Мыслительное карате. Методология научно-технического творчества и концептуального проектирования
Книга посвящена методам научно-технического творчества, обеспечивающим эффективное формирование и реализацию актуальных потребностей человека при выполнении проектов в различных сферах. Представлена системная методология проектной деятельности, основанная на использовании эвристик на этапах концептуального проектирования, определяющих успех проектирования в целом. Книга предназначена для ученых, предпринимателей, студентов, школьников и позволит каждому читателю развить творческие способности.
Оглавление
- Предисловие автора
- Глава 1. Потребности человека – главная побудительная сила его действий
- Глава 2. Реализация потребностей человека – творческий процесс
- Глава 3. Научно-техническое творчество как формирование и выполнение проектов
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Мыслительное карате. Методология научно-технического творчества и концептуального проектирования предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других
Глава 1. Потребности человека — главная побудительная сила его действий
1.1. Основные понятия, связанные с потребностями человека
Главной побудительной силой любых действий человека являются его многочисленные и разнообразные потребности, связанные с повседневным бытом, семьей, хозяйством, работой, учебой, здоровьем, спортом, духовной жизнью и вообще с многообразным взаимодействием человека и окружающей его среды.
Различают органические и социальные/неорганические. Долгое время считали, что органические потребности заложены в человеке генетически, а их удовлетворение осуществляется посредством инстинктов (например, потребности в воздухе, воде, пище, сне, избавлении от отходов жизнедеятельности) и только социальные/неорганические потребности формируются в ходе развития общественных форм, социально-экономических, климатических и других условий жизнедеятельности человека. Однако последние достижения психологии6 убедительно доказывают, что ВСЕ потребности формируются (даже органические не являются инстинктивными).
В целом потребность — это нужда в чем-то, что лежит вне организма и является ее предметом. Потребность, «нашедшая» свой предмет, преобразуется в мотив, на основе которого формируется мотивация той или иной силы.
Конкретизацией мотива является интерес, который служит движущей силой всех социальных действий человека, отличается проявлением его познавательных потребностей и вниманием к определенным объектам, явлениям.
В какой-то мере с понятием потребность сходно понятие стремление, которое в зависимости от меры осознания выражается в виде влечения или в виде желания. Все эти понятия не тождественны. Например, желание от потребности отличается меньшей значимостью в духовном мире человека. Оно не всегда совпадает с необходимостью устойчивого функционирования человеческой личности, обеспечения его жизнедеятельности, поэтому желание часто относится к сфере иллюзорных представлений, когда человек, создавая идеи и концепции, в своем сознании наделяет материальные объекты качествами, которые им не присущи.
Переход от потребности к деятельности заключается в трансформации потребности в цель и интерес.
Если потребность остается сущностью, а не становится побуждением к деятельности, то формируется модель асоциального поведения человека-потребителя. Яркими представителями такого поведения являются бездомные, попрошайки, тунеядцы, а также люди, страдающие алкогольной или наркотической зависимостью. Впрочем, асоциальность имеет и положительные проявления, основанные на вере, мотивациях к одиночному существованию. К таким представителям относятся монахи, отшельники, а также общины, отказавшиеся от благ цивилизации, и др.7
Разумеется, не всякая деятельность отвечает социальным нормам, если она основана на реализации, условно говоря, плохих потребностей (некоторые из них приведены выше, а другие — в разделах 1.2.4 и 1.2.5).
Большинство потребностей человека можно удовлетворить с помощью созданных для этих целей технических систем — искусственных материальных объектов — или действиями человека с материальными объектами (в том числе с природными). Такие потребности называют технически реализуемыми потребностями. Разнообразие технических систем (ТС) показано на рис. 1.
Рисунок 1. Разнообразие технических систем
Наиболее сложным в разнообразии ТС является понятие технология, которое подразумевает несколько значений.
Технически реализуемые потребности описываются в следующем порядке:
1) указание (описание) действия (Д), приводящего к реализации потребности;
2) указание (описание) объекта (О), предмета труда;
3) указание (описание) особых условий (У) и ограничений, при которых выполняется действие (Д).
Примеры описаний технически реализуемых потребностей приведены в таблице 1.
Таблица 1. Описания технически реализуемых потребностей
Действия (Д) в потребностях описываются глаголами, которых насчитывают более 15 тысяч. С учетом множества (миллионов) наименований объектов, предметов труда (О) и особых условий и ограничений (У) количество технически реализуемых потребностей огромно и не поддается исчислению.
Рисунок 2. Изделия для сидения человека: а — стул, б — кресло, в — табурет, г — пуф, д — скамейка, е — диван, ж — парта
Далее, за редким исключением, будем рассматривать только технически реализуемые потребности. Исключение связано с тем, что не все потребности человека технически реализуемы. Например, потребность в любви или потребность в уважении нельзя реализовать с помощью ТС.
Для удовлетворения практически каждой потребности человека уже создано множество аналогов ТС, отличающихся функциями, свойствами и параметрами свойств. Например, для удовлетворения потребности «сидеть…» существует много изделий для сидения: стул, табурет, диван, скамья, кресло, пуф, парта (рис. 2).
Для удовлетворения потребности «плыть…» существуют различные технологии плавания (которые чаще называют техниками), отличающиеся различной скоростью и трудозатратами: кроль, брасс, баттерфляй (рис. 3).
Рисунок 3. Техники плавания: а — кроль, б — брасс, в — баттерфляй
Поэтому при наличии множества аналогов для удовлетворения потребности часто достаточно просто выбрать наиболее близкий по своим функциям и свойствам аналог, который называют прототипом (рис. 4).
Рисунок 4. Удовлетворение потребности за счет выбора аналога
Простой (с точки зрения принятия решения), но очень редкий случай имеет место, когда для удовлетворения потребности не существует аналога ТС. Тогда надо разрабатывать пионерную (первую в истории человечества) ТС, что чаще всего очень непросто (рис. 5).
Рисунок 5. Удовлетворение потребности при отсутствии аналога ТС
Самый распространенный случай — это когда реализованные в известных аналогах ТС функции, свойства или параметры свойств не удовлетворяют какие-то потребности человека. Например, хранение денег, драгоценностей, продуктов, дорогих шуб в обыкновенных шкафах приводило к кражам и/или преждевременной порче предметов. Или, например, скорость самолета с движителем на основе поршневого двигателя и винта (дозвуковая скорость) была недостаточна.
Тогда идея совершенствования ТС или даже создания ТС нового поколения чаще всего может возникнуть при рассмотрении возможностей осуществления в аналоге (прототипе) ТС новых технически реализуемых потребностей (рис. 6), сформулированных как антонимы причин возникновения потребностей человека. Например, незащищенность от краж и преждевременной порчи предметов вызывает разные виды потребностей «защищать…». В результате были разработаны сейф, холодильники для продуктов, дорогих шуб и многое другое. А недостаточность дозвуковых скоростей (или, иначе, невозможность достичь сверхзвуковых скоростей) самолетов привела к созданию движителей, обеспечивающих сверхзвуковые скорости полета. Или, например, отсутствие возможности зарядить сотовый телефон вдали от стационарного источника энергии стало импульсом для возникновения новой технически реализуемой потребности «генерировать…», а точнее, «преобразовывать» энергию. Эта потребность явилась стимулом для разработки множества вариантов портативных преобразователей энергии, интегрированных в сотовые телефоны, планшеты, другие гаджеты, обеспечивающие их зарядку в экстремальных (и не только) ситуациях.
Рисунок 6. Удовлетворение потребности при недостатке в аналоге (прототипе) ТС каких-либо функций, свойств или параметров свойств
Таким образом, во всех случаях для создания пионерной ТС, развития ТС или создания ТС нового поколения определяющей является идея, импульсом для возникновения которой всегда будет формирование новой технически реализуемой потребности.
Классик современного менеджмента Питер Ф. Друкер по этому поводу говорил: «Уникальна только потребность, а не средства ее удовлетворения». В следующих разделах книги читатель найдет немало примеров, подтверждающих это гениальное высказывание.
Рисунок 7. Пример возникновения новых потребностей человека для реализации потребности
Следует отметить, что нередко для реализации конкретной потребности необходимо последовательно реализовать множество других потребностей. Например, потребность в промышленном производстве хлеба вызывает необходимость в реализации следующих новых потребностей по созданию ТС (рис. 7).
Для понимания механизмов формирования новых потребностей человека и их использования для создания пионерных ТС, совершенствования ТС или создания ТС новых поколений необходимо рассмотреть наиболее распространенные причины возникновения новых потребностей человека, а также систематику потребностей.
