Кое-что о системах
Если бы амеба обладала даром речи, она могла бы сказать: «Мои предки, одноклеточные, жили на Земле еще миллиарды лет назад. И сейчас все состоит из клеток. Дерево — это объединение клеток. Человек — тоже. Значит, продолжается эра клеток!» При всем уважении к одноклеточному собеседнику мы должны были бы возразить: «У дерева и человека есть свойства, которыми не обладают клетки. Дерево и человек — это система клеток. Так что на Земле не эра клеток, а эра систем…»
Развитие путем образования и усложнения систем — универсальный закон. В технике развитие тоже идет от «клеток» к системам. Локомотив — «клетка», железнодорожный транспорт — система. Телефонный аппарат — «клетка», телефонная сеть — система.
Войдя в систему, «клетка» работает более эффективно и быстро развивается. Но зато она зависит от системы, не может существовать без нее.
Современная техника — это техника систем. Ее «клетки» — различные устройства, приборы, машины — работают не сами по себе, а в комплексе. Поэтому вторую половину XX века все чаще называют «веком технических систем».
Порядки в «веке технических систем» феодальные. Помните, как было в средние века? Вассал подчинялся сеньору, который в свою очередь был вассалом по отношению к более крупному сеньору, и т. д.
Такая же иерархия царит в мире технических систем. Электрическая лампа — «вассал» системы освещения в автомобиле. Но у системы освещения свой «сеньор» — система электрооборудования, которая тоже входит в «вышестоящую» систему под названием «автомобиль». А сеньор Автомобиль — «вассал» большой системы Автотранспорт, включающей миллионы автомашин, гигантскую сеть дорог, станции заправки, ремонтные мастерские.
Каждая техническая система имеет «сеньора» — надсистему. И своих «вассалов» — подсистемы. Любое изменение системы отражается на подсистемах и надсистемах. Технические противоречия и возникают из-за того, что кто-то забывает об этом: один из «вассалов» вдруг получает преимущества за счет другого или за счет «сеньора». Поэтому необходимо учитывать не только «интересы» системы, данной в условиях задачи, но и «интересы» надсистемы и подсистемы. Возьмем, однако, конкретную задачу и разберем ее.
Задача 17. Обойдемся без телепатии
Однажды на шоссе остановилась новенькая «Волга». Шофер сконфуженно объяснил пассажиру:
— Вот беда, бензин кончился. Забыл, понимаете, посмотреть на прибор.
— Бывает, — сочувственно отозвался пассажир. — Да и ненадежны эти приборы. Иногда стрелка еще далеко от нуля, а в баке пусто. Вот если бы бак телепатически передавал водителю, что бензин на исходе…
И тут появился изобретатель.
— Обойдемся без телепатии, — сказал он. — Есть идея…
Что же предложил изобретатель?
Приступим к анализу. Надсистема — автомобиль. Наше предложение не должно затронуть «интересы» автомобиля. А «интерес» у автомобиля простой: чтобы не было никаких переделок. Это типичный «интерес» для всех надсистем, если задача не связана с коренной их перестройкой или заменой. Учтем этот «интерес».
Есть «интересы» и у подсистем. В систему сигнализации входят четыре подсистемы: бензин, бензобак, то, что «сигналит» («икс», который надо найти), и голова водителя. Ну, голову сразу оставим в покое: любая идея, требующая хотя бы минимальной «переделки» головы, заведомо не пойдет. Бензин тоже можно не рассматривать. Рассмотрим предельный случай: бензина нет (или почти нет) — и тут возникает сигнал. Остаются две подсистемы: «икс» и бензобак. У бензобака простой «интерес»: чтобы его не меняли, не перестраивали, не переделывали. Выходит, «икс» должен быть почти равен нулю. В противном случае придется переделывать либо бензин, либо автомобиль. Например, «икс» никак не может быть рентгеновской установкой; это означало бы недопустимое усложнение автомобиля.
