Читать книгу Мыслительное карате. Методология научно-технического творчества и концептуального проектирования - Валерий Васильевич Попов - Страница 6

1.4.1. Принцип, определяющий последовательность этапов

Принцип, определяющий последовательность этапов удовлетворения потребностей человека за счет создания (и использования) ТС, в сущности, основан на философском принципе восхождения от абстрактного к конкретному, используемом (начиная с Гегеля) в способе движения теоретической мысли от «бедного» (так говорят философы) ко все более полному, всестороннему и целостному воспроизведению (описанию) изучаемого объекта или явления.

Последовательность конкретизации частной потребности (ЧП) заключается в том, что ЧП на первом этапе должна быть представлена множеством функций и внешних потребительских свойств (ФиПС) создаваемой ТС; на втором этапе ФиПС должны быть реализованы во множестве функциональных структур (ФС) ТС; на третьем этапе каждая ФС должна быть реализована во множестве принципов действия (ПД), существования или использования ТС (далее для простоты будем использовать только формулировку «принцип действия ТС»); наконец, каждый ПД на четвертом этапе должен быть реализован во множестве технических решений (ТР) ТС. При этом внешние ПС конкретизируются на последующих этапах во внутренние свойства ТС (рис. 13).

Рисунок 13. Этапность реализации потребностей человека

Конечно, возможен вариант, когда конкретное ТР может быть получено за счет лишь одной реализации ФиПС, ФС, ПД. Однако вероятность получения конкурентоспособного ТР увеличивается пропорционально количеству сформированных ФиПС, ФС, ПД и ТР.

Другой вариант представления принципа восхождения от абстрактного к конкретному при реализации потребности человека показан на рис. 14.

Рисунок 14. Представление принципа восхождения от абстрактного к конкретному при реализации потребностей человека

Пользуясь случаем, хочу поделиться с читателем откровением: представление научно-технического творчества как деятельности по последовательному преобразованию абстрактной технически реализуемой потребности в конкретное техническое решение в давнее время помогло мне понять глубокий смысл абстрактного искусства, которое я не понимал и не принимал, считая, что люди просто притворяются, что им такое искусство нравится. И то, что таких людей много, меня очень огорчало. При этом удивляло, что художники-реалисты даже с некоторым пренебрежением относились к картинам, которые являлись практически фотографиями (что, по тогдашнему моему мнению, свидетельствовало о высшей степени мастерства), поэтому осознание, что абстрактное представление как в научно-техническом, так и в художественном творчестве дает каждому человеку собственную возможность домысливания и конкретизации абстракции, принесло мне большую радость (хотя предпочтения реалистического направления в искусстве остались). Примеры абстрактной живописи приведены на рис. 15.

Рисунок 15. Примеры абстрактного искусства

Приходит на ум расхожее выражение: «Дьявол кроется в деталях». Невольно возникает продолжение: «А ангел – в абстракции». Над этим стоит подумать.

Более подробно этапы формирования ФиПС, ФС, ПД, ТР будут рассмотрены в следующих разделах книги.

1.4.2. Формирование функций и свойств технической системы

При разработке пионерной технической системы (ТС), совершенствовании аналога (прототипа) ТС или создании ТС нового поколения необходимо сформированную технически реализуемую потребность человека сначала конкретизировать во множестве функций и свойств ТС.

Функция – действие (воздействие или противодействие) материального объекта или явления, направленное на изменение или сохранение свойств другого материального объекта или явления.

По характеру проявления функции бывают полезные (например, в автомобиле полезная функция «перемещать»), вредные (в том же автомобиле из-за трения частей возникает вредная функция «преобразовывать механическую энергию в тепловую», или «нагревать»). Функции могут быть нейтральные (например, при наматывании металлического троса на барабан лебедки трос за счет попеременного изгиба – сжатия нагревается, но незначительно, на долю градуса; поэтому возникающая при намотке троса функция «преобразовывать механическую энергию в тепловую», или «нагревать», влияние которой на трос, барабан лебедки, окружающую среду практически не ощущается, может быть отнесена к нейтральной).

