Размещено на сайте 26.05.2009.

 

 

Любой человек, соприкоснувшийся с теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ) и где-то внутри себя озвучивший: «Я понимаю и принимаю такой подход к решению творческих задач», болезненно воспринимает текущее положение дел с развитием и практическим применением этой теории. Истинность такой оценки подтверждают, например, публикации /1,2,3/ и публикации других авторов, как стоявших у истоков ТРИЗ, так и присоединившихся к ней позже. Аналогичные выводы следуют из итогов ТРИЗ – саммитов последних лет.

Поддерживая в целом принятые на саммитах решения, хотелось бы подчеркнуть, что основные направления работы определены с высоты опыта высокопрофессиональных специалистов и, в основном, ориентированы на «тяжеловесные» инструменты, в первую очередь, на алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). Возражений против этого нет, но хочется задать вопрос в широкую сеть Интернета: «Пользователи АРИЗа, сколько вас всего в современной России и за рубежом? Десять? Сто? Тысяча? Десятки или сотни тысяч»? Мне кажется, что реальное количество уверенных пользователей АРИЗа ближе к началу приведенного перечисления. Соответственно, с точки зрения ТРИЗ как науки цель определена верно. А как с точки зрения ее применения на практике?

С учетом изложенного видится, что решение саммита – 2008 «приступить к систематическим работам по построению новой версии комплекса приемов устранения противоречий» должно разместиться не в конце списка решаемых задач, а быть одним из самых главных приоритетов.

Ниже излагается позиция автора по существу вопроса. Для облегчения работы с текстом он набран двумя шрифтами – обычным и курсивом. Выделенный курсивом текст взят из первоисточников, на которые делаются ссылки. Предполагается, что он поможет усилить (или ослабить) аргументацию автора и сделанные выводы. При ознакомительном прочтении его можно опустить.

* * *

Исторически в ТРИЗ первым инструментом разрешения противоречий были приемы устранения технических противоречий (ТП), выявленные Г.С.Альтшуллером и сведенные им в таблицу. Как свидетельствует автор /4/, и сегодня около 90% зарубежных пользователей ТРИЗ применяют именно этот инструмент. Косвенно такой же вывод следует из предпочтений проживающего в Германии автора книги /5/, так как в ней основное внимание уделено именно приемам устранения противоречий. Отечественная статистика применения инструментов ТРИЗ автору не известна, но можно предположить, что она близка к зарубежной.

Правомерно задать вопрос: «Если это наиболее популярный инструмент ТРИЗ, то на сколько он совершенен и соответствует требованиям сегодняшнего дня? Существует ли возможность его улучшения»? Ведь неудача применения этого инструмента у почти 90% потенциальных и истинных сторонников ТРИЗ формирует представление о слабости самой теории. Автоматически следует вывод о нецелесообразности ее дальнейшего освоения.

Несовершенство приемов устранения технических противоречий признавал и сам Г.С. Альтшуллер /6/: «Затруднения, возникающие при анализе, и обусловленные нечеткой природой технических противоречий, удалось преодолеть введением понятия о физических противоречиях ...

... Если нет физического противоречия – нет и изобретательской задачи.

... Работа с приемами (устранения ТП - П.Ш.) продолжалась четверть века, но появление АРИЗ-71 фактически обесценило список и таблицу применения основных приемов: в АРИЗ – 71 анализ ведется глубоко, до выявления физического противоречия; задача чаще всего решается на этом этапе, а если и не решается, то выгоднее повторить и углубить анализ, а не возвращаться «ближе к поверхности» - к техническим противоречиям».

Одной из последних известных автору работ, посвященных приемам устранения противоречий, является статья /7/. В ней справедливо отмечаются недостатки существующего перечня:

- не определены правила выбора приема для устранения конкретного противоречия;

- приемы не структурированы, что делает не удобным их преподнесение обучаемым;

- приемы имеют разный уровень обобщения;

- перечень приемов не является достаточным.

Временно́е пространство между двумя указанными работами (с 1975 года по настоящее время) вмещает достаточно большое количество попыток улучшить, расширить, модернизировать перечень. Пока они ни к чему не привели. Во многом этому способствовала личная позиция Г.С.Альтшуллера. После ухода его из жизни этому препятствовало уже что – то другое, можно предположить – сам перечень. Иначе как объяснить: разные люди, владеющие высокоэффективными методиками ТРИЗ, разные подходы, а желаемый результат в течение такого длительного отрезка времени не получен, система «перечень приемов устранения ТП» по – прежнему критикуемый. В литературе по ТРИЗ неоднократно указывается, что приемы работы с противоречиями – это азбука. Но, если это так, то азбука должна быть безупречной! Можно критиковать слова, предложения, создаваемые на основе азбуки, но к ней самой претензий быть не должно.

Может все же наступило время белее решительных шагов в отношении указанного перечня? Если не удается «дотянуть» перечень приемов до безупречного состояния, то может вообще от него отказаться? Создание идеальных систем, когда система отсутствует, а ее функция выполняется – это ведь тризовский закон. Попробуем его применить к приемам устранения ТП.

Таким образом, суть предложения сводится к тому, что надо полностью отказаться от перечня приемов устранения ТП как от самостоятельного инструмента ТРИЗ.