Сейчас требования к подсистемам, системе и надсистеме настолько прояснились, что можно определить «икс» с математической точностью. Чуть позже я покажу, как это делается. А пока подумайте сами. Пустой бак (или почти пустой) должен создавать сигнал в голове водителя. Когда в баке есть бензин, сигнала не должно быть. И помочь в этом должен некий «икс», настолько небольшой, что ни автомобиль (надсистема), ни бензин (подсистема) практически не изменятся от введения этого «икса».
Четыре возраста систем
Каждая новая техническая система сдает экзамен. Принимает экзамен очень строгая «комиссия» — жизнь, практика. «Комиссия» придирчиво расспрашивает: «Что это такое? Ах, двигатель! Посмотрим, как он работает в этой системе… Что ж, удовлетворительно, ставим тройку. А это что такое? Передача от двигателя к рабочему органу? Прекрасная передача, запишем пятерку. А где органы управления? Как, всего две кнопки?! А если изменились условия работы? А если авария? Придется поставить двойку…»
Правило у «комиссии» такое: проходят только те системы, у которых нет двоек. Есть ли пятерки и четверки, много ли набрано баллов — все это не имеет значения. Нужно только, чтобы подсистемы умели работать коллективно, пусть даже на тройку. Как ни странно, почти все современные технические системы были вначале троечниками. У первого парохода была очень слабая и невероятно прожорливая паровая машина, передача от двигателя к гребным колесам съедала значительную часть энергии, да и сами колеса работали неважно. Но и в таком виде система подавала великие надежды, потому что сочетание было удачным, все части работали пусть неумело, но дружно.
Техническая система — как ансамбль музыкантов, как спортивная команда — хороша только тогда, когда все части играют согласованно, слаженно, подыгрывая друг другу. Поэтому усилия изобретателей сначала направлены на то, чтобы найти «формулу системы» — удачное сочетание частей. Это первый этап в жизни системы.
А всего этапов четыре, и на каждом этапе свои задачи и свои приемы решения задач.
Рассмотрим эти этапы на истории самолета.
Лет сто назад, на первом этапе, изобретателей волновал вопрос: что такое летательный аппарат? Из каких частей он должен состоять? Крылья плюс двигатель или крылья без двигателей (планер)? Какие крылья — неподвижные или машущие? Какой двигатель — мускульный, паровой, электрический или внутреннего сгорания?
Наконец «формула самолета» была найдена: неподвижные крылья плюс двигатель внутреннего сгорания.
Начался второй этап развития системы — «исправление троек». Изобретатели совершенствовали отдельные части, искали наилучшую форму и наиболее выгодное их расположение, подбирали лучшие материалы, размеры и т. д. Сколько должно быть крыльев: триплан, биплан, полутораплан или моноплан? Где поместить рули — спереди или сзади? Где расположить моторы? Какие взять винты — тянущие или толкающие? Сколько колес должно быть у шасси?.. В конце второго этапа самолет приобрел знакомый нам вид.
И тут же начал терять его, потому что третий этап — это динамизация системы: части, которые были жестко соединены между собой, стали соединяться гибко, подвижно. Изобрели убирающееся шасси и крылья, меняющие свои форму и площадь. У самолета появился подвижный нос (вспомните Ту-144). Испытатели подняли в воздух машины вертикального взлета с поворотными моторами. Были запатентованы «разрезные» самолеты: корпус делится на части, каждую из которых можно быстро разгрузить и загрузить…
Четвертый этап — переход к саморазвивающимся системам — еще не наступил, но о нем можно судить по ракетно-космическим аппаратам, умеющим перестраиваться в процессе работы: сбрасывать отработанные ступени, на орбите раскрывать «крылья» с солнечными батареями, отделять спускаемый аппарат… Конечно, это только первые шаги в создании систем, способных развиваться на ходу, в процессе работы. Совершенные саморазвивающиеся корабли, меняющиеся в зависимости от внешних условий, существуют пока только в фантастических романах.
