Инженерное мышление. Интуиция инженера
Cтраница 1
Инженерная мысль все настойчивее ищет новые, прогрессивные методы обработки металла. На некоторых предприятиях Ленинграда в 1976 году началась подготовка к внедрению процесса гидроэкструзии для производства прутков и профилей из стали, сплавов, а также сверл, метчиков, резцов. Калинина - известна уже двадцать лет.
Инженерная мысль работает над созданием новых датчиков для металлообрабатывающих станков и других производственных процессов. Один из новых методов основан на получении информации о процессе фрезерования с помощью акустических сигналов. Метод основан на измерении слабых высокочастотных механических напряжений, возникающих при быстром высвобождении энергии в однородной среде. Этот метод обладает чувствительностью к материалу, геометрии режущего инструмента, износу инструмента и параметрам процесса фрезерования, таким как подача материала и скорость вращения фрезы. В качестве датчиков обычно используются пьезоэлектрические кристаллы, чувствительные к частотам в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц. Они обладают сравнительно низкой стоимостью и могут быть установлены на большинстве фрезеровальных станков.
Инженерная мысль озабочена не только проблемой повышения производительности механической обработки - не менее остро стоит и задача достижения необходимой точности наиболее экономичным путем. Значение ее особенно возрастает в условиях автоматизированной обработки, когда степень непосредственного влияния рабочего на ход обработки сводится к минимуму. Поэтому чрезвычайно важно обеспечить стабильность процесса резания.
Инженерная мысль предлагает одни рецепты, а научная-другие. За годы промышленного и технического развития глубоко въелось представление, что все экологические проблемы следует решать техническими методами и только ими - рытьем.
Научная п инженерная мысль сейчас усиленно работает также над созданием для далекого будущего еще одного нового источника энергии. Речь идет об осуществлении термоядерного контролируемого синтеза, который может стать для будущих поколений мощным источником электроэнергии и тепла. При термоядерном синтезе используется изотоп водорода - дейтерий, содержащийся в морской воде.
Тем не менее инженерная мысль не стояла на месте.
Такое творение инженерной мысли, как водяная мельница, известно было уже до нашего летосчисления.
Перечень достижений инженерной мысли можно было бы многократно продолжить от первобытных ручных орудий труда до полностью автоматизированных станочных линий современного производства, от первых маяков до сегодняшних телевизионных башен, от древних дорог и мостов до нынешних космических кораблей.
Путь развития конструкторской и инженерной мысли, приведший к столь блистательным результатам, был долгим и извилистым. Очень важное значение имел обмен идеями и решениями ученых всех заинтересованных стран. Особо же следует отметить вклад, внесенный английскими учеными.
В первую очередь инженерная мысль обратилась к вопросу об источниках электроэнергии - генераторах, так как без рационального источника электрического тока, способного вырабатывать токи необходимой мощности и частоты, было невозможно осуществить внедрение электроэнергии в промышленное производство.
Все эти достижения отечественной инженерной мысли позволяют надеяться, что в Западной Сибири, в Тюменской области, где болота занимают до 80 % территории, с сезонностью строительства в скором времени распрощаются.
А заканчивается она опять инженерной мыслью: без усовершенствованной техники дальше двигаться нельзя, отде ления грудной хирургии в больницах необходимо оснастить современной аппаратурой.
Естественно, поэтому, что инженерная мысль издавна начала работать над прокаткой зубчатых колес.
Понятно, что это чудо химической и инженерной мысли решает все проблемы, связанные с искусственным синтезом гена. Из лоскутков по 20 нуклеотидов можно при помощи лигазы сшить ген любой длины. Это решает также проблему получения в больших количествах коротких кусков ДНК для их кристаллизации. Впрочем, такие машины появились в самом начале 80 - х годов, но в конце 70 - х в некоторых лабораториях, занимавшихся синтезом генов, уже умели быстро синтезировать лоскутки ДНК, правда, вручную.
Тема 5. Инженерная деятельность: специфика и обобщенная характеристика.
Сущность инженерной деятельности, ее специфика.
Виды (типы) инженерной деятельности.
Инженерное мышление. Интуиция инженера.
Ключевые понятия: инженер, инженерная деятельность, техническая деятельность, изобретательство, конструирование, проектирование, социальное проектирование, системотехника.
Сущность и особенности инженерной деятельности.
Инженерная деятельность занимает одно из важных и существенных мест в современной культуре человечества. Без достижений инженерного творчества и инженерной мысли невозможно созидание и существование высокотехнологизированной цивилизации, отличающий настоящий этап исторического развития общества. Инженер - центральная фигура современной научно-технической деятельности. Не только результаты инженерной деятельности повсюду окружают нас, но и нормы и методы инженерного мышления проникают в научную, социальную и даже гуманитарные сферы.
Кто же такой инженер? Какова специфика инженерной деятельности? Что выделяет ее от других видов человеческой деятельности? Какие конкретно виды технического творчества составляют инженерную деятельность?
Слово “инженер” произошло от латинского корня ingeniare, что означает “творить”, “создавать”, “внедрять”. Из латинского языка это слово перешло в итальянский язык, а затем во французский, и, наконец, в русский. К нему близки по значению русские слова “изобретательный”, “искусный”, “хитроумный”. Также и слово “механик” в первом своем значении применялось к искуснику, изобретателю, создателю машин. Кстати, слово “машина” было синонимом слову “ухищрение”.
