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.

---

После смерти изобретателя осталось 273 микроскопа и 172 линзы, собственноручно изготовленных им. Великий экспериментатор, регулярно — каждые два месяца — распространявший сообщения о новых открытиях, мог рассматривать предметы размером в 1,5 микрона.

Даже изощрённейшие современные технологии требуют немалых сил, денег и времени для достижения подобных результатов. Левенгук же работал в одиночку, не располагал и сотой долей нынешних знаний об оптике вообще и свойствах стекла в частности, а уж технологии расчёта, используемые конструкторами сегодня, в его эпоху и вообразить было невозможно. И, тем не менее, он производил свои линзы многими тысячами. Причём сравнительно недорого. Чаще всего он даже не пытался рассматривать в одну линзу несколько разных образцов. Линза, стекло с образцом, удерживающая их конструкция собирались раз и навсегда. Левенгук был одним из первых мастеров высшего класса, сделавших ставку именно на массовое производство и скромные цены. Как же смог ремесленник — пусть и необычайно искусный, и знакомый едва ли не со всеми тогдашними науками (они были далеко не так обширны, как сейчас, и полное их изучение оставалось в пределах человеческих сил) — на века опередить уровень всей доступной ему техники?

Инженеры и учёные исследовали сотни линз Левенгука самыми современными способами. И после нескольких лет анализа ничтожных следов возможных методов обработки пришли к парадоксальнейшему выводу: никакой обработки стёкол вовсе не было. Линзы у Левенгука сразу получались готовыми.

Мастер плавит стекло на весу — для этого у стеклодувов с незапамятных времён накоплено более чем достаточно приёмов. Капли свободно падают в воду. В полёте они оказываются в состоянии невесомости. Поверхностное натяжение придаёт невесомой капле правильную сферическую форму. В воде крошечный комочек стекла остывает так быстро, что не успевает деформироваться. Правда, чем меньше капля, тем ощутимее сопротивление воздуха и тем сильнее отклонение от невесомости. Да и удар о воду хоть немного да скажется на форме. И внутренние напряжения в стекле тем сильнее, чем быстрее оно остывает. То есть капли Левенгука всё же не идеальны.

Но среди главных изобретательских принципов есть и совет обратить вред в пользу. Левенгук использовал его в полной мере. Ведь для правильного изображения как раз и нужны асферические линзы с внутренним напряжением. Конечно, асферичность и напряжение нужно точно дозировать. А по Левенгуковой технологии они получаются случайными по величине. Ну и что же? Среди бесчисленных вариантов всегда можно выбрать нужный, лучший. Бесконечность, то есть неразличённость, количества обращается новым качеством.

Левенгук отливал десятки тысяч капель, просматривал их и отбирал те, с которыми получались наилучшие изображения. Работа громадная и кропотливая — но всё же несравненно проще и быстрее, чем расчёт и полировка требуемой формы. Скромный часовщик обратил случай в закономерность. Своею изобретательностью он на века опередил достижения всей науки и техники мира.

ВОПРОС № 68

Ирина Андржеевская в книге «Биология в открытых задачах» сообщает такие исходные данные: «В северном лесу весна медленно вступает в свои права, под пологом леса еще долго лежит снег, а температура воздуха лишь в солнечный полдень поднимается на несколько градусов выше нуля. И если купол муравейника все-таки прогревается, то в глубину солнечные лучи проникнуть не могут. Но без достаточного тепла муравьиная царица не начнет откладывать яйца, так как в холоде они не будут развиваться. И выползать повыше, чтобы отложить яйца, где теплее, царица не может — она никогда не покидает свои „покои“. Значит, должно быть тепло в глубине муравейника — там, где живет царица». Но как это сделать?

