CC BY
21
УДК 608.1
ПРИРОДА В ТЕХНИКЕ. ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Т. С. Емашкина, И. И. Кочегаров
NATURE IN THE ART. FUNDAMENTALS IMPROVING TECHNICAL SYSTEMS
T. S. Emashkina, 1.1. Kochegarov
Аннотация. Актуальность и цели. Человечество не стоит на месте. В своем техническом совершенствовании нуждается практически каждое пятое изобретение. Эта проблема актуальна особенно сейчас, когда основное внимание обращено не на создание нового, а на развитие и устранение недостатков уже существующих систем. Цель данного исследования - определить основные принципы развития и усовершенствования систем техники. Материалы и методы. Реализация задачи была достигнута за счет изучения источников информации по техническим открытиям последних лет и исследования историков и наших современников в отношении создания первых орудий труда. Результаты. В работе описаны мотивы и предпосылки создания инструментов, рассмотрены этапы развития технических систем, а также прослежена связь и установлена аналогия с окружающим миром. Определены направления и законы развития, опираясь на которые, наука может осуществить большой шаг в развитии техники в целом. Выводы. Природа является основным источником идей и вдохновения для человека. Законы мира являются законами развития технических систем, а основные инстинкты, движущие животным миром, также проявляются и четко отслеживаются во всех инструментах, изобретениях и методах, искусственно созданных человеком.
Ключевые слова: артефакт, техника, природа, орудия труда, Альтшуллер, теория решения изобретательских задач, функциональность системы, законы развития, закон качества, фундаментальные законы, изобретения.
Abstract. Background. Humanity does not stand still. In its technical improvement requires virtually every fifth invention. This problem is relevant especially now that more attention is not paid to the creation of new, and development and to overcome the disadvantages of existing systems. The purpose of this study to define the basic principles for the development and improvement of systems engineering. Materials and methods. Implementation of the task has been achieved through the study of the sources of information on the technical discoveries of recent years, and the research of historians and our contemporaries in the establishment of the first tools. Results. The paper describes the motives and background creation tools, the stages of development of technical systems, as well as communication and traced an analogy with the world. The directions and laws of development, relying on science that can realize a big step in the development of technology in general. Conclusions. Nature is the main source of ideas and inspiration for people. The laws of the world are the laws of development of technical systems, basic instincts, driving the animal world as manifested clearly tracked in all instruments, inventions and methods of artificially created by man.
Key words: artifact, technology, nature, tools, Altshuler, theory of inventive problem solving, the functionality of the system of laws, the law of quality, fundamental laws of the invention.
Природа - независимая, вечная, возникшая до человечества и окружающая его повсеместно. Такая совершенная и прекрасная. Ее законы естественны, они возникли без какого-либо человеческого вмешательства.
Желание повторить, сделать лучше и тем самым облегчить свой быт -качество, на наш взгляд, основополагающее для создания первых артефактов (лат. «artefactum» от «arte» - искусственно + «factus» - сделанный). Самый простой артефакт (инструмент), созданный человеком, - палка-копалка. Она обладает обязательными признаками - функциональным назначением и принципом действия. Если рассматривать палку с точки зрения заимствования из природы, можно предположить, что медведь, выкапывающий корни растений или бивни мамонта, используемые им для добывания пищи, стал «родителем» первого инструмента, созданного человеком.
История и развитие человечества непрерывно связаны с развитием орудий труда. На этапе ручного труда появилось первое понятие техники как инструментальной совокупности. Технические инструменты делали то, на что организм человека был неспособен. Они увеличивали физическую силу, расширяли возможности и помогали выжить. Именно выживание является первым и основным мотивом создания и совершенствования инструментов (дубины, первобытные лук и стрелы, гарпуны, плот, каменный топор, игла). Люди научились добывать огонь, подражая эффекту удара молнии. Возникли простейшие механические приспособления, такие как колесо, рычаг, клин.
