Мир вокруг нас непрерывно усложняется. Усложняются технологии, усложнятся общество. Усложняется жизнь. Это часто раздражает. Но стоит признать, что это компенсируется возрастающим комфортом, свободой перемещения и безопасностью. Новые возможности требуют усложнения инструментов.
Это утверждение может быть обосновано. Можно привести известную теорему о необходимом разнообразии Эшби. В очень упрощенной форме, она говорит о том, что для качественного управления, управляющая система должна быть не менее разнообразной, чем управляемая. Увеличение разнообразия приводит к усложнению. Об этом же говорит нам и здравый смысл. "Без труда не вытянешь и рыбку из труда". Или, более современное: - "Все плохое приходит само, все хорошее приходится организовывать". То есть, мы платим сложностью за наши достижения.
С этим усложнением приходится мириться, но еще лучше использовать его для извлечения выгоды. Сложность - это наша валюта, хлопотное золото. Тут, естественно, хочется заплатить поменьше, а получить побольше. Для достижения одного и того же результата есть пути разной сложности. Помните анекдот о ручке, способной писать в невесомости? Можно "замутить" грандиозный проект, распилить миллионы разработать такую ручку. А можно писать карандашом. Кстати, решение для космоса также не идеальное. Точить карандаш в невесомости опасно, опилки и графитовая пыль могут разлететься и наделать бед. Придется опять придумывать сложные схемы.
Есть еще одна причина, по которой следует бороться со сложностью. Станислав Лем, естественно, словами своего героя, утверждал, что Вселенная враждебна человеку, поскольку строить сложнее, чем разрушать. Это не вся правда. Чтобы это понять, достаточно вспомнить, насколько сложная структура у некоторых болезнетворных бактерий или вирусов. С точки зрения вируса ему необходима сложность, чтобы размножаться. Вселенная нейтральна, возникновение вредных явлений тоже "оплачено" сложностью. Снижая сложность, можно предотвращать вред.
Что ж, давайте для начала попробуем разобраться, что такое сложность.
Сложность, разнообразие и информация
Сложность связана с разнообразием. Разнообразие относительно легко оценить, посчитать. Разнообразие объекта или процесса можно оценить по количеству информации, которое необходимо для его описания. Дальше, для краткости, мы будем говорить о содержании информации. Сложность - понятие более обширное и менее определенное, чем разнообразие. Можно сказать, что сложность - это разнообразие плюс что-то еще. Так, например, сложность проектов оценивается на основе количества "выданной" информации (чертежей, спецификаций), с поправкой на коэффициенты, учитывающие, прежде всего, новизну. Похожим образом биологи оценивают сложность поведения (интеллект) животных. Новизна вещь субъективная. А вот количество информации мы можем оценить. Поскольку это существенная часть сложности, мы можем утверждать, что:
Для того, чтобы инструмент (в том числе, процесс) стал более полезным, нам придется сделать его более разнообразным. То есть, таким, который требует для описания больше информации. Это относится также и к пассивной или активной защите от вреда. Например, добавление наколенников к экипировке велосипедиста, это, несомненно, ее усложнение. Зато это дает дополнительную защиту.
Чтобы упростить инструмент, нужно "стереть" лишнюю информацию. Упрощение может помочь также предотвратить вред. Наколенник может мешать движению, натирать кожу, сдавливать сосуды. Уберем? А как же защита? Есть вечное противоречие между сложностью и ее ценой/последствиями. В нашей модели это противоречие единственное, но проявляется оно в разных формах. Искусство решения проблем заключается в умении обходить это противоречие. Развитие есть гармонизация сложности.
Информация хранится и передается в двух видах - дискретной (цифровой) и аналоговой.
Разнообразие в дискретной форме
Дискретная информация может быть записана с помощью текста или кода. Все, что может быть представлено как отдельный признак можно обозначить словом или знаком. Это может быть элемент, зона, подпроцесс, какое-то свойство и т.д. Каждому признаку можно поставить в соответствие позицию в тексте, а его значения (наличие-отсутствие элемента или свойства, состояние, варианты исполнения и т.д) указывать конкретными символами из какого-либо алфавита. Очевидно, что разнообразие тем больше, чем больше символов в тексте, и чем богаче алфавит. Интрепретируя, получим вывод, который неплохо согласуется с интуитивным представлением. Чем больше деталей, чем больше признаков, вариантов исполнения, свойств, тем больше содержание информации.