Как происходило становление инженерной профессии?
Профессия инженера, генетически связанная с техникой - исторически значительно более позднее явление, чем сама техника. Инженерная деятельность, как и любое другое явление, имеет свою предысторию. Формирование ее происходило на основе профессии ремесленника, возникшей одновременно с общественным разделением труда. «Ростки» инженерной деятельности, ее исторические прообразы можно найти уже в античную эпоху. Хотя, надо заметить, эти прообразы оставались чем-то эпизодическим, нетипичным, случайно существующим на фоне безраздельного господства ремесленной деятельности. Блестящим примером воплощения «научного ремесла» - предтечи инженерной деятельности - было творчество древнегреческого ученого Архимеда (ок. 287-212 до н.э.). Из истории нам известно, что он прославился своими хитроумными техническими решениями и изобретениями при обороне родного города Сиракузы. Именно благодаря техническому гению Архимеда и использованию его оборонительных сооружений и метательных машин город смог оказать достойное сопротивление римлянам. Архимед, а также небольшая группа ученых-техников античности - Евдокс, Архит, Гиппарх, Птолемей - впервые реализовали замысел «научного ремесла», когда теоретический способ мышления идеальным образом сочетался с практическими дарованиями, а большинство технических проектов античных техников производился на основе точных математических расчетов. Однако сам Архимед не считал себя инженером; сама идея соединения техники и науки отвергалась им как смешение благородных (наука) и низких (ремесло) занятий. Последние были недостойны свободного мужа, поэтому, по свидетельству Плутарха, Архимед считал сооружение машин занятием, не заслуживающим внимания, считая его низменным и грубым. Причины негативного отношения к практической деятельности в античности имеют свои глубокие культурные основания. Дело в том, что свою главную задачу античные философы и ученые видели в приобщении к мудрости и поиску истины, которая выступает целью лишь теоретической, научной деятельности. Решение этой задачи считалось делом благородным, так как приближало человека к подлинному бытию, а ремесло, практическая работа относилась к миру чувственных вещей, к миру неподлинного бытия.
Отход от традиции резкого противопоставления теоретической деятельности практической наметился лишь в эпоху Возрождения. Первую попытку преодоления этого противопоставления мы находим в творчестве одного из самых выдающихся умов этой эпохи - Леонардо да Винчи (1452-1519). Он гармонично сочетал в своем творчестве теорию и практику. Он полностью реабилитировал опытное познание. По его мнению, «опыт есть истинный учитель» и «отец всякой достоверности». Однако все это не означает, что Леонардо был жестким сторонником эмпиризма. Он считал, что практика без знания слепа и похожа на кормчего, ступившего «на корабль без компаса и руля». Теория дает нужное направление опыту. Следовательно, только в единстве с теорией практика становится плодотворной и эффективной, единство это заключается в том, что «наука - капитан, а практика - солдаты» . Леонардо предвосхитил метод Галилея и современной науки о природе.
В механике Леонардо приблизился к пониманию принципа инерции, угадал принцип сложения сил и принцип наклонной плоскости, принятой им в качестве основы при объяснении полета птиц. Удивительно, что эти догадки не остались только на теоретическом уровне. Были попытки их реализации или, по крайней мере, технического проектирования.
Целый ряд важнейших технических изобретений и конструкторских догадок значительно опередили свое время (проекты металлургических печей, прокатных станов, ткацких станков, подводной лодки, танка, деревообрабатывающих, землеройных машин, летательных аппаратов, парашюта и пр.). Ориентация на науку, в отличие от ремесла, есть признак инженерной деятельности, поэтому с полным основанием можно отнести Леонардо да Винчи к одному из первых инженеров в истинном смысле этого слова. В его деятельности отчетливо заметен переход от традиционного мышления к инженерному. Он при создании своих технических проектов пользуется методами предпроектного исследования, математического расчета и описания технологии изготовления.
Эпоха Возрождения родила и подарила миру и других великих инженеров, которые появились, как правило, либо из среды ученых, обратившихся к технике, либо из среды ремесленников-самоучек, обратившихся к науке. Среди них Николло Тарталья, Георг Бауэр, Джироламо Кардано, Яко де Страда, Симон Стевин, Альбрехт Дюрер и др. Первые инженеры - это одновременно и художники, архитекторы, алхимики, врачи, математики и изобретатели. Например, Дж. Кардано (1501-1576) имел большие достижения в математике, механике, а также в медицине. Среди его научных интересов была и теоретическая астрология. В его честь назван карданный вал - механизм широко применяемый и сегодня, спустя 500 лет. Его он создал для усовершенствования экипажа императора Карла V. Агрикола (его настоящее имя - Георг Бауэр: 1494-1555гг) - немецкий учитель, писатель, ученый, врач, минеролог. Он явился одним из основателей так называемой технической химии, ставшей своего рода промежуточным этапом между алхимией и научной химией.
Возникновение инженерной деятельности связано с появлением мануфактурного производства. В средние века господствовала техническая деятельность, органически связанная с ремесленной организацией производства (в основе которого лежало точнейшее, скрупулезное копирование технического образца - канона). Ремесленная техника уже не могла удовлетворить потребности бурно развивающегося производства, и как историческая альтернатива ей возникает инженерная деятельность.
