История разработки законов развития технических систем

Данная статья предназначена, прежде всего, тем, кто хочет глубже изучить теорию решения изобретательских задач - ТРИЗ, но может быть так же полезна лицам, интересующимся историей науки и техники. Статья может быть использована при преподавании истории развития ТРИЗ, в частности законов развития технических систем, а так же исследователям истории развития науки и техники и теории решения изобретательских задач.

Содержание

Введение [ править ]

Данная статья написана по материалам, которые автор собрал для разработки законов развития технических систем. Эти исследования автор начал проводить в 1973 году. В дальнейшем материалы периодически пополнялись. Они использовались автором для чтения лекций по законам развития технических систем. Материал находился в виде картотеки и рукописи, и впервые был опубликован в [2], а в сокращенном виде статья была представлена на Международной коняеренции "Три поколения ТРИЗ", международной ассоциации ТРИЗ (МА ТРИЗ) [1] .

Преимущественно материал излагается в историческом порядке. В некоторых частях статьи этот порядок нарушен для лучшего понимания отдельных направлений или для улучшения логики изложения.

Работа не претендует на полноту и глубину охвата всех материалов по законам развития технических систем, так как у автора не хватает информации, чтобы провести глубокие аналитические исследования. Наверняка упущены какие-то работы и авторы. Поэтому мы приносим им свои извинения.

Автор надеется, что эта статья будет самопополняться и саморазвиваться.

Эти материалы могут использоваться в курсах история развития ТРИЗ и законов развития систем. Материалы могут быть полезны и будущим исследователям развития систем.

Автор умышленно не дает оценки работам, упомянутым в данной статье, чтобы каждый читатель мог сделать свои выводы.

Исследования по развитию техники [ править ]

Разработка законов развития технических систем велась уже достаточно давно. Первую, известную автору, работу по законам развития техники написал Георг Гегель в параграфе «Средство» работы «Наука логики» [2] .

«Техника механическая и химическая потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)»

В 1843 году В.Шульц описал прототип закона полноты частей системы. Он писал, что

«можно провести границу между орудием и машиной: заступ, молот, долото и т.д., системы рычагов и винтов, для которых, как бы искусно они ни были сделаны, движущей силой служит человек … все это подходит под понятие орудия; между тем плуг с движущей его силой животных, ветряные мельницы следует причислить к машинам»

Чуть позже некоторые законы развития техники были описаны К. Марксом и Ф. Энгельсом. К. Маркс описал эти законы в разделе «Развитие машин» ,

«… различие между орудием и машиной устанавливают в том, что при орудии движущей силой служит человек, а движущая сила машины – сила природы, отличная от человеческой силы, например животное, вода, ветер и т.д.» «Всякое развитое машинное устройство состоит из трех существенно различных частей:

машины–двигателя, передаточного механизма, наконец, машины-орудия, или рабочей машины. Машина-двигатель действует как движущая сила всего механизма. Она или сама передает свою двигательную силу или как паровая машина, калорическая машина, электромагнитная машина и т.д., или же получает импульс извне, от какой-либо готовой силы природы, как водяное колесо от падающей воды, крыло ветряка от ветра и т.д. Передаточный механизм, состоящий из маховых колес, подвижных валов, шестерен, эксцентриков, стержней, передаточных лент, ремней, промежуточных приспособлений и принадлежностей самого разного рода, регулируют движения, изменяет, если это необходимо, его форму, например, превращает из перпендикулярного в круговое, распределяет его и переносит на рабочие машины. Обе эти части механизма существуют только затем, чтобы сообщить движение машине-орудию, благодаря чему она захватывает предмет труда и целесообразно изменяет его. … Первоначально «машина-орудие» (рабочая машина) представляла в очень измененной форме, все те же аппараты и орудия, которыми работают ремесленник или мануфактурный рабочий, но это уже орудия не человека, а орудия механизма, или механические орудия»

Некоторые дополнительные материалы можно найти в работах Ф. Энгельса по истории развития военной техники и ведения войн. Это работы 1860-1861 гг., в частности: «О нарезной пушке», «История винтовки», «Оборона Британии», «Французская легкая пехота» и др [6] .

Зачатки законов развития техники и ее взаимодействия с человеком и обществом изложены в работах К.Маркса [7] .

Определенным вкладом в понимании техники и ее законов было создание «философии техники»[3]. Этот термин ввел немецкий ученый Эрнест Капп. В 1877 году он выпустил книгу «Основные линии философии техники» [8] . Основное развитие этого течения проходило в начале XX века. В основном, развитием «философии техники» занимались немецкие ученые Ф.Дессауер [9] , М.Эйт [10] , М.Шнейдер [11] и др. В России эту тематику разрабатывал П.К.Энгельмейер[4][5]. В 1911 году он выпустил книгу «Философия техники» [12] . Все эти работы обсуждали теоретические и социальные проблемы техники и технического прогресса.

