Результат интеллектуальной деятельности как объект системного анализа

В процессе познания (получения РИД) феномены (объекты и процессы) объективной реальности сначала находят отражение в идеализированных моделях, операции с которыми позволяют выявить существо феномена. Это, в свою очередь, позволяет овладеть феноменами (в том числе сделать их обратимыми, останавливать и управлять их ходом по нашему желанию), другими словами — сделать потребными для наших нужд (рис. 5.1).

Процесс познания основан на создании модели феномена для выявления средств овладения и управления им

Рис. 5.7. Процесс познания основан на создании модели феномена для выявления средств овладения и управления им

Процесс познания возможен по целому ряду причин.

Во-первых, человек от природы наделен многочисленными естественными средствами наблюдения, позволяющими вычленять в потоке происходящих вокруг него событий вполне определенные, которые становятся объектами его внимания и целенаправленного исследования (см. подробнее в [5.25]).

Во-вторых, «одним из ценнейших качеств Homo sapience является его способность в процессе познания выделять главное и существенное (курсив наш. — Авт.), оставляя при этом без внимания несущественные или случайные признаки, что необходимо для правильного и глубокого понимания объекта познания. Метод абстрагирования помогал человечеству получать и упорядочивать знания в любой области его деятельности и тем самым способствовал возникновению и развитию отдельных наук» [5.26, с. 5]. Это свойство условно можно назвать системообразующим, так как в результате абстрагирования человек получает различные модели объекта внимания [5.27] — идеализированные аналоги объектов и процессов реального мира, а именно:

  • 1) словесные описания условий проявления каких-либо ситуаций, заинтересовавших человека. К ним можно отнести пословицы и поговорки1, а также — что характерно для молодых наук — сообщения о фактах, с указанием условий, в которых они себя проявили. Так, «Учение о цвете» И. Ф. Гете почти целиком состоит из таких наблюдений, как «в черных одеждах люди выглядят гораздо тоньше, чем в светлых» или «когда водолазы находятся под водою и солнечный свет попадает в их колокол, — все освещенное, что их окружает, бывает пурпурного цвета; тени же выглядят зелеными <... > явление, которое я воспринял на высокой горе, они замечают в глубине моря; так природа везде сама себя подтверждает...» [5.29];
  • 2) изображения и схемы, например, картины, зарисовки, фотографии, эскизы: «Когда изображение объекта получено, то, отвечая на вопрос, каков же объект, мы можем сослаться на изображение и сказать (правда, в чистом полагании), что объект именно таков, каким он изображен в сконструированной нами схеме» [5.30, с. 447];
  • 3) графики и номограммы[1] [2], отражающие то, как изменения одной или нескольких величин связаны с изменением другой величины (или величин);
  • 4) математические модели, в которых связи между изменениями каких-либо величин выражены с помощью математических формул, систем уравнений, отношений подобия[3] и т. д. Каждая такая модель имеет ограниченную область применения, что выражается в формулировках так называемых начальных и граничных условий. Однако эти условия известны далеко не всегда. Для их выявления нужны другие модели;
  • 5) экспериментальные модели — экспериментальные установки, опытные образцы, макеты, тесты, пробные изделия и вещества. С одной стороны, они отличаются от реального аналога и (или) недотягивают до требований, которые предъявляются заказчиками к устройству, технологии или веществу. Но, с другой стороны:
    • • выявляют условия и средства воспроизведения какого-либо феномена;
    • • открывают возможности экспериментального поиска средств управления процессом или феноменом;

• выявляют степень несоответствия моделей (1—4) требованиям задачи.

Так, небольшая модель кораблика позволяет выявить некоторые закономерности в плавучести реального морского судна.

