Инженерная эвристика - Нурали Латыпов

Сложнее с мореходством, но это как раз пора великих географических открытий и колониальной экспансии Британии в Америке. Что общее для навигации всех парусных кораблей, и что же это за существенная деталь, разделившая их во времени — до этого изобретения, и после него? Навигация осуществляется по звёздам или по магнитной стрелке. Поскольку в тот период автор вряд ли имел представление о сущности магнетизма, скорее всего, речь об одном из видов корабельных компасов.

К слову сказать, европейцы открыли возможность такой ориентации на море где-то к XII веку, это была магнитная стрелка, укреплённая на пробке, свободно плавающая в воде. Два века спустя итальянцы усовершенствовали устройство. Флавио Джойя насадил стрелку на иглу, он же ввёл деление окружности, в центре которой крепилась магнитная стрела, на румбы. А как раз в XVI веке озаботились тем, чтобы устранить влияние на компас морской качки, и ввели карданов подвес.

Как правило, инженерно-технический или даже научный работник, получив задание в формулировке руководителя, заказчика или посредника — «как оно поставлено», должен суметь переформулировать его, упорядочить в соответствии со своим пониманием сути проблемы, превратить в «как оно понимается».

ВОПРОС № 26

Представьте себе рычажные весы. На одной чаше весов лежит пудовая гиря. На второй чаше — груда пуха. Стрелка весов стоит против нулевого деления, чаши уравновешены. Равны ли массы гири и пуха, и почему.

Ключевые слова здесь среди прочих слов и деталей — масса и вес, а также гиря и пух. Формулируем вопрос по сути: «В чём разница между весом и массой?» Вес — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес. Классическая качественная задача по физике для школьников.

Несмотря на то, что вес вроде бы одинаков, массы не равны. Не стоит забывать об Архимедовой силе, которая действует и на гирю, и на пух. Объём пуха, как вы понимаете, больше, чем объём гири. И на пух в гораздо большей степени действует выталкивающая сила воздушного океана, уменьшая его вес. Чтобы веса оказались равными по условию задания, очевидно, берут несколько больше пуха по массе. При точном взвешивании всегда вводятся поправки на потерю веса.

Операторы Рождения и Смерти

Для удобства отразим процесс перехода от неразличённого, непознанного, неизвестного (Ничто) к известному, познаваемому, различённому (Нечто) так:

Назовём этот процесс «Рождение, или оператор рождения» — что в звуке абстрактно выражается волнообразным усилением громкости, например, или переходом от безударного к ударному — оО, аА и т. д.

Обозначим обратный процесс обезличивания, то есть переход от известного к неизвестному, от познанного к непознанному, от Нечто к обезличенному и неразличённому Ничему

как «Уничтожение, или оператор смерти». В языке это может выражаться уменьшением громкости звука, или переходом ударного в безударное — Оо, Аа.

Повторимся что переходы, соединяющие два сходных, симметричных состояния одного объекта, одной вещи («вещь» здесь понимается в самом широком смысле этого слова) называются операторами симметрии или, иначе, преобразованиями симметрии (как её создающими, так её и нарушающими) и т. д.[58]

Воздействие каждого из операторов на себя самого порождает оператор противоположный. Но это не просто математическое выражение, это ещё и вполне методологические изречения. Попробуйте их распознать!

Классический пример симметрии — симметрия сферы по отношению к вращениям в пространстве. Преобразованиями симметрии являются вращения сферы на произвольный угол вокруг оси, проходящей через её центр. При таких вращениях сфера всегда совпадает сама с собой, то есть имеет место симметрия. Но если спросить, чем отличаются в этом случае различные сферы, ответ лишь один: различными способами поворота.

Если оператор рождения — это суждение (положение), которое требуется доказать, именуемое ещё тезисом, то оператор смерти — это противоречащее ему суждение, антитезис. Истина лежит посередине и является синтезом, взаимодействием этих двух операторов в прямом или обратном порядке, как мы увидим ниже.

Решить задачу на Диале означает выявить все симметрии начальных условий (то есть выполнить над ними преобразования симметрии). Одна или несколько обнаруженных симметрий и будут ответом.

