[Править] Законы диалектики в развитии технических систем

Наиболее общие из законов диалектики следующие:

• единство и борьба противоречий,

• переход количественных изменений,

• отрицание отрицания.

Действие этих законов распространяется на все области бытия и мышления, по-разному развивались в каждой из них. Именно поэтому каждая вновь создаваемая наука должна опираться на эти законы.

[Править] Закон единства и борьбы противоположностей

Закон единства и борьбы противоположностей - ядро диалектики. Он служит источником возникновения любых объектов, в том числе материального мира и, в частности, технических систем. Закон характеризует одно из основных понятий ТРИЗ - противоречие, которое будет подробно рассмотрено дальше.

Понятие единства и борьбы противоположностей было ведено более 5000 лет древними китайскими философами в описании картины Мира, включающую материальную и духовную стороны. По мнению китайских философов, вселенная образована из энергии Чи (Chi), которая является средством взаимодействия мировых сил Инь (Yin) и Ян (Yang).

Силы Инь - символизируют Тьму, Холод, Зло, Покой, все отрицательное, плохое, женское начало.

Силы Ян - символизируют Свет, Тепло, Добро, Деятельность, все положительное, хорошее, мужское начало.

Силы Инь и Ян взаимодействуют, взаимопреодолевают и превращаются друг в друга.

Рис. 13. Инь-Ян

Постепенно нарастая одна в другой, они переходят стадию предела, когда преодоление одного начала сменяется преодолением другого. Затем начинается обратное движение. Этот процесс бесконечен, ибо движение во вселенной вечно.

Идею вечного движения и борьбы противоположных начал воплощает известный графический образ Инь-Ян (монада) - темная и светлая доли круга.

Символически это показано на рис. 13, где белая часть круга - сила Ян, а черная - Инь.

Черный кружок на белом фоне означает, что Ян рождает Инь, а белый кружок на черном - Инь рождает Ян. Уменьшение Ян приводит к увеличению Инь (см. внизу круга) и, наоборот (верх круга).

[Править] Закон перехода количественных изменений в качественные

Рис. 14. S-образная кривая. Где: P - параметр системы, t - время.

Закон перехода количественных изменений в качественные вскрывает общий механизм развития. В процессе развития количественные изменения в системе происходят непрерывно. При достижении определенного предела совершаются качественные изменения. Новое качество ускоряет темпы роста. Количественные изменения при этом совершаются постепенно (эволюционно), а качественные - скачком. Характер и продолжительность скачка могут быть разнообразными - длительными и кратковременными, бурными и относительно спокойными, с взрывом и без него и так далее. Любая система (в том числе и техническая) проходит несколько этапов своего развития (см. рис. 14).

Вначале система развивается медленно (участок I), при достижении некоторого уровня развитие ускоряется (участок II) и после достижения некоторого более высокого уровня скорость роста уменьшается и в конечном итоге рост параметра системы прекращается (участок III), что означает появление в системе некоторых противоречий. Иногда параметры начинают уменьшаться (участок IV) - система "умирает".

Подобные кривые часто называют S - образными.

Для технических систем:

• участок I - "зарождение" системы (появление идеи и опытных образцов),

• участок II - промышленное изготовление системы и доработка системы в соответствии с требованиями рынка,

Рис. 15. Скачкообразное развитие систем

• участок III - незначительное "дожимание" системы, как правило, основные параметры системы уже не изменяются, происходят "косметические" изменения, чаще всего не существенные изменения внешнего вида или упаковки,

• участок IV - ухудшение определенных параметров системы, которое может вызываться несколькими фактами:

  • следование моде, влияние экономической, социальной или политической ситуации, религиозные ограничения и т.п.;

Рис. 16. Огибающая кривая'

• • физическое и моральное старение системы.

Как правило, на участке IV система прекращает свое существование или утилизируется. Прекращение роста данной системы не означает прекращение прогресса в этой области. Появляются новые более совершенные системы - происходит скачок в развитии. Это типичный пример проявления закона перехода количественных изменений в качественные. Такой процесс изображен на рис. 15.

На смену системе 1 приходит 2. Скачкообразное развитие продолжается - появляются системы 3, 4 и т.д. (рис. 16).

Общий прогресс в отрасли можно показать при помощи касательной к данным кривым (показанная на рисунке пунктирной линией) - так называемой огибающей кривой, ^[119].

Развитие любого вида техники может быть примером, подтверждающим этот закон. Обратимся к судостроению.

Пример 39. Скорость передвижения гребных судов (рис. 17) постепенно повышалась за счет увеличения числа весел, но не превышало 7-8 узлов^[120].

