Акционерное общество

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Прогноз развития методов инженерного творчества до 2067 года

Москва — 2016
Капустян В.М.
ФОРСАЙТ — Прогноз развития методов инженерного творчества до 2067 года

Отдёргивая завесу будущего

Аннотация
В работе [1] нами предложена новая концепция работы с альтернативами, отличающаяся от известных тем, что в ней достигается исключительно большое комбинаторное сжатие фактографических данных. Разработаны принципиально новые системно-морфологические методы оптимизации и общая логическая схема принятия решений в конструировании.

В целом новые комбинаторные методы формирования решений представляют собой самостоятельное направление в теории и практике управления и конструирования, названное в книге системно-морфологическим подходом. В частности, изложены основы нового «математического аппарата поэшелонных расчётов», применяемого для решения задач оптимизации в конструировании.

Книга рассчитана на конструкторов новой техники, необходима специалистам различных отраслей машиностроения и приборостроения, научным работникам, специализирующимся в области теории принятия решений при конструировании, аспирантам и студентам старших курсов вузов. Она может служить учебным пособием при повышении квалификации инженерно-технических работников.

Предисловие

Всё нужное — просто, всё сложное – не нужно.

М. Калашников

Наука и техника на базе фундаментальных исследований, рождающих основы инноваций, в кратчайшие сроки создаёт новые чрезвычайно сложные системы, изделия и производства. Массовое применение результатов фундаментальных исследований оказывается возможным во всех отраслях человеческой деятельности.

Цель настоящего прогноза – в перспективе описать методы конструирования новых технических систем и прорывных новых технологий. Дело в том, что в имеющейся мировой технической литературе, не считая основополагающих работ Ф. Цвикки, за истекшие с момента издания книги [1] более чем четверть века так и не появилось ни одной работы, в которой непосредственно, а не косвенно рассматривали бы работу с альтернативами в инженерном и ином творчестве.

Между тем, нормативные модели этого процесса насущно необходимы в машиностроении, архитектуре, разработке химических и биотехнологий, в эргономике и, в особенности, при разработке таких систем, как системы автоматизированного проектирования, автоматизированные рабочие места и т.п.

В книге [1] описана так называемая комбинаторная концепция конструирования, отличающаяся от известных тем, что в ней достигается большое сжатие хранимого объёма фактографических конструктивных данных. На её основе разработаны принципиально новые системно-морфологические алгоритмы оптимизации и общая логическая схема принятия решений при конструировании.

В целом комбинаторные методы формирования решений представляют собой самостоятельное направление в теории и практике конструирования. Это направление названо в книге «системно-морфологическим подходом». В книге изложены также основы простого математического аппарата поэшелонных расчётов, применяемые для решения задач оптимизации в конструировании.

Книга рассчитана на конструкторов новой техники и не является справочником, а также не содержит готовых решений по вопросам проектирования конкретных изделий. Однако в ней рассмотрен обширный комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных проблем, постоянно возникающих при конструировании новой техники.

Конкретные методики, изложенные в книге [1], будут полезны специалистам различных отраслей машиностроения и деловым людям из коммерческих структур.

Книга особенно полезна для научных работников, специализирующихся в области теории принятия решений при конструировании и проектировании, аспирантов и студентов старших курсов вузов. Она может служить учебным пособием при повышении квалификации инженерно-технических работников.

Автор с благодарностью вспоминает своего научного руководителя Поспелова Г.С., который многие годы возглавлял Секцию Прикладных Проблем АН СССР и инициировал многие начинания, в том числе, поддержал направление, развиваемое в данной книге.

Манифест Цвикки

Фритц Цвикки — своеобразный «мистер-Х» в астрономии и … машиностроении, человек — легенда. Сведений о нём нет в астрономических справочниках, хотя звёзды Хумасона-Цвикки (белые карлики) и теоретически предсказанные им квазары, пульсары и коллапсирующая материя («чёрные дыры») в справочниках представлены.

Всё, с виду, можно объяснить просто: Ф. Цвикки — участник самого секретного проекта века — «Манхеттенского проекта» по созданию ядерной бомбы. Но, кроме того, он — выдающийся общественный деятель, одинокий ночной астроном-наблюдатель, автор многих машиностроительных патентов, философ, … друг Чан-Кай-ши…

Читателю небезынтересно будет знать, что Ф. Цвикки, хотя и не включён в книгу рекордов Гиннеса, является абсолютным рекордсменом по «общей массе открытых им объектов». Подобно более знаменитому Леверье, «не выходя из кабинета», он сначала «на кончике пера» открыл, а затем в ночных бдениях лично обнаружил (с помощью слабенького шмидтовского телескопа (Ǿ100 см.)) огромное количество находящихся на расстояниях в тысячи световых лет, так называемых «карликовых галактик, галактических кластеров и межгалактических звёздных мостов», которые и составили выпущенный им и сотрудниками трёхтомный справочник с таким же названием. Сидя в Манхеттенском проекте, он один получил на своё имя около 20 патентов по ракетным двигателям и ракетным топливам (над этим в то время работали многочисленные коллективы).

