Комментарии (продолжение) инженера-строителя

1. Как уже отмечалось, законы развития техники применительно к строительной технике, зданиям и сооружениям не определены и не сформулированы. Патентный фонд для этих целей не использован, не обобщен. Проблема определения и конкретизации законов развития техники в области строительства остается открытой. В связи с этим целесообразно проанализировать, в какой мере законы в формулировках, например, Альтшуллера и Балашова, пригодны для строительных зданий и сооружений.

Общее положение таково, что эти законы могут быть приняты за основу, но должны быть профессионально переосмыслены, сформулированы в понятиях, принятых в области строительной техники, и обязательно дополнены, в частности принципом региональности, должно быть учтено также влияние социальных факторов.

Убедительным подтверждением данного тезиса явились разработанные автором принципы развития пространственных конструкций и сопоставление их с законами, сформулированными Г. С. Альтшуллером, Е. П. Балашовым. Эти принципы для пространственных конструкций были сформулированы на основе опыта автора и анализа применения конструкций в Красноярском крае [52]. При этом автор не опирался на упомянутые законы развития технических систем, т. к. в то время не был знаком с ними.

Приведенное сопоставление подтверждает, что сформулированные в иных терминах принципы создания пространственных конструкций имеют много общего с законами развития технических систем, далеких от области строительства.

Исходным (коренным) понятием является в этих рассуждениях «пространственность». С позиций функционально-структурного подхода пространственность конструкций покрытий хорошо согласуется с функциональным смыслом надсистемы «здание». Одна из основных функций здания и его покрытия (как подсистемы) — сопротивляться воздействиям внешней среды, которые имеют пространственный характер. Отсюда и структурное соответствие функций—пространственность покрытия.

Отметим, что для строительных несущих конструкций покрытий может быть дополнительно сформулирован принцип их многофункциональности и специализации.

Действительно, анализ существующих массовых конструкций покрытий (балки, фермы, плиты) свидетельствует об их специализации для каждого перекрываемого пролета, т. е. каждая балка, ферма или плита предназначены для одного, а не серии пролетов (для каждого пролета своя конструкция). Многофункциональность этих конструкций просматривается по отношению к набору различных внешних нагрузок и, например, в одной и той же опалубке может изготавливаться набор однотипных конструкций под различные нагрузки за счет изменения армирования.

Лишь небольшой класс конструкций типа конструкторов (например, металлических структур, железобетонных сборных оболочек, сталежелезобетонных ферм) наделен свойствами многофункциональности для серии пролетов. Например, элементы сталежелезобетонных ферм предназначены для серии пролетов 18—36 м. В этих же конструкциях многофункциональность распространяется и на набор внешних нагрузок.

Как отмечает Е. П. Балашов, «диалектические противоположности —«многофункциональность и специализация», «интеграция и дифференциация функции» — являются источниками развития систем». Эти противоположности существуют на всех уровнях системы. Универсальность можно рассматривать как предельный случай многофункциональности.

2. Отсутствие хотя бы одного «винтика» в системе нарушает ее полноту и жизнеспособность. Если отсутствуют условия для передачи «энергии» от одной части к другой (например, от покрытия к фундаментам здания) и согласованности их динамического взаимодействия, то жизнеспособность системы также будет нарушена. Об этом говорят законы, сформулированные Г. С. Альтшуллером, и они соответствуют основным положениям системного подхода.

Приведем некоторые примеры из области строительства.

В строительстве для монтажа созданы подразделения комплектации, обеспечивающие полноту системы. При проектировании главный инженер проекта должен обеспечить полноту проекта как системы и не растерять ее при выдаче заданий разным специалистам. Он должен определить гармонию между отдельными частями проекта, их совместимость, эффективность и т.д.

Эти черты связаны и с другими закономерностями (энергетической проводимостью, ритмикой системы).