П.К.Энгельмейер в первом выпуске «Философия техники» дает обзор идей о технике, во втором показывает связь техницизма с философией, а в последние два выпуска посвящены человеческой деятельности и техническому творчеству.

Вопросами истории техники, классификации и определения понятий техники занимались многие ученые в различных странах К.Туссман [13] и И.Мюллер [14] (в Германии), В.И.Свидерский [15] , А.А.Зворыкин [16] , И.Я.Конфедератов [17] , С.В.Шухардин [18] (в России) и др. В 1962 году был выпущен фундаментальный труд по истории техники [19] . Вопросы философии и техники изложены в книге [6].

Понятия и определения [ править ]

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 веществами. Это закон функционирования [20] .

ЗАКОН, необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Понятие закон родственно понятию сущности. Существуют три основные группы законов: специфические, или частные (напр., закон сложения скоростей в механике); общие для больших групп явлений (напр., закон сохранения и превращения энергии, закон естественного отбора); всеобщие, или универсальные, законы. Познание закона составляет задачу науки [21] .

ЗАКОН, объективно существующая необходимая связь между явлениями, внутренняя существенная связь между причиной и следствием [22] .

ЗАКОН, не зависящая ни от чьей воли, объективно наличествующая непреложность, заданность, сложившаяся в процессе существования данного явления, его связей и отношений с окружающим миром [23] .

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ОБЩЕСТВЕННАЯ, объективно существующая, повторяющаяся, существенная связь явлений общества, жизни или этапов исторического процесса, характеризующаяся поступательное развитие истории [24] .

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ОБЩЕСТВЕННАЯ, повторяющаяся, существенная связь явлений общественной жизни или этапов исторического процесса. Закономерность общественная присуща деятельности людей, а не есть нечто внешнее по отношению к ней. Действие закономерности общественной проявляется в виде тенденций, определяющих основную линию развития общества [25] .

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ, обусловленность объективными законами; существование и развитие соответственно законам [26] .

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» «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»

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

Существенная связь.

Необходимость.

Всеобщность.

Повторяющийся характер.

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

Б.С.Украинцев сформулировал общие особенности объективных законов техники [34] :

Целеосуществления – реализация потребностей.

Управляемость техники человеком.

Принцип технологичности.

Эффективное функционирование техники.

Соответствие экономическим возможностям общества.

А.И.Половинкин сформулировал требования, которым должны удовлетворять законы техники [35] :

Формулировка закона техники должна быть по форме лаконичной, простой, изящной, а по содержанию отвечать данным выше определениям закона.
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.
Формулировка закона техники должна не только констатировать: что, где, когда происходит (то есть упорядочивать 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 на 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.
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.
Формулировка закона техники должна учитывать взаимосвязи: «техника – предмет труда», «человек – техника», «техника – природа», «техника – общество».
Формулировка закона техники должна иметь предсказательную функцию, то есть предсказывать новые неизвестные факты, которые могут быть более или менее очевидными, а иногда необычными, парадоксальными.
Формулировка всех законов техники должна иметь четко определенную единую понятийную основу.

Работы по законам развития техники [ править ]

На основе изучения истории техники К.Маркс сформулировал некоторые законы развития техники [36] :

Закон возникновения и возрастания потребностей.
Закон ускоренного развития средств производства.
Закон непрерывного развития новых видов промышленности.

Различные ученые описывали требования к разработке техники и технических наук. Делались попытки классификации законов и закономерностей техники. К ним относятся работы Дж. Бернала [37] , Д.Киллефера [38] , Я.Клаучо и Е.Дуды, Л.Тондла [39] , И.Мюллера, Д.Тейхмана [40] , К.Тессмана [41] , Л.Штирибинга [42] , Б.М.Кедрова [43] , О.Д.Симоненко [44] , В.М. Розина [45] .

Рассмотрим более детально некоторые из них.

Философ В.П.Рожин выделял два вида законов развития любых систем [46] :

Законы структуры и функционирования систем.
Законы развития систем.

А.С.Мамзин и В.П.Рожин отмечали:

«Различие законов функционирования и законов развития объектов материальной действительности связано с тем, что в первом случае мы имеем дело с такого рода законами, которые характеризуют внутреннюю связь элементов системы и выступают как важное условие сохранения целостности и ненарушимости материальной структуры объекта в процессе непрерывных изменений. Во втором случае мы имеем дело с законами, характеризующими определенную последовательность, ритм, темп и т.п. в переработке самих материальных структур, связь между различными состояниями системных объектов»

Такие образом, можно сказать, что первая группа законов нужна для построения системы и ее системного функционирования, а вторая – определяет, как будет развиваться система. На наш взгляд, это наиболее правильное представление.

