Владимир Петров
Законы и закономерности развития систем. ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное

© Владимир Петров, 2024

ISBN 978-5-0056-7591-0

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Книга «Законы и закономерности развития систем» уникальна, так как является самым полным описанием законов и закономерностей развития систем. Она состоит из четырех томов и представляет собой усовершенствование книг «Законы развития систем»¹ и «Законы и закономерности развития систем². За это время автор изменил некоторые свои взгляды на законы и закономерности. Кроме того, автор сделал книгу более удобной для чтения, разделив ее на 4 отдельных тома.

Первый том – это введение в эту книгу. Он описывает основные понятия и определения, структуру законов и закономерностей развития систем, каждый закон и закономерность, предназначение законов и закономерностей и методику прогнозирования развития систем.

Этот том как бы взгляд с птичьего полета на всю систему этих законов и закономерностей. В этом томе вы познакомитесь не только с общей структурой законов и закономерностей, но и с каждым из них. Однако в этом томе не будут приведены примеры. Они будут приведены в последующих томах. В этом томе примеры приводятся только на понятия и определения, которые даются в первой главе. Том 1 – это своего рода реферат книги.

Второй том описывает всеобщие законы развития систем (законы диалектики, закономерность S-образного развития), а также закономерности развития потребностей и изменения функций.

Третий том посвящен законам и закономерностям построения и эволюции систем.

Четвертый том описывает прогнозирование развития систем. Кроме того, имеются приложения: тенденция изменения полей, анализ системы по закономерностям, анализ системы «Детский радар», анализ дуговой сварки.

Нумерация глав в книге сквозная по всех томах.

Книга предназначена для широкого круга читателей, интересующихся или занимающихся инновациями. В первую очередь она предназначена научным работникам, инженерам и изобретателям, решающим творческие задачи. Она может быть полезна преподавателям университетов, аспирантам и студентам, изучающим теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ), инженерное творчество, системный подход и инновационный процесс, а также руководителям предприятий и бизнесменам.

Особый интерес книга может представлять для патентных поверенных.

ОГЛАВЛЕНИЕ ТОМА 1

Предисловие

Благодарности

Том 1. Введение

Введение

Гава 1. Понятия и определения

1.1. Закон

1.2. Система

1.2.1. Общие понятия

1.2.2. Дополнительные понятия

1.2.3. Иерархия систем

1.2.4. Искусственные системы

1.3. Потребность

1.4. Принцип действия

1.5. Функция

1.5.1. Определение

1.5.2. Классификация функций

1.5.3. Иерархия функций

1.6. Процесс

1.7. Структура

1.7.1. Связи

1.7.2. Элементы

1.8. Поток

1.8.1. Классификация потоков

1.8.2. Оценка потоков

1.9. Системный подход

1.9.1. Системное мышление

1.9.2. Анализ и синтез систем

1.9.3. Анализ выявления недостатков

1.10. Системность

1.10.1. Общее представление

1.10.2. Предназначение системы

1.10.3. Жизнеспособность

1.10.4. Отрицательно не влиять на окружение

1.10.5. Учет закономерностей развития

Глава 2. Структура законов и закономерностей развития систем

2.1. Общая структура законов и закономерностей развития систем

2.2. Структура закономерностей развития систем

Глава 3. Всеобщие законы и закономерности развития систем

3.1. Законы диалектики

3.1.1. Структура законов диалектики

3.1.2. Закон перехода количественных изменений

3.1.3. Закон единства и борьбы противоположностей

3.1.4. Закон отрицания отрицания

3.2. Закономерность S-образного развития

3.2.1. Общие понятия

3.2.2. Огибающие кривые

Глава 4. Законы построения систем

4.1. Структура законов построения систем

4.2. Закон соответствия

4.3. Закон полноты и избыточности

4.3.1. Общая информация

4.3.2. Закономерность полноты

4.2.3. Закономерность избыточности

4.4. Закон проводимости потоков

4.4.1. Общее представление

4.4.2. Потоки

4.5. Закон минимального согласования системы

4.5.1. Общее представление

4.5.2. Функциональное согласование

4.5.3. Структурное согласование

4.5.4. Функционально-структурное согласование

4.5.5. Параметрическое согласование

4.6. Построение новой системы

4.6.1. Общий подход

4.6.2. Последовательность построения новой системы

4.6.3. Анализ существующих систем

4.6.4. Определение потребности, функции и принципа действия

Глава 5. Закономерности эволюции систем

5.1. Структура закономерностей эволюции систем

5.2. Закономерность изменения степени идеализации системы

5.2.1. Общие представления

5.2.2. Общие понятия закономерности увеличения степени идеальности

5.2.3. Виды степеней идеализации системы

5.2.4. Показатель степени идеальности

5.2.5. Общие способы идеализации

5.2.6. Идеальное вещество

5.3.5. Тенденция изменения управляемости энергией и информацией

5.2.7. Идеальная форма

5.2.8. Идеальный процесс

5.2.9. Закономерность уменьшения степени идеальности (анти-идеальность)

