А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (А.В. Ревенков - Теория и практика решения технических задач), страница 7

100 картинок-сюжетов про Микки Мауса незначительно отличаются друг от друга. Но если последовательно и быстро прокрутить их в поле зрения человека, то мышонок начнет двигаться. Посмотрев на мир двумя глазами, мы не стали видеть больше, но приобрели объемное видение.

Два уха наделяют нас способностью определять направление источника звука (стерео слухом). Системные свойства объекта зависят от ега структуры, т. е. от состава компонентов и характера связей между ними. Система обладает системными свойствами, которые невозможно обнаружить в ее компонентах. Разобрав пианино, мы не найдем там звук, а разобрав часы на шестеренки не поймем принципа работы часов.

Пример 3.1. Дюралюминий — сплав повышенной прочности. В 1909 — 191! гг. немецкий ученый А. Вплыл установил, что сплав алюминия с добавкой 4 % меди, 0,5 % магния и 0,5 % марганца после резкого охлаждения (температура закалки 500'С), находясь при комнатной температуре в течение 4 — 5 суток, постепенно становится более твердым и прочным 1961. Обнаруженное старение алюминиевого сплава позволило повысить прочность дюралюминия ло 360...380 МПа 136...38 кг/ммз) вместо 70...80 МПа (7...8 кг/ммз) у чистого алюминия. Создавая систему, невозможно предсказать все ее свойства.

Они могут быть как положительные, так и отрицательные (нежелательные). Поэтому при синтезе ТС нужно быть готовым к появлению нежелательных побочных эффектов. Пример 3.2. Печально известный ДДТ. Изобретатель, открывший ДЦТ в 1939 г., получил Нобелевскую премию, ДДТ использовался фермерами в качестве инсектицида и оказался исключительно зффектив- Раздел Ъ Общие приемы поиска решений 32 ным в борьбе с москитами, препятствуя тем самым распространению малярии.

Лишь к 50-м годам ХХ в. стали учащаться тревожные сообщения о том, что ДДТ чрезвычайно токсичен для многих животных, в том числе сельскохозяйственных. Его эффективность в качестве инсектицида также оказалась крайне условной и недолговечной. Вначале насекомые поглощали ДДТ, а насекомоядные, т. е. животные, питающиеся насекомыми, — отравленных насекомых. К 1970 гг. это средство прошло всю цепь питания и было обнаружено в организме человека. Только тогда его применение было поставлено под контроль, вплоть до наложения запрета во всех странах.

Любое вмешательство в сложившуюся систему приводит к изменению ее системных свойств. Причем весьма часто, наряду с положительными эффектами, появляются и нежелательные эффекты. Чем сложнее система, тем труднее предсказать изменения ее системных свойств. Пример 3.3. Заторы на дорогах, парадокс Бресса. Большое число машин на дорогах вызывает заторы и снижает эффективность функционирования транспортных магистралей. Это усугубляет экологическую обстановку. Наибольшее количество вредных веществ выбрасывается автомобилем в момент трогания н разгона. Наиболее очевидное решение этой проблемы„казалось бы, состоит в том, чтобы увеличить количество дорог.

Однако добавление новых трасс к уже перегруженной дорожной сети может привести лишь к еще большей ее перегрузке. Это явление известно как парадокс Бресса; его сформулировал немецкий исследователь Дитрих Бресе в 1968 г. Он задумался над странным явлением, которое возникло прн планировании транспортных развязок в немецком городе Штутгарте в конце 1960-х гг. Штутгартские градостроителн попытались сделать более свободным движение в центре города, добавив еще одну улицу. Однако с ее появлением положение лишь ухудшилось.

Проблема коренилась не в дорогах, а в перекрестках и развязках, т. е, во взаимосвязях между дорогами — именно там, где, прежде всего, стал бы ее искать исследователь, владеющий системным подходом. Он сразу бы отметил, что увеличение количества дорог приведет к увеличению количества перекрестков, и, следовательно, тех мест, в которых могут возникать заторы (пропускная способность меньше, чем на трассе). Следует особо подчеркнуть, что системный подход, — это своеобразный ракурс видения изучаемых объектов, стиль мышления, который несет важную методологическую функцию. Он предполагает определенный и специфический способ их изучения, позволяющий раскрыть организацию объектов.

Системность мышления заключается в том, чтобы видеть целое как совокупность взаимосвязанных компонентов и поншиать, что свойства системы определяются составом компонентов, их свойствами и связями, т. е. ее структурой. 3. Основы системного анализа Пример 3.4. Совет Ч. Дарвина. Однажды к Дарвину обратились за помощью фермеры; катастрофически упали урожаи красного клевера. Ученый порекомендовал им завести побольше кошек.

«Причем здесь кошки?» — спросили фермеры. «Да притом, — объяснил Дарвин,— что красный клевер опыляется только шмелями, а шмелиные гнезда разоряют мыши, которых развелось множество. А кошек в округе мало потому, что резко сократилось число старых дев и засидевшихся невест по причине возвращения солдат с войны». Из этого шутливого объяснения хорошо видно системное мышление ученого. Системностью мышления обладали многие мыслители прошлого.

