Алгоритмы открытий. Часть 6

Системы: через тернии к совершенству

– Кстати, в «Песенке дядюшки Тыквы» описан один из механизмов исчерпывания ресурсов развития системы – по линии «моно-би-поли-» или – один элемент – два элемента – много элементов. А суть его в том, что с увеличением количества однородных элементов (веществ или систем) начинает проявляться системный эффект. Он заключается в том, что появляется новое свойство, ранее отсутствующее у каждого из элементов в отдельности. Например, для интенсификации процесса перемешивания одновременно вращают две мешалки, но в разные стороны и т.д. Мушкетёры – Атос, Портос, Арамис и дАртаньян – это уже система, обладающая системным эффектом, выраженным в их девизе: «Один за всех, а все за одного».

А вот реальная задача. Нужно было измерить температуру тела долгоносиков, чтобы потом можно было с ними бороться. На эту исследовательскую тему в НИИ выделили 50 000 рублей… Академик Лисицын случайно встретил известного изобретателя в коридоре НИИ и пожаловался на проблему. Изобретатель, не долго думая, посоветовал академику купить обычный медицинский термометр и измерять температуру долгоносиков (размером не более 5 мм). Нужно взять стакан и насыпать туда долгоносиков, – посоветовал изобретатель, – и измерить обычным термометром температуру воздуха, который долгоносики согреют своими телами. Всего-то!

Обратите внимание, здесь системный эффект проявляется и в том, что образуется межобъектная среда, которая несёт информацию о каждом объекте.

А вот другой пример, когда все элементы системы разнородные или имеют противоположные свойства. Например, коробка цветных карандашей даёт возможность использовать всю палитру цветов. Или: карандаш с резинкой – возможность рисовать и стирать карандашные линии.

Впервые некоторые особенности перехода по линии «моно-би-поли» были исследованы А.А.Тимощуком, а затем Г. Альтшуллером на этой основе была сделано обобщение и предложена схема развития систем по линии «моно-би-поли» (см. рис. 1). Эта линия рассматривалась им как проявление механизма закона перехода системы в надсистему (Альтшуллер Г.С. «Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач», 3-е изд., доп. Петрозаводск: Скандинавия, 2003. – с. 240.). Здесь наглядно демонстрируется проявление одного из законов философии – переход количественных изменений в качественные.

От количества к качеству: диалектика развития систем

Может быть эти закономерности касаются только искусственных систем? Однако рассмотрим природные системы, например, процессы формирования пространств-вселенных из первичных материй.

«Слившиеся воедино две формы материй, в первой зоне от центра, образуют метавселенную из одного пространства-вселенной. Три слившиеся формы материй формируют в следующей зоне метавселенную из трёх пространств-вселенных. При слиянии четырёх форм материй, образуется метавселенная из семи пространств-вселенных. Слияние пяти, соответственно, даёт двадцать пять. Слияние шести – шестьдесят шесть.

При слиянии семи – сто девятнадцать, восьми – двести сорок шесть, девяти – четыреста пятьдесят девять пространств-вселенных, формирующих метавселенную, в соответствующей зоне внутреннего колебания мерности данного матричного пространства» (Н. Левашов, «Неоднородная Вселенная», с.78-103). Каждый раз количество переходит в новое качество. Приведём несколько примеров на различные пути обьединения систем по линии «моно-би-поли».

1. Объединение однородных систем или элементов с одинаковыми или разными функциями.

Предлагается принципиально новый способ живописи (авт.свид. № 971685): краску наносят послойно, размещая между слоями прозрачную плёнку. В результате достигается объёмный эффект. Особенность этого пути синтеза системы состоит в том, что вводят промежуточный элемент объединяющий однородные части. Или: этот третий элемент образуется сам – за счёт системного эффекта, как продукт их взаимодействия.

Например, Х. Смит из Пенсильванского университета (США) разработал авиационную релейную систему. Его авиалайнер, выполненный в виде крыла, вмещающего до четырёх тысяч пассажиров, стационарно находится в воздухе. Крыло состоит из нескольких модулей. Каждый модуль – это самолёт, способный совершать независимые полёты. Для доставки пассажиров, грузов, дозаправки топливом используются небольшие самолёты, выполняющие челночные рейсы. Предполагается, что реализация проекта сократит потребности топлива на авиалиниях на 87%, а эксплуатационные расходы – на 35 %.