Следствия, вытекающие из такого решения:

1. Исчезновение самостоятельного инструмента «приемы устранения ТП» не означает исчезновения термина «техническое противоречие». Так же, как и в АРИЗ, техническое противоречие при решении задачи должно стать ступенькой для перехода к физическому противоречию (ФП). Соответственно, сами приемы устранения ТП должны быть определенным образом перегруппированы и поставлены по уровню иерархии после формулирования ФП.

2. Для выстраивания иерархии в соответствии с п.1, необходима проверка на полноту списка приемов разрешения ФП, его переработка и систематизация.

3. При решении задач обучающим, обучаемым или конечным пользователем исчезает неопределенность в выборе способа решения – через техническое или через физическое противоречие? Выбор однозначен – задача всегда должна быть сформулирована на уровне ФП и доведена до решения.

По опыту преподавания автора можно сказать, что, работая с ТП, очень часто приходится применять категории ФП. С формальной стороны дела это не правильно. Такой же вывод можно сделать, анализируя /7/. Оставаясь на позиции, что задача решается только через приемы устранения ТП, становится не понятным, почему автор /7/ широко пользуется терминами «изменение в пространстве», «изменение во времени»? Это же ведь категории приемов разрешения ФП! На самом деле автор /7/ пользуется приемами разрешения как ТП, так и ФП. Очевидно, так удобно на практике и, скорее всего, автор /7/ при написании статьи даже не пытался провести грань раздела между терминологией ФП и ТП.

Следствия 1 и 2 требуют дополнительных развернутых комментариев. Методически удобней изложить эти комментарии, начиная со второго. Собственно содержание указанных комментариев и составляет основу данной работы.

Приемы разрешения ФП, так же, как и приемы устранения ТП, формировались эмпирически, на основе изучения опыта изобретателей. Соответственно, нет гарантии, что этот перечень полный и структурно однородный. Критика этих приемов также общеизвестна, например, /8/. Дополним эту критику еще одним пунктом. В ТРИЗ широко декларируется и применяется системный подход. Это отчетливо видно в законах строения и развития техники, в АРИЗе. Но хочется задать вопрос: а в чем состоит системность применительно к приемам разрешения ФП? Представляется, что этот вопрос оказался вне поля зрения. Попробуем восполнить этот пробел и построим новую систему работы с противоречиями, базирующуюся на системной основе.

В соответствии с методологией системного подхода, при работе с системами необходимо изучение и практическое использование следующих его аспектов /9, 10/:

- системно – целевого, означающего необходимость определения целей исследования, их взаимной увязки между собой (1А);

- системно – элементного, состоящего в выявлении элементов, составляющих данную систему (2А);

- системно – структурного, заключающегося в выявлении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы (3А);

- системно – функционального, предполагающего выявление функций, для выполнения которых созданы и существуют соответствующие объекты (4А);

- системно – ресурсного, заключающегося в тщательном выявлении ресурсов, необходимых для получения решения (5А);

- системно – интеграционного, состоящего в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих ее целостность и эффективность (6А);

- системно – коммуникационного, определяющего необходимость выявления внешних связей данной системы с другими, то есть, его связей с окружающей средой (7А);

- системно – исторического, позволяющего выявить условия возникновения и становления системы, пройденные ей этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития (8А);

- системно – управленческого, направленного на изучение системы с точки зрения обеспечения ее целенаправленного функционирования в условиях внутренних и внешних возмущений (9А);

- системно – информационного, направленного на изучение системы с точки зрения передачи, получения, хранения и обработки данных внутри системы и в ее связи со средой (10А).

(После указания каждого аспекта приведены условные порядковые номера аспектов 1А ... 10А, которые будут использованы при дальнейшем изложении материала).

Автор /9/ справедливо отмечает, что курс теории систем и системного анализа не имеет канонической структуры, подобно физике или математике, а потому каждый автор вкладывает в этот курс свое понимание того, что в нем должно содержаться. Тем не менее, хотелось бы отметить, что в современной литературе, посвященной системному подходу, уже освещается (как это показано выше) до десяти аспектов. Для сравнения укажем следующее.

Рассматривая законы строения и развития технических систем, автор /11/ основывался на четырех аспектах: элементном, структурном, целевом и интеграционном. Естественно, что за прошедшие почти двадцать лет после написания работы /11/ «системщики» не поумнели в 2,5 раза, увеличив количество аспектов с четырех до десяти, многое было известно и тогда. Было известно, но не применялось на практике. Почему?

По мнению автора, дело в том, что ТРИЗ – основой является прошлый опыт, зафиксированный в изобретениях. Изучение и систематизация этого опыта оказались очень удачными и позволили экстраполировать результаты, предсказав будущие направления развития систем. Но эти направления явились логическим развитием лишь принятых к рассмотрению аспектов.

В последние годы многое изменилось: общество, техника, потребности людей. Все это вместе взятое внесло коррективы в приоритеты изобретательства, по – новому стали рассматриваться системные аспекты. Именно поэтому сегодня можно ожидать, что системность рассмотрения задачи во всех ее аспектах позволит получить новые решения, часть которых может быть отнесена к продолжению сформированных ранее трендов, а часть может быть принципиально новой. Возможность приложения каких – то аспектов к решению задач сегодня может быть не очевидной, но она может стать доступной завтра, при очередной смене приоритетов. Сам же инструментарий будет готов воспринимать эти новшества и, как в настоящей теоретической основе любой науки, окажется приспособленным к решению конкретных текущих задач и к выполнению прогностических функций.