Сначала инженерная деятельность носила в основном военный характер. Инженером назывался тот, кто руководил созданием военных машин и фортификационных сооружений. Различие между военным и гражданским инженером стало проводиться значительно позднее. Впервые стал себя называть гражданским инженером известный английский инженер Джон Смитон (1724-17920).
Ключевым событием для формирования понятия “инженер” в современном смысле стало интенсивное развитие в 19 в. машинного производства. Это резко повысило спрос на инженерную деятельность, который уже не мог удовлетворяться случайным образом. Если фундаментальная наука, не занятая решением практических задач, была способна развиваться усилиями небольшого числа интеллектуалов, то прикладная, ориентированная как раз на практику, уже не могла питаться тоненьким ручейком «штучно» подготовленных специалистов. Именно тогда профессия инженера стала носить массовый характер и получила подлинное свое развитие. Стремительно развивающееся крупное машинное производство диктовало настоятельную необходимость массовой подготовки профессиональных инженеров и систематического научного образования инженеров. Время инженеров-самоучек закончилось. Практика предъявляла новые требования к подготовке квалифицированных инженерных кадров. Возникают первые технические высшие школы. Именно их появление ознаменовало следующий важный этап в развитии инженерной деятельности. Первые технические школы создаются на базе ремесленных училищ почти одновременно во Франции, Германии, России. Институт инженеров становится социально оформленным. Появляется система профессионального технического образования - высшие технические школы, которые стремились получить статус, эквивалентный классическим университетам. Характерной особенностью высших технических школ являлись две основные тенденции: ориентация на практику и на науку.
Во Франции самая первая техническая школа появляется в 1720 г. - Корпус инженеров путей сообщения, в 1747 - школа инженеров путей и дорог. Событием огромной важности для инженерного образования стало основание Гаспаром Монжем Парижской политехнической школы (1794). Это была высшая техническая школа нового типа - она ориентировалась на высокую теоретическую подготовку студентов, по ее образцу строились многие инженерные учебные заведения Европы.
В Германии первая техническая школа - Строительная академия - появилась в 1799 г. Затем возникают политехнические институты в Мюнхене (1827), Дрездене (1828), Ганновере (1831), Штутгарте (1840) и др. Вспышка активности в немецких технических университетах середины и конца ХIХ в, а также начала ХХ в. сделала Германию того периода бесспорным лидером в промышленном и инженерном отношении.
В России техническому образованию положила начало созданные в 1700 году Инженерная и годом позже Математико-навигационные школы. Флагманами высшего технического образования стали Технологический институт в Петербурге (1862), Московское высшее техническое училище (1868), Петербургский электротехнический институт (1891). С самого начала эти учреждения начали выполнять не только учебные, но и исследовательские функции в сфере инженерной деятельности, чем способствовали развитию технических наук. С тех пор инженерное образование стало играть существенную роль в развитии техники.
В 20 в. инженерия разделилась на множество отраслей и подотраслей (по сферам техники): инженеры-физики (электротехники, механики, радиоинженеры и т.п.), инженеры-химики, биохимики, инженеры-строители, инженеры по вычислительной и информационной технике и т.д. Специалисты - инженеры дифференцируются и по функциональному признаку: производственники (функции технолога, организатора), инженеры по эксплуатации производства (практические процессы), исследователи (разработка и проектирование технических объектов), системотехники (организация и управление сложными, комплексными техническими системами, системное проектирование).
Сегодня в слово “инженер” следующее значение: инженер - это уже не только тот, кто действительно делает искусственный объект, а тот, кто управляет процессом его созидания, занимается проектированием сложной технической системы. Таким образом, инженерная деятельность - это процесс создания (изобретение, конструирование, проектирование) и управления определенной технической системой. Функция инженерной деятельности в современной цивилизации - оптимальное сопряжение искусственной среды жизнедеятельности общества с его потребностями и возможностями на основе всех ресурсов общественного производства, в т.ч. и науки. Специфика инженерной деятельности заключается в том, что она связана с регулярным применением научных знаний для создания искусственных, технических объектов - сооружений, устройств, механизмов, машин и т.д. В отличие от нее техническая деятельность основывается на опыте, практических навыках, догадке, интуиции. Техническая деятельность носит исполнительный характер и основана на точном копировании образца.
Инженеры не только применяют знания, продуцируемые наукой. Они оказывают обратное стимулирующее влияние на развитие и прогресс науки, которое проявляется в выработке технических и научных инноваций, получаемых в результате инженерной деятельности. Именно это сближает деятельность инженеров с деятельностью ученого - экспериментатора и отличает от работы техника - ремесленника.
В деятельности инженера сочетается два вида знаний: естественнонаучное и техническое. Это обусловлено тем, что для инженера всякий объект, относительно которого стоит техническая задача, рассматривается, с одной стороны, как явление природы, естественный объект, подчиняющийся природным закономерностям, а с другой - как орудие, механизм, машина, сооружение, которое необходимо построить искусственным путем. Инженер в своей деятельности имеет дело с описанием двух разных типов объектов: идеальных и технических. Инженер, таким образом, опирается и на науку, из которой он черпает знания о естественных процессах, и на существующую технику, где он заимствует знания о материалах, конструкциях, их технических свойствах, способах изготовления и т.д. Отсюда следует вывод, что инженерная деятельность - это и не чисто научное познание, и не просто техническое конструирование, это особая сфера творчества, органично сочетающая в себе и первое и второе.