Может быть, он — коллективный автор — своеобразный Бурбаки атомного проекта? Но нет, ходят слухи, что он скончался в Пасадене в 1975 году.

Но, опять же, это могут быть всего лишь слухи, вызванные нашей ссылкой в диссертационной работе [2] от 1975 г., где буквально написано: «В серии более чем 100 работ Ф. Цвикки с 1923 по 1975 год излагает основные идеи созданного им «морфологического анализа…», что и могло быть неправильно истолковано г. Корпуниным.

Находясь на базе Холломан в пустыне Аламогордо штата Нью-Мексико, Цвикки изобрёл 256 принципиально различных реактивных двигателей. Тезис о неисчерпаемости свойств материи Ф. Цвикки использует очень активно и в «рабочем порядке», разрабатывая семейство «всевозможных» космических объектов, Цвикки формулирует гипотезы о «чёрных дырах», квазарах и пульсарах (и ещё 17-ти видах объектов, которые пока не обнаружены астрономами). В другой публикации он как бы «мимоходом» разрабатывает «Основы Вселенского Космического Права»… Когда, интересно знать, оно потребуется?

Любопытно выглядят страницы издаваемого в США «Индекса научного цитирования» (Science Citation Index), который раз в квартал суммирует то, как учёные в своих трудах ссылаются друг на друга (а значит и то, насколько плодотворны и проникновенны их идеи). Здесь Цвикки, несмотря на свою «малоизвестность» в научном высшем свете, тоже – абсолютный рекордсмен.

Количество ссылок на его работы и география ссылок удивительны: во всех странах ежеквартально цитируют не менее 100 работ Цвикки, опубликованных им в период с 1923 по наши дни. Всё это занимает от одной до трёх страниц в каждом выпуске Индекса. Есть среди цитируемых и работа, описывающая установку для выработки кислорода, водорода, воды и других веществ на Луне из «местных» минералов и солнечной энергии с помощью фотолиза. Обитаемой станции ещё нет, а проект установки в наличии, … ждёт.

Не следует думать, что Ф. Цвикки — рассеянный, одинокий ночной астроном-наблюдатель, кабинетный теоретик и т.п. Нет! Когда был запущен первый искусственный спутник Земли, Цвикки в ответ на «русский вызов» немедленно и очень энергично (в течение двух недель) подготовил ракету и запустил искусственный спутник Солнца; заснял траекторию полёта новой планеты (правда весом чуть больше двух граммов), опубликовал результат. Между прочим, хотя результат превзойдён, но приоритет-то остаётся за ним.

А чего стоит его знаменитый общественный проект «Помощь научно-техническим библиотекам, пострадавшим во время Второй Мировой войны»! Нам кажется, что кроме прочего, проект носит яркий рекламный характер: показывает как при почти нулевых начальных затратах, имея хорошую голову (и методику), можно «горы своротить». Сейчас (по возрасту) Ф. Цвикки отошёл от проекта, а проект работает, доукомплектование библиотек по утраченным научно-техническим журналам продолжается. Теперь у проекта другие, молодые руководители.

Несомненно, Цвикки — выдающийся учёный, талантливый писатель, активный общественный деятель. Он ведёт обширную лекционную программу. Главный лозунг Ф. Цвикки: «Бороться с заблуждениями человеческого ума!» Он — председатель «Международного общества морфологических исследований». В вечерние и ночное время он превыше всего ценит «часы созерцания далёких галактик, поиск новых и сверхновых звёзд и вообще всего, что разыгрывается на грандиозных подмостках Вселенной».

Видимо здесь в обсерватории Паломар в часы созерцания у Цвикки возникла мысль о равноправной по сложности второй части «морфологической картины мира», то есть о человеческом интеллекте, в глубины которого ясной звёздной ночью легко опрокидывается половина видимой Вселенной, и с той же лёгкостью силой воображения присоединяется к ней вторая, невидимая. Это мир, который Дессауэр назвал «Миром внутренней переработки».

Ф. Цвикки считает, что человеческий разум заслуживает уважения как великое чудо. Следовательно, заслуживают всякого порицания заблуждения рассудка и его одурманивание. Казнь Джордано Бруно профессор до сих пор не может простить Святой Палате, как будто это был его университетский друг.

Заблуждение ума — это отнюдь не только состояние неосведомлённости. Это гораздо хуже. Заблуждения ума, по Ф. Цвикки, — это воспитанная с детства, катахрезно и специально привитая, закреплённая в повседневности, узаконенная учебниками и монографиями робость ума. Следствием этой робости является неподготовленность к решению проблем, выдвигаемых наукой, техникой, производственными системами, -всей жизнью.

