О работе любой технической системы судят по тому, насколько хорошо она выполняет свои основные функции – те, ради которых техническая система создана. Например, если мы говорим о самолёте, то это скорость, высота подъема, грузоподъёмность. Если мы измеряем эти функции в цифрах, то получаем параметры технической системы.

Техническая система развивается во времени, и её параметры меняются. Параметры современных самолётов существенно отличаются от параметров самолётов 30-х годов прошлого века.

Если построить график зависимости любого главного параметра развивающейся технической системы от времени, то он будет напоминать S-образную кривую.

Илл.1. S-образная кривая

Например, одним из главных параметров самолета является скорость, которую он может развивать. Скорость первых самолётов была невелика: 50-60 км/час. К началу Первой Мировой войны она достигла 114 км/час. Ситуация радикально изменилась с началом войны, когда самолеты стали обеспечивать военное преимущество в боевых действиях. В авиастроение начали вкладывать значительные средства, и началось быстрое развитие авиации. Конкуренция заставила быстро совершенствовать самолеты и наращивать скорость самолетов. Особенно важна скорость была в истребительной авиации, поскольку она позволяла навязывать противнику тактику боя – атаковать, когда у атакующих было преимущество и уходить от боя, если у противника было численное преимущество. К концу 1930-х годов скорость уже достигала 570-590 км/час. Еще быстрее скорость росла в течение Второй Мировой войны, когда господство в воздухе стало решающим фактором на фронтах. К 1945-1948 годам скорость самолетов достигла 750 км/час…. и практически прекратила нарастать. Работа винтов не позволила наращивать скорость, несмотря на рост мощности моторов. К счастью, в это время появилось новые концепции конструкции двигателей и самолетов в авиации – реактивные и турбореактивные двигатели.

Изменилась концепция движителя – фактически изменилась и конструкция самолёта. Для параметров этой конструкции характерна уже другая S-кривая…

Рис. 1. Реальная S-кривая зависимости скорости поршневых самолетов от времени (см. примечания)

В ТРИЗ традиционно выделяют три основных этапа развития системы и два вспомогательных - 0-й и 4-ый.

0-й этап – появление идей и неполных систем,
1-й этап – зарождение системы, период до получения минимальной работоспособности и потребительской ценности.
2-й этап – быстрый рост и развитие системы.
3-й этап – замедление и полное прекращение роста системы по главному параметру.
4-й этап – угасание системы.

0-й этап
Нулевой этап – время до создания первого работоспособного образца новой технической системы. Это эскизы, чертежи, макеты новой технической системы. Они еще не работают, но уже дают пищу для фантазий и размышлений.

Например, к нулевому этапу развития самолетов можно отнести планер Феликса дю Тампль. В 1874 г. во Франции (г. Брест) он построил большой планер из алюминия. Размах его крыла был 13 метров и планер весил около 80 кг (без учета веса пилота). Полёт начался с трамплина, продолжался несколько минут и благополучно завершился. Но планер не имел двигателя, то есть в полной мере не мог считаться полной технической системой.

Илл. 2. Моноплан Феликса дю Тампль, 1874.

Самолет Можайского имел все элементы, относящиеся к функциональному центру системы, но Можайский использовал в самолете паровой двигатель. Его самолет принципиально не мог подняться в воздух, то есть выполнять главную функцию самолета «летать».

Илл. 3. Самолет Можайского

В ракетной технике, нулевой этап – это работающие по принципу реактивного движения китайские фейерверки, которые были созданы еще при династии Хань, то есть более 2000 лет назад. Но вряд ли их можно назвать ракетами в современном смысле слова.

Илл. 4. Китайские фейерверки

Основным признаком завершения нулевого этапа является создание системы с полным функциональным центром, то есть минимально работоспособной системы.

Для авиации такой системой стал самолет братьев Райт в 1904 году.

Илл. 5. Самолет братьев Райт 1904 г.

Теоретические основы ракетной техники были разработаны в конце 19-го века, а с начала 20-го века в России (группой Фридриха Цандера), США (группой Роберта Годдарда) и Германии (группой Германа Оберта) начинает создаваться новая система, которую можно называть ракетой на жидком топливе. Но это произошло только в 1920-е годы. Именно это время и можно обозначить, как завершение нулевого этапа в ракетной технике, и начало 1–го этапа.