Что является критерием полноты систем? Ответить на этот принципиальный вопрос, по мнению автора, можно лишь исходя из желаемого конечного результата: все ли части системы имеются, чтобы система могла давать (позволяла достигнуть) желаемый результат.

Если желаемый конечный результат определяем неточно (расплывчато), то нельзя быть уверенным, что полнота системы верно определена.

Отметим также: конечный результат, кроме чисто технических, связан еще и с социальными вопросами.

Например, в современных сибирских жилых домах не обеспечивается требуемый комфорт жизни (нет систем регулирования тепла, воздуха, мало подсобных помещений и т. д.). Ясно, что нет полноты системы. Получилось это потому, что планировались квадратные метры жилья, а не комфорт как конечный результат.

3. Закон энергетической проводимости системы понятен применительно к энергетической или гидравлической системе: должна быть проводимость материального носителя—энергии, и в системе не должно быть «узких мест», заторов и запоров. Но этот же закон должен выполняться и в любой строительной статической несущей конструкции: силовой поток от внешней даже неподвижной нагрузки (т. е. энергия, измеряемая работой внешних сил) должен пройти беспрепятственно (без разрывов и резких концентраций) через все элементы конструкции, их соединения и достигнуть опорных устройств данной конструкции. Задача конструктора и расчетчика—обеспечить энергетическую проводимость конструкций. Заметим, что специальная нормативная и учебная литература по проектированию конструкций явно не опирается на эту закономерность, но она используется подспудно (интуитивно), в то же время сознательное ее применение позволяет поставить активные задачи проектирования. С другой стороны, сама природа, длительная эксплуатация выявляет такие «узкие» места в конструкциях.

4. Закон согласования ритмики частей системы. Если закон нарушается, то одна часть механизма будет «трястись» относительно другой, и машина будет плохо работать (или технологический процесс не пойдет).

Начнем с того, что наличие такого закона в строительном проектировании не удается обнаружить ни при динамических, ни тем более при статических расчетах конструкций и сооружений. Динамический расчет ограничивается, как правило, во-первых, определением частот собственных колебаний всего сооружения в целом (проверка на резонанс), без анализа частотных характеристик его частей и их согласования (регулирования, оптимизации). При учете связей между отдельными частями согласование ритмики осуществляется как бы автоматически в общем расчете, но спонтанно, без решения активной задачи (т. е. надо сделать так, чтобы части системы и система в целом имели определенные желаемые частотные параметры). Этого можно добиться, во-первых, изменением и перераспределением жесткостей элементов и связей между ними, изменением структуры системы, в том числе ее масс, во-вторых, в результате динамического расчета определяются динамические эпюры внутренних усилий.

Укажем, что мощный аппарат строительной механики, позволяющий осуществлять динамические расчеты, все еще слабо сориентирован на активные оптимизационные задачи, ограничивается часто пассивными поверочными расчетами. Во многих случаях выполнение динамических расчетов по строительным нормам не является обязательным, особенно при так называемых статических нагрузках. В то же время анализ ритмики частей системы позволил бы полнее проанализировать ее эффективность. Это нацеливает на проблемы предотвращения аварий, слежение за эксплуатацией системы, на необходимость уточнения сейсмических проектов, повышение надежности.

5. Обеспечению полноты и цельности дерева функций системы способствует прослеживание потоков функциональных связей, которые выражают преобразование вещества, энергии, информации (сигналов и других факторов), происходящее в системе с помощью определенных физических операций. Необходимо «пройти» по каждому такому потоку, чтобы убедиться в том, что он нигде не прерывается, не имеет «узких» мест, проследить за всеми его преобразованиями и за тем, как он «вливается» в основную функцию системы.

В любой строительной конструкции, даже в условиях ее статики, существуют потоки (силовые и деформационные) в виде полей напряжений и деформации элементов и связей между ними, показывающих преобразования потока внешней нагрузки в потоки внутренних сил в элементах, передачу от одного к другому через связи в преобразованном виде и наконец, передачу потока на опорные устройства. Аналогично силовым потокам можно рассмотреть и потоки деформаций. И если где-либо нарушена проектная совместимость передаваемых деформаций (даже при соблюдении целостности силового потока), то эти места становятся «опасными» с позиций прочности и деформативности (появление трещин и т. п.).

