Нурали Латыпов - Инженерная эвристика

• Название: Инженерная эвристика
• Автор: Нурали Латыпов
• Жанр: Психология, личное

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.

---

Все радовались, а доктор Дойл – нет; он понимал, что это полумера. В зимнем море, если помощь так и не придет, круги лишь продлят агонию. Нужны шлюпки; и если изготовители резиновых изделий могут сделать надувной круг, почему бы им не сделать (вместо деревянной. – Авт. ) надувную лодку?!

Тотчас он начал новую кампанию, за лодки, но тут он не смог пробить адмиральскую броню. Черчилль ответил ему вежливым письмом, но оснащать военные суда надувными шлюпками стали лишь во время Второй мировой. И всё же благодаря спасательным кругам и тому, что на британских кораблях стали размещать некоторое количество деревянных шлюпок, многие из людей смогли спастись…» (Чертанов, 2008)

Но и это, к слову сказать, не последняя изобретательская идея Конан Дойля. Мало кто знает, что именно он ещё в 1913 году предложил построить туннель под Ла-Маншем, чтобы обеспечить Англию продовольствием на случай морской блокады, заменить всем видимый надводный путь путём поддонным.

Ещё несколько примеров навскидку.

«Французский инженер С. Карно, заложивший и начале прошлого века основы теории тепловых машин, смело уподобил работу такой машины работе водяного двигателя. Физическая аналогия между переходом тепла от нагретого тела к холодному и падением воды с высокого уровня на низкий – пример строгой аналогии, опирающейся на существенные черты уподобляемых объектов. Рассуждение по аналогии дало в науке многие блестящие результаты, нередко совершенно неожиданные.

В XVII в движение крови в организме сравнивали с морскими приливами и отливами. Врач В. Гарвей ввел новую аналогию – с насосом и пришел к фундаментальной идее непрерывной циркуляции крови.

Химик Д. Пристли воспользовался аналогией между горением и дыханием и благодаря этому смог провести свои изящные эксперименты, показавшие, что растения восстанавливают воздух, израсходованный в процессе дыхания животных или в процессе горения свечи.

Д. Гершель обнаружил, что пламя спиртовки становится ярко-желтым, если поместить в него немного поваренной соли. А если посмотреть на него через спектроскоп, то можно увидеть две желтые полосы из-за присутствия натрия. Гершель высказал мысль, что сходным путем можно обнаружить присутствие и других химических элементов, и впоследствии его идея подтвердилась, и возник новый раздел физики – спектроскопия.

И. Мечников размышлял о том, как человеческий организм борется с инфекцией. Однажды, наблюдая за прозрачными личинками морской звезды, он бросил несколько шипов розы в их скопление; личинки обнаружили эти шипы и «переварили» их. Мечников тут же связал этот феномен с тем, что происходит с занозой, попавшей в палец человека: занозу окружает гной, который растворяет и «переваривает» инородное тело. Так родилась теория о наличии у животных организмов защитного приспособления, заключающегося в захватывании и «переваривании» особыми клетками-фагоцитами посторонних частиц, в том числе микробов и остатков разрушенных клеток…» (Ивин, 1986, С.60–61).

Однажды в 1816 году французский врач и анатом Рене Лаэннек, озадаченный проблемами галантности – ибо со времён Гиппократа врачи прикладывали ухо к телу больного непосредственно, в том числе и женскому телу – обратил внимание на детскую забаву. Ребятня играла вокруг бревен строительного леса. Один мальчик чертил гвоздём по торцу бревна, а другой, прикладывая ухо к другому торцу, слушал. Так Лаэннека посетила мысль о стетоскопе, описание которого, впрочем, было дано им лишь три года спустя в «Трактате о косвенной аускультации».