Ниже размещены сведения по аспектам системного подхода, взятые из источников, в основном, не относящихся к ТРИЗ. Хочется верить, что они будут дополнять работы специалистов ТРИЗ по данному направлению и позволят приблизиться к построению модели системного описания и решения одношаговых задач.

К раскрытию содержания системно – целевого аспекта /9, 12, 13/.

Первопричиной формирования любой системы является потребность. Потребность не зависит от системы. Цель, выбор цели возникает уже как следствие осознания и формулирования потребности. То есть, цель есть конкретное выражение потребности, сформулированное (человеком) на основе имеющегося опыта и определяющее конкретное функционирование создаваемой системы. Следствием функционирования является результат, как некоторая мера удовлетворения исходной потребности. Соответственно, если ставится или имеется цель, то всегда существует субъект целеполагания, точка зрения которого, ограниченная конкретными знаниями и пониманием ситуации, отражается в этой цели. Окончательное формирование и формулирование всех компонентов цели есть завершение стадии принятия решения.

В соответствии с принципами системности признается главенство конечной цели. Эта цель может быть расчленена на составные элементы, называемые подцелями, каждая из которых является средством, направлением или этапом достижения основной цели. В сою очередь каждая из подцелей рассматривается как цель и расчленяется на компоненты. Деление прекращается, когда компонент цели становится неделимым. В совокупности основная цель, подцели и компоненты цели формируют дерево целей.

Свойства целей:

- соподчиненность, то есть, цели вышестоящего уровня обусловливают цели подсистем нижестоящего уровня;

- развертываемость, то есть, более общая цель конкретизируется несколькими частными целями;

- соотносительная важность.

Для достижения соответствия предъявляемым к целям требованиям, они должны быть:

- достижимыми;

- гибкими;

- измеримыми;

- конкретными;

- совместимыми;

- приемлемыми.

Представление и формулирование цели зависит от стадии познания объекта и времени. Цели могут изменяться как по мере изменения и понимания объекта, так и по мере появления и понимания новых средств решения проблемы. Вместе с тем, цель имеет императивное положение относительно других компонентов, так как изменение условий, средств и методов не должно в целом приводить к ее изменению, пока необходимость удовлетворения исходной потребности актуальна и если в процессе деятельности не возникает необходимости перехода на другой альтернативный вариант.

Применительно к рассматриваемой теме сформулированные цели являются основой «дерева технических противоречий» конкретной задачи.

Анализируя изложенный выше материал, в рамках системно – целевого аспекта можно выделить следующие действия применительно к системе (имея в виду потенциальную способность выполняемого действия разрешить противоречие):

- изменить условия задачи (Ц1).

К раскрытию содержания системно – элементного аспекта /9, 12, 13, 14/.

Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Расчленять систему на элементы можно различными способами в зависимости от формулировки задачи и цели. Другими словами, включать в состав или выделять в составе системы необходимо только те элементы, которые необходимы с точки зрения решения конкретной задачи и удовлетворения исходной потребности. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать за счет этого более адекватное представление об анализируемом объекте или проблемной ситуации. В случае, когда между элементами системы нет четких границ, как это бывает, например, в естественных системах, имеет смысл руководствоваться следующими критериями для выделения элементов:

- выделение по однородности – выделение области пространства, свойства в которой более или менее идентичны;

- выделение по функциям – выделенный элемент может выполнять самостоятельную функцию;

- выделение по величине потока – выделение некоторой области пространства или совокупности, в которой имеется замкнутый поток ресурса, причем интенсивность этого потока внутри выше, чем на границах.

Выделенные элементы представляют собой некоторые материальные образования, реальные или абстрактные, обладающие определенными свойствами и известными функциональными особенностями. Смысл выделения элемента заключается, прежде всего, не в его «физической», материальной интерпретации, а именно в определении его отношения ко всей системе, в выяснении той роли, которую он играет в достижении конечного эффекта, но, с другой стороны, именно материальная конкретность элемента позволяет очертить «конструктивные», морфологические контуры системы.

Принимая во внимание только внешние связи элементов со средой, можно выделить следующие их типы (табл.1).

Таблица 1

Классификация элементов по реакции на возмущение

Название	Характеристика	Изображение
Упругий	Однозначно передает входное воздействие на выход (является повторителем)
Рефлексивный	Осуществляет внутреннее преобразование входа в выход по какому – либо алгоритму
Потребитель	Воспринимает входное воздействие без образования выходного («черная дыра»)
Отторгатель	Не воспринимает входное воздействие (отклоняет его)
Источник	Генерирует выходное воздействие в отсутствие входного (фантом)
Полирецепторный	Рефлексивный элемент с несколькими входами и одним выходом
Полиэффекторный	Рефлексивный элемент с одним входом и несколькими выходами
Полиэлемент	Рефлексивный элемент с несколькими входами и несколькими выходами
Полипотребитель	Потребитель, воспринимающий воздействия по нескольким входам
Полиисточник	Источник, генерирующий несколько выходных воздействий

Рассматривая материальную конкретность элемента, следует прибегнуть к применению философской категории «качество». Качество – совокупность существенных признаков объекта, выделяющих его и придающих ему определенность. Для субъекта качество проявляется некими своими сторонами - свойствами. Число свойств любого объекта огромно. Составление их полного перечня практически бессмысленно, так как любой субъект применяет в своей работе лишь некоторую часть этих свойств, определяемую спецификой его деятельности. Вместе с тем, для некоторой упорядоченности свойств их определенным образом классифицируют. Например, в /15/ для оценки качества выделяют следующие классы свойств:

- физические (например, механические, электрические, химические или биологические);

- органолептические (например, связанные с запахом, осязанием, вкусом, зрением, слухом);

- этические (например, вежливость, честность, правдивость);

- временны́е (например, пунктуальность, безотказность, доступность);

- эргономические (например, физиологические характеристики или связанные с безопасностью человека);

- функциональные (например, максимальная скорость самолета).

