Что такое подсистема и надсистема
© Владимир Петров, 2020
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Это учебник талантливого мышления, которое также называют творческое, сильное, изобретательское мышление.
Талантливое мышление состоит из следующих составляющих:
– мышление через противоречия;
– мышление с использованием ресурсов;
– мышление с использованием моделей:
– развитие творческого воображения.
Данная книга описывает все составляющие этого мышления. Основное внимание уделено отработке навыков талантливого мышления.
Книга рассчитана на широкий круг читателей от детей до взрослых разных специальностей (бизнесменов, политиков, менеджеров, проектировщиков, преподавателей ТРИЗ и т. п). Она будет полезна тем, кто хочет быстро получать новые идеи и иметь развитое талантливое мышление.
Я премного благодарен Генриху Альтшуллеру, автору теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, моему учителю, коллеге и другу, за то, что он создал эту увлекательную теорию. Признателен ему за незабываемое время, проведенное вместе с ним, и за то, что он изменил мою жизнь, сделал ее разнообразнее и интереснее. Некоторые из материалов этой книги обсуждались с Генрихом Альтшуллером.
Данный учебник содержит введение, 7 глав, заключение и приложение.
Введение описывает предназначение и структуру книги.
Глава 1 описывает качества и способы развития талантливого мышления.
Глава 2 посвящена системному мышлению.
Глава 3 рассматривает две составляющие эволюционного мышления:
– выявление закономерностей развития;
– использование законов развития систем.
Глава 4 описывает мышление через противоречия, которое главным образом использует логику решения нестандартных задач.
Глава 5 посвящена отработке навыков применения ресурсов.
Глава 6 представляет методы моделирования и их использования для решения задач.
Глава 7 учит комплексному использованию всех составляющих изобретательского мышления.
В заключении приведены рекомендации по отработке навыков изобретательского мышления.
В приложениях представлен авторский разбор задач.
Учебник написан в последовательности, в которой рекомендуется осваивать его.
Теоретическая часть иллюстрируется большим количеством примеров, задач и графического материала (около 200 примеров и задач и около 80 иллюстраций). В конце каждой главы приводятся задания для самостоятельной работы.
Книга предназначена для широкой публики. Она также может быть полезна бизнесменам, студентам, аспирантам, преподавателям университетов, инженерам, изобретателям, ученым и людям, решающим творческие задачи, и занимающимся ТРИЗ со старшими школьниками.
Желаю успехов, ДОРОГОЙ ЧИТАТЕЛЬ!
Глава 1. Понятие о талантливом мышление
Всегда старайся сначала подумать, а потом лучше промолчи.
Мысль нуждается в упорядочении.
Думать – вот самая тяжелая работа, и поэтому мало кто за нее берется.
Надо развивать ум, читая много, а не многих авторов.
Разум есть способность, дающая нам принципы априорного знания.
1.1. Качества талантливого мышления
Это мышление также называют Сильное, Творческое, Изобретательское или ТРИЗное мышление.
Оно включает составляющие:
1. Системное мышление;
2. Эволюционное мышление;
3. Мышление через противоречия;
4. Мышление через ресурсы (ресурсное мышление);
5. Мышление по моделям;
6. Развитие творческого воображения (РТВ).
Под системным мышлением автор понимает умение видеть составные части системы, ее элементы, иерархию системы, взаимовлияние элементов системы, системы с надсистемой и окружающей средой, учет изменений во времени и по условию, историческое развитие, цепочку по постановке цели, выявления потребностей, построение функциональной модели, дерева принципов действия, системный уровень. Системное мышление рассмотрено в главе 2.
Эволюционное мышление (глава 3) имеет две составляющие:
а) Выявление закономерностей развития (трендов) в любых явлениях, например, как это делается в тестах на логику или IQ (например, последовательность: треугольник, квадрат, пятиугольник… что дальше?).
б) Использование законов развития систем для развития конкретной системы.
Мышление через противоречия – предусматривает выявление и разрешение противоречий (глава 4).
