 |
Тенденции и линии развития систем
|
|
|
|
В технологиях развития систем можно выделить две разные концепции. Одна связана с выделением, выбором и решением задач. Другая концепция связана с внесением изменений в систему в соответствии с тем или иным приемом, законом или линией развития, описывающую тенденции в развитии системы. В качестве примера можно рассмотреть линию дробления и динамизации (рис. 2.21). Она соответствует приему динамизации и закону повышения динамичности, о которых мы говорили выше.
Движение вдоль этой линии развития может быть описано следующими шагами:
1. Выделить отдельный элемент, который рассматривается как целое.
2. Разделить элемент на две части (би-элемент) и соединить их между собой полем взаимодействия.
3. Сделать это поле взаимодействия более гибким, динамичным, управляемым, адаптирующимся к ситуации.
4. Разделить элемент не на две, а больше частей (поли-элемент) и соединить их между собой полями взаимодействия.
5. Сделать эти поля взаимодействия более гибкими, динамичными, управляемыми, адаптирующимися к ситуации.
6. Раздробить поли-элемент с динамичными полями взаимодействия до степени возникновения принципиально нового элемента.
|
Аналогичным образом развиваются и программные продукты. Введение модульной структуры программных продуктов и динамизация связей между этими модулями – тенденция, которую легко проследить в развитии программного обеспечения.В приложении к стандартам на решение изобретательских задач (приложение П5) приводится описание восьми линий развития и некоторые примеры к ним: 1. переход в надсистему и к подсистемам (на микроуровень);
2. линии коллективно-индивидуального использования систем;
|
|
|
3. линия введения элементов (веществ);
4. линия введения и развития полей взаимодействия;
5. линия дробления и динамизации;
6. линии согласования-рассогласования и структуризации;
7. линия развития систем в соответствии с S-образными кривыми;
8. линии и тенденции развития программного обеспечения.
Линии развития систем содержат в себе значительный прогностический потенциал и требуют отдельного, детального изучения. Это опыт анализа развития многих систем из разных областей деятельности человечества. О линии перехода в надсистему и к подсистемам было написано в разделе 2.4.1.Очень важной для постановки задач и прогнозирования развития систем является линия развития систем в соответствии с S-образными кривыми. Г. С. Альтшуллер писал: «Жизнь технической системы (как, впрочем, и других систем, например, биологических) можно изобразить в виде S-образной кривой, показывающей, как меняются во времени главные характеристики системы (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т. д.)».
Рис. 2.22. Этапы на S-образной линии развития систем: разные стратегии достижения идеальности.
При развитии систем, решении изобретательских задач необходимо знать особенности «жизненных кривых» систем (рис. 2.22). Это необходимо для правильного ответа на вопрос, крайне важный для изобретательской практики: «Следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней техническую систему или надо поставить новую задачу и создать нечто принципиально иное?» Чтобы получить ответ на этот вопрос, надо знать, каковы резервы развития данной технической системы.Если система находится на 1-м этапе развития (начало развития), то:– необходимо максимально использовать уже существующие инфраструктурные ресурсы и потребности;
– рекомендуется объединить систему с лидирующими в данный момент системами.
|
|
|
– рекомендуется адаптировать систему к новым видам применения;
– адаптировать имеющиеся инфраструктурные ресурсы к нуждам развивающейся системы.
Если система находится на 3-м этапе развития (стабилизация, прекращение роста), то:– на ближнюю и среднюю перспективы следует решать задачи по снижению затрат и развитию сервисных функций;
– на дальнюю перспективу следует предусмотреть смену принципа действия системы или ее компонентов, разрешающую тормозящие развитие противоречия;
– очень эффективны глубокое свертывание, объединение альтернативных систем и другие способы перехода в надсистему.
Если система находится на 4-м этапе развития (спад), то:– на ближнюю перспективу следует решать задачи по снижению затрат и развитию сервисных функций;
– на среднюю и дальнюю перспективы следует предусмотреть смену принципа действия системы, разрешающую тормозящие развитие противоречия.
Анализ на основе линии развития систем в соответствии с S-образными кривыми – неотъемлемая часть анализа при постановке задач и выполнения прогнозных проектов.