Увеличение содержания "дискретной" информации. Добавка, деление на части, дифференциация, "экзотика"
Итак, мы "покупаем" повышение функциональности за счет сложности инструмента. Простейший способ накопить "валюту" прямо следует из метафоры текста. Хотите добавить функциональности? Просто добавьте элементы. Проще всего добавить элемент, который выполняет нужное действие. Если нужно нагреть, добавляем нагреватель, если нужно охладить - холодильник. Удивительно, но иногда даже такой простой ход мыслей, будучи выведенным из области неосознанного, помогает решению проблемы. Что может выступить нагревателем? Что можно добавить, чтобы элемент можно было нагреть? Какая процедура позволяет получить нужный эффект?
Менее очевидный способ увеличения количества элементов - деление на части. Хороший пример деления на части дает гибкая методология разработки (Agile development). Она была создана для управления проектами создания программного обеспечения, но в последнее время набирает популярность и в других отраслях. Процесс разбивается на относительно короткие стадии. Работа выполняется относительно небольшими группами. Это позволяет постоянно оценивать и корректировать разработку, обеспечивать постоянное приспособоление к меняющимся условиям. Вспомните, приспособление, по Дарвину - это главная цель эволюции. Впрочем, то же самое можно утверждать и относительно эволюции за пределами биологии - в технике, организациях, обществе.
Другой способ увеличение содержания информации - обогащение алфавита. Оно интерпретируется как дифференциация элементов. Чтобы закручивать разные гайки, нужны разные ключи. Чтобы написать яркую картину нужны разные краски. О дифференциации, как об одном из механизмов эволюции, писал еще современник Дарвина Герберт Спенсер.
Мы можем интерпретировать обогащение алфавита и как увеличение количества возможных состояний элементов. Можем добавить сюда управление дополнительными переменными, которые раньше не принимались во внимание или были постоянными. Так, точность стрельбы из орудий была повышена после того, как был был введен механизм учета температурной деформации стволов.
Повышение сложности интерпретируется также как использование редких, "экзотических" решений. Сверхпрочных материалов, сверхмощных энергий, сверхкоротких импульсов. В том числе - различных новомодных изысков, которые еще не используются достаточно широко. Графен, Интернет вещей, дроны, глубокое обучение и т.д. Я сознательно говорю о сложности, а не о разнообразии. Это понятно. Например, использование графена, вместо какого-то более привычного материала немного добавляет к исходному разнообразию. Можно добавить графит, а добавили графен. Вместо одного материала добавили другой. Но из-за новизны последнего, неизученности, сложность может возрасти многократно. То же можно сказать и о других редких и дорогих материалах и технологиях.
Дискретное упрощение. Удаление, объединение, стандартизация, KISS принцип
Избыток сложности приводит к перерасходу ресурсов и непредсказуемому поведению. Поэтому варианты уменьшения сложности стоит рассматривать всегда. Очевидно, что они будут прямо противоположны способам усложнения. Если для повышения функциональности нужно что-то добавить, то для упрощения - что-то "отрезать". От специалистов по LEAN (Бережливое производство) или ТРИЗ, часто можно услышать истории о том, как удалось сократить ненужный процесс, выбросить ненужную деталь или узел. 8 видов потерь (8 Wastes) из Бережливого Производства - инструмент, призванный напоминать о подобных случаях. Например, часто встречается избыточная, ненужная для функционирования обработка (over processing).
Противоположным делению на части будет объединение. Чем объединение отличается от добавления элемента? Тем, что объединение ставит своей целью скрыть, инкапсулировать какие-то свойства объединяемых объектов или процессов. Инкапсуляция - это очень мощный инструмент упрощения. Спросите об этом программистов.
Если дифференциация направлена на добавление новых функций, то унификация, стандартизация позволяют многое упростить. Мы постоянно пользуемся стандартизацией, объединением, инкапсуляцией. Например, в магазине мы приобретаем яблоки по весу и по одной цене, хотя каждое яблоко индивидуально. При этом, для удобства переноски, мы складываем их в один пакет с другими товарами.