Фритц Цвикки на лекции

Как тут не вспомнить слова, которые Иисус Христос (по Булгакову) просил передать Понтию Пилату: «Скажи ему, что трусость – самый страшный грех»… или «нет греха большего, чем пресечь творчество ближнего…». Когда мертвящая и грешная робость ума вступает в живую жизнь, она может натворить много бед.

Цвикки замечает, что в спектре этих проблем наблюдается смещение в сторону усложнения, масштабности и, в особенности, в том смысле, что теперь проблемы захватывают всё большие группы людей как по своим последствиям, так и по тому, какие люди и какое их число привлекается для их решения. Достаточно упомянуть проблему антропогенной дестабилизации биосферы, которая теперь касается уже всех существ, а не только людей.

И вот что замечательно. Когда Цвикки предлагает разработанные им морфологические методы как инструменты для решения этих проблем, он делает одно «тихое», ненастойчивое, но чрезвычайно важное, на наш взгляд, замечание. Это замечание о самодеятельной активности народных масс. Одной активности учёных мало; лишь высокая сознательность народных масс поможет справляться с комплексными проблемами, которые несёт с собой «век научно-технического прогресса» и он же — «век одичания» одновременно. Невиданно развитие производительных сил, но невиданны и потери чисто «человеческого».

То, что Цвикки так высоко оценивает творческую активность народных масс весьма примечательно. Это важнейший показатель, он лишний раз подчёркивает плодотворность его морфологических методов. Разумеется, отсюда не следует делать вывод о том, что любую проблему надо начинать решать морфологическими методами лишь тогда, когда она усугибится до масштаба всенародной или общечеловеческой проблемы. Не надо забывать и о «не запаздывающей рефлексии» и превентивным мерам, которые не всегда требуют вмешательства общественности.

Допустим на минуту, что результаты, полученные Цвикки, не являются прямым следствием применения изобретённых им методов. Ведь бывает же так, что замечательные результаты получают какими-то неявными методами, но совершенно искренне заблуждаясь, считают, что при этом «работали» совсем другие методы.

Проводя довольно далёкую аналогию, мы можем заметить, что существует более сотни различных вокальных школ, каждая из которых в своих основополагающих установках противоречит сразу нескольким другим. Но выдающийся певец есть певец, независимо от исповедуемой школы.

Таким образом возникает вопрос об адекватности предъявленных Цвикки методов полученным с их помощью результатам. В самом деле, пройдя «школу Цвикки» и усвоив его методы, сможем ли мы «петь морфологически» так же хорошо, как он?

Если даже оставаться до конца на столь «недружелюбной» и пристрастной позиции, то можно отметить следующий большой и, несомненно, новый результат, который невозможно обесценить никакими подозрениями. Этот результат — практически впервые описанная правильная работа с альтернативами в ходе (научно-технического) творчества.

Новое открытие или изобретение — это всегда одна или более новых альтернатив для конструирования, которыми мы раньше не располагали. Конструирование здесь следует понимать в предельно широком смысле: от конструирования электронного чипа, до конструирования международной организации.

Если эти новые альтернативы или комбинации альтернатив являются изобретениями, их авторам, как принято почти во всех странах мира, выдают дипломы, патенты, авторские свидетельства. К сожалению большинство этих альтернатив-изобретений лежат затем на полках, не взаимодействуя друг с другом, пока некий изобретатель не ознакомится с ними, объединит их в своей голове и придумает в рамках своей интуиции какой-нибудь их новый «комплекс». Ф. Цвикки первым из исследователей построил информационные знаковые модели с «принудительно» взаимодействующими альтернативами.

Он строит модели сразу целых семейств машин, механизмов, явлений и считает, что при решении проблем ни одним членом этого семейства нельзя пренебречь заранее. Он считает, что невозможно дать определение, например, тому, что такое насос, но можно составить целостное представление о всём семействе насосов в виде интегративного взгляда на совокупность альтернатив выполнения их отдельных узлов и блоков на всех уровнях членения. То есть ответ будет не на вопрос «Что есть Х», а на вопрос «Какие они — Х — бывают и в чём истоки их разнообразия».

Это неожиданно перекликается с идеями коннотативной семантики Р. Барта и с его настойчивыми предложениями работать с множественными, а не только классическими текстами [3].

В самом деле, как можно давать определения, например, самолётного крыла, рассматривая его «сквозь призму альтернатив», но один раз находясь «на позициях» 1920 года, а второй раз — на позициях 1976-го года? Это же будут два совершенно разных определения. Например, в 1920 году просто не существовало ничего из области «механизации крыла». Так стоит ли гоняться за ускользающим смыслом дефиниций непокорных понятий и терминов? Не лучше ли заниматься самими альтернативами и делать это правильно? Просто нужна правильная работа с альтернативами.

Такой взгляд Цвикки называет интегрально-инженерным. Сейчас подобный подход известен под именем «системного подхода». На наш взгляд целесообразно говорить о «системно-морфологическом анализе и синтезе» как весьма плодотворной методологии исследования и конструирования систем.

