© Сибиряков В.Г.

С помощью одного из инструментов Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) - Системного Оператора (Многоэкранной Схемы талантливого мышления) - проведен анализ аварий и катастроф на подводном флоте.

Показано, что Системный Оператор может эффективно использоваться при постановке и решении творческих задач, возникающих при разработке, эксплуатации и отказах сложных технических систем.

Приведенные примеры и задачи могут быть использованы в качестве иллюстраций в курсах лекций по ТРИЗ.

Для разработчиков ТРИЗ, преподавателей и слушателей курсов ТРИЗ.

*****************

Список использованных сокращений

АК - аварии и катастрофы
АПЛ - атомная подводная лодка
ВА - вепольный анализ
ВПР - вещественно-полевые ресурсы
НС - надсистема
ПЛ - подводная лодка
ПС - подсистема
СА - системный анализ
СО - системный оператор
ТС - техническая система
ЦП - центральный пост

SUBSUNK!
Submarine has sunk - подводная лодка затонула - сигнал бедствия на подводном флоте.

ВВЕДЕНИЕ

В освоении курса ТРИЗ большое значение имеет понимание системности техники, формирование системного мышления, мировоззрения, миропонима- ния. Нечеткий ввод в тризовский системный анализ его поверхностное, неглубокое освоение порождает массу трудностей и вопросов у слушателей курсов ТРИЗ. Без уверенного владения понятиями системного анализа зат- руднено овладение решательными механизмами ТРИЗ (ВА, Стандарты, АРИЗ), с трудом принимаются "человеческие" направления развития ТРИЗ (ЖСТЛ, Кол- лективы, Наука, Педагогика и т.д.) Особенно важно показать силу систем- ного анализа детям, школьникам.

При выборе объекта исследования принимались во внимание психологи- ческие факторы: лучше запоминаются, особенно в молодом возрасте, факты и обстоятельства, связанные с авариями и катастрофами.

Во-первых, в книгах по ТРИЗ большое внимание уделяется синтезу новых ТС, объединению подсистем, получению сверхсуммарного эффекта. Это - традиционный путь исследования системности техники. Но есть и другой Путь - анализ потери системных свойств функционирующими ТС, т.е анализ отказов, аварий и катастроф. Этот второй путь диалектически дополняет пер- вый.

Во-вторых, работа полностью вписывается в систему ТРИЗ по критерию достойной цели. В "Фонде достойных целей" первым пунктом идет: "Обес- печение сохранности человека", подпункт 1.1.: "Защита от катастроф". За период с 1900 по 1988 г. во флотах капиталистических государств (кроме России) в результате аварий затонуло более 200 подводных лодок, на них погибло более 4600 человек...

В-третьих, после случившихся в последнее время аварий и катастроф (Чернобыль, Уфа, Армения, "Нахимов", "Комсомолец", "Курск") участившихся в последнее время аварий на ж/д и авиатранспорте и т.д.) для нас стала очевидной необходимость тщательной ТРИЗовской проработки их причин и обстоятельств. Для получения инструментальных результатов необходимо создать информационный фонд. Небольшой вклад в эту "копилку" - еще одна цель данной работы.

В-четвертых, есть все основания утверждать, что первопричиной по- давляющего большинства аварий ТС является чья-то ошибка и лишь в ред- чайших случаях они происходят в силу непреодолимых обстоятельств. До- пустил ошибку проектировщик или конструктор - и на подводной лодке взрываются "высокоэффективные", но недостаточно продуманные и отрабо- танные двигатели. Ошибся расчетчик - разрушается трубопровод. Допустил брак рабочий верфи, служба контроля не заметила его ошибки - в самый неподходящий момент откажет жизненно важная система. Ошибся командир или вахтенный офицер - лодка всплывает под форштевнем надводного ко- рабля. В истории подводного плавания известны аварии и даже катастро- фы, причинами которых были не просто ошибки, а ошибки вопиющие, грани- чащие с преступной небрежностью. Предотвратить саму возможность появ- ления таких ошибок при развитии техники - наша задача.