Илл. 6. Роберт Годдард и его ракета

1-й этап
Разработку первоэтапной системы осуществляют энтузиасты. И мало кто может представить, как её использовать. Общественная потребность не сформирована. Финансирование крайне ограничено, поэтому развитие идет медленно.

Примерами может служить развитие авиации в 1904-1912 гг., когда разработкой и совершенствованием самолетов занимались только энтузиасты, а первыми летчиками были циркачи и военные.

Илл. 7. Самолет Я. М. Гаккеля, 1908 г.

Илл. 8. Первый самолет И. Сикорского, 1910 г.

Аналогично можно рассматривать ракеты первого этапа. Эти разработки в 1920-1930 годы выполняли группы С.В. Королева в СССР и Вернера фон Брауна в Германии.
Не зря Сергей Королёв шуточно называл первую «Группу изучения реактивного движения» (ГИРД) «Группой инженеров работающих даром».

Илл. 9. Московская Группа изучения ракетного движения.
В первом ряду в центре С. П. Королёв, крайний справа Ф. А. Цандер.

Илл. 10. Вернер фон Браун со своими ракетами.

Развитие системы и рост ее основных характеристик приводит к тому, что она становится экономически оправданной и востребованной обществом. То есть общество начинает финансировать разработку и изготовление новой системы.

Переход к коммерческому использованию системы является основным признаком перехода на второй этап.

В авиации переходом ко второму этапу можно считать создание самолетов-разведчиков и боевых самолетов в начале Первой Мировой войны.

В ракетной технике развитие систем первого этапа – это разработки Вернера фон Брауна – конструкции ракет, которые стали базой для создания самолетов-снарядов ФАУ-1 и баллистических ракет ФАУ-2. Запуск в серийное производство этих ракет в 1943-1944 году можно считать переходом на второй этап технической системы под названием «ракета».

Илл. 11. ФАУ-1 и ФАУ-2

2-й этап
С началом коммерческого использования начинается значительное финансирование новой технической системы. В результате начинается быстрый рост основных характеристик системы, и её распространение на рынке.

Для винтовой авиации этот этап продолжался с начала Первой Мировой войны до конца 1940-х годов, когда поршневая авиация достигла своего предела. Величина главного параметра системы (скорости) достигла 750 километров в час и далее увеличиваться не могла. Дальнейшее развитие системы приостановилось.

Илл. 12. Як-9

Прекращение интенсивного развития основной характеристики системы, несмотря на вложения – признак окончания второго этапа.

Для ракет второй этап начался с 1943 года и активно продолжается до настоящего времени.

Илл. 13. Ракета-носитель «Спутник» на базе ракеты Р-7 (1957 г)

Илл. 14. Ракета-носитель «Протон» (1961-1966 гг.)

Илл. 15. Семейство ракетоносителей «Титан» (США) 1970-е годы.

Илл.16. Космические ракетоносители многоразовых кораблей программы "Спейс Шаттл" (1980-2010 гг.)

Илл. 17. Ракетоноситель многоразового использования компания SpaceX (2016 год)

3-й этап
Завершение быстрого развития характеристик технической системы не означает, что система прекращает развитие. Её развитие и даже расширение рынков продолжается. Система совершенствуется, становится более экономичной, удобной, эстетичной. Появляется множество новых применений. Но по основным параметрам развитие системы прекращается, а иногда даже её основные параметры ухудшаются, за счет удешевления и/или улучшения второстепенных характеристик.

Примером может служить самолет ИЛ-14, который выпускался с 1952 по 1958 год, когда ему на смену пришли турбовинтовые и реактивные самолеты. Однако эксплуатировался он до 1995 года, во множестве модификаций.

Илл. 18. ИЛ-14

На третьем этапа система может существовать достаточно долго, принося прибыль производителям, но с точки зрения развития она интереса уже не представляет. И рано или поздно появляется новая техническая система с той же функцией, но более эффективная. Постепенно новая система начинает выигрывать конкуренцию у старой системы и занимать ее место на рынке. Рынки старой системы начинают сокращаться.

Заметное сокращение рынков технической системы говорит о ее переходе на 4-й этап.