1.2. Причины возникновения и развития потребностей человека
1.2.1. Окружающая среда — главный источник возникновения потребностей человека
Жизнь человека протекает в сложной и непрерывно меняющейся окружающей среде, которую можно представить в виде упрощенной модели, отражающей совокупность взаимодействующих основных сред (сфер): природной среды, производственной среды (техносферы), социосферы (рис. 8).
Рисунок 8. Модель окружающей человека среды
Человек постоянно вступает в отношения со всеми компонентами окружающей его среды. Степень гармонизации этих отношений оказывает огромное влияние на формирование потребностей человека как главной побудительной силы его любых действий. В свою очередь, деятельность человека определяет его эволюцию и связанные с ней возможности в познании окружающего мира. Следствием этого является создание пионерных ТС, совершенствование ТС и создание ТС нового поколения, предназначенных в конечном счете для удовлетворения потребностей человека.
Природная среда — мегаэкзосфера — состоит из четырех экзосфер — приповерхностных оболочек Земли (таблица 2, рис. 9)8.
Таблица 2. Классификация понятия «природная среда»
Под влиянием экзогенных (в том числе космических) и эндогенных по отношению к Земле факторов, с одной стороны, и деятельности человека, с другой стороны, происходит постоянное взаимодействие и взаимопроникновение экзосфер.
Рисунок 9. Экзосферы (приповерхностные оболочки Земли): атмосфера, литосфера, гидросфера и биосфера
Атмосфера — газообразная (воздушная) оболочка Земли, простирающаяся на расстояние до 3000 км.
Атмосфера влияет на сущность и динамику всех экзогенных процессов, происходящих на Земле: окисление остатков органической жизни, физическое выветривание и химическое разложение горных пород, циркуляция наземных и подземных вод, образование ледников и мерзлоты, возникновение явлений катастрофического характера — наводнений, тропических циклонов, тайфунов, смерчей и т. п.
Атмосфера Земли представляет собой динамически изменяющуюся систему, что предопределяет постоянную необходимость качественного совершенствования существующих ТС и/или создания новых поколений ТС для удовлетворения потребностей человека по использованию атмосферы и предотвращению ее негативных воздействий9.
Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, включает земную кору и верхнюю часть мантии Земли, состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород.
В пределах литосферы непрерывно происходят грозные процессы (землетрясения, извержения вулканов, сели, обвалы, оползни, эрозии), которые имеют огромное влияние на формирование экологических ситуаций в отдельных регионах или даже приводят к глобальным катастрофам10.
С литосферой прямо или косвенно связано удовлетворение подавляющего большинства материальных потребностей человека: в жилище, пище, одежде, источниках энергии и др.
Возрастающие потребности человечества все более усиливают необходимость бережного отношения к литосфере, создания технологий и техники для комплексного освоения недр, глубокой переработки ископаемых, предотвращения глобальных техногенных нарушений литосферы.
Гидросфера — это водная среда Земли, представленная совокупностью океанов, морей, континентальных водоемов, снежных и ледниковых покровов.
Потребности человека, связанные с водой, охватывают широкий спектр проблем по обеспечению соответствующего качества воды, рациональному использованию источников и систем водоснабжения, рачительной эксплуатации биологических и минеральных ресурсов гидросферы и ее бальнеологических возможностей, совершенствованию методов и средств освоения всех водных ресурсов, включая Мировой океан.
Биосфера. Область существования живых организмов на Земле называют биосферой — сферой жизни. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы и др.) обитают в атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы нашей планеты.
Реализуя потребности, связанные с использованием биосферы, следует учитывать закономерности развития и функционирования биосферы в целом и ее отдельных экосистем, а также связь процессов, происходящих в биосфере под влиянием магнитного поля Земли, солнечного и космического излучений. Например, урожайность растений, пики сердечнососудистых заболеваний людей, периоды массового размножения многих животных теснейшим образом связаны с активностью Солнца.
Социосфера (по Э. Нефу) — часть географической оболочки Земли, включающая в свой состав, наряду с природным ландшафтом, человечество с присущими ему на данном этапе развития производственными и общественными отношениями, а также освоенную человеком часть природной среды — техносферу11.
В экономических, социологических, социально-политических и в некоторых других областях знаний под техносферой понимают составную часть социосферы, в которой активно проявляется техническая деятельность человека, представляющая собой совокупность элементов среды в пределах географической оболочки Земли, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в дикой природе12.
В технических областях знаний техносфера — это совокупность всех функционирующих и уже не действующих технических объектов и всех продуктов их деятельности, а также возникших на Земле и в космосе изменений. К таким продуктам и изменениям относят: измененные составы атмосферы, вод и почвы; биогеоценотические изменения, вызванные вырубкой лесов, распашкой или зарастанием земель, осушением болот, созданием водохранилищ; изменения рельефа или недр, связанные с извлечением полезных ископаемых, и др.
Зародившись в виде технических систем (ТС), призванных компенсировать и усиливать трудовые и творческие возможности человека, техносфера не только формирует своеобразную среду обитания, но и становится структурной системой общества, функционирующей в условиях непрерывного обмена материальными, энергетическими и информационными ресурсами. Исходные ресурсы преобразуют в необходимые продукты, изделия и услуги и направляют их в социосферу, распределяя между членами общества согласно действующим в нем экономическим законам и нормам, причем социум существует как открытая неравновесная система, необратимо преобразующая невозобновляемую часть ресурсов и накапливающая отходы. Возникающие при этом промышленные и бытовые отходы возвращают в природно-техногенную среду.
Техносфера имеет теоретически беспредельные возможности изменяться как внутри геосфер, так и в космосе. Как и любая относительно самостоятельная система (подсистема), техносфера подчиняется внутренним законам и закономерностям строения, функционирования и развития, то есть способна к саморазвитию. Недостаточно осознанное использование обществом законов саморазвития техносферы, когда создание и использование технических систем ограничивалось лишь ресурсами биосферы, все чаще стало приводить к негативным экологическим, социальным и материальным последствиям. Все это побуждает в будущем развивать техносферу на научной основе, превращая ее в гармоничную часть ноосферы13. Подробнее о ноосфере в разделе 1.2.6.
Рассмотрим наиболее распространенные причины возникновения новых потребностей человека. К ним относятся потребности человека в различной защите, в повышении уровня и качества жизни, а также мании, фобии и лжепотребности.
1.2.2. Недостаточная защищенность человека от угроз
Наряду с очень существенными причинами, например жаждой, голодом, вызывающими органические потребности человека в воде, пище и др., острой причиной возникновения новых потребностей человека (иногда даже более значимых, чем названные) является недостаточная защищенность от природных и техногенных катастроф, военных и других угроз, преступлений, болезней, террористических актов и др. Сила мотивации при этом зависит от частоты и тяжести последствий событий. Основные общие причины возникновения новых потребностей в защите следующие:
1) недостаточная защищенность людей от стихийных бедствий и рост тяжести их последствий;
2) рост количества опасных техногенных происшествий и тяжести их последствий;
3) резкое ухудшение экологической обстановки;
4) военные угрозы;
5) вспышки опасных заболеваний;
6) дефицит продовольствия и воды;
7) рост преступности;
8) рост количества террористических актов и тяжести их последствий;
9) нежелательные изменения климата;
10) негативные последствия, связанные с географической изолированностью страны, региона.
Природные катастрофы, или стихийные бедствия, были всегда. К стихийным бедствиям относятся: извержения вулканов, землетрясения, цунами, оползни, обвалы, сели, лавины, наводнения, ураганы, тайфуны, смерчи, град, молнии, лесные пожары. При внезапном, резком наступлении или при необычно высокой интенсивности характер стихийных бедствий могут иметь ливень, снегопад, заморозок, гололедица. С развитием знаний стали фиксировать и другие природные явления, приводящие или могущие привести к стихийным бедствиям: гигантские солнечные протуберанцы (их следствие — магнитные бури), озоновые дыры, возможность столкновения Земли с крупными космическими объектами (кометами, астероидами).
Трудно определенно утверждать, увеличивается ли частота стихийных бедствий на протяжении истории человечества. Однако, безусловно, можно заключить, что постоянно увеличивается тяжесть последствий стихийных бедствий. Это связано с увеличением общей численности людей на Земле, высокой плотностью расселения в мегаполисах и внешне благоприятных для жизни регионах, периодической концентрацией большого количества людей в различных технических системах: кораблях, поездах, самолетах.
Самыми опасными стихийными бедствиями считаются землетрясения, циклоны, тайфуны, засуха и опустынивание, которые нередко приводят к экологическим катастрофам — полному разрушению экологического равновесия в природных системах.
Причиной возникновения новых потребностей, связанных с природной средой, может быть даже географическое положение страны. Например, многие считают, что именно островная изолированность Японии — одна из основных причин интенсивного развития там телекоммуникационных технологий14.
