Законы развития технических систем

Законы развития технических систем

А. Любомирский, С. Литвин

GEN3 Partners

Февраль 2003

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.2 АКТУАЛЬНОСТЬ

2. ОБЩАЯ СТРУКТУРА ЗРТС

2.1 ПОНЯТИЕ ЗРТС

2.2 ПОНЯТИЕ МЕХАНИЗМА ЗРТС

2.3 ПОНЯТИЕ АНАЛИТИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА (МЕТОДИКИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗРТС)

2.4 СТРУКТУРА ЗРТС

2.5 ПОНЯТИЕ ЭВОЛЮЦИОННОГО АНАЛИЗА

2.6 ЦЕЛИ ЭВОЛЮЦИОННОГО АНАЛИЗА

3. TREND OF S-CURVE EVOLUTION

3.1 ФОРМУЛИРОВКА ЗАКОНА; ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

3.2 ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРИЧИНЫ И ПРИЗНАКИ ЭТАПОВ РАЗВИТИЯ ТС. ТИПОВЫЕ ВЫВОДЫ.

3.2.1 Первый этап

3.2.2 Переходный этап

3.2.3 Второй этап

3.2.4 Третий этап

3.2.5 Четвертый этап

3.3 СВЯЗЬ С ЗАКОНОМ НЕРАВНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ЧАСТЕЙ ТС

3.3.1 Характеристика связи между двумя законами

3.4 ПРИМЕНЕНИЕ S-CURVE ANALYSIS ДЛЯ ОСОБЫХ ТИПОВ ПРОЕКТОВ

3.4.1 Применение S-curve analysis для прогнозных проектов

3.4.2 Применение S-curve analysis для Feasibility Study

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

5. ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

5.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАКОНОВ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

5.1.1 Закон повышения идеальности

5.1.2 Закон повышения свернутости

5.1.3 Закон перехода в надсистему

5.1.4 Закон повышения эффективности использования потоков вещества, энергии и информации

5.1.5 Закон повышения согласованности

5.1.6 Закон повышения управляемости

5.1.7 Закон повышения динамичности ТС

5.1.8 Закон повышения полноты ТС

5.1.9 Закон вытеснения человека из ТС

5.2 ПОРЯДОК ПРИМЕНЕНИЯ ЗРТС

 

ВВЕДЕНИЕ

Цель данной работы - дать рекомендации по применению Законов развития технических систем (ЗРТС) при решении задач.

Законы развития технических систем - это комплексы статистически достоверных линий развития, описывающих закономерный последовательный переход систем из одного конкретного состояния в другое и справедливых для всех технических систем или их больших классов. (А. Любомирский, С. Литвин GEN3 Partners)

Структура ЗРТС представлена на Рисунке 1.

Рисунок 1 Структура ЗРТС

TREND OF S-CURVE EVOLUTION

Формулировка закона:

Закономерность развития технических систем, заключается в том, что в процессе развития изменение главных параметров ТС происходит таким образом, что графики временной зависимости этих параметров имеют S-образный вид (Рисунок 3).

Рисунок 3 Trend of S-curve evolution

ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРИЧИНЫ И ПРИЗНАКИ ЭТАПОВ РАЗВИТИЯ ТС. ТИПОВЫЕ ВЫВОДЫ.

Первый этап

Причины первого этапа

· Нехватка ресурсов

За редким исключением, новые ТС создаются в условиях тотального недостатка всех видов ресурсов - материальных, трудовых и интеллектуальных.

Типичное место рождения новой ТС - если уж не сарай то небольшая лаборатория со скромным бюджетом, для которых все сказанное имеет место быть.

В качестве иллюстрации можно использовать ту же коробку для пиццы. Денег было мало, и штатный дизайнер, подключив к делу своего мужа, вечерами после работы изготавливала гипсовые формы, выклеивала на них коробки из папье-маше, затем коробки вело при сушке, все приходилось переделывать, и так без конца. Так что первому этапу было от чего затянуться.