Смысл и назначение инженерной деятельности - созидать культурные ценности, отвечающие жизненным интересам людей. То есть инженерная идея и деятельность по ее выработке всегда должна учитывать потребности человека, которым должна удовлетворять созидаемая вещь. В этом смысле научная деятельность, как правило, отличается от инженерной, так как ставит задачу получения научной истины, которая безотносительна к человеческим интересам.
Мы восхищаемся достижениями науки, но легко забываем о тех, кто напрямую меняет наши жизни - изобретателях и инженерах. Искусство инженера состоит в том, чтобы быть незаметным: обычно мы вспоминаем о нём только когда что-то сломалось или пошло не так.
Именно люди с инженерным мышлением проектируют нашу сегодняшнюю повседневность. Всё технологическое окружение - от транспортных систем до медицинского оборудования и интернет-сервисов - создано благодаря применению методов инженерного мышления.
Инженер отличается от учёного тем, что его деятельность направлена на решение конкретных задач, поскольку ему приходится иметь дело с огромным количеством ограничений и компромиссов.
Если для Галилея или Ньютона баллистика была «математическим спортзалом», в котором можно было оттачивать способы описания действительности, то для инженеров математика имеет значение лишь как способ ответить на вполне практические вопросы: как избавиться от дорожных заторов? Как отслеживать движение поездов? Как ускорить доставку почты, не повышая затраты на её обслуживание?
Публикуем отрывок из книги «Думай как инженер. Как превращать проблемы в возможности» Гуру Мадхаван, предназначенную «для всех, кто хочет мыслить системно и находить решения самых сложных и комплексных проблем».
В основе прикладного склада ума лежит то, что я называю модульным системным мышлением. Это не какой-то сверхталант, а сочетание методов и принципов. Мышление на уровне систем - не просто систематический подход; здесь большее значение имеет понимание того, что в жизненных перипетиях нет ничего постоянного и всё взаимосвязано. Отношения между модулями какой-либо системы порождают целое, которое невозможно понять путем анализа его составных частей.
Например, один из конкретных методов в модульном системном мышлении включает функциональное сочетание деконструктивизма (разделение крупной системы на модули) и реконструкционизма (сведение этих модулей воедино). При этом главная задача - определить сильные и слабые звенья (как эти модули работают, не работают или могли бы работать) и применить эти знания для достижения полезных результатов.
Связанная с этим концепция проектирования, используемая в особенности инженерами-программистами, - это пошаговое приближение . Каждое последующее изменение, вносимое ими в продукт или услугу, неизбежно способствует улучшению результата или разработке альтернативных решений.
Тут применяется стратегия проектирования «сверху вниз» (её ещё можно назвать «разделяй и властвуй»), при которой каждая подзадача выполняется отдельно в ходе продвижения к конечной цели. Противоположный подход - проектирование «снизу вверх», когда составляющие снова собираются вместе.
Рут Дэвид, эксперт по национальной безопасности и бывший заместитель директора по вопросам науки и технологий в ЦРУ, формулирует этот вопрос так:
Инженерия - синоним не только системного мышления, но и построения систем. Это умение всесторонне анализировать проблему. Нужно не только разбираться в элементах и их взаимозависимости, но и в полной мере понимать их совокупность и её смысл.
Это одна из причин, почему инженерное мышление оказывается полезным во многих сферах жизни общества и эффективно как для отдельных людей, так и для групп. Модульное системное мышление варьируется в зависимости от обстоятельств, поскольку не существует одного общепризнанного «инженерного метода».
Проявления инженерии весьма многообразны - от испытаний мячей в аэродинамической трубе для чемпионата мира по футболу до создания ракеты, способной сбить другую ракету в полёте. Методы могут разниться даже в пределах одной отрасли. Проектирование такого изделия, как турбовентиляторный двигатель, отличается от сборки такой мегасистемы, как воздушное судно, и, продолжая эту мысль, - от формирования системы систем, например сети воздушных путей сообщения. Окружающая нас действительность меняется, а с ней - и характер инженерии.
Если сравнивать нашу культуру с компьютером, то инженерия представляет собой её «аппаратное обеспечение».
Но инженерия к тому же - ещё и надежный двигатель экономического роста. Например, в США, по недавним оценкам, инженеры составляют менее 4% от общей численности населения, но при этом помогают создавать рабочие места для остальных. Следует признать, что некоторые технические новинки вообще отобрали у людей работу, которой те раньше зарабатывали себе на жизнь; тем не менее, инженерные инновации постоянно открывают новые возможности и пути развития.
У инженерного мышления есть три основных свойства. Первое - способность «увидеть» структуру там, где её нет. Наш мир - от хайку до высотных зданий - основан на структурах. И подобно тому, как талантливый композитор «слышит» звуки до того, как запишет их в виде нот, грамотный инженер способен визуализировать и воплотить структуры с помощью сочетания правил, моделей и интуиции. Инженерное мышление тяготеет к той части айсберга, которая находится под водой, а не над её поверхностью. Важно не только то, что заметно; невидимое тоже имеет значение.