Скачек в развитии - появление парусных судов(рис. 18). Рост скорости здесь осуществлялся путем увеличения общей площади парусов. Однако самые быстроходные парусные корабли не показывали более 12-13 уз. В тоже время коммерческие клиперы середины XIX в. развивали до 20 уз^[121].

Дальнейшее повышения скорости передвижения и не зависимость его от скорости и направления ветра привело к очередному скачку - появились суда с двигателями(рис. 19). Увеличение скорости хода в этом типе судна происходило путем совершенствования двигателей и замены их на другие типы с большей удельной мощностью.

Следующим скачком в развитии судостроения было вынесение водоизмещающей части корпуса судна из воды. Появились суда на подводных крыльях (рис. 20) и полупогруженные суда (рис. 21). В дальнейшем еще уменьшили сопротивление воды о корпус (о стойки крыльев) - придумали суда на воздушной подушке (рис. 22). И, наконец, дальнейшее уменьшение сопротивление движению корпуса - судно вынесли еще дальше от воды - появились экранопланы (рис. 23).

• 

Рис. 17. Гребное судно

Рис. 18. Парусное судно

Рис. 19. Судно с двигателем

Рис. 20. Судно на подводных крыльях

Рис. 21. Полупогруженное судно

Рис. 22. Судно на воздушной подушке

• 

Рис. 23. Экраноплан

Пример 40. Гребные суда.

Общая тенденция развития гребных судов показана на рис. 24.

Рис. 24. Тенденция развития гребных судов.

Сначала лодкой управляли с помощью одного весла.

Рис. 25 а. Каноэ

Рис. 25 б. Гондола

До нас дошли каноэ ^[122] (рис. 25 а) и гондола ^[123] (рис. 25 б).

Далее число весел в лодке увеличивалось.

Гребные суда первоначально располагали весла в один ярус (рис. 24 б).

Увеличение числа весел привело к необходимости располагать их в два яруса, например, греческая боевая галера приблизительно V в. до н.э., так называемая бриема (рис. 24 в). Она, естественно, обладала большей скоростью, чем корабль той же величины с половинным числом весел.

Далее в этом же столетии получили распространение и триеры - боевые корабли с тремя "этажами" гребцов (рис. 24 г).

Были и корабли с четырьмя ярусами весел - кинкеремы и пятью ярусами весел - пентеры. Древнегреческие судостроители умели строить еще большие суда, достигавшие 100 м в длину и более 10 м в ширину, имевшие более 400 гребцов ^[124]. При Птолемее IV Филопаторе (221-205 гг. до н.э.) был построен корабль длиной около 125 м и шириной 22 м ^[125].

Пример 41. Парусные суда.

Общая тенденция развития парусных судов показана на рис. 26.

Рис. 26. Тенденция развития парусных судов.

Первоначально появился один парус на одной мачте.

Рис. 27. Пароход

В дальнейшем количество парусов и мачт увеличивалось. Были суда с тремя и более мачтами (рис. 26)^[126]и многочисленными парусами.

Пример 42. Дальнейшее повышение скорости передвижения и не зависимость его от скорости и направления ветра привело к очередному скачку - появились суда с двигателями (рис. 27). Увеличение скорости хода в этом типе судна происходило путем совершенствования двигателей и замены их на другие типы с большей удельной мощностью. Первоначально появился паровой двигатель, затем дизель, паровая или газовая турбина, атомная установка.

Пример 43. Следующий скачек произошел, когда водоизмещающую часть корпуса судна вынесли из воды - суда на подводных крыльях (рис. 20), а в ппотом появились полупогруженные суда (рис. 21).

Пример 44. В дальнейшем еще уменьшали сопротивление воды о корпус (о стойки крыльев) - суда на воздушной подушке (рис 22).

Пример 45. И, наконец, появились экранопланы (рис. 23).

Рис. 28. Судно с надувными валиками

Пример 46. Имеется и промежуточный (весьма забавный) вариант. Между водоизмещающими судами и судами на подводных крыльях. Запатентовано судно, снабженное надувными или полыми валиками, используемыми в качестве колес.

На рисунке 28 приведен вид с боку этого судна. К корпусу 1 судна посредством конструкции 2 и 3 крепится валик 4. При движении судна корпус остается приподнятым над водой. Судно может передвигаться с меньшей затратой энергии, чем обычное судно, кроме того, такие суда смогут передвигаться по мелководью^[127].

Учет закона перехода количественных изменений в качественные происходит на этапе выбора задачи и прогнозирования развития систем.