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.

---

В знаменитом рассказе известного писателя и учёного И. А. Ефремова «Сердце Змеи» описана встреча землян с обитателями планеты, на которой во всех жизненно важных окислительных процессах участвует не кислород, а фтор. Такой вот «фактор икс» — если вернуться к методам тренировки творческого воображения, как уже было показано в разделе об аналогиях.

Продолжим его фантазию с точки зрения химика, чем грозил бы землянам физический контакт со «фтористыми» людьми.

Фтор — сильнейший окислитель. Он энергично реагирует со всеми простыми веществами за исключением гелия, неона и аргона. В атмосфере фтора горят даже негорючие, в привычном понимании этого слова, вещества — асбест и вода:

2H2O + 2F2 = 4HF + O2

Кроме кислорода и фтороводорода образуются в этой реакции также озон и фторид кислорода. Большой энергией связи F-Si обусловлено течение процесса:

SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2

Катализатором этой реакции является вода[62].

Пусть учитель перекидывает мостик к другим дисциплинам — географии, механике, той же анатомии, и его слушают внимательно, ведь говорит он своим ученикам то, что они хотят от него услышать:

«Представим себя фтористыми людьми. Фтор, замещая кислород, способен обеспечить энергетику качественно новых жизненных процессов. Температура на такой планете, — начинаете моделировать Вы, — должна быть значительно ниже земной, но это, очевидно, может компенсироваться в живом организме большей окислительной способностью фтора. Скелет, в отличие от нашего, в основном будет содержать фторид кальция, а кровь — фтороуглероды. Кора такой планеты представлена, прежде всего, фторидами, и в ней больше, чем на Земле, самородных металлов. Обитатели планеты утоляют жажду плавиковой кислотой и используют воду в промышленности как высоко агрессивное, огнеопасное вещество. Углерод большей частью заменён на кремний…»[63]

Вот и приблизилась фантастическая планета к Земле. А следом за естественными науками школьники, возможно, захотят разобраться в политике странного народа по ту сторону барьера, ибо встреча с фтористым парнем столь же опасна, как и знакомство электрона с позитроном, ведущее к аннигиляции. И вся школа целый день на разных уроках вживается в ситуацию, которая была перенесена гениальным писателем за много парсеков подальше от Земли, но при этом осталась такой земной. Задача о соединяющем нас Барьере. Задача о разделяющем нас Контакте.

И ещё один характерный пример действия операторов этого изобретательского уровня. Если что-то не сохраняется (дискретно) во Времени, значит, оно может быть сохранено (непрерывно) в Пространстве.

В 1863 году Дмитрий Иванович Менделеев при посещении Баку порекомендовал проложить трубопровод для перекачки нефти с промыслов на завод, что, по его мнению, позволило бы существенно сократить затраты времени на перевозку: «Необходимо, и даже крайне, проложить трубы и по ним вести сырую нефть до морских судов или до заводов, расположенных на море», — писал автор идеи. К сожалению, предложение это не приняли. Спустя несколько лет американские технологи осуществили у себя замысел Д. И. Менделеева на практике. «Американцы будто подслушали: и трубы завели, и заводы учредили не подле колодцев, а там, где рынки, и сбыт, и торговые пути», — сокрушался гениальный химик, прознав об их успехе.

Только в 1877 году предприимчивый организатор технического производства Александр Вениаминович Бари, и главный инженер его конторы Владимир Григорьевич Шухов ознакомили главу компании «Братья Нобель», также выдающегося инженера Людвига Эммануиловича Нобеля, со своими разработками по транспортировке нефти от Бакинских промыслов к его заводу. Бари был успешным коммерциализатором, и ещё неясно, состоялся бы Шухов без Нобеля и Барии, ставивших его разработки на крепкие индустриальные ноги.

Нефть с промыслов доставлялась на заводы гужом — на арбах, в особых бурдюках. Каждая арба перевозила до 25 пудов (1 пуд = 16.38 кг) нефти, что составляло один халвар (11–12 бурдюков). «Десять тысяч ароб занимались доставкой нефти на заводы и непрерывной лентой тянулись по отвратительным дорогам с промыслов на заводы. При сильном ветре или дожде, аробщики отказывались выезжать, и заводы должны были оставаться без нефти. Плата за перевозку стояла высокая; доставка одного пуда нефти обходилась в 5 и даже 8 копеек. О нефтепроводах никто не думал» (Старцев, 1901, с. 28)[64].

