ЗРТС

ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2003, Випуск 6
УДК 502.31:504.062
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЗАКОНОВ РАЗВИТИЯ
И.В. Борщевский ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Пропонується методика побудови прогнозів в галузі природокористування. Методика
заснована на об'єктивних законах розвитку технічних (штучних) систем. Методика викладена у самому загальному вигляді, але вже дозволяє визначити деякі перспективні напрямки розвитку систем природокористування, що проілюстровано кількома прикладами.
Предлагается методика построения прогнозов в области природопользования, основанная на объективных законах развития технических (искусственных) систем. Методика
представлена в самом общем виде, но уже позволяет определить перспективные направления в некоторых системах природопользования, что проиллюстрировано несколькими
примерами.
Знакомство с литературой по природопользованию (например, [1,2]) показывает что, основное ее содержание сводится к констатации
фактического материала, а тенденции развития, т.е. прогнозирование, представлены в самом общем виде. Применяемые методы прогнозирования имеют ограниченный характер и
хороши при построении краткосрочных прогнозов, и то, при условии, что система находится на линейном участке развития. Кроме
того, отсутствуют объективные критерии
оценки полученных прогнозов. В настоящей
работе применен для прогнозирования в области природопользования подход, основанный
на объективных законах развития систем.
В 1946 году в СССР Г.С. Альтшуллер начал
разработку теории решения изобретательских
задач - ТРИЗ. Один из основополагающих
элементов этой теории – законы развития технических систем (ЗРТС) [3]. Под техническими системами подразумеваются искусственные системы, т.е. системы, созданные человеком (в отличие от природных систем, возникших независимо от человека).
Обязательными признаками системы являются функциональность, структура, организация и системное свойство [4]. Суть их в следующем.
Функциональность – все технические системы (ТС) созданы для выполнения определенной полезной функции.
Структура – в составе системы можно выделить ряд элементов, сохраняющих свои
свойства при отделении от системы.
Организация – порядок (алгоритм) взаимодействия элементов.
Системное свойство – свойство, отсутствующее у элементов системы по отдельности.
Борщевский И.В., 2003
Эффективным инструментом анализа и
прогнозирования развития систем является
системный подход, лежащий в основе ТРИЗ.
Эту основу можно представить в виде набора
следующих постулатов:
 окружающий нас мир представляет совокупность взаимодействующих и развивающихся систем;
 системы развиваются по собственным
объективным законам;
 эти законы познаваемы и могут быть
использованы в практической деятельности;
 развитие систем происходит через выявление, обострение и преодоление противоречий.
ЗРТС – основа ТРИЗ, ее смысловой стержень [5, 6]. Все остальное – дополнения и пояснения, инструменты и механизмы по реализации этих законов. Любая ТС в своем развитии обязана последовательно выполнить требования этих законов. Если эти требования
выполнены, то развитие системы прекращается и она должна быть заменена другой, более
совершенной (в смысле выполнения функции)
системой. Попытки нарушить эти законы приводят к появлению технических уродов, вроде
шагающих паровозов. Знание ЗРТС позволяет
строить научно обоснованные прогнозы развития как отдельных систем, так и, соответственно, прогнозировать развитие целых классов систем.
Фундаментальные ЗРТС: Закон стремления
к идеальности и Закон этапности развития
систем.
Закон стремления к идеальности формулируется следующим образом: " Развитие систем идет в сторону повышения степени идеальности". Идеальность системы проявляется
©
30
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2003, Випуск 6
в отсутствии недостатков системы в виде массы, размеров, энергопотребления.
Таким образом, появляется объективный
критерий, "компас", показывающий направление развития системы вообще и ее элементов в
частности – в направлении снижения, вплоть
до нуля, массы, размеров и энергопотребления. Отсюда возникает понятие "идеальная
система" – системы нет, а функция ее выполняется.
Степень идеальности есть величина относительная и для конкретной системы определяется выражением:
И=
где
Ф
п
Ф
п
/ (  Зф +

Дело в том, что при создании систем этот
аспект выпадает из поля зрения ее создателей
(или считается слишком отдаленным). Когда
же проблема ликвидации системы и утилизации ее элементов встает во весь рост, то мы
оказываемся часто совершенно не готовы к
этому и начинаем предпринимать судорожные
меры по решению этой проблемы. Характерный пример – выведение из эксплуатации АЭС
и, в первую очередь их реакторов. Ведь логически рассуждая, это было известно с самого
начала ядерной энергетики, но проигнорировано в расчете на непонятно что.
Пример.
"Идеальная
целлюлознобумажная промышленность (ЦБП) " – Промышленности нет, вырубки лесов нет, вредных отходов и загрязнения среды нет, энергозатрат нет, а "бумага" или то, что выполняет ее
функцию, есть. "Бумага" в данном случае –
термин, за которым скрыты системы с различными функциями. Рассмотрим следующую
схему (рисунок 1).