5.2.10. Резюме: направления и пути идеализации

5.3. Закономерность изменения степени управляемости и динамичности системы

5.3.1. Общие понятия

5.3.2. Закономерность увеличения степени управляемости

5.3.3. Закономерность увеличения степени вепольности

5.3.4. Закономерность изменения управляемости веществом, энергией и информацией

5.3.5. Тенденция изменения управляемости веществом

5.3.6. Уменьшение степени управляемости

5.3.7. Закономерность увеличения степени динамичности

5.3.8. Тенденция уменьшения динамичности

5.4. Закономерность согласования – рассогласования

5.4.1. Общие представления

5.4.2. Структура закономерности согласования—рассогласования

5.5. Закономерность перехода в надсистему или подсистему

5.5.1. Общие представления

5.5.2. Закономерность перехода системы в надсистему

5.5.3. Закономерность перехода системы в подсистему

5.5.4. Общая схема закономерности перехода системы в над- или подсистему

5.6. Закономерность перехода на микроуровень и на макроуровень

5.6.1. Переход на микроуровень

5.6.2. Переход на макроуровень

5.7. Закономерность свертывания – развертывания систем

5.7.1. Общие представления

5.7.2. Формулировка закономерности

5.7.3. Закономерность свертывания

5.7.4. Закономерность развертывания

5.8. Закономерность несбалансированного – сбалансированного развития систем

5.9. Закономерности использования пространства

5.9.1. Общее представление

5.9.2. Основная последовательность

5.9.2. Противоположная последовательность

5.10. Использование системы тренд – анти-тренд

5.11. Общая схема законов и закономерностей развития

5.11.1. Полная схема законов и закономерностей развития систем

5.11.2. Полная схема закономерностей развития систем

Глава 6. Предназначение законов и закономерностей развития систем

6.1. Виды предназначений

6.2. Выявление задачи

6.3. Анализ уровня развития системы

6.4. Анализ полученного решения

6.5. Определение тенденций развития системы

6.6. Развитие эволюционного мышления

Глава 7. Прогнозирование развития систем

7.1. Общие представления

7.2. Анализ системы

7.2.1. Последовательность проведения анализа

7.2.2. Анализ недостатков систем

7.2.3. Бенчмаркинг

7.2.4. Выявление тенденций развития

7.2.5. Анализ уровня развития системы

7.2.6. Анализ по S-кривой

7.2.7. Анализ по закономерностям развития систем

7.3. Экспресс-прогноз

7.4. Углубленный прогноз

7.4.1. Последовательность проведение углубленного прогноза

7.4.2. Технология работы с информацией

Глава 8. Закономерности развития потребностей и функций

8.1. Закономерности развития потребностей

8.1.1. Общие понятия

8.1.2. Структура закономерностей развития потребностей

8.1.3. Закономерность идеализации потребностей

8.1.3. Закономерность динамизации потребностей

8.1.4. Закономерность согласования потребностей

8.1.5. Закономерность объединения потребностей

8.1.6. Закономерность специализации потребностей

8.1.7. Разработка новых потребностей

8.1.8. Выводы

8.2. Закономерности изменения функций

8.2.1. Структура закономерностей изменения функций

8.2.2. Закономерность идеализации функций

8.2.3. Закономерность динамизации функций

8.2.4. Закономерность согласования функций

8.2.5. Закономерность перехода к моно- или полифункциональности

Глава 9. Вклад автора

Заключение по тому 1

Том 1. Введение

Книга «Законы и закономерности развития систем» состоит из четырех томов. В связи с этим она более удобна для чтения.

Том 1 – введение в книгу. Он описывает основные понятия и определения, структуру законов и закономерностей развития систем, каждый закон и закономерность, предназначение законов и закономерностей и методику прогнозирования развития систем.

Этот том как бы взгляд с птичьего полета на всю систему этих законов и закономерностей. В этом томе вы сможете познакомиться не только с общей структурой законов и закономерностей, но и с каждым из них. Однако в этом томе не будут приведены примеры. Они будут приведены в последующих томах. В этом томе примеры приводятся только на понятия и определения, которые даются в первой главе. Это своего рода реферат книги.

Том будет полезны не только для первого знакомства, но и для последующей работы, как справочник.