Поучительной будет и история открытия закона Ома. Когда он был сформулирован, не было сомнений в его истинности, а математическая модель закона восхищала своей простотой. Любой мог многократно повторять опыты немецкого физика Георга Симона Ома (1789—1854), регистрируя пропорциональность между плотностью тока и напряженностью электрического поля в металлах. Это обеспечивало истинность математической модели... до тех пор, пока не начали регистрировать величины тока и напряжения в газах, а впоследствии и в полупроводниках. Оказалось, что в природе есть большое количество сред, имеющих нелинейную вольт-амперную характеристику. Другими словами, закон превратился из всеобщей истины в частную и потерял бы свою легитимность совсем, если бы не экспериментальная его коррекция, которая, в свою очередь, привела к формулировке нелинейного закона — новой математической модели феномена проводимости сред.

Часто говорят, что в ходе моделирования появляется идеализированное и упрощенное представление, отражающее «наиболее важные свойства» реального феномена. Встает вопрос: по каким критериям определяется «важность» того или иного свойства? Дело в том, что разные исследователи смотрят на объект исследования по-разному, с разных точек зрения[4]: «Например, такой объект, как лошадь, представляется совершенно по-разному в сознании жокея, ветеринара, биолога — специалиста по систематике, художника и повара. Тем не менее лошадь как целостная система вмещает в себя все эти представления» [5.31, с. 70].

С точки зрения теории целеустремленных систем (см. главы 1 и 2) здесь нет ничего необычного. Человек всегда стремится увеличить вероятность осуществления какого-то события цели Z. Именно цель определяет стратегию исследования и (или) конструирования объекта. Скажем, наблюдая за грозой, один человек может задаться целью обезопасить себя и своих близких от поражения молнией Zv а другой, напротив, пожелает поразить ею своих врагов Z2. В этом сюжете мы получаем две разные цели, вернее, цель ZY и своего рода антицель Z2 по отношению к ней.

Этап абстрагирования начинается под сильным влиянием той или иной целевой установки, потребности, побуждения и т. д. Возникает напряжение между текущей ситуацией S, в которой находится субъект, и сформулированной им целью Z. Более того, экспериментально показано, что активный субъект творчества специально «накручивает» себя, что часто делает его «рабом задачи» (выражение И. А. Акимова). Это побуждает человека доопределить ситуацию S, в которой он находится, и далее — сформировать в сознании модель целевого звена S —> Z. Когда это сделано, в теории решения изобретательских задач (ТРИЗ)[5] говорят о том, что сформулирована модель проблемной ситуации (т. е. куда (Z) и откуда (S) нам двигаться).

В системном анализе разрешение проблемой ситуации происходит поэтапно.

Этап 1. Выделяем проблемный объект (явление, процесс) и формулируем проблемную ситуацию с оценкой актуальности и возможности ее разрешения, связи с другими проблемными ситуациями, если необходимо (т. е. формулируем целевое звено S —> Z).

Этап 2. Представляем проблемный объект (явление, процесс) как систему (в том или ином модельном представлении).

Этап 3. Формулируем варианты преобразования полученной системы для разрешения проблемной ситуации и составляем список полученных альтернативных решений.

Этап 4. Оцениваем и сравниваем альтернативные решения (например, по стоимости их реализации, по соответствию критериям эффективности и т. д.).

Этап 5. Реализуем изменения в системе на практике.

Казалось бы, очень просто определить проблемный объект в форме абстрактной системы (этап 2). Для этого — в разных пропорциях при решении разных задач:

  • • выделяют в проблемном объекте элементы (рис. 5.2, а);
  • • устанавливают, какие связи (отношения) есть между элементами (рис. 5.2, б);
  • • определяют структуру связей в системе (рис. 5.2 в);
  • • определяют границу системы и отношения между ней и подсистемой (внешней средой) (рис. 5.2, г).
Базовая линия развития системы

Рис. 5.2. Базовая линия развития системы: элемент (а), протосистема, имеющая одну связь (б), система с внутренним согласованием (в), система с внутренним и внешним согласованием (г)

Но этого недостаточно, чтобы появилась система, а не груда случайно собранных элементов, соединенных какими-то случайными связями:

«Предложим географическую карту человеку, ничего не знающему о таких картах. Он не воспримет изображения на такой карте как систему. Для него это будет просто беспорядочный набор линий, кружочков, цветных пятен. Внимательно изучая эти объекты, он может определить отношения между ними. Так, кружочек, около которого написано "Одесса", нарисован ниже того кружочка, около которого написано "Москва". Можно исследовать свойство этих отношений и отношения между свойствами. И все это еще не дает системы.