Следует отметить, что результатом активной деятельности человека в природной среде является появление в литосфере, гидросфере, атмосфере и даже в космосе (рис. 10) множества потенциально опасных антропогенных объектов. Ошибки в проектировании, строительстве или эксплуатации этих объектов (иногда к ошибкам добавляются стихийные бедствия) могут привести к опасным техногенным происшествиям, которые при больших масштабах называют техногенными катастрофами.
К опасным техногенным происшествиям относят аварии на промышленных объектах, транспорте; пожары, взрывы, выбросы вредных газов и разливы вредных веществ; неконтролируемое высвобождение различных видов энергии. Одно из самых крупных опасных техногенных происшествий (фактически катастрофа) ХХ столетия — авария на Чернобыльской АЭС, последствия которой полностью не устранены до сих пор.
С меняющейся силой мотивации возникают потребности, связанные с военными угрозами (иногда искусственно преувеличенными), вспышками опасных заболеваний, дефицитом продовольствия и воды, ростом преступности, количества террористических актов и тяжести их последствий15.
Рисунок 10. Космический мусор на околоземной орбите
1.2.3. Недостаточно высокие уровень и качество жизни населения
Множество видов потребностей возникает в связи с недостаточно высокими уровнем материального потребления (уровнем жизни) и качеством жизни отдельного человека и населения в целом. Качество жизни, кроме материальных благ, в частности, зависит от чистоты окружающей среды, уровня личной и национальной безопасности, политических и экономических свобод.
Кроме того, в последние годы в понятие «качество жизни» стали включать ряд других нематериальных потребностей, измерение которых с помощью натуральных показателей практически невозможно и которые оцениваются исключительно субъективным отношением тех, кого охватывают обследования. Это касается, например, содержания труда и досуга, удовлетворения потребностей в самоутверждении, уважения со стороны окружающих, творчества, общественно-политической жизни, внутрисемейных отношений и отношений с друзьями, ощущаемой степени развития демократии и меры доверия к государственным и частным институтам. Ниже приведены характеристики некоторых подобных и других потребностей, сформулированные Г. А. Мюрреем16:
1) доминантность — стремление контролировать, оказывать влияние, направлять словом, приказом, убеждать, препятствовать, ограничивать других;
2) агрессия — стремление словом или действием опозорить, осудить, проклясть, поиздеваться, унизить, уничтожить противника;
3) поиск дружеских связей — стремление к дружбе, любви, добрая воля, симпатия к другим людям, страдание при отсутствии дружеских отношений, желание сблизить людей между собой, убрать препятствия между людьми;
4) отвержение — стремление отвергнуть попытки сближения, гиперкритичность, грубость, уединенность, неприступность, беззастенчивость.
В последние годы все более существенной причиной возникновения множества новых потребностей становится разрушение монополий, возникновение большого числа мелких фирм и обострение конкурентной борьбы между ними, что в целом влияет на уровень и качество жизни каждого человека17.
Следует отметить, что практически любой вид деятельности человека в конечном счете сводится к созданию продукции (товаров) и/или услуг. Широко распространено мнение, что в рыночных условиях эффективность этой деятельности (конкурентоспособность) определяется в основном двумя параметрами — «качество» и «цена», нередко важным является и срок поставки товара или оказания услуги. В конкурентной борьбе побеждает тот, у кого при сопоставимой цене выше качество (при соблюдении временных требований). Однако при очень высокой силе мотивации (опасность для жизни, голод, непреодолимые желания и другое) качество и цена товара (при отсутствии аналогов) могут не иметь решающего значения, зато резко повышается временной фактор.
Различают конкурентоспособность следующих объектов: товара, товаропроизводителя (фирмы, предприятия), отрасли, страны. Следует отметить, что если мерой конкурентоспособности товара на рынке является сопоставление его цены и качества с ценой и качеством аналогичных товаров, то конкурентоспособность товаропроизводителя (фирмы, предприятия), отрасли, страны, кроме указанных (цены и качества) и многих других факторов (например, рентабельности производства, уровня производительности труда, безопасности продукции или услуг), зависит от количества представленных на рынке классов товаров и их разновидностей (в том числе новых, с новыми потребительскими свойствами).
В свою очередь, качественно новые потребительские свойства, в целом определяющие конкурентоспособность товара, формируются при создании инноваций — как правило, наукоемких товаров — в процессе инновационной деятельности18.
Установлено, что конкурентоспособность товаропроизводителя, отрасли, страны имеет прямую зависимость от интенсивности инновационной деятельности19.
Эффективной стратегией повышения конкурентоспособности товаропроизводителя, отрасли, страны может быть диверсификация в различных ее формах: диверсификация производства, товаров, персонала, экспорта, кредитов, страхования, портфеля ценных бумаг, ликвидности и др.
Например, диверсифицируя производство, фирмы осваивают новые для себя отрасли и сферы (наиболее прибыльные), расширяют классы и разновидности представляемых на рынках товаров20. При этом важным следствием диверсификации является уменьшение финансовых рисков и, соответственно, повышение финансовой и другой стабильности деятельности, основанной на реализации международной пословицы: «Не складывайте все яйца в одну корзину!» В других разделах книги читатель может ознакомиться со многими методами, направленными на интенсификацию генерации различных форм диверсификации.
Другой эффективной стратегией повышения конкурентоспособности отрасли, страны (реже товаропроизводителя) может быть создание кластеров конкурентоспособности, обеспечивающих устойчивое функционирование в системе связанных отраслей. В данном аспекте создание кластеров, или кластеризация, рассматриваются как интеграция различных независимых товаропроизводителей, отраслей и даже стран, взаимодействующих друг с другом в рамках единой цепочки создания добавочной стоимости конкурентоспособных товаров.
Например, эффективная экономика Сингапура основана фактически на двух кластерах конкурентоспособности. Первый кластер объединил научно-исследовательские и учебные центры, инжиниринговые компании, производителей компьютеров, телекоммуникационной техники, периферийных устройств, комплектующих, программных продуктов, а также сервисные фирмы и связующие их рыночные институты. В основе второго кластера — технологии глубокой переработки нефти и реализации получаемой при этом продукции21.
Методологические принципы кластеризации основаны на экономических расчетах, организационных, структурных, правовых и других преобразованиях и пока недостаточно разработаны.
1.2.4. Мании и фобии22
Огромное количество потребностей человека возникает в связи с маниями (патологическое непреодолимое влечение) и фобиями (иррациональный неконтролируемый страх). По многим оценкам, маниям и фобиям в различной степени подвержены около 30% людей (еще около 30% не уверены в отсутствии у них маний и фобий). Большинство маний и фобий вызваны психическими расстройствами и заболеваниями людей, причем у многих мании и фобии возникают еще в детстве, случайно и сопровождают человека всю жизнь.
Перечень маний, фобий, а также связанных с ними других проявлений (-лалии, — лексии, — нойи, — фагии, — филии, — френии) включает более 700 наименований и на протяжении истории человечества непрерывно пополняется.
Для реализации маний (в том числе очень вредных и даже опасных) и защиты от фобий придумывают различные ТС, иногда наукоемкие. Однако большинство людей, подверженных маниям, фобиям и другим подобным проявлениям, нуждаются в психологической помощи и/или лечении. Впрочем, самой процедуре лечения требуются новые эффективные ТС.
Следует отметить, что маниям и фобиям подвержены и животные. Для нивелирования этих проявлений некоторых домашних животных дрессируют, а иногда создают и используют специальные ТС (например, шоры — наглазники для упряжных лошадей, мешающие им смотреть по сторонам и уменьшающие их пугливость; рис. 11).
Мании и особенно фобии могут стать основой для сознательного или неосознанного (ошибочного) формирования ложных потребностей (лжепотребностей).
Рисунок 11. Шоры
1.2.5. Лжепотребности
При устойчивом уменьшении доходов от продажи товаров (технологий, техники, изделий) рациональными решениями проблемы могут быть качественное совершенствование товаров, при котором существенно улучшаются их потребительские свойства, и/или создание новых поколений товаров, которые характеризуются резким (скачкообразным) улучшением потребительских свойств. При этом решения основаны на реализации новых потребностей человека, а также диверсификации деятельности. Однако формирование новых потребностей человека — непростая задача, эффективное решение которой требует специальных знаний, умений, навыков, развивающих творческие способности человека.
Поэтому неумение (иногда нежелание) сформировать актуальные реальные потребности, а также религиозные предрассудки являются причинами сознательного или неосознанного (ошибочного) формирования лжепотребностей. Для этого используют фобии, распространение слухов, необоснованных предсказаний, преувеличения последствий отдельных проблемных ситуаций, которые нередко сопровождаются псевдонаучными объяснениями, по существу научными мифами23.