В свою очередь, полезные функции подразделяются на главную, основные и вспомогательные. Главная внешняя функция – та, ради реализации которой собственно и создается техника, технология, изделие. Например, главная функция автомобиля (как и экскаватора, транспортера, самолета, корабля) – «перемещать». Главная функция обеспечивается несколькими (в сложных технических системах – несколькими десятками) основными функциями. Например, к основным функциям в автомобиле можно отнести «преобразовывать энергию», «изменять направление движения», «ограничивать движение» (тормозная система) и др.

Каждая основная функция обеспечивается многочисленными вспомогательными функциями. Например, основную функцию «преобразовывать энергию» за счет работы двигателя обеспечивает множество вспомогательных функций, реализующих работу системы зажигания, механизмов, преобразующих тепловую энергию в механическую и др. Однако для разработчика узла или детали ТС, которые выполняют основную или вспомогательную функцию в ТС, каждая из этих функций может стать главной. Различные виды функций ТС показаны на рис. 16.

Рисунок 16. Преобразования технически реализуемой потребности в различные виды функций ТС

Формирование перечня и определений функций технической системы при ее разработке является, с одной стороны, пожалуй, самой сложной задачей в творческом процессе, с другой стороны, именно набор (полный или неполный) корректно или неточно сформулированных функций определяет успех или неуспех научно-технического (и не только) творчества в целом. Правильно сформулированная функция может подсказать нетривиальные технические решения для ее реализации.

Важными атрибутами, конкретизирующими технически реализуемую потребность человека, являются свойства разрабатываемой ТС. В общем виде свойства ТС – форма существования признаков (качественной определенности) ТС, с помощью которых устанавливается сходство или различие с другими ТС. Различают качественные и количественные характеристики свойств.

Качественная характеристика определяется наличием или отсутствием свойства (например, есть радиация или нет), а количественная характеристика (параметр) определяет меру свойства (в приведенном примере мерой является уровень радиации, измеряемый в беккерелях (один беккерель равен одному радиоактивному распаду в секунду)).

Отдельные свойства объектов, явлений, технических систем могут возникать, меняться и исчезать.

Классификаций свойств, сформированных по различным основаниям, множество, а многие классификации включают большое количество видов свойств. Например, сформированная под моим руководством классификация физико-технических характеристик (свойств) включает около 1400 единиц. Фрагмент этой классификации представлен на рис. 17.

Рисунок 17. Фрагмент классификации физико-технических характеристик (свойств)

Множество свойств и параметров формируют потребительскую ценность (стоимость) и полезность ТС. Оценка полезности зависит от желаний определенного потребителя, а также от его характеристик (национальности, культуры, привычек, вкусов и др.) и от обстоятельств, в которых находится потребитель, например степени редкости данного товара36 в конкретное время.

Свойства ТС группируют по двум различным основаниям (рис. 18). По значимости (основание 1) различают общие значимые, целевые и специальные значимые свойства. По назначению (основание 2) различают функциональные, технологические, экологические и эргономические, экономические свойства.

Рисунок 18. Свойства технической системы, сгруппированные по различным основаниям

К общим значимым свойствам ТС относятся свойства, присущие различным классам технических систем: производительность, габариты, масса, энергопотребление, стоимость, экологические и эргономические свойства, технологичность изготовления, эксплуатации и ремонта, эстетические свойства, надежность и долговечность и др.

К целевым свойствам ТС относятся свойства, присущие данному классу ТС и непосредственно определяющие потребительскую ценность и полезность ТС. Например, к целевым свойствам легкового электромобиля будут относиться максимальная скорость движения, мощность двигателя, число пассажиров. Эти свойства присущи любым легковым автомобилям и непосредственно определяют их полезность – обеспечение возможности быстрого перемещения людей.

Как на первый взгляд ни странно, но такие, казалось бы, важные для электромобиля свойства, как расход электроэнергии на 100 км пути и максимальная масса груза, непосредственно не влияют на возможность быстрого перемещения людей и поэтому относятся не к целевым, а к специальным значимым свойствам, которые в общем случае характеризуют эффективность функционирования основных узлов ТС, процессов их эксплуатации, транспортировки, хранения и утилизации технических систем. Вот почему, например, к специальным значимым свойствам электромобиля можно отнести минимальный радиус поворота, время разгона до максимальной скорости, габариты транспортного средства и многое другое.

