - кривых могут встречаться в различных системах (См. Рис. 1.). Мы можем наблюдать следующие виды кривых развития:

A. Классические S - образные кривые с насыщением, соответствующие достижением рассматриваемой характеристики ее предельного значения (Р₃=Р₂) при исчерпании ресурсов роста.

B. Кривые, соответствующие росту рассматриваемой характеристики до своего максимального значения и последующему постепенному снижению до некоторого нового значения (Р₂>Р3>Р₀).

C. Кривые, соответствующие процессу развития, заканчивающиеся коллапсом процесса, то есть снижением рассматриваемой характеристики до первоначального значения (смерть, Р₃=Р₀).

D. Кривые, соответствующие неограниченному росту какого-либо параметра во времени. Такие зависимости могут отвечать первому этапу развития каких-либо параметров систем [8]. Иногда такой бурный рост заканчиваться "катастрофой", то есть резким изменением вида зависимости.

E. Экспоненциальные кривые роста. Иногда такие зависимости могут отвечать второму этапу развития каких-либо параметров систем.

Конкретные варианты реализации этих типов будут рассмотрены далее.

Следует отметить, что широко используемый термин "S - кривая" слишком неопределенный и используется для описания принципиально разных процессов. В первую очередь, следует четко разделить, какие именно характеристики системы рассматриваются.

I. ПОВЫШЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ПРОДУКТА НА РЫНКЕ ПО "ЛИНИИ ЖИЗНИ" (КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ КРИВЫЕ РАЗВИТИЯ)

Вспомним происхождение "S - кривой". В книге Мартино [9] есть ссылка на два графика, которые, видимо, послужили основой для данной модели. Это увеличение веса тыквы и рост популяции дрожжевых бактерий.

Однако эти кривые относятся к описанию процессов, имеющих совершенно иную природу, чем развитие ТС. В обоих случаях это увеличение во времени количественных характеристик системы в условиях ограниченных ресурсов в окружающей среде. Эти характеристики ни в коей мере не коррелируют с ростом какой-либо функциональной характеристики объекта. Тем не менее, такой механистический перенос внешне схожих закономерностей из биологии в технику до сих пор очень распространен. Другое дело - рост количества каких-либо систем во времени. В этом случае аналогия не только корректна, но и крайне полезна для последующего анализа.

I.1. Зависимость количества проданного продукта от времени - "Кривые продаж"

Наиболее часто рассматривают количества проданного продукта от времени. Этот подход характерен для Басса и его последователей [10]. Количество единиц проданного продукта часто заменяется на сумму прибыли при его реализации. При этом изменение прибыли от продажи описывается колоколообразной кривой и соответствует первой производной от основной зависимости (См. Рис. 2).

Зависимость "продажа-время" также имеет колоколообразный характер, потому что после заполнения рынка количество продаж неизбежно падает. После этого в идеальном случае зависимость могла бы принять вид, соответствующий типу "С", то есть коллапсу (См. Рис. 1). В действительности, продажи будут продолжаться для восполнения выбывшего продукта, то есть соответствовать типу "В" (См. Рис. 1.). Возможно, также, занятие продуктом какой-либо узкоспециализированной ниши. При этом количество продаж будет снижаться до нового значения, соответствующего емкости ниши. Например, в случае осветительных устройств таким случаям отвечают свечи и газовые фонари. Свечи успешно заняли нишу развлечений и в качестве резервного источника света, а газовые фонари возродились для освещения пикников и туристских вылазок, благо газ в баллончиках все равно необходим для походных плит.

I.2. "Совершенные системы"

Иногда наблюдается картина, когда выпуск продукта, достигнув какого-либо уровня, долгое время продолжает быть стабильным, или немного возрастает. Такое поведение характерно, прежде всего, для продуктов, не предназначенных для длительного потребления (например, продукты питания, сырье и т.д.).

Примеры подобного рода представлены в работах [11]. Там приведены графики увеличения общего выпуска различных продуктов питания и химикатов (См. Рис. 3). Они также соответствуют типу "А" (См. Рис. 1).

II. УЛУЧШЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ВДОЛЬ "ЛИНИИ ЖИЗНИ

В представленной главе будут рассмотрены зависимости, которые отражают улучшение параметров (качественных характеристик) Технической Системы (ТС) во времени. Такие данные представляют большой интерес как для ТРИЗ - экспертов, так и для специалистов в смежных областях (маркетинг, экономика). Положение конкретной системы на ее "линии жизни" будет определять возможность ее дальнейшего совершенствования, либо наоборот - необходимость срочного поиска новой системы. Здесь будут рассмотрены только индивидуальные кривые развития без рассмотрения особенностей замены "старой" системы на "новую".