В-пятых: объективный анализ аварий и катастроф может послужить ос- новой для выработки "защитных механизмов" от них при проектировании. Немаловажно, что анализ вещественно-полевых ресурсов в аварийных ситу- ациях может подсказать неочевидные пути к созданию эффективных средств спасения людей

И последнее: в работе сделана попытка сформулировать некоторые за- дачи. Они либо не решены совсем (и из-за этого гибнут люди), либо ре- шены плохо ( и из-за этого тоже гибнут люди). С точки зрения конструк- торов подводных лодок, средства спасения - это обуза, доставляющая массу дополнительных хлопот и неприятностей, что-то побочное, мешающее основной работе. А для подводников?

В работе использованы материалы Г.С.Альтшуллера, Б.Л.Злотина, И.Л.Викентьева. Автор благодарен своим коллегам по ТРИЗ за критическое обсуждение работы и ценные замечания.

1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ АВАРИЙ И КАТАСТРОФ

Все, что нас окружает, кроме Природы, было когда-то кем-то изобретено. ТРИЗ принципиально исследует только развивающиеся системы, в нем аккумулирован только УСПЕШНЫЙ опыт сотен тысяч изобретателей. Однако участившиеся в последнее время аварии и катастрофы на земле и под землей, в воздухе, на воде и под водой служат нам (человечеству) грозным предупреждением.

Что-то здесь неладно…

Как разобраться - что именно неладно? Возможно ли это вообще? И, если возможно, то как это сделать?

Мы думаем очень по-разному, когда видим одну и ту же задачу. Исани Петрица еще во II веке заметил: "Каждый познающий действует сообразно своей сущности". Допустим, мы хотим построить новую подводную лодку (ПЛ). Правительство страны будет размещать заказы на разных предприятиях, конструкторы будут искать решения многочисленных технических проблем, технологи будут ломать голову над тем, как бы всё сделать побыстрее, военные захотят получше вооружить лодку, защитить ее от действий противника. Психологи задумаются о составе будущего экипажа…

То есть каждый из участников создания новой ПЛ увидит свой узенький кусочек общей задачи. Состыковать всё вместе будет непросто. А любая нестыковка при создании сложной ТС - потенциальная причина будущих аварий и катастроф. Мудрый Бернард Шоу говорил: "Узкая специализация в широком смысле слова ведет к широкой идиотизации в узком смысле слова". Как же избежать этой идиотизации?

Для того чтобы развивать системы (технические, социальные, экономические и т.д.), нам необходимо знать - что такое "Система"? Для начала вспомним классическое определение "Системы" Александра Богданова: Системой называется совокупность элементов и связей между ними, обладающая свойством, не сводящимся к сумме свойств элементов.

Другими словами, целое больше, чем простая сумма частей. Элементы - это "кирпичи" из которых строится "Система", связи между ними - тот "строительный раствор", который их соединяет. Как видим, по определению, "Система" должна состоять, как минимум, из двух связанных, взаимодействующих друг с другом элементов (подсистем), создающих новое "системное свойство". На рис. 1а оно показано, как "SYS 1". Это новое "системное свойство" часто называют синергизмом или эмерджентностью. Если мы добавим к существующей системе третий элемент Э3 и организуем новое взаимодействие, то получим новую, более сложную систему "SYS 2", надсистему для SYS 1 и Э3 (рис. 1б).


Подчеркнем, что системное свойство - это новое качество изначально независимых элементов, объединенных своими новыми связями в новую "Систему". Элементы могут быть материальными, и тогда мы создаем конструкции, механизмы, машины, устройства. Элементы могут быть нематериальными (понятия, идеи и т.д.) и тогда мы строим мысленные модели, создаем научные теории, системы знаний.

Если элементами системы являются ещё и люди, то мы создаем коллективы, фирмы, организации, политические партии и общественные движения… Любую ТС мы создаем для достижения вполне определенных целей, для выполнения каких-то конкретных функций. В случае ПЛ - это скрытая под водой доставка людей и грузов, чаще всего - военных, из одной точки Мирового океана в другую.

