Глава 1.ДИАЛЕКТИКА ТВОРЧЕСТВА И ЕГО ОСОБЕННОСТИ

§ 1. ДИАЛЕКТИКА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Для развития научного познания характерно не только расши­рение круга решаемых теоретических и практических задач, но и усиление внимания к способам и методам научно-практической де­ятельности. Получение значимого результата самым непосредст­венным образом зависит от исходной теоретической позиции, от принципиального подхода к постановке проблемы и определения общих путей движения исследовательской мысли. Логика и мето­дология науки все более превращаются в самостоятельную науч­ную дисциплину [5,6].

Можно выделить четыре уровня методологии:

1) философский,

2) общенаучный,

3) конкретно-научный и

4) методика и техника научного исследования.

Методологическую основу технического творчества составляет материалистическая диалектика (1-й уровень) как наука о наибо­лее общих законах развития природы, общества и мышления [5] и системный подход (2-й уровень) как единое направление в раз­витии современного научного познания [6].

Развитие познания связано с возрастанием сложности принци­пиальных подходов к исследованию и его методам, составляющих следующую иерархическую последовательность по принципу науч­ного списания.

1. Параметрическое—описание свойств, признаков и отноше­ний исследуемого объекта, основанное на эмпирических наблюде­ниях. Это простейшая форма научного описания и исходный уро­вень исследования любого объекта.

2. Морфологическое — переход к определению поэлементного состава, строения объекта и взаимосвязи параметров, выявленных на предыдущем уровне. При этом под элементом понимают минимальный, далее неделимый компонент системы или максимальный предел ее расчленения в условиях данной исследовательской зада­чи, свойства и функции которого определяются его местом в рам­ках целого.

3. Функциональное—переход к определению функциональных зависимостей между параметрами (функционально-параметрическое описание), между частями как элементами объекта (функцио­нально-морфологическое описание) или между параметрами и строением объекта. Здесь функция — это взаимосвязь, определяю­щая порядок включения части в целое.

4. Описание поведения объекта — выявление целостной карти­ны «жизни» объекта и механизмов, обеспечивающих смену на­правлений и «режимов» его работы (самая сложная форма научного исследования).

Основной принцип системного подхода, концепция целостности, состоит в несводимости сложного к простому, целого к части, на­личии у целостного объекта таких свойств и качеств, которые не могут быть присущи его частям. В приведенной иерархической схе­ме системный подход связывается или с функциональным опи­санием, или с описанием поведения, или рассматривается как новый, еще более сложный «комбинированный» способ иссле­дования.

Все существующие совокупности объектов можно разбить на следующие классы: неорганизованные совокупности, лишенные внутренней организации (куча камней); неорганичные и орга­ничные системы. Последние два характеризуются наличием связей между элементами, появлением в целом новых свойств, не прису­щих элементам в отдельности, и устойчивой структурой. Органич­ная система представляет собой саморазвивающееся целое, кото­рое в процессе индивидуального развития проходит последователь­но этапы усложнения и дифференциации.

Приближенно любую техническую систему можно рассматри­вать как совокупность элементов и совокупность связей, образую­щих структуру объекта. Классификация технических систем выде­ляет системы: естественные и искусственные, управляющие и управляемые, развивающиеся и лишенные развития, стабильные, функциональные, динамические и т. п.

Особенностями исследования технического объекта как системы являются:

вытекающая из понятия целостности необходимость рассмотре­ния среды (которой противопоставлена данная система), надсистемы и элементов (подсистем);

понятие связи, конкретизирующее понятие целостности (необхо­димо наличие в системе двух и белее типов связи, например связей временных, пространственных, функциональных и т. д.);

понятие структуры и организации системы, к которым приводят совокупность связей и их типологическая характеристика;

характеристика структуры системы как по «горизонтали» (свя­зи между однопорядковыми компонентами системы, например между деталями или узлами машины), так и по «вертикали» (де­таль—узел), что приводит к понятию уровней системы и их иерархии;

управление—разнообразные по формам способы связей уров­ней, обеспечивающие нормальное функционирование и развитие си­стемы;

связанная с наличием управления необходимость установления цели и целесообразного поведения системы;

присутствие источника преобразования системы или ее функ­ций обычно в самой системе (существеннейшей чертой целого ряда системных объектов является их самоорганизация);

проблема соотношения «функционирования» и «развития» объ­екта.