Примером блестяще проведенной акции по формированию ложных потребностей стала нашумевшая «ошибка 2000». Проблема 2000 года была связана с тем, что разработчики программного обеспечения записывали год с помощью двух знаков, например 1 января 1961 г. как 01.01.61. При двузначном представлении года после 99-го наступал 00-й (99+1=00), что многие программы интерпретировали как 1900. А это могло привести к серьёзным сбоям в работе банков, финансовых организаций, систем управления производством и пр. Проблему раздули ради дополнительных прибылей, которые производители и дистрибьюторы намеревались получить за счет продажи обновлений, устранявших проблему. Никто не объяснял простым пользователям, что проблема изначально не была критической. Напротив, предлагали спасти компьютер от неминуемой поломки и потери всех данных.
Было организовано множество хорошо проплаченных публикаций, а также выступлений даже титулованных ученых и специалистов на радио, телевидении, научных конференциях, которые образно рассказывали о том, как по всему миру с наступлением 2000 года будут сталкиваться поезда, падать самолеты, взрываться атомные электростанции, происходить другие массовые аварии и техногенные катастрофы, сравнивая грядущие беды с концом света. Все эти мероприятия были настолько убедительны, что во многих странах по распоряжению правительств разрабатывались, так называемые, национальные планы действий по решению «ошибки 2000». И хотя с наступлением нового века из-за «ошибки 2000» никаких бед не произошло, по самым приблизительным оценкам, во всем мире на ее предотвращение потратили $300 млрд, из них $3 млрд пришлись на Россию (в трудное для нее время)24.
Ложные, нередко очень вредные для человека потребности иногда формируются как компенсация некоторого чувственного неудовлетворения потребностей. Например, оглушающая музыка, вызывающая резонанс клеточной протоплазмы и состояние звукового опьянения, — псевдоэстетическая вредная потребность, фактически не отличающаяся от пагубной потребности в наркотиках, алкоголе и т. д.
Существенной причиной возникновения множества новых лжепотребностей являются религиозные предрассудки и проявления социальной паранойи, например неоднократно предсказываемый «конец света».
1.2.6. Ноосфера и проблемы устойчивого развития
Технический прогресс и развитие научного знания значительно изменили образ жизни людей и увеличили благосостояние огромного количества семей. Однако с развитием цивилизации и милитаризацией экономики многих государств возникли негативные глобальные, прежде всего экологические проблемы.
Уже в конце XIX — начале XX века многие выдающиеся российские ученые (Д. И. Менделеев, В. В. Докучаев, В. И. Вернадский, Н. А. Умнов) указывали на неизбежность перехода человечества к принципиально новой парадигме своего технического и социального развития, определяемой знаниями, разумом, моралью и экологической этикой.
В 1927 году французский философ Э. Леруа ввел понятие ноосферы (от греч. νόος — разум и σφαῖρα — шар, сфера), которое В. И. Вернадский использовал в своих исследованиях по биосфере.
Он сформулировал ряд условий, необходимых для становления и существования ноосферы25. Эти условия, актуальные и в настоящее время, таковы:
1) заселение человеком всей планеты;
2) резкое преобразование средств связи и обмена информацией между странами;
3) развитие контактов, в том числе политических, между всеми странами Земли;
4) заметное преобладание геологической роли человека над природными геологическими процессами в биосфере;
5) расширение границ биосферы и выход человека в космос;
6) открытие новых источников энергии;
7) равенство людей всех рас и религий;
8) возрастание роли народных масс в решении вопросов внутренней и внешней политики;
9) свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений; создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли;
10) продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся, создание реальной возможности не допускать нищеты, недоедания и голода, чрезвычайное ослабление опасности заболеваний;
11) разумное преобразование первичной природы Земли, имеющее целью сделать ее способной удовлетворять все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;
12) исключение войны из жизни общества.
Следует отметить, что по поручению Римского клуба — международной группы выдающихся бизнесменов, государственных деятелей и ученых — Массачусетский технологический институт провел исследования26, результаты которых привели к ошеломляющему выводу о том, что темпы использования человечеством многих важных видов ресурсов и темпы производства многих видов загрязнений в мире уже превысили допустимые пределы, что может привести к неконтролируемому сокращению следующих показателей: производства продуктов питания, потребления энергии, промышленного производства и др.
По этой причине во второй половине XX века контуры новой модели существования земной цивилизации трудами многих ученых и политиков (Н. Н. Моисеев27, В. А. Коптюг, Ф. Миттеран и др.) были очерчены в виде концепции устойчивого развития общества, зафиксированной в декларации, принятой на Конференции ООН по окружающей среде и устойчивому развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.). Идейная основа этой концепции состоит в том, что государства мира удовлетворение своих потребностей обязуются обеспечивать с сохранением окружающей среды в интересах нынешнего и будущих поколений.
Признано, что реализация концепции устойчивого развития общества возможна только в результате объединения всех стран и народов вокруг вполне определенных научных и технических идей, выработки новой системы моральных и материальных ценностей, повышения значимости культурной и духовной составляющих в сфере личных и общественных интересов.
Концепция устойчивого развития общества обусловливает необходимость формирования и ранжирования соответствующего ей перечня потребностей человека, реализация которых должна обеспечивать устойчивое развитие общества. Важным при этом является наличие перечня (либо перечней) потребностей человека. Систематизация потребностей всегда прибавляет креативности при их использовании28.
1.3. Систематики потребностей человека
Очень метко охарактеризовал огромное количество потребностей человека знаменитый американский врач, поэт и писатель Оливер Уэнделл Холмс: «Помни, что, за одним небольшим исключением, мир состоит из других».
Польский психолог К. Обуховский насчитал свыше 120 классификаций потребностей человека29, но ни одна из них не стала общепринятой.
Нет и не может быть исчерпывающего перечня потребностей человека, так как с развитием научного, культурного и социального уровней
человека и общества постоянно возникают новые потребности и их перечень должен постоянно пополняться. «Причиной потребностей можно назвать жизнь», — утверждает академик П. М. Ершов30.
Одной из самых известных в мире является иерархия потребностей, разработанная А. Маслоу31 (рис. 12).
Рисунок 12. Иерархия потребностей по А. Маслоу
По А. Маслоу, существует четкий приоритет в последовательности достижения потребностей: если в большой мере или полностью не удовлетворены потребности первого уровня, то остальные потребности для человека малоактуальны; после удовлетворения потребностей первого уровня для человека наиболее важны потребности второго уровня и т. д. Однако многие считают такую иерархию спорной32.
Профессор А. И. Половинкин предлагает следующую систематику потребностей человека33:
1) обеспечение пищей;
2) обеспечение жильем и одеждой;
3) защита от глобального уничтожения человечества;
4) защита от преступных нападений на человека и общество;
5) защита от природных катастроф;
6) защита от искусственных катастроф и аварий;
7) защита от болезней и болевых ощущений;
8) создание и сохранение экологически нормальной окружающей среды;
9) реализация потребности в красоте окружающей среды;
10) получение новой информации, ее обработка и передача;
11) обеспечение общественно полезного досуга людей и др.
Эта классификация, безусловно, имеет ряд достоинств, но и вызывает желание ее подкорректировать.
Именно поэтому предлагается оставить попытки сформировать универсальную классификацию потребностей человека, а перейти к шагам, способствующим их технической реализации, например за счет конкретизации потребностей.
Можно выделить общие потребности человека, направленные на удовлетворение основных естественных нужд (в продовольствии, воде, сне и др.), предотвращение крупных угроз для жизни, развитие важных сфер жизни, в том числе характеризующих качество жизни (например, транспорта, досуга и др.), и частные потребности человека, представляющие различные конкретные варианты общих потребностей (например, общие потребности в продовольствии могут быть конкретизированы в частных потребностях в хлебе, мясе, овощах, а общая потребность в транспортировании может быть представлена в частных потребностях перемещения по земле, воде, воздуху).
Основой для формирования общих потребностей человека являются общие причины возникновения потребностей, каждая из которых рассматривается как факт, данность происходящих событий34 (см., например, общие причины возникновения потребностей в защите — раздел 1.2.2). Напомню, что общие потребности человека можно формулировать как антонимы общих причин возникновения потребностей человека. Например, факты незащищенности людей от стихийных бедствий и рост тяжести их последствий вызывают общую потребность (как антоним причины) — в защите (защищенности) от стихийных бедствий и уменьшении тяжести их последствий. В свою очередь, при анализе общих причин возникновения потребностей человека выявляются (как факты) частные причины, приведшие к общим причинам. Так, частными причинами высокой степени незащищенности людей от стихийных бедствий и роста тяжести их последствий являются: неожиданность стихийного бедствия; разрушения домов и сооружений, вызванные стихийными бедствиями (цунами, землетрясением и др.); большие людские потери, связанные с невозможностью (из-за отсутствия или несовершенства технологий и средств) быстро освободить людей из завалов, доставить их в безопасное место, потушить пожары и др. При этом частные потребности человека так же, как и общие, формируются как антонимы, но частных причин возникновения потребностей. Например, в данном случае частными потребностями являются: потребность в раннем предупреждении о стихийном бедствии; потребность в предотвращении разрушений домов и сооружений от стихийных бедствий; потребность в быстром освобождении людей из-под завалов, доставке их в безопасное место, тушении пожаров и др.