Ну, и, наконец, еще один, достаточно очевидный принцип. В англоязычных странах его часто обозначают как KISS (Keep It Simple, Stupid). В России это чаще называют смекалкой, или заменяют призывом быть проще. Это рекомендация использовать самое простое из решений, самую отработанную из технологий, самый проверенный способ. Удивительным образом это часто приводит к нестандартным решениям. Пример. Нейросети, являются основой того, что сейчас понимается под Искуственным Интеллектом. Они были известны довольно давно, но получили широкое распространение только в последнее десятилетие. Триггером послужило появление относительно дешевых игровых приставок. Для быстрой прорисовки графики эти приставки должны выполнять одновременно множество относительно простых задач. Это прекрасно подходит для эмуляции работы нейросетей.
Разнообразие в аналоговой форме
Хорошей метафорой для аналоговой информации может служить запись (процесс или результат) на магнитофонной ленте. Это запись в виде волны. Какой из видов информации являтся фундаметальным, вопрос непростой. Аналоговая информация может быть представлена в виде цифр. Это то, что происходит в современных компьютерах. Цифровая может передаваться с помощью волны. Так и происходит в сетях связи. Самые маленькие частички вещества/энергии, которыми мы можем оперировать, имеют двойственную волновую и дискретную природу.
Как можно увеличить количество информации, записанной на магнитофонной ленте? Прежде всего, увеличить длину ленты или время записи/проигрывания. Кроме этого, уравнения теории информации подсказывают всего два способа. Во - первых - это увеличение отношения амплитуды сигнала к амплитуде шума. Для нас это означает прежде всего то, что нужно увеличивать амплитуду. Во-вторых - увеличение частоты изменений. Нетрудно провести параллель между дискретной и аналоговой формой. Увеличение амплитуды соответствует дифференциации, увеличение длины или времени - добавлению элементов, а увеличение частоты - добавлению элементов за счет деления на части.
Увеличение "аналоговой" функциональности. Экспансия, миниатюризация, ускорение изменений
Для добавления функциональности наша модель рекомендует два вида изменений в пространстве и времени. С одной стороны нужно попробовать расширить наш инструмент, сделать его больше, а функционирование - дольше. Примеров этому множество. Это и большие корабли и большие города и большие смартфоны с "долгоиграющей" батареей. Это, в общем, тривиально. Менее тривиальны различные способы использования смежных и скрытых пространств и периодов времени. Это и предварительное действие и доделка/исправление, использование наружного пространства (вынесение), задействование пространства сверху-снизу-сбоку (переход в другое измерение) и незанятых полостей (матрешка).
С другой стороны, в расширившееся пространство-время нужно "запихнуть" как можно больше изменений. В пространстве эта тенденция проявляется через миниатюризацию, а во времени - через увеличение частот и скорости изменений. Причем, можно найти множество примеров как миниатюризации, так и увеличения размеров. Эти тенденции противоречат друг другу только на первый взгляд. Миниатюризация и укорочение периодов времени важны там, где инструмент является частью какой-то большей системы с ограниченными размерами и временем функционирования. Она преследует своей целью освободить пространство и время для соседей. Но все освободившееся, а заодно и смежное, пространство и время будет заполнено до отказа чем-то полезным.
Примером ускорения изменений может служить метод "быстрой переналадки" или SMED (Single-Minute Exchange of Die) из LEAN. Для быстрой переналадки прежде всего стараются произвести максимально возможное количество подготовительных работ до остановки главного оборудования. Что не получается сделать заранее можно попробовать завершить после его запуска. Главное, исключить простой. То есть тут используется принцип экспансии во времени. Это, вместе с максимальной механизацией процесса переналадки обеспечивает гибкость производства и исключает потери времени. Хорошим примером SMED является работа пит-стоп команд Формулы-1. В Интернете есть множество роликов на эту тему, советую посмотреть, если не видели.
О тенденции к увеличению амплитуд изменений мы уже упоминали в "дискретной" части. Рассмотрение волнового графика наталкивает на еще одну мысль. Амплитуды могут быть отрицательными, и этот факт можно использовать для добавления функциональности. В переговорах это метод "кнута и пряника", впрочем, возможно несколько устаревший. В технике это может быть, например, сочетание нагрева с охлаждением, или охлаждение вместо нагрева, растяжение вместе со сжатием или вместо сжатия и т.д.