Однако эта схема известна была ещё нашим предкам. Так, маточный космический корабль межгалактического сообщения – вайтмара – нёс в себе 144 вайтманы – кораблей для межпланетных сообщений (Н.В. Левашов «Россия в кривых зеркалах», т. 1.; Н.Левашов «Сказ о Ясном Соколе. Прошлое и настоящее». Изд. «Митраков», – 2010.).

А вот пример из социологии. В Киевском каганате выбирался военный князь – хан и князь мирской – каган. В мирное время большей полнотой власти обладал мирской князь, а в военное время – князь-хан. Князь-хан выбирался обычно из высшей касты профессиональных воинов – варягов. Захватив власть в Киеве, Оскольд стал называться хаганом, в самом названии соединив две ветви власти: военную – хана и светскую – кагана в одну. В результате слияния этих титулов, ха(на)-(ка)гана или двух ветвей власти в одном лице возник титул ха-гана. (см. Н.Левашов «Последняя ночь Сварога»).

2. Переход по линии «моно-би-поли» объединением разнородных систем или элементов.

Возможны два пути объединения систем.

Первый путь – объединение систем с разными функциями. Объединение осуществляется по тем качествам, свойствам и организации, которые имеются у каждой из совмещаемых систем, т.е. по их совместимости. В результате создаются многофункциональные системы, например, часы с микрокалькулятором и радио, музыкальный центр, трактор «Беларусь» – совмещает дополнительно функции экскаватора, бульдозера и погрузчика.

Второй путь – объединение разнородных систем или функциональных структур с одинаковыми основными функциями, например, физически плотное вещество, которое является одной из форм гибридных материй (разнородные элементы), постоянно находится под действием перепада мерности (своего рода межобъектной среды), возникшего в зоне неоднородности макропространства, как результат взаимодействия пространства и свободных материй, заполняющих данное пространство, вызванным стоячими волнами возмущения мерности макропространства. В результате этого все физически плотные объекты, вынужденно двигаются от края зоны неоднородности макропространства к её центру (проявление системного эффекта в виде гравитации, гравитационного поля планеты или любого другого материального макрообъекта) (Н.В. Левашов, «Неоднородная Вселенная».).

 Ещё пример. Русские солдаты во время Отечественной Войны 1812 г. устанавливали на вертикальную ось обычное колесо от телеги, на котором укрепляли 16 мортир. Затем колесо вращали, поджигая запал. Получился своего рода «пулемёт», т.е. они от системы перешли к полисистеме, получив новое качество.

Но системный эффект может быть значительнее, если объединить разнородные элементы, вплоть до элементов с противоположными функциями. Увеличение степени неоднородности – один из источников интенсивного развития системы, а также проявления физических эффектов (Кондраков И.М. «Морфология термо-, гальвано-, акусто-, и оптикомагнитных эффектов». 2004., с. 47-53.) в природе (см. Н.В. Левашов, «Неоднородная Вселенная»).

3. Объединение элементов или систем с противоположными функциями (свойствами).

В Италии разработан топливный бак, ёмкость которого разделена перегородками, при этом их гофры перпендикулярны друг другу и делят объем на две группы отсеков: в одних хранится топливо, в других – огнегасящее вещество. В случае аварии топливо смешивается с гасящим веществом и воспламенения не происходит. В системе как бы заранее предусматриваются аварийные средства.

Переход от однородных элементов к неоднородным – одна из тенденций вычерпывания ресурсов развития технических систем, отражающая повышение степени универсальности системы. В итоге эта тенденция сменяется противоположной – увеличение специализации систем. Но при объединении систем происходит процесс совмещения их функций в одной системе на более высоком уровне. В частности этот процесс также увеличивает степень неоднородности сложной системы.