Злпф ) ,
– сумма полезных функций, выпол-
няемых системой;

Зф – сумма затрат на
поддержание функционирования;

Злпф –
сумма затрат на ликвидацию последствий
функционирования.
Злпф имеют скрытый, неявный характер и
представляют особый интерес при изучении
вопросов природопользования.
ЦЕЛЛЮЛОЗНО-ВУМАЖНАЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
ДОБЫЧА СЫРЬЯ –
ВЫРУБКА ЛЕСОВ
БУМАГА –
НОСИТЕЛЬ
ИНФОРМАЦИИ
БУМАГА – НОСИТЕЛЬ
КРАТКОСРОЧНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ПОТРЕБИТЕЛЬ
БУМАГИ
ПРОИЗВОДСТВО
(ПЕРЕРАБОТКА СЫРЬЯ)
БУМАГА КАК ОСНОВА
УПАКОВОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
БУМАГА –
НОСИТЕЛЬ
ДОЛГОСРОЧНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
31
БУМАГА – ПРОДУКТ
ПРОИЗВОДСТВА
БУМАГА ДЛЯ
ГИГИЕНИЧЕСКИХ
НУЖД
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2003, Випуск 6
Рисунок 1. Схема, иллюстрирующая различные функции бумаги
Бумага как носитель краткосрочной инэтап 3 – окончание развития системы (смерть
формации, т.е. информации имеющей, в больсистемы, ее ликвидация). Все три этапа иллюшинстве случаев разовый характер – квитанстрируются кривыми жизни систем – основной
ции, чеки, счета и т.д. Идеальный вариант –
(S – образной, рисунок 2 а) и рядом вспомогабумаги нет, а функция ее как носителя, выполтельных кривых.
няется. Основной недостаток в данном случае
Кривые эти имеют качественный характер.
– разовое использование бумаги, после чего
Физический смысл этих кривых следующий.
она идет в отходы. А ведь нам нужна, вообще
Кривая на рисунке 2 а показывает зависито говоря, информация и бумага нас интересумость основного параметра системы Р от вреет только как ее носитель. Поэтому альтернамени "жизни" системы. Появившись в момент
тивой будет система-носитель, позволяющая
Т = 0, система уже имеет показатель этого памногократно записывать и, после считывания,
раметра Р = Р0, обеспечивающий минимальное
уничтожать информацию. В настоящее время
функционирование. В момент Т = Т1 система
это позволяют осуществить электронные ноначинает бурно развиваться, что связано с посители информации.
требностью общества в данной системе. При
Бумага как носитель долгосрочной инфорэтом параметр Р приближается к своему премации – это, в основном книги и т.п. Уже сейделу Рмах, обусловленному физическим принчас эти функции можно реализовать электронципом, заложенным в основу системы. При
ными средствами, хотя в области носителей с
приближении к этому пределу система резко
высокой плотностью информации, например
замедляет темпы роста. И тут возможны слерепродукции с картин, бумага пока по эконодующие варианты. Вариант "а" возможен в
мическим показателям вне конкуренции.
случае. когда у системы нет альтернативы и
Бумага как основа упаковочных материалов
она медленно приближается к Рмах за счет мел– это разные ящики, коробки, пакеты и т.д.
ких и мельчайших усовершенствований. Вариразового употребления. Главная функция упаант "b" означает, что альтернатива ТС2 появиковки – предохранение товара при транспорлась и реализовалась (пунктир на рисунке 2 а),
тировке и хранении. Вспомогательная – носиа исходная система доживает свой век не изтель информации о товаре, условиях трансменяясь. Вариант "с" означает, что система
портировки и хранения. Пока альтернативы по
изжила себя, но по каким-то причинам замены
экономическим показателям нет, но в силу
ей нет.
экологических аспектов проблема встанет
Кривая на рисунке 2 b показывает зависиочень остро в силу возрастания Злпф.
мость экономической отдачи системы Е на
Бумага для гигиенических нужд - пока
разных этапах развития. На этапе 1 система
альтернативы нет.
изначально убыточна, но в начале этапа 2 отОтсюда видно, что исключение бумаги в
дача уже становится положительной. На этапе
качестве носителя информации приводит к
3 при отсутствии замены системы, отдача
значительному сокращению ее производства и,
начинает падать; система становится сначала
следовательно, к уменьшении вырубки лесов и
экономически неэффективной, а затем и убысокращению отходов целлюлозно-бумажной
точной.
промышленности.
