Основы
теории решения изобретательских задач
3.2.2. Закон перехода количественных изменений в качественные.
Закон перехода количественных изменений в качественные вскрывает общий механизм развития. В процессе развития количественные изменения в системе происходят непрерывно. При достижении определенного предела совершаются качественные изменения. Новое качество ускоряет темпы роста. Количественные изменения при этом совершаются постепенно (эволюционно), а качественные - скачком. Характер и продолжительность скачка могут быть разнообразными - длительными и кратковременными, бурными и относительно спокойными, с взрывом и без него и так далее.
Любая система (в том числе и техническая) проходит несколько этапов своего развития (см. рис. 3.2).
Вначале система развивается медленно (участок I), при достижении некоторого уровня развитие ускоряется (участок II) и после достижения некоторого более высокого уровня скорость роста уменьшается и в конечном итоге рост параметра системы прекращается (участок III), что означает появление в системе некоторых противоречий. Иногда параметры начинают уменьшаться (участок IV) - система "умирает".
Подобные кривые часто называют S-образными.
Для технических систем:
- участок I - "зарождение" системы (появление идеи и опытных образцов),
- участок II - промышленное изготовление системы и доработка системы в соответствии с требованиями рынка,
- участок III - незначительное "дожимание" системы, как правило, основные параметры системы уже не изменяются, происходят "косметические" изменения, чаще всего не существенные изменения внешнего вида или упаковки,
- участок IV - ухудшение определенных параметров системы, которое может вызываться несколькими фактами:
- следование моде, влияние экономической, социальной или политической ситуации, религиозные ограничения и т.п.;
- физическое и моральное старение системы.
Как правило, на участке IV система прекращает свое существование или утилизируется.
Прекращение роста данной системы не означает прекращение прогресса в этой области. Появляются новые более совершенные системы - происходит скачок в развитии. Это типичный пример проявления закона перехода количественных изменений в качественные. Такой процесс изображен на рис. 3.3.
На смену системе 1 приходит 2. Скачкообразное развитие продолжается - появляются системы 3, 4 и т.д. (рис. 3.4).
Общий прогресс в отрасли можно показать при помощи касательной к данным кривым (показанная на рисунке пунктирной линией) - так называемой огибающей кривой1.
Развитие любого вида техники может быть примером, подтверждающим этот закон. Обратимся к судостроению.
Пример 3.1. Скорость передвижения гребных судов постепенно повышалась за счет увеличения числа весел, но не превышала 7-8 узлов2.
Скачок в развитии - появление парусных судов. Рост скорости здесь осуществлялся путем увеличения общей площади парусов. Однако самые быстроходные парусные корабли не показывали более 12-13 уз. В тоже время коммерческие клиперы середины XIX в. развивали до 20 уз3.
Дальнейшее повышения скорости передвижения и не зависимость его от скорости и направления ветра привело к очередному скачку - появились суда с двигателями. Увеличение скорости хода в этом типе судна происходило путем совершенствования двигателей и замены их на другие типы с большей удельной мощностью.
Следующим скачком в развитии судостроения было вынесение водоизмещающей части корпуса судна из воды. Появились суда на подводных крыльях. В дальнейшем еще уменьшили сопротивление воды о корпус (о стойки крыльев) - придумали суда на воздушной подушке. И, наконец, дальнейшее уменьшение сопротивление движению корпуса - судно вынесли еще дальше от воды - появились экранопланы.
Пример 3.2. Гребные суда.
Общая тенденция развития гребных судов показана на рис. 3.5.
Сначала лодкой управляли с помощью одного весла.
До нас дошли каноэ4 (рис. 3.6а) и гондола5 (рис. 3.6б).
Далее число весел в лодке увеличивалось.
Гребные суда первоначально располагали весла в один ярус (рис. 3.5 б). Увеличение числа весел привело к необходимости располагать их в два яруса, например, греческая боевая галера приблизительно V в. до н.э., так называемая бриема (рис. 3.5 в).
Она, естественно, обладала большей скоростью, чем корабль той же величины с половинным числом весел. Далее в этом же столетии получили распространение и триеры - боевые корабли с тремя "этажами" гребцов (рис. 3.5 г).
Были и корабли с пятью ярусами весел - кинкеремы. Древнегреческие судостроители умели строить еще большие суда, достигавшие 100 м в длину и более 10 м в ширину, имевшие более 400 гребцов6. При Птолемее IV Филопаторе (221-205 гг. до н.э.) был построен корабль длиной около 125 м и шириной 22 м7.
Пример 3.3. Парусные суда.
Общая тенденция развития парусных судов показана на рис. 3.7.
Первоначально появился один парус на одной мачте (рис. 3.8а).
В дальнейшем количество парусов и мачт увеличивалось. Были суда с тремя и более мачтами (рис. 3.8б)8 и многочисленными парусами.
Пример 3.4. Дальнейшее повышения скорости передвижения и не зависимость его от скорости и направления ветра привело к очередному скачку - появились суда с двигателями (рис. 3.9)
Увеличение скорости хода в этом типе судна происходило путем совершенствования двигателей и замены их на другие типы с большей удельной мощностью. Первоначально появился паровой двигатель, затем дизель, паровая или газовая турбина, атомная установка.
Пример 3.5. Следующий скачок произошел, когда водоизмещающую часть корпуса судна вынесли из воды - суда на подводных крыльях. На рис. 3.10 изображены суда на подводных крыльях9.:
Пример 3.6. В дальнейшем еще уменьшали сопротивление воды о корпус (о стойки крыльев) - суда на воздушной подушке (рис 3.11).
Пример 3.7. И, наконец, появились экранопланы. Основные варианты экранопланов показаны на рис. 3.12.10.
Пример 3.8. Имеется и промежуточный (весьма забавный) вариант. Между водоизмещающими судами и судами на подводных крыльях. Запатентовано судно, снабженное надувными или полыми валиками, используемыми в качестве колес.
На рисунке 3.13 приведен вид с боку этого судна. К корпусу 1 судна посредством конструкции 2 и 3 крепится валик 4. При движении судна корпус остается приподнятым над водой. Судно может передвигаться с меньшей затратой энергии, чем обычное судно, кроме того, такие суда смогут передвигаться по мелководью11.
Учет закона перехода количественных изменений в качественные происходит на этапе выбора задачи и прогнозирования развития систем.