По волнам, по долам, сегодня здесь, а завтра там…

Анализ развития технических систем в течение всего цикла их «жизни» показал, что оно происходит в соответствии с закономерностями, отражёнными в трёхмерной волновой модели (рис. 2 и 5), проверенной на огромном патентном (более 15000 изобретений) и научно-техническом фонде. Такое изображение модели эволюции технической системы позволяет отразить не только её системные свойства, иерархические уровни, их взаимовложенность друг в друга, но и волнообразный характер развития. При этом уровни системы с более низкой организацией вложены в уровни системы с более высокой организацией: Поле (П) –> вещество (В) –> подсистема (ПС) –> система (С) –> надсистема (НС) (рис. 2 и 5). С системных позиций развитие системы представляет собой суперпозицию объёмных волн развития её подсистем. Оно также отражает диалектический процесс идеализации и усложнения системы, которые сопровождаются взаимопроникновением периодов её разворачивания (дифференциации её подсистем) и сворачивания (интеграции подсистем с полезными функциями).

Учитывая новые знания (см. Н.В. Левашов, «Неоднородная Вселенная»), следует обратить внимание на причину идентичности законов развития природных и искусственных систем, к которым относятся технические системы. Нижний этаж (см. рис. 2), который на рисунке представлен в виде области (уровня или этажа) полей (П) и есть весь спектр потоков первичных материй, которые с переходом на новый этаж В, т.е. с изменением мерности пространства, синтезируют многообразие веществ (В). А далее человек, используя знания законов природы, создаёт уже искусственные объекты в виде различных подсистем (устройства, механизмы и т.д.), которые с переходом на новый иерархический уровень усложняются и приобретают новые качества за счёт системного эффекта.

Можно сказать, что материя организуется и развивается от первичных материй до Разума в соответствии со своими качествами и качествами пространства без внешнего управления, а искусственные системы создаются при внешнем управлении их развитием со стороны Человека и на основании познанных им качеств и свойств материи. При этом, как было показано в уроках 3, 4 и 5, системы развиваются по одним и тем же законам. Причём, при формировании концепции волновой модели использовался лишь один постулат о наличии веществ, обладающих набором определённых свойств и качеств, из которых затем и формируются все объекты техносферы.

Разворачивание системы осуществляется с целью поиска новых полезных (потребительских) функций будущей идеальной технической системы и сопровождается её усложнением с одновременной идеализацией (упрощением) в оперативной зоне (там, где возникает конфликт) путём передачи функций ряда подсистем идеальному веществу, которое обладает только заданными свойствами. Сворачивание системы сопровождается передачей всех функций системы или её подсистем идеальному веществу, обладающему свойствами, аналогичными функциям цели (ФЦ) сворачиваемых подсистем или систем (см. рис. 4 и 6).

В целом процесс развития системы в течение одного цикла включает следующие крупные этапы (см. Часть 3): поиск состава и структуры системы –> адаптация системы к окружающей среде (через механизмы динамизации) –> переход к самонастраивающимся и самоуправляемым системам (через введение обратной связи) (рис. 2.). Этап поиска состава и структуры будущей системы заканчивается синтезом моносистемы (моно-С).

Усложняя – упрощай, упрощая – усложняй

В технике, с целью повышения Главной Полезной Функции искусственных систем (ИС), их развитие ведётся человеком по пути (спорадического) последовательного использования свойств всех уровней иерархии системы, усложнения внутренней организации системы и т.д. Развитие систем происходит волнообразно от моно-системы к поли-системе через ряд закономерностей (Кондраков И.М. «Модель эволюции технических систем». 2004, – С. 18-28.). Обобщив вышесказанное, можно выделить следующие рациональные пути исчерпывания ресурсов развития (Кондраков И.М. «От фантазии к изобретению». –1995. С. 148-152.):

А. на уровне системы:

– исчерпывание собственных ресурсов: система в общем, виде остаётся без изменения, используются её ресурсы на уровне системы, она постепенно обрастает буферными подсистемами, выполняющими требуемые функции, с последующей идеализацией и сворачиванием системы в идеальную подсистему или идеальное вещество. Например, развитие винтовки, судна и т.п.

Пример 1. Винтовка –> Винтовка + магазин –> Винтовка + прицельное приспособление –> Винтовка + лазерный прицел с дальномером –>.... Здесь можно привести множество вариантов развития различных частей винтовки, увеличивающих главные её показатели – функцию цели: скорострельность, прицельность и убойную силу.

По линии моно-система –> би-система –> поли-система –> сложная система, –> сворачивающаяся система: повышение ГПФ достигается за счёт увеличения системного эффекта, без изменения принципа действия системы.