Кривые на рисунке 2 с показывают зависиТаким образом, закон стремления к идеальмость затрат на функционирование системы
ности прямо предупреждает о неминуемом
Зф и затрат на ликвидацию последствий функэтапе – ликвидации последствий функциониционирования Злпф на различных этапах развирования системы и, в т.ч., утилизации ее элетия системы. Именно на этапе 3 начинают доментов. Отсюда вывод – меры по их реализаминировать Злпф.
ции должны быть проработаны изначально и
Выявление перехода систем природопользатраты на них учтены при проектировании и
зования от этапа 2 к этапу 3 и минимизация
эксплуатации. Или прорабатываться по мере
затрат в широком смысле на ликвидацию поразвития системы.
следствий функционирования и есть актуальЗакон этапности развития систем - техная задача науки.
нические системы в своем развитии последоГруппы ЗРТС "Статика", "Динамика" и
вательно проходят три обязательных этапа
"Кинематика" содержат законы, показываюразвития. Этап 1 – возникновение (детство)
щие пути и механизмы реализации фундаменсистемы; этап 2 – развитие (рост) системы;
тальных законов в технике. В иных отраслях
32
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2003, Випуск 6
человеческой деятельности (искусстве, науке,
экономике, природопользовании, предпринимательстве, социологии и т.д.) применение
этих групп законов ограничено и имеет свою
специфику. Рассмотрение этих групп законов
в данной работе не производится; желающие
могут ознакомиться с ними в [4].
Р
Рmax
(Основной
параметр)
b
a
ТС2
Т0-2
с)
а)
ТС1
Этап 3 иск
Ро
Этап 1
Этап 2
Этап 3
0
T1
T(время)
T2
ТС1 – исходная система
ТС2 – альтернативная система
Е
Экономическая
отдача
b)
Этап 1
Этап 2
Этап 3
0
T1
T(время)
T2
Ео
Затраты
Зф
Этап 1
Злпф
Этап 2
Этап 3
c)
0
T1
T2
33
T(время)
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2003, Випуск 6
Рисунок 2. Этапы развития систем
Попробуем рассмотреть с точки зрения
Рассмотрим еще одну систему – добыча неЗРТС такую отрасль как рыбный промысел.
возобновляемого ресурса, например, каменноИтак, этап 1. Лов производится в приго угля. И здесь четко прослеживаются все три
брежных районах с помощью простейших
этапа развития систем. Этап 1 – начало углеорудий лова. Конечно, эти орудия совершендобычи, техническое обеспечение самое приствуются, но крайне медленно, т.к. улов удомитивное, потребление ограничено. Этап 2 –
влетворяет потребности рыбаков и их семей.
резкий рост потребности в угле в связи с роЗатем наступает этап 2 – потребность в рыбе
стом промышленности. Конец этапа 2 – исчервозрастает, она необходима и остальному
пание пластов неглубокого залегания, падение
населению. Начинается промышленный лов
экономической отдачи, угледобыча переходит
рыбы во все возрастающем количестве. Что же
на дотации. Альтернативы потреблению угля в
является ограничителем роста темпов ловли?
качестве топлива нет, потребность в угле расПервый предел – уровень естественного востет и поэтому общество мирится с убыточнопроизводства рыбных запасов. В пределах этостью отрасли.
го уровня лов рыбы практически не отражаетВ обоих примерах видно четкую особенся на окружающей среде. Но темпы роста выность – пределом развития систем являются
лова продолжают увеличиваться. И естественограниченность природных запасов.
ный прирост не покрывает убыли. Пределом
Незнание ЗРТС порождает негативные явразвития лова рыбы становится общее снижеления природопользования. Особо интересен с
ние поголовья в Мировом океане. Попытка
этой точки зрения этап 3, когда исчерпаны все
сохранить объемы вылова приведут к исчезноресурсы развития системы. Неявность наступвению рыбы вообще.
ления этого этапа порождает иллюзию, что,
Какой выход из создавшейся ситуации?
проведя "косметические" мероприятия, можно
Первое – снижение уровня лова до уровня в
улучшить деятельность системы. Одно из
пределах естественного воспроизводства. Вонаправлений такого "улучшения" – гигантизм,
вторых этот уровень можно попытаться подхотя это явный признак окончания развития и
нять за счет искусственного разведения рыбы.
начала упадка системы (гигантские домны,
Но подъем этот не может быть значительным,
самолеты-гиганты, промышленные и эконот.к. приведет к перекосу в экологических нимические комплексы
- конгломераты).
шах и, соответственно, к необратимым наруНаступление этапа 3 означает, что нужен зашениям в экобалансе океанской биомассы. И
кономерный переход к новой, альтернативной
потребуются гигантские усилия и затраты для
системе, основанной на других принципах
восстановления нарушенного равновесия.
