конструкторских и технологических решений на уровне изобретений, применения для перечисленных выше целей приобретенных знаний.
И вопрос этот актуален не только для нашего высшего образования. Приведем в связи с этим мнение американского специалиста в области методологии инженерного проектирования Дж. Диксона:
«Решение технических задач является высокоинтеллектуальным занятием, требующим применения знаний, а это заслуживает такого же внимания, как и приобретение знаний. Чтобы применять знания, нужно активно владеть ими и, кроме того, иметь определенную цель. При чтении курсов я все больше убеждался, что мои студенты знают больше того, что они понимают или могут использовать на практике».
Подчеркнем здесь слова о необходимости активного владения знаниями, что как раз и предполагает их использование при решении новых инженерных задач.
Сделав краткий экскурс в историю поиска эффективных подходов к решению изобретательских задач, в данном курсе мы сосредоточим свое внимание на изучении Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).
1.3 Инженерное творчество: системный подход
Что такое «техническая система»?
Термины, вынесенные в заголовок, очень часто встречаются в научной и технической литературе последних десятилетий. Это связано с тем, что в наше время в практике проектирования на передний план выступила необходимость решения не одиночных, а комплексных проблем, создания и совершенствования гораздо более сложных, чем это было ранее, технических объектов. Современный специалист весьма часто сталкивается с ситуациями, в которых приходится, с одной стороны, учитывать тенденции технического прогресса отрасли, но и, с другой стороны, — устранять негативные последствия использования устаревших конструкций, устройств и целых технологий. Системный подход — это попытка найти некоторые специфические методы, способные помочь решению всё усложняющегося комплекса проблем, с которыми инженеру приходится сталкиваться на этом пути.
Системные исследования в последние годы получили широкое развитие в самых различных сферах человеческой деятельности. Существуют многочисленные попытки сформулировать, что такое системный подход, системотехника, общая теория систем, дать этим терминам четкое определение. Разные авторы, однако, используя эти понятия при анализе интересующего их круга проблем, вкладывают в них неодинаковый смысл, и поэтому в настоящее время общепринятой трактовки данных терминов не существует. В то же время, понятие «система» носит ключевой характер в ТРИЗ, и именно поэтому (не претендуя на обобщающий характер наших высказываний) мы ниже изложим свою точку зрения на то, что такое системный подход в случае инженерной творческой деятельности. Как методология преобразования систем она включает в себя следующие структурные объекты (приводимый ниже перечень, естественно, не претендует на исчерпывающую полноту):
Понятийный аппарат: — совокупность присущих данному подходу определений и понятий, таких как система, структура, функция, системное качество, противоречие, модель системы.
•Язык описания систем и их взаимодействий (вепольный анализ).
•Законы строения и развития систем (ЗРТС).
•Приемы выявления и анализа новых потребностей.
Приемы анализа функционирования систем.
Приемы (операторы) преобразования систем, методы и алгоритмы их применения.
Приемы синтеза преобразованной системы.
Ряд положений этого перечня будут достаточно подробно рассмотрены на последующих занятиях; в этой вводной лекции мы дадим лишь ряд понятий, необходимых в дальнейшем.
Прежде всего, надо понимать, что каждое научное понятие, в том числе и понятие «система», — это некоторая полезная абстракция, вводимая для выделения различных объектов из окружающего мира для удобства его изучения.
Система — это некоторая совокупность взаимосвязанных элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов.
Можно различать как естественные, так и искусственные, создаваемые людьми системы (например, технические, социальные).
Под технической системой (а именно с техническими системами мы в этом курсе будем иметь преимущественно дело) будем понимать такую совокупность элементов, которая позволяет ей выполнять некоторую полезную для людей функцию.
Элемент системы — относительно целая ее часть, обладающая некоторыми свойствами, не исчезающими при отделении от системы. Однако в системе свойства отдельных элементов не просто суммируются. Чаще всего часть свойств каждого элемента при вхождении его в систему гасится, нейтрализуется, теряет свою индивидуальность. Но зато каждая система в целом обладает каким-то особым качеством, которое не является результатом простого суммирования свойств составляющих ее элементов. В этой связи говорят, что система обладает особым системным качеством (системным свойством) .
При этом можно выделить два типа проявления системных свойств:
•непропорционально большое изменение свойств, которые имеются у отдельных объектов, составляющих систему; например, биметаллическая пластина значительно сильнее изменяет свою форму при изменении температуры, чем каждая из составляющих ее пластинок в отдельности;
•появление нового свойства, которым не обладает ни один из составляющих ее объектов; автомобиль, состоящий как минимум из двигателя, передачи, движителя, системы управления, обладает свойством перемещать людей и грузы по поверхности земли, что не способны сделать перечисленные выше его составляющие по одиночке.
Отдельные элементы системы являются подсистемами по отношению к рассматриваемой системе, то есть они также могут состоять из элементов, непосредственно взаимодействующих друг с другом, и т. д. В свою очередь, каждая система может рассматриваться как подсистема (элемент) другой системы более высокого порядка — надсистемы.
Таким образом, сама система, её подсистемы и надсистема, в которую она входит, образуют иерархию, формируя непрерывный ряд все более и более усложняющихся элементов. Наряду с подобным иерархическим рядом существуют (иногда взаимодействуя с ним непосредственно, а иногда и имея к нему лишь отдалённое отношение) другие ряды систем; весь окружающий нас мир и является, по сути, совокупностью этих рядов.
Рассмотренный в качестве примера автомобиль, — это подсистема по отношению к надсистеме «автомобильный транспорт», которая, в свою очередь, является подсистемой ещё более высокоорганизованных систем, объединяющих разные виды перевозок, экономику региона, страны и т. д. В то же время экономика не замыкается на проблемы, связанные с совершенствованием автомобильных перевозок, в ней параллельно функционируют и другие иерархии систем, иногда вплотную связанные с автотранспортом, а иногда зависящие от него в минимальной степени.
Надо иметь в виду, что выделение конкретной совокупности объектов в систему или под(над)систему зависит только от характера той задачи, которую ставит перед собой решающий ее специалист.
Функция системы — это способность системы воздействовать на другую систему, изменяя ее состояние, характеризующееся, в свою очередь, некоторым набором параметров. Носитель функции — конкретная система. Функция системы определяется ее назначением. Цель функционирования задается при создании технической системы и определяет ее выходное состояние, выходные параметры. Не все функции системы равноценны: среди них есть основные, ради выполнения которых система создаётся, и