Авария - avaria (итал.) - повреждение, ущерб, неожиданный выход системы из строя. В наших терминах авария - невозможность для системы выполнять её главную функци.

Катастрофа - katastrophe (греч.) - переворот, уничтожение, гибель, внезапное бедствие, влекущее за собой трагические последствия. В наших терминах - полное разрушение, гибель системы и/или людей.

Из рис.1а видны три возможные причины потери системой её системного свойства:

1. Поломка, разрушение (даже частичное) Элемента 1;
2. Поломка, разрушение (даже частичное) Элемента 2;
3. Разрушение связей между элементами Э1 и Э2.

При увеличении количества элементов в системе до трёх к этому списку добавятся следующие причины:

4. Поломка, разрушение (даже частичное) Элемента 3;
5. Разрушение связей между элементами Э1 и Э3.
6. Разрушение связей между элементами Э2 и Э3.

Но и это ещё не всё! При усложнении системы могут возникнуть (и почти всегда возникают!) побочные, нежелательные, вредные системные свойства (SYS' на рис.2), которые создатели системы "не просчитывают" при создании новой системы. Кто задумывался о загрязнении атмосферы выхлопными газами при создании автомобиля? Кто "просчитал" появление разрушительного флаттера при создании сверхзвукового самолета?


И это еще не всё! Мало того, что при увеличении числа элементов резко не линейно растет число связей между ними, а, следовательно, и вероятность их отказа. Проявляется ещё один, скрытый до поры до времени, то есть до аварийной ситуации, эффект. Чем сложнее система, чем больше в ней элементов, тем больше ее зависимость от надсистем. Простейшей ТС "молоток" не страшны никакие землетрясения. Сложная система "город" зависит от использования надсистемных ресурсов: снабжения водой, теплом, электроэнергией. Нехватка или отсутствие любого из этих ресурсов приводит к нарушению нормального функционирования, то есть к авариям и катастрофам. Кроме того, строители города должны учитывать вероятность землетрясений и принимать соответствующие меры при строительстве.

Более того: деятельность человека иногда непредсказуемо влияет на состояние НС. Известен случай, когда создание огромного водохранилища в США привело к осадке его дна. Произошло настоящее землетрясение! Была разрушена плотина, поток воды смыл несколько поселков, погибли люди…

Из проведенного выше анализа следует, что вероятность отказов в системе резко увеличивается при её усложнении. Получается так, что все возможные причины даже невозможно перечислить!

Для снижения вероятности аварий, для снижения уровня "идиотизации" необходимо тщательно анализировать элементы систем и связи между ними. Как же анализировать системы? Как проявлять и правильно использовать системные свойства? Как избежать аварий и катастроф?

Для анализа ТС в ТРИЗ разработан мощный инструмент - Системный оператор (СО).

2. СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР КАК ИНСТРУМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ АВАРИЙ И КАТАСТРОФ

Поместим рассматриваемую "Систему" в центр "мысленного экрана". Мы знаем, что ТС живут не сами по себе. Каждая из них входит в надсистему (НС) - технику. Являясь при этом одной из ее частей и взаимодействуя с другими частями. Но и сами ТС тоже состоят из нескольких (иногда- очень многих!) взаимодействующих элементов (подсистем). Для системного видения, когда речь идет о дереве (системе), надо видеть лес (надсистему) и отдельные части дерева (корни, ствол, ветки, листья - подсистемы"). В качестве "подсистем" надо, в первую очередь, рассматривать необходимые для нормального функционирования "системы" элементы (узлы, блоки, подразделения и т.д.), без которых система - уже не система, без которых теряется системное свойство (качество)". Особенностью ТС, отличием их от природных, является целенаправленность: любая ТС создается человеком для выполнения какого-либо конкретного действия.