Усложнение методов познания и развитие системного подхода обусловлено сложностью самих материальных систем, отражае­мых нашим сознанием. В основе всех эффективных подходов к по­иску новых технических решений, решению изобретательских за­дач лежит диалектический метод. В понятиях диалектического ма­териализма мир представляет собой совокупность движущихся, развивающихся систем.

Ядро материалистической диалектики — учение о единстве и борьбе противоположностей, раскрывающее источники и движущие силы всякого развития. При поиске новых решений задача состо­ит не просто в обнаружении противоречий, а в раскрытии особен­ностей их проявления в техническом прогрессе, выяснении кон­кретного механизма действия противоречий как внутренних им­пульсов развития техники [7, 8].

Противоречий в любой технической системе много, все они чре­звычайно разнообразны по форме и проявлениям, имеют преходя­щий, исторический характер, взаимосвязаны и взаимообусловле­ны. Они возникают между техническими потребностями общест­ва и возможностями данной технической системы (внешние противоречия), между .параметрами и элементами технической си­стемы, частями и свойствами элементов (внутренние противоре­чия). Возникновение и разрешение противоречий диалектически взаимообусловлено: разрешение одного сопряжено с зарождением другого (в противном случае технический объект прекратил бы свое развитие). Они постоянно выступают как импульс к развитию, как внутренняя движущая сила во всех стадиях процесса их возникно­вения, развития и разрешения.

Выявляемые в процессе решения технических задач противоре­чия можно условно разделить на три типа: административные, тех­нические и физические [9].

Административными называют такие противоречия, которые присутствуют первоначально в самом факте возникновения изобре­тательской задачи, когда нужно что-то сделать, но как это сде­лать — неизвестно. Их эвристическая (подсказывательная) сила равна нулю, но именно они побуждают к техническому творче­ству.

Технические— это противоречия, возникающие между частями и параметрами системы при попытке их изменения: если известны­ми способами улучшать одну часть (параметр), то недопустимо ухудшается другая часть (параметр).

Физическими называют противоречия, заключающиеся в предъ­явлении к одной и той же части системы взаимопротивоположных требований. В такой ситуации возникает парадокс, присутствую­щий всегда в изобретательской задаче. Физические противоречия являются причиной технических.

Техническое противоречие можно трактовать и более широко [8], как всевозможные несоответствия и диспропорции между раз­личными характеристиками взаимодействующих элементов в раз­нородных системах связей и отношений. Они возникают в отдель­ных объектах и во взаимодействии между ними, между техниче­скими средствами и обрабатываемым предметом, между характе­ристиками объекта и работающим с ним человеком, а также меж­ду техническими потребностями, необходимостью и возможностя­ми. Изучение проблемной ситуации — это прежде всего выявление технических противоречий. Только после этого возможна формули­ровка определенной задачи.

Рассмотрим некоторые понятия и термины, используемые в процессе анализа проблемной ситуации и выявления технических противоречий.

Техническая потребность общества связана с осознанием расту­щих противоречий между спросом общества на те или иные мате­риалы, источники энергии, средства коммуникации, продукты пи­тания и др. и невозможностью удовлетворить его имеющимися средствами. В ней выражается запрос общества на технические средства, способные разрешить возникшие противоречия.

Техническая необходимость выражает такую ступень познания объекта, когда вскрывается его сущность, законы действия и суще­ствования. Это то, что внутренне присуще самой природе техниче­ских систем, определяется их уровнем и характером развития на данном этапе.

Техническая возможность—комплекс материальных факторов, а также определенных знаний работников производства, обеспечи­вающих реализацию технической необходимости и удовлетворение технических потребностей общества.

Техническая проблема—это отражение ситуации, складыва­ющейся в процессе изучения соотношения между технической не­обходимостью и наличными техническими возможностями. В ее ос­нове лежит противоречие между целью поиска, которая выражает осознание технической потребности и необходимости, и отсутстви­ем или незнанием условий и способов ее достижения при данных возможностях.

Техническая задача — это выражение определенной цели полу­чить тот или иной эффект от искомого технического решения (раз­решения противоречия), воплощающего ту или иную идею (прин­цип, процесс). В структуру сознательно сформулированной техни­ческой задачи входят: указания на искомый результат, определе­ние условий функционирования будущего объекта, технические условия реализации и указания на предполагаемые пути и способы решения задачи.

Технические противоречия всегда проявляются своеобразно при решении различных изобретательских задач. Это создает свою проблемную ситуацию, и цель творчества состоит в специфическом ее разрешении. Необходимо иметь в виду, что классификация тех­нических противоречий на ограниченное число «типов» [7] чисто условна. Внутри каждого типа находится много чрезвычайно раз­нообразных (но по определенным признакам аналогичных) про­тиворечий.