Сам Ф. Цвикки так определяет сущность системно-морфологического подхода: «Морфологическое исследование есть целостное исследование, которое непредвзято выводит все решения данной проблемы. Глобальная же цель морфологических исследований — дать панораму общей структуры всех областей знания.

Этими областями могут быть материальные объекты, явления, отношения, концепции, теории. Равный интерес ко всем объектам морфологического исследования, решительная ликвидация всех преждевременных ограничений и оценок, максимально точная формулировка решаемой проблемы — это отправные точки морфологического исследования.»[4]

Себя и других инженеров, владеющих этим методом, он называет «морфологами». Морфологи, по словам Цвикки, — это «специалисты по невозможностям», логика их мышления основывается не только на умении «перечислять и распознавать во времени и пространстве равенство, сходство, порядок, совпадение, неравенстов, различие, разнобой …»

В книге [4] Цвикки пишет: «Морфолог работает с учётом идеи континуальности всех вещей, всех феноменов и всех умозрительных представлений. Для морфолога привычна точка зрения всеобщего взаимодействия и зависимости вещей в исходном пункте исследования. Для морфолога ничто не может быть несущественным с самого начала…»

Знакомство с результатами творческой жизни Ф. Цвикки неизбежно приводит к заключению, что все они получены одним и тем же подходом с применением восьми изобретенных и описанных им оригинальных обособленных инструментальных морфологических методов творчества.

Таким образом, следует заключить, что идеи Ф. Цвикки, а не только его личные запатентованные результаты, весьма интересны и до сих пор актуальны. Особую ценность им придаёт принципиальная ориентация автора на естественные науки и машиностроение.

Это области, которые по своей сущности наиболее подготовлены самой историей, наиболее «формализованы». Альтернативы в них потому легко обособляются, что они стандартизованы, имеют чётки текстовые, понятийные и графические описания … короче, — они уже самим развитием этих областей хорошо структурированы. Для распознания новых альтернатив здесь действуют общепризнанные культурные своды правил.

Достаточно вспомнить правила определения авторства на открытие или же патентоведение с его неизменной фразой …, отличающийся тем, что… в любой патентной формуле. Именно эта исторически сложившаяся чёткость машиностроения позволяет надеяться на то, что идеи и методы Ф. Цвикки будут весьма полезны для теории и практики принятия решений при разработке новой техники и, в частности, для бурно развивающегося в последнее время направления, обозначенного как «автоматизация проектирования».

Опираясь на идеи Ф. Цвикки, необходимо делать попытки описать и составить технологию правильной работы с альтернативами в ходе научно-технического творчества.

Список литературы

1. Капустян В.М. Махотенко Ю.А. Конструктору о конструировании атомной техники. М. Атомиздат, — 1981.- 190с.
2. Капустян В.М. Комбинаторные структуры данных для принятия решений при разработке новой техники. г. Долгопрудный, МФТИ, 1975. — 153с.
3. Барт Р. S/Z. М.:, Эдиториал УРСС, 2001.-232с.
4. Zwicky F. Entdecken, Erfinden, Forschen im Morphologischen Weltbild. Munich-Zurich-Knaur — 1966

ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Многообразие форм живой материи продолжает удивлять человечество по мере того, как открывают всё новые виды живых существ (около пяти видов в день!). Однако известно, что это многообразие основывается на сравнительно небольшом генетическом фонде, возможности которого мобилизуются и реализуются на уровне клетки принципиально одинаково во всех живых существах. Через клеточный генетический фонд мы получаем информацию о живом в целом

В мире индустрии тоже происходит гигантский прирост многообразия форм — это машины, приборы, аппараты и процессы в сфере производства и потребления. Ежегодно регистрируются сотни тысяч изобретений, с внедрением которых появляются модификации машин, а иногда и целые новые отрасли техники и технологии.

Вследствие применения в машиностроении всё новых и новых физических процессов и конструктивных решений картина общего технологического прогресса удручающе усложняется и для восприятия становится фрагментарной. Всё труднее становится обозревать мир индустрии в целом и различать в нём чёткие тенденции развития. Это сказывается на эффективности передачи опыта, общеобразовательном и специальном обучении, процессах разработки новой техники, патентно-лицензионной политике и т.п.

В связи с этим возникает невольный вопрос: нельзя ли так же, как и в случае с животным миром и генетикой, получить целостное представление о мире техники через некоторую «техногенетику» и простой исходный «техногенофонд»?

Речь, таким образом, идёт о том, чтобы научиться обнаруживать и выделять некоторое множество сравнительно простых факторов и признаков, определяющих всё многообразие техники в отдельной отрасли.

Очевидно, что многообразие средств техники растёт монотонно с ростом множества различных по природе и интенсивности физических процессов и превращений, которые конструкторы уже могут предусмотреть и вызвать в материале создаваемой конструкции.

