Лекция 3. Аналогии и прототипы. Система и системный анализ. Сведения о формах мышления и законах логики

Цель лекции: Дать полное определение аналогии, прототипам, системы, системного анализа, сведения о формах мышления и законах логики.

Ключевые слова: аналоги, прототипы, система, системный анализ, логика, понятие, суждение.

Аналоги и прототипы. В практике творческой деятельности сравнение новых разработок (технических устройств, способов реализации новых технологий, новых применений известных устройств) производится с известными в мировой практике аналогами и прототипами. Слова «аналог» и «аналогичный» заимствованы из греческого языка и означают: сходный, соответствующий, соразмерный. Слово «прототип» - означает прообраз. Под прототипом понимается один из известного множества аналогов, который наиболее близок по своей сути и свойствам рассматриваемому объекту. Под аналогией понимают сходство предметов, процессов, явлений в каких-то свойствах или в каких-то других отношениях. Например, крылья самолета (один из его конструктивных элементов), крылья птиц и летучих мышей (видоизмененные передние конечности), а также крылья насекомых (складки хитинового покрова) совершенно различны по своему строению и происхождению, но аналогичны по своему функциональному предназначению - с их помощью создается подъемная сила и осуществляется управление полетом.

Не составит труда назвать ряд технических устройств, различных по своему функциональному назначению, но аналогичных по принципу действия - традиционный ртутный термометр (пустотелая стеклянная трубочка, наполненная жидкой ртутью) - для измерения температуры человеческого тела; дилатометр (конструктивная комбинация двух стержней из различных металлов) - для отключения или включения мотора в домашнем холодильнике при заданных температурах в его холодильной камере; тепловой движитель (конструктивное сочетание металлического стержня с нагревательным электрическим элементом) - для осуществления малых поступательных перемещений рабочих органов некоторых машин. Столь разные по своему применению и конструктивному оформлению, они аналогичны по физической природе своих первичных преобразователей: столб ртути, биметаллическая трубка, металлический стержень изменяют свою длину пропорционально температуре окружающей их среды.

Аналогии не являются истинными, поэтому они могут подвести исследователя при попытке применить их к новым условиям. Будучи полезными для одного человека, они могут служить помехой для другого. Но, несмотря на это, творческий человек - профессиональный предприниматель, инженер-конструктор или любитель-изобретатель должен постоянно упражняться в аналогиях. Аналогия - важнейшее средство познания через комбинирование, соотнесение имеющихся ранее знаний с объяснением вновь открываемых явлений, свойств, признаков и их количественных соотношений.

Используя совершенно разные аналогии, можно получать различающиеся результаты, каждый из которых представляет собой определенный вклад в соответствующие области науки, в создание новых технических устройств, технологий, организационно-экономических структур.

В технической литературе, в средствах массовой информации (особенно в рекламе) иногда используется выражение «не имеет аналогов в мировой практике». Хотя такие утверждения следует подвергать сомнениям, тем не менее, в конструкторской и изобретательской деятельности встречаются пионерские изобретения, открытия и разработки, которые не имеют аналогов в мире. Это технические объекты и технологии нового происхождения, позволяющие удовлетворять такие потребности или качество потребностей человека, которые ранее не удовлетворялись.

Система и системный анализ. Слово «система» происходит от греческого systema - целое, составленное из частей, соединение. Система - это целостный комплекс взаимосвязанных элементов, имеющий определенную структуру и взаимодействующий с некоторой средой для реализации своего предназначения (выполнения какой-либо цели). Системы бывают абстрактные и материальные. Абстрактные системы - это понятия, гипотезы, теории, о которых уже шла речь в предыдущих разделах.

Не менее богат и безграничен класс материальных систем, к которому относятся системы неорганической природы (физические, химические, технические, геологические и другие), живой природы (начиная с простейших биологических систем, организмов и кончая биологическими популяциями), экосистемы, глобальные социальные системы.

Важнейшими характеристиками любой системы являются ее функции, цели и структура. Под функцией системы подразумевают действия системы, которые проявляются в изменении ее возможных состояний при выполнении поставленной цели. Процесс выполнения системой своих функций принято называть функционированием системы. Во время функционирования системы совершается ее переход из одного состояния в другие возможные состояния. Многообразие всех возможных состояний системы определяется числом ее элементов, их свойствами и разнообразием связей между ними. Поэтому функция системы характеризует ее как единое целое, как результат взаимодействия ее элементов между собой и с внешней средой.

Целью системы называется заданное извне или устанавливаемое самой системой состояние ее выходных переменных, то есть, некоторое подмножество значений функции системы.

Структура системы определяется составом входящих в нее элементов, их расположением и взаимными связями.

Большим и сложным системам присущи свойства целостности и эмерджентности (возникновения, появления нового). Целостность означает, что все элементы системы служат общей цели и способствуют достижению лучших (оптимальных) результатов в соответствии с принятым критерием эффективности. Эмерджентность же означает, что большая и сложная система может обладать свойствами, которые не присущи ни одному из ее элементов.