Рассмотрим и другие классификации.

В работе Я.Клаучо и Е.Дуды «Феномен техники» выделены четыре группы законов: классификационные, отношения, причинные и диалектические [48] . Они рассматривают технику как единую систему.

И.Мюллер выделяет три группы законов [49] :

Структуры и развития техники, как определенного целого.
Структуры развивающих процессов, составляющих основу инженерной деятельности (конструкторской, технологической и т.д.).
Специфические законы (отличающихся от группы 1), образующих основу технических систем.

М.Корах [50] сформулировал, по его мнению, четыре фундаментальных закона:

Закон стоимостной переменной.
Закон большого числа переменных.
Закон шкального эффекта.
Закон автоматизации.

Наиболее детально характеристику технического объекта дал В.В.Чешев [51] . Он пишет

«…технический объект предстает в виде определенной совокупности элементов, в виде определенной вещественной структуры. …он представляет собой особую «целесообразную форму» проявления некоторого закона природы и должен описываться со стороны технических свойств, проявляемых им при практическом использовании в производственной (или какой-либо другой) сфере деятельности, а также должен быть описан со стороны своего внутреннего содержания как процесс, определяемый законом природы. Описывая техническое устройство совокупностью технических и естественных свойств, мы получаем обобщенное представление о техническом объекте».

В.В.Чешев выделяет две основные группы понятий:

отражающие структуру технического объекта,
описывающие функционирование технического объекта в качестве средства целесообразной деятельности.

В первой группе выделены понятия. Наиболее общим среди них «принцип действия». К которому В.В.Чешев относит:

«Обобщенная характеристика формы проявления закона природы, так как указываются основные факторы, обусловливающие протекание процесса. В «принципе действия» содержится указания на закон природы, определяющий ход процесса и его особенности… «Принцип действия» обобщенно характеризует структуру технического объекта, так как если указаны основные факторы процесса, их роль, то тем самым дается указание на основные структурные единицы объекта, к которым в дальнейшем можно поставить конкретные требования».

Имеются работы, описывающие отдельные принципы построения техники, например,

системность[52] частично описана В.И.Свидерским. Он пишет

принцип агрегатирования и унификации описали Х.Габель и С.А.Майоров. Х.Габель [54] описывает принцип агрегатирования и унификации применительно к станкам и автоматическим линиям. Станки собираются из унифицированных блоков, а линии из агрегатных станков. С.А.Майоров рассматривает этот принцип применительно к цифровым управляющим машинам (сегодня более привычен термин компьютер). Он пишет:

закон растущей дифференциации техники предложен немецким ученым О.Киенцле [56] .

Систематизацией техники достаточно много занимались немецкие ученые. В 30-х годах этим занимался В.Бишоф. Затем эти работы продолжил Ф.Ханзен. Он назвал их «систематика конструирования». Он выявил закономерности, связанные со структурно-функциональным представлением техники [57] .

Ю.С. Мелещенко глубоко и обстоятельно исследовал развитие техники, технических и естественных наук. В своей работе он дал глубокий анализ: концепций, понятий, определений и классификации техники; системы связи техники с другими общественными явлениями; развития техники, и научно-технических революций. Это наиболее фундаментальный труд того времени по закономерностям развития техники [58] .

В результате этого анализа Ю.С.Мелещенко вывел некоторые закономерности развития техники. Так же как и В.В.Чешев он выделил две основные и наиболее крупные группы законов и закономерностей:

Законы структуры и функционирования техники
Законы развития техники.

Кроме того, Ю.С.Мелещенко выделяет две крупные групп закономерностей развития техники [59] :

Внутренние закономерности развития техники (система самой техники)
Внешние закономерности развития техники. Закономерности развития техники, складывающиеся в результате ее взаимодействия с другими общественными явлениями (система общества в целом).

Изложение закономерностей развития техники, разработанных Ю.С.Мелещенко дается в кратком, несколько упрощенном, но более структурированном, иерархическом и более наглядном, по мнению автора статьи, виде. Формулировки законов оставлены в оригинальном виде. Выделение текста сделано автором статьи.

Внутренние закономерности имеют две подгруппы:

а) закономерности, характеризующие сдвиги в субстанциональной стороне техники;

б) закономерности, связанные с изменением ее элементов, структуры и функций.

Рассмотрим подробнее структуру закономерностей развития техники по Ю.С.Мелещенко.

