Противоречия при решении технических задач (стр. 3 )

·  предикат (от лат. praedicatum – в значении логического сказуемого) суждения (P) – это понятие о признаке предмета, рассматриваемого в суждении;

·  связка, характеризующая требование и выражаемая словами: «должно быть», «не должно быть», «должен иметь», « не должен иметь»;

·  нормативная система (NC), в которой дается некоторое обоснование требованию, предъявляемому к 1-й части суждения.

Предметное противоречие – это формулировка задачи, которая выражается двумя модальными нормативными суждениями, каждое из которых можно представить в виде следующей структуры.

<Субъект суждения (S)> должен иметь (нормативная модальность) <предикат (свойство, P)> для того, чтобы <нормативная система (NC) >.

Суждение 1 : S должен иметь P1 для того, чтобы NC1

Суждение 2 : S должен иметь P2 для того, чтобы NC2 [1]

Из требований одной нормативной системы следует, что субъект должен обладать свойством ''Р'', а из другой – свойством, которое несовместимо с ''Р'', обозначим его ''не-Р''.

Свойства ''Р'' и ''не-Р'' характеризуют субъект суждения на качественном уровне, например, скорость: большая и маленькая, материал: прочный и пластичный, электрический ток: постоянный и переменный и т. д.

В предметных противоречиях требования, которые предъявляются к субъекту, могут являться следствием различных целей, которые ставит перед собой инженер. Эти разные цели, описанные в нормативной части суждений, и приводят к необходимости реализации в техническом объекте несовместимых свойств: Р и не-Р.

Несовместимость нормативных суждений обнаруживается в формулировках различных задач.

Для операционного противоречия, приведенного в примере литья, предметное противоречие можно сформулировать в следующем виде.

ПП: Литейный уклон должен быть большим для удобства изготовления песчаной формы, и уклон должен быть маленьким, чтобы уменьшить затраты на обработку резанием литой заготовки.

Кроме того, предметные противоречия могут быть связаны с тем, что требуемое свойство не представляется возможным реализовать, так как этому мешает проявление объективных законов природы. Т. е. научное основание наблюдаемого явления (которое является нежелательным) не согласуется с требованиями, которые предъявляются к рассматриваемому объекту.

В качестве нормативных систем могут выступать либо различные цели, которые ставит перед собой инженер, либо научное обоснование явления, которое наблюдается в ТО, т. е. оно обусловлено проявлением объективных законов природы.

3.3.  Эвристическая ценность формулирования предметных противоречий

Несовместимость высказываний в предметном противоречии можно рассматривать в двух аспектах.

С одной стороны, как несовместимость свойств, предъявляемых к объекту. С другой стороны, как несовместимость нормативных систем.

Следовательно, разрешить ПП можно либо изменив нормативную систему, либо изменив свойства объекта.

Если рассматривать ПП как конфликт нормативных систем, то можно наметить три варианта дальнейших действий.

1. Признать одну из нормативных систем более сильной и поступиться другой. Тогда противоречия не будет. Однако это не значит, что оно было разрешено, проблема осталась. Отказаться от одной из нормативных систем, – это отказаться решать задачу!

2. Можно попытаться найти компромиссное решение, в котором требования, сформулированные в нормативных системах будут удовлетворены лишь частично.

К этому приему можно отнести решение задач оптимизации, в которых формулируется критерий и определяются оптимизируемые параметры. Критерий оптимизации отражает цели функционирования вышестоящей системы.

3. Изменить характер взаимодействия рассматриваемого ТО с надсистемой таким образом, чтобы отпала необходимость в одной из нормативных систем. Например, передать функцию, которая порождает противоречие, другому компоненту ТО или в надсистему.

Рассмотрим, как разрешать предметные противоречия изменением свойств объекта при сохранении нормативных систем. Если рассматривать ПП как конфликт свойств, то ресурсами для его разрешения могут быть законы логики.

Один и тот же субъект сужения не может одновременно иметь свойства Р и не-Р либо по логическому, либо по физическому основанию. Два нормативных суждения являются несовместимыми в силу действия закона тождества. Следовательно, эти два суждения можно сделать совместимыми, если в них будут разные субъекты (S1 и S2).

Если субъекты суждений будут разные, то суждения, участвующие в формулировке ПП, становятся несравнимыми. Следовательно, они перестают быть несовместимыми. Противоречия – нет.

Таким образом, можно предложить следующие приемы разрешения противоречий.

1. Разделение противоречащих свойств во времени.

