2.11.9. Закон увеличения степени идеальности системы

Формулировка закона: развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности. Идеальное ТС - это система, масса, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. В пределе: идеальная система та, которой нет, а функции ее сохраняются и выполняются. Зная этот закон, можно преобразовать любую задачу и сформулировать идеальный вариант решения. Конструктор подходит к задаче так: "нужно осуществить операцию, следовательно, понадобятся такие-то механизмы". Правильный изобретательский подход выглядит совершенно иначе: "нужно совершить операцию, не вводя в систему новых элементов". Такой ответ не всегда достижим в полной мере, но необходимо добиваться максимального приближения к нему. Поскольку для выполнения функции требуется только материальный объект, то за исчезнувшую систему эту функцию должны выполнять другие системы (соседние, над- или подсистемы). То есть, часть систем преобразуется таким образом, чтобы выполнять еще и дополнительные функции, за исчезнувшие системы. Исчезновение систем и увеличение полезной функции или количества выполняемых функций - две стороны общего процесса идеализации.

Все ТС развиваются через ряд последовательных событий: возникновение потребности  формулирование главной полезной функции - социального заказа на новую ТС  синтез новой ТС, начало ее функционирования  увеличение главной полезной функции - попытка "выжать" из системы больше, чем она может дать  при увеличении функции ухудшается какая-то часть (или свойства) ТС - возникает техническое противоречие, то есть появляется возможность сформулировать изобретательскую задачу  формулирование требуемых изменений ТС, то есть переход к изобретательской задаче и решение задачи с применением знаний из области науки и техники и т.д.

Все, что делается в мире техники, делается ради удовлетворения потребностей человека и общества. Если в ТС нет нужды, то она никогда не возникает, и если потребность появляется, то с течением времени она становится все более острой, и ничто не остановит человека в ее воплощении. Необходимость - мать изобретений. Потребность экономии силы - одна из главных витальных человеческих потребностей (после потребностей в пище, воде, сне, продолжении рода, защиты от внешних опасностей). Именно эта потребность побуждает изобретательность и совершенствование в технике [107]. Погресс общества был бы невозможен без стимулирующей роли потребностей. Закон возвышения потребностей действует объективно, независимо от сознания и воли людей. В современном обществе изобретения обгоняют реальные потребности и тогда возникает необходимость поиска сферы применения (одна из задач маркетинга) или стимулирование потребностей (чрезмерная реклама, "воспитание" потребителя). Поэтому истинные потребноси общества следует отличать от надуманных.

2.11.10. Закон развертывания-свертывания технических систем

Проявляется появлением новых системных свойств при объединении элементов, например, в биметалле получают изменение формы от температуры; в турбовинтовых двигателях - повышается экономичность. Развертывание в технике происходит двумя путями: системы объединяются друг с другом с переходом в надсистему, либо система постепенно дробится на части. Первый шаг к объединению - это по парное объединение, то есть, би-переход к би-системе. Особенно эффективно объединяются системы-конкуренты, предназначенные для выполнения одной и той же функции, но работающие на разных физических принципах. Объединение чаще всего используется, когда одна система уже исчерпала возможности своего развития, а другая только родилась. Следующий шаг - переход к полисистеме, когда объединяются либо много систем, либо однородная система разбивается на множество элементов. После усложнения может происходить свертывание, когда за счет перехода на микроуровень и повышения динамичности, системы упрощаются, становятся надежнее, дешевле, сохраняя полезные функции.