Надо обратить внимание на то, как в строительных несущих конструкциях происходит потоковое преобразование одного типа поля напряжений в другое механическое поле. Например, в строительной металлической форме однородное поле центрального сжатия или растяжения отдельного стержня передается другим через узел соединения, преобразуясь в сдвиговые, тангенциальные усилия сварных швов, на другой стержень. Здесь преобразование функционального потока связано с определенным набором конструктивных модулей, в данном случае—с типом узлового соединения. Четко определив функциональные силовые потоки, конструктор имеет возможность определить затем соответствующие конструктивные модули и улучшить конструкцию.

6. Увеличение степени идеальности технических систем по Г. С. Альтшуллеру полностью согласуется со стремлением конструктора к снижению доли собственного веса несущей конструкции (как фактора расплаты) по отношению к полезной нагрузке (полезная функция) и полностью соответствует увеличению степени идеальности. В пределе увеличение идеальности системы можно представить как выполнение полезных функций системы при отсутствии факторов расплаты (т. е. при отсутствии системы). Например, когда функции данной системы переданы другой системе путем совмещения функций.

В творческом поиске, как это рекомендует ТРИЗ, целесообразно использовать представление об идеальном конечном результате, ориентируясь на который, можно найти реальные эффективные решения.

ТРИЗ рекомендует рассуждать примерно так: надо добиваться выполнения системой таких-то новых функций, но при этом не вводить в нее новые элементы. Отметим приемы, соответствующие повышению идеальности систем: дотягивание, выжимание, коррекция, универсализация, специализация, повышение единичной мощности, использование ресурсов вещества, энергии, информации, пространства, времени, системный и функциональный ресурсы (за счет изменений в системе).

7. Повышение динамичности и управляемости технических систем имеет целью совершенствование адаптации (приспособления) системы к меняющимся взаимодействиям ее с внешней средой.

Техническая система рождается, как правило, статичной, неизменяемой, с малым числом функций, неуправляемой. Развитие систем идет по пути их управляемости (принудительное управление, самоуправление с помощью введения обратных связей или использования некоторых «умных» физико-химических эффектов, самоорганизации и самообучения) и многофункциональности.

Отметим полное совпадение взглядов автора на пути развития строительных и других конструкций с данными положениями, которые получили отражение в разработке автоматически управляемых конструкций (см. ч. 2, гл. 9). Добавим следующее: включая ЭВМ в автоматически управляемую конструкцию с программой расчета и управления, автор добивается нового качества управления.

Закономерность согласования-рассогласования технических систем связана с поиском и совершенствованием отдельных параметров системы с целью ее наилучшего функционирования. Конечным результатом является возможность изменения переменных параметров — систем в процессе эксплуатации этих систем. Эта цель так называемого динамического согласования — рассогласования реализуется в автоматически управляемых конструкциях. В принципах развития пространственных конструкций (см. ч. 2) эта закономерность представлена явно.

8. Увеличение степени вепольности. В строительных конструкциях имеет место взаимодействие материала (вещества) с силовым упругим (или неупругим) полем (потоком). Проблема состоит в улучшении этого взаимодействия (в рамках строительной механики, строительных конструкций), его оптимизации путем изменения силовых потоков за счет выбора формы (структуры) конструкции, материалов и специальных приемов регулирования конструкций. Каждый из материалов стремятся поставить в лучшие для работы конструкции условия (сжатие, растяжение и т. п.). Одним из распространенных приемов регулирования является, например, предварительное напряжение. О других можно прочитать в [80].

Иногда строительные конструкции подвергаются «агрессивному» воздействию внешней среды (коррозия, радиационное облучение, тепловое воздействие и т. д.), приводящему к изменениям свойств материалов. Таким образом, проблемы изучения вепольности в строительных конструкциях имеют большое значение.