II.1. Выбор критерия сравнения

Полезность прогноза будет в значительной степени зависеть от выбора рассматриваемого параметра, поэтому в первую очередь необходимо определить, какой именно параметр следует выбрать, чтобы наиболее полно охарактеризовать потребительские свойства ТС.

Общие принципы выбора критериев сравнения изложены в статье [1], а также в книгах [12]. Их можно свести к следующим общим рекомендациям:

1. Параметр должен быть объективно измеримым признаком устройства, технического приема или процесса, который выполняет интересующую прогнозиста функцию.

2. Параметр должен представлять состояние техники и характеризовать все способы, посредством которых прогнозируемая техника выполняет изучаемую функцию. Поэтому часто параметр, призванный описывать развитие науки в какой-нибудь отрасли, является комбинированным.

3. Параметр должен быть приемлем для различных видов технологических решений, выполняющих одну функцию.

4. Должны иметься необходимые данные о прошлом развитии.

5. Сопоставимость данных. Отдельные устройства и технологические решения в целом проходят через несколько этапов процесса нововведения, начиная с этапа "научные открытия" и кончая этапом "социальное и экономическое воздействие".

Теперь рассмотрим принципы выбора критериев сравнения более подробно. Мы полагаем, что сравнивать между собой можно только системы, имеющие одинаковое предназначение, то есть систем, выполняющих сходные (или сравнимые) действия. Обычно для этого рекомендуется рассматривать так называемую "Главную Полезную Функцию Системы" (ГПФ). Однако у реальной системы нет какой-либо одной характеристики, которую можно было бы однозначно охарактеризовать как ГПФ.

Например, нельзя сравнить истребитель и грузовой самолет по их скорости. Ведь предназначения истребителя - вести бой с противником, где скорость является важным преимуществом. Предназначение грузового самолета - перевозить груз и для него главным параметром будет служить его грузоподъемность.

Так, скорость является одним из критериев привлекательности автомобиля. Но если мы приобретаем его для личного пользования, то нас обязательно будет интересовать не только его скорость, но и экономичность. А если семья большая - то и вместимость.

Поэтому, в соответствии с п.п.2 по выбору критериев для сравнения различных видов пассажирского транспорта следует использовать комплексный критерий пассажиро-(км/час)-километры (расстояния). В этом случае мы могли бы сравнивать эти весьма различные системы.

В то же время, в рамках одной системы, достаточно использовать комбинацию только двух параметров. Например, успешным является использование Дж. Мартино комплексной оценки для эффективности пассажирских самолетов фирм Боинг Дуглас и Локхид, в пассажиро-километрах в час. Удачно выбранный критерий позволил дополнить его таблицу более современными данными и данными из истории самолетов компании Боинг, начиная с самолета, способного поднять только 2 пассажиров и до сегодняшних моделей (см. Рис. 5 А).

Параметр пассажиро-километры/час оказался пригодным для описания систем, движения которых основано на различных физических принципах, но выполняет одинаковую функцию (в соответствии с п.п.3). Так на Рис. 2 на одной общей зависимости расположены самолеты, использующие как винтовые, так и реактивные двигатели.

В то же время, использование только одного параметра – скорости (см. Рис. 5 В ) приводит к гораздо большему разбросу данных. А сверхзвуковые самолеты в этом случае вообще выпадают из общей тенденции.

Рассмотрим теперь источники белого света. Предназначением этих устройств является «генерировать белый свет». Параметры основных источников света приведены в Таблице.

Таблица. Параметры источников света.

Как следует из таблицы, приведенные в ней устройства основаны на различных физических принципах, что отвечает п.п.3.

Комплексным параметром в этом случае может служить световая эффективность (лм/Вт). Даже для неэлектрических осветительных устройств можно выразить потребляемую энергию в единицах, которые можно преобразовать в ватты (Вт), а излучаемый ими свет (световой поток) можно измерить в люменах (лм).

То есть, для источников света (но не для осветительных приборов!) световой поток действительно является основной характеристикой, а мощность пропорциональна количеству затраченной энергии, а, следовательно, и ее стоимости.

Пример развития такого подхода был представлен в статье [15] (см. Рис. 5). В этой работе удалось расширить область рассмотрения предыдущей работы [9], включив в нее современные источники света, в том числе источники, основанные на других принципах действия (LED и OLED).