Смысл этого приема заключается в том, что при функционировании объекта в одни промежутки времени проявляется одно свойство, например, (P), а в другие промежутки времени – другое противоположное свойство (не‑P).

Поскольку субъекты суждения разделены во времени, то в формулировке ФП они представляют собой разные понятия. Следовательно, высказывания, составляющие ФП, становятся несравнимыми и перестают быть противоречащими.

Практическая реализация этого приема весьма часто сводится к введению в систему вещества на определенное время. Это вещество должно обеспечить получение нужного свойства в заданный период времени, а когда оно выполнит свою функцию, оно должно пропасть. Вместе с ним исчезнет и то свойство, которое оно породило.

Естественно, возникает проблема как это организовать. Какими свойствами должно обладать это вещество? Какие поля можно ввести в систему (или найти в ТС или компонентах, с которыми взаимодействует рассматриваемый технический объект), чтобы это вещество проявило нужные свойства?

Для этого нужно посмотреть, какие другие свойства можно обнаружить в системе в эти моменты времени, и как их можно использовать.

Если пытаться ввести в систему вещество, то оно должно определенным образом взаимодействовать с веществами и полями, которые имеются в рассматриваемом техническом объекте. Значит, поиск решения заключается в том, что сначала формулируются свойства, которыми должно обладать это вещество, а потом, с учетом определенных ограничений, осуществляется поиск самого вещества.

Второй весьма часто применяемый способ разрешения предметных противоречий во времени основан на использовании приема динамизации технической системы. Действительно, если объект должен иметь различные свойства в разные моменты времени, а это легко просматривается из анализа нормативных систем, значит, он должен как-то изменяться и быть легко управляем.

Противоречие, описанное в примере со скоростным самолетом, разрешено введением элементов механизации крыла (закрылки, предкрылки). Во многих современных самолетах при посадке форма крыла меняется таким образом, что увеличивается и коэффициент подъемной силы, и площадь крыла.

Складывающиеся устройства: нож, зонтик, стул, убирающееся шасси самолета, телескопическая удочка, – все эти технические решения были разработаны потому, что нужно было разрешить ПП, – все эти объекты должны обладать разными свойствами в различные моменты времени.

Пример. Шариковая ручка должна оставлять след на бумаге, но не должна оставлять следы на одежде, – не пачкать карман. Противоречие разрешается во времени либо введением еще одного вещества (шариковая ручка с колпачком), либо за счет динамизации (убирающийся стержень).

2. Разделение противоречащих свойств в пространстве.

Практическая реализация этого приема заключается в том, чтобы разнести в пространстве противоречащие свойства, которыми должен обладать рассматриваемый объект.

Пример. Закалка стальной детали

Известно, что для того, чтобы стальная деталь обладала бы хорошей износостойкостью нужно, чтобы она имела высокую твердость. Это достигается применением термически упрочняемого материала и термической обработкой – закалкой. Но в таком состоянии материал, как правило, имеет низкую ударную вязкость, т. е., подвержен хрупкому разрушению при ударных нагрузках.

В хрупком материале возникшая трещина развивается практически мгновенно, а в вязком материале происходит медленное разрушение при значительной пластической деформации.

При ударных нагрузках вязкий материал деформируется, а хрупкий ломается. В работающей машине процесс развития пластической деформации может быть обнаружен по изменению характера ее работы. Поэтому высокая ударная вязкость материала конструкции является одним из способов обеспечения безопасности при эксплуатации техники.

В этой задаче предметное противоречие заключается в том, что: Материал стальной детали должен быть твердым (P1), для высокой износостойкости. И он должен быть пластичным (P2), чтобы не было внезапного хрупкого разрушения.

Свойства твердость и пластичность характеризуют различные качественные стороны материала, но они находятся в отношении противоположности. Для стальной детали они несовместимы. Т. е. требования, которые предъявляются к субъекту суждения, несовместимы по «физическому» основанию, противоречат объективным законам природы.

Из анализа нормативных систем видно, что твердость нужна для износостойкости, т. е., только в поверхностном слое.

Формулировка этого ПП, а точнее нормативные системы, сами «подсказывают», что его можно разрешить разделением этих свойств в пространстве – твердой деталь должна быть только в поверхностном слое.

Решение: материал детали не упрочняется термической обработкой (малое содержание углерода), а поверхностный слой цементируется (науглероживается) и производится термообработка – закалка.

Высказывания в ПП перестают быть противоречащими, так как теперь в них разные субъекты. Теперь уже одна часть рассматриваемого объекта обладает свойством (Р), а другая – противоположным свойством (не-Р).