Все описанные законы и закономерности взаимосвязаны и очень важны как для развития мышления, так и для развития систем.

Предисловие

Технические системы развиваются закономерно. Закономерности эти познаваемы, их можно использовать для сознательного совершенствования старых и создания новых технических систем, превратив процесс решения изобретательских задач в точную науку развития технических систем. Здесь и проходит граница между методами активизации перебора вариантов и современной теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ)³.

Надо знать и использовать законы развития технических систем⁴.

Г. С. Альтшуллер

Законы развития технических систем представляют собой фундамент теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Первую систему законов развития технических систем предложил автор ТРИЗ Г. С. Альтшуллер. В дальнейшем эту систему законов совершенствовали не только Альтшуллер, но и его коллеги. История законов развития технических систем описана в книге «История развития законов: ТРИЗ»⁵.

Данная книга – это усовершенствование книги «Законы развития систем»⁶. Книга получала достаточно широкое распространение, из-за ее уникальности. Это единственное самое полное изложение законов и закономерностей развития систем. С такой подробностью законы еще не были изложены ни в одной книге.

Однако за время выхода этой книги автор изменил некоторые свои взгляды на законы и закономерности. Кроме того, автор сделал новую книгу более удобной для чтения, разделив ее на отдельные книги.

В целом законы и закономерности используются для:

– поиска инновационных решений;

– развития сильного (изобретательского, талантливого) мышления⁷;

– прогнозирования развития систем.

Том 1 является введением в книгу. Он описывает основные понятия и определения, структуру законов и закономерностей развития систем, каждый закон и закономерность, предназначение законов и закономерностей и методику прогнозирования развития систем.

Этот том как бы взгляд с птичьего полета на всю систему этих законов и закономерностей. По нему вы сможете познакомиться не только с общей структурой законов и закономерностей, но и с каждым из них. Однако в этом томе не будут приведены примеры. Они будут приведены в последующих томах. В этом томе примеры приводятся только на понятия и определения, которые даются в первой главе.

Первый том своего рода реферат всей монографии. Он может быть так же использован как справочное пособие.

В остальных томах будут детально описан каждый из законов и закономерностей, методики и алгоритмы их применения для различных целей. Кроме того, каждый закон и закономерность будут проиллюстрированы многочисленными примерами, задачами и графическим материалом.

Том 2 описывает всеобщие законы развития систем (законы диалектик, закономерность S-образного развития, закономерности развития потребностей и изменения функций.

Том 3 посвящен законам и закономерностям построения и эволюции систем.

Том 4 описывает прогнозирование развития систем. Кроме того, имеются приложения:

1. Замена вида поля (тенденции изменения полей).

2. Анализ системы по закономерностям.

3. Анализа системы «Детский радар» по законам.

4. Анализа дуговой сварки по закономерностям.

Нумерация глав во всех томах будет сквозная.

Книга предназначена научным работникам, инженерам и изобретателям, решающим творческие задачи. Она может быть полезна преподавателям университетов, аспирантам и студентам, изучающим теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ), инженерное творчество, системный подход и инновационный процесс, а также руководителям предприятий и бизнесменам.

Особый интерес книга может представлять для патентных поверенных.

Благодарности

Я премного благодарен моему учителю, коллеге и другу Генриху Альтшуллеру, прежде всего, за то, что он создал основу теории развития технических систем – законы их развития, за то, что имел счастье общаться и обсуждать с ним разные аспекты ТРИЗ и жизни и, в частности, некоторые материалы данной книги.

Очень многим я обязан Эсфирь Злотиной – моей жене и соратнику по ТРИЗ. Долгие годы мы с ней совместно разрабатывали различные материалы по ТРИЗ, в том числе обсуждали первоначальные материалы этой работы.

Хотелось бы выразить искреннюю благодарность своему другу и коллеге Борису Голдовскому (Россия) за ценные советы и замечания, высказанные при составлении книги, которые способствовали изменению моего мнения по некоторым аспектам, описанных в этой книге.

Светлая им память!

Введение

Основа ТРИЗ – законы развития технических систем. Они представляют взаимосвязанную структуру законов, закономерностей и тенденций развития техники.

Прежде чем рассматривать законы развития технических систем, ответим на часто встречающиеся возражения: «Законов развития техники не может быть. Технику развивают люди по своему желанию, это случайный процесс».

Безусловно, технику развивает человек.