В случае ПЛ этим главным действием является скрытная (подводная) доставка людей и грузов в любую точку Мирового океана. Для достижения этой цели система ПЛ должна содержать следующие ПС: корпус переменной плавучести, силовую установку с запасом топлива, систему жизнеобеспе- чения экипажа, систему управления. Отсутствие в системе хотя бы одной из перечисленных ПС или ее отказ приводят к потере системного свойства ПЛ. Почему же при системном анализе так часто происходит смешивание системных уровней? Потому, что каждая из перечисленных ПС, в свою очередь, может быть достаточно сложной системой. Например, силовая установка ПЛ содержит десятки своих подсистем, только более низкого уровня. Они могут состоять из тысяч элементов.

Чтобы не ошибиться, надо в центр нашего рассмотрения (в центральный "мысленный экран" поставить исследуемую подсистему. Её элементы станут подподсистемами основной системы. При необходимости этот процесс проводят несколько раз, всё глубже проникая в систему и ее составные части.

Слава богу, путь вглубь "Системы" всегда конечен! Подсистем в "Системе" может быть очень много, но их всегда можно сосчитать (исходя из определения "Системы"). Иначе обстоит дело с определением "надсистемы" для рассматриваемой "Системы". Трудность обычно заключается в том, что любая "система" сама может быть элементом многих более сложных "Систем". Поэтому системный анализ и его результаты сильно зависят от "пространства", в котором рассматривается система (иначе - контекст рассмотрения).

Выход в надсистему почти всегда привязывает тризовский системный анализ к тому реальному трехмерному пространству, в котором "Система" живет, к её "ареалу обитания", к её географии распространения. А, значит, локализует, позиционирует "Систему" в пространстве.

Иначе обстоит дело с определением "надсистемы" для рассматриваемой "Системы". Трудность обычно заключается в том, что любая "система" сама может быть элементом многих более сложных "Систем". Поэтому системный анализ и его результаты сильно зависят от "пространства", в котором рассматривается система (иначе - контекст рассмотрения).

Анализируя, мы фактически занимаемся моделированием систем. И, если мы анализируем уже имеющуюся "Систему", то её элементы (подсистемы) изначально чётко заданы. Надо лишь правильно определить их системный уровень. Выбор надсистемы же не всегда очевиден - какую выбрать?.



Отсюда следует интересный вывод: в зависимости от рассматриваемого "пространства" мы сами выделяем "Систему" и включаем её в ближайшую надсистему окружающего мира!

Мы - моделируем ситуацию в зависимости от наших целей и задач, в зависимости от рассматриваемого контекста. Выбор правильного, соответствующего поставленной задаче контекста рассмотрения - сама по себе важная задача, во многом определяющая результаты анализа.

Итак, подсистем, по определению, конечное число. А вот надсистем столько, сколько моделей мы построим! Поскольку любую рассматриваемую "Систему" можно объединить с любой другой и рассмотреть общую для них "надсистему" (см. рис.2). Кроме того, на своем жизненном пути "Системы" перемещаются в разные надсистемы. Система "автомобиль" со сборочного конвейера перемещается в магазин, склад, гараж и на дорогу.

Особенностью искусственных систем - технических или социальных, является их целенаправленность, функциональность: любая "Система" создается человеком для выполнения какого-либо конкретного действия. В функционировании "Системы" всегда можно выделить главный производственный процесс, главную производственную функцию (ГПФ). Кроме ГПФ существуют дополнительные функции - микроскопом можно и гвозди забивать при необходимости. Есть и вредные функции - автомобили, например, загрязняют атмосферу.

Но вернемся к нашим мысленным экранам. С помощью трех основных "экранов" мы описали "Систему" сейчас, во время рассмотрения Т(0). Достаточно ли этого для того, чтобы иметь полное представление о ней? Можем мы теперь выбрать правильный, наиболее эффективный путь её развития? Нет, пока не можем. Ведь в нашем распоряжении пока только "метод проб и ошибок"…

Чтобы понять, почему "Система" именно такова, какова она есть, почему у неё именно такие подсистемы, нам необходимо проследить линию развития "Системы", её "линию жизни" во времени - из прошлого в настоящее. Как это сделать? Надо найти ответ на вопрос: "Какой была данная "Система" вчера?" Необходимо сделать шаг (или несколько шагов) назад во времени. При этом масштабом шагов в прошлое должны служить качественные изменения в "Системе", изменения её системного свойства по мере развития. Какой была система "дерево" вчера? Маленький беззащитный росток. Ни коры, ни ветвей... Какой была система "автомобиль"? Неуклюжая телега с двигателем... Так появляется левый столбец, три экрана - система, подсистемы, надсистемы - в "прошлом", "до сегодняшнего дня", во время Т(-) (рис.3).