Однако для строительных несущих конструкций изучение взаимодействия вещества и поля должно быть дополнено учетом свойств формообразования материала, которое, в свою очередь, сильно влияет на силовое поле, и наоборот.

Законы Г. С. Альтшуллера о неравномерности развития, перехода в надсистему сформулированы также Е. П. Балашовым, но в другой форме.

10. Законы и закономерности, сформулированные Е. П. Балашовым, согласуются с разработанным им функционально-структурным подходом (функциональность, соответствующие ей структуры применительно к системам). По своей сути они близки к тем, которые приводятся Г. С. Альтшуллером. Но адекватность и соответствие между ними иногда трудно устанавливаются. Например, закон увеличения степени вепольности Г. С. Альтшуллера и повышения функциональной и структурной вещественно-энергетической и информационной целостности системы Е. П. Балашова, видимо, все же имеют соответствие.

11. Закон динамического уравновешивания, заимствованный Е. П. Балашовым у А. А. Денисова и Н. Н. Колесникова, носит характер механического закона, как в классической механике. Возникают сомнения в возможности его обобщения и распространения на другие немеханические системы.

Взгляд из космоса на техногенные процесы на Земле

12. А. И. Половинкиным и Е. П. Балашовым сформулирован ряд законов и закономерностей, определяющих первообразность функций по отношению к многообразию структур их реализующих. Ряд положений нуждается в доказательствах и конкретизации. Например, принцип предпочтения новым физическим эффектам должен быть связан с понятием принципиальной возможности и практической осуществимости на данном этапе развития. В законах, связанных с обществом и производством, должно быть указано, с каким обществом и каким производством и к какому этапу общественного развития они относятся. В принципе механизации и автоматизации надо указать, что роль человека в выполнении старых функций снижается, но возрастает в новых. Следует отметить, что формулировки Г. С. Альтшуллера, данные им до Н. П. Балашова и А. И. Половинкина, носят более конкретный практический характер. У других авторов они имеют еще более общий вид и применены «вообще» к техническим системам. Какой-либо законченности и полноты нет.

13. В ряде законов используются термины «правильно спроектированный», «гармоническое соотношение», «минимальная работоспособность», «степень идеальности» и т. д., которые не связаны с какими-либо количественными показателями.

14. Все законы развития техники действуют не обособленно, а, по-видимому, взаимосвязанно. Связи между ними не оговорены. В ряде случаев пренебрежение взаимосвязанностью законов неправомерно и недопустимо.

Сила исследователя познается
в решении проблем: он находит
новые методы, новые точки
зрения, он открывает более
широкие и свободные горизонты.

Гильберт

Глава 3
ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

Сознательная жизнь человека, особенно творческая деятельность, представляет собой непрерывную последовательность принятия решений по многим вопросам и проблемам, вызываемым потребностью общества и его лично.

На каких принципах (основах) зиждется методология принятия решений в творческой деятельности? Что есть общего между философской теорией познания, системным подходом и разнообразными методами принятия решений? Как разобраться в многочисленных частных приемах и овладеть ими. В каких областях они эффективны? Как обучаться этим методам активизации и интенсификации мыслительного процесса? Какую роль играют в этом современные компьютеры, информационно-измерительная и другая техника? Могут ли они заменить творческую деятельность человека? Достаточно ли обучать инженера, ученого лишь специальным дисциплинам по его профессии? Как не завязнуть в трясине «глухоты специализации»? Эти и другие вопросы волнуют не только автора. К сожалению, в специальной литературе по принятию решений и системному подходу до сих пор нет необходимых обобщений, сопоставлений, конкретизации, критического анализа [25-52].

Вам нужно принять решение

Вся творческая и практическая деятельность человека, а проще — вся его жизнь, постоянно находятся в движении между желаемым и действительным. Именно в этом движении, в восхождении от низшего к высшему, от простого к сложному, от неизвестного к известному в конечном счете заключается как наша повседневная работа, так и деятельность в относительно далекой, равно и относительно близкой перспективе.