В работе [16] приведены отдельные временные графики зависимостей размера монитора по диагонали (дюйм), разрешения (пиксель на дюйм) и относительной стоимости 1 дюйма экрана (См. Рис. 6). Отдельно графики зависимости размеров различных дисплеев по диагонали приведены на Рис. 17.

Однако представленная объемная фигура не является достаточно показательной, поэтому для анализа нами был введен комплексный критерий стоимости пикселей в дюйме экрана. График показывает, что дисплеи на основе Электронно-Лучевых Трубок (ЭЛТ, CRT), еще не исчерпали резервов своего развития. Они отстали от своих «соперников» (ЖК и плазменных дисплеев) по критерию размера, но пока опережают их по введенной комплексной оценке эффективности. Это очевидно, так как данная технология хорошо отработана и достаточно дешева (См. Рис. 7).

Из представленных графиков видно, что плазменные панели (ПП, PDP) испытывали в 1996-1997 и в 2000-2001 г.г. определенные трудности, поскольку их цена росла непропорционально повышению характеристик. В то же время, если бы мы использовали в качестве критерия толщину телевизора, которая стала за последнее время важной потребительской характеристикой (для того, чтобы вешать экран на стену), то впереди однозначно оказались бы ЖК телевизоры, а если бы критерием было выбрано качество (контраст), то.

Когда в работах по ТРИЗ идет речь о ТС, то, «по умолчанию», принимается, что ими являются только различные устройства и механизмы. Материалы обычно выступают в виде ресурсов, которые можно использовать для достижения поставленной цели. В то же время как бы «за кадром» остается очень серьезная проблема: а из чего именно эти устройства сделаны? В самой ТРИЗ эта неопределенность понятий выражена в том, что среди 40 Принципов, большая часть из которых относится к устройствам и способам, имеются 8 принципов непосредственно связанных именно со свойствами материалов. То есть, пусть неявно, но автор дал понять, что материалы занимают достаточно важное место в технических системах.

Материал – это то, из чего состоит используемый объект. Однако, вещество (камень), стало материалом только тогда, когда человек включил его в состав системы. То есть, материал – это вещество, которое было обработано человеком. В таком случае введем следующее определение: Материал – это искусственно созданное и обработанное человеком вещество, или комбинация веществ, из которых состоит рассматриваемый объект. Свойства материала должны быть достаточны для выполнения объектом его полезного предназначения. При использовании такого определения мы четко ограничиваем круг веществ, пригодных для изготовления того, или иного объекта, способностью обеспечивать его применимость.

Для конструкционных материалов удачным оказался выбор удельной прочности, то есть отношение прочности на разрыв к плотности материала. Действительно, всегда удобнее использовать более легкий инструмент. Этот параметр не является физической величиной, но часто используется в технике. На практике этот параметр настолько важен, что его называют даже коэффициентом качества конструкций. Это позволило сравнить с единых позиций все основные материалы от камня до композитов [17] (См. Рис. 8).

Таким образом, в соответствии с п.п.2 в качестве критерия эффективности желательно использовать некую комплексную характеристику, обязательно включающую как достоинства системы, так и ее недостатки. По сути дела, этот критерий должен отражать идеальность, точнее эффективность системы по выбранным нами параметрам.

II.2. Определение пределов развития

В соответствии с п.п. 4 для рассмотрения любых систем особенно важным является рассмотрение систем в течение длительного времени. В этом случае очень важной проблемой является определение пределов их развития. В нашем случае, это точки, соответствующие созданию системы (время t₁ и соответствующее ему значение параметра P₁) и достижению ее параметром максимально возможного значения (время t₃ и значение параметра P₃) (См. Рис.1 ).

Какие-либо рекомендации по выбору начальной точки развития системы (момента "рождения") отсутствуют. Действительно, что считать точкой отсчета для рождения, например, электрической лампочки накаливания? Первую лампочку накаливания создал немецкий изобретатель Генрих Гебель в 1880 г. и осветил ею витрину своего магазина. В 1872 г. лампочками А.Н. Лодыгина были освещены в Петербурге Одесская улица, аудитории Технологического института и другие помещения. В 1880 г. Эдисон получил патент на лампу с угольной нитью. Более подробно случаи "повторных" и "одновременных" открытий рассмотрены в [18].

К сожалению, никаких критериев для определения времени появления системы найти не удалось. Поэтому мы рекомендуем брать в качестве момента "рождения" системы время, когда впервые были представлены ее технические характеристики.