Технически реализуемые потребности человека формируются как необходимость создания соответствующих технологий, техники и изделий — ТС для устранения или нивелирования частных причин возникновения потребностей и удовлетворения (реализации) частных потребностей человека, возникших из-за частных причин.
Например, в рассматриваемом примере технически реализуемыми потребностями могут быть: создание эффективных методов и средств прогнозирования и раннего предупреждения стихийных бедствий; разработка высокопрочных материалов, устойчивых конструкций; совершенствование средств связи; создание совершенных технологий, техники и изделий для быстрой ликвидации последствий стихийных бедствий35.
Сформированные таким образом причины возникновения и основные группы потребностей в защите представлены в приложении 1.
Что необходимо делать для успешной реализации сформированных технически реализуемых общих и частных потребностей человека — об этом в следующих разделах книги.
1.4. Этапность реализации потребностей человека
1.4.1. Принцип, определяющий последовательность этапов
Принцип, определяющий последовательность этапов удовлетворения потребностей человека за счет создания (и использования) ТС, в сущности, основан на философском принципе восхождения от абстрактного к конкретному, используемом (начиная с Гегеля) в способе движения теоретической мысли от «бедного» (так говорят философы) ко все более полному, всестороннему и целостному воспроизведению (описанию) изучаемого объекта или явления.
Последовательность конкретизации частной потребности (ЧП) заключается в том, что ЧП на первом этапе должна быть представлена множеством функций и внешних потребительских свойств (ФиПС) создаваемой ТС; на втором этапе ФиПС должны быть реализованы во множестве функциональных структур (ФС) ТС; на третьем этапе каждая ФС должна быть реализована во множестве принципов действия (ПД), существования или использования ТС (далее для простоты будем использовать только формулировку «принцип действия ТС»); наконец, каждый ПД на четвертом этапе должен быть реализован во множестве технических решений (ТР) ТС. При этом внешние ПС конкретизируются на последующих этапах во внутренние свойства ТС (рис. 13).
Рисунок 13. Этапность реализации потребностей человека
Конечно, возможен вариант, когда конкретное ТР может быть получено за счет лишь одной реализации ФиПС, ФС, ПД. Однако вероятность получения конкурентоспособного ТР увеличивается пропорционально количеству сформированных ФиПС, ФС, ПД и ТР.
Другой вариант представления принципа восхождения от абстрактного к конкретному при реализации потребности человека показан на рис. 14.
Рисунок 14. Представление принципа восхождения от абстрактного к конкретному при реализации потребностей человека
Пользуясь случаем, хочу поделиться с читателем откровением: представление научно-технического творчества как деятельности по последовательному преобразованию абстрактной технически реализуемой потребности в конкретное техническое решение в давнее время помогло мне понять глубокий смысл абстрактного искусства, которое я не понимал и не принимал, считая, что люди просто притворяются, что им такое искусство нравится. И то, что таких людей много, меня очень огорчало. При этом удивляло, что художники-реалисты даже с некоторым пренебрежением относились к картинам, которые являлись практически фотографиями (что, по тогдашнему моему мнению, свидетельствовало о высшей степени мастерства), поэтому осознание, что абстрактное представление как в научно-техническом, так и в художественном творчестве дает каждому человеку собственную возможность домысливания и конкретизации абстракции, принесло мне большую радость (хотя предпочтения реалистического направления в искусстве остались). Примеры абстрактной живописи приведены на рис. 15.
Рисунок 15. Примеры абстрактного искусства
Приходит на ум расхожее выражение: «Дьявол кроется в деталях». Невольно возникает продолжение: «А ангел — в абстракции». Над этим стоит подумать.
Более подробно этапы формирования ФиПС, ФС, ПД, ТР будут рассмотрены в следующих разделах книги.
1.4.2. Формирование функций и свойств технической системы
При разработке пионерной технической системы (ТС), совершенствовании аналога (прототипа) ТС или создании ТС нового поколения необходимо сформированную технически реализуемую потребность человека сначала конкретизировать во множестве функций и свойств ТС.
Функция — действие (воздействие или противодействие) материального объекта или явления, направленное на изменение или сохранение свойств другого материального объекта или явления.
По характеру проявления функции бывают полезные (например, в автомобиле полезная функция «перемещать»), вредные (в том же автомобиле из-за трения частей возникает вредная функция «преобразовывать механическую энергию в тепловую», или «нагревать»). Функции могут быть нейтральные (например, при наматывании металлического троса на барабан лебедки трос за счет попеременного изгиба — сжатия нагревается, но незначительно, на долю градуса; поэтому возникающая при намотке троса функция «преобразовывать механическую энергию в тепловую», или «нагревать», влияние которой на трос, барабан лебедки, окружающую среду практически не ощущается, может быть отнесена к нейтральной).
В свою очередь, полезные функции подразделяются на главную, основные и вспомогательные. Главная внешняя функция — та, ради реализации которой собственно и создается техника, технология, изделие. Например, главная функция автомобиля (как и экскаватора, транспортера, самолета, корабля) — «перемещать». Главная функция обеспечивается несколькими (в сложных технических системах — несколькими десятками) основными функциями. Например, к основным функциям в автомобиле можно отнести «преобразовывать энергию», «изменять направление движения», «ограничивать движение» (тормозная система) и др.
Каждая основная функция обеспечивается многочисленными вспомогательными функциями. Например, основную функцию «преобразовывать энергию» за счет работы двигателя обеспечивает множество вспомогательных функций, реализующих работу системы зажигания, механизмов, преобразующих тепловую энергию в механическую и др. Однако для разработчика узла или детали ТС, которые выполняют основную или вспомогательную функцию в ТС, каждая из этих функций может стать главной. Различные виды функций ТС показаны на рис. 16.
Рисунок 16. Преобразования технически реализуемой потребности в различные виды функций ТС
Формирование перечня и определений функций технической системы при ее разработке является, с одной стороны, пожалуй, самой сложной задачей в творческом процессе, с другой стороны, именно набор (полный или неполный) корректно или неточно сформулированных функций определяет успех или неуспех научно-технического (и не только) творчества в целом. Правильно сформулированная функция может подсказать нетривиальные технические решения для ее реализации.
Важными атрибутами, конкретизирующими технически реализуемую потребность человека, являются свойства разрабатываемой ТС. В общем виде свойства ТС — форма существования признаков (качественной определенности) ТС, с помощью которых устанавливается сходство или различие с другими ТС. Различают качественные и количественные характеристики свойств.
Качественная характеристика определяется наличием или отсутствием свойства (например, есть радиация или нет), а количественная характеристика (параметр) определяет меру свойства (в приведенном примере мерой является уровень радиации, измеряемый в беккерелях (один беккерель равен одному радиоактивному распаду в секунду)).
Отдельные свойства объектов, явлений, технических систем могут возникать, меняться и исчезать.
Классификаций свойств, сформированных по различным основаниям, множество, а многие классификации включают большое количество видов свойств. Например, сформированная под моим руководством классификация физико-технических характеристик (свойств) включает около 1400 единиц. Фрагмент этой классификации представлен на рис. 17.
Рисунок 17. Фрагмент классификации физико-технических характеристик (свойств)
Множество свойств и параметров формируют потребительскую ценность (стоимость) и полезность ТС. Оценка полезности зависит от желаний определенного потребителя, а также от его характеристик (национальности, культуры, привычек, вкусов и др.) и от обстоятельств, в которых находится потребитель, например степени редкости данного товара36 в конкретное время.
Свойства ТС группируют по двум различным основаниям (рис. 18). По значимости (основание 1) различают общие значимые, целевые и специальные значимые свойства. По назначению (основание 2) различают функциональные, технологические, экологические и эргономические, экономические свойства.
Рисунок 18. Свойства технической системы, сгруппированные по различным основаниям
К общим значимым свойствам ТС относятся свойства, присущие различным классам технических систем: производительность, габариты, масса, энергопотребление, стоимость, экологические и эргономические свойства, технологичность изготовления, эксплуатации и ремонта, эстетические свойства, надежность и долговечность и др.
