Генрих Альтшуллер - Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи

Подсистемы, системы, надсистемы — понятия относительные. Скажем, электрооборудование — подсистема относительно автомобиля, но у электрооборудования есть свои подсистемы (освещение, зажигание). Получается нечто вроде феодальной иерархии: вассал подчиняется сеньору, который в свою очередь является вассалом более крупного сеньора, и т. д. Иерархия систем типична не только для техники, но и для объектов биологических (клетка — орган—организм—сообщество организмов) и астрономических (планета—солнечная система—местное звездное скопление—галактика—метагалактика). Системность — одна из основных особенностей строения материального мира.

Важнейшее свойство любой технической системы состоит в том, что изменение одной части системы отражается на состоянии других ее частей и всей системы в целом. И наоборот, изменение системы в целом сказывается на состоянии ее частей. В разных системах эти взаимосвязи проявляются с разной силой. Иерархия систем может быть рыхлой, мягкой, с неглубокими и непрочными связями. В такой иерархии изменение одной подсистемы слабо сказывается на других подсистемах и на всей системе в целом. Иерархия может быть твердой, жесткой, с глубокими и прочными связями. Тогда даже небольшое изменение системы распространяется вбок (на другие системы), вверх (на надсистему, наднадсистему) и вниз (на подсистемы, подподсистемы).

Иерархия технических систем — по преимуществу иерархия жесткая, с глубокими и прочными связями. Точнее, на верхних ступенях этой иерархии, там, где расположены большие системы (автотранспорт, машиностроение, радиосвязь и т. д.), иерархия достаточно мягкая. Но чем ниже по иерархической лестнице, тем жестче становятся связи систем с подсистемами. Изобретателям приходится иметь дело именно с такими сравнительно небольшими и жесткими системами (двигатель, станок, радиоприемник и т. д.). Обрыв одного провода в системе зажигания может вывести из строя не только этот провод, но и всю систему зажигания, и надсистему (двигатель), и наднадсистему (автомобиль).

На фиг. 4 условно показаны пять ступеней иерархической лестницы. Предположим, нам известно, что при работе объекта

3.1 проявляется какое-то вредное свойство (или недостает какого-то полезного свойства). Существуй объект 3.1 сам по себе, мы бы твердо знали, что надо изменить именно его. Но объект 3.1 входит в иерархию систем. Это значит, что его состояние зависит не только от него самого, но и от объекта 3.2, и от подсистем

4.1, 4.2, 4.3, и от надсистемы 2.1, а может быть, и от объектов еще более высокого (1.1) или еще более низкого (5.1, 5.2...)

Фиг. 4

рангов. Отсюда множество самых различных толкований одной и той же изобретательской ситуации.

Конечно, можно последовательно рассмотреть все задачи, вытекающие из одной и той же ситуации. Так обычно и делают, хотя перескакивание с одной задачи на другую происходит не последовательно, а стихийно. Если считать, что одна ситуация может дать в среднем десять разных задач, то неумение перейти от ситуации к одной правильно выбранной задаче означает снижение эффективности работы изобретателя в десять раз.

Предположим, двум восьмиклассникам дали уравнение

х 5+3х 4+х 3+2х 2+х+12 = 0

и попросили найти численное значение неизвестного, подставляя

в уравнение различные целые числа. Один ученик сразу принялся за работу: «Икс равен единице, подставим, посчитаем... Икс равен двум, подставим, посчитаем...» Другой сначала вспомнил правило: нечетная степень любого числа имеет тот же знак, что и первая степень. «Икс не может быть положительным числом, поскольку сумма положительных чисел не равна нулю. Значит, надо подставлять только отрицательные числа...» Ясно, что второму ученику легче прийти к решению: он сумел выделить из ситуации ту задачу, которую необходимо и достаточно решить. Помогло правило. Если бы изобретатель имел такие правила...

Что ж, допустим, есть правило, позволяющее уверенно переходить от ситуации к задаче. Изобретатель теперь твердо знает, что именно нужно изменить: «Чтобы шлак не остывал, нужно изменить ковш». Но ковш входит в иерархическую лестницу систем, при изменении ковша возникнут изменения в других системах и эти побочные изменения могут оказаться ненужными, вредными. Поставим, например, дополнительную теплоизоляцию: размеры ковша увеличатся, придется менять платформу, на которой установлен ковш. Выиграли в одном и проиграли в другом. Значит, трудная задача трудна еще и потому, что мы не знаем, как менять выбранную ступеньку иерархической лестницы систем. Даже небольшое изменение одного участка ступеньки может вызвать лавину нежелательных изменений всей ступеньки, соседних ступенек и вообще всей лестницы...