«Технология» человеческого познания действительности выработала и отработала до механизма цепочку: задача (цель) — поиск (процесс) — решение, которую мы постоянно, часто неосознанно, проходим на каждом шагу.

Системная методология также неосознанно и незримо присутствует в каждом нашем действии. При этом цель вытекает из потребности, а решение — порождает новую потребность. Пренебрежение целостностью, единством системы, неучет тех или иных факторов, ограничений, связей, диалектики развития, человеческого фактора, экологических последствий приводит к ошибочным решениям. Здесь движение от желаемого к действительному в силу сложности и множественности факторов и процессов не должно решаться на интуитивном уровне методом «проб и ошибок». Человек не был бы человеком, если бы с тех древнейших времен, когда он взял в руки каменный топор, не стал бы сначала произвольно, а затем и на уровне теории разрабатывать приемы и методы кратчайших и наиболее эффективных путей движения своей мысли.

Д. И. Менделеев, обучая своих учеников, говорил: «Один идет по темному лабиринту ощупью, может быть, на что-нибудь полезное наткнется, а может быть, лоб разобьет. Другой возьмет хоть маленький фонарик и светит себе в темноте. И по мере того как он идет, его фонарь, разгораясь все ярче и ярче, наконец превращается в электрическое солнце, которое ему все освещает, все разъясняет. Так я Вас спрашиваю, где Ваш фонарь?»

Особый класс задач, который приходится решать сообществу людей, представляют технические, инженерные задачи. Мы живем в мире в значительной мере переделанном по сравнению с тем, что создала природа эволюционным путем за миллиарды лет. Для решения таких задач разработан целый ряд приемов и подходов, от эвристических до детально конкретных, облекаемых в форму алгоритмов, от афористических, облекаемых в форму анекдотов и побасенок («Семь раз отмерь—один раз отрежь»), до строгих математических теорий.

В этом плане хотели бы окинуть взглядом всю современную гамму приемов и методов принятия решений, начиная с принципов материалистической диалектики до конкретных приемов решения конкретных инженерных задач и изобретательской деятельности (см. таблицу 1).

Было бы несерьезным, однако, представлять себе этот раздел книги как справочник о том, как решать задачу. Это лишь «взгляд с высоты», позволяющий увидеть и обозначить лишь крупные объекты, не различая деталей. Может быть, это и есть та частица нашего воззрения на мир, которой автор хочет поделиться с читателем.

3.2. Итак — принятие решений. Что это такое!

Постараемся дать содержательное определение понятия «принятие решения». Нельзя сказать, чтобы оно в силу своей многоплановости было простым, тем более однозначным. В связи с этим даем описание двух определений понятия «принятие решения», а именно:

· философское (общее), затрагивающее глубинные мыслительные процессы в познании мира;

· прагматическое (конкретное), описывающее методологию решения инженерных задач.

А. Философский аспект. Вметодологии процесса принятия решения усматриваются все положения диалектического материализма, и прежде всего:

· обнаружение (вскрытие) противоречий в рассматриваемом явлении;

· преодоление этих противоречий, т. е. собственно принятие решения.

Материалистической основой здесь является то, что для обнаружения и преодоления противоречий используется реальная (истинная, подтверждаемая экспериментом) информация, анализ которой осуществляется на научной основе (принципах, законах и конкретных знаниях). Часто противоречия проявляются в форме определенных недостатков, трудностей принципиального характера. Этапу вскрытия противоречий предшествует постановка задачи о принятии решения, в которой определяется цель (или цели, возможно, противоречивые), выбор критериев, выделяются переменные параметры, ограничения, неизменные параметры (среда). Здесь особенно проявляется роль человеческого фактора.