К целевым свойствам ТС относятся свойства, присущие данному классу ТС и непосредственно определяющие потребительскую ценность и полезность ТС. Например, к целевым свойствам легкового электромобиля будут относиться максимальная скорость движения, мощность двигателя, число пассажиров. Эти свойства присущи любым легковым автомобилям и непосредственно определяют их полезность — обеспечение возможности быстрого перемещения людей.
Как на первый взгляд ни странно, но такие, казалось бы, важные для электромобиля свойства, как расход электроэнергии на 100 км пути и максимальная масса груза, непосредственно не влияют на возможность быстрого перемещения людей и поэтому относятся не к целевым, а к специальным значимым свойствам, которые в общем случае характеризуют эффективность функционирования основных узлов ТС, процессов их эксплуатации, транспортировки, хранения и утилизации технических систем. Вот почему, например, к специальным значимым свойствам электромобиля можно отнести минимальный радиус поворота, время разгона до максимальной скорости, габариты транспортного средства и многое другое.
В целом свойства ТС делят на две большие группы:
1) свойства, непосредственно влияющие на полезность (потребительскую ценность) ТС;
2) свойства, определяющие плату за полезность.
Эффективная конкретизация технически реализуемой потребности заключается в формировании множества функций и свойств ТС, увеличивающих ее полезность, и уменьшении количества и влияния функций и свойств, определяющих плату за полезность.
Английский философ и социолог, один из родоначальников эволюционизма Герберт Спенсер справедливо отмечал: «Прогресс — это рост разнообразия качеств».
Для достижения этой цели необходимо формировать, развивать и использовать систематики физических, химических, биологических и специфических отраслевых свойств. Методы использования функций и свойств (в том числе так называемых «необычных свойств») для разработки пионерных ТС, совершенствования аналогов (прототипов) ТС, создания ТС новых поколений представлены в последующих разделах книги.
1.4.3. Формирование функциональных структур технической системы
Следующим этапом конкретизации технически реализуемой потребности человека после ее представления множеством функций и свойств разрабатываемой технической системы (ТС) является формирование множества функциональных структур ТС.
Функциональная структура ТС — это совокупность связанных между собой функциональных элементов или подсистем, обеспечивающих реализацию функций ТС. Она представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов или подсистем ТС, а ребрами — их функции. Распространенные виды функциональных структур представлены на рис. 19.
Рисунок 19. Виды функциональных структур: а — линейная, б — разветвленная, в — замкнутая, г — звездная, д — сотовая, е — матричная
Следует отметить, что иногда даже простое комбинирование элементов функциональной структуры ТС (например, инверсия) приводит к заметному повышению эффективности ТС. На рис. 20 показана линейная функциональная структура буксировки барж (использовавшаяся много десятков лет), когда буксир тащил баржу за собой на канате.
Рисунок 20. Графическая схема функциональной структуры транспортировки баржи: буксир впереди (тянет)
Достаточно было просто поменять баржу и буксир местами (буксир стал толкать баржу), и за счет уменьшения турбулентности воды, вызываемой буксиром в предыдущей схеме, при новой функциональной структуре ТС на 10—30% возросла скорость буксировки и на 10—30% уменьшился расход топлива (рис. 21). При этом не просто не затратили дополнительных средств, но даже сэкономили на канате.
Рисунок 21. Графическая схема функциональной структуры транспортировки баржи: буксир сзади (толкает)
В разделе 6.3.4 изложен один из методов повышения эффективности формирования и использования функциональных структур ТС при разработке новых ТС.
1.4.4. Формирование принципов действия технической системы
После того как технически реализуемая потребность человека конкретизирована множествами функций, свойств, функциональных структур разрабатываемой ТС, начинается новый этап — формируется разнообразие принципов действия ТС, каждый из которых должен отражать главную идею функционирования ТС, определяющую потенциальную эффективность и уровень конкурентоспособности ТС в целом. В иерархии описаний ТС их принципы действия имеют особое значение, так как, с одной стороны, представляют ТС на довольно высоком уровне абстракции, позволяющем генерировать множество качественно различных принципов действия; с другой стороны, каждый из принципов действия обладает достаточной конкретностью, чтобы оценить их реализуемость в технических решениях.
Принцип действия любой ТС можно представить в виде ориентированного графа, вершинами которого являются свойства элементов или подсистем ТС, а ребрами — потоки преобразований энергии, вещества и информации в ТС и окружающей среде. Составные части графа, в сущности, являются эффектами и явлениями. В зависимости от ТС их принципы действия могут включать физические, химические, биологические, геометрические, физико-химические, биохимические и другие эффекты или явления.
Иными словами, принцип действия ТС — это причинно-следственные преобразования энергии, вещества и информации в элементах их потока (эффектах и явлениях), связанных на основе одинаковых качественных и точных или близких (по диапазону) значений количественных свойств (параметров) элементов потока.
В современном естествознании37 эффектом называют конкретную, идентифицируемую, измеряемую, устойчивую и потенциально многократно повторяемую причинно-следственную связь, качественно и/или количественно фиксирующую новое свойство объектов вещественно-полевой природы, проявляющееся во взаимодействии их с внешней средой, либо существующие взаимосвязи отдельных свойств в форме теоретических или эмпирических математических соотношений величин.
Различают физические (механические, электрические, магнитные, оптические, тепловые, звуковые, атомные) явления, химические явления (химические реакции), биологические явления, происходящие с живыми организмами.
Эффекты принято разделять на естественно-научные (ЕНЭ) и научно-технические, или научно-технологические (НТЭ). Первые отражают законы и закономерности, имеющие феноменологический характер (например, нагревание проводника при прохождении по нему электрического тока), либо фиксируют взаимосвязи показателей (величин), фигурирующие в их определениях (например, зависимость давления от силы). ЕНЭ рассматриваются как неделимые, элементарные единицы. В отличие от них НТЭ представляют собой цепочки совместимых ЕНЭ, соответствующих типовым принципам действия ТС. Примеры НТЭ: электрический генератор, микрофон, лампа накаливания и др.38 Количество только физических ЕНЭ оценивают от нескольких тысяч до десятков тысяч, а физических НТЭ — в сотни тысяч.
Примерно такие же оценки количества химических и биологических эффектов и явлений. Существенно меньше геометрических эффектов.
Рисунок 22. Плоский клин. Изменение направления движения и величины передаваемого усилия плоским клином
Рисунок 23. Винтовой клин
В качестве примеров химических эффектов можно привести группу распространенных эффектов, используемых, например, для преобразования вещества (изменения массы, концентрации, формы, фазового состояния, химических свойств и др.), — химические транспортные реакции, сопровождающиеся переносом исходного твердого или жидкого вещества из одной температурной зоны в другую в результате образования и разложения промежуточных газообразных соединений39.
Пример биологического эффекта: ускорение созревания сыра достигается путем добавления готовых ферментов — органических веществ белковой природы, являющихся катализаторами, или мутантных бактерий, продуцирующих большое количество этих ферментов.
Рисунок 24. Простейший рычаг
Рисунок 25. Спираль Архимеда: а — правая (вращение против часовой стрелки); б — левая (вращение по часовой стрелке)
Сочетания геометрических характеристик объектов, порождающие новые функции и свойства ТС, называют геометрическими эффектами. Так, плоский клин может изменить направление движения и величину передаваемого усилия (рис. 22), а винтовой клин (винт) — дополнительно преобразовать вращательное движение в поступательное и наоборот (рис. 23). С помощью простейшего рычага можно эффективно изменять величину передаваемого усилия и перемещения (рис. 24). Многим известен афоризм, приписываемый Архимеду: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю», характеризующий высокую эффективность рычага.
Рисунок 26. Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере: а — винтовая лестница; б — нагревательный элемент электроплиты; в — часовая пружина
Большую известность имеет спираль Архимеда, в которой расстояние по нормали между соседними витками является постоянной величиной (рис. 25). «Кривой жизни» называл спираль Гёте. Как ни странно, но в природе форму спирали Архимеда имеет большинство морских и речных раковин, ураган закручивается спиралью, очевидцы говорят, что по спирали разбегается стадо оленей, двойной спиралью закручена молекула ДНК, геометрия расположения объектов в Галактике — тоже спираль40. Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере даны на рис. 26.
Рисунок 27. Лента Мёбиуса
Еще один яркий пример геометрического эффекта — лента Мёбиуса (один из объектов с односторонней поверхностью). Такие объекты имеют множество практических применений в технике, архитектуре и других областях (рис. 27). Ленту Мёбиуса легко сделать самостоятельно: надо взять достаточно длинную бумажную полоску и склеить противоположные концы, предварительно повернув один из них. В качестве примеров использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса можно привести ленту конвейера для транспорта абразивного сыпучего материала, шлифовальную ленту, ленточную пилу (рис. 28), срок эксплуатации которых увеличивается в два раза. Известны и другие односторонние поверхности.