Далее следовал этап машинизации - промышленная революция конца XVIII - начала XIX вв. Лучшие умы придумали паровую машину, универсальные станки для производства пряжи. Здесь выживание как естественное противостояние опасностям отходит на второй план. Техника становится самостоятельной силой. Это уже не просто совокупность артефактов. Техника -специфический инженерный способ использования силы энергии природы [1]. Машина - не просто продолжение человека и средство осуществления потребностей. Сам человек становится частью машины, дополняя ее возможности.
На следующем этапе в результате комплексного развития и совершенствования автоматизации ясно прослеживается понятие «технологии». Человечество не просто задается вопросом, как сделать, чтобы достигнуть нужного результата. Его интересует первопричина, суть. На первый план выходит интеллект, реализуемый внедрением технологий [2].
Временные разрывы между этапами развития техники сокращаются. Появляется электрическая машина, развивается радиотехника, создается конвейерное производство. Техника и технология - уже два неразделимых понятия. Производство усиленно автоматизируется, вычислительная техника превосходит саму себя. Человечество уже побывало в космосе, и уже каждый знает, что такое нанотехнология. Но мы по-прежнему далеки от природного совершенства.
Так что же движет прогрессом? Почему мы так далеки и в то же время губительны для всего естественного, что окружает человечество?
В 1946 г. Г. С. Альтшуллер и его коллеги начали работу над теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ). Основные цели - исключить «случайное» решение, понять суть и систематизировать законы развития технических систем.
Все изобретения подчинены объективным и закономерным особенностям окружающей среды. Человек не просто создает новое, он создает вторую природу для своего пользования. Возможно, что мы когда-нибудь дойдем до такого уровня технического совершенства, что нам уже не нужно будет использовать природные ресурсы для удовлетворения своих потребностей.
Пока мы ищем пути устранения технических противоречий уже существующих систем для улучшения и создания той самой «идеальной» системы.
Альтшуллер выделил три раздела законов развития: «Статика», «Кинематика», «Динамика». Названия условны и по своей сути показывают связь с этапами «детство-развитие-старость» любой технической системы.
Итак, «детство». Для техники это процесс изобретения, проектирования, доработки и исправления недостатков на ранних этапах, изготовления опытного образца, а также подготовки к серийному выпуску изделия. На этом длительном этапе даются ответы на вопросы, будет ли жить и выполнять необходимые функции эта система и что необходимо для ее рабочего функционирования.
Техническая система «рождается» и функционирует в результате взаимодействия отдельных компонентов, входящих в эту систему.
Этот этап условно можно обозначить как «статика». Законы этой группы показывают, какие конкретные условия необходимо выполнить для успешной работы создаваемой системы.
Первый закон группы «статика» по Альтшуллеру - закон полноты частей системы. Для того чтобы система функционировала и была жизнеспособной, необходимо наличие минимальной работоспособности главных частей этой системы [3].
Похожий закон в 1840 г. опубликовал Ю. фон Либих, только для биологических систем - закон энергетической проводимости системы. Энергия должна иметь сквозной проход по всем частям, составляющим систему. Отсюда следует вывод: чтобы часть технической системы была управляемой, надо обеспечить энергетическую проходимость между этой частью и органами управления.
Третий закон - закон согласования ритмики частей системы. Невозможно функционирование системы с несогласованной ритмикой всех ее частей.
«Расцвет» (развитие, или динамика) - это следующий этап достаточно бурного совершенствования сконструированной системы. Если система должна измениться, чтобы отвечать возрастающим требованиям, то работа над этим происходит именно на данном этапе.
Закон перехода с макроуровня на микроуровень. Изначально развитие системы идет на макроуровне, после - на микроуровне. Что это значит для системы? Когда в целом она изучена и свойства ее улучшены, границы системы расширяются для новых проблем и вопросов, касающихся также ее составных вещей. Требуется больше творчества, больше изобретательских идей и опыта. Система «расщепляется», улучшается и возвращается в уже новую усовершенствованную систему.
Закон повышения степени вепольности. Веполь помогает найти решение для задачи; если не ограничиваться одной связью между веществом и полем, можно получить больше вариантов решения.
Ну и «старость». Динамика обуславливает замедление и прекращение на определенном этапе выполняемых функций системы. На данном этапе должны вводиться корректировки и возможные изменения для работы системы в данных условиях. Если дальнейшая корректировка невозможна и система «умирает», на смену ей приходит новая и имеет место повторное прохождение всех этапов цикла. Законы этой группы имеют дело с уже образованной системой.