· Наличие цепочки "узких мест"

В данном случае под "узкими местами" понимаются особенности системы, независимо снижающие функциональные показатели или повышающие факторы расплаты до неприемлемого для общества уровня. Пока имеется хотя бы одно "узкое место", система видимым образом не развивается, хотя силы и время затрачиваются на устранение остальных "узких мест".

Примером может служить разработка устройства "Аргус", предназначенного для сверхтонкого измельчения стирального порошка (Рисунок 11).

Рисунок 11 Аргус

Довольно долгое время результаты его работы были нестабильны - на одном и том же режиме без всяких видимых причин степень измельчения от испытания к испытанию колебалась в широких пределах. И только спустя какое-то время разработчики выяснили, что проблема крылась в методике измерения. Оказалось, что при остывании смеси частички порошка слипаются друг с другом, искажая результаты замеров. Стоило, в числе прочих хитростей, перед испытанием нагреть металлическую плашку, на которой производились измерения, и стабильность была достигнута.

· Внешние причины

Техника развивается не сама по себе. Ее разрабатывают конкретные люди, живущие в конкретном обществе. И весь комплекс жизненных обстоятельств так или иначе влияет на сроки и успех разработки. К ним, например, относится арест основного разработчика. Для иллюстрации возьмем историю создания динамореактивной пушки (Рисунок 12):

Рисунок 12 Динамореактивная пушка

"В мае 1923 года конструкторы Л.Курчевский и С.Изенбек предложили так называемую динамореактивную пушку (ДРП), в казенной части ствола которой имелось коническое отверстие. Благодаря этому часть пороховых газов вырывалась через дно гильзы и коническое сопло, что уменьшало отдачу до минимума. Динамореактивный принцип сочли перспективным, была создана специальная комиссия для разработки подобных орудий… Первым результатом … стала предложенная Л. Курчевским на испытания летом 1923 года 76-мм ДРП, ствол которой был заимствован от 76-мм пушки образца 1902 года. В конце того же года были проведены испытания одного из образцов ДРП для установки на самолет.

И на этом, увы, все пока прекратилось. В 1924 году Курчевский был арестован по обвинению в растрате государственных средств и сослан на Соловки на 10 лет."

Василий МАЛИКОВ, академик РАРАН. Журнал "Русское оружие", 1997

Другим обстоятельством может служить законодательный запрет на определенные разработки. Например, по недавно принятому в Японии закону любые разработки по клонированию человеческих эмбрионов запрещены под страхом 5-летнего тюремного заключения.

Признаки 1-го этапа

· Главный признак: ТС еще не вышла на рынок или занимает на нем маленькие, строго ограниченные ниши

· В состав системы входят элементы, разработанные для других систем

Как уже говорилось, на первом этапе система развивается в условиях дефицита ресурсов. В этой ситуации разработчики обычно концентрируют усилия на ядре системы, а в качестве вспомогательных элементов стремятся использовать уже готовые, разработанные для других систем (с минимально необходимой подгонкой). Заимствование может быть как физическим, так и на уровне конструкции. Пример - разработка первого автомобиля (Рисунок 13). Пожалуй, только двигатель разработан специально для него (и то насчет котла особой уверенности нет), а все остальные части явно заимствованы.

Рисунок 13 Первый автомобиль

С одной стороны, такой подход экономит силы и время. С другой стороны, чужеродные элементы обычно плохо приспособлены для выполнения функций в новых условиях, что существенно снижает эффективность новой ТС. Но в общем, это правильный подход - доработка второстепенных элементов без особого ущерба откладывается до тех пор, пока для этого не появится достаточно ресурсов.

· Система часто объединяется с элементами надсистемы. Причем эти элементы почти не изменяются - изменяется и приспосабливается система.

В принципе, этот признак идентичен предыдущему, но на другом системном уровне. Т.к. система еще не способна адекватно выполнять все необходимые функции, часть из них разработчики перекладывают на доступные элементы надсистемы.

