Нурали Латыпов - Инженерная эвристика

• Название: Инженерная эвристика
• Автор: Нурали Латыпов
• Жанр: Техническая литература

В книге представлены классические и новейшие — от эвристических до логических — методы активизации инженерно-технического мышления. Авторы демонстрируют междисциплинарный подход к решению изобретательских задач и тренингу интеллекта на основе универсальных языков. Последовательность в решении научно-технических проблем достигается методом выявления и разрешения противоречий. При этом формулировка проблемы в виде парадокса оказывается сильнейшим стимулом для развития творческой мысли.

Книга содержит более 170 вопросов и задач, на которых заинтересованный читатель может проверить качественный уровень собственного мышления, а в случае затруднений — обратиться к приводимым решениям и ответам. Многие из этих задач озвучены авторами в 2011–2012 гг. в ходе семинаров и тренингов в рамках проекта ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «Академия молодого инноватора», на интеллектуальных состязаниях молодых специалистов компании.

Рекомендуется инженерам, преподавателям и учащимся инженерно-технических и естественнонаучных специальностей вузов, инновационно ориентированным молодым специалистам производственного и исследовательского комплексов, а также всем читателям, заинтересованным в формировании у себя эффективного, продуктивного, действенного мышления, достижении нового интеллектуального уровня развития.

---

Первая идея Э. Хау, изобретателя швейной машины, состояла в совмещении острия и ушка на одном конце иглы. Как возникла эта идея — неизвестно. Но главное его достижение было в том, что по аналогии с челноком, используемым в ткацких станках, он изготовил шпульку, которая продергивала дополнительную нить через петли, сделанные игольным ушком, и таким образом родился машинный шов.

В. Вестингауз долго бился над проблемой создания тормозов, которые одновременно действовали бы по всей длине поезда. Прочитав случайно в журнале, что на строительстве тоннеля в Швейцарии буровая установка приводится в движение сжатым воздухом, передаваемым от компрессора с помощью длинного шланга, Вестингауз увидел в этом ключ к решению своей проблемы и т. д.» (Ивин, 1986, С. 64).

О том, каким образом возникла мысль об угле в качестве защиты от отравляющих газов, академик Н. Д. Зелинский рассказывал:

«В начале лета 1915 г. в Санитарно-техническом отделе Русского технического общества несколько раз рассматривался вопрос о газовых атаках неприятеля и мерах борьбы с ними. В официальных сообщениях с фронта подробно описывалась обстановка газовых атак, случаи поражения от них и немногочисленные случаи спасения солдат, находившихся на передовых позициях. Сообщалось, что те оставались в живых, кто прибегал к таким простым средствам, как дыхание через тряпку, смоченную водой или уриной, или дыхание через рыхлую землю, плотно касаясь её ртом и носом, или, наконец, спасались те, кто хорошо покрывал голову шинелью и спокойно лежал во время газовой атаки. Эти простые приемы, спасшие от удушения, показывали, что в то время, по крайней мере, концентрация газов в воздухе была хотя и смертельно ядовитой, но всё же незначительной, раз можно было спасти себя такими простыми средствами.

Это последнее обстоятельство произвело на нас большое впечатление, и, обсуждая затем вопрос о возможных мерах борьбы с газовыми атаками, мы решили испробовать и применять также простое средство, действие которого было бы вполне аналогично действию материи солдатской шинели или гумусу почвы. Как в том, так и в другом случае ядовитые вещества не химически связывались, а поглощались, или адсорбировались шерстью и почвой. Такое средство мы думали найти в древесном угле, коэффициент адсорбции которого по отношению к постоянным газам, как это известно, много больший, чем для почвы».

Будущий академик работал в то время в Петербурге заведующим Центральной лабораторией министерства финансов. Соприкасаясь по роду своей деятельности с производством спирта, в котором уголь с давних пор применялся для очистки сырца, Н. Д. Зелинский имел в своем распоряжении различные сорта углей и, поставив соответствующие опыты, обнаружил, что уголь действительно является мощным средством для поглощения ядовитых газов. В особенности хорошие качества в этом отношении показал уголь, так называемый «оживлённый», то есть подвергшийся вторичному обжигу после того, как этот уголь уже использовался для очистки спирта (Фигурновский, 1942).

Видный отечественный исследователь методологии творчества Анатолий Константинович Сухотин приводил в ряде своих работ следующий пример:

«Изобретатель, молодой сельский врач, мучительно переживал несовершенства традиционного способа лечения переломов и пытался внести в него новое. Думал об этом постоянно: у постели больного, в поездках по окрестным селам, ночью. Провел сотни экспериментов. А решение пришло неожиданно. Он ехал в телеге к больному. В пути обратил внимание на то, как крепится к оглоблям хомут, обнимающий шею лошади. Вдруг осенило! Хомут — оглобли — стержни… Как просто! Это именно то, чего ему недоставало в поисках аппарата. Вместо гипса два кольца, стержни (идущие параллельно сломанной кости) и спицы. Стержни крепятся к кольцам, а спицы прошивают обломки кости крестообразно от одного кольца к другому. Всё это вместе надежно соединяет сломанную кость, беря на себя большую нагрузку, которую она обычно выдерживает. Приехав домой, Гавриил Абрамович Илизаров (а это был именно он, знаменитый советский хирург-ортопед. — Авт. ) тут же помчался в сарай, сломал черенок лопаты и скрепил обломки спицами, которые соединил дугами для скелетного вытяжения. Черенок держался прочно, как будто и не был сломан…»

Так был создан прототип универсального аппарата для внешней фиксации при лечении переломов и деформаций костей.