Ресурсное мышление – это умение выявлять и использовать ресурсы (глава 5).
Моделирование (глава 6) – это умение решать задачи с помощью моделирования. Часто используется мыслительное моделирование. В ТРИЗ моделирование осуществляется с помощью веполей, маленьких человечков, компонентно-структурное и функциональное моделирование. Помимо различных методов мыслительного моделирования желательно выполнять простейшие модели из картона, пластилина и т. д. Желательно использовать различные виды математического и компьютерного моделирования.
РТВ нацелено на управление психологической инерцией. Для развития творческого воображения используются все известные в ТРИЗ приемы и методы, применяя которых в отдельности или комплексно поможет значительно расширить творческое воображение человека. В данной книге не будут изложены материалы РТВ. Они подробно описаны в [2] и [13].
1.2. Способы развития талантливого мышления
Талантливое мышление развивается с помощью постоянного применения каждого из описанных видов.
Системное мышление развивается использованием системного подхода (глава 2):
– умения видеть иерархию систем;
– взаимосвязи и взаимовлияния отдельных частей системы на систему, системы на надсистему и окружающую среду, обратное взаимодействие;
– учет любых изменений во времени и по условию, вызванных влиянием и взаимовлиянием;
– выявление и прогнозирование потребностей;
– построение функциональной модели;
– выявление принципа действия системы;
– построение структурной и потоковой модели;
– определение работоспособности и конкурентоспособности системы.
Эволюционное мышление развивается выявлением закономерностей в различных явлениях, системах, процессах, последовательностях и использованием законов развития систем (глава 3) для прогнозированная развития этих систем.
Подсистема, надсистема, компоненты и элементы
Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы, и имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также свойства целостности, коммутативности и т.п., определяемые закономерностями систем.
Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.
Определение 1.8. Подсистема – часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и допускающая разложение на элементы в рамках данного разложения.
Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы – совокупности элементов. Такое расчленение, как правило, производится на основании определения независимой функции, выполняемой данной совокупностью элементов совместно для достижения некой частной цели, обеспечивающей достижение общей цели системы.
Подсистема не есть простая совокупность элементов, так как для нее выполняется условие целостности.
Расчленяя систему на подсистемы, следует иметь в виду, что выделение подсистем зависит от цели и может меняться по мере ее уточнения и развития представлений исследователя об анализируемом объекте или проблемной ситуации.
Надсистема. Понятие подсистемы подразумевает, что любая система не может быть абсолютно отделена от внешней среды, и, так или иначе, входит составной частью системы более высокого уровня.
Определение 1.9. Объединение нескольких систем, обладающих системным свойством называют суперсистемой (надсистемой) или системой более высокого порядка.
Элемент.Последовательное разбиение системы в глубину приводит к иерархии подсистем, нижним уровнем которых является элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Систему можно расчленять на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели и ее уточнения в процессе проведения системного исследования. При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте и проблемной ситуации.
Наличие связей между элементами, составляющими некоторую совокупность, ведет к появлению новых свойств (эмерджентности) не присущих элементам в отдельности. В силу этого подмножества элементов системы могут рассматриваться как подсистемы (компоненты), что зависит от целей исследования. Следует отметить, что понятие «элемент» опирается на понятие «простоты».
Определение 1.10. Под простотой подразумевается свойства множества, выступающего в другом множестве как элемент.
Однако отождествление простоты и элементарности неправомерно. Развитие науки доказывает, что попытка сведения всех систем к элементарным образованиям носит временный характер. Всякий раз через некоторый период времени установленное и, казалось бы незыблемое, элементарное оказывалось состоящим из более элементарного. Элементарность тесно связана с принципом неисчерпаемости материи – одним из фундаментальных принципов мироустройства.
Для элементов системы характерны некоторые свойства:
· элементарность при данном способе расчленения;
· свойства природы элементов.
Определение 1.11. Свойство – это вхождение элемента в некоторый класс, когда не образуется новый предмет: характеристика, присущая объектам и явлениям, позволяющая отличать или отождествлять их.