Результатом разрешения технического противоречия становится создание технического объекта (системы), представляющего орга­нический синтез нового технического решения и элементов преж­них решений в новом целом (это справедливо даже по отношению к радикальнейшим техническим достижениям).

Рассматривая диалектику технических систем и закономерности их развития, необходимо иметь в виду, что техника является общественной материальной системой. Она служит проводником преобразующей деятельности людей, инструментом познания и ис­пользования сил, свойств, законов развития природы, человека и общества, средством управления естественными и социальными процессами при удовлетворении общественных потребностей. Тех­ника возникает, функционирует и развивается как специфическое общественное явление в системе общества [8]. Свои основные функции она выполняет будучи средством трудовой деятельности людей в материальном и духовном производстве и служит элемен­том разнородных связей: «техника — природа», «техника — пред­мет труда», «техника — человек», «техника —наука», «техника — социальные отношения», «техника и различные формы обществен­ного сознания» и т. д. Все эти связи реализуются через отношение «человек—техника» при опосредствующем воздействии экономи­ческих и иных отношений.

На развитие техники решающее воздействие оказывают соци­альные (субъективные) факторы и определяющее — внутренние факторы в системе других объективных факторов. При этом можно условно говорить об относительной самостоятельности развития техники [8].

Жизнь технической системы (как и других систем) можно изобра­зить в виде 5-образной кривой или ломаной (рис. 1), показывающей, как меняются во времени главные показатели системы (мощность, производительность, скорость и т. д.) [9].

Рис. 1. Изменение главных показателей технических систем во времени.

Несмотря на индивидуальные особенности, присущие разным тех­ническим системам, эта зависимость имеет характерные участки, общие для всех систем [9, 10]. В «детстве» (участок 1) техническая система А развивается медленно. Но наступает пора «возмужания» и «зрело­сти» (участок 2), когда она быстро совершенствуется: начинается массовое ее применение. Затем темпы развития идут на спад (уча­сток 3) —приходит «старость» (система исчерпывает себя). Далее техническая система А либо деградирует, сменяясь принципиально другой системой Б, либо на долгое время сохраняет достигнутые показатели (участок 4).

Рис. 2. Изменение во времени основных показателей технической системы (а) и связанных с ее развитием показателей; качества изобретений (б), творче­ского уровня изобретений (в) и средней эффективности одного изобретения (г).

Сопоставление «жизненной кривой» технической системы (рис. 2, а) с изменением во времени показателей технического творчества (изобретательской деятельности) дает возможность выявить ряд интересных закономерностей. На графике, изображен­ном на рис. 2, б, первый пик количества изобретений соответству­ет периоду перехода к массовому применению системы, второй — обусловлен стремлением продолжить жизнь системы.

Первые изобретения, создающие основу технической системы, всегда высокого уровня. Постепенно этот уровень снижается. Пик на графике, изображенном на рис. 2, в, соответствует изобретени­ям, которые обеспечивают системе возможность массового исполь­зования. За этим пиком — спад: уровень их неуклонно снижается, приближаясь к нулю (тем временем появляются другие изобрете­ния высокого уровня, относящиеся к новой системе, сменяющей данную). Несмотря на высокий уровень, первые изобретения не дают прибыли, так как техническая система существует на бума­ге или в единичных образцах, в ней много недостатков, несовер­шенств и недоработок. Прибыль начинает появляться после пере­хода к массовому применению системы (рис. 2, г). В этот период даже небольшое усовершенствование приносит большой эффект.

Знание особенностей «жизненных кривых» технических систем необходимо для выяснения резервов их развития и определения целесообразности совершенствования или создания принципиально новых решений.

Такой анализ позволил на научной основе сделать первую по­пытку выявления и формулирования законов развития техниче­ских систем [9].

Эти законы (принципы) можно условно разделить на статиче­ские (определяющие начало жизни технических систем), кинема­тические (определяющие их развитие) и динамические (отражаю­щие главные тенденции развития технических систем в наше время).