Это множество, в свою очередь, хотя бы чисто внешне, расширяется по мере того, как расширяются интервалы достижимых физических параметров материалов. Так существенными являются интервалы давлений, температур, концентраций примесей (от грубо дозируемых до легирующих концентраций в высокочистых материалах), термической прочности, упругости, регулируемых перемещений (от микро- до макроскопических), скоростей перемещения, электромагнитного излучения, теплопроводности, вязкости и т.п.

С расширением интервалов освоенных значений растёт множество эффектов, которые используются, работают в машинах: сверхпроводимость, эффект Беккереля, закон Ома, эффект Гаусса, закон Капицы, эффект Молтера, эффект Дембера, явление Бенедикса и т.п.

Можно было бы, конечно, характеризовать каждую конкретную машину списком эффектов, которые в ней предусмотрены и играют существенную роль в функциональном цикле. В принципе это нетрудно сделать, однако полезность подобной «классификации» будет чисто умозрительной, познавательной.

Можно ведь хорошо понимать, как работает машина, и не знать основ конструирования новых машин. Можно ведь проследить всю физико-техническую историю, указывая, какие интервалы параметров и эффекты принимались во внимание в тот или иной период физико-технического творчества, но это ничего не даст для понимания законов и основ творчества.

Хотя характеристика техники с помощью интервалов достижимых параметров и эффектов чрезвычайно проста и привлекательна, необходим другой подход, который вскрыл бы истоки разнообразия техники в конструктивном плане, позволил бы эффективно использовать эти истоки, применять их на практике без затруднения. Необходимо дать представление «техногенофонда», с которым мог бы работать любой конструктор.

К. Маркс в I томе «Капитала» [1] приводит следующие слова Пьетро Верри: «Все явления Вселенной, созданы ли они рукой человека или же всеобщими законами природы, не дают нам идеи о действительном сотворении материи, а дают лишь идею о её видоизменении. Соединение и разделение — вот единственные элементы, которые обнаруживает человеческий разум… когда земля, вода и воздух превращаются на поле в растение, или когда под рукой человека клейкие выделения насекомых превращаются в шёлк, или отдельные куски металла соединяются вместе и образуют часовой механизм»

К этому можно добавить разве что ещё транспортировку частей в «зону сборки» и из «зоны разборки».

Наблюдая творчество конструкторов и многочисленные итоговые документы и изделия, легко увидеть множество уровней преобразования материи (о которых упоминает К. Маркс, цитируя Пьетро Верри), разделённых большой дистанцией иерархии: от общих схем компоновки машин до вариантов материального состава мельчайших деталей изделия.

Эта иерархия была справедлива и в «доатомную эпоху» развития техники, когда в распоряжении конструкторов имелись все альтернативы строению на всех уровнях. С открытием ядерных превращений в эту схему добавилось огромное число микро-уровней. В результате центр внимания в конструировании сместился на структуры материалов вплоть до мельчайших «деталей» — отдельных атомов, их ядер и элементарных частиц.

Именно атомное машиностроение, приборостроение и ядерная технология дали примеры всестороннего учёта факторов при конструировании, когда ни одним признаком или процессом невозможно пренебречь заранее, игнорировать его в надежде на заведомо незначительные эффекты и последствия недоучёта.

Ядерные превращения, изотопы и химия дали громадный толчок в развитии других областей техники и технологии.

В первую очередь появились инструментально-измерительные схемы, которые были принципиально невозможны ранее, затем — новые процессы в химической и биотехнологии. Можно сказать, что ядерная физика единовременно дала технике столь большое приращение техногенетического фонда, что оно ещё только начинает осваиваться и осознаваться.

Ситуацию можно пояснить аналогией: добавление новых ярусов конструирования и выбора с приходом в машиностроение ядерных превращений как бы создало критическую массу новых конструктивных знаний, так что в настоящее время наблюдается первая фаза в развитии цепной реакции «взрыва в конструировании». Основные результаты и последствия появятся в будущем [2-9].

Гигантский прирост многообразия форм и возможностей, происшедший с появлением ядерной физики и технологии, подсказывает подходы к оформлению упомянутого техногенофонда.

Во-первых, ярко выраженное многообразие эффектов и форм заставляет ограничивать задачу, сужать её. Ясно, что необходимо разграничивать рассмотрение рамками семейств функционально-родственных систем. В самом деле, биологическая генетика изучает общие принципы наследования признаков и проверяет конкретные механизмы наследственности на представителях популяции отдельных биологических видов.

Во-вторых, такой техногенофонд, будучи сформированным для отдельного семейства машин, по-видимому будет представлен с помощью уже существующих понятий, принятых в практике конструирования. Скорее всего, это должна быть понятийная конструкция, отражающая и перечисляющая в сжатой форме признаки машин, которые изобретены на данный момент.

В третьих, наконец, техногенофонд должен быть принципиально открытым для приёма в него непрерывно поступающих новых «признаков-мутаций» строения только что изобретённых машин.