ВОПРОС № 69

Как известно, легирующие добавки бериллия снимают усталость стали. Фашистская Германия была отрезана от источников бериллия. А пружины из бериллиевой бронзы, способные выдержать 20 миллионов циклов нагрузки, были необходимы немцам для пулемётов. Мировая добыча этого ценного стратегического материала практически полностью находилась в руках США. Немцы оказались изобретательны и разместили в нейтральной Швейцарии заказ, но американцы сорвали сделку, разгадав уловку. Проявите инженерную смекалку и скажите, какой заказ гитлеровская Германия разместила в Швейцарии в этой связи?

Двигаясь по иерархическому стволу «операторов» Диала на уровень соотношение бесконечностей, «бесконечного числа бесконечного», мы обнаружим, что быстрое чередование повторений как в физике звука, так и в физиологии речи ведет к повышению тона. Изменение высоты тона Диале соотносится с возникновением меры и её превращениями (Куликов, Гаврилов, 2009–2012; 2011, № 4). Понятное дело, всё, что ранее уже сказано нами о ритмике языка, не в меньшей степени справедливо и для интонаций как переходов тональности речи. Тон речи, как и в музыкальной мелодии, обычно колеблется возле так называемой тоники (базового, опорного звука, основного тона голоса). Рождаться и исчезать теперь может не просто звук (его громкость), а тон звука (будь то один и тот же звук или разные звуки одного слова или предложения).

Тон звука «О», например, может быть ниже тоники, что обозначим для удобства как O\, и выше тоники — обозначим это О/. На самом деле в реальной мелодике речи встречается множество разных уровней музыкальных тонов… Но письменность имеет свои ограничения, неведомые устной речи, а тем более, пению. Рождение одного тона из другого, скажем, низкого тона из тоники, отобразится в Диале как OO\, а например, тоники из высокого тона как О/О. Какой смысл отображают в Диале переходы тонов? Поскольку сам звук (например, та же фонема О) при таких переходах не исчезает, речь идет лишь об изменении качества звука, и качества вещи, которую он обозначает, его, так сказать, «формы» существования, в том же самом смысле, как мы говорим о жидкой, газообразной или твердой форме существования вещества, например.

Можно строго показать, что вариации высоты тона звука естественным образом отображают изменение состояний объекта (молодой-взрослый-старый «А/АА\», твёрдый-жидкий-газообразный «О\ОО/» и пр.). Отсюда и соответствующие параллели с множеством типовых принципов решения задач ТРИЗ. Отобразим лишь некоторые из них в той символике, которую уже использовали для операторов выше.

Таблица 2. Некоторые операторы качественных изменений языка Диал и приёмы разрешения технических противоречий в ТРИЗ

Попробуйте теперь по аналогии с учётом показанного здесь и сказанного в предыдущих разделах о пространственно-временных и количественных характеристиках сами дать графическую и звуковую интерпретации следующим приёмам ТРИЗ. Проговаривайте и пропевайте на все лады — варьируя громкости, длительности и тональность — операторы, используя гласные звуки русского языка: о, а, у, и, ы, э:

№ 2. Принцип вынесения. Отделить от объекта «мешающую! часть („мешающее“ свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство)[69].

№ 8. Принцип антивеса[70]: а) Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой; б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил).

№ 14. Принцип сфероидальности: а) Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям; б) Использовать ролики, шарики, спирали; в) Перейти к вращательному движению, использовать центробежную, центростремительную силы.

№ 15. Принцип динамичности: а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы; б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.

№ 18. Использование механических колебаний: а) Привести объект в колебательное движение; б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой); в) Использовать резонансную частоту; г) Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы; д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

№ 22. Принцип „обратить вред на пользу“: а) Использовать вредные[71] факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта; б) Устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором; в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

№ 23. Принцип обратной связи: а) Ввести обратную связь; б) Если обратная связь уже есть — изменить её.

№ 25. Принцип самообслуживания: а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции; б) Использовать отходы (энергии, вещества); в) Функция устройства в идеале должна выполняться, а устройство должно в идеале отсутствовать.