В целом свойства ТС делят на две большие группы:

1) свойства, непосредственно влияющие на полезность (потребительскую ценность) ТС;

2) свойства, определяющие плату за полезность.

Эффективная конкретизация технически реализуемой потребности заключается в формировании множества функций и свойств ТС, увеличивающих ее полезность, и уменьшении количества и влияния функций и свойств, определяющих плату за полезность.

Английский философ и социолог, один из родоначальников эволюционизма Герберт Спенсер справедливо отмечал: «Прогресс – это рост разнообразия качеств».

Для достижения этой цели необходимо формировать, развивать и использовать систематики физических, химических, биологических и специфических отраслевых свойств. Методы использования функций и свойств (в том числе так называемых «необычных свойств») для разработки пионерных ТС, совершенствования аналогов (прототипов) ТС, создания ТС новых поколений представлены в последующих разделах книги.

1.4.3. Формирование функциональных структур технической системы

Следующим этапом конкретизации технически реализуемой потребности человека после ее представления множеством функций и свойств разрабатываемой технической системы (ТС) является формирование множества функциональных структур ТС.

Функциональная структура ТС – это совокупность связанных между собой функциональных элементов или подсистем, обеспечивающих реализацию функций ТС. Она представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов или подсистем ТС, а ребрами – их функции. Распространенные виды функциональных структур представлены на рис. 19.

Рисунок 19. Виды функциональных структур: а – линейная, б – разветвленная, в – замкнутая, г – звездная, д – сотовая, е – матричная

Следует отметить, что иногда даже простое комбинирование элементов функциональной структуры ТС (например, инверсия) приводит к заметному повышению эффективности ТС. На рис. 20 показана линейная функциональная структура буксировки барж (использовавшаяся много десятков лет), когда буксир тащил баржу за собой на канате.

Рисунок 20. Графическая схема функциональной структуры транспортировки баржи: буксир впереди (тянет)

Достаточно было просто поменять баржу и буксир местами (буксир стал толкать баржу), и за счет уменьшения турбулентности воды, вызываемой буксиром в предыдущей схеме, при новой функциональной структуре ТС на 10—30% возросла скорость буксировки и на 10—30% уменьшился расход топлива (рис. 21). При этом не просто не затратили дополнительных средств, но даже сэкономили на канате.

Рисунок 21. Графическая схема функциональной структуры транспортировки баржи: буксир сзади (толкает)

В разделе 6.3.4 изложен один из методов повышения эффективности формирования и использования функциональных структур ТС при разработке новых ТС.

1.4.4. Формирование принципов действия технической системы

После того как технически реализуемая потребность человека конкретизирована множествами функций, свойств, функциональных структур разрабатываемой ТС, начинается новый этап – формируется разнообразие принципов действия ТС, каждый из которых должен отражать главную идею функционирования ТС, определяющую потенциальную эффективность и уровень конкурентоспособности ТС в целом. В иерархии описаний ТС их принципы действия имеют особое значение, так как, с одной стороны, представляют ТС на довольно высоком уровне абстракции, позволяющем генерировать множество качественно различных принципов действия; с другой стороны, каждый из принципов действия обладает достаточной конкретностью, чтобы оценить их реализуемость в технических решениях.

Принцип действия любой ТС можно представить в виде ориентированного графа, вершинами которого являются свойства элементов или подсистем ТС, а ребрами – потоки преобразований энергии, вещества и информации в ТС и окружающей среде. Составные части графа, в сущности, являются эффектами и явлениями. В зависимости от ТС их принципы действия могут включать физические, химические, биологические, геометрические, физико-химические, биохимические и другие эффекты или явления.

Иными словами, принцип действия ТС – это причинно-следственные преобразования энергии, вещества и информации в элементах их потока (эффектах и явлениях), связанных на основе одинаковых качественных и точных или близких (по диапазону) значений количественных свойств (параметров) элементов потока.

В современном естествознании37 эффектом называют конкретную, идентифицируемую, измеряемую, устойчивую и потенциально многократно повторяемую причинно-следственную связь, качественно и/или количественно фиксирующую новое свойство объектов вещественно-полевой природы, проявляющееся во взаимодействии их с внешней средой, либо существующие взаимосвязи отдельных свойств в форме теоретических или эмпирических математических соотношений величин.