Со временем многие идеи и концепции отвергаются; многие вещи и процессы из нашего окружения, столь привычные нам, что мы их редко замечаем, когда-то были предметом дискуссий и конфликтов, пока не стали естественными. Рассуждая об источниках технического могущества человечества, стоит вспомнить, какой ценой оно добыто. Всё это нужно учитывать при попытках предвидеть будущее. Слишком увлечённые прогнозы обычно выглядят наивными через 50 лет, а нам как раз необходимо заглянуть на полстолетия вперёд.

Тем не менее, мы решимся это сделать.

Итак, каким же будет труд изобретателей, исследователей и инженеров, создающих новую технику, через 50 лет? За основу с необходимостью возьмём современные проблемы конструирования.

Личность и коллектив

Что бы ни говорили о роли коллективов в разработке сложной техники, о том, что время изобретателей-одиночек миновало, будущую машину прежде всего надо вообразить. Вообразить же то, чего нет можно только в одиночку. Идеи рождаются в одной голове. Чтобы эти идеи были качественными, надо для конструктора создавать продуктивную обстановку в коллективе.

Вряд ли через 50 лет положение вещей изменится. По-прежнему конструкторское воображение и машиностроительная интуиция будут в центре творчества. Роль творческого потенциала личности будет только возрастать. Одновременно с этим будет возрастать и роль коллективного труда (заметим и подчеркнём ещё раз, что мы говорим о коллективном труде, а не коллективном творчестве!) в создании машин.

Творчество и рутина

Всё, что надо изобрести — это предмет творчества. Всё, что уже изобретено, — предмет рутинной работы. Почти всегда вредно и убыточно изобретать то, что уже изобретено. В условиях современного «информационного взрыва» избежать этого становится всё труднее.

Конструктор в ходе предваряющих проект изысканий вынужден постоянно выступать в двух противоположных и противоречивых ролях: его память должна быть свободна для творческого озарения и в то же время — быть занятой многочисленными фактами машиностроения, чтобы можно было сверять творческие находки с лучшими (или худшими, — катахрезными!) прошлыми решениями.

Это противоречие не всегда бывает движущим. Чтобы знать прошлый опыт, конструктор должен очень много читать. А чтобы постоянно обгонять мировой уровень решений — очень много конструировать, отрабатывать конструкторские навыки и «автоматизмы». Но бюджет-то времени у конструктора один.

Мы полагаем, что через полвека это (не движущее!) противоречие будет полностью разрешено. Во-первых, чрезвычайно возрастёт роль методологии технического творчества. Во-вторых, память конструктора будет попросту разгружена от обязательной фактографии.

Если кому-то и захочется помнить много конкретных фактов по своей специальности, то это будет делом вкуса и специального увлечения, а не обязательно предметом профессиональной уверенности. Скорее акцент в сознательном удержании фактов сместится в сторону того, «как нельзя делать», — так называемого «отрицательного опыта конструирования», и в сторону знания методов в соответствии со сказанным Г.В.Ф. Лейбницем: «На свете есть вещи поважнее великих открытий — это знание методов, которыми они были сделаны».

Уже в настоящее время конструктор обычно не помнит всего, тем более он не сможет претендовать на это через 50 лет, если даже сохранятся наблюдаемые тенденции роста числа изобретений.

Но как же так? Ведь при предъявлении очередного образа замысла машины или любой её части конструктор обязан иметь, как минимум, следующие комментарии об узлах, блоках и процессах, отражённых в замысле:

— такой блок (процесс, узел) уже был ранее (или «является стандартным»);
— такой конструкции (признака) раньше не было;
— узел такой-то конструкции уже решено построить в таком-то коллективе разработчиков.

Ясно, что при формировании образа замысла это основная (главная) функция памяти: ведь замысел — не замысел, если в нём не обнаруживается ни одного элемента новизны. Но ниоткуда не следует, что это должна быть функция личной памяти конструктора как индивида.

Довольно легко представить коллектив конструкторов, которые варьируют образ замысла, с одной стороны, и автономную («своезаконную») независимую фактографическую память, с другой стороны, которая как своеобразный «субъект» наблюдает все эти вариации и комментирует каждую в терминах «было — будет — не было».

В этом случае конструкторы лишь будут получать представление о месте их замысла в «океане» прежних решений не загодя («в библиотечных странствиях»), а непосредственно в процессе творчества (в реальном масштабе времени).

Не надо будет сначала много читать, а потом «идти изобретать». Новая информация будет «подстерегать» конструктора непосредственно в ходе творчества и будет в реальном темпе творчества поступать в этот процесс «принудительно».

Приём сообщений в автономную фактографическую память о прогрессе, касающемся данного семейства машин будет производиться другими специалистами (техносистематиками), минуя индивидуальные памяти конструкторов. Будет образована такая профессия — техносистематик. Со своим предметом и своими методами. Контуры этой профессии прорисованы в последней главе этой книги.