В свою очередь, например, механические свойства можно описать следующим образом: геометрические размеры, масса, прочность, устойчивость, жесткость, несущая способность, хрупкость, герметичность и т.д.

Далее геометрические размеры могут быть охарактеризованы длиной, шириной, высотой объекта, его площадью, занимаемой в определенной проекции, площадью его сечений, а также объемом, формой.

Форма может быть плоской, выпуклой, вогнутой, спиральной, сферической, симметричной, адаптирующейся и т.д.

Свойства могут быть неизменными и изменяющимися. Изменение свойств может происходить дискретно и непрерывно, во времени и в пространстве. Так, например, при изменении температуры некоторого объема воды ее свойства меняются по-разному – в одном диапазоне температуры – непрерывно, а в другом – дискретно: при переходе через 0⁰С вода преобразуется в лед, а при переходе через 100⁰С – в пар. Для отображения такого характера изменения свойств применяют специальный термин – фазовый переход. Рассматривая нагрев (охлаждение) воды как процесс, становится очевидным, что свойства воды (вещества) изменяются во времени, в том числе и фазовый переход совершается за определенный промежуток времени. С другой стороны, выделяя некоторую часть воды в виде тела, имеющего определенные размеры, при понижении (повышении) температуры можно обеспечить разнесение различных по фазовому состоянию частей воды в пространстве, то есть фазовый переход может быть осуществлен в пространстве.

Таким образом, деление свойств можно осуществлять безгранично долго. Любое изменение свойств может привести к решению изобретательской задачи. Соответственно, механизм разрешения противоречий должен быть построен таким образом, чтобы существовала приемлемая по объему работы возможность задействования всего этого многообразия.

Анализируя изложенный выше материал, в рамках системно – элементного аспекта можно выделить следующие действия применительно к элементу (имея в виду потенциальную способность выполняемого действия разрешить противоречие):

- изменить свойства элемента(Э1);

- изменить параметры элемента (габариты, форму, массу, симметрию, однородность, цвет, температуру и т.д.) (Э2);

- изменить положение элемента (Э3);

- изменить количество входов – выходов элемента (Э4);

- изменить тип связи элемента со средой (Э5);

- заменить элемент на другой с альтернативными свойствами, с иной физической основой (Э6).

К раскрытию содержания системно – структурного аспекта /9, 12, 13, 14,16/.

Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство, строение. Такое определение структуры содержит Большая советская энциклопедия. Из определения следует, что структура системы в общем случае включает в себя не только взаимосвязь элементов и характер их физического взаимодействия, но и отношения самой различной природы (пространственные, временные, отношения доминирования, корреляции и т.д.).

Любая структура описывается следующими основными характеристиками:

- общим числом связей, характеризующих сложность системы;

- общим числом взаимодействий, которые определяют устойчивость системы;

- частотой связей, то есть количеством связей, приходящихся на один элемент, определяющих интенсивность взаимодействия элементов;

- числом внутренних связей, которые определяют внутреннее устройство системы;

- числом внешних связей, характеризующих взаимодействие системы со средой, ее открытость.

Важно отметить, что при проведении структурного анализа реальной системы нельзя упускать из виду ее элементы, сводя все дело лишь к изучению отношений между ними. Другими словами, предметом структурного анализа является все то, что можно узнать в системе, не выходя за ее пределы.

Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, от цели создания. В процессе исследования или проектирования структура системы может изменяться. Именно структура делает систему некоторым качественно определенным целым, так как структура предполагает взаимодействие элементов друг с другом по-разному, выдвигая на первый план те или иные стороны, свойства элементов. Структура является важнейшей характеристикой системы, так как при одном и том же составе элементов, но при различном взаимодействии между ними меняется и назначение системы, и ее возможности.

Следует различать два определяющих понятия структуры: материальная структура и формальная структура. Под формальной структурой понимается совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой поставленных целей.

Материальная структура является носителем конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей. Она, в частности, определяет пространственные размеры системы, пространственное положение элементов, их пространственную согласованность, временну́ю упорядоченность существования и функционирования элементов. В самом общем виде временно́й подход к анализу материальной структуры позволяет выделять такие характеристики системы, как длительность (время жизни системы и ее элементов), последовательность (параллельное или последовательное существование элементов системы, которые выступают в качестве некоторых событий), ритм (чередование каких – либо элементов, происходящее в определенной последовательности, с определенной частой, синхронное и асинхронное), временна́я принадлежность (наличие в системе элементов, отражающих ее прошлое, соответствующих требованиям настоящего и определяющих возможные варианты будущего), скорость движения (наполненность системы происходящими изменениями, динамизм системы).

Фиксированной цели соответствует, как правило, одна и только одна формальная структура. Одной формальной структуре может соответствовать множество материальных структур. Выбор лучшей из них может осуществляться путем решения оптимизационных задач.