Пример 1. Винтовка –> Две винтовки, связанные вместе (так поступали вначале) –> Три... восемь связанных винтовок (повышалась скорострельность), но такой системой стало сложно управлять, т.к. мешали приклады, было много спусковых крючков, поэтому вначале убрали лишние приклады и оставили только стволы, т.е. перешли к винтовке с двумя стволами, тремя... восьмью стволами –> винтовка с одним стволом и магазином для патронов (восемь стволов заменили одним, введя магазин для патронов). Винтовка как бы «свернулась» в исходную систему, но со значительно улучшенными параметрами.

Пример 2. Например, на уровне микропространства каждый атом влияет на окружающее пространство. При соединении атомов в молекулы и кристаллические решётки (по линии моно-би-поли-…) их индивидуальные влияния на окружающее пространство объединяются в общую систему. Каждая молекула или кристаллическая решётка ограничена в пространстве в силу тех или иных свойств и качеств макропространства. Поэтому создаваемый молекулой или кристаллической решёткой встречный перепад мерности проявляется на микроуровне пространства, который называют магнитным полем. Именно как следствие этого, градиент мерности пространства проявляет себя, как так называемое гравитационное поле при одном пространственном направлении, как магнитное поле – при другом, и как электрическое поле – в третьем. Все они – взаимозамещающие (Н.В. Левашов, «Неоднородная Вселенная»).

По линии объединения с альтернативными системами с изменёнными характеристиками, увеличивающими степень неоднородности синтезированной системы с последующей идеализацией и сворачиванием системы в идеальное вещество.

Например, если соединить элемент, вырабатывающий электрический ток при нагреве (эффект Зеебека) и термохолодильник, отбирающий тепло при прохождении через него тока (эффект Пельтье), можно получить холодильник, который холодит от тепла газовой горелки.

В. на уровне надсистемы:

– исчерпав возможности развития на уровне системы, её развитие (системы) продолжается на уровне надсистемы, куда она входит в качестве одной из подсистем со своей Основной Функцией Цели (ОФЦ). Например, самолёт + ракета = космолёт – «Буран», «Шатл».

С. на уровне вещества:

– вычёрпывание собственных ресурсов: базовое вещество в общем виде остаётся без изменения, но постепенно «обрастая» дополнительными веществами, выполняющими требуемые функции, превращается в вещество-композит.

Пример 1. Главный рабочий элемент в винтовке – это пуля + патрон – для них существуют все остальные элементы винтовки, поэтому дальнейшее развитие винтовки пойдёт, практически, по пути усовершенствования пули. Винтовка, заряжаемая со ствольной части = ствол + порох + пуля + пыж –> пуля + патрон (ствол + порох) –> пуля с твёрдым сердечником –> пуля со смещённым центром тяжести –> пуля с «усами» –> пуля со стабилизатором –> трассирующая пуля –>…

– по линии использования свойств веществ, выполняющих функцию системы моно-вещество –> би-вещество –> поли-вещество –> сложное-вещество –> «сворачивающееся» в идеальное вещество–>….

Пример 1. Продолжение: пуля –> многоступенчатая пуля –> разрывная пуля –> ... –> самоуправляемая пуля –>...

– по линии вычёрпывания ресурсов развития на уровне подсистем вещества за счёт использования свойств его внутренней организации.

Пример 1. «Пули» на уровне нановеществ для доставки лекарств к нужному органу или уничтожения бактерий и т.п.

Цикл развития системы завершается «смертью» или консервацией развития старой системы и синтезом новой моно-системы –>… Для достижения ОФЦ используется весь арсенал альтернативных признаков. При сворачивании систем проявляется механизм идеализации.

Наиболее интенсивно идеализация искусственных систем идёт на этапе «сворачивания» систем путём передачи ряда функций, а в идеале – всех, веществу, максимально используя спектр его свойств. Возникающие на этом этапе противоречия устраняются идеализацией (упрощением) системы в оперативной зоне и усложнением системы на уровне надсистемы. Пример: сотовый телефон – маленькая «коробочка» с микросхемами, но вся огромная надсистема (ретрансляторы, спутники и т.п.) обеспечивают работу этой маленькой «коробочки».

Зная о закономерностях развития систем, можно ответить на вопрос, поставленный в начале материала. Чтобы построить дом дядюшке Тыкве, нужны идеальные кирпичи…

Читать полный вариант статьи…