1. Внутренние закономерности развития техники (система самой техники)

1.1. Закономерности, характеризующие сдвиги в субстанциональной стороне техники [60] ;

1.1.1. Изменения в применении материалов

1.1.1.1. Расширение ассортимента природных материалов, применяемых в технике [61] .

1.1.1.2. Вовлечение материалов природы в сферу технического использования [62]

1.1.1.3. «Поиск и создание новых материалов сочетается с постоянным совершенствованием имеющихся материалов, выявлением и использованием их новых свойств. Этот процесс, имеющий закономерный характер, пронизывает всю историю техники» [63] .

1.1.1.4. Растущая целенаправленность в применении материалов, из которых создана техника [64] .

1.1.1.4.1. Подбор материалов, которые по своим свойствам наиболее соответствуют структуре и свойствам технических устройства.

1.1.1.4.2. Рациональное использование материалов в количественном отношении. Изменение показателей (обычно в сторону уменьшения) по мере совершенствования техники. Например, уменьшение удельного веса, коэффициента компоновки, показателя относительного веса конструкции и др.

1.1.2. Закономерности, связанные с изменениями в использовании процессов природы. Большую часть этой группы образуют закономерности, которые выражают сдвиги в энергетических и других процессах, используемых в технике [65] .

1.1.2.1. Последовательное овладение все более сложными формами движения материи, их техническое использование, расширение спектра процессов, применяемых в технике (использование физических, химических и биологических процессов) [66] .

1.1.2.2. Использование все более глубоких и мощных источников энергии. От использования мускульной энергии человека и животных, к использованию энергии движения воды и воздуха, тепловой энергии (паровой двигатель, двигатель внутреннего сгорания), электроэнергии, атомной энергии [67] .

1.1.2.3. Растущая интенсивность применяемых процессов. Например, давления, температуры, скорости, напряжения, скорости и интенсивности применяемых процессов, увеличение скорости и количества принимаемой и перерабатываемой информации и т.д [68] .

1.1.2.4. Постоянное возрастание степени целенаправленности используемых энергетических и других процессов.

«Смысл и назначение техники и состоит в том, чтобы не просто осуществить какой-то процесс, а максимально направить его в нужную сторону, сделать его наиболее полезным и рациональным»

1.1.2.4.1. Усовершенствование выбранного принципа действия

1.1.2.4.2. Переход к принципиально новой технике.

1.2. Закономерности, связанные с изменением ее элементов, структуры и функций.

1.2.1. Процесс дифференциации и специализации технических систем, их элементов.

«Объективные предпосылки к этому коренятся в росте и развитии общественных потребностей, которые вызывают к жизни все новые и новые формы деятельности, а вместе с ними и соответствующие средства труда. Эти процессы обусловлены также внутренней логикой развития техники»

1.2.1.1. Функциональная специализация. Средства труда или сложные технические системы предназначены для обслуживания определенной функции или достаточно общей операции.

1.2.1.2. Предметная специализация. Технические устройства или их элементы предназначаются для выполнения узкой операции, имеют ограниченную и жестко закрепленную программу действий.

Интересно отметить так же, что понимает Ю.С.Мелещенко под дифференциацией и специализацией. Он пишет:

«Характерно также усиление дифференциации и специализации элементов технических устройств и систем. Примером тому служит классическая система машин трехзвенного состава, включающая в себя рабочую машину, передаточных механизм и двигатель. На ступени автоматизации она дополняется таким специализированным элементом, как управляющее устройство»

1.2.2. Процесс усложнения и интеграции техники.

1.2.3. Движение к автоматизации.

«Можно выделить три основных этапа исторически развивающегося взаимодействия, людей и техники в процессе трудовой, целесообразной деятельности: 1) этап использования орудий техники; 2) этап машинной техники; 3) этап автоматизации» «Таким образом, закономерным для развития машинной техники является последовательное и все более полное замещение человека в выполнении материальных функций» . «Автоматизация проходит рад ступеней в своем развитии. Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию»

«Мы рассмотрели некоторые внутренние закономерности развития техники. Исследование их существенно не только для изображения общей картины исторического прогресса движения техники, оно дает определенные ориентиры для будущего, для прогнозирования технического прогресса»

2. Внешние закономерности развития техники. Эти законы достаточно туманно изложены.

Излагаю своими словами.

Первоначально излагается закон возрастания потребностей. Затем идет сравнение капиталистического и социалистического способа ведения хозяйства.

Следует обратить внимание на сформулированные Ю.С.Мелещенко группы критериев технического прогресса [74] .

Группы критериев технического прогресса

Критерии субстанционального порядка. Любая техника создается из материалов и основывается на использовании необходимых процессов.

Критерии структурного порядка.
📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