Многое в системе зависит от типов элементов. Поэтому в теории систем значительную методологическую роль играет построение классификации элементов. В теории систем этой проблеме уделяется недостаточное внимание, так как в основе доминирующего изучения лежит природа целостности, которое мешает видеть влияние природы элементов на систему. Поэтому вторичность элементов по сравнению с целью оказывается слабо исследованной.
Таблицей 1.1 представлена классификация элементов [67].
| Название | Характеристика | Изображение |
| Упругий | Противостоит внешним воздействиям, однозначно передает воздействие по связи |    |
| Рефлексивный | Обладает внутренним движением и осуществляет внутреннее преобразо- вание по какому-либо алгоритму |   |
| Потребитель | Воспринимает воздействие без образования направленного эффекта |  |
| Источник | Образует направленный эффект в присутствии понуждающего внешнего воздействия |  |
| Полирецепторный | Рефлексивный элемент, воздействующий по нескольким направлениям |    |
| Полиэффекторный | Рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при восприятии одного понуждающего воздействия |    |
| Полиэлемент | Рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при восприятии нескольких внешних воздействий |    |
| Полиисточник | Источник, образующий в данных неизменных условиях воздействия по нескольким направлениям |   |
| Полипотребитель | Потребитель, воспринимающий воздействия по нескольким внешним связям |    |
Но элементы системы могут быть классифицированы по более разнообразным основаниям [67] (таблица.1.2).
| Основания классификации | Элемент | |
| Тип | Характеристика | |
| Степень родства с другими элементами | Гомогенный Гетерогенный | Однотипен с другими элементами Разнотипен с другими элементами |
| Степень самостоятельности элемента | Программный Адаптивный Инициативный | Действует по жесткой программе Обладает способностью к адаптации Способен менять действительность |
| Длительность существования | Постоянный Временный | Отличается относительно длинным временем существования Возникающий временно |
| Временная принадлежность | Прошлого (атавизм) Настоящего Будущего | Остался от прошлых этапов жизни системы Характерен для настоящего времени существования системы Свойственен для будущего данной системы (инновационный элемент) |
| Роль в системе | Основной Не основной | Играет главную роль в системе Играет второстепенную роль |
| Активность в системе | Активный Пассивный | Воздействующий на процессы Слабо воздействующий на процессы в системе |
| Характер воздействия на систему | Определенный (предсказуемый) Неопределенный (непредсказуемый) | Оказывает вполне определенное воздействие на систему Оказывает непредсказуемое воздействие на систему |
| Характер восприятия сигнала | Отторгающий Преобразующий Передающий | Не воспринимает сигнал Преобразует поступивший сигнал Передает сигнал в том виде, в котором получил |
| Число входов-выходов | С одним входом С одним выходом С одним входом и одним выходом С несколькими вх. и одним выходом С одним вх. и несколькими вых. С несколькими вх. и несколькими вых. | Получает сигналы, но не отдает их Отдает сигналы, но не получает их Получает и отдает сигналы Получает несколько сигналов, но отдает только один Получает один сигнал, но отдает несколько Получает и отдает несколько сигналов |
Дадим некоторые определения элемента системы.
Определение 1.12. Элементом системы называют объект (часть системы) с однозначно определенными известными свойствами.
Определение 1.13. Элемент системы — это некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных свойств и реализующий в системе определенный закон функционирования 
, внутренняя структура которого не рассматривается.
Следующее определение элемента системы можно считать наиболее емким (но в то же самое время и наиболее громоздким).
Определение 1.14. Элемент – это неделимая наименьшая функциональная часть системы, включающая:
– вектор неуправляемых входных сигналов 
;
– воздействия внешней среды 
;
– вектор управляющих сигналов 
;
– вектор выходных сигналов 
;
– закон функционирования
и представляемая как «черный ящик».
 |
Рис.1.2. Соотношение между элементом, системой,
подсистемой и надсистемой
Таким образом, элемент – это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели.