Далее — преодоление противоречия, т. е. поиск решения поставленной задачи, который осуществляется с помощью разных приемов мышления на основе знания конкретных наук. Здесь нередко требуется поиск дополнительной информации и, возможно, новое переосмысление постановки задачи на основе оценки решения, повторный цикл процесса, но на более высоком уровне. В завершающей стадии принятия решения (при осмыслении результата) важно понимать, что достигнутое имеет ценность относительной, а не абсолютной истины, т. е. преодолевая одни противоречия, порождают другие, и развитие продолжается. И здесь особенно важен взгляд вперед, умение оценить последствия.

Таким образом, принятие решений в философском понимании представляется как диалектико-материалистический процесс познания, идущий по пути обнаружения и преодоления противоречий. Это представление согласуется с ленинской теорией познания истины: в известной триаде: чувственное восприятие — абстрактное мышление —практика.

Постановка задачи осуществляется на первом этапе познания как итог наблюдения натурных явлений, фактов.

На втором этапе познания в результате абстрагирования создается содержательная модель явления (системы). Вскрываются внутренние противоречия системы, определяются пути и средства преодоления этих противоречий, теоретически решается проблема.

На третьем этапе познания, осмысливая полученные результаты, вновь обращаются к эксперименту как единственному источнику доказательства достоверности полученного решения. Здесь устанавливается диалектика взаимосвязи (причинные связи) результатов с постановкой задачи, определяются новые задачи, совершенствуются старые решения. В этом суть циклического процесса познания.

Б. Прагматический аспект. Сюда относятся многочисленные практические методы принятия решений, в том числе Акоффа, Альтшуллера, Балашова и др. Принятие решения рассматривается как процесс, состоящий условно, по меньшей мере, из четырех этапов,

Первый этап — исследование проблемы и постановка цели (задачи). Так как об этом довольно полно рассказано в гл. 1, здесь отметим только специфические особенности, связанные с процессом принятия решений.

Исследование потребности есть то побуждение, которое толкает творческую мысль к началу поиска нового решения. Здесь уместно напомнить известное положение Ф. Энгельса, что «потребность движет науку больше, чем десять университетов». Часто исследование потребности протекает медленно, часто бессознательно, а то и подспудно. Накапливающиеся противоречия в существующем решении подталкивают в конечном счете к более или менее конкретному определению новой потребности, которая в дальнейшем процессе может многократно уточняться.

Исследование потребности заканчивается постановкой задачи по разработке нового решения, преодолению вскрытого основного противоречия.

Второй этап — разработка альтернативных вариантов нового (искомого) решения, т. е. поиск разных путей преодоления основного противоречия.

Многовариантность, естественно, не самоцель, а необходимое условие процесса. Разработка альтернативных решений часто связана с большими дополнительными затратами и временем. Существует много способов активного поиска альтернативных решений, в том числе и конкурсная основа.

Третий этап — оценка и ранжирование альтернативных решений с точки зрения их приближения к требованиям, сформулированным в процессе постановки задачи. Здесь не обойти трудности проблемы критериальности (часто многокритериальности) оценки решения.

Четвертый этап тесно связан с предыдущими, как и все между собой. После выбора и утверждения одного из альтернативных вариантов необходимо глубокое и системное осмысление полученного результата: положительные и отрицательные показатели. Какие новые проблемы порождаются? Следствием решения одной проблемы является возникновение новых. Об этом часто забывают и лишают себя предвидения. Если результаты неудовлетворительные, то необходимо вернуться к начальной стадии процесса, следующему витку поиска решения.

В табл. 1 представлены алгоритмы процесса принятия решений с позиций философии и системного подхода, а также разнообразные практические методы принятия решений. По табл. 1 просматривается единая диалектико-материалистическая суть и принципиальная сквозная схема поиска: от постановки задачи через вскрытие противоречий к их разрешению (преодолению) и, наконец, осмыслению результата. Можно отметить, что формы разные, а суть одна.

Не в этом ли проявляется универсальность методологии материалистической диалектики?!