Рисунок 28. Примеры использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса: а — лента конвейера; б — шлифовальная лента; в — ленточная пила
Разумеется, все геометрические эффекты реализуются в физических принципах действия.
Создание концептуально новых технологий и поколений техники требует разработки и использования новых принципов действия. При этом наиболее существенные практические результаты фиксируются при включении в структуру принципа действия эффектов, ранее не применявшихся в данной предметной области. Например, электрическое освещение возникло на основе принципа действия, включающего новые (по сравнению с принципом действия свечи) эффекты и их новые сочетания.
Задача построения принципа действия обладает большой комбинаторной сложностью. Вследствие этого, даже располагая информацией о значительном числе эффектов, специалист не в состоянии «вручную» (без использования компьютеров) эффективно комбинировать их, выбирая оптимальные с точки зрения заданных критериев сочетания41.
Под моим руководством разработана автоматизированная система поиска и синтеза принципов действия ТС, основанная на логике, сущность которой раскрыта в разделе 6.3.6.
1.4.5. Формирование технических решений
Принцип действия ТС может быть конкретизирован во множестве технических решений (ТР).
В Большом энциклопедическом политехническом словаре ТР определяется как «устройство, сооружение, изделие, являющееся конструктивным элементом или совокупностью конструктивных элементов, находящихся в функционально-конструктивном единстве; способ, процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов; вещество, искусственно созданное материальное образование, являющееся совокупностью взаимосвязанных элементов, ингредиентов (к веществам относятся, например, материалы для изготовления предметов, сооружений, употребляемые для покрытий, изоляции, амортизации, используемые в качестве проводников энергии, лечебные, косметические, пищевые, вкусовые вещества, кормовые продукты, химические реагенты, вещества-излучатели и вещества-поглотители излучений, поверхностно-активные, биологически активные вещества, в том числе ядохимикаты, стимуляторы роста)»42. С большим уважением относясь к Большому энциклопедическому политехническому словарю и принимая практически полностью это определение, я вместе с авторами43 считаю необходимым подчеркнуть, что ТР — это не устройство, сооружение, изделие и так далее, а его описание.
Технические решения можно разделить на три основные группы: конструктивные, технологические и другие ТР, при этом к последней можно отнести вещества, биологические объекты, топологии интегральных микросхем и др.
Описание ТР, как правило, дополняется графическим изображением. Около 95% всех изобретений — это ТР, менее 5% — описания принципов действия ТС. И хотя описания многих ТР не имеют никаких количественных характеристик, специалист, как правило, может оценить различие в потенциальной эффективности ТР из одной области.
Ниже приведен пример конструктивного ТР.
Рисунок 29. Велосипед
ТР — велосипед (рис. 29): «Велосипед состоит из рамы (1), шарнирно закрепленной на ней рулевой вилки (2) с рулем (3) и передним колесом (4), заднего колеса (5), седла (6) на подседельном штыре (7), педалей с кривошипами (8), цепной передачи (9) и тормозов (10). Дополнительно велосипед может оборудоваться одним или двумя амортизаторами, крыльями (для защиты от брызг), багажником, светотехникой (лампами и/или световозвращателями — катафотами), звуковым сигналом, подставкой-„подножкой“ и др.»44.
Типичным примером технологического ТР является рецепт приготовления борща (рис. 30).
Рисунок 30. Технология приготовления борща
ТР — рецепт приготовления борща «Московский»: «В мясном бульоне варят ветчинные кости, бульон процеживают, кипятят. В кипящий бульон закладывают капусту, нашинкованную соломкой, варят 8—10 минут; добавляют пассерованные овощи и снова варят. Затем добавляют тушеную свеклу, заправляют белым соусом или пассерованной мукой, разведенной бульоном или водой. В конце варки кладут соль, перец, лавровый лист, уксус, сахар и варят до готовности. Готовят набор мясных продуктов, он включает ветчину, мясо, сосиски. На одну порцию используют по одному кусочку каждого вида. Мясные продукты нарезают ломтиками. Заливают небольшим количеством бульона и кипятят»45.
Пример ТР — описание биологического объекта. ТР — штамм бактерий Lactobacillus acidophilus (рис. 31): «величина клеток 18-часовой культуры в молоке 3—6 мкм, тонкие палочки, клетки равномерно окрашиваются метиленовой синью, расположены поодиночке или в виде цепочки из 2—3 члеников, на агаре с гидролизованным молоком образуют бесцветные колонии диаметром 1—1,5 мм, глубинные, темные в виде паучков. Минимальная температура развития — 20° C, оптимальная — 36—39° C, максимальная — 60—65° C. Отношение к углеводам — сбраживает глюкозу, лактозу, маннит, не сбраживает арабинозу, слабо ферментирует рамнозу, целлобиозу. Молоко свертывает при оптимальной температуре и внесении 2% закваски за 4,5—5 часов, 4% закваски за 3,5 часа, кислотность через 24 часа достигает 138±10°Т (рН 3,95±0,1), через 48 ч. — 170±10°Т (рН 3,8±0,1), через 3 суток — 190±10°Т (рН 3,7±0,1). Штамм гомоферментативный, рацемат, вырабатывает DL-изомер молочной кислоты, обладает выраженной антагонистической активностью в отношении патогенных бактерий. Культура обладает высокой протеолитической активностью и отличается от известных ацидофильных штаммов более низким пределом кислотообразования»46.
Техническое решение (ТР) воплощает в себе функции, свойства, функциональную структуру и принцип действия технической системы (ТС), и при высокой эффективности творческой деятельности создателя ТР может являться опережающим отражением технически реализуемой потребности человека, еще не ставшей предметом общественного сознания. История знает немало ТР, опередивших время.
Рисунок 31. Бактерия Lactobacillus acidophilus (ацидофильная лактобактерия)
ТР может быть защищено как результат интеллектуальной деятельности, улучшено за счет оптимизации количественных параметров (об этом в следующем разделе), а также использовано в проектной документации на его реализацию (иногда даже без оптимизации количественных параметров).
1.4.6. Оптимизация параметров свойств в технических решениях
Техническое решение может быть значительно улучшено за счет оптимизации параметров свойств в ТР. Это можно сделать при выборе лучшего сочетания (по выбранному критерию) количественных характеристик свойств, непосредственно влияющих на полезность (потребительскую ценность) разрабатываемой ТС, и свойств, определяющих плату за полезность разрабатываемой ТС.
Для анализа количественных характеристик свойств и выбора лучшего их сочетания используют математическую и/или другие модели разрабатываемой ТС, на которых исследуют количественные изменения одних характеристик модели ТС при изменении других характеристик. Например, изменив только лишь количественные характеристики геометрии автомобильного кузова, можно значительно улучшить его аэродинамику. При этом потенциально максимальная скорость автомобиля (при неизменных качественных параметрах свойств) может возрасти на 10—30%, а расход топлива — уменьшиться тоже на 10—30%. Напомним, что такой же эффект был получен в ТС буксировки барж, но за счет изменения функциональной структуры ТС (см. рис. 20 и 21).
1.4.7. Создание технической системы и ее жизненный цикл
Техническое решение может быть основой для создания ТС или ее экспериментального образца, который должен успешно пройти испытания, чтобы перейти к следующим стадиям, завершающимся массовым производством ТС.
Широко распространено понятие «жизненный цикл технической системы», характеризующее стадии процесса, охватывающего различные состояния ТС, начиная с момента возникновения потребности в такой ТС и заканчивая ее полным выходом из эксплуатации, включая утилизацию или захоронение. Однако общепринятого перечня этих стадий нет. В качестве примера можно привести следующий упрощенный перечень:
— определение функций и потребительских свойств ТС (что соответствует разработке технического задания в процессе проектирования ТС; подробнее о проектировании см. главу 3);
— выбор или разработка функциональной структуры, принципа действия и технического решения ТС (что соответствует разработке технического предложения, эскизного проекта и/или технического проекта);
— рабочее проектирование, связанное с расчетом и оптимизацией параметров ТС, выбором или разработкой технологии изготовления, составлением проектной документации;
— изготовление и испытания ТС;
— транспортировка и хранение ТС;
— эксплуатация, диагностика неисправностей и ремонт ТС;
— утилизация или захоронение ТС в результате ее физического или морального износа.
Жизненный цикл ТС имеет тенденцию к сокращению продолжительности. Например, чтобы массово внедрить печатный станок, изобретенный Иоганном Гутенбергом в начале XV века, потребовалось почти 400 лет, обычный телефон внедряли 50 лет, мобильный телефон получил широкое распространение за 7 лет, социальные сети — за 3 года. В современных условиях острой конкуренции на рынках, требующей постоянного обновления ассортимента и повышения потребительских свойств товаров, тенденция к сокращению жизненного цикла ТС еще более выражена. Например, закон Мура — одно из самых известных эмпирических (основанных на опыте, изучении фактов) правил в мире — гласит, что каждые два года количество транзисторов, размещаемых на компьютерном чипе, удваивается.