С функциональной точки зрения выделяют три основных типа структур:

- функциональную структуру, отражающую взаимодействие только моноэлементов, каждый из которых преобразует воздействие предыдущего и сам может воздействовать на последующий, называют структурой типа «прием – передача»;

- функциональную структуру типа дерева. Эта структура соответствует типовой иерархической структуре, в которой каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (вершине) вышестоящего уровня. Такую совокупность отношений в системе можно назвать структурой распределения – взаимодействие элементов передается сверху вниз;

- функциональную структуру типа дерева, в которой взаимодействия от элемента к элементу передаются снизу вверх. Это структура типа «отчет». Она формирует совокупность отношений, называемую структурой результатов. В настоящее время это наименее изученная структура.

Структура системы может быть представлена с различной степенью детализации. Выделяют макроскопический и микроскопический анализ в изучении систем.

Макроскопический анализ («черный ящик») заключается в игнорировании деталей структуры системы и наблюдении только общего поведения системы как целого.

Микроскопический анализ («белый ящик») детально описывает каждый из компонентов системы; центральным при этом является понятие элемента; изучаются связи и функции элементов, структура системы и т.д.

Между этими крайними подходами к анализу размещаются промежуточные, обладающие разными уровнями абстрагирования. Такое представление системы семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения соответствующего уровня абстрагирования, называется стратификацией. Соответствующие уровни абстрагирования называются стратами.

Стратифицированное представление может использоваться как средство последовательного углубления представления о системе, ее детализации: чем ниже опускаемся по иерархии страт, тем более детальным становится раскрытие системы; чем выше поднимаемся, тем яснее становится смысл и значение всей системы.

Со стратификацией тесно связана декомпозиция. Под декомпозицией понимают разбиение сложной системы на подсистемы меньшей размерности с учетом тесноты связей и их взаимодействия. Декомпозиция выполняется с учетом следующих признаков:

- функциональной полноты, то есть достаточно полного описания выделенной подсистемой какой – либо законченной функции всей системы;

- структурной целостности, то есть наличия у выделенной подсистемы только взаимосвязей с другими подсистемами, недопустимость дополнения выполняемой ей функции решением задач других подсистем;

- степени типичности, то есть частотой повторяемости выделенной подсистемы в составе системы;

- степени адекватности, то есть мерой соответствия выделенной подсистемы исследуемой части системы, выражающейся тождеством их структур и аналогичных свойств;

- связности, то есть вхождением выделенной подсистемы в какой – либо из реальных контуров управления.

Соблюдение указанных признаков на практике приводит к следующему алгоритму выполнения декомпозиции:

- исходная система расчленяется на функциональные подсистемы, по возможности слабо связанные друг с другом;

- для каждой выделенной подсистемы формируется локальный критерий эффективности, учитывающий ее функциональное назначение;

- глобальный критерий эффективности всей системы играет роль самого высшего уровня иерархии.

При описании структуры чрезвычайно важным является понятие связи. Связью принято называть факт наличия взаимоотношений любого рода между частями совокупности материальных образований. По - другому связь можно определить как каждую из степеней свободы данного элемента, действительно осуществленную в виде определенного взаимоотношения, взаимодействия с другими элементами данной системы, а также с его средой.

При формальном подходе связи делятся на такие разновидности, как ненаправленные, направленные, прерывистые, односторонние, двусторонние, равноправные и неравноправные, внутренние и внешние. Кроме того, они различаются продолжительностью (долговременные и кратковременные), а также частотой (частые и редкие). Каждая из связей может быть непосредственной, при которой элементы, части системы или системы связываются напрямую, либо опосредованной (косвенной), при которой связь элементов и подсистем происходит через промежуточные элементы – посредники.

При функциональном подходе связи рассматриваются с точки зрения выполняемой ими функции. Выделяют два вида связей: нейтральные, при которых действие и противодействие равны по величине, изменений не происходит (поэтому эти связи называют нейтральными или статическими); функциональные, характеризующиеся тем, что действие и противодействие не совпадают, и элемент начинает реализовывать в системе некоторую функцию.

В свою очередь функциональные можно представить как связи:

- порождения, или причинно-следственные связи;

- преобразования — реализуются путем непосредственного взаимодействия двух объектов с переходом их в новое состояние;

- строения, или структурные, — обеспечивают строение системы;

- функциональные (в узком смысле слова) — обеспечивают функционирование системы;

- развития — смена состояний отличается качественными изменениями;

- управления — обеспечивают процесс управления системой

Кроме того, под функциональный подход подпадают прямые и обратные связи, каждая из которых выполняет свое назначение. Обратная связь информирует вход системы о состоянии ее выхода, а прямая — связывает один элемент с другим. Обратным связям принадлежит исключительно важная роль в управлении, поскольку они несут для субъекта управления необходимую ему информацию об объекте управления.

При логическом подходе связи делятся в соответствии с основными типами детерминации: причинно-следственные — одно явление порождает другое. Причинная связь выступает как необходимая связь между явлениями А и В, где А — причина, а В — следствие (при этом под причиной чаще всего понимается совокупность необходимых и достаточных условий осуществления события); корреляционные — изменение одного явления приводит к изменению другого, а это другое меняет, приводит к изменению первого; состояний — из одного состояния системы вытекает другое, а отношение порождения отсутствует.