В ходе структурированного процесса мышления на уровне систем нужно учитывать, как связаны элементы системы по логике, во времени, последовательности, функциям, а также в каких условиях они работают и не работают. Историку можно применять подобную структурную логику через десятилетия после произошедшего события, а инженеру нужно делать это превентивно, о чём бы ни шла речь - мельчайших деталях или абстракциях высокого уровня.
Именно это - одна из основных причин, почему инженеры создают модели: чтобы можно было проводить структурированные обсуждения, исходя из реальности. И, представляя себе какую-либо структуру, принципиально важно обладать достаточной рассудительностью, чтобы понять, когда она имеет ценность, а когда - нет.
Рассмотрим, к примеру, следующий вопросник, автор которого - Джордж Хайлмайер, бывший директор Управления перспективных исследований и разработок Министерства обороны США, а также один из создателей жидкокристаллических дисплеев, ставших частью сегодняшних технологий воспроизведения изображений. Его подход к новаторству заключается в использовании списка контрольных вопросов, что приемлемо для проекта с чётко определенными целями и клиентами.
Что вы пытаетесь сделать? Чётко сформулируйте свои цели, полностью исключив жаргон.
Как это реализуется сегодня и каков диапазон возможных ограничений?
Что нового в вашем подходе и почему вы считаете, что он будет успешным?
Для кого это имеет значение? Если вы достигнете успеха, на что он повлияет?
Каковы ваши риски и выгоды?
Во сколько это обойдется? Сколько времени на это уйдет?
Какие промежуточные и итоговые проверки нужно провести, чтобы узнать, добились ли вы успеха?
По сути, такая структура помогает задавать нужные вопросы в логическом порядке.
Второе свойство инженерного мышления - это способность эффективно проектировать в условиях ограничений. В реальном мире они присутствуют всегда и определяют потенциальный успех или провал нашей деятельности. Учитывая свойственный инженерии практический характер, затруднений и напряжения в ней гораздо больше по сравнению с другими профессиями. Ограничения любого происхождения - налагаемые природой или людьми - не позволяют инженерам ждать, пока все явления будут в полной мере объяснены и поняты.
Предполагается, что инженеры должны добиваться максимально возможных результатов в имеющихся условиях. Но, даже если ограничений нет, грамотные инженеры знают, как применять ограничения для достижения своих целей. Временны́е ограничения стимулируют креативность и находчивость инженеров. Финансовые трудности и явные физические ограничения, зависящие от законов природы, также широко распространены наряду с таким непредсказуемым ограничением, как поведение людей.
Инженерам нужно постоянно соотносить свои проекты с существующим контекстом и даже изменениями, которые могут произойти в будущем.
«Вообразите ситуацию, в которой каждая очередная версия Macintosh Operating System или Windows представляла бы собой совершенно новую операционную систему, разработанную “с нуля”. Это парализовало бы сферу использования персональных компьютеров», - указывают Оливье де Век и его коллеги-исследователи из Массачусетского технологического института.
Инженеры часто дорабатывают свои программные продукты, поступательно учитывая предпочтения клиентов и нужды бизнеса, - а ведь это не что иное, как ограничения. «Изменения, которые поначалу кажутся незначительными, часто приводят к необходимости других изменений, а те, в свою очередь, обусловливают дальнейшие изменения... Нужно умудриться сделать так, чтобы старое продолжало работать, и при этом создавать нечто новое». Этим затруднениям нет конца.
Третье свойство инженерного мышления сопряжено с компромиссами - умением давать продуманные оценки решениям и альтернативам. Инженеры определяют приоритеты в проектировании и распределяют ресурсы, выискивая менее важные цели среди более весомых. Например, при проектировании самолетов типичным компромиссом может стать сбалансированность затрат, веса, размаха крыла и габаритов туалета в рамках ограничений, которые налагаются конкретными требованиями к летно-техническим характеристикам. Трудности такого выбора относятся даже к вопросу о том, нравится ли пассажирам самолет, в котором они летят.
Если ограничения можно сравнить с хождением по канату, то компромиссы напоминают ситуацию из басни про лебедя, щуку и рака.
Идёт борьба между тем, что имеется в распоряжении; тем, что возможно; тем, что желательно, и допустимыми пределами.
Пусть наука, философия и религия стремятся к правде в том виде, в котором она им представляется; инженерия же находится в центре обеспечения полезности в условиях ограничений. Структура, ограничения и компромиссы - вот «три кита» инженерного мышления. Для инженера они имеют такое же значение, как для музыканта - такт, темп и ритм.
Инженерная профессия и деятельность требуют от неё субъектов, технических специалистов соответствующей подготовки, определённых способностей и творческого мышления. В этой связи инженерное мышление и творчество нуждаются в своем философском осмыслении.
Инженерное мышление – это специальное, профессиональное мышление, направленное на разработку, создание и эксплуатацию новой высокопроизводительной, надёжной, безопасной и эстетической техники, на разработку и внедрение прогрессивной технологии, на повышение качества продукции и уровня организации производства.
Главное в инженерном мышлении – решение конкретных технико-технологических, производственных и организационно-управленческих проблем и задач с помощью технических средств, выдвижение и внедрение инноваций для достижения наиболее экономичных, эффективных и качественных результатов, а также для гуманизации производства и труда, техники и технологии.