Географическая карта станет системой лишь в том случае, если мы в ней обнаружим уже известные нам отношения, существующие в природе между морями, реками, городами и т. д.

Набор деталей машины может показаться нам бессистемным, произвольным до тех пор, пока мы не знаем, что отношения, которые существуют между ними, как раз те, которые имеют место между деталями трактора, и что, следовательно, из них можно собрать трактор. Тогда этот набор будет рассматриваться как система» [5.32, с. 122].

Иными словами, для того чтобы элементы и связи «превратились» в систему, их выделение в реальном объекте внимания или их сборка в единое целое «с нуля»[6], как показано на рис. 5.2, должны происходить целенаправленно. Сами по себе элементы системы абстрактны. Их количество, тип и связи между ними обретают смысл только в рамках некоторого целевого звена, описывающего проблемную ситуацию. Словом, сумма элементов и связей — это еще не система (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Отличия между суммой элементов и системой

Сумма элементов

Система элементов

Добавление, удаление и перестановка элементов ничего не меняет

Добавление, удаление и перестановка элементов критически влияет на достижение цели системой (в диапазоне от ее обесценивания до постановки новой цели)

Связи между элементами подчиняются той или иной статистике случайных величин

Связи между элементами (структура системы) сохраняются во времени и пространстве (постоянно, периодически или кратковременно, в зависимости от цели их использования)

Состояние суммы элементов S описывается законами распределения случайных величин (например, статистикой Больцмана). Переходы из одного состояния в другое (S, —> Sj) случайны и имеют вероятность р

Законы распределения случайных величин нарушены:

где S — наличная ситуация, Z — ситуация цели, Q — операторы достижения цели (методы, механизмы, алгоритмы и т. д.), R — необходимые для достижения цели ресурсы, Р — вероятность достижения цели (Р > р).

Таким образом: «Система есть конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделяемое из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала»[7] (цит. по [5.33, с. 13—14.]). Созвучное определение дается в стандарте ГОСТ Р ИСО МЭК 15288—2005, где система определяется как «совокупность взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей» Z [5.34].

Цель так задает связи, определяет статус элементов и так организует их, что они обретают функции: два куска кремния объединяются в целенаправленной деятельности человека по высеканию им искр и добыче огня; одни и те же слова в речевой деятельности человека, расположенные различным образом, в зависимости от устремлений человека могут выражать как одобрение, так и, напротив, порицание и т. д.

Благодаря цели появляется возможность установления некой реальной или символической границы между системой и надсисте- мой, а также между системой и подсистемами. Таким образом, функция — это целенаправленное действие одного элемента на другой либо на внешнюю среду. В теории решения изобретательских задач специально выделяют главную полезную функцию (ГПФ), ради которой система синтезирована. Все остальные функции системы относятся к служебным по отношению к ней.

Патент (и формула, и описание изобретения, и его материальное воплощение) является образцом системы, состоящей из элементов, организованных и согласованных таким образом, чтобы достигалась задача (Z) и обеспечивался технический результат [8] изобретения.

Родовым признаком системы является ее целостность. Согласно теории систем, объект, состоящий из нескольких выделенных частей, обладает целостностью, если: 1) в результате взаимодействия этих частей образуется новое качество (так называемое общесистемное свойство), отсутствующее у частей; 2) каждая составная часть приобретает иные качества (так называемые системные свойства) по сравнению с качествами, присущими этим же частям вне данного объекта [5.35, с. 57].