При содержательном подходе связи подразделяются на:

энергетические — процессы передачи энергии между элементами системы;

материально-вещественные — характеризуются материально-вещественными преобразованиями;

информационные — представляют собой информационные потоки.

Следует отметить, что реально все связи являются смешанными, так как, например, нельзя передать вещество, не передавая энергию или информацию. Выделение связи по данному признаку означает, что для рассматриваемой связи соответствующий вид обмена является преобладающим.

В рамках данной публикации более подробно рассмотрим структурные и причинно – следственные связи.

Структурная связь – это некая часть пространства между элементами, заполненная энергией, массой или информацией, причем энергия, масса или информация, заполняющая связь, не может перемещаться или видоизменяться независимо от элементов. Структурные связи бывают статическими (энергия, масса или информация, заполняющая связь, не перемещается от одного элемента к другому) и динамическими (от одного элемента к другому идет поток энергии, массы или информации). Статическая связь может переходить в динамическую и наоборот. Установить факт наличия статической связи можно лишь в случае превращения ее в динамическую при пропускании через нее потока энергии, массы или информации. Кроме того, образование – разрушение связи всегда сопровождается выделением или поглощением энергии. С точки зрения функционирования системы, связь преобразует выход одного элемента во вход другого. Основное ее отличие от элемента заключается в том, что это преобразование тривиально. То есть, если элемент существенно изменяет поток, то связь его существенно не изменяет. Однако, в зависимости от условий конкретной задачи один и тот же объект можно представлять как элемент, а можно – как связь.

Первым шагом на пути формирования системы является создание статических связей. Заполнение связей потоками энергии, массы или информации приводит к их динамизации и началу функционирования системы. Для возникновения статической связи необходимы два условия:

- должны быть совместимы выходы одного элемента со входами второго;

- элементы должны располагаться определенным образом один относительно другого.

Для перевода статической связи в динамическую также необходимо соблюдение двух условий:

- необходимо иметь что – то, что может превратиться в поток и перемещаться по связи;

- необходима разность потенциалов на концах связи, чтобы получить требуемую движущую силу для перемещаемого по связи потока.

Как правило, в любой системе есть те или иные потенциальные связи, не задействованные в ее функционировании. Перевод их в динамические связи может очень сильно изменить свойства системы, вплоть до уничтожения интегративного свойства или возникновения нового.

Причинно – следственная связь – это поток процессов, упорядоченных во времени. В отличие от структурной причинно – следственная связь может быть преобразована из статической в динамическую только при появлении причины. Фактически, функция элементов есть одно из отображений причинно – следственной связи: если на входе в элемент появилось нечто, то на выходе появится другое нечто.

Любая система имеет пространственную структуру (сетку структурных связей), и временну́ю структуру (сетку причинно – следственных связей), они взаимно дополняют друг друга.

Рассмотренные понятия статических и динамических связей позволяют перейти к рассмотрению состояний системы. Известно состояние покоя и состояние движения системы. С философской точки зрения движение – форма существования материи, без движения материя не существует. Соответственно, любая система всегда находится в движении, но масштаб этого движения может быть разным. В общем случае движение системы не является ее перемещением в пространстве, оно заключено в самой природе материи. Принято выделять внутреннее и внешнее движение. Система обладает внутренним движением, если при каком – либо внешнем изменении происходит соответствующее изменение состояния или функциональных особенностей внутреннего элемента, или наоборот, если благодаря «инициативе» внутреннего элемента изменения происходят во внешнем, то есть, если он выступает в качестве источника относительно этого внешнего и оно в свою очередь не противодействует такой его роли.

В поведении внутреннего элемента при наличии внешних воздействий можно выделить следующие состояния:

- элемент сохраняет свои исходные свойства, его связи нейтральны и изменения интегральных величин векторов действия и противодействия незначительны, внутреннее движение отсутствует, внутренняя подсистема не воспринимает внешние воздействия. Следовательно, существует некоторый диапазон воздействий, не способных вызвать активное внутреннее движение, не воспринимаемых данной внутренней подсистемой. В рамках этого состояния покой можно рассматривать как частный случай движения при бесконечном уменьшении понуждающих воздействий внешнего;

- под действием внешнего воздействия во внутренней подсистеме движение вызывается значимым изменением нейтральности связей внутреннего элемента или проявлением его рефлексивных свойств;

- под действием внешнего воздействия внутренний элемент изменяет количество и направление своих связей. Это ведет к изменению состояния и функциональных особенностей внутренней подсистемы, она перестает быть сама собой. Условия существования внутреннего элемента также изменяются вплоть до того, что он может приобрести внешнюю связь и перестать быть внутренним по сути. Воздействия, вызывающие указанные изменения, являются разрушающими.

Важным для описания поведения внутреннего элемента является понятие инерционности. Инерционность - это фундаментальное свойство динамических объектов и их элементов, состоящее в противодействии объекта внешним воздействиям, их попыткам изменить его состояние и поведение. То есть, динамический объект, сопротивляясь воздействию, препятствует изменению своей выходной величины, пытаясь сохранить ее значение и только постепенно, со временем откликается на воздействие изменением реакции. Естественно, что объект при этом противодействует источнику воздействия, в большей или меньшей мере влияя на его выходную величину.

Инерционность элементарного динамического объекта, обладающего таким свойством, может быть определена как способность к накоплению и сохранению энергии (материи), получаемой от внешних воздействий, и последующей отдаче энергии (материи).