Закон увеличения степени идеальности системы. Развитие систем должно идти к направлению увеличения степени идеальности. К этому стремятся все системы. К сожалению, пока что далеко не все системы пришли к этому.
Закон неравномерности развития частей системы. Именно неравномерность развития частей системы является причиной возникновения технических и физических противоречий, решение которых ведет к решению изобретательских задач.
Закон динамизации. Системы должны меняться и приспосабливаться к противоположным требованиям внешней среды.
Закон перехода в надсистему. Если динамизация уже невозможна и система полностью исчерпала свои ресурсы, то система переходит в надси-стему. Этот переход не всегда происходит, система может «умереть» навсегда или служить только в изначально заданных условиях без возможности усовершенствования.
Эти три этапа также заимствованы из природных, биологических процессов, что еще раз подчеркивает возможность развития систем благодаря исследованию естественных процессов.
Основные закономерности развития технических систем со своей точки зрения описал Ю. С. Мелещенко:
- закономерности, которые характеризуют изменения в материальной стороне технической системы: использование другого материала, расширение используемых природных материалов, поиск или создание абсолютно новой материи; подбор материалов, которые наиболее соответствуют свойствам системы, и их рациональное использование [4];
- закономерности, связанные с изменениями в использовании процессов природы: использование более сильных источников энергии, использование биологических, физических и химических процессов, а также их интенсивности для расширения функциональности системы;
- закономерности, связанные с изменением элементов структуры и даже функций технической системы;
- процесс усложнения и интеграции техники;
- движение к автоматизации [5].
Все законы, выделенные великими умами на протяжении истории исследования развития технических систем, как научное и прикладное направление имеют один смысл. Они все опираются на фундаментальные законы самой природы: закон единства и борьбы противоположностей, закон отрицания отрицания, закон перехода количественных изменений в качественные (золотой закон детства - если что-либо плохо получается, нужно попробовать еще раз), закон сохранения энергии, закон резонанса и другие.
Главное, что хочется подчеркнуть, подводя итоги рассматриваемой темы, - чтобы усовершенствовать техническую систему, порой достаточно «подсмотреть» ее аналоги в природе.
Институт учит молодых инженеров думать, рассчитывать, представлять, другими словами, использовать естественнонаучный подход. Очень остро стоит проблема в изучении искусственно-технологического подхода, которое требует развитой материально-технической базы. Возможно поэтому наша страна со своим огромным потенциалом не может встать на одну ступень с остальными крупными индустриально-развитыми странами.
Все законы уже открыты, и все решения найдены. Талантливым изобретателям необходимо преодолеть этот шаг и видеть перед собой не только технологически сложную, успешно усовершенствованную уже в прошлом систему. Необходимо переключиться на более простые решения, которые подсказывает и не скрывает для нас природа.
Список литературы
1. Техника как объект познания. Философские проблемы технических наук. - URL: http:// Studme.org
2. URL: http:// Eurasialand.ru
3. Альтшуллер, Г. С. Как научиться изобретать / Г. С. Альтшуллер. - Тамбов : Кн. изд., 1961.
4. Мелещенко, Ю. С. Техника и закономерности ее развития / Ю. С. Мелещенко. -Л. : Лениздат, 1970. - 248 с.
5. Законы развития систем. URL: http:// 4brain.ru.
Емашкина Татьяна Сергеевна студентка,
Пензенский государственный университет E-mail: etanchik@mail.ru
Кочегаров Игорь Иванович
кандидат технических наук, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры, Пензенский государственный университет E-mail: kipra@mail.ru
Emashkina Tat'yana Sergeevna student,
Penza State University
Kochegarov Igor' Ivanovich candidate of technical sciences, sub-department of design and production of radio equipment, Penza State University
УДК 608.1 Емашкина, Т. С.
Природа в технике. Основы совершенствования технических систем /
Т. С. Емашкина, И. И. Кочегаров // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2015. - № 4 (16). - С. 165-169.