Целостность характеризует систему, которая уже есть в наличии, которую мы наблюдаем как феномен. Если же речь идет о проектировании системы, то говорят об эмерджентности1 — возникновении новых связей и свойств при целенаправленном объединении элементов в подсистемы, подсистем в систему и т. д.

Свойства целостности и эмерджентности характеризуют любой патент, поскольку технический результат изобретения должен быть неочевидным, т. е. не следующим прямо из свойств элементов, из которых слагается техническое решение. Кроме того, известно, что патентоспособное техническое решение должно обладать существенными отличиями, которые обеспечивает совокупность признаков, дающих положительный эффект. Но должны ли все признаки быть новыми? Совсем не обязательно, что следует из свойства эмерджентности системы. Довольно часто все или почти все признаки изобретения известны, но в предложенном автором сочетании они еще не встречалась. Так, если некий процесс обращен вспять (этапы процесса остались теми же, изменился лишь порядок их развертывания) и это дает новый полезный и промышленно применимый положительный эффект, то такое решение является охраноспособным.

Патент — система гибридная, поскольку может включать в себя в различных случаях описательные, изобразительные, графические, математические и экспериментальные модели.

Авторы патента RU 2260935 [5.36] работали с целью Z оценки уровня устойчивости сорта картофеля к фитофторозу. Заявленный технический результат: ускоренная оценка фитофтороустойчивости сортов картофеля при раннем проявлении болезни (ЯД, а также в погодных условиях, благоприятных для развития патогена Phytophthora infestans (S2). Вместе они образуют целевое звено (S: , S2) —> Z.

Для работы в этом целевом звене они предложили способ «определения уровня частичной устойчивости сортов картофеля к фитофторозу по уровню агрессивности штаммов патогена Phytophthora infestans, включающий заражение листьев, подсчет некрозов и измерение их размеров, измерение продуктивности спороношения и определение фитофтороустойчивости растений картофеля» по номограмме, показанной на рис. 5.3.

Она включает следующие шкалы: (А) индекс заражения (произведение числа некрозов на их размер), в долях от эталона; (БВ) инкубационный период, в долях от эталона; (Г) продуктивность спороношения, в долях от эталона. Определив любые два показателя, построив между ними прямую линию, в месте ее пересечения с шкалой (Б) можно определить потери урожая в процентах — для поздних [L], средних [М] и ранних [F] сортов картофеля).

С позиций теории систем здесь мы имеем дело с совокупностью операций, включающих лабораторно-полевые измерения с искусственным заражением отделенных листьев испытуемых сортов картофеля Р. Infestans и их оценивание с помощью номограммы. Номограмма [9]

здесь — это тоже система — графическая модель, в которой значения нескольких величин организованы в соответствии с поставленной авторами целью, так, чтобы обеспечить технический результат.

Графическая модель целенаправленной системы для оценки уровня устойчивости сорта картофеля к фитофторозу

Рис. 5.3. Графическая модель целенаправленной системы для оценки уровня устойчивости сорта картофеля к фитофторозу

Целевым звеном патента RU 2260935 [5.37] было аналитическое определение температуры поверхности образца (Z), облучаемого газоразрядной плазмой в процессах вакуумно-плазменной обработки (S).

Для этого предложена такая процедура: «измеряют величину удельного теплового потока, отводимого с нижнего основания образца, площадь горизонтальных поверхностей которого много больше площади боковых сторон, и с учетом величины удельного теплового потока, поступающего на поверхность, облучаемую газоразрядной плазмой, определяют величину истинной температуры в области бомбардировки» по формуле

где Г(р), Т0(р) — изображения истинной температуры облучаемой поверхности и начальной температуры образца, определяемые прямым преобразованием Лапласа; Кг(р), К2) — изображения производных функции температурной реакции верхней и нижней горизонтальных поверхностей образца на единичный тепловой поток по времени, соответственно; <3i(р), q2(p) — изображения удельного теплового потока, поступающего на облучаемую поверхность, и потока, отводимого с нижнего основания.