В качестве примера на рисунке 2.22 показан график изменения удельной энерго-информационной эффективности процессоров с 1950 по 2010 год. Из него видно, что процессоры находятся на 3-м этапе развития и для них можно рекомендовать снижение себестоимости, развитие сервисных функций, объединение альтернативных системы и другие перечисленные выше рекомендации.
Еще одна универсальная линия развития систем: линии коллективно-индивидуального использования систем. Можно выделить три основных состояния, характеризующие взаимосвязь системы и ее пользователя и направления его развития:
|
|
|
– Если имеется система индивидуального пользования, то происходит постепенное увеличение степени коллективного применения системы.
– Если имеется система коллективного пользования, то происходит постепенное увеличение степени индивидуальности применения системы.
– Система индивидуального или коллективного пользования с развитием становится системой индивидуально-коллективного пользования, совмещаю преимущества той и другой системы.
Приведем несколько примеров.
– Первые часы, например, были часами коллективного пользования, так были очень дорогими. Каждый новый тип часов проходил стадию появления конструкции для индивидуального пользова-ния: солнечные, водные, песочные, механические, электронные. Сейчас мы фактически имеет систему коллективно-индивидуаль-ного пользования: есть очень точные коллективные часы, которые «раздают» правильное время всем индивидуальным часам.
– Интернет является системой коллективного пользования. Постепенно можно наблюдать процессы индивидуализации Интернет: в поисковых программах учитывается, в каком городе Вы находитесь, какие запросы Вы до этого уже делали, какие разделы информационных потоков Вас больше интересуют. Уровень индивидуализации Интернет будет повышаться. Появился, например, военный Интернет, могут возникнуть и другие варианты специализации Интернет.
– Редакторы текста появились как программа индивидуального пользования. Сейчас начали появляться редакторы текста общего пользования. Компания Google планирует выпустить оффлайновую версию своего текстового редактора Google Docs. Вместе с тем онлайновый вариант программного обеспечения также сохранится и будет развиваться в дальнейшем. Google предложит систему WebOffice, которая объединит в себе как онлайновые, так и настольные офисные приложения. «Мы сможем заполнить пробел, образовавшийся сегодня между онлайновыми и оффлайновыми программами», – говорят в Google[3].
|
|
|
Рис. 2.23. Линия коллективно-индивидуального использования систем
Задача 8. В 1980-х годах в СССР для расчета переходных процессов в электрических цепях с линиями электропередач (ЛЭП) использовался программный комплекс МАЭС. Программа могла составлять топологию электрической цепи и делать расчеты токов и напряжений. Достаточно было только указать, какие блоки и как соединены между собой в цепь.В 1982 году возникла задача проведения расчетов переходных процессов в ЛЭП с учетом конфигурации и магнитных свойств (насыщения) трехфазных трансформаторов.Обычно для расчетов ЛЭП применялись одни программы, а для трансформаторов – другие программы. Необходимо было в очень короткие сроки (2-3 месяца) создать блок (подпрограмму) для программного комплекса МАЭС, моделирующий работу 3-х фазного трансформатора с учетом магнитных свойств сердечника, с учетом различной конфигурации магнитных сердечников и различных способов соединения обмоток трансформаторов.Специалисты сказали: создать такой блок к программе невозможно. Требовалось написать очень громоздкую и сложную систему уравнений в частных производных для трехфазных трансформаторов с различными магнитопроводами и схемами соединения обмоток, представить их в дискретном и линейном виде для возможности использовать численные методы решения систем уравнений и только тогда перейти к программированию и отладке программы ( www.temm.ru ).Как решить эту задачу с наименьшими затратами? Какую линию развития можно применить для решения этой задачи?
2.5. Элеполи и система стандартов решения
изобретательских задач
Элеполи
В ТРИЗ в качестве элементарной модели технической системы рассматривается веполь: объединение двух веществ при помощи полей взаимодействия (рис. 2.25). При этом в качестве поля взаимодействия рассматриваются обычные физические поля (магнитные, электрические, гравитационные) и взаимодействия, которые в физике не принято называть полями, например, запаховые, механические, акустические, химические, биохимические и т. д.