Уже классикой стал случай, когда английский конструктор-мостовик Самюэль Браун [27] решал задачу по преодолению широкой и глубокой пропасти, то есть при полной невозможности возведения опор моста ни на дне, ни по краям. Инженер вышел на улицу, была осень. К щеке прилипла паутинка. Обладая, несомненно, развитым ассоциативным мышлением, он придумал по аналогии конструкцию висячего моста (Кедров, 1987, С. 90–91). Эту легенду пересказывают масса авторов, в том числе и Г.С. Альтшуллер: «Английский инженер Сэмюэль Браун жил у реки Твид. Однажды, гласит предание, Брауну было поручено построить через реку Твид мост, который отличался бы прочностью и в то же время не был бы слишком дорог. Иначе говоря, Брауну надо было преодолеть техническое противоречие. Как-то, прогуливаясь по своему саду, Браун заметил паутину, протянутую через дорожку. В ту же минуту ему пришла в голову мысль, что подобным образом можно построить и висячий мост на железных цепях».

Ясно, впрочем, что мысль о применении тех же лиан и вьющихся растений для преодоления рек возникла много раньше начала XIX века – в незапамятные времена. А первый висячий мост с металлическими элементами запатентован англичанином Джеймсом Финли и построен в Пенсильвании в 1796 году. Кстати, «…построенный в 1820 г в Англии висячий мост через реку Твид пролетом 110 м стоил примерно в 4 раза дешевле каменного моста такой же длины. В 1826 г. в Англии был открыт Менейский цепной мост, который прослужил около ста лет, имел пролет 177 м при отношении стрелы к пролету 1/12. В этот же период был построен еще ряд мостов во Франции, США и других странах, пролеты которых не превышали 150 м. Таким образом, Менейский мост по величине пролета являлся рекордным до 1834 г…» (Смирнов, 1970). Надо полагать, что Браун решал задачу не пешеходного, а уже будущего железнодорожного моста. Ведь с 1807 года в Британии по рельсам побежали первые поезда.

Физик и математик (по совместительству – фабрикант в области производства бумаги) Жозеф-Мишель и его брат, архитектор Жак-Этьенн Монгольфье прогуливались по склону горы в жаркий день. Отсюда они наблюдали за тем, как поднимаются ввысь из долины – с поверхности озера – водяные пары, образуя туман. Первый воздушный шар братья изготовили как раз из бумаги. Через отверстие снизу они наполнили модель горячими газами, которые были легче воздуха, пока не охлаждались. Тренируясь на такой модели, к 1783 году они подняли на своём монгольфьере в воздух сперва – груз, потом – животных, наконец, и людей.

Газы при нагревании расширяются; поэтому вес нагретого воздуха в шаре меньше веса вытесненного холодного воздуха. Но уменьшение удельного веса сравнительно невелико, при нагревании от нуля до ста градусов по Цельсию – всего 27 процентов.

Поддерживающую силу исхитрился многократно увеличить наблюдавший за этими первыми успехами изобретатель Жак-Александр Сезар Шарль. В том же году он предложил использовать вместо горячего воздуха водород. Удельный вес которого в 14 раз меньше удельного веса воздуха.

Подъём в воздух породил задачу аварийного возвращения на землю, и уже через год Жозеф-Мишель изобрёл парашют (не подозревая о гениальных разработках Леонардо да Винчи веками ранее). Складной парашют изобрёл уже наш соотечественник, сын профессора механики, выпускник военного училища, талантливый драматический актёр Глеб Евгеньевич Котельников в 1910–1911 гг.

«Все изобретатели парашюта шли в то время по одному пути: они располагали парашют в фюзеляже аэроплана и пытались создать надежную систему, способную раскрыть его до того, как пилот покинет кабину. Случай помог Г.Е. Котельникову придумать свой парашют. Однажды он увидел, как знакомая актриса вынула из маленькой сумочки большую восточную шаль из очень тонкого, но плотного шелка. Проведя аналогию (структурную и внешнего вида), Г.Е. Котельников пришел к выводу, что парашют должен быть складным, а изготовлять его следует не из прорезиненного брезента, а из легкого шелка.

А швейцарец Жорж Деместрель придумал застежку ”липучку” после того, как каждый раз после прогулки вытаскивал колючие плоды репейников из густой шерсти своей собаки и. т. д…» (Учимся изобретать, 1997).

«И. Гутенберг пришел к идее передвижного шрифта по аналогии с чеканкой монет. Так было положено начало книгопечатанию, открыта “галактика Гуттенберга”, преобразовавшая всю человеческую культуру.

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.