Различают физические (механические, электрические, магнитные, оптические, тепловые, звуковые, атомные) явления, химические явления (химические реакции), биологические явления, происходящие с живыми организмами.

Эффекты принято разделять на естественно-научные (ЕНЭ) и научно-технические, или научно-технологические (НТЭ). Первые отражают законы и закономерности, имеющие феноменологический характер (например, нагревание проводника при прохождении по нему электрического тока), либо фиксируют взаимосвязи показателей (величин), фигурирующие в их определениях (например, зависимость давления от силы). ЕНЭ рассматриваются как неделимые, элементарные единицы. В отличие от них НТЭ представляют собой цепочки совместимых ЕНЭ, соответствующих типовым принципам действия ТС. Примеры НТЭ: электрический генератор, микрофон, лампа накаливания и др.38 Количество только физических ЕНЭ оценивают от нескольких тысяч до десятков тысяч, а физических НТЭ – в сотни тысяч.

Примерно такие же оценки количества химических и биологических эффектов и явлений. Существенно меньше геометрических эффектов.

Рисунок 22. Плоский клин. Изменение направления движения и величины передаваемого усилия плоским клином

Рисунок 23. Винтовой клин

В качестве примеров химических эффектов можно привести группу распространенных эффектов, используемых, например, для преобразования вещества (изменения массы, концентрации, формы, фазового состояния, химических свойств и др.), – химические транспортные реакции, сопровождающиеся переносом исходного твердого или жидкого вещества из одной температурной зоны в другую в результате образования и разложения промежуточных газообразных соединений39.

Пример биологического эффекта: ускорение созревания сыра достигается путем добавления готовых ферментов – органических веществ белковой природы, являющихся катализаторами, или мутантных бактерий, продуцирующих большое количество этих ферментов.

Рисунок 24. Простейший рычаг

Рисунок 25. Спираль Архимеда: а – правая (вращение против часовой стрелки); б – левая (вращение по часовой стрелке)

Сочетания геометрических характеристик объектов, порождающие новые функции и свойства ТС, называют геометрическими эффектами. Так, плоский клин может изменить направление движения и величину передаваемого усилия (рис. 22), а винтовой клин (винт) – дополнительно преобразовать вращательное движение в поступательное и наоборот (рис. 23). С помощью простейшего рычага можно эффективно изменять величину передаваемого усилия и перемещения (рис. 24). Многим известен афоризм, приписываемый Архимеду: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю», характеризующий высокую эффективность рычага.

Рисунок 26. Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере: а – винтовая лестница; б – нагревательный элемент электроплиты; в – часовая пружина

Большую известность имеет спираль Архимеда, в которой расстояние по нормали между соседними витками является постоянной величиной (рис. 25). «Кривой жизни» называл спираль Гёте. Как ни странно, но в природе форму спирали Архимеда имеет большинство морских и речных раковин, ураган закручивается спиралью, очевидцы говорят, что по спирали разбегается стадо оленей, двойной спиралью закручена молекула ДНК, геометрия расположения объектов в Галактике – тоже спираль40. Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере даны на рис. 26.

Рисунок 27. Лента Мёбиуса

Еще один яркий пример геометрического эффекта – лента Мёбиуса (один из объектов с односторонней поверхностью). Такие объекты имеют множество практических применений в технике, архитектуре и других областях (рис. 27). Ленту Мёбиуса легко сделать самостоятельно: надо взять достаточно длинную бумажную полоску и склеить противоположные концы, предварительно повернув один из них. В качестве примеров использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса можно привести ленту конвейера для транспорта абразивного сыпучего материала, шлифовальную ленту, ленточную пилу (рис. 28), срок эксплуатации которых увеличивается в два раза. Известны и другие односторонние поверхности.

Рисунок 28. Примеры использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса: а – лента конвейера; б – шлифовальная лента; в – ленточная пила

Разумеется, все геометрические эффекты реализуются в физических принципах действия.

Создание концептуально новых технологий и поколений техники требует разработки и использования новых принципов действия. При этом наиболее существенные практические результаты фиксируются при включении в структуру принципа действия эффектов, ранее не применявшихся в данной предметной области. Например, электрическое освещение возникло на основе принципа действия, включающего новые (по сравнению с принципом действия свечи) эффекты и их новые сочетания.