И в заключение раздела — весьма характерный пример. Когда-то важнейшим стратегическим сырьём была селитра — основа пороха, а с середины XIX века и широчайшего спектра взрывчатых веществ. С момента открытия Америки основную массу селитры в Европу ввозили из Чили, где она извлекалась из миллионнолетних залежей птичьего помёта.

В 1793 году революционной Франции противостояли все ближайшие соседи: Англия, Австрия, Голландия, Испания, Пруссия, и даже Сардиния с Неаполитанским королевством. Страна оказалась под угрозой оккупации. Незадолго до того был казнён выдающийся химик Лавуазье, а часть его учеников эмигрировала, и некоторое время даже Академия наук была «в загоне» (как сейчас не в чести наши «физики»). Но тут уж тогдашние руководители государства сообразили, что в гонении на учёных перегнули палку. К решению жизненно необходимой задачи привлекли основателей Политехнической школы Франции — профессоров Бертолле и Монжа. В условиях континентальной блокады им предстояло разработать новые технологии производства пороха. Бертолле привлёк к работам выдающихся технологов Гитон де Морво и Шапталя.

Бертолле же, действуя по аналогии, поскольку столько птичьего «добра» в стране не было и быть не могло, предложил извлекать селитру из отходов жизнедеятельности лошадей — из конского навоза.

Специальным декретом Комитет общественного спасения обязал всех граждан, свободных от воинской службы, заняться сбором селитры и сырья для неё: «Национальный конвент полагает, что все французские граждане равно призваны на защиту свободы, что все руки должны быть вооружены. Всем и каждому промывать землю из своих погребов, конюшен, амбаров. Если бы каждый гражданин вменил себе в обязанность доставить хотя бы один фунт селитры, то почти в один момент было бы получено 25 миллионов фунтов, которых было бы почти более чем достаточно, чтобы сразить всех тиранов».

Учёные составили списки минимально необходимого оборудования для производства селитры. В цеха были превращены здания церквей. У владельцев пивоварен изымались котлы для осаждения и выпаривания.

За одиннадцать месяцев, действуя подобным образом, удалось получить двадцать два миллиона фунтов селитры. «Результат изумительный, которому потомство поверит с трудом», — писал тот же Шапталь.

Словом, пусть это сейчас покажется смешным, но ради спасения Отечества не побрезговали, а вовлекли в дело навоз всей страны — и пороха хватило на пару десятилетий непрерывных войн (включая наполеоновские) со всей остальной Европой.

Аналогия личная. Эмпатия

В середине XVII века среди азартных игроков Франции был известен шевалье де Маре. Вероятно, зная об успехах Блеза Паскаля (1623–1662) на нивах счёта — свою первую счётную машину Паскаль изобрёл в девятнадцатилетнем возрасте — этот кавалер в ходе их совместного путешествия в Пуату задал попутчику пару вопросов. Речь шла о сущности и справедливости выигрыша при игре в кости. Как, например, должен быть разделён банк, если два равных по силам игрока решили по обоюдному согласию прервать партию, причём известен счёт каждого и ставка игры. Результатом этих вопросов стала переписка Паскаля с другим гением средневековой Франции — Пьером де Ферма (1601–1665), в ходе которой оба ставили себя мысленно на место заядлых игроков. Так родилась комбинаторика, так были заложены основы теории вероятности[28].

Как часто и писателю бывает необходимо поставить себя на место персонажа, так часто инженеру необходимо представить себя на месте тех, кто последует его разработке. А ещё интереснее вообразить себя непосредственно тем объектом, который требуется усовершенствовать. «Высший пилотаж» — это ощутить себя не просто иным специалистом, а «одушевлённым» инструментом, орудием, посредником между производителем в самом широком смысле этого слова и средой, к коей приложено это орудие труда, или даже самим природным объектом, подвергающимся воздействию.

Бытует весьма похожая на правду легенда о создателе Новосибирска инженере и писателе Николае Георгиевиче Гарине-Михайловском, которая сводится к следующему. На одном из участков строительства железной дороги, а дело было в конце XIX века, рабочие столкнулись с проблемой. Высоченный холм преградил дорогу, и необходимо было выбрать оптимальную траекторию прокладки, чтобы не выбиться из сметы. Гарин-Михайловский взобрался по склону и стал наблюдать за птицами, так он просидел день и прикинул, что пернатые летят самым коротким путём, огибая препятствие и экономя усилия. Он дал указание воспользоваться птичьим маршрутом. Последующие расчёты продемонстрировали, что решение Гарина-Михайловского действовать по аналогии абсолютно верное.