Первые «изобретения» делал древний человек, используя природу. Для охоты ему не хватало сил, и он прибегнул к помощи дубины, для обработки шкур он начал применять острый камень и т. п. Так он начал удовлетворять свои первые потребности. Эти «инструменты» ломались или не совсем удовлетворяли его, и он совершенствовал их, а старые больше не использовались… Таким образом, даже в те далекие времена действительность диктовала, какую технику следовало оставить, а какой умереть. В дальнейшем эти условия становились все более жесткими.

Жизнь технической системы зависит от очень многих факторов: среды, в которой она работает, ее эргономических, экологических, экономических и прочих характеристик.

На следующем этапе исправляют недостатки неудачной системы. Кроме того, потребности человека постоянно растут. Для их удовлетворения разрабатываются новые технические системы, которые конкурируют друг с другом.

Выживают только системы с наилучшими характеристиками. Таким образом, осуществляется «естественный отбор» – процесс эволюции технических систем. Этот процесс подобен естественному отбору в природе. Если проанализировать историю развития конкретных систем, можно получить закономерности их развития, а, обобщив закономерности – получить законы. Именно такую работу проделал Генрих Альтшуллер, исследовав тысячи патентов.

Подобный процесс свойственен и для других искусственных систем.

Из трех миров человеческого творчества – науки, техники, искусства – наука первой лишилась ореола личностной исключительности. Она изучает объективные закономерности, и путь ее развития предопределен.

В отличие от исследователей (людей науки), многие люди, развивающие технику (изобретатели), даже не подозревают о существовании каких-либо закономерностей в ее развитии.

Между тем, смысл творчества в науке и технике очень близок: цель науки – добыча знаний о свойствах материи, цель техники – использование этих свойств для удовлетворения потребностей человека и общества.

История появления законов развития технических систем изложена в работе автора⁸.

В данной книге сделана попытка описать законы и закономерности развития многих искусственных систем, а не только техники.

Гава 1. Понятия и определения

1.1. Закон

Приведем некоторые определения.

Закон, необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями. Закон выражает связь между предметами, составными элементами данного предмета, между свойствами вещей, а также между свойствами внутри вещи. Но не всякая связь есть закон. Связь может быть необходимой и случайной. Закон – это необходимая связь. Он выражает существенную связь между сосуществующими в пространстве вещами. Это закон функционирования⁹.

3аконы существуют объективно, независимо от сознания людей.

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ, обусловленность объективными законами; существование и развитие соответственно законам¹⁰.

В. П. Тугаринов дает следующее определение закона: «Закон есть такая взаимосвязь между существенными свойствами или ступенями развития явлений объективного мира, которая имеет всеобщий и необходимый характер и проявляется в относительной устойчивости и повторяемости этой связи»¹¹.

«Понятие «закон» служит для обозначения существенной и необходимой, общей или всеобщей связи между предметами, явлениями, системами их сторонами или другими составляющими в процессе существования и развития. Эти связи и отношения объективны. Законы науки являются их отражением в человеческом сознании.

Понятие «закономерность» отличается от закона по своему содержанию и принятому употреблению. Довольно часто, говоря о закономерности того или иного явления, подчеркивают тем самым только то обстоятельство, что данный процесс или данное явление не случайно, а подчинено действию определенного закона или совокупности законов. Последнее особенно характерно для закономерности, которая по своему содержанию шире закона и обозначает также совокупное действие ряда законов и его итоговый результат.

Различие между законами и закономерностями, не исключающие, а подразумевающие частичное совпадение содержания этих понятий»¹².

История возникновения и формирования понятия закона подробно описана Л. А. Друяновым¹³. Кроме того, он выделяет две черты, присущие закону, а описывает четыре (иерархия этих черт и выделение текста выполнены автором статьи):

1. Существенная связь. «Объективныйзакон… – это существенная связь явлений (или же сторон одного и того же явления). Объективный закон относится не к отдельному объекту, а к совокупности объектов, составляющих определенный класс, вид, множество, определяя характер их „поведения“ (функционирования и развития) … Поскольку… в природе действуют существенные связи (объективные законы), ее поведение не является случайным, хаотичным; она функционирует и развивается закономерным образом и наряду с изменчивостью, ей присущи относительная устойчивость и гармоничность»¹⁴.

2. Необходимость. «…всякий объективный закон (закон природы) носит необходимый характер; закон, закономерная связь всегда является в тоже время необходимой связью, которая, в отличие от случайной связи, при наличии определенных условий неизбежно должна иметь место (произойти, наступить) … Следовательно, существенная закономерная связь (закон) является в то же время и необходимой связью. Другими словами, необходимость – это важнейшая черта закона, закономерности. Всякий закон природы представляет собой, таким образом, выражение необходимого характера существенных связей в объективном мире»¹⁵.