В.Г.Горохов считает, что на протяжении веков сформировались три основные особенности инженерного мышления – художественная, практическая (или технологическая) и научная. Он справедливо подчеркивает, что современное инженерное мышление глубоко научно .
А.И.Ракитов, выявивший признаки, отличающие развитое инженерное мышление от прединженерного мышления, пришёл к выводу, что инженерное мышление формируется на машинной основе, как мышление по поводу конструирования, создания машин; оно рационально, выражается в общедоступной форме, имеет тенденцию к формализации и стандартизации, опирается не только на экспериментальную базу, но и на теорию, систематично формируется профессиональными инженерными дисциплинами, экономической рентабельностью. Наконец, инженерное мышление имеет тенденцию к универсализации и распространению на все сферы человеческой жизни .
В структуру инженерного мышления входят рациональный, чувственно-эмоциональный и аксиологический элементы, память, воображение, фантазии, способности, профессиональное самосознание и пр.
Понятно, что рациональную, теоретическую и методологическую его основу составляют знания прежде всего технические, технологические, естественно-научные, инженерные, однако сейчас всё большее и большее место в нём занимают и социально-гуманитарные знания.
Хотелось бы здесь особое внимание обратить на технические способности, которые позволяют инженеру добиться значительных успехов в своей деятельности.
Технические способности – сочетание индивидуально - психологических свойств, которые дают возможность инженеру при благоприятных условиях сравнительно легко и быстро усвоить систему конструкторско-технологических знаний, умений, то есть овладеть одной или несколькими техническими профессиями и добиться значительных успехов в них. Главными компонентами технических способностей, в том числе и инженерных, являются: склонность к технике, технологии и инженерному делу, к техническому творчеству, техническому мышлению; наличие пространственного воображения; техническая наблюдательность, ярко выраженные зрительная и моторная память, точность глазомера; ручная умелость (ловкость) и др.
Инженерное творчество имеет свою специфику, выходит за рамки сугубо технического мышления, которому чаще всего присущи узкий прагматизм, технократизм, асоциальность, а порой и дегуманизированность.
Инженерное творчество – это свободная неалгоритмированная деятельность, которая совершенствует старую технику и технологию и создаёт новые технические и технологические средства, обладающие производственной и социальной значимостью, а также предлагает новые, более прогрессивные формы организации труда и производства.
Надо заметить, что в инженерно-техническом творчестве процесс создания нового технического объекта идёт не от научной идеи к технике, а от технической идеи к техническому решению, а от него – к новому техническому объекту .
В инженерно-техническом творчестве часто выделяют пять этапов.
Первый этап - создание нового технического объекта, формирование проблемной ситуации с одновременным аналитическим осмыслением её структуры субъектом творчества (отражение технической потребности, осознание необходимости нового и недостатков старого, раскрытие конкретных технических противоречий и формулировка технических задач с определённой структурой).
Второй этап - рождение и вынашивание новой технической идеи (нового принципа, новой трансформации и др.).
Третий этап - разработка «идеальной модели», функциональной и структурной схемы будущего технического объекта («идея - образ»).
Четвертый этап - конструирование. Переход от мысленного построения к реальным разработкам - качественный скачок. Поиск реальных форм воплощения нового качества - это создание нового в специфике конкретных условий. С этого этапа идет разрешение противоречий между идеальным и материальным, между теорией и практикой.
Пятый этап - предметное и относительно завершённое воплощение изобретения, усовершенствование или приспособление в новом техническом объекте. Он складывается из трех основных стадий: создание экспериментального образца - испытание в экспериментальных условиях - доработка и изменение на основе данных эксперимента; создание промышленного образца - ограничение производственных условий - доработка на основе полученных данных; серийное или массовое производство - применение в многообразных промышленных условиях - доработка путем устранения недостатков функционирования новых технических средств в разнообразных условиях .
Другими словами, инженерно-техническое творчество выступает как единство экспериментального и теоретического поиска решения технико-технологических проблем и задач.
В.П.Булатов и Е.А.Шаповалов в инженерной деятельности выделяют несколько иные крупные этапы .
Перечислим основные инженерные операции, составляющие в совокупности пять этапов, элементов структуры инженерной деятельности.
На этапе определения потребности инженер составляет представление о ней, формулирует конечную цель деятельности в наиболее общем виде и конкретизирует эту цель путем целеполагания отдельных технических характеристик создаваемого объекта.
На этапе выработки и принятия решения осуществляются его информационная подготовка, выработка вариантов и нахождение оптимального среди них. Истинность найденного решения подвергается проверке путем теоретического анализа, а после изготовления макета или опытного образца – анализом практических результатов комплекса экспериментов над ним. Затем решение принимается инженером. Для того чтобы оно было принято обществом, и технический объект запущен в производство, необходимо еще доказать целесообразность данного решения. Этим заканчивается рассматриваемый этап процесса инженерной деятельности.
На этапе подготовки производства составляется вся техническая документация, необходимая для изготовления технического объекта, а именно, проект и его экономическое, социальное, экологическое и другие обоснования.