В практике творческой, предпринимательской и изобретательской деятельности, при изучении и исследовании различных объектов, процессов и явлений, очень часто и эффективно используются принципы системного подхода и системного анализа.

Принцип системного подхода - комплексное и всестороннее исследование больших и сложных объектов, их изучение как единого целого при непрерывном согласовании функционирования всех его подсистем и элементов. Исходя из этого принципа, нужно изучать каждый элемент системы в его связи и взаимодействии с другими элементами, выявлять влияние свойств его отдельных частей на поведение объекта в целом, устанавливать оптимальный режим его функционирования.

Системный анализ - это совокупность методов, позволяющих реализовать системный подход при изучении и исследовании любых, в том числе технических объектов. К таким методам, прежде всего, относятся рассмотренные выше методы сравнения и измерения, индукции и дедукции, анализа и синтеза, моделирования. Их использование позволяет максимально учесть взаимосвязи всех элементов системы. С усложнением задач и объектов исследования возникает необходимость деления (декомпозиции) системы на подсистемы более низкого уровня, которые могут исследоваться автономно, но с последующим согласованием целей каждой из подсистем с общей целью системы. По существу, декомпозиция - это операция анализа системы. Использование приема декомпозиции обусловлено не только невозможностью объять необъятное, но и разнородностью элементов сложной системы и, следовательно, необходимостью привлечения для решения задачи знаний из разных научных областей, а иногда и специалистов различного профиля. Естественно, что исследование менее сложных подсистем низшего уровня намного упрощает и облегчает работу исследователя. Однако следует иметь в виду, что последующее согласование функционирования подсистем (а это, по сути дела, будут уже операции синтеза) представляет собой более трудоемкую задачу, нежели исследование отдельных подсистем, выделенных в процессе декомпозиции сложной системы.

Формы мышления и законы логики. Логика - это не просто древнейшая и самостоятельная наука, а совокупность целого ряда наук (математическая логика, комбинаторная логика, диалектическая логика и др.) о законах и формах мышления. Все составляющие ее науки исследуют человеческое мышление, имеющее своей целью истинное отображение объективной действительности, и различаются лишь тем, какие именно законы мышления составляют их предмет. Так, например, математическая (формальная) логика использует математические методы для изучения мышления. Правильное применение законов математической логики является необходимым, но не всегда достаточным условием достижения истины. Диалектическая логика содержит в себе всеобщие методы движения мышления к новым результатам, логические принципы перехода от известных знаний к новым знания.

Ограничимся некоторым минимальным набором сведений о формах мышления и законах логики, которые необходимы предпринимателям и изобретателям, рассматривая такие первоначальные категории, как понятие, суждение, умозаключение и рассуждение.

Понятие - это результат отражения в сознании человека общих свойств (или признаков) какой-то группы предметов или явлений, существенных и необходимых для выделения этой группы. Так, например, понятие «электродвигатель» получено путем обобщения в единую группу великого множества машин, аппаратов и технических устройств, различающихся по своему функциональному назначению, принципам действия, виду электрического тока источника энергии, конструктивным исполнением, но имеющих общий существенный признак - способность преобразования электромагнитной энергии в механическое движение. Каждое понятие обладает содержанием и объемом. Множество признаков, отличающих одно понятие от других, - это содержание понятия, а совокупность отраженных в нем явлений или предметов составляет объем понятия.

Для их определения применяют соответствующие научные термины, словосочетания, которые строго фиксируют в общегосударственных стандартах и в нормативных документах данное научное понятие. Например, широко распространенный термин «автомат» отражает научное понятие группы самостоятельно действующих технических устройств, выполняющих по заданной программе (без непосредственного участия человека) процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материала и информации.

Суждение - это имеющее смысл языковое выражение или форма мысли, в которой посредством связи понятий что-либо утверждается об определенном объекте. Суждение может быть либо истинным, либо ложным. Примером истинного суждения является утверждение: «рели по металлическому проводнику протекает электрический ток, то он нагревается». Некорректно высказанное суждение может оказаться ложным. Например, кто-то говорит: «Металлический стержень, внесенный в магнитное поле, удлиняется». Да, существует эффект магнитострикции - изменения габаритов металлических предметов под воздействием магнитного поля. Да, большинство металлов (алферовые и пермалловые сплавы) обладают положительной линейной магнитострикцией, т.е. при увеличении напряженности магнитного поля, в котором находится металлический стержень, увеличивают свои габариты. И в этих случаях высказанное выше утверждение будет истинным. Но существуют металлы, которые обладают отрицательной магнитострикцией, т.е. с увеличением напряженности магнитного поля они сжимаются. В таком случае данное суждение окажется ложным. Если бы нам сказали, что «алферовый стержень, внесенный в магнитное поле, удлиняется», а «никелевый стержень, помещенный в магнитное поле, укорачивается», то оба суждения были бы истинными. При оценке суждений обычно отвлекаются от их внутреннего содержания и оперируют такими формальными понятиями, как истинное или ложное значение.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение аналогии.

2. Дать определение прототипу.

3. Дать определение системе и системному анализу.

4. Дать определение логики, понятия и суждения.