Другой важной характеристикой системы является определение ее потенциально достижимых предельных параметров. В первую очередь, это связано с оценкой перспективности данной системы.

Рассмотрим проблему пределов для систем на примере авиационной техники, приведенных в книге [9]. Причем, введем различие между пределами физическими, значения которых не зависит от каких-либо параметров системы, и техническими, то есть такими которые от параметров системы зависят.

Так, теоретически физическим барьером для самолетов с пропеллером является скорость звука. Это величина, равная при нормальных условиях 1193 км/ч (741 миль/ч). Однако, последний рекорд скорости 1003 км/час был зафиксирован в 1955для самолета Republic XF-84H [19] (См. Рис. 10) . Это вызвано тем, что при скоростях, близких к звуковой, начинаются волновые явления («волновой кризис»), нарушающие работу винта.

То есть, пределом скорости винтового самолета является не физический, а некий технический предел, поскольку волновое сопротивление зависит от конструкции самолета. Этот предел заметно ниже, чем физический.

Рассмотрим, теперь, высоту подъема. Предельной высотой подъема винтовых и реактивных самолетов, а также воздушных шаров, является граница атмосферы (физический предел) [20]. Однако реальные рекорды значительно ниже и также зависят от конструктивных особенностей применяемых аппаратов, то есть являются техническими пределами.

Например, интерес к осветителям на основе LED (Light Emission Diode) вызван их потенциально высокой эффективностью близкой к предельной, что в 6 раз превосходит расчетный предел для ламп накаливания.

Для ламп накаливания предел эффективности будет определяться максимальной температурой спирали. Поскольку, вольфрам является самым тугоплавким металлом, то именно его предельная температура будет определять предельную эффективность лампы. В то же время, при замене вольфрама на углерод, возможно повышение предельной эффективности ламп [21].

Таким образом, для адекватного описания пределов развития систем рекомендуется в качестве начального значения использовать первое упоминание о системе, которое сопровождается информацией о значениях основных параметров системы.

II.3. Соотношение между «рекордной» и массовой продукцией

Следует отметить очень важный момент. Это учет единичных, рекордных показателей, достигнутых какой-либо системой. Дело в том, что до сих пор нет определенности, какие именно системы являются объектом изучения ТРИЗ.

Первоначально подразумевалось, что объектом рассмотрения являются только изобретения 3 и 4 уровней. Однако, в повседневной практике ТРИЗ - эксперт обычно сталкивается не с созданием «прорывного» изобретения, а занимается совершенствованием массовой продукции.

В то же время очевидно, что именно рекордные образцы дают ориентиры для дальнейшего развития техники. Обычно рекордные модели идут впереди общей тенденции систем. С 20 века началась регистрация рекордов по результатам либо участия в специальных соревнованиях, либо выполнения специально оговоренных условий. Можно рассмотреть соотношение между рекордными моделями автомобилей и гоночными машинами (См. Рис. 12). Конечно, гоночные машины это не совсем массовая продукция, но все же и не единичные образцы. Мы можем считать их близкими аналогами серийных машин [22].

Первоначально разницы между ними не было, так как любая новая машина была, в сущности, единственной. Однако до начала 20 века они шли неразрывно. После небольшой паузы в 1910-1920 годах, которая, видимо, была вызвана войной, рекордные и гоночные модели окончательно расстались и пошли по разным линиям развития. Следующая пауза была в 1940-1950 г.г. Причины те же... То есть, если рассматривать только рекорды скоростей гоночных автомобилей, то сравнение их по параметру «скорость» будет вполне корректным.

Однако, такое соотношение справедливо только для систем, которые еще не исчерпали резервы своего роста (2-3 стадии). Для «старых» систем достигнутые рекордные показатели не находят дальнейшего применения в массовой продукции.

Это иллюстрирует пример, приведенный в [7] для парусных судов. Действительно, рекордный легендарный клипер «Катти Сарк» существенно опередил по скорости современные ему парусные суда. Но на смену парусникам, зависящим от капризов ветра, уже пришли паровые суда и достигнутый рекорд скорости, так и остался недостижимым для современных парусных судов. Необходимо, правда, отметить, что современные большие парусные суда имеют совершенно другое предназначение – это обучение будущих моряков.

Вопрос об опережении «передовыми» системами своих собратьев подробно рассмотрен в книге [10 ]. Он показал, что отставание параметров серийных моделей от рекордных, является закономерным и может быть оценено, поскольку в некоторых случаях существует взаимосвязь между предшествующей и последующей техникой. Обычно это происходит, когда усовершенствования, произведенные в предшествующей технике, могут быть применены в последующей.