Упрощение за счет уменьшение "аналогового" разнообразия. Ужимание, отказ от изменений
Тут все просто. Маленькие вещи более просты в обращении. Короткие процессы проще контролировать. Маленький телефон проще положить в карман или сумку. Правда, большой экран более функционален. Поэтому на рынке появляются складные смартфоны.
Второй способ упрощения - это "купирование" изменений. Размеренная жизнь проще. Механизмы не любят переходных режимов. Круглое лучше катить потому, что его не приходится при этом поднимать и опускать. Квадратное лучше носить, а еще лучше поставить на тележку.
Предсказуемость информации. Симметрия и гибкость
Количество передаваемой информации зависит от предсказуемости текста. Представьте, что кто-то из Ваших контактов в соцсетях начал присылать Вам повторяющиеся сообщения. Возможно, сначала Вы подумаете, что в этом есть какой-то тайный смысл. Но после того, как на Ваш вопрос опять придет все то же знакомое Вам сообщение, Вы скорее всего респондента забаните. Потому, что такое поведение нерационально. Точно так же Вы поступите и в случае, если респондент будет присылать цифры из известной последовательности (1, 2, 3, 4...) или, например, слова хорошо известного Вам стихотворения.
Предсказуемость можно интерпретировать как ограничения на переходы из состояния в состояние. Иными словами как отсутствие гибкости. Связь гибкости со способностью к адаптации очевидна. Связь симметрии с однородностью тоже легко прослеживается. Соответственно, нарушение симметрии, или асимметрия может помочь добавить функциональности. Так, оптимальная стойка боксера - вполоборота к противнику. При этом одна рука вытянута вперед и чаще наносит быстрые беспокоящие удары (джебы), а другая находится как-бы в засаде. Налицо не только асимметрия, но и дифференциация - разные руки работают по-разному.
Жесткость и симметрия ведут к упрощению и уменьшению вероятности непредсказуемого поведения. Поэтому вокруг нас так много симметричных вещей. Так, иллюминаторы кораблей и самолетов делают круглыми, чтобы избежать появления концентраторов напряжений в углах окон.
Усложнять не усложняя
Конечно, всегда хочется хочется заплатить как можно меньше, а получить как можно больше. В нашем случае мы платим сложностью за новые возможности. Но если бы оптимизация была невозможной, наша модель не имела бы практического применения.
Противоречие между функциональностью, получаемой за счет сложности и ее ценой, к счатью, может быть преодолено. Сложность зависит от нескольких параметров. Вопрос цены возникает тогда, когда рост какого-либо из из этих параметров наталкивается на ограничения. Например, есть дефицит места, или увеличение амплитуды приводит к каким-то вредным последствиям. Значит, нужно искать альтернативные пути для достижения цели. Подобная ситуация воспринимаетсяя как тупик. В ТРИЗ в таких случаях говорят о противоречиях. Специалисты по ТРИЗ потиворечия любят, стараются их находить и "разрешать".
В соответствии с моделью Управления Разнообразием, в подобных случаях стоит попробовать изменить часть параметров в направлении увеличения сложности, параллельно изменяя другие в направлении упрощения. Некоторые из подобных комбинаций используются достаточно часто. Например, можно увеличивать количество элементов, делая их при этом простыми и стандартными. Можно найти множество примеров использования наборов шариков, роликов, нитей (ткань, щетка), порошка. Этим наборам можно придать функциональность, задействовав дополнительные свойства, например, магнитные. Получаем дешевую, простую, и при этом, очень функциональную систему.
Еще один пример. Производители смартфонов решили поднять частоту обновления экрана до 120 Герц. Говорят, это повышает качество картинки, то есть содержание информации. Усложняет ли это систему? Да несомненно. По крайней мере, увеличивается расход энергии. Значит, содержание информации нужно уменьшать. Один из способов это сделать это уменьшить время работы. Для этого используются интеллектуальные способности смартфонов. Умный телефон использует камеру для того, чтобы определить смотрит человек на экран или нет. Ускорение включается только в те моменты, когда это нужно, когда человек действительно воспринимает информацию.