Вольтер писал: «Если бы в Англии была только одна религия, следова- ло бы опасаться ее деспотизма; если бы их было две, представители ка- ждой перерезали бы друг другу горло; но их там тридцать, а потому они живут в благодатном мире» [74), Выделяя компоненты, образующие систему, обязательно рассматри- вают связи между ними, через которые происходит взаимодействие и взаимовлияние между компонентами. Связи являются существенным фактором в формировании системных свойств объектов. Аналогичным образом, выделяя любой искусственный или естест- венный объект из некоторой совокупности, необходимо рассматривать связи этого объекта с окружающими его объектами (НС).

При исследовании ТС к НС относят окружающую среду, другие ТО, с которыми взаимодействует рассматриваемый ТО и человек. Необхо- димо учитывать, что системные свойства рассматриваемого ТО сущест- венным образом зависят от характера его взаимодействия с компонен- тами надсистемы. Знание методологии системного подхода, владение приемами сис- темного анализа необходимы как для успешного изучения любых объ- ектов„так и для поиска решений различных задач. Проектирование ТΠ— процесс синтеза, в котором объединением компонентов в некоторую систему получают объект с набором полез- ных свойств.

При создании ТО системный эффект получают, применяя следующие приемы: ° объединение в систему однородных компонентов, например железнодорожный состав, велосипедная цепь, катамаран, чипсы в галтовочном барабане, шарики в шарикоподшипнике, двух-, трех- и четырех моторные самолеты, люстра с несколькими лампочками, сеть персональных ЭВМ и т. д.; ° объединение в систему разнородных компонентов, например, циркуль «козья ножка», ~ЭВМ вЂ” принтер — модем), <магнитофон — радиоприемник> и т. д.; ° объединение в систему компонентов с противоположными свойстпвами, например, карандаш с ластиком, многослойная печатная плата (объединение проводящих и диэлектрических слоев) и т. д.; Раздел 1. Общие приемы поиска решений ° объединение в систему компонентов со смещенными характеристикалти, например биметаллическая пластинка, набор гаечных ключей, объединение полупроводников с л и р — проводимостью (полупроводниковый диод), набор цветных карандашей, набор сверл, металлорежущее оборудование в цехе, бифокальные очки и т.

д. Например, в штангенциркуле объединили две шкалы со смещенными характеристиками — в подвижной шкале 1О штрихов на отрезке 9 мм. В результате точность измерения увеличилась на порядок (рис. 3.3). Рис. 3.3. Пример объединения компонентов со смещенными характеристиками Объединяя компоненты в систему, невозможно предсказать все свойства системы в целом, однако можно сформулировать небольшое число приемов, позволяющих изменять системные свойства объектов. Системные свойства, очевидно, будут изменяться при введении или удалении некоторых компонентов и связей системы„а также при внесении количественных и качественных изменений в параметры, характеризующие компоненты или связи (см.

рис. 3.2). Пример 3.5. Уравнение — зто система. Уравнение у = 5х — 3 можно рассматривать как систему, состоящую из двух компонентов х и у, которые связаны видом отношения — знаком равенства и арифметическими действиями. Эта связь определяет системное свойство — геометрическое место точек на плоскости, расположенных на одной прямой. Если каждое из выражений у= 5х- 3; у =хт 1 рассматривать как уравнение прямой, то при объединении этих выражений в систему у = 5х — 3; у=х+1 задается связь между ними. Очевидно, что если система из двух линейных уравнений имеет решение, то она определяет уже другой объект— точку пересечения прямых.

Объединение двух систем (уравнений) привело к появлению нового системного свойства. 35 3. Основы системного анализа Пример З.б. Усилитель сигнала. Рассмотрим усилитель (рис. 3.4). Если сигнал на входе в усилитель нестабильно изменяется, то лля разомкнутой системы (рис. 3.4, а), эта нестабильность будет усиливаться. Аатоматический регулятор усиления Генератор а б е Рис. 3.4. Пример введения обратным связей а усилитель; а — разомкнутая; б — с отрилательной обратной саязыо; е — с положительной обратной связью; К вЂ” коэффициент усиления Если с выхода усилителя подать инвертированный сигнал на вход усилителя, т.

е. организовать отрицательную обратную связь, то получим автоматический регулятор усиления (рис. 3.4, б). Если на вход подать положительный сигнал с выхода усилителя, то получим генератор электрических сигналов (рис. 3.4, в). Из приведенных примеров видно, что изменение характера связей между компонентами системы, введение или удаление связей приводит к изменению ее системных свойств. 3.2. Приемы решения задач, основанные на системном подходе Одной из важнейших составляющих процесса решения задачи является поиск ресурсов для получения требуемого результата.

Для этого прежде всего необходимо понять какими свойствами обладают объекты, описанные в ИД, и как эти свойства можно использовать для получения требуемого результата. Поэтому первым этапом решения задачи является анализ ИД. Если при анализе ИД не сразу обнаруживаются свойства, которые можно использовать для решения задачи, то необходимо рассмотреть совокупность объектов, заданных в ИД как систему, выделить компоненты, рассмотреть свойства, которыми обладают эти компоненты, определить характер связи между ними и понять, какие свойства проявляются или могут проявляться в связях, и какие свойства появляются как синергетический эффект.