Запись (*) — это система, математическая модель, обеспечивающая достижение цели. Условия ее применения (граничные условия) задаются другой системой — экспериментальной моделью, вернее, ее схематическим представлением, показанным на рис. 5.4.

Таким образом, в данном патенте как системе мы имеем три подсистемы, раскрывающие сущность изобретения — математическую, графическую и описательную. Элементы этих подсистем находятся во взаимном соответствии и нацелены на раскрытие способа (оператора Q) достижения цели. В изобретениях на способ указанная комбинация моделей отвечает требованию ясности изложения существа изобретения. Ее часто целесообразно дополнять графиками.

Схема устройства для осуществления заявляемого способа определения температуры

Рис. 5.4. Схема устройства для осуществления заявляемого способа определения температуры:

1 — облучаемый образец, площадь горизонтальных поверхностей которого много больше площади боковых сторон; 2 — поток газоразрядной плазмы; 3 — измеритель температуры; 4 — аналого-цифровой преобразователь; 5 — вычислительное устройство

Образ пряника в патенте на промышленную модель [5.38]

Рис. 5.5. Образ пряника в патенте на промышленную модель [5.38]

Эти же модели используются при «конструировании» заявок на полезные модели, вещества и штаммы.

В заявке на промышленный образец достаточно графической и (или) образной модели объекта (рис. 5.5). Она должна содержать все существенные признаки объекта, которые обеспечивают возможность его изготовления производителем, тиражирование, продажу и интерес у покупателей, а также отличие от уже существующих промышленных образцов.

Итак, патент обладает свойствами системы и, следовательно, может быть преобразован по различным правилам преобразования систем, т. е. стать объектом системного анализа.

  • [1] В пользу этого говорит тот факт, что «у народов, не состоящих в родстве, не имеющих и не имевших общения друг с другом и находящихся на разных ступенях общественного развития, встречаются одинаковые по смыслу изречения» [5.28, с. 16].Иными словами, в них люди разных народов, времен и мест фиксируют одни и те жеуниверсальные взаимоотношения между различными явлениями природы и общества,свидетелями которых они являются. Так, соответствие/несоответствие направлениядвижения фиксируется в поговорках «куда иголка, туда и нитка», «в колодезь ведро —туда и веревка» и т. д.
  • [2] Номограмма (от др.-греч. vopoc; — закон и урарра — письмо) — графическое представление функции от нескольких переменных, позволяющее с помощью простых геометрических операций (обычно — прикладывания линейки) исследовать функциональные зависимости без численных расчетов.
  • [3] В математике моделью (или реляционной системой) называется некоторое множество М с заданным на нем набором отношений {г1; г2, ... гп}. [5.31, с. 22].
  • [4] Отсюда — разнообразие наук, имеющих различные представления о том, какимобразом следует представлять реальный объект.
  • [5] Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), область знаний, нацеленнаяна выявление и практическое использование принципов и тенденций развития технических систем, методологическую базу которой предложил советский изобретательи писатель-фантаст Генрих Саулович Алътшуллер (1926—1998).
  • [6] Первый и второй подходы называют дескриптивным и конструктивным соответственно.
  • [7] 2 Определение советского философа Валерия Николаевича Сагатовского (1933—2014), автора докторской диссертации «Основы систематизации всеобщих категорий»(1969).
  • [8] Задача обычно излагается как общая (глобальная) цель, которую позволяетдостигнуть патентуемый объект. Технический результат представляет собой конкретнуюхарактеристику технического явления или свойства, которая достигается в изобретении(полезной модели).
  • [9] От англ, emergence — возникновение, появление нового.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >