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.

---

Предел скорости — недостаток мощности — лобовое сопротивление.

Эта цепочка ведёт от явления к сущности:

Явление — (сущность-(явление)) — сущность.

Уменьшим поперечное сечение автомобиля — скорость увеличится, но невозможно без конца уменьшать поперечное сечение, просто тогда будет недостаточно места для размещения двигателя. Где выход?

Пусть двигатель пропускает воздух через себя: двигатель есть — лобового сопротивления нет. Такой двигатель называется турбиной, или турбореактивным двигателем.

Физическое противоречие

Физическое противоречие является причиной технического противоречия и формулируется в терминах свойств, качеств, состояний вещей и процессов.

В этой связи приведём разбор красивой задачи из новейшего «Учебника по ТРИЗ», который всячески рекомендуем всем нашим читателям, ибо он лишён многих недостатков предшествующих.

«Задача 7.1. Одно из чудес света — Александрийский маяк на египетском берегу Средиземного моря. Время разрушило маяк, но многие археологи утверждают, что он был высотой более 300 м.

Несколько веков простоял маяк с надписью на вершине: „Для богов и во имя спасения моряков построил Состратос из Книда, сын Дексифона“. Так звали строителя, и люди запомнили его имя на века. Но история помнит и другое. Когда строительство маяка заканчивалось, Состратоса вызвал правитель и повелел: „Ты высечешь на маяке мое имя!“

Строителю запрещалось высекать свое имя, и он знал, что если не выполнит приказа, то его казнят, а если выполнит, то потомки никогда не узнают имени настоящего автора маяка.

Строитель остался жив, но весь мир узнал его имя. Как это могло произойти?

Административное противоречие: „Очень хочется увековечить свое имя, а правитель запретил это делать, — он хочет увековечить свое имя“.

Техническое противоречие-1: „Если я выбью на стене свое имя, то увековечу его, что хорошо, но лишусь жизни, что недопустимо“.

Техническое противоречие-2: „Если я выбью на стене имя правителя, то не увековечу своего имени, что плохо, но при этом останусь жить, что хорошо“.

Таким образом, приходим к двум противоречащим высказываниям, которые и составляют физическое противоречие.

Физическое противоречие: „На стене должно быть мое имя, чтобы его увидели потомки, на стене не должно быть моего имени, а должно быть имя правителя, чтобы меня не казнили“.

Эту задачу можно сформулировать следующим образом. Пока жив правитель, надпись должна быть одна, а после его смерти — другая.

Тогда физическое противоречие можно переформулировать: Надпись должна быть одна, чтобы её увидел правитель, и надпись должна быть другая, чтобы её увидели потомки. Как это сделать?

Из последней формулировки физического противоречия видно, что для правителя надпись должна быть одна, чтобы он её увидел, а для потомков должна быть другая, чтобы увековечить свое имя. То есть противоречащие требования, которые предъявляются к объекту, относятся к разным моментам времени.

Противоречие разрешается во времени введением в систему еще одного компонента — вещества, которое сначала должно быть, а потом исчезнуть.

Итак, строитель вытесал на каменной стене свое имя, но закрыл его слоем известкового раствора, на котором написал имя правителя. Через несколько лет известняк выветрился и проступило имя „Состратос, сын Дексифона“»[95].

Разрешение противоречий

Известно великое множество различных противоречий и связанных с ними парадоксов.

Им посвящено огромное количество литературы на всех языках. Но мы ограничимся очень лаконичным изложением.

Противоречия являются не плодом нашего незнания, а присущи природе вещей и, как следствие, всюду возникают на пути познания.

Рано или поздно любое противоречие получает разрешение. Если бы этого не происходило, развитие остановилось бы. Имеются сотни способов разрешения различных противоречий. Например, для твердосплавного инструмента противоречие может быть разрешено технологией литья, электродуговой или плазменной обработки.