Для этого были рассмотрены данные по боевой и транспортной авиации. Боевая авиация была рассмотрена как предшествующая (рекордная) техника, а транспортная — как последующая. В результате, было показано, что максимальная скорость транспортной авиации отстает от скорости боевой авиации и на определенную величину (лаг), которая составляет 10-14 лет.

Следовательно, использование данных о рекордных моделях ТС для анализа их развития вполне допустимо.

II.4. Системы «рекордсмены»

В классическом описании систем по ТРИЗ постулируется появление образцов с экстремальными характеристиками («гиганты») на заключительном этапе развития системы [3]. С этим трудно спорить, однако появление «экстремалов» не всегда связано со старостью системы. Самым известным примером такой системы является корабль "Грейт Истерн".

«...В 1860 году был спущен на воду "Грейт Истерн", самый знаменитый корабль столетия, прозванный современниками "железным чудом". Он превосходил ранее построенные суда по водоизмещению в шесть раз, по длине - более чем вдвое, по мощности двигателей - в два с половиной раза. Имея двойной корпус и усиленную систему набора, "Грейт Истерн" отличался прочностью и надежностью. Энергетическая установка была трехкратно резервирована: судно имело полное парусное вооружение, размещенное на шести мачтах, гребные колеса, винт...» [23].

Действительно, этот корабль явно выпадает из общей линии развития [24] (См. Рис. 13). Он, по расчетам Переслегина, обогнал свое время: «...по критерию водоизмещения на 45 лет, по энергетике - на 28 лет, но по тяговооруженности отстал на 23 года...».  Результатом такого «забегания вперед» было досрочное списание корабля на металлолом. То есть, данный рекорд оказался «преждевременным».

Другими примерами «преждевременных» систем являются корабль царя Гиерона II «Сиракузия» и самолеты ТУ144 и "Конкорд" (См. Рис. 4). Некоторые примеры других «преждевременных изобретений» были приведены в работе [18].

II.5. «Классические» кривые

Примеры ярко выраженных S – кривых (типа А), которые далее будем называть «классическими» не столь уж часто встречаются в практике. Это связано с тем, что на развитие систем влияет множество самых различных факторов, учесть которые очень сложно.

Примерами такой классической кривой являются, например, развитие ламп накаливания (См. Рис. 5). Действительно, лампа накаливания, является типичной совершенной  системой. Следует отметить, что изменения рабочего органа – спирали (уголь – тантал – осмий – вольфрам) и ее окружения (вакуум – инертный газ) не сказались на общей тенденции. Однако, возможно, мы скоро станем свидетелями «похорон» лампы накаливания. В некоторых странах принимаются законы, которые ограничивают использование таких ламп.

Для транспортных систем формой, близкой к классической обладают зависимости рекордных скоростей реактивных самолетов (См. Рис. 10), эффективность пассажирских самолетов (См. Рис. 4 ) и скорость электричек (См. Рис. 14).

Аналогичные типы зависимостей имеют также: удельная прочность железа и стали (См. Рис. 8) и лампы накаливания и люминисцентные лампы (См. Рис. 5 ).

Например, как будет показано далее, винтовые самолеты сталкивались со многими барьерами, что задерживало их в развитии. При появлении реактивных самолетов многие из этих проблем уже были решены.

Этими же причинами можно объяснить отсутствие на зависимости высоты подъема винтовых самолетов каких-либо заметных задержек, кроме небольшой «полки» в районе 12000 м (видимо, «барьер давления». Дело в том, что проблемы «кислородного барьера» были решены на аэростатах, которые тогда были очень популярны (См. Рис. 11).

Как уже было отмечено, все эти зависимости отвечают достаточно «старым» системам, которые долгое время занимали монопольное положение в своей области и успели дорасти до своих естественных пределов роста основных параметров.

Кроме того, многие из приведенных систем являются «вторичными» (реактивный самолет, люминисцентная лампа, электричка), то есть появившимися на смену «первичным системам», которые заменили системы естественные. Это можно обосновать тем, что такие системы появились не на пустом месте, а использовали накопленный опыт и уже существующую инфраструктуру.

II.6. Ступенчатые кривые

Иногда встречаются кривые, подобные классическим, но имеющие одну, или более «ступенек». Такие кривые можно было бы принять за комбинацию двух или нескольких независимых S – кривых, но они отвечают развитию одной и той же системы. Примером таких «ступенек» является рост скоростей паровозов (См. Рис. 14) [25] и рост тоннажа судов (См. Рис. 13). К выводам о ступенчатости развития систем пришли также Sood и Tellis [26].