В случае, когда внутренний элемент выступает в качестве источника воздействия, также выделяются три случая:

- окружение так противодействует внутреннему, что передача внутренних изменений во внешнее невозможна и все внешние связи остаются неизменными;

- внутренние изменения передаются во внешнее без изменения направления и количества внутренних связей, образуя в некотором диапазоне внутренних изменений направленный эффект как способность внутреннего воздействовать на внешний предмет воздействия;

- в условиях «ослабления» внешнего противодействия внутренние изменения приводят к разрушению внутренней подсистемы, к ее саморазрушению.

Таким образом, взаимоотношения внутреннего и внешнего в процессе совместного функционирования есть момент воспроизводства причинно – следственных отношений, взаимоперехода причины и следствия, момент движения.

Анализируя изложенный выше материал, в рамках системно – структурного аспекта можно выделить следующие действия применительно к системе (имея в виду потенциальную способность выполняемого действия разрешить противоречие):

- устранить связи между элементами (СТР1);

- добавить связи между элементами, в том числе связи, содержащие элементы – посредники (СТР2);

- изменить тип связи (по взаимодействию с внешней средой, по физической основе) (СТР3);

- разорвать связь и поместить в разрыв элемент – посредник (СТР4);

- изменить параметры связи (силу, направление и т.д.) (СТР5);

- добавить элементы в систему (СТР6);

- удалить элементы из системы (СТР7);

- оптимизировать размещение элементов в системе, в том числе изменить порядок размещения элементов (СТР8);

- преобразовать структуру системы в однородную, изотропную (СТР9);

- преобразовать структуру системы в неоднородную, анизотропную (СТР10).

К раскрытию содержания системно – функционального аспекта /13,14,17/.

Системно – функциональный аспект направлен на рассмотрение системы с точки зрения ее поведения в среде для достижения целей. Центральным понятием в этом аспекте является функция.

Под функцией системы обычно понимают:

- действие системы, ее реакцию на среду;

- множество состояний выходов системы;

- свойство системы, которое развертывается в динамике;

- процесс достижения цели системой;

-согласованные между элементами действия в аспекте реализации системы как целого;

-траекторию движения системы, которая может описываться математической зависимостью, формулой, связывающей зависимые и независимые переменные системы.

С точки зрения системного подхода функция – это, прежде всего, внешнее проявление свойств системы. Исходя из этого, функцией или поведением системы можно назвать все то, что можно узнать о системе, не касаясь ее внутреннего содержания. Функция системы является проявлением свойств, качеств системы во взаимодействии с другими объектами системного и несистемного порядка, выражением определенной относительно устойчивой реакции системы на изменение ее внутреннего состояния и ее внешней среды, реакция на возмущающие воздействия изнутри и извне, своеобразным специфическим способом поведения системы, средством разрешения постоянного противоречия между системой и средой, ее окружением.

Функции системы как целого определяются функциями, которые выполняют в системе входящие в ее состав компоненты. Выделяют следующие разновидности функций системы:

- по степени воздействия на внешнюю среду и по характеру взаимодействия с другими системами функции бывают: пассивные (в терминологии ТРИЗ – нейтральные), обслуживающие (в терминологии ТРИЗ – вспомогательные), противостояния (в терминологии ТРИЗ – дополнительные), поглощения (в терминологии ТРИЗ – дополнительные), преобразования (в терминологии ТРИЗ – полезные), адаптивные (в терминологии ТРИЗ – дополнительные);

- по составу — простые и сложные;

- по характеру проявления — явные и латентные (внешне не проявляющиеся, скрытые);

- по содержанию — целевые, ролевые, деятельные;

- по характеру временной детерминации — временные, постоянные;

- по характеру действия — непрерывные и дискретные;

- по последствиям для системы — позитивные, нейтральные и дисфункции;

- по траектории реализации — линейные и нелинейные;

- по количеству переменных — с одной переменной и с несколькими переменными.

Функции, обеспечивающие внешние результаты системы, могут быть нескольких видов.

- функции преобразования свойственны для созидательных систем, которые преобразуют окружающую среду, приводят ее в соответствие со своей сущностью. Это характерно в целом ряде случаев для деятельности человека, который упорядочивает природный хаос, хотя одновременно увеличивает энтропийность некоторых природных систем;

- пассивные функции — пассивное существование системы как материала для других систем. Такое существование системы — кратковременный период времени, который чаще всего связан с кризисами системы. Его нельзя считать нефункциональным. Система все равно функциональна, поскольку отдает себя хаосу, окружающим системам;

- функции потребления свойственны для систем, которые получают из окружающей среды вещество, энергию, информацию. Открытая система не может существовать без потребления вещества, энергии и информации из окружающей среды, что обеспечивает ее существование и развитие;

- функции поглощения — выживание, поглощение, экспансия других систем и среды. Эти функции характеризуют систему как очень активное образование, которое не просто находится в состоянии спонтанного взаимодействия со средой, а активно поглощает из окружения системы и их элементы;

- адаптивные функции характерны для широкого спектра адаптивных систем, обладающих способностью приспосабливаться. Они обеспечивают согласование системы с ее окружением, взаимное изменение поведения;

- обслуживающие функции — обслуживание системы более высокого порядка. Это тот случай, когда система занимает определенное место в иерархии, что и предопределяет ее обслуживающую роль верхних уровней иерархии и получение услуг со стороны нижних уровней.