В идеальной экономике технология потребления и технология производства развиваются согласованно, до тех пор, пока не возникают технические ограничения. Рассогласование приводит к противоречию между производством и потреблением. Противоречие разрешается с возникновением новой технологии, снимающей технические ограничения с базовой технологии, вместо замены её на другую технологию. Например, технология закалки стального инструмента разрешает сначала физическое противоречие (разделение противоречивых свойств во времени), а затем техническое противоречие. Она снимает технические ограничения для использования режущего инструмента и, наконец, снимает экономические препятствия к продаже инструмента.

Существует специальная наука, которая занимается разрешением технических противоречий с целью получения новых технических решений, это, уже упомянутая выше и не раз Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Технологии развиваются не произвольным образом, на их развитие оказывает влияние сложный комплекс ограничений, который оставляет для развития узкий коридор решений.

Но даже при движении в этом коридоре потребуется проверить сотни и тысячи возможных решений, если действовать методом «проб и ошибок». Для точных и безошибочных действий необходимо знание Законов развития технических систем и технологий (ЗРТС).

Возникает парадокс: Чем выше степень развития технологий, тем богаче инструментальные среды, но тем уже коридор возможных решений!

Схема разрешения противоречия с помощью введения новой технологии

Обратная задача

Для отработки остроты мышления чрезвычайно важным является решение обратных задач. Недаром даже из нашей практики мы знаем, что вычитать труднее, чем складывать, делить сложнее, чем умножать, извлекать корень сложнее, чем возводить в степень и, наконец, интегрировать труднее, чем дифференцировать. Инженер же должен с лёгкостью решать как прямые, так и обратные задачи.

Обратные задачи в области поиска противоречий дают практически неограниченные возможности для самосовершенствования. Ведь объектов вокруг нас несчётное множество, и каждый возник в результате разрешения некоторого противоречия. Если вы освоите этот метод, то вам больше не понадобятся многие задачники. Вы сможете тренировать свой ум всюду, независимо от того, есть ли у вас под руками бумага и карандаш, книга или учебник.

ВОПРОС № 100

После появления технологии поверхностной закалки броневых листов у линкоров удалось резко снизить толщину брони, соответственно, вес корабля и затраты на его создание. При этом бронебойные снаряды даже с закалённым носом стали отскакивать от бортов как биллиардные шары. Задача уязвимости вражьих судов была решена русским адмиралом Макаровым. Что он предложил? И какое физическое противоречие разрешил?

ВОПРОС № 101

Как просверлить в металлическом кубе отверстие, показанное на рисунке?

В горбачёвский период была остановлена «гонка вооружений» и возникла задача взаимного контроля вооружений СССР и его вчерашних противников. Эксперты пришли к выводу, что необходимая технология контроля должна состоять в мечении контролируемых объектов — тяжёлых вооружений.

При этом технология мечения должна быть полностью описана и доступна стороне потенциального противника, но, тем не менее, необходимо, чтобы изготовленные по этой технологии метки невозможно было бы подделать.

Задача чем-то напоминала известный парадокс всемогущества: может ли сверхмогущественное существо создать камень, который само же не сможет поднять?

На том уровне техники было предложено несколько вариантов, как советской, так и американской сторонами. А что бы вы сами предложили на месте разработчиков?[96]Какой базовый принцип лежит в основе решения этой задачи?

Поскольку ответ весьма объёмен, помещаем его сразу в текст, а не в конец книги, как в большинстве случаев.

В основу решения положен принцип случайности, так как только случайные процессы позволяют сделать уникальные объекты, в данном случае метки.

С советской стороны было предложено облучать тяжёлыми ядрами на ускорителе тонкие лавсановые пленки или иные трековые детекторы. Плёнку необходимо предварительно разметить: нанести сетку координат. В процессе облучения в плёнке образуются скрытые треки (повреждения структуры вещества).

Треки визуализируются с помощь процесса травления в горячей щёлочи; при этом возникают отверстия в плёнке диаметром от 0,5 до 1,0 микрона. Конфигурация расположения треков является полностью случайной и если их достаточно много, то её невозможно повторить в мыслимом числе экспериментов по облучению. Таким образом, повторить полученную однажды метку оказывалось невозможным. В дальнейшем предполагалось размещать такую метку на контролируемом объекте. Считывание метки можно было осуществить благодаря обычному оптическому микроскопу.