Знание и понимание основных стадий жизненного цикла ТС вызывают необходимость создать такую ТС, в которой будут реализованы функции и свойства, обеспечивающие не только ее эффективную эксплуатацию, но и транспортировку, ремонт (ремонтопригодность), утилизацию и захоронение ТС. Подробно эти стадии (этапы) описаны в главе 3 «Научно-техническое творчество как формирование и выполнение проектов».
1.4.8. Характерные фазы зарождения (создания), развития и отмирания технической системы
Бельгийский математик Пьер Франсуа Ферхюльст в середине XIX века показал, что рост биологических популяций происходит по S-образной, или, как ее еще называют, логистической, кривой. Впоследствии многие ученые по итогам масштабных исследований доказали, что по такой закономерности проходит жизненный цикл любых технических систем (создание, развитие и отмирание)47. Качественные характеристики фаз зарождения (создания), развития и отмирания любой впервые создаваемой ТС на S-образной кривой (рис. 32) можно трактовать следующим образом. Фаза 1 — зарождение (создание) ТС, характеризуется медленным ростом потребительских свойств ТС, так как практически все свойства ТС требуют исследований, экспериментальной проверки, а также оценки потребительского спроса.
Рисунок 32. Характерные фазы создания, развития и отмирания ТС
Фаза 2 — ускоренное развитие ТС, которое начинается и продолжается при высоком потребительском спросе. Именно эта фаза характеризуется разработкой и реализацией множества технических решений ТС, основанных на прежних или новых функциональных структурах и принципах действия или существования ТС.
При отсутствии или очень низком потребительском спросе жизнь ТС заканчивается сразу после первой фазы или, по крайней мере, останавливается на неопределенное время, пока потребность в ТС не будет осознана и сформирована (например, при случайных открытиях) или пока не будут изобретены необходимые материалы и/или технологии. В силу этой, последней, причины опередили время многие изобретения гениального итальянца Леонардо да Винчи (например, шариковые и роликовые подшипники, парашют, рис. 33 и 34). В целом в техническом творчестве надо следовать совету выдающегося американского изобретателя Томаса Эдисона: «Найди то, что нужно миру, и только потом начинай изобретать».
Рисунок 33. Шариковый подшипник: а — предложенный Леонардо да Винчи; б — современный
Фаза 3 — замедление развития ТС, которое связано с возникновением новых потребностей человека, которые уже не могут быть полностью удовлетворены за счет технических решений в рамках существующей ТС. Фаза 4 — фактически характеризует отмирание ТС из-за возникшего противоречия: потребительский спрос на ТС падает, и необходимо развивать потребительские свойства ТС, но при существующей функциональной структуре и нынешнем принципе действия или существования ТС ее потребительские свойства дальше существенно развиваться не могут (более подробно о противоречиях в технической и других сферах сказано в главе 4).
Чтобы удовлетворить растущие потребности человека, требуется переходить на ТС нового поколения, основанную на новой функциональной структуре и/или ином принципе действия или существования ТС (на рис. 32 это штриховая кривая).
Рисунок 34. Парашют: а — предложенный Леонардо да Винчи; б — современный
Однако начинать создание ТС нового поколения следует заранее (как правило, это начало фазы 3 в жизни «старой» ТС), чтобы к окончанию фазы 3 жизни «старой» ТС потребительские свойства ТС нового поколения были не хуже максимальных значений потребительских свойств «старой» ТС. Тогда переход на ТС нового поколения пройдет без негативных последствий и эта ТС продолжит свою жизнь по своей S-образной кривой, затем и ТС нового поколения замедлит свое развитие. Необходимо заранее разрабатывать ТС следующего поколения, то есть фазы, представленные на рис. 32, повторятся.
Следует отметить, что имеется немало примеров, когда ТС после фазы 3 не «умирают», а практически без существенного улучшения потребительских свойств продолжают «жить» и «живут» неопределенно долго. Например, без принципиальных изменений самокат используют более века, а мотоцикл и автомобиль так и не вытеснили велосипед.
Оглавление
- Предисловие автора
- Глава 1. Потребности человека – главная побудительная сила его действий
- Глава 2. Реализация потребностей человека – творческий процесс
- Глава 3. Научно-техническое творчество как формирование и выполнение проектов
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Мыслительное карате. Методология научно-технического творчества и концептуального проектирования предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других
Примечания
6
Творчество: от биологических оснований к социальным и культурным феноменам / Под ред. Д. В. Ушакова. М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2011.
7
Асоциальное поведение [Электронный ресурс] // I-Goddess.RU — в мире женской красоты: [сайт] URL: http://www.i-goddess.ru/v-garmonii-s-soboj/asocialnoe-povedenie
8
Подробнее см.: Попов В. В. Создание и развитие технических систем на основе потребностей человека. 2-е изд., испр. и доп. М.: РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2012. С. 8.
10
Илларионова Е. А., Сыроватский И. П. Экология как наука. Современное состояние экологии. Экосистема. Биосфера, гидросфера, атмосфера, литосфера: Учебное пособие по основам экологии и охраны природы для студентов фармацевтического факультета. Иркутск: ГОУ ВПО ИГМУ Росздрава, 2008. С. 53—55.
13
Техническое творчество: Теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник / Под ред. А. И. Половинкина, В. В. Попова. М.: НПО «Информ-система», 1995. С. 208; Некрасова Н. А., Некрасов С. И. Философия техники. Учебник. М.: МИИТ, 2010. С. 18—19.
16
Подробнее о теории личности, разработанной Генри Александром Мюрреем, см.: Хекхаузен Х. Мотивация и деятельность. М.: Высшая школа, 1986. С. 126.
19
Hill P. The Science of Engineering Design, Holt, Rinehart & Winston, 1968. (Хилл П. Наука и искусство проектирования: Методы проектирования, научное обоснование решений / Пер. с англ. Е. Г. Коваленко, под ред. и с предисл. В. Ф. Венды. М.: Мир, 1973)
24
По материалам статьи «Проблема 2000 года» // Википедия. [2006—2017]. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=87695535
26
Медоуз Д. Х., Медоуз Д. Л., Рандерс Й. За пределами роста: Учебное пособие / Пер. с англ. М.: Прогресс; Пангея, 1994.
30
Ершов П. М. Искусство толкования в 2 ч. Дубна, 1997. Ч. 2: Режиссура как художественная критика. С. 57.
32
Камаев В. А. Формирование потребностей в новых технических системах. Использование абдуктивного подхода // Международная научная школа для молодежи «Школа научно-технического творчества и концептуального проектирования». Региональная научно-практическая конференция «Исследования молодых ученых — вклад в инновационное развитие России». Сборник лекций / Сост. Р. М. Зарипов. Астрахань: ИД «Астраханский университет», 2011. С. 70.
34
Башмаков А. И., Попов В. В. Систематика потребностей человека [Электронный ресурс] // Электронный энциклопедический словарь-справочник «Креативная педагогика»: [сайт]. 2012. URL: http://www.pedagogics.ru/content/sistematika-potrebnostei-cheloveka
35
Башмаков А. И., Попов В. В. Систематика потребностей человека [Электронный ресурс] // Электронный энциклопедический словарь-справочник «Креативная педагогика»: [сайт]. 2012. URL: http://www.pedagogics.ru/content/sistematika-potrebnostei-cheloveka
36
Понятие потребительской ценности с позиций теории маркетинга [Электронный ресурс] // Студопедия. Орг: [сайт]. 2015. URL: https://studopedia.org/8—104765.html
37
Новоженов В. А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2001.
38
Попов В. В. и др. О системе [Электронный ресурс] // Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии: [сайт]. 2008. URL: http://www.heuristic.su/home/
39
Химические транспортные реакции // Большой энциклопедический словарь: А—Я / Под ред. А. М. Прохорова. 2-е изд., перераб. и доп. М. — СПб.: БСЭ, 2000. С. 1355.
40
Спирали Архимеда [Электронный ресурс] // Великие физики: [сайт]. 2012. URL: http://www.phisiki.com/arhimed/63-spirali-archimeda
41
Попов В. В. и др. О системе [Электронный ресурс] // Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии: [сайт]. 2008. URL: http://www.heuristic.su/home/
42
Большой энциклопедический политехнический словарь [Электронный ресурс]. М.: Изд-во «Мультигрейд», 2004. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
43
Техническое творчество: Теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник / Под ред. А. И. Половинкина, В. В. Попова. М.: НПО «Информ-система», 1995.