Людвиг Нобель предложил прочим бакинским заводчикам на паях проложить нефтепровод от промыслов до заводов, но получил отказ. Тогда «Братья…» поручили Шухову спроектировать полный комплекс сооружений трубопровода и воплотить проект в жизнь — первый в России нефтепровод с паровым насосом[65].

«1878 год вошел в историю как год строительства первого промыслового нефтепровода в России, а сам трубопровод явился родоначальником гигантской сети магистральных трубопроводов, эксплуатирующейся в настоящее время. В 1881 году В.Г Шухов публикует свою работу „Трубопроводы и применение их в нефтяной промышленности“, которая на многие десятилетия стала основным руководством по проектированию трубопроводов. В этой работе В. Г. Шухов установил зависимость между расходом жидкости и её вязкостью, предложил формулу для расчета падения напора в зависимости от режима течения жидкости, дал методику определения наиболее выгодного диаметра трубопровода, скорости движения жидкости, толщины стенок труб. Разработанный им графоаналитический метод расположения промежуточных насосных станций применяется и в настоящее время…» ((Шаммазов и др., 2000)

«Наряду с большими работами по проектированию и строительству упомянутых здесь и последующих нефтепроводов Шухову приходилось решать задачи, возникавшие при добыче, транспортировке и переработке нефти. Вся техника для добычи и переработки нефти была в то время крайне примитивной. Добытая нефть хранилась в открытых котлованах и транспортировалась в бочках на телегах и пароходами. Из нефти получали только керосин, используемый для освещения. Мазут и бензин в то время являлись промышленными отходами, получаемыми в процессе перегонки нефти в керосин. Мазут как топливо не использовался, ввиду отсутствия эффективной технологии его сжигания, и загрязнял окружающую среду, накапливаясь в многочисленных котлованах. Бензин, получавшийся в процессе производства керосина, просто улетучивался. Бензиновый двигатель был изобретен лишь в 1883 году. Территории нефтяных месторождений были отравлены нефтью и мазутом, просочившимися в почву из котлованов.

В 1878 году Шухов разработал оригинальную конструкцию цилиндрического металлического резервуара для хранения нефти. Через год нефть перестали хранить в котлованах. В 1879 году он запатентовал форсунку для сжигания мазута. После внедрения форсунки Шухова мазут стали использовать как топливо. Менделеев опубликовал изображение форсунки Шухова на обложке своей книги „Основы фабрично-заводской промышленности“ (1897 г.) и высоко оценил вклад Шухова в использование мазута, как топлива. В последующие годы были сделаны многочисленные новые разработки, в том числе созданы различные насосы для подъема нефти из скважин, изобретён эрлифт (газлифт), выполнено проектирование и строительство нефтеналивных судов и установок для дробной перегонки нефти. Была спроектирована первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга нефти (патент Российской империи № 12926 от 27 ноября 1891 года). Шухов стал автором и главным инженером проектов первых российских магистральных нефтепроводов: Баку-Батуми (883 км, 1907 г.) и позднее Грозный-Туапсе (618 км, 1928 г.). Таким образом, Шухов внес значительный вклад в развитие русской нефтяной промышленности» (Грефе, 1990).

Но всё же толчок развитию целой отрасли дала элементарная инженерная идея Менделеева — чтобы выиграть во времени и, соответственно, в средствах[66], надо совершить изменения конструктивного свойства в пространстве.

Операторы рождения и уничтожения Количества

Пространство не только связывает, но и разделяет, как, впрочем, и Время. Тогда непрерывность становится самой настоящей дискретностью, а дискретность — единением.

Характеристикой пространственно-временных отношений явленного мира выступает количество, оно обнаруживается во взаимодействии вещей, когда ту или иную вещь берут за эталон. Так, английский король Генрих I в двенадцатом веке приказал измерить расстояние от кончика своего носа до конца среднего пальца вытянутой руки и принял это за единицу измерения — ярд.

Количество, естественно, существует, рождается и умирает в Пространстве и во Времени, поэтому было бы логичным взять за начало либо само Время, либо Пространство.

На будущее отметим и ещё одну важнейшую мысль для тех, кто всерьёз решил заняться развитием креативного мышления. Где тяжело с логикой, там на помощь приходит исторический метод. Так развитие понятия количества можно подглядеть у детей, они в миниатюре его повторяют. Играя вещами и пользуясь ими, ребенок ещё до того, как выучит понятие «один», уже знает понятие «многое».