На этапе регулирования производства инженерная деятельность связана с функцией технического управления, обеспечения взаимодействия людей и техники в процессе изготовления технического объекта. Как известно, функция управления производством относится в большей степени к экономической, хозяйственной деятельности. Инженер не подменяет хозяйственного руководителя, но в то же время участвует в решении экономических вопросов производства. Этот этап инженерной деятельности – ключевой и очень важен для общества. Именно здесь расходуются людские, материальные, финансовые ресурсы, и общество вправе ожидать высокого конечного результата производства. В материальном производстве как основе жизнедеятельности общества соединяются все виды социальной деятельности, в том числе и инженерная.
На этапе удовлетворения технической потребности инженерная деятельность связана с управлением процессом использования техники. Здесь не только проверяется качество инженерных решений, но и обнаруживаются новые технические потребности. Они составляют исходные данные для повторения цикла инженерной деятельности.
Таковы функции элементов структуры инженерной деятельности. Каждый из них определяет крупные виды разделения труда внутри инженерной профессии. Поэтому структура инженерной профессии в общем виде совпадает с внутренней структурой инженерной деятельности.
Структура инженерной профессии сложна и многообразна. Она детерминируется не только внутренними факторами инженерной деятельности, но и внешними (общественным разделением труда, состоянием технического базиса общества, научно-технической политикой государства, материально-техническим и финансовым обеспечением инженерной деятельности и др.).
Функции профессиональной деятельности инженера, содержание его труда определяются структурой инженерной деятельности. Назовем этот структурный срез инженерной профессии общей структурой, так как количество её элементов не зависит от конкретной технической потребности. Общая структура инженерной профессии состоит из пяти последовательно соединенных элементов, симметричных пяти этапам структуры инженерной деятельности. Это следующие элементы или крупные блоки инженерной профессии: общее проектирование, инженерные исследования и разработки, проектирование и конструирование, производство и строительство, эксплуатация.
Отраслевая структура инженерной профессии основана на общественном разделении труда, определяющем место профессиональной деятельности инженера в народном хозяйстве: отрасль промышленности, строительство, сельское хозяйство, транспорт, наука, здравоохранение, сфера обслуживания и т.п. Технический базис общества определяет структуру инженерных специальностей через конкретный вид техники, на который направлена деятельность инженера, - механическая, измерительная, медицинская, транспортная, бытовая техника, электрические установки, строительные конструкции и т.п.
Исключительно важным результатом инженерно-технического творчества является изобретение. Изобретение – продукт творческой деятельности, в котором на основе научных знаний и технических достижений создаются новые принципы, действия или контролирование технических систем, их отдельных компонентов. Если научное открытие выступает приращением нового знания к существующему, то изобретение является приложением этого знания с целью его практического использования].
Понятно, что речь здесь идет о подлинных, а не мнимых инженерах.
Инженеры, чтобы соответствовать своему центральному месту в современном производстве и по-настоящему профессионально выполнять свои функции, должны иметь творческое мышление и заниматься инновационной деятельностью.
Для повышения творческой активности инженеров предусмотрено их участие в научно - технических конференциях, на которых обсуждаются вопросы состояния и перспективы развития производства, науки, техники, технологии и инженерного дела на современном этапе. Ещё необходимо повысить эффективность работы по организации рационализаторской и изобретательской деятельности, создавать совет молодых специалистов и учёных и др.
В этой связи уместно подчеркнуть, что научно-техническое творчество студентов, целенаправленно организованное в техническом вузе, является важным средством формирования у будущих инженеров творческого мышления, навыков и умений для осуществления инновационной деятельности, для решения сложных технико-технологических, инженерных и производственных проблем и задач в будущей их профессиональной деятельности. Положительный опыт в организации и осуществлении научно-технического творчества студентов имеется у таких уфимских вузов, как УГАТУ и УГНТУ.
Такова самая общая характеристика инженерного мышления и творчества.
И солнце ярче светит,
И веселей пейзаж,
Когда в желудок хлещет
C2 H5 OH.
(Народный фольклор)
Шла пятая неделя автономки. Запасы взятого с собой спиртного закончились. Имеется в виду то, что было припасено нелегально – водка, коньяк и спирт. В пятом отсеке собрался консилиум – помощник командира, механик и минёр. На повестке дня стояло три вопроса. Первый: ЧТО пить будем? Поскольку иных предложений не поступило, решили употребить спирт. На второй вопрос повестки дня - ГДЕ взять искомое - после непродолжительных прений наложили резолюцию: где же ещё, как не у командира ПЛ в сейфе! Третий вопрос оказался самым трудным: КАК? Потому что когда каюта командира открыта, там всегда находится его тело, а когда командира там нет, каюта почему-то бывает заперта. После обмена мнениями высокое собрание постановило: экспроприировать у кэпа литр спирта, убедив его в необходимости выдать указанное количество продукта. Осталось выяснить, кто из троих пойдет убеждать?
Помощник и минер переглянулись и одновременно посмотрели на механика:
Мех, придется тебе идти к кэпу. Нам он не даст, а ты сумеешь запудрить ему мозги.
Эх, вы, олухи царя небесного! Что бы вы без меня делали? – механик гордо посмотрел на товарищей. – Ладно, учитесь, бездари!
Командир, лежа в койке, читал умную книжку – «МППСС-72», когда его отвлек легкий стук в дверь каюты.