3. Всеобщность. «Другая важнейшая черта всякого объективного закона – его всеобщность. Любой закон природы присущ всем без исключения явлениям или объектам определенного типа или рода… Всеобщность – это, следовательно, вторая важнейшая черта объективных законов, законов природы. Поскольку всякий закон носит необходимый и всеобщий характер, поскольку он осуществляется всегда и везде, когда и где для этого имеются схожие объекты и соответствующие условия, постольку, следовательно, закономерные связи будут устойчивыми, стабильными, повторяющимися… Закон инвариантен относительно явлений»¹⁶.

4. Повторяющийся характер. «Легко видеть, какое значение имеет существование стабильности, повторяемости, порядка в природе для человека, для науки и практической деятельности людей. Если бы в природе ничего не повторялось и происходило всякий раз по-новому, ни человек, ни животные не могли бы приспособиться к окружающим условиям, стала бы невозможна целесообразная деятельность, научное познание, да и сама жизнь… Поскольку повторяемость, упорядоченность… составляют важную характеристику объективных законов, научные поиски закономерных связей в природе начинаются обычно с констатации повторяемости определенной стороны или свойства изучаемых объектов… Следовательно, науку интересуют не любые повторяющиеся связи объектов, а лишь такие, которые носят в то же время существенный характер, т.е. ее интересуют существенные повторяющиеся связи»¹⁷.

«…можем определить объективный закон (закон природы) как существенную связь, которая носит необходимый, всеобщий, повторяющийся (регулярный) характер»¹⁸.

Б. С. Украинцев сформулировал общие особенности объективных законов техники¹⁹:

1. Целеосуществление – реализация потребностей. «Все технические сооружения или устройства, а также их части, создаются целесообразно цели, то есть таким образом, чтобы, функционируя, они выполняли роль средства достижения цели человека. Поэтому все технические законы по своей сущности являются законы целеосуществления».

2. Управляемость техники человеком. «Законы (техники) объединяются принципом сопряжения возможностей техники с возможностями человека или иначе говоря, принципом управляемости техники человеком».

3. Принцип технологичности. «…новая конструкция должна быть такой, чтобы ее можно было изготовить при помощи существующих средств производства и на основе имеющихся навыков производства, как исходных моментов дальнейшего технического прогресса».

4. Эффективное функционирование техники. «Законы техники являются также законами эффективного функционирования технических средств достижения общественных и личных целей… Если общественная ценность трудовых, материальных и энергетических затрат на создание и функционирование техники превосходит общественную ценность результатов ее применения в качестве искусственного материального средства целеосуществления, то данная техники малоэффективна и общество нуждается в другой технике, удовлетворяющей требованиям и принципам эффективности техники».

5. Соответствие экономическим возможностям общества. «Законы техники имеют еще один общий момент, выражаемый принципом соответствия техники экономическим возможностям общества на данной ступени его развития».

А. И. Половинкин сформулировал требования, которым должны удовлетворять законы техники²⁰:

1. Формулировка закона техники должна быть по форме лаконичной, простой, изящной, а по содержанию отвечать данным выше определениям закона.

2. Формулировка закона техники должна быть обобщенной и отражать очень большое число известных и возможных факторов. Иначе говоря, закон должен допускать эмпирическую проверку на существующих или специально полученных факторах, имеющих количественную или качественную форму. При этом формулировка закона должна быть настолько четкой, что два человека, независимо подбирающие и обрабатывающие фактический материал, должны получить одинаковые результаты проверки.

3. Формулировка закона техники должна не только констатировать: «что?, где?, когда?» происходит (то есть упорядочить и сжато описать факты), но еще, по возможности, дать ответ на вопрос «почему?» так происходит. В связи с этим заметим, что в науке немало существовало и существует эмпирических законов, которые не отвечают на вопрос «почему?» или отвечают на него частично. И, по-видимому, почти нет научных законов (в виду локального характера их действия), которые отвечают на вопрос «почему?». На все вопросы обычно отвечает теория, опирающаяся на несколько законов.

4. Формулировка закона техники должна быть автономно независимой, то есть к законам будем относить такие обобщенные высказывания, которые не могут быть логически выведены из других законов техники. Выводимые обобщения будем относить к закономерностям техники.

5. Формулировка закона техники должна учитывать взаимосвязи: «техника – предмет труда», «человек – техника», «техника – природа», «техника – общество».

6. Формулировка закона техники должна иметь предсказательную функцию, то есть предсказывать новые неизвестные факты, которые могут быть более или менее очевидными, а иногда необычными, парадоксальными.

7. Формулировка всех законов техники должна иметь четко определенную единую понятийную основу.