Задача построения принципа действия обладает большой комбинаторной сложностью. Вследствие этого, даже располагая информацией о значительном числе эффектов, специалист не в состоянии «вручную» (без использования компьютеров) эффективно комбинировать их, выбирая оптимальные с точки зрения заданных критериев сочетания41.

Под моим руководством разработана автоматизированная система поиска и синтеза принципов действия ТС, основанная на логике, сущность которой раскрыта в разделе 6.3.6.

1.4.5. Формирование технических решений

Принцип действия ТС может быть конкретизирован во множестве технических решений (ТР).

В Большом энциклопедическом политехническом словаре ТР определяется как «устройство, сооружение, изделие, являющееся конструктивным элементом или совокупностью конструктивных элементов, находящихся в функционально-конструктивном единстве; способ, процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов; вещество, искусственно созданное материальное образование, являющееся совокупностью взаимосвязанных элементов, ингредиентов (к веществам относятся, например, материалы для изготовления предметов, сооружений, употребляемые для покрытий, изоляции, амортизации, используемые в качестве проводников энергии, лечебные, косметические, пищевые, вкусовые вещества, кормовые продукты, химические реагенты, вещества-излучатели и вещества-поглотители излучений, поверхностно-активные, биологически активные вещества, в том числе ядохимикаты, стимуляторы роста)»42. С большим уважением относясь к Большому энциклопедическому политехническому словарю и принимая практически полностью это определение, я вместе с авторами43 считаю необходимым подчеркнуть, что ТР – это не устройство, сооружение, изделие и так далее, а его описание.

Технические решения можно разделить на три основные группы: конструктивные, технологические и другие ТР, при этом к последней можно отнести вещества, биологические объекты, топологии интегральных микросхем и др.

Описание ТР, как правило, дополняется графическим изображением. Около 95% всех изобретений – это ТР, менее 5% – описания принципов действия ТС. И хотя описания многих ТР не имеют никаких количественных характеристик, специалист, как правило, может оценить различие в потенциальной эффективности ТР из одной области.

Ниже приведен пример конструктивного ТР.

Рисунок 29. Велосипед

ТР – велосипед (рис. 29): «Велосипед состоит из рамы (1), шарнирно закрепленной на ней рулевой вилки (2) с рулем (3) и передним колесом (4), заднего колеса (5), седла (6) на подседельном штыре (7), педалей с кривошипами (8), цепной передачи (9) и тормозов (10). Дополнительно велосипед может оборудоваться одним или двумя амортизаторами, крыльями (для защиты от брызг), багажником, светотехникой (лампами и/или световозвращателями – катафотами), звуковым сигналом, подставкой-„подножкой“ и др.»44.

Типичным примером технологического ТР является рецепт приготовления борща (рис. 30).

Рисунок 30. Технология приготовления борща

ТР – рецепт приготовления борща «Московский»: «В мясном бульоне варят ветчинные кости, бульон процеживают, кипятят. В кипящий бульон закладывают капусту, нашинкованную соломкой, варят 8—10 минут; добавляют пассерованные овощи и снова варят. Затем добавляют тушеную свеклу, заправляют белым соусом или пассерованной мукой, разведенной бульоном или водой. В конце варки кладут соль, перец, лавровый лист, уксус, сахар и варят до готовности. Готовят набор мясных продуктов, он включает ветчину, мясо, сосиски. На одну порцию используют по одному кусочку каждого вида. Мясные продукты нарезают ломтиками. Заливают небольшим количеством бульона и кипятят»45.