Возьмем, например, гиперзвуковой летательный аппарат с прямоточным реактивным двигателем. Прямоточный двигатель на небольших скоростях неэффективен, поэтому такой аппарат пока не может взлететь и разогнаться самостоятельно. Разработчики нашли выход: экспериментальные образцы запускают с обычного реактивного самолета, да еще с реактивным ускорителем, т.е объединили целых три системы (Рисунок 14):

Рисунок 14 Прямоточный воздушно-реактивный двигатель + ракетный ускоритель + B52

Образец в полете показан на Рисунке 15:

Рисунок 15 Самолет с прямоточным реактивным двигателем

· Система стремится объединяться с альтернативными системами, господствующими на рынке.

Данный признак является важным частным случаем предыдущего. Дело в том, что правильно выполненное объединение альтернативных систем приводит к объединению их достоинств и гашению недостатков.

Примером может служить история создания реактивного двигателя. На определенном этапе его ставили в качестве ускорителя на винтовые истребители, и только последующий прогресс позволил перейти к чисто реактивным машинам.

· Система стремится потреблять ресурсы из надсистемы, специально для нее не предназначенные. Система приспосабливается к потреблению этих ресурсов.

Действительно, пока система не доказала свою эффективность, никто не будет ее снабжать специально для нее созданными ресурсами. Типовой ход в этом случае - попытаться найти в надсистеме уже готовый доступный ресурс и приспособить систему для его потребления. Правда, ресурс может оказаться не слишком подходящим, но разработку специализированных ресурсов можно отложить до лучших времен.

Например, одна из первых моделей двигателя внутреннего сгорания должна была работать на спорах папоротника!

Внешние проявления:

· Высокий уровень базовых патентов. Уровень последующих патентов быстро снижается к началу переходного этапа.

Создание новой системы - дело обычно достаточно сложное, в ее основу необходимо закладывать весьма нетривиальные идеи, что закономерно проявляется в относительно высоком уровне базовых патентов. В дальнейшем патентуются разного рода усовершенствования, не столь радикальные, как первоначальная идея, что приводит к снижению уровня патентов (Рисунок 16).

Рисунок 16 Уровень изобретений (по книге Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука"? М. Советское радио 1979, стр 115)

· Количество патентов остается примерно постоянным (Рисунок 17).

Это тоже легко объяснимо. Пока ТС находится в разработке, окончательно неизвестно, какие конструктивные особенности останутся в серийном варианте, а какие окажутся нежизнеспособными. Поэтому патентовать их особого смысла не имеет. Данный признак также является сугубо вспомогательным.

Рисунок 17 Количество изобретений (по книге Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука"? М. Советское радио 1979, стр 115)

· Затраты превосходят доход (Рисунок 18).

Причины очевидны. ТС находится в разработке, обладает массой недостатков (пока), и поэтому либо совсем не продается, либо продается в ничтожных количествах как некая экзотика. Соответственно, доходы от продажи обычно не покрывают затрат на разработку и доводку.

Рисунок 18 Прибыль (по книге Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука"? М. Советское радио 1979, стр 115)

· Число модификаций системы и глубина различий между ними сначала нарастают, а затем падают.

Действительно, система обычно создается в какой-то одной, простейшей модификации. Затем в процессе совершенствования появляются разные варианты. Поскольку заранее неизвестно, какое сочетание признаков окажется наиболее удачным, поначалу варианты множатся и ветвятся. Однако со временем ситуация проясняется, малоэффективные комбинации отмирают, и остается всего несколько фаворитов, между которыми к тому же происходит обмен признаками.

Примером может служить история авиации (Рисунок 19). Первые самолеты сильно отличались друг от друга. Варьировалось все - количество, форма и расположение крыльев, количество и расположение двигателей; тянущие, толкающие и комбинированные схемы пропеллеров, и т.д. Но постепенно выкристаллизовались несколько основных типов, не так уж отличающихся друг от друга.

Рисунок 19 Самолеты

Переходный этап

3.2.2.1.1.1

Пример 2.