Использование турбореактивных и реактивных двигателей привело к сокращению винтовых самолетов и их замене на более современные турбореактивные и реактивные самолеты.

Илл. 19 и 20. Турбореактивный самолет АН-12 и реактивный самолет ЯК-40

4-й этап (загиб)
После появления новой технической системы, старая система постепенно выходит с рынка. Но часто бывает, что она уходит не полностью, а остается в небольшом сегменте, где она более эффективна, чем новая система, или становится спортивным предметом. При этом частично могут снижаться ее главные характеристики, которые для данного вида применений перестают быть основными.

Ярким примером такой системы является спортивный самолет ЯК-52, который выпускался с 1979 по 1995 гг. и эксплуатируется до настоящего времени. Его скорость – 470 км/час, в полтора раза ниже, чем у лучших винтовых машин 1940-х годов. Но она и не требуется этому самолету. Это ведь спортивный самолет, и его главная задача – маневренность и удобство эксплуатации.

Илл. 21. Як-52

Перешли на 4-й этап (в разряд спортивных) некоторые виды холодного и огнестрельного оружия.

Илл. 22. Рапиристы

Рапира перестала быть боевым оружием, но стала спортивным снарядом.

Илл. 23. Соревнование лучников

Примечание: разделение S-кривой на этапы достаточно условное и четких границ нет.

Резюме:

Техническая система развивается во времени, и её параметры меняются.
Если построить график зависимости любого главного параметра развивающейся технической системы от времени, то он будет напоминать S-образную кривую.
В ТРИЗ традиционно выделяют три основных этапа развития системы и два вспомогательных - 0-й и 4-ый.

• 0-й этап – появление идей и неполных систем,
• 1-й этап – зарождение системы, до получения минимальной работоспособности и потребительской ценности.
• 2-й этап – быстрый рост и развитие системы.
• 3-й этап – замедление и полное прекращение роста системы по главному параметру
• 4-й этап – угасание системы.

Подготовил к публикации: Лев Певзнер 

Редактор: Елена Гин

Источники иллюстраций:

1) http://lacetti.com.ua/ipb/lofiversion/index.php/t50430.html 
2) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:1874DuTemple.jpg?uselang=ru
3) http://epizodsspace.no-ip.org/reyt-all/005/5-19.html 
4) http://epizodsspace.no-ip.org/reyt-all/005/5-3.html 
5) https://ru.wikipedia.org/wiki/Братья_Райт 
6) http://diletant.media/articles/26204196/
7) http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/070/463.htm
8) http://www.k2x2.info/transport_i_aviacija/aviacija_i_kosmonavtika_2010_06/p1.php
9) https://ru.wikipedia.org/wiki/Группа_изучения_реактивного_движения 
10) http://warfiles.ru/show-20107-o-razvitii-raketostroeniya-v-ssha.html
11) http://www.hrono.ru/organ/ukaz_f/vau_1.php
12) http://hobbyport.ru/avia/yak_9_mk7605.htm
13) http://first-in.space/perviy-sputnik/
14) https://ru.wikipedia.org/wiki/Протон_(ракета-носитель) 
15) https://ru.wikipedia.org/wiki/Титан_(ракета-носитель) 
16) http://www.npprusmet.ru/articles.php?id=126
17) https://geektimes.ru/post/193810/
18) http://www.avsim.su/digest/topic/41282-il-14/
19) http://www.aex.ru/news/2011/7/18/86677/
20) http://avia.pro/blog/chrezvychaynoe-proisshestvie-s-yak-40-v-rayone-aeroporta-rostov-na-donu-1977
21) http://www.aviamodelling.okis.ru/sport_aviation.html
22) http://sport-xl.org/news/other/fencing/page/4/
23) http://xn--80aacb0akh2bp7e.xn--p1ai/news/94715/

Примечание 1: абсолютный мировой рекорд скорости для поршневого самолета был установлен в 1983 г. - 832.12 км/ч, хотя реально развитие поршневой авиации остановилось в конце 1940-х годов.

Примечание 2: Мы рассмотрели только S-кривую зависимости скорости от времени, причем брали усредненное значение скорости по разным компаниям и странам. Аналогичные кривые можно построить, принимая за главный параметр грузоподъемность или количество пассажиров для грузовых и пассажирских самолетов.

Вернуться к тексту