Конструктор же будет узнавать о новых событиях научно-технического прогресса лишь в связи с формируемым замыслом и в самом процессе изобретения. Может так быть, что о некоторых событиях, в силу специализации, он так и не узнает никогда.

Разветвлённый интеллектуальный комментарий находок и действий конструктора будет производить компьютерная программа, мобилизующая как свой скромный «интеллект», так и (в большей мере) совокупный интеллект, вложенный в структуру программы и базы данных, техносистематиками. Комментарий этот станет привычной рутинной составляющей каждодневных и ежечасных актов творчества и будет совмещён с творчеством во времени. Таким будет механизм мобилизации рутинной информации.

Скорость коммуникации

Когда воображение нарисовало замысел в целом или прогрессивное новое решение любой его части, возникает необходимость объяснить его коллегам — членам коллектива конструкторов. Жаргон, терминосистема, карандаш и бумага для эскизов — вот пока и все инструменты, с помощью которых конструкторы, в этом плане, могут общаться.

«Глаз» всё умеет увидеть, но почти ничего — показать. Часто, конечно, жаргон даёт возможность чрезвычайно быстро индуцировать у визави представление об объясняемой идее. Несомненно, что изображения (рисунки, эскизы) обеспечивают наиболее высокую степень коммуникации, (когда они уже готовы). Однако больше всего необходима способность быстро рисовать образ, а не только умение понимать чертёж.

Мы полагаем, что будет создан так называемый демонстратор образов (термин С.П. Никанорова), управляемый вручную или словесно (через речевой канал), с помощью которого можно будет формировать геометрические образы почти синхронно с процессом их возникновения в сознании. Довольно легко представить себе словесное формирование эскиза (см. последнюю главу), сопровождаемое незначительным ручным редактированием с помощью тех средств, которые уже сейчас предлагает электронная графика.

Особую возможность даст открытый в 1960 году А.Л. Ярбусом глазо-двигательный механизм, снимая данные с которого, можно будет буквально рисовать глазами, не задействуя ни руку, ни речевой аппарарат человека, а только характеристики движения его глаз в ходе художественного воображения.

Построение такого демонстратора образов будет, конечно, основано на всестороннем анализе терминологического, понятийного и жаргонного аппарата машиностроения и установлении всех его существенных связей с группами преобразований, характерных для инженерной графики. В данном случае технические средства намного опередили развитие теории.

Уже существуют цветные стереодисплеи для построения пространственных изображений, но всё ещё не проведён системный анализ сложных объектов инженерной графики и семантический анализ «цеховых языков» машиностроения. С построением первых демонстраторов образов неизмеримо возрастёт скорость творческой коммуникации инженеров.

«Профессиональная уверенность» и предвидение

Профессиональная уверенность инженеров связана со знанием фактов, с опытом владения методами (техникой) творчества при конструировании. Но только лишь эти качества помогут быть лишь исполнителем чужих замыслов. Полная уверенность и продуктивность работы зиждется на способности к схватыванию законов развития и предвидении путей развития техники, обострённом чувстве назревших потребностей.

Недаром Томас Карлейль определил гений как «способность беспокоиться раньше других«. Это в полной мере относится и к талантливым инженерам-инноваторам. Ясно, что предвидение и опережающее беспокойство перед лицом социальной потребности, тесно связано с воображением конструктора. По существу это элементы стиля жизни инженера.

Трудно представить, что через 50 лет появятся ЭВМ, способные «беспокоиться» и «воображать». Скорее всего, это останется прерогативой человека.

Однако вычислительная техника может способствовать воображению инженеров в их попытках предвидеть будущее. По крайней мере, уже сейчас хорошо зарекомендовали себя (в отдельных случаях) различные методы инженерного прогнозирования, основанные на технике предельных оценок и физической сущности прогнозируемых феноменов.

Будущие методы и системы инженерного прогнозирования помогут конструктору детально изучать различные футуристические варианты машин, выбирать не существующую пока, но предполагаемую технологию производства, прикидывать, как она сможет повлиять на признаки строения и элементы поведения будущих машин, и т.п.

Ориентировочным примером того, как это будут повсеместно делать, может служить конструирование машин отдалённого будущего, которое иногда предпринимается и в наше время, основываясь на сочетаниях выдающихся существующих и предполагаемых открытий, — машин подобных фотонным звездолётам, гравитационным телескопам, термоядерным и аннигиляционным реакторам и т.п.

Таким образом, программное рутинное подкрепление процессов предвидения через 50 лет сможет превратить сумму методик прогнозирования в специальную информационную технологию по выработке достоверной и официально принимаемой картины возможного развития техники.

Стандарты и новизна

Стандарты и нормали — могучий экономический рычаг машиностроения, олицетворение машиностроительного здравого смысла и идей всеобщей кооперации. Об этом свидетельствует как позитивный, так и негативный опыт, накопленный в сфере стандартизации. Ежегодный убыток от несовершенства стандартов только по подготовке производства составляет по стране около 2 млрд. руб. [10].