Известен факт, что во время сравнительного испытания пулеметов в завтрак штатному испытателю одной из фирм, пулеметчику-асу, специально нанятый агент добавил несколько капель атропина. Как пулеметчик потом ни вглядывался расширившимися зрачками в расплывающуюся перед глазами мишень, точность стрельбы резко упала, и на вооружение была принята другая модель пулемета…

Пример 3.

На заре электротехники возникла острейшая конкуренция между вышедшими на переходный этап электрическими машинами постоянного и переменного тока. В какой-то момент произошло событие, напрямую с этой конкуренцией не связанное, но имевшее большой общественный резонанс, - была сделана малоудачная попытка казнить преступника на электрическом стуле, используя переменный ток. Что-то недорассчитали, преступник сразу не погиб, и его, причиняя невероятные страдания, долго и мучительно добивали все новыми ударами тока. Так вот, Томас Эдисон, лоббировавший машины постоянного тока, развернул вокруг этого случая шумную компанию, доказывая на его примере огромную опасность и антигуманность переменного тока и благодатность постоянного.

Ничего не поделаешь - девиз переходного этапа прост: "вчера было рано, завтра будет поздно".

Обычно параллельно пытаются выйти на рынок несколько типов ТС, но большинство попыток оказываются неудачными. В итоге возникает эффект "бутылочного горлышка" - к концу переходного этапа побеждает один тип систем, а развитие остальных временно (или навсегда) угнетается.

Таким образом, главной задачей, стоящей перед разработчиками ТС, вышедшей на переходный этап, является обеспечение скорейшего внедрения и захват рынка.

Здесь необходимо указать на одну чрезвычайно важную особенность конкуренции систем за выход на рынок. Используем для этого биологическую аналогию.

Известно, что динамика роста числа бактерий на питательной среде также хорошо описывается S-образной кривой (Рисунок 21):

Рисунок 21 Рост числа бактерий

Опыты показали, что вначале бактериям требуется некоторое время для адаптации к новым условиям, поэтому они размножаются довольно медленно, затем, приспособившись, они демонстрируют лавинообразный рост, пока не заполнят все доступное пространство. В этот момент размер колонии стабилизируется до тех пор, пока не кончатся питательные вещества либо среда не будет перенасыщена продуктами жизнедеятельности. С этого момента число бактерий идет на убыль вплоть до вымирания.

Кроме того, выяснилось, что каждый вид бактерий имеет свое характерное время адаптации (аналогично длине первого этапа у ТС) и свою максимально достижимую численность (аналогична пределу развития по главным показателям у ТС). Так вот, самое интересное началось, когда два различных вида бактерий одновременно поместили в одну чашку Петри. Результат отражен на Рисунке 22:

Рисунок 22 Рост числа бактерий (2 вида популяций)

Как видим, тип А обладал очень большим потенциалом роста, но довольно длинным периодом адаптации. Тип В, наоборот, был очень адаптабельным, но имел весьма скромный потенциал. И именно он победил в борьбе за ресурсы! Пока его более перспективный конкурент неторопливо готовился развернуться во всем блеске, он быстренько выскочил на этап бурного роста и захватил все жизненное пространство. В итоге вид А был абсолютно угнетен и вымер, далеко отстав от победителя и так и не реализовав свои выдающиеся способности.

Судя по всему, похожие события разворачиваются и в мире техники. Понятно, что система, первой вырвавшаяся на рынок, за счет ставших ей доступными ресурсов стремительно улучшает свои главные показатели и становится труднодосягаемой для конкурентов. К тому же она быстро занимает самые легкодоступные ниши, стягивает на себя внимание и ресурсы общества, вокруг нее начинает складываться некая инфраструктура, т.е. набирается инерция, отметающая конкурентов.

Так случилось в истории автомобилестроения. В борьбу вступили машины с двигателем внутреннего сгорания (Рисунок 23) и электромобили (Рисунок 24), имевшие на тот момент близкие характеристики по скорости и грузоподъемности.