Да, войдите, - разрешил он.
Товарищ командир, разрешите доложить, - открыл дверь механик. – Засорились форсунки в третьем дизеле, необходимо прочистить, а то дизель встанет.
Так серьезно, Геннадий Петрович? – Механик молча кивнул. - Какая помощь нужна от меня?
От вас, Василий Андреевич, нужна самая малость – литр спирта.
Спирт для форсунок? – удивился командир.
Конечно, товарищ командир. – Механик даже глазом не моргнул, невинно глядя на командира. – Если сомневаетесь, пойдемте со мной, я при вас проведу «операцию».
Командир, конечно, доверял механику, но, видимо из любопытства, решил воспользоваться приглашением и посмотреть, как промываются форсунки. Открыв волшебный сейф, он нацедил из канистры две пол-литровых бутылки и вручил их механику:
Ну что ж, пошли, Геннадий Петрович.
В пятом отсеке командир уселся на крышку дизеля и стал наблюдать, как командир БЧ-5, держа в руках какую-то масляную железяку, поливает ее спиртом. Эту же картину наблюдали и минер с помощником командира, только взгляды у них были недоуменные. Спирт лился рекой, смывая с железки масло и, окрашенный в черный цвет, сливался водопадом на палубу, а оттуда через шпигаты – в трюм. Очень скоро спирт закончился, и удовлетворенный командир (весь спирт пошел на дело!) ушел к себе в каюту. Минер с помощником молча смотрели на командира БЧ-5, и взгляды их не предвещали ничего хорошего.
Я просто читаю вопрос по вашим лицам, - с ухмылкой произнес механик, обтирая руки ветошью.
Ну, так отвечай, если прочитал, - нетерпеливо поерзал на дизеле минер.
Механик отвечать не стал, а только пару раз сильно топнул ногой по палубе. Тут же рядом с ним открылся лючок в трюм и перед офицерами предстал моторист с обрезом в руках. На флоте обрез – это не оружие лесных братьев и бандитов. Если взять обыкновенное ведро и разрезать его поперек, получится тазик, или, как говорят на флоте, обрез. Вот с таким обрезом и появился из трюма матрос (как чертёнок из бутылки). А в обрезе плескался …спирт. Но видели бы вы эту гадость!
Мех, мы что, ЭТО будем пить? – помощник командира заглянул в обрез и брезгливо ткнул пальцем в черную жидкость.
Спокойно, мужики! – механик снисходительно посмотрел на товарищей. – Как говорил Карлсон, «спокойствие, только спокойствие!», никто вас не собирается травить. Инженерная мысль работает!
С этими словами командир БЧ-5 открыл один из шкафчиков под подволоком и достал оттуда обыкновенный фильтрующий противогаз. Отвернув от него фильтр, он поставил его на припасенную заранее литровую банку и водрузил сверху воронку.
Держите конструкцию, господа, - через минуту грязный спирт, просочившись через противогазный фильтр, стек в банку. – Пожалте, мистеры, к столу, вскипело! Хотя, для контроля, профильтруем еще разок.
Мех повторил процедуру. Наконец, все было готово. В банке плескался чистый, как слеза, спирт. Правда, его стало меньше литра, но, с учетом числа участников «брифинга», этого количества должно было хватить с избытком.
Механик сложил использованные фильтры в пакет и вручил его вахтенному:
Аккуратненько выбросить за борт вместе с мусором из отсека.
Матрос резво схватил пакет и исчез.
Ну, что, вот теперь прошу ко мне в каюту, - механик шутливо поклонился приятелям.
Те, громко восхищаясь сообразительностью товарища, пошли следом за ним в четвертый отсек, где и «уговорили» баночку.
На этом можно было бы и закончить историю об инженерной мысли, но в скором времени она получила неожиданное продолжение. Спустя пару дней после описанных событий замполит, проверяя ночную вахту на лодке, обнаружил в пятом отсеке пьяного моториста. Матрос был наказан, проведена воспитательная работа с личным составом о вреде пьянства, особенно на вахте, но в пятом отсеке почему-то регулярно стали находить пьяных мотористов. Причем в одно и то же время – перед сменой вахты в четыре часа утра. Пытались отслеживать, провели несколько «шмонов» в отсеке, контролировали раздачу вина на обед и т.д., - ничего не помогало. Два-три моториста регулярно стали меняться с вахты в нетрезвом виде. В течение недели оставалось загадкой, ГДЕ бойцы брали спиртное? Наконец, совершенно случайно, командир моторной группы обнаружил, ГДЕ: тот матрос, которому поручили выбросить за борт испорченные грязным спиртом противогазные фильтры, приказание выполнил своеобразно - он спрятал фильтры, предварительно заткнув их с обеих сторон пробками. Спрятаны они были тоже грамотно: их прикрутили обратно к противогазам и просто поставили на штатные места в шкафчики под подволоком. Теперь ежедневно под утро, перед сменой вахты, все желающие могли слегка расслабиться: надевается такой «заряженный» противогаз на морду, делается пара-другая глубоких вдохов (как никак, в фильтре-то – чистый спирт!), и все – клиент моментально доходит до нужной кондиции!
Оказывается, инженерная мысль работает не только у офицеров с высшим образованием, но и у матросов с далеко не полным средним…