функционирования. И тогда резко возникает
С точки зрения Закона стремления к иденепредусмотренная изначально необходиальности лов рыбы можно представить так: "
мость больших затрат на ликвидацию последЛова рыбы нет и лов рыбы есть ". Лова рыбы
ствий функционирования систем (рост числа
нет" – означает, что океанские экосистемы
бытовых и промышленных отходов, ликвидасохраняют природные тенденции. "Лов рыбы
ция химического оружия, необходимость утиесть " – есть его результат, т.е. рыбные пролизации ядерных реакторов, вывод шахт и кадукты поступают в рацион питания человека".
рьеров из эксплуатации). Одним из эффектов
Но вместо лова рыбы какая-то другая система
природопользования является появление недолжна выполнять ее функции. И эта система
прогнозируемых отрицательных явлений как
должна быть более эффективной по части
результат образования новой вредной системы
производства рыбы как продукта питания, но
из элементов различных, не связанных явно
иметь принципиально другую основу. В
систем (смоги, кислые дожди, аллергены).
настоящий момент такая система неизвестна,
В некоторых случаях последствия перехода
но можно предположить, что в этой роли мок новым системам непредсказуемы, т.к. нахожет выступить синтетическая пища, т.е. пища
дятся за границами наших сегодняшних знанеприродного происхождения. Кстати, это буний (например - широкое распространение
дет решением общей проблемы снабжения
мобильных телефонов и влияние их излучений
населения Земли продуктами питания. Сегона человеческий организм в отдаленной пердня этот прогноз сродни фантастике, а завтра –
спективе).
кто знает. Ведь работы в этом направлении
Одним из инструментов прогнозирования,
носят пока случайный характер.
созданным на базе ТРИЗ, является программ34
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2003, Випуск 6
ный продукт "Кассандра" (корпорация III, г.
Бостон, США).
Выявить и спрогнозировать появление
вредных явлений, а также определить пути их
недопущения или эффективного устранения –
должно стать в ближайшее время одним из
главных проблем природопользования. Достигнуть существенных результатов в этом
направлении поможет применение наработок
ТРИЗ, в первую очередь, законов развития систем как объективного критерия оценки предлагаемых решений и полученных прогнозов.
Из выше изложенного можно сделать следующие выводы.
1. ЗРТС можно применять для анализа систем природопользования и прогнозирования
их развития.
2. Особо актуальным вопросом нужно
считать вопрос о прогнозировании перехода от
этапа 2 к этапу 3.
3. Этап 3 в настоящее время при возникновении системы не рассматривается и его
наступление, особенно в плане затрат на ликвидацию последствий функционирования, является полной неожиданностью и решения
приходится принимать в спешке, причем не
самые лучшие.
4. Предвидение этапа 3 позволит оценить
масштабы затрат на ликвидацию последствий
функционирования систем и заранее принять
меры по их минимизации.
5. Системы природопользования в своем
развитии не имеют четко очерченного ограничителя сверху, в отличие от техники, где это
ограничение заложено в физические основы
принципа действия.
6. В системах природопользования такими
пределами являются уровень естественного
воспроизводства и общий объем сырьевой базы.
7. Необходимы исследования по усовершенствованию методики применения ЗРТС
как эффективного инструмента анализа систем
природопользования и построения достоверных прогнозов с оценкой по объективным
критериям.
8. Необходимы исследования по прогнозированию скрытых вредных явлений в природопользовании, выявлению последствий их
возникновения и мер по их предотвращению.
Перечень ссылок
1. Стан світу 2000 / Л. Браун та ін. Переклад з англійської: ВГО "Україна". Порядок денний на
ХХI століття" та Інститут сталого розвитку.- К.: Інтелсфера, 2000.-312 с.
2. Екологія і природокористування: Збірник наукових праць Інституту проблем природокористування та екології НАН України. – Дніпропетровськ, 2000. Вип. 2. -187 с.
3. Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука.- М.: Советское Радио, 1979.
4. Саламатов Ю. Система законов развития техники // Сб. "Шанс на приключение". - Петрозаводск: Карелия, 1991.- 304 с.
5. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. – Новосибирск: Наука, 1986.
6. Альтшуллер Г. С. и др. Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач). - Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989.
S. V. Borshchevskiy
NATURE MANAGEMENT FROM THE POINT OF
VIEW OF TECHNICAL SYSTEM DEVELOPMENT
PRINCIPLES
We suggest the methods of nature management forecast construction, based on the objective
principles of technical (artificial) system development. These methods are suggested in their general form, nevertheless they already permit to determine challenging directions in some nature
management systems. This fact is illustrated with several examples.
Поступила в редколлегию 14 октября 2003 г.
Представлено членом редколлегии канд. техн. наук В.Б. Хазаном
35
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2003, Випуск 6
36