Рисунок 23 Машина с бензиновым двигателем

Рисунок 24 Электромобиль

У электромобиля была масса преимуществ - простота управления и обслуживания, бесшумность, отсутствие вонючего выхлопа. Не было только одного - инфраструктуры: ни электросетей, ни зарядных станций, ни пунктов обмена батарей… Конечно, для машин с ДВС бензоколонок тоже не было. Но им крупно повезло. Дело в том, что существовала развитая отрасль промышленности, производившая керосин для освещения. Керосин добывали из нефти, но при этом образовывался очень неприятный побочный продукт - бензин. Для ламп он не подходил в силу взрывоопасности, и девать его было некуда (обычно его сливали в реки, отравляя по мере сил окружающую среду). Правда, одно применение нашли - его продавали в аптеках в качестве наружного средства для кожи. Таким образом, автомобили с ДВС получили очень дешевый ресурс - бензин, и готовую сеть снабжения - аптеки! Вот так и случилось, что уже больше ста лет весь мир ездит на дымящих и рычащих бензоходах вместо бесшумных и чистых электромобилей, загнанных в унизительные ниши типа цеховых погрузчиков (в лучшем случае), инвалидных кресел и тележек для перевозки игроков в гольф, да еще, пожалуй, луноходов. И только совсем недавно прогресс в производстве батарей и fuel cell достиг такого уровня, что общество снова всерьез заинтересовалось электромобилями.

Таким образом, на переходном этапе побеждает не самая перспективная ТС, а самая приспособленная к существующей надсистеме (в частности, инфраструктуре и доступным ресурсам).

Причины переходного этапа

· Главная причина - неустойчивое равновесие между силами, ускоряющими и тормозящими внедрение.

· Нарастает сопротивление со стороны конкурирующих систем, владеющих рынком.

Известно, что с появлением первых автомобилей их главными противниками стали владельцы контор дилижансов. Используя свой вес и влияние, они всячески лоббировали принятие законов и правил, препятствующих эффективному использованию автомобиля. Например, одно из правил требовало приделывать к передку машины муляж лошадиной головы, чтобы "не пугать лошадей". Другое, совсем драконовское, предписывало, чтобы перед машиной бежал слуга с колокольчиком, предупреждая прохожих о приближении этого ужасного детища прогресса. А дорожная полиция заодно с гражданскими активистами устраивала на прямолинейных участках дорог засады на водителей, хоть чуть-чуть нарушивших бессмысленно-жестокие ограничения скорости.

· Острая конкуренция со стороны соперничающих модификаций ТС.

3.2.2.1.1.3 Признаки переходного этапа

· Быстро нарастают темпы роста главных показателей (Рисунок 25).

Причина понятна - ТС уже внятно демонстрирует свои достоинства, это снижает риск инвестиций в нее, соответственно, система получает дополнительные ресурсы для развития, что и отражается на быстром росте главных показателей.

Рисунок 25 Ускорение роста главных параметров (по книге Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука" М. Советское радио 1979)

· Система достигла уровня развития, практически удовлетворяющего первоначальным требованиям общества.

Следует отметить, что иногда выход на переходный этап происходит по независящим от ТС причинам. Например, ситуация в обществе может измениться так, что снизится уровень притязаний к ТС, и она сразу станет востребованной. Так, с началом 1-й мировой войны сразу стали нужными самолеты, несмотря на все тогдашнее их несовершенство.

· Делаются попытки внедрения в разных областях, большей частью неудачные или имеющие локальный успех.

· Количество патентов в течение переходного этапа сначала повышается, а затем может немного снизится (Рисунок 26).

Рисунок 26 Количество патентов (по книге Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука" М. Советское радио 1979)

Это объясняется, во-первых, тем, что при переходе к промышленному внедрению возникают новые задачи, решения которых находят отражение в патентах, во-вторых, тем, что окончательно проясняются (и патентуются) все особенности новой ТС, в-третьих, тем, что при переходе к внедрению создают патентный зонтик, а в-четвертых, тем, что в этот момент берут патенты, которые раньше придерживали, чтобы преждевременно не истек срок их действия.

Отметим, что наряду с другими признаками, базирующимися на патентной статистике, данный признак малонадежен и имеет скорее справочно-познавательное значение.