Процесс развертывания ТС чаще всего начинается с вещества, причем можно выделить несколько стадий эволюции вещества ТС: попытки улучшения (выделения) нужного свойства вещества  разделение однородного вещества на функциональные зоны  специализация зон по функциям и переход к неоднородному веществу  составное вещество из специализированных веществ с высокими значениями полезной функции  развертывание составных веществ в подсистемы  свертывание составного вещества, или подсистемы в идеальное вещество. Если для увеличения главной полезной функции требуется увеличить какое-то свойство вещества (толщину, затрат энергии, вес, габариты), но ухудшаются другие свойства, то разрабатывают множество вариантов (модификаций, марок) одного и того же вещества - для разных систем, объектов и условий работы. Процесс развития обычно приводит к разделению моновещества на зоны, слои, части, переходу к составному веществу. Например, когда свойством, от которого зависит увеличение главной функции, должно обладать не все вещество, а лишь его часть (рабочая зона), причем усилить свойство в зоне легче, чем во всем веществе. Это разделение наблюдается, например, у режущих инструментов из неоднородного металла: режущая кромка повышенной твердости, а периферийные слои - с низкой твердостью. Сам факт перехода от моновещества к слоистому является полезным, если каждому слою придать определенные свойства (теплоизоляционные слоистые панели). Тот же принцип можно использовать для гашения других волновых процессов (акустических, оптических, радиофизических, упругих), причем каждая граница раздела двух сред с различными свойствами служит источником отраженных и преломленных волн; взаимодействуя с падающей волной, они образуют сложную интерференционную картину и гасят друг друга.

После разделения вещества на функциональные зоны начинается процесс их специализации - каждая зона выполняет только одну функцию. При специализации легче обеспечить рост полезной функции каждой зоны и в целом всего объекта. Например, солнечный свет можно «перекачивать» в помещение без окон через вентиляционный канал с отражающими стенками и затем рассеивать через отверстие в потолке. Специализация зон по выполненным функциям приводит в конечном итоге к разделению неоднородного вещества на составные части, к замене отдельных частей на вещества с высоким значением полезной функции. Например, конструкция чайника включает в себя трехслойное днище: медная основа ( высокая теплопроводность), покрытая изнутри тонким слоем тефлона (к нему не пристает накипь), а снаружи - электрохимическое блестящее защитное покрытие. Не всегда есть вещества, выполняющие нужную функцию самостоятельно, то есть "работающие" на собственной энергии или на энергии, имеющейся в системе. Тогда к веществу "пристраивается" обслуживающая его подсистема. Рано или поздно подсистемы или составные вещества должны сворачиваться снова в вещество. Такое вещество, прошедшее один цикл развертывания-свертывания и приобретшее новое качество, обеспечивающее высокое значение главной функции в конкретной ТС, можно назвать идеальным веществом первого порядка.

Свертывание ТС может идти несколькими путями: вытеснение части подсистем в новую систему; развитие подсистем в составе ТС; свертывание ТС в одну из подсистем; свертывание подсистемы и ТС в идеальное вещество. В развитии реальных ТС чаще всего идут смешанные процессы свертывания: развивается и идеализируется то одна, то другая часть системы, тот или иной уровень иерархии. Все четыре пути ведут к одному и тому же - к новой системе "Б", выполняющей ту же функцию, что и исходная система "А", но имеющей очень малые массо-габаритно-энергетические параметры и высокое значение главной функции.

Свертывание ТС в одну из подсистем (главным образом - в рабочий орган) происходит последовательным совмещением элементов системы: подсистема принимает на себя выполнение функции какого-либо вещества ТС (и это вешество исключается из ТС); совмещение двух подсистем в одной (и одна подсистема исчезает); совмещение нескольких подсистем в одной; свертывание ТС в одну из подсистем. Зачастую подсистемы уже обладают свойствами, аналогичными свойствам веществ, используемых в данной ТС - в другой ее части, остается только вытеснить это вещество, "поручив" выполнение его функции подсистеме. Если же какая-либо подсистема не обладает нужным свойством, ее следует изменить в требуемом направлении. Например, домашние телевизионные антенны в виде настенного календаря, часть рисунков которого напечатана металлизированными красками или выполнена из тонкой алюминиевой фольги, возможно нанесение рисунка на оконные стекла. Еще один пример свертывания двух разнородных подсистем: в системе лампа (излучатель света) и абажур (отражатель света), предложена высокоэкономичная лампа, на внутреннюю поверхность колбы которой нанесен тонкий слой серебра, включенный, между двумя слоями диоксида титана, которые не задерживают видимый свет, но отражают инфракрасные лучи, причем это прозрачное зеркало имеет такую кривизну (колба в форме эллипсоида), что ИК-лучи фокусируются на нити накала и разогревают ее – причем требуется в два раза меньше энергии при том же световом потоке (пат. США 4017758, 1978). Абажур (вспомогательная подсистема) оказался внутри лампы, поближе к рабочему органу и выполнил дополнительную функцию.