Пример ТР – описание биологического объекта. ТР – штамм бактерий Lactobacillus acidophilus (рис. 31): «величина клеток 18-часовой культуры в молоке 3—6 мкм, тонкие палочки, клетки равномерно окрашиваются метиленовой синью, расположены поодиночке или в виде цепочки из 2—3 члеников, на агаре с гидролизованным молоком образуют бесцветные колонии диаметром 1—1,5 мм, глубинные, темные в виде паучков. Минимальная температура развития – 20° C, оптимальная – 36—39° C, максимальная – 60—65° C. Отношение к углеводам – сбраживает глюкозу, лактозу, маннит, не сбраживает арабинозу, слабо ферментирует рамнозу, целлобиозу. Молоко свертывает при оптимальной температуре и внесении 2% закваски за 4,5—5 часов, 4% закваски за 3,5 часа, кислотность через 24 часа достигает 138±10°Т (рН 3,95±0,1), через 48 ч. – 170±10°Т (рН 3,8±0,1), через 3 суток – 190±10°Т (рН 3,7±0,1). Штамм гомоферментативный, рацемат, вырабатывает DL-изомер молочной кислоты, обладает выраженной антагонистической активностью в отношении патогенных бактерий. Культура обладает высокой протеолитической активностью и отличается от известных ацидофильных штаммов более низким пределом кислотообразования»46.

Техническое решение (ТР) воплощает в себе функции, свойства, функциональную структуру и принцип действия технической системы (ТС), и при высокой эффективности творческой деятельности создателя ТР может являться опережающим отражением технически реализуемой потребности человека, еще не ставшей предметом общественного сознания. История знает немало ТР, опередивших время.

Рисунок 31. Бактерия Lactobacillus acidophilus (ацидофильная лактобактерия)

ТР может быть защищено как результат интеллектуальной деятельности, улучшено за счет оптимизации количественных параметров (об этом в следующем разделе), а также использовано в проектной документации на его реализацию (иногда даже без оптимизации количественных параметров).

1.4.6. Оптимизация параметров свойств в технических решениях

Техническое решение может быть значительно улучшено за счет оптимизации параметров свойств в ТР. Это можно сделать при выборе лучшего сочетания (по выбранному критерию) количественных характеристик свойств, непосредственно влияющих на полезность (потребительскую ценность) разрабатываемой ТС, и свойств, определяющих плату за полезность разрабатываемой ТС.

Для анализа количественных характеристик свойств и выбора лучшего их сочетания используют математическую и/или другие модели разрабатываемой ТС, на которых исследуют количественные изменения одних характеристик модели ТС при изменении других характеристик. Например, изменив только лишь количественные характеристики геометрии автомобильного кузова, можно значительно улучшить его аэродинамику. При этом потенциально максимальная скорость автомобиля (при неизменных качественных параметрах свойств) может возрасти на 10—30%, а расход топлива – уменьшиться тоже на 10—30%. Напомним, что такой же эффект был получен в ТС буксировки барж, но за счет изменения функциональной структуры ТС (см. рис. 20 и 21).

1.4.7. Создание технической системы и ее жизненный цикл

Техническое решение может быть основой для создания ТС или ее экспериментального образца, который должен успешно пройти испытания, чтобы перейти к следующим стадиям, завершающимся массовым производством ТС.

Широко распространено понятие «жизненный цикл технической системы», характеризующее стадии процесса, охватывающего различные состояния ТС, начиная с момента возникновения потребности в такой ТС и заканчивая ее полным выходом из эксплуатации, включая утилизацию или захоронение. Однако общепринятого перечня этих стадий нет. В качестве примера можно привести следующий упрощенный перечень:

– определение функций и потребительских свойств ТС (что соответствует разработке технического задания в процессе проектирования ТС; подробнее о проектировании см. главу 3);

– выбор или разработка функциональной структуры, принципа действия и технического решения ТС (что соответствует разработке технического предложения, эскизного проекта и/или технического проекта);

– рабочее проектирование, связанное с расчетом и оптимизацией параметров ТС, выбором или разработкой технологии изготовления, составлением проектной документации;

– изготовление и испытания ТС;

– транспортировка и хранение ТС;

– эксплуатация, диагностика неисправностей и ремонт ТС;

– утилизация или захоронение ТС в результате ее физического или морального износа.

Жизненный цикл ТС имеет тенденцию к сокращению продолжительности. Например, чтобы массово внедрить печатный станок, изобретенный Иоганном Гутенбергом в начале XV века, потребовалось почти 400 лет, обычный телефон внедряли 50 лет, мобильный телефон получил широкое распространение за 7 лет, социальные сети – за 3 года. В современных условиях острой конкуренции на рынках, требующей постоянного обновления ассортимента и повышения потребительских свойств товаров, тенденция к сокращению жизненного цикла ТС еще более выражена. Например, закон Мура – одно из самых известных эмпирических (основанных на опыте, изучении фактов) правил в мире – гласит, что каждые два года количество транзисторов, размещаемых на компьютерном чипе, удваивается.