· Уровень патентов в течение переходного этапа сначала немного повышается, а затем снижается (Рисунок 27).

Рисунок 27 Уровень изобретений (по книге Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука" М. Советское радио 1979)

3.2.2.1.1.4

Второй этап

Рисунок 29 Персональный компьютер

3.2.3.1.1.2

Причины второго этапа

· Система развилась настолько, что удовлетворяет требованиям общества. Она начинает приносить прибыль (Рисунок 30). Рискованность вложений в развитие ТС значительно снижается.

Рисунок 30 Прибыль и Инвестиционные риски (по книге Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука" М. Советское радио 1979)

Соответственно, в развитие ТС начинают вкладывать все больше средств, что закономерно приводит к росту главных показателей. Это справедливо и для бесприбыльных систем (например, военных).

· Совершенствование ТС осуществляют не только изобретательскими, но и чисто инженерными методами, т.е. путем оптимизации.

Действительно, на переходном этапе от всех подсистем требовалась хотя бы мало-мальски удовлетворительная работоспособность, на их полировку и доводку не было ни средств, ни времени. На втором этапе эти ресурсы появляются в достаточном количестве и используются для улучшения ТС.

· Довольно часто переход ко второму этапу сопровождается увеличением серийности выпуска. Рост серийности сопровождается снижением затрат на изготовление единицы продукции.

· Становится рентабельным производство высокоэффективных специализированных комплектующих и расходных материалов.

Разумеется, использование комплектующих и расходных материалов, специально оптимизированных для данной ТС, повышает ее главные показатели. Пример - автомобиль. После его выхода на второй этап появились этилированный бензин, специальные моторные масла (Рисунок 33) и т.п.

Рисунок 33 Моторное масло

3.2.3.1.1.3

Признаки второго этапа

· Если рост главных показателей сопровождается ростом факторов расплаты, то относительно равномерным.

Например, расход топлива пропорционален скорости автомобиля, а вес и габариты грузовика растут пропорционально росту его грузоподъемности.

· Нарастают количество разновидностей системы и областей ее применения.

Система на втором этапе обладает неисчерпанными еще ресурсами. Поэтому она обычно стремится занять все новые ниши на рынке. Например, компьютер, начавший свою карьеру как средство для вычислений, в настоящий момент проникает в сферы развлечений, искусства, бизнеса и т.п. (Рисунок 34).

Рисунок 34 Области использования компьютера

В свою очередь, новые сферы применения обычно требуют специализации, что приводит к появлению множества разновидностей ТС (Рисунок 35).

Рисунок 35 Легковой автомобиль и грузовик

· Нарастает глубина различий между разновидностями ТС.

Чем более далекие области применения занимает система и чем дальше заходит ее приспособление к ним, тем глубже различия между разновидностями ТС. Для примера можно взять историю развития мяча. Родившись из плотно увязанного комка тряпок, он дал начало множеству различных игр, соответственно изменившись сам (Рисунок 36):

Рисунок 36 Виды спортивных мячей

А дальнейшее развитие привело, в том числе к таким мутантным формам, как волан для бадминтона и шар для боулинга (Рисунок 37):

Рисунок 37 Волан для бадминтона и шар для боулинга

· Относительная глубина различий между поколениями системы существенно уменьшается к концу этапа.

Причина очевидна - по мере исчерпания ресурсов развития каждый следующий шаг дается все с большим трудом.

· Система приобретает дополнительные функции, относительно тесно связанные с выполнением главной.

Возьмем для примера компьютерные игры. Сейчас некоторые из них вышли из области чистых развлечений и приобрели обучающие функции. При этом использовано ядро системы - интерактивный графический интерфейс плюс сценарий.

· Система начинает потреблять ресурсы, предназначенные специально для нее.

Как уже говорилось, широкое распространение системы стимулирует появление обслуживающих ее систем. Становится выгодным производство специализированных ресурсов (на них обеспечен спрос). Например, широкое распространение стиральных машин спровоцировало производство детергентов, ориентированных исключительно на машинную стирку (Рисунок 11):

Рисунок 38 Стиральная машина и моющее средство

· При объединении системы с элементами надсистемы они начинают приспосабливаться к ней.

Например, на заре сетевой эры компьютеры и их модемы были вынуждены приспосабливаться к существующим телефонным линиям. После выхода сетей на второй этап появились и набирают силу линии связи (оптические, к примеру), специально приспособленные для передачи данных между компьютерами.

Третий этап

3.2.4.1.1.2

Причины третьего этапа

· Внутрисистемные причины.

· Достижение естественно-научных пределов развития.

Естественно-научные пределы развития - это пределы, связанные с физическими, химическими и прочими подобными процессами, на которые опирается функционирование системы.

Примеры физических пределов - материальное тело нельзя разогнать до скорости, большей скорости света в вакууме, а также его нельзя охладить до абсолютного нуля. Или, например, точность оптических измерений ограничивается длиной волны используемого света (Рисунок 45):

Рисунок 45 Точность оптических измерений

Естественно-научные пределы почти никогда не являются абсолютными. Их обычно можно преодолеть, отказавшись от некоторых условий (как правило, от принципа действия).

· Достижение коммерческих пределов развития.

Коммерческие пределы развития - это по смыслу те же естественно-научные пределы, но сниженные за счет всякого рода дополнительных ограничений, введенных из коммерческих соображений. Их общая формула звучит примерно так: "можно сделать и лучше, но получится слишком дорого".

Например, вес корпусов легковых автомашин уже долгое время существенно не меняется, практически достигнув предела в рамках "несущий кузов - тонколистовая сталь - штамповка - контактная сварка внахлест". Все упирается в такие физические характеристики стали, как плотность и прочность, и поделать с этим ничего нельзя. Спрашивается, можно ли существенно уменьшить вес кузова? - Разумеется, можно. Применим аэрокосмические технологии сверхлегких сплавов и сверхпрочных пластиков, электронно-лучевую сварку встык, сотовые конструкции и соответствующие методы расчета… Таким образом можно снизить вес корпуса более чем вдвое, и это можно сделать прямо сейчас. Только стоить такая машина будет безумно дорого. Поэтому вес современных машин остановился не на пределе, в принципе достижимом для земных технологий, а на коммерческом пределе - самом выгодном из достижимых.

· Достижение потребительских пределов развития.

Потребительские пределы развития - это пределы, связанные с ограниченностью потребностей общества.

Например, человеческое ухо способно воспринимать звуки примерно в диапазоне 20…20000 Гц. Вероятно, можно создать музыкальный центр, способный транслировать звуки частотой десятки и даже сотни килогерц, но кому это нужно - все равно ведь никто ничего не услышит, разве что летучих мышей распугаем (Рисунок 47):

Рисунок 47 Ультразвуковая акустическая система

Следовательно, в данном случае развитие системы по параметру "частота звука" ограничено не техническими возможностями, а потребностями слушателей.

Потребительские пределы развития также не абсолютны. Потребности меняются со временем, и параметры, вчера казавшиеся избыточными, завтра могут стать необходимыми.

· Достижение технических пределов развития.

Технические пределы развития - пределы, связанные с временно нерешенными проблемами технической системы.

Например, по мере развития авиации скорость самолетов, постоянно возрастая, постепенно приблизилась к звуковой, а затем произошла заминка. Самолеты разрушались, теряли управление и вообще всячески сопротивлялись попыткам их разогнать до больших скоростей. Развитие системы по параметру "скорость" застопорилось, упершись в комплекс проблем, связанных с переходом к сверхзвуковому режиму полета.

· Надсистемные причины.

· Ограничения, связанные с объектом главной функции.

Иногда рост параметров технической системы тормозится из-за того, что объект ее главной функции не выдерживает слишком интенсивной обработки. Например, технически не составляет труда создать электродоильный аппарат (Рисунок 48), способный выдоить корову за доли секунды. Но вот выживет ли после этого корова?

Рисунок 48 Доильная машина

Другой пример - бытовая микроволновая печь (Рисунок 49). Нетрудно сделать систему, нагревающую порцию пищи практически мгновенно. Однако при таком ударном нагреве вскипающая в продуктах вода взорвет их и размажет тонким слоем по стенкам. Из-за этого приходится снижать мощность излучения, и параметр "производительность" у бытовых микроволновых печей остается неизменным уже в течение долгого времени.

Рисунок 49 Микроволновая печь

Данный тип ограничений не является абсолютным. Объекты главных функций эволюционируют, и связанные с ними ограничения меняются. Например, выводятся сорта картофеля, устойчивые к механическим повреждениям, что позволяет интенсифицировать их уборку комбайнами. Кстати, выводятся и породы коров, более адаптированные к машинному доению. ·

Ресурсные ограничения.

Иногда развитие ТС угнетается из-за недоступности определенных ресурсов. Например, развитие дирижаблей в Германии в начале века затормозилось из-за недоступности гелия. Единственное на тот момент месторождение гелия находилось в США, но американский сенат ввел запрет на экспорт гелия. А водород оказался слишком опасным, что показала катастрофа с дирижаблем "Гинденбург" 6 мая 1937 г. (Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 5252):

Рисунок 50 Дирижабль "Гиндебург"

Рисунок 51 Момент катастрофы дирижабля

Рисунок 52 Результат катастрофы дирижабля

Разумеется, ресурсные ограничения также неабсолютны. Со временем может измениться как доступность ресурсов, так и потребность в них.

· Технологические ограничения.

Бывает, что развитие ТС тормозится из-за технологических проблем. Допустим, невозможно добиться требуемых точности, стабильности и прочих параметров, необходимых для дальнейшего совершенствования системы, хотя сам по себе принцип ее работы своих возможностей не исчерпал.

Например, из-за подобных причин замедлилось развитие наземных оптических телескопов. Так, телескоп Subaru (Рисунок 53) имеет зеркало диаметром 8.2 м (Рисунок 54). Изготовить такое зеркало с нужной точностью чрезвычайно сложно.

Рисунок 53 Телескоп Subaru

Рисунок 54 Главное зеркало телескопа с диаметром 8.2 метра

Существует и телескоп с 10-метровым зеркалом. Но каждый следующий шаг дается все труднее. Каждая из операций технологического процесса, от изготовления исходной отливки до транспортировки и сборки телескопа, выливается в клубок проблем, разрешаемых на пределе возможностей. И при всем при этом сам принцип работы оптических телескопов вовсе себя не исчерпал.

· Инфраструктурные ограничения.

Бывает, что развитие ТС ограничивается возможностями инфраструктуры. Например, габариты танков жестко ограничены размерами железнодорожных платформ (Рисунок 55), а их вес - в том числе, грузоподъемностью мостов (Рисунок 56):

Рисунок 55 Танки на товарной платформе

Рисунок 56 Танк на мосту

Подобные пределы преодолеваются с большим трудом, т.к. инфраструктура обычно весьма инерционна.

· Внешнесистемные причины.

· Юридические ограничения.

Юридические ограничения на развитие тех или иных систем могут иметь самые разные источники. К ним относятся:

- международные договоры

- патентное право

- экологические соображения

- прочие трудноклассифицируемые причины

Например, международные договоры затормозили развитие систем противоракетной обороны и атомных средств нападения космического базирования.

Юридические ограничения могут быть сняты или смягчены - договоры иногда пересматриваются, срок действия патентов когда-нибудь да кончается, поэтому системы могут получить новый импульс развития.

· Психологические ограничения.

Этот тип ограничений связан с тем, что пользователям хочется и нравится пользоваться различными товарами определенным образом, что накладывает отпечаток на развитие этих товаров.

Например, переход к более удобной конструкции детских дайперсов не состоялся, т.к. выяснилось, что матерям при смене дайперсов нравится совершать движения, похожие на перепеленывание, чего новая конструкция не предусматривала (Рисунок 57):

Рисунок 57 Подгузник

Еще пример. Из эргономических соображений рук