Делая шаги назад, отслеживая качественные изменения на "линии жизни Системы", мы получаем достоверную, совершенно объективную, не зависящую от нас информацию. Анализ этой информации дает ответы на вопросы, помогает выявить причины и следствия, увидеть качественные переходы в развитии рассматриваемой "Системы". Конечно, можно сделать несколько "шагов назад": какой была система "дерево" до ростка? И мы обнаруживаем ещё один качественный переход: семя - росток. Тщательно прослеживая линию жизни "Системы" мы обнаружим, какие противоречия заставляли нашу "Систему" развиваться именно по данному пути? Что мешало её развитию? Какие были ограничения? Как их преодолела "Система"? Что её развивало? Как? Какие ресурсы использовались для её развития? И так далее…

В целом для искусственных "Систем" можно выявить, что было сделано неправильно с современной точки зрения? Какой тупик остановил рост параметров? Какие неожиданные, не предсказанные системные свойства появились при развитии "Системы"? Почему подсистемы развивались неравномерно, несогласованно? Почему одни подсистемы развиваются и сейчас, а другие давно остановились в своем развитии?

Такой подход помогает увидеть, как формировались противоречия, как эти противоречия разрешались. Таким образом, мы выявляем объективные закономерности развития "Систем".

Таким образом, с помощью трех "экранов" мы описали ТС в пространстве. Достаточно ли этого для того, чтобы иметь полное представление о ней, чтобы суметь прогнозировать ее развитие? Нет, конечно. Нам необходимо проследить "линию развития" системы во времени. Как это сделать?

Надо найти ответ на вопрос: "Какой была данная ТС вчера?" Какие противоречия заставляли ее развиваться именно по данному пути? Как правило, это противоречия между подсистемами ТС или противоречия между ТС и надсистемой. Борьба между противоречивыми тенденциями и определя- ет линию развития ТС.

Зная объективные законы развития ТС можно спрогнозировать качест- венные изменения при развитии техники. Таким образом, наша исходная схема дополняется тремя экранами "до" сегодняшнего дня и тремя экрана- ми "после" (рис.4.)



Конечно, это минимальная схема: три этажа, 9 экранов. На самом деле все обстоит сложнее. Каждая ПС современной ТС- это, как правило, в свою очередь - многоуровневая система, состоящая из множества элементов. Например, силовая установка ПЛ содержит десятки ПС, которые, в свою очередь, состоят из тысяч деталей. Таким образом, наша схема "пускает корни" вниз, их много и они взаимосвязаны. В конечном счете и от них зависит жизнедеятельность ТС.

А что с НС? Ведь на самом деле их тоже много: подводный флот - над- водный флот- флот (вообще)- судостроение- техника. С другой стороны ПЛ "обитает" в своей НС - в толще Мирового океана и, реже,- на его поверх- ности. Значит, и море - НС для ПЛ. А выше? Да, и Мировой океан, и берега его, и дно, и планета Земля, и Космос... Это - крона "дерева".

Мир, в котором мы живем устроен сложно. Этому сложному, динамично- му, диалектически развивающемуся миру должна соответствовать в нашем сознании его полная модель - сложная, динамичная, диалектически разви- вающаяся (Рис.5).

Анализ эволюции технических систем показал, что диалектика прояв- ляется не только в появлении и разрешении противоречий между ПС, но и в наличии конкурирующих или прямо противоборствующих данной системе других, альтернативных систем. Самолет - зенитка. Авиатранспорт - ж/д транспорт. Броня - снаряд. Подводная лодка -противолодочные системы...