Входные сигналы, воздействия внешней среды и управляющие сигналы являются независимыми переменными. При строгом подходе изменение любой из независимых переменных влечет за собой изменение состояния элемента системы. Представление элемента в виде «черного ящика» (модель «вход-выход»), представлена на рис.1.1.
Элементы находятся в системе не сами по себе, а связаны один с другим. Под связью понимают любого рода взаимоотношения между элементами. Она выступает в виде качества, которое присуще материи и заключается в том, что все предметы, процессы, явления объективной реальности находятся в бесконечно многообразной зависимости и многообразных отношениях.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Что такое подсистема и надсистема
По положению системы в иерархии можно выделить надсистему, систему и подсистему. В соответствии с законами, развитие системы и ее элементов идет из прошлого через настоящее в будущее. Все вышесказанное дает возможность построить структуру, которая получила название системного оператора, позволяющего не только проследить историю развития системы, но и прогнозировать ее будущее.
При решении отдельных задач, удобно рассматривать рассмотрение также и антисистемы:
Система – это и есть наш рассматриваемый объект.
Подсистема – это часть рассматриваемой системы, или её элементы
Надсистема – это более крупная система, частью которой является рассматриваемая нами система.
Антисистема – это система, которая выполняет функцию, противоположную функции рассматриваемой системы. Например, система – карандаш, антисистема – ластик.
Основные понятия теории систем
Для ОТС объектом исследования является не «физическая реальность», а «система», т.е. абстрактная формальная взаимосвязь между основными признаками и свойствами.
При системном подходе объект исследования представляется как система. Само понятие система может быть относимо к одному из методологических понятий, поскольку рассмотрение объекта исследуется как система или отказ от такого рассмотрения зависит от задачи исследования и самого исследователя.
Система S представляет собой упорядоченную пару S = (A, R), где A – множество элементов; R – множество отношений между A.
Система – это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.
Исследование объекта как системы предполагает использование ряда систем представлений (категорий), среди которых основными являются следующие:
Свойства систем
Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.
Под свойством понимают сторону объекта, обусловливающую его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющуюся при взаимодействии с другими объектами.
Характеристика – то, что отражает некоторое свойство системы.
Из определения «системы» следует, что главным свойством системы является целостность, единство, достигаемое посредством определенных взаимосвязей и взаимодействий элементов системы и проявляющееся в возникновении новых свойств, которыми элементы системы не обладают. Это свойство эмерджентности (от анг. emerge – возникать, появляться).
Эмерджентность (как и синергизм) – степень несводимости свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит. Это свойство систем, обусловливающее появление новых свойств и качеств, не присущих элементам, входящих в состав системы. Эмерджентность – принцип, противоположный редукционизму (расчленению), который утверждает, что целое можно изучать, расчленив его на части и затем, определяя их свойства, определить свойства целого. Эмерджентности близко свойство целостности системы. Однако их нельзя отождествлять.
Целостность системы означает, что каждый элемент системы вносит вклад в реализацию целевой функции системы. Целостность и эмерджентность – интегративные свойства системы.
Наличие интегративных свойств является одной из важнейших черт системы. Целостность проявляется в том, что система обладает собственной закономерностью функциональности, собственной целью.
Организованность – сложное свойство систем, заключающееся в наличие структуры и функционирования (поведения). Непременной принадлежностью систем являются их компоненты, именно те структурные образования, из которых состоит целое и без чего оно невозможно.
Функциональность – это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же определяется цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.
Структурность – это упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структурой системы существует взаимосвязь, как между философскими категориями содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой изменение формы (структуры), и наоборот.
Подходы в системном мышлении
Системное мышление включает в себя следующие подходы:
— компонентный, изучающий состав, вещества и поля системы (НС, ТС, ПС);
— структурный, изучающий взаимное расположение ПС в пространстве и времени, связи между ними;
— генетический, изучающий становление ТС, этапы её развития и замену одной системы (ТС, ПС, НС) другой.