С переходом ТРИЗ к нетехническим областям возникла необходимость в формулировании элементарной модели взаимодействия для нематериальных систем. Были внесены необходимые изменения в формулировки и правила построения моделей, которые получили новое название – элеполь (элементы, связанные полями взаимодействия).
Элеполь имеет два вида связей между элементами. Непосредственная связь <Э1 ̶ Э2> – это реализация той или иной необходимой функции или требования. Связь через поле взаимодействия <Э1 ̶ П ̶ Э2> – это то, с помощью чего удается обеспечить необходимое действие или требование, как нужная функция или требование реализуются.
|
|
|
Примерами внутренних элеполей (основанных на элементах со связями, направленными вовнутрь этой системы) могут быть сеть компьютеров или арифметический оператор над двумя и более переменными. Примером открытых элеполей (основанных на полях, направленных вовне системы) может быть дешифратор данных, преобразующий один поток информации в другой.
В некоторых случаях (измерение, преобразование полей, развитие социокультурных система и т. д.) в основе элеполя находятся поля, а преобразование поля происходит элементом «Э». Такие структуры мы будем называть внешним элеполем.
Одно и то же действие может быть реализовано при помощи разного набора полей взаимодействия. Если нужно, например, поднять шарик из лунки в земле, то это можно сделать с помощью:
– воды и гравитации, если шарик пластмассовый;
– магнита, если шарик металлический;
– обыкновенного пластилина, если шарик оказался из меди.
Модель реализации нужной функции останется во всех вариантах одной и той же: введение поля взаимодействия для достройки неэлепольной структуры до полного элеполя.
  
|  
|   
|
| Описание моделей проблемных ситуаций: нет связей, есть недостаточная или вредная связь | Элеполь: внутренний (с двумя элементами) и внешний (с двумя полями) | Повышение эффективности элеполей: комплексный, двойной, цепной элеполи |
Рис. 2.26. Элеполи: модели задач, модели решения и модели
их развития
При помощи элепольных моделей могут быть обозначены проблемные ситуации (задачи) и модель их решения (рис. 2.26).
Можно привести примеры элепольных структур в программировании. Например, выделение в компьютерной программе повторяющейся последовательности команд в цикл. Получаем следующую модель (рис. 2.27):
Э1 – часть программы с неповторяющейся последовательность команд;
Э2 – часть программы с повторяющейся последовательность команд;
П – поле взаимодействия, позволяющее объединить обе части программы в единую систему.
Придание программе вида с элепольной структурой повышает ее управляемость, снижает затраты на ее написание, отнимает меньше ресурсов, делает программу более надежной.
Примером элеполя может служить модель «сущность-связь», где элементами являются сущности анализируемой предметной области, а полем – связь между сущностями. Еще один пример – диаграмма классов языка UML, где элементами являются классы, а полями – взаимосвязи между ними.
Как и в классической ТРИЗ, так и в адаптации к области программирования существуют, как минимум, три сложности при моделировании с помощью элеполей:
1) не существуют системы, которые являются только полем или только веществом (элементом) – они всегда взаимосвязаны;
2) не всегда понятно, на каком уровне детализации (надсистемы-подсистемы) необходимо создавать веполь (элеполь), в каком аспекте рассматривать модель системы;
3) в конкретном взаимодействии бывает не одно, а сразу два и больше взаимодействий. Какое из взаимодействий нужно выбрать в каждом конкретном случае?
Рекомендуется каждый раз эти неопределенности решать, исходя из конкретных задач моделирования ситуации.
Примеры источников полей в программировании:
– механизм взаимодействия между элементами (обменом «сообщениями»). Например, запрос от клиента на выполнение действия объектом (вызов метода объекта);
– отношения между элементами. Например, наследование, ассоциация, агрегация классов.
Можно ввести некоторые общие правила для построения элепольных структур:
– элементы во внутреннем элеполе могут взаимодействовать только через поля взаимодействия;
– в элеполе поле действует на оба элемента, входящих во внутренний элеполь;
– во внешнем элеполе поле преобразуется в другое поле при взаимодействии с элементом (измерительные системы, социокультурные поля взаимодействия, преобразования потоков информации);
– элементно-полевые структуры, например, поток жидкости, информационный поток, художественное произведение и т. д. носят двойственный характер и рассматриваются либо в качестве вещества (элемента), либо в качестве поля взаимодействия в зависимости от рассматриваемой ситуации и решаемой задачи.