Можно предположить, что такие «ступеньки» связаны с недостатками каких-либо ресурсов для развития системы, либо с наложенными извне (из надсистемы) ограничениями.

Рассмотрим сначала систему «паровоз». На зависимости «скорость-время» для этой системы наблюдается явная «ступенька» в районе 1860-1890 г.г. Вспомним, чем отличался этот период от других. Именно тогда произошел значительный рост производства и качества стали  [17]. Едва ли это совпадение является случайным – ведь паровоз и все его окружение чрезвычайно зависит как от качества металла, так и от его доступности (цены).

А вот для судов переход на металлическое судостроение прошел почти незаметно. Зато на кривой их развития наблюдается «полка» в середине ХХ века (См.Рис. 13 ). Можно предположить, что это связано с исчерпанием возможностей паровой машины и переходом на дизельные двигатели. Кроме того, именно в это время происходила смена клепанного судостроения на сварное.

Винтовые самолеты при своем развитии сталкивались с большим количеством технических барьеров. Первой проблемой явилось «подпрыгивание» самолета при приземлении, которое получило название «шимми» [27] и часто приводило к авариям из-за переворачивания машины. Оно появлялось при скоростях около 200 км/ч. Следующим барьером явилось вибрационное явление при скоростях 460-500 км/ч, которое получило название «флаттер» и вызывавшее разрушение самолета [28]. Этот барьер замедлил развитие авиации в 30-40-х годах. На графике видна «ступенька», соответствующая преодолению этого барьера (См. Рис. 10).

С начала 50-х годов максимальная скорость, как в гражданской, так и в военной транспорт­ной авиации ограничивалась 600 миль/ч (965 км/ч ). На более высоких скоростях как околозвуковых, так и низких сверхзвуковых аэродинамическое сопротивление увеличивается до такой степени, что эксплуатация самолета становится неэкономичной. Эффективное функционирование самолета вновь становится невозможным, до тех пор, пока скорость не превысит 2,5 числа Маха. Достичь такой скорости было нельзя из-за несовершенства доступных конструкционных материалов и двигателей [10 ].

Для реактивных самолетов пределом является только температурный барьер. Однако, это не физический, а технический предел. Первый температурный барьер в районе скоростей 2600 км/ч был преодолен путем замены алюминия на стальные и титановые сплавы и, практически, не сказался на развитии ТС.

Необходимо отметить, что преодоление всех этих барьеров сказалось на винтовых самолетах, но практически не отразилось на реактивных. Видимо, как было уже отмечено, сказалось то, что данные конструктивные проблемы были уже решены предыдущей системой (винтовыми самолетами).

Аналогичные задержки развития некоторых систем наблюдаются, также, во время мировых войн. Например, ступеньки заметны на зависимостях рекордов скорости автомобилей (См. Рис. 13).

Сходные ступеньки наблюдаются также на зависимостях разрешения различных дисплеев от времени (См. Рис. 16), так как все эти устройства основаны на совершенно различных физических принципах и решения, найденные для одной из систем не могут быть использованы для другой.

II.7. Степенные кривые

Такие кривые типа D характерны для новых, растущих систем, которые еще не успели дойти до точки «зрелости», которую мы можем ассоциировать с перегибом S-образной кривой. Такие кривые наблюдаются, например, для источников света на основе LED и OLED (См. Рис. 5).

II.8. Экспоненциальные кривые

Такие кривые типа E, когда участок медленного роста практически отсутствует, характерны для некоторых новых систем, которые приходят на смену существующей, но интенсивно используют ее инфраструктуру. Так, такие кривые роста наблюдаются у дизельных и электрических локомотивов (См. Рис. 14) и рекордов высоты реактивной авиации (См. Рис. 11).

Однако такой же характер имеет изменение скорости поездов на магнитной подушке. По-видимому, это связано с большим интересом к этой перспективной системе.

II.9. «Расщепляющиеся» кривые

Иногда система, развиваясь, вдруг начинает осваивать какую-либо специализированную нишу. Например, рост размеров по диагонали телевизоров и мониторов на основе электронно-лучевых трубок (CRT) некоторое время совпадал. [26]. Затем мониторы остановились на рубеже 32”, тогда как телевизоры пытались расти до тех пор, пока окончательно не исчерпали свои возможности на диагонали 44”. Видимо, такой размер для мониторов является оптимальным, поскольку они обычно стоят на столах на небольшом удалении от пользователя. Это подтверждается тем, что LCD мониторы также остановились на этом рубеже, в то время как размеры телевизоров продолжают расти (См. Рис. 17).

* Данные по размерам телевизоров предоставлены сотрудником Самсон-SDI О. Хомяковым).

II.10. Общие принципы построения качественных кривых развития

Для всех зависимостей, которые нами были проанализированы, были выявлены определенные общие закономерности. Следует сделать отличия в развитии ТС, которые появились на смену существовавшим природным системам и системам, которые пришли на «пустое место», удовлетворив потребность, которая ранее не существовала.

Действительно, требования к электрической лампочке, или к паровозу, которые начали вытеснять газовый свет и омнибусы, были заведомо жестче, чем к «этажерке», которую кое-как собрали в сарае братья Райт. Казалось бы, такие детали должны волновать не изобретателей, а инноваторов. Но это не так. Если мы изобретаем что-то, что должно прийти на смену существующей системе, то мы должны понимать, что внедрение такого изобретения столкнется с существенным сопротивлением надсистемы (общества). Вспомним, например, как боролся Т. Эдисон с переменным током!

Есть и другая сторона развития. Системы, которые вписываются в существующую инфраструктуру, будут, скорее всего, успешными. Так паровозы, которые использовали рельсовый путь вагонеток, достаточно быстро достигли успеха. Поэтому изменение локомотива (например, замена паровоза дизелем) прошло достаточно легко. Так же и развитие автомобилей было успешным, поскольку уже существовала развитая сеть дорог.

Заключение

В представленной работе проанализированы различные типы кривых развития. Разделены понятия качественных и количественных зависимостей. На основе фактического материала из самых различных областей техники показаны общие закономерности развития ТС. Доказано, что реальные кривые развития, как правило, имеют форму, существенно отличающуюся от «S-образной». Сформулированы требования к корректному сравнению параметров различных систем и выбору их Главной Полезной Функции. Выявлены основные типы кривых развития. Показано, что вид кривой зависит не только от этапа жизни данной системы («молодая», «старая»), но и от внешних условий (свойства применяемых материалов, возможность применения достижений, достигнутых другими системами и др.). Предложены объяснения имеющимся задержкам в развитии систем.

ВЫВОДЫ

1. Рекомендуется вместо термина «S-образная кривая» использовать определение «кривая развития».

2. Необходимо различать количественные и качественные кривые развития.

3. Характерные особенности количественных кривых развития:

- Количество проданного продукта начинается от "0" и, в отсутствии конкуренции, может вырасти до полного заполнения рынка (100%).

- Количество продаваемого продукта становится постоянным после достижения предельной емкости рынка.

- Количество продаваемого продукта начинает резко уменьшаться после появления конкурирующего продукта вплоть до "0", если новый продукт полностью замещает старый.

- Количество продаваемого продукта может стабилизироваться на каком-либо уровне, соответствующем узкоспециализированному потреблению.

4. Характерные особенности качественных кривых развития:

- Выбор главного параметра, который будет характеризовать описываемую систему, определяется предназначением системы. При отсутствии какой-либо одной наиболее важной характеристики рекомендуется использовать комплексные параметры.

- Значение главного параметра для любой системы является конечной величиной и ограничивается физическими пределами, либо техническими возможностями.

- Значение главного параметра системы НИКОГДА не начинается от "0" и, в отсутствии конкуренции, может вырасти до своего предельного значения.

- Значение главного параметра системы после ее замены новой системой НИКОГДА не уменьшается от достигнутого предельного значения.

- В отсутствии конкурирующих систем и ограничений, связанных с используемыми материалами, либо запретами со стороны надсистемы, зависимость изменения главного параметра системы от времени описывается классической S-образной кривой типа А (См. Рис. 1).

- Когда система сталкивается с различными барьерами, это может приводить к появлению «ступенек» на линии развития.

- Параметры новых систем, которые еще не достигли зрелости, растут по степенной кривой типа D (См. Рис. 1).

- Параметры новых систем, которые либо востребованы на рынке, либо используют инфраструктуру предыдущей, растут по экспоненциальной кривой типа E (См. Рис. 1).

- Графики развития систем, которые основаны на одном принципе, но находят различные «ниши», расщепляются.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[1] Альтшуллер Г.С., О прогнозировании развития технических систем

[2] Эйрес Р. Научно-техническое прогнозирование и долгосрочное планирование. Пер. с англ. М.: Мир, 1971.   296 с Robert U. Ayres. Technological Forecasting and Long-Range Planning. McGraw-Hill Book Company. New York, St. Louis, San Francisco, London, Sydney. 1969. 237р.

[3] Альтшуллеp Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В. ПОИСК HОВЫХ ИДЕЙ: ОТ ОЗАРЕHИЯ К ТЕХHОЛОГИИ Кишинев, "Каpтя Молдовеняскэ"  - 1989

[4] Саломатов Ю.П. СИСТЕМА РАЗВИТИЯ ЗАКОНОВ ТЕХНИКИ 2001 http://www.trizminsk.org/e/21101000.htm#toc

[5] Владимир Петров Серия статей "Законы развития систем http://www.trizland.ru/trizba.php?id=108

[6] Directed Evolution (DE) as a Thinking Method for an Informational Civilization Boris Zlotin and Alla Zusman http://www.trizscientific.com/TRIZ_sci/BZlotin_AZusman/DE_as_thinking_method_part03.htm

[7] А. Любомирский, С. Литвин ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ - 2003

[8] Н.Б. Фейгенсон. "S - кривая - некоторые особенности третьего этапа развития систем. Журнал ТРИЗ - 2005-  1(14), С. 55-59.

[9] Дж. Мартино (JOSEPH P. MARTINO) -ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (Перевод с английского Technological Forecasting for Decisionmaking NEW YORK - 1972)-1977

[10]  Frank M. Bass Diffusion Theory in Marketing:A Historical Perspective www.frankmbass.org/fmb/downloads/Bass%20Model%20Overview%20and%20Extensions.ppt , Асхат Кутлалиев Алексей Попов Жизненный цикл товара 1971 http://forum.gfk.ru/Go/Texts?dir=115

[11] Birgitte Andersen, Vivien Walsh Co-evolution of technological systems, blurring of industry boundaries and broadening of competencies in the chemical industry DRUID SUMMER CONFERENCE COMPETENCE, GOVERNANCE & ENTREPRENEURSHIP, 9-11 June, Bornholm, Denmark 1998 http://www.druid.dk/index.php?id=21 , A.T. Kearney How Wireless changes the way we work http://www.atkearney.com/shared_res/pdf/WiFi_Monograph_S.pdf

[12] Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике - М; Радио и связь, 1984-287с. , Дж. Мартино (JOSEPH P. MARTINO) -ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (Перевод с английского Technological Forecasting for Decisionmaking NEW YORK - 1972)-1977

[13] BOEINGOS AIRPLANE HISTORY http://seattlepi.nwsource.com/boeing/boeingplanes.pdf

[14] http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83-144 http://ru.wikipedia.org/

[15] А. Кынин РАЗВИТИЕ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

[16]  Ashish Sood and Gerard J. Tellis Understanding the Seeds of Growth: Technological Evolution and Product Innovation http://www.marshall.usc.edu/emplibrary/wp04-04.pdf

[17] А. Кынин МЕТОДЫ ТРИЗ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ // Журнал ТРИЗ  2 (15), 2006, С.64-74.

[18] А. Кынин  ЭТИ НЕСЛУЧАЙНЫЕ "СЛУЧАЙНЫЕ" ОТКРЫТИЯ 

[19] http://en.wikipedia.org/wiki/Flight_airspeed_record

[20] http://en.wikipedia.org/wiki/Flight_altitude_record

[21] Лампа накаливания на основе двухслойных углеродных нанотрубок http://www.nanometer.ru/2007/09/05/carbon_nanotube_4089.html

[22] Record Holders http://en.wikipedia.org/wiki/Fastest_production_car

[23] С.Б. Переслегин К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИННОВАЦИЙ http://bizness-plan.nm.ru/bp/stat/inv/stat3.htm

[24] Weight_Growth_of_RN_First_Rate_Line-of-Battle_Ships_1630-1875.gif.gif‎
(683 × 467 pixels, file size: 9 KB,MIME , http://en.wikipedia.org/wiki/Passenger_ship

[25] Further information: Land speed record for railed vehicles http://en.wikipedia.org/wiki/High-speed_rail

[26] Ashish Sood and Gerard J. Tellis Understanding the Seeds of Growth: Technological Evolution and Product Innovation http://www.marshall.usc.edu/emplibrary/wp04-04.pdf , Ashish Sood & Gerard J. Tellis Technological Evolution and Radical Innovation Journal of Marketing Vol. 69 (July) 2005 152–168

[27] www.friendship.com.ru/scientist/30.shtml

[28] www.friendship.com.ru/scientist/30.shtml

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.