Иерархия технических систем
Техника — это сложная иерархическая система. Технические системы низшего ранга входят в состав систем более высокого ранга, а те в свою очередь входят в системы еще более
высокого ранга и т. д. В табл. приведена одна из важных схем иерархии технических систем. Ранги в этой таблице крупные, каждый из них можно разделить на несколько более мелких. Однако
и по этой таблице видно, сколь высока иерархическая лестница технических систем.
| Ранг | Название системы | Пример | Аналог в природе |
| 15 | Однородное вещество | Химически чистое железо | Простое вещество (азот, кислород) |
| 14 | Неоднородное вещество | Сталь | Смеси, растворы (морская вода, воздух) |
| 13 | Однородная деталь (при разделении образует однородные части) | Проволока, ось, балка | |
| 12 | Неоднородная деталь (при разделении образует неодинаковые части) | Винт, гвоздь | |
| 11 | Пара деталей | Винт и гайка, ось и колесо | Молекула, образованная разными радикалами |
| 10 | Узел | Ось и два колеса (появляется новое свойство — способность качения) | Сложные молекулы, полимеры |
| 9 | Однородный механизм (совокупность узлов, позволяющая изменить энергию и вещество, не меняя их вида) | Винтовой домкрат, тележка, парусное оснащение, часы, трансформатор, бинокль | Молекула гемоглобина, способная транспортировать кислород |
| 8 | Неоднородный механизм (совокупность узлов, позволяющая осуществлять перевод энергии и вещества одного вида в другой) | Электростатический генератор, двигатель внутреннего сгорания | Молекулы ДНК, РНК, АТФ |
| 7 | Машина | Локомотив, автомобиль, самолет | Клетка |
| 6 | Агрегат | Локомотив, вагоны, рельсовый путь | Органы тела: сердце, легкие и т. д. |
| 5 | Предприятие | Завод, метро, аэропорт | Организм |
| 4 | Объединение | Аэрофлот, автотранспорт, железнодорожный транспорт | Класс |
| 3 | Отрасль | Транспорт (все виды) | Тип |
| 2 | Техника | Вся техника (все отрасли) | Фауна |
| 1 | Техносфера | Техника + люди + ресурсы + система потребления | Биосфера |
Характеристики технической системы любого ранга в принципе зависят от влияния характеристик технических систем всех других рангов, как «вышестоящих», так и «нижестоящих». Взаимное влияние очень сильно на дистанциях в 1—2 ранга и, естественно, значительно слабее на дальних дистанциях, однако в той или иной мере оно всегда сохраняется.
Изобретательская задача чаще всего возникает вследствие появления потребности в улучшении той или иной характеристики конкретной технической системы. Формулировка задачи оказывается привязанной к системе определенного ранга, и изобретатели пытаются решить задачу путем изменения системы, указанной в условиях задачи. Между тем во многих случаях менять надо систему совершенно иного ранга — более высокого или более низкого (как в медицине: если болит голова, то совсем не обязательно лечить надо голову). Бывают ошибки и противоположного характера: изменяется система, значительно удаленная по шкале рангов от данной, хотя для решения достаточно изменить именно ее. Положение осложняется еще и тем, что реальные технические системы обычно включают много систем одного и того же ранга.
Так, двигатель внутреннего сгорания (система 8-го ранга) состоит из десятков однородных механизмов (систем 9-го ранга) и сотен узлов, пар и деталей (систем 10—13 рангов). Если, например, перегревается какой-то механизм, не обязательно изменять именно его: решение задачи может заключаться в изменении всей системы, одного из механизмов или же узла, пары, детали. Так возникает неопределенность: какой бы объект не назывался в задаче, всегда кроме него существует множество других, каждый из которых может оказаться «очагом» возникновения задачи, а поскольку все эти объекты могут быть изменены множеством способов, общее количество вариантов, среди которых находится единственно нужный, чрезвычайно велико даже для задачи средней трудности.
Источник: Альтшуллер Г.С. Дерзкие формулы творчества // Дерзкие формулы творчества: сб. Петрозаводск: Карелия, 1989. С. 20-95.