Рассмотрим еще одну задачу.
Задача 9. Проблема разных интерфейсов связи приложения-монитора с Access Point: одни, например, допускают передачу бинарных данных, другие – только текстовых.
В программе-мониторе можно описывать все возможные варианты интерфейса, но это потребует громоздкого описания всех возможных вариантов интерфейса во всех подразделах программы.
Необходимо, чтобы приложение-монитор могло при минимальных средствах принимать и передавать разные типы данных. Необходимо, чтобы приложение могло работать по любому интерфейсу, и было устойчивым к нововведениям (рис. 2.28).
Модель этой ситуации можно описать следующим образом:
Э1 – Access Point,
Э2 – Приложение-монитор.
П – поле взаимодействия приема-передачи информации.
В нашем случае имеется одновременно и положительная и негативная связь между Э1 и Э2. Польза в том, что передаваемая информация нужна, а негатив в том, что типов данных и разных версий интерфейсов может быть неконтролируемо много. В такой модели конфликта в ТРИЗ существует модель стандартного решения.
Необходимо ввести какой-то 3-й элемент Э3 либо в первый, либо во второй элемент, который позволил бы ликвидировать нежелательное явление. Возможное решение: вводится промежуточный элемент (блок), который предварительно сохраняет данные в виде, независимом от интерфейса и только потом преобразуется к виду, соответствующему нужному интерфейсу. Нет необходимости повторять одни и те же команды несколько раз в разных подпрограммах и нет необходимости вводить изменения во все подпрограммы при появлении нового интерфейса – он вводится только один раз в программу-адаптер.
Рис. 2.29. К задаче 9. Модель задачи и модель решения:
комплексный элеполь
В нематериальных системах, впрочем, как и в материальных, далеко не всегда полевые взаимодействия можно отделить от вещественных (поле взаимодействия от элемента, связанного с этим взаимодействием). Например, не бывает магнитного поля без самого магнита, гравитационное поле действует только через массу тел, а звук и вовсе может распространяться только через то или иное вещество. То же происходит и в нематериальном взаимодействии. Например, социальные или психологические взаимодействия основаны на людях и предметах, которые участвуют в создании этих взаимодействий. Художественные системы всегда имеют материальный носитель и материальный «потребитель» – людей, зрителей.
Аналогичная ситуация и в информационных технологиях. При решении задачи 9, например, мы представили программу-адаптер в форме элемента Э3. При более детальном рассмотрении можно выяснить, что и сам Э3 (программа-адаптер) можно представить в форме другого элеполя со своими подсистемными элементами и полями взаимодействия.
Если попытаться формализовать записи элеполя, то можно дать следующие описания составляющих элеполя:
– элемент можно представить в форме набора параметров и связей между этими параметрами.
– поля взаимодействия – это зависимости параметров одного элемента от параметров другого элемента в рамках возможного набора параметров и их значений для нескольких элементов.
Приведем несколько примеров.
Рис. 2 30. Элеполь: полировка зеркал
Рис. 2.32. Элеполь: создание очереди на покраску забора
Поля взаимодействия приводят к возникновению системного эффекта: возникают новые взаимодействия, которых не было до проявления поля взаимодействия между элементами и не сводятся к этому взаимодействию.
Еще два важных понятия для элеполей – это пространство и время. Два или несколько элементов не могут находиться в одно и то же время в одном и том же месте пространства. Иначе эти элементы были бы просто не различимы. Для нематериальных систем пространство может быть нематериальное. Одна из характеристик поля взаимодействия – способность преодолевать то пространство, которое разделяет элементы.
2.5.2. Универсальная система стандартов на решение
изобретательских задач
Идея стандартов на решение изобретательских задач разрабатывалась в ТРИЗ с 1975 по 1985 годы. От отдельных стандартов был сделан переход к наиболее распространенной сейчас системе из 76 стандартов (Стандарты-76), объединенных в 5 классов:
|
|
|