Знание и понимание основных стадий жизненного цикла ТС вызывают необходимость создать такую ТС, в которой будут реализованы функции и свойства, обеспечивающие не только ее эффективную эксплуатацию, но и транспортировку, ремонт (ремонтопригодность), утилизацию и захоронение ТС. Подробно эти стадии (этапы) описаны в главе 3 «Научно-техническое творчество как формирование и выполнение проектов».

1.4.8. Характерные фазы зарождения (создания), развития и отмирания технической системы

Бельгийский математик Пьер Франсуа Ферхюльст в середине XIX века показал, что рост биологических популяций происходит по S-образной, или, как ее еще называют, логистической, кривой. Впоследствии многие ученые по итогам масштабных исследований доказали, что по такой закономерности проходит жизненный цикл любых технических систем (создание, развитие и отмирание)47. Качественные характеристики фаз зарождения (создания), развития и отмирания любой впервые создаваемой ТС на S-образной кривой (рис. 32) можно трактовать следующим образом. Фаза 1 – зарождение (создание) ТС, характеризуется медленным ростом потребительских свойств ТС, так как практически все свойства ТС требуют исследований, экспериментальной проверки, а также оценки потребительского спроса.

Рисунок 32. Характерные фазы создания, развития и отмирания ТС

Фаза 2 – ускоренное развитие ТС, которое начинается и продолжается при высоком потребительском спросе. Именно эта фаза характеризуется разработкой и реализацией множества технических решений ТС, основанных на прежних или новых функциональных структурах и принципах действия или существования ТС.

При отсутствии или очень низком потребительском спросе жизнь ТС заканчивается сразу после первой фазы или, по крайней мере, останавливается на неопределенное время, пока потребность в ТС не будет осознана и сформирована (например, при случайных открытиях) или пока не будут изобретены необходимые материалы и/или технологии. В силу этой, последней, причины опередили время многие изобретения гениального итальянца Леонардо да Винчи (например, шариковые и роликовые подшипники, парашют, рис. 33 и 34). В целом в техническом творчестве надо следовать совету выдающегося американского изобретателя Томаса Эдисона: «Найди то, что нужно миру, и только потом начинай изобретать».

Рисунок 33. Шариковый подшипник: а – предложенный Леонардо да Винчи; б – современный

Фаза 3 – замедление развития ТС, которое связано с возникновением новых потребностей человека, которые уже не могут быть полностью удовлетворены за счет технических решений в рамках существующей ТС. Фаза 4 – фактически характеризует отмирание ТС из-за возникшего противоречия: потребительский спрос на ТС падает, и необходимо развивать потребительские свойства ТС, но при существующей функциональной структуре и нынешнем принципе действия или существования ТС ее потребительские свойства дальше существенно развиваться не могут (более подробно о противоречиях в технической и других сферах сказано в главе 4).

Чтобы удовлетворить растущие потребности человека, требуется переходить на ТС нового поколения, основанную на новой функциональной структуре и/или ином принципе действия или существования ТС (на рис. 32 это штриховая кривая).

Рисунок 34. Парашют: а – предложенный Леонардо да Винчи; б – современный

Однако начинать создание ТС нового поколения следует заранее (как правило, это начало фазы 3 в жизни «старой» ТС), чтобы к окончанию фазы 3 жизни «старой» ТС потребительские свойства ТС нового поколения были не хуже максимальных значений потребительских свойств «старой» ТС. Тогда переход на ТС нового поколения пройдет без негативных последствий и эта ТС продолжит свою жизнь по своей S-образной кривой, затем и ТС нового поколения замедлит свое развитие. Необходимо заранее разрабатывать ТС следующего поколения, то есть фазы, представленные на рис. 32, повторятся.

Следует отметить, что имеется немало примеров, когда ТС после фазы 3 не «умирают», а практически без существенного улучшения потребительских свойств продолжают «жить» и «живут» неопределенно долго. Например, без принципиальных изменений самокат используют более века, а мотоцикл и автомобиль так и не вытеснили велосипед.