Рассмотрим автомобильный ремень безопасности. Ремни вначале получили распространение в автогонках. Но их широкому внедрению мешало неудобство использования. Первые ремни имели пять точек крепления, сложную регулировку... В конце 50-х годов был разработан привычный нам ремень с тремя точками крепления и единственным замком. Упрощения удалось достичь, уменьшив количество элементов. Но все же, пришлось пойти на некоторое усложнение за счет асимметричной конструкции.
Еще один способ оптимизации - выявление ресурсов. Проблема может быть легко решена, если удастся найти источник дефицитной энергии, свободное место, задействовать дешевое вещество, что-то приспособить. Это то, что по-русски называется "смекалка".
Учитываем иерархию
Выдающийся философ Карл Поппер говорил о природе как о иерархии систем гибкого управления. Действительно, с точки зрения кибернетики, работа клеток, органов, жизнедеятельность организмов, есть не что иное как управление. И это управление как-бы циркулирует по сети. То же можно сказать и о технике. С точки зрения нашей модели, любой инструмент предоставляет сложность/разнообразие/информацию (полезные или вредные) потребителю своих услуг. Чтобы это сделать ему необходимо получить сложность/разнообразие/информацию. Таким образом, сложность есть цель, средство, а еще и потенциальное средство - ресурс.
Совершенствование инструмента может идти по линии увеличения количества и качества выполняемых функций. Тогда уместно проанализировать, какой из компонентов сложности может предоставить наш инструмент. Может ли он, например, помочь потребителю сэкономить пространство или время? Может помочь обеспечить экспансию, ускорить изменения, увеличить количество элементов и т.д.? С другой стороны, стоит произвести инвентаризацию ресурсов. Ресурсы - это тоже параметры, отвечающие за сложность. Пространство, время, энергия (как средство для увеличения амплитуды), количество элементов, незадействованные свойства, особенности.
Таким образом, модель предоставляет "язык", общие основания для анализа систем с целью совершенствования.
Преимущества модели
На "рынке" присутствует несколько методик систематизированного поиска идей. Самой развитой, но при этом и самой сложной, пожалуй, является ТРИЗ - "теория решения изобретательских задач". Это неплохой инструмент, и как всякий инструмент, он содержит много полезной информации. Инструменты вообще помогают нам решать проблемы благодаря заложенной в них информации. ТРИЗ, как и все остальные методики, построен на опыте, наблюдениях. Почему принцип асимметрии помогает решать проблемы? Потому, что мы это наблюдаем на многочисленных примерах. Для инструмента этого вполне достаточно. Будем держать его в своем чемоданчике, авось найдется проблема, которую он поможет решить. Является ли чемоданчик теорией? Скорее всего нет. Потому, что теория - это такой инструмент, который должен что-то объяснять. Точнее логически связывать одни области знаний с другими. Наблюдения же, даже полезные, ничего объяснить не могут. Значит ли это, что чемоданчик плох? Отнюдь. Он делает свое дело. Великоват, правда, порядку маловато. Другие попроще, но найдутся ли в них нужные инструменты...
Между тем, в такой, казалось бы, сугубо практической области, как методики поиска идей, теоретический подход критически важен. Я здесь не говорю о том, что мы познаем мир только через теории. Возьмем сугубо практический аспект - распространение. Если нет теории, для приобретения сторонников приходится полагаться на личный пример. Но не все проблемы решаются даже развитыми (и сложными) методами. Не все в состоянии эти методы освоить и применять. Поэтому процесс убеждения не всегда идет гладко. Удачное применение методики способствует приобретению сторонников. Неудачное - отвращает. Процесс затягивается на годы. Логичнее сначала предоставить людям агрументы, объяснения - почему это должно работать. Человек может проверить эти объяснения, согласиться или поспорить. Если будет спорить - это хорошо, это развивает общее понимание. Если согласиться - прекрасно. Двигаемся дальше и изучаем инструменты. И совершенствуем инструменты на базе принятой модели.
Управление Разнообразием - модель простая, и вместе с тем, базирующаяся на очень фундаментальных положениях. Поэтому есть надежда и на то, что с ее помощью удастся лучше понять, систематизировать, упростить данную область. И вообще, что-то лучше понять. Мы, люди, любим что-то понимать.