«Сделай наоборот», «От прямого — к обратному», «от симметричного — к асимметричного»… и т. д. — практически первые и фундаментальные по иерархии Диала изобретательские принципы, однако в известном перечне приёмов разрешения технических противоречий ТРИЗ им отведены не первые места:

«№ 4. Принцип асимметрии. Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной. Если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.

№ 13. Принцип „наоборот“: а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать); б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную — движущейся; в) Перевернуть объект „вверх ногами“» (Альтшуллер, 1973, С. 141–177)[59].

Например, мало кто сейчас догадывается, что пластинки для граммофона, запатентованного Эмилем Берлинером в 1887 году, проигрывались от центра к краю. Братья Пате из Франции предложили способ проигрывания пластинок в обратном направлении — от края к центру, что было реализовано в патефоне[60]. Это уж потом настала пора магнитофонных лент… лазерных дисков, флэш-накопителей.

Кстати, вспомним ещё раз идею инверсии американского инженера Элиаса Хоу, изобретателя швейной машины (1845 г.). Она состояла в том, чтобы игольное ушко оказалось на том же конце иглы, где и остриё. Любопытно, но факт, принципиальную конструкцию такой иглы изобретатель увидел во сне. А пригрезилось ему, что попал в плен к туземцам. Спящий Хау заметил, что у самого острия копий стерегущих его дикарей сделаны отверстия в форме глаз.

Мы уже почти забыли, что это Генри Форд, некогда рядовой механик электротехнической компании, отказался от традиционной для его времени организации промышленного производства — когда рабочий переходил от изделия к изделию. Он предложил сделать всё наоборот. Так появилась инновационная, то есть конвейерная, сборка автомобилей. Идея была воплощена в жизнь в 1908 году, а подсмотрел её Форд на скотобойне, наблюдая за обработкой коровьих туш.

ВОПРОС № 27

Из замкнутого резервуара в реактор самотёком поступает агрессивная и ядовитая жидкость. Поэтому никаких измерительных устройств на пути жидкости установить нельзя. Предложите простой и надёжный способ измерения скорости её истечения. (Лисичкин, Бетанели, 1990, задача 9.11).

Найдём основные «симметрии» условия задачи. Агрессивная, ядовитая жидкость имеет своею полной противоположностью инертный (в широком смысле слова) газ. Если нельзя ставить измерительные устройства впереди, на пути жидкости, вдруг их можно ставить позади неё? Казалось бы, абсурд! Но соединим оба умозаключения в одно и измерим не скорость истечения жидкости, а скорость поступления безопасного газа (в простейшем случае воздуха) в замкнутый резервуар, откуда происходит самотёк.

ВОПРОС № 28

Заряды статического электричества представляют большую опасность для многих нефтехимических производств. Жидкости, не проводящие электрический ток, при перекачивании электризуются за счёт трения о полимерные трубы.

Каждое используемое в промышленности органическое соединение необходимо испытывать на электризацию. Требуется описать способ как можно более быстрого образования в исследуемой пробе жидкости статического электрического заряда для исследований этого вредного явления в лабораторных условиях (Лисичкин, Бетанели, 1990, № 11.6).

Снова выявляем «симметрии». Ключевое словосочетание здесь — «трение жидкости о полимерные трубы». Но загвоздка в том, что жидкости у нас всего лишь заданная проба. Вывернем наизнанку основное условие и получим «трение полимерных труб о жидкость». Вместо того чтобы прямолинейно по трубам гонять исследуемую пробу относительно неподвижной трубы, будем вращать в имеющейся пробе отрезок (куски?) трубы. Жидкость у нас раздроблена — на пробы — из неё взяли часть на эксперимент, а труба непрерывна. Так почему бы не раздробить трубу?

«…Если обычно технологи стараются избежать накопления заряда за счёт трения, то тут задача обратная. Как максимально увеличить трение в лабораторной колбе с жидкостью? Надо погрузить в эту колбу обтекаемый твёрдый полимер, из которого сделаны трубы, и вращать колбу» (Там же).