Функция системы — это ее свойство в динамике, приводящее к достижению цели, т.е. в процессе функционирования система меняет состояния. При этом она переходит из одного состояния в другое или сохраняет какое-либо состояние. Состояния изображаются в виде точек пространства состояний. Отсюда функционирование системы представляется в виде некоторой траектории в пространстве состояний. Поскольку достижение цели или целевого состояния может быть обеспечено посредством движения по некоторым траекториям, возникает вопрос о предпочтительной или оптимальной траектории.

Оптимальным называется функционирование системы, при котором она удовлетворяет: во-первых, ограничениям, накладываемым внешней средой; во-вторых, критериям качества самой траектории.

В процессе функционирования системы можно выделить несколько составляющих:

- взаимодействие системы со средой. Первотолчком для функционирования системы может быть воздействие на нее среды или стремление системы достигнуть предпочтительного состояния, что заставляет ее воздействовать на среду. Взаимодействие системы со средой определяет проблемную ситуацию для системы, когда ей надо приспособиться, подчиниться среде либо усиленно ее преобразовывать;

- выработка системой алгоритма, модели взаимодействия со средой. Этот алгоритм представляет собой именно тип взаимодействия;

- преобразование системой окружающей среды и самой себя. Речь идет о том, что любое внешнее функционирование системы достигается посредством ее внутренней перестройки.

В процессе функционирования возникают многообразные проблемы. Собственно само функционирование и представляет собой обнаружение системой проблемных ситуаций и их разрешение. Приводим наиболее сложные проблемы системы:

- реактивность, которая сводится к тому, насколько система способна фиксировать реакции окружающей среды, реакции своих элементов и вырабатывать на них собственные реакции как целого;

- сохранение границ, ибо функционирование системы — процесс нарушения и поддержания границ. Для того чтобы воздействовать на среду, системе нужно преодолеть свои собственные границы, но ей необходимо их удержать при воздействиях окружающей среды. Для систем свойственны текучесть, динамика границ, а нередко и расплывчатость границ, что позволяет ей лучше адаптироваться, достигать своих целей;

- сохранение равновесия, сбалансированности, стабильности системы. Функционирование всегда предполагает использование некоторых ресурсов системы, что может приводить к их расходованию, утрате. Система, выведенная из равновесия действиями окружающей среды, может отдать ей такие большие ресурсы, что утратит баланс с окружением, попадет в состояние разрушения структуры и утраты функций;

- режимы функционирования системы, которые характеризуют ее “вызовы” окружающей среде и воздействия на нее. Процесс функционирования поэтому многовариантен. Возможны такие режимы движения системы: равновесный (система находится в одном и том же состоянии) и периодический (система через равные промежутки времени проходит одни и те же состояния). Если система находится в равновесном или периодическом режиме, то считается, что это установившийся или стационарный режим; переходный — движение системы между двумя периодами времени, в каждом из которых система находилась в стационарном режиме; апериодический — система проходит некоторое множество состояний, однако закономерность их прохождения более сложная; эргодический — система проходит все пространство состояний таким образом, что со временем проходит сколь угодно близко к любому заданному состоянию. Смысл проблемы функционирования в исследовательской деятельности заключается в диагностике режима функционирования системы, а в практике управления в конечном итоге сводится к правильному выбору режима функционирования системы управления;

- сохранение или улучшение динамики системы. Состояние системы представляет собой совокупность значений ее показателей. Все возможные состояния системы образуют ее множество состояний. Если в этом множестве определено понятие близости элементов, то оно называется пространством состояний. Движение (поведение) системы — это процесс перехода системы из одного состояния в другое, из него в третье и т.д. Динамика = динамизм — состояние движения, развития, изменения системы и ее оставляющих под воздействием внешних и внутренних факторов;

- оптимальность функционирования системы, т.е. способность системы выбрать и реализовать наилучшую траекторию из пространства функций. Оптимизация — процесс поиска наилучшей альтернативы, обеспечивающей максимальное или минимальное значение функций системы;

- способ представления функционирования системы, ибо оптимизация системы, эффективное управление ею во многом зависят от того, как мы представляем систему. Конечно, природа системы сама по себе от наших представлений не изменится, а вот модель, которую мы используем на практике, окажется существенной для нее. Если воздух, находящийся в комнате, представить в виде системы молекул, причем каждая будет характеризоваться своими координатами и скоростью, то поведение системы будет эргодично, если же определить его как систему, состоящую из одного элемента — воздуха с показателями давления и температуры, то такая система будет находиться в равновесном режиме. Для большинства практических задач второй способ определения системы предпочтительнее, поскольку получается простая детерминированная система, а в первом случае — сверхсложная вероятностная, которую мы не сможем исследовать, а если бы даже смогли, то нигде бы не использовали полученные результаты.

Анализируя изложенный выше материал, в рамках системно – функционального аспекта можно выделить следующие действия применительно к системе (имея в виду потенциальную способность выполняемого действия разрешить противоречие):

- повысить идеальность системы, оптимизировать ее функционирование (Ф1);

- заменить функцию на альтернативную, противоположную (Ф2);

- изменить порядок выполнения функций (Ф3);

- изменить параметры функции (Ф4);

- выделить и использовать функции составных частей системы (Ф5);

- преобразовать функцию из дискретной в непрерывную (Ф6); инверсия преобразования (Ф7).

Продолжение следует

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.

---