К первой группе относятся законы:

полноты частей — необходимым условием жизнеспособности си­стемы является наличие и минимальная работоспособность основ­ных ее частей (техническая система должна включать двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления, каждый из кото­рых должен быть хотя бы минимально пригоден к выполнению ее функции);

«энергетической проводимости»—система жизнеспособна, если имеется сквозной проход энергии по всем ее частям (так как лю­бая техническая система — преобразователь энергии, очевидна не­обходимость передачи энергии от двигателя через трансмиссию к рабочему органу);

согласования ритмики (частоты колебаний, периодичности) ча­стей системы.

Во вторую группу входят законы:

увеличения степени идеальности—в этом направлении идет развитие всех систем;

неравномерности развития частей (это, в частности, являет­ся причиной возникновения технических противоречий в си­стеме);

перехода в надсистему—исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей, и дальнейшее развитие идет на новом уровне.

К третьей группе относится, например:

закон перехода с макроуровня на микроуровень—рабочие ор­ганы системы развиваются сначала на макро-, а затем на микро­уровне (вместо «железок» работа осуществляется молекулами, атомами, ионами, электронами и т. д.).

Выявление закономерностей развития технических систем (объ­ектов) может быть основано на предварительном формулировании требований к ним, выражаемых четырьмя правилами [11, с. 3—6]:

измеримости (закономерности должны допускать возможность количественной проверки объектов);

исключения (к закономерностям относят такие, исключение ко­торых позволяет найти другие пути развития техники или останав­ливает его);

общности (к нему относят закономерности, действующие на протяжении всей истории развития техники и по отношению почти к любому техническому объекту);

выводимости (входят закономерности, которые не могут быть выведены логически из других).

В результате такого подхода были выявлены следующие прин­ципы (закономерности).

1. Избыточности технических решений: в любое время для ре­ализации любой функции число созданных технических решений на уровне изобретений, чертежей, макетов, моделей и опытных об­разцов всегда больше числа серийно реализованных.

2. Соответствия между функциями и техническими решениями:

каждая функция из множества всех имеющихся и возможных тех­нических решений выделяет определенное подмножество, реализу­ющее эту функцию.

3. Относительно самостоятельного существования функций и технических решений: функции более долговечны, чем технические решения объектов, выполняющие эти функции.

4. Перехода через «предел»: каждый технический объект с по­стоянной функцией эволюционирует в направлении улучшения сво­их основных показателей следующими наиболее вероятными путя­ми (циклами):

а) неизменный принцип действия и конструкции улучшает па­раметры технического объекта до приближения к глобальному эк­стремуму по параметрам;

б) в цикле «а» происходит переход на более рациональную кон­струкцию, после чего развитие идет опять по «а» (циклы «а» и «б» повторяются до приближения к глобальному экстремуму по кон­струкциям);

в) в цикле «б» происходит переход на более рациональный принцип действия, после чего развитие идет как по циклу «а» — "б» (циклы «а», «б», «в» повторяются до приближения к глобаль­ному экстремуму по принципам действия).

5. Начала конструктивной эволюции: любая техническая систе­ма является звеном эволюционной цепи конструктивных измене­ний, в которой изобретению первого технического решения обяза­тельно предшествовало появление (изобретение) новой функции.

6. Предпочтения: при переходе на новые принципы действия или при изобретении новых функций и соответственно создании но­вых технических объектов вероятность использования конкретных физических эффектов тем выше, чем позднее они были открыты.

7. Переноса решений: новые рациональные принципы действия и конструкции, апробированные в одних технических объектах, переносят в другие технические объекты при условии существенно­го совпадения их функций или функций их элементов.

8. Пропорциональности между важностью функций и затрата­ми: чем важнее функция для общества, тем больше затраты на со­вершенствование технического объекта для выполнения этих функ­ций и тем выше темпы конструктивной эволюции. 9. Инерции производства: число серийно выпускаемых техниче­ских объектов, увеличивается от нуля по восходящей кривой, вна­чале с отставанием от спроса, затем кривая достигает максимума, при котором наступает перепроизводство, после чего производство снижается до стабилизированного уровня или до нуля в случае появления лучшего технического объекта для выполнения данной функции.

10. Механизации и автоматизации: в любом «дереве» конструк­тивной эволюции, начинающемся от конкретной функции, имеет место последовательное появление технических объектов, умень­шающих степень участия человека в выполнении этой функ­ции.

Указанная классификация закономерностей развития техниче­ских систем [9, 10] является одной из первых попыток научного изучения диалектики технических объектов. Безусловно, что в бу­дущем исследователей ждут новые открытия, касающиеся особен­ностей и законов развития техники, которые необходимы для пла­нирования творческой деятельности и прогнозирования ее резуль­татов.