Стандарты всегда указывают на предпочтительные, рекомендуемые или обязательные альтернативы выполнения определённых признаков строения машин. Но, кроме того, что они полезно ограничивают области творчества, стандарты и нормали по каждому семейству (типажу) машин представляют собой систему особого вида в полном смысле этого слова.

Еще в период становления индустрии нашей страны А.К. Гастев поставил задачу оценки эффекта от совокупности (системы) стандартов, Или, — выражаясь современным языком, — эффекта от взаимодействия стандартов внутри профиля стандартов. Это прекрасный пример стихийной системной постановки задачи. При этом даже по грубым оценкам эффект от системы стандартов на порядок превосходит сумму расчётных эффектов от каждого стандарта в отдельности.

Следует заметить, что появление понятия «профиль стандартов» на самом деле связано с замыканием и вводом в действие двух новых инфраструктурных контуров управления.

Первый из них находится теперь внутри системы управления любого из сложных проектов – это процедуры разработки, утверждения и оперативной коррекции состава профиля стандартов под влиянием текущих успехов или неудач самого проекта.

Второй контур управления принадлежит уже не уединённому проекту, а ансамблю родственных проектов, выполняемых в определённый временной промежуток, и управление здесь состоит в том, что обобщают опыт управления качеством и успешностью проектов через ряд профилей стандартов и вырабатывают методы «наследования и модификации профилей стандартов» в новых проектах. Так мало-помалу формируется новая «дисциплина конструирования систем стандартов».

Мы полагаем, что через 50 лет будет создана и будет применяться «теория системной стандартизации«, с помощью которой будут разрабатываться долгоживущие эффективно действующие и опережающие системы (профили) стандартов. В настоящее время такая теория находится только на этапе зарождения.

Пока отсутствует язык для описания фактов взаимодействия и характеров взаимодействия стандартов в системе. Не проанализирован центральный механизм полезности всей системы машиностроительных стандартов.

Отсутствуют теоретически обоснованные численные критерии, которые связывали бы все применяемые сейчас методы стандартизации. Для построения этой теории «в главном и целом», прежде всего, необходимо стандарты, помимо их обычного вида, привести к форме утверждений о предпочтительных, обязательных и запрещённых альтернативах выбора в задачах конструирования.

Стандарты насущно необходимо «перевести на язык альтернатив. Что, видимо, и будет сделано гораздо раньше, чем минует 50 лет.

Системный анализ, математика и техника

Математика призвана продуцировать расчётные модели. Системный же анализ выдвигают на роль инструмента, с помощью которого в сложных областях деятельности можно пытаться связать понимание отдельных явлений с их сущностью, возникающей при их соединении. Он задуман как прикладная методология, гарантирующая контроль над ситуацией там, где с этим не справляется и допускает недосмотры невооружённая «простая интуиция».

Техническое творчество — это та область, в которой системный анализ и математика должны применяться более всего. В самом деле, нигде, как в технике, предметы творчества не подразделяются на такое большое число формальных функций, подсистем, частей, деталей и т.п. Ни в каких других искусственных системах не определяют, не устанавливают такого большого разнообразия математически описываемых взаимодействий между подсистемами. К машинам применяют несколько сот общемашиностроительных критериев.

И нигде, как в машиностроении объекты анализа не имеют столь обширных списков существенных (полезных и катахрезных) свойств и признаков, которые надо учесть. И хотя системный анализ возник в сфере общественных наук и практик, считается, что наиболее показательно он был применён при решении именно технических проблем в период расцвета массовых производств.

Однако в 50-е годы стали различаться новые тенденции в применении старой системологии. Выяснилось, что, пользуясь системными методами, можно создавать совершенно новые технические системы (без явно обозначенного машиностроительного прототипа, выверенного многовековой практикой).

Методология системного анализа основана на чрезвычайно важном понятии управляемого эксперимента [11]. Управляемый эксперимент стал обобщённым названием той части методологического инструментария, который позволяет форсированно вырабатывать необходимые новые знания, не дожидаясь их длительного «эволюционного созревания», в той или иной области науки и техники.

Множество примеров этого может дать космическая программа, программа освоения океанского шельфа, глобальные метеорологические международные программы (модели ноосферной глобалистики типа модели с названием «Гея» в ВЦ АН СССР) и др.

Известно, что США хотя и упустили приоритет в выходе человека в космос, однако первой разработкой корпорации RAND был проект обитаемого спутника Земли, и этот проект был детально выполнен ещё в 1946 году! [12]

Каково же будет совместное развитие системного анализа и машиностроения в ближайшие 50 лет? Достигнуты ли максимальные результаты этого соразвития? Или это всё ещё только в будущем?

Мы полагаем, что апогей применения математики и системного анализа в машиностроении ещё не достигнут. Более того, многие результаты, в настоящее время приписывают системному анализу не по праву, находясь под впечатлением отдельных случаев удачного применения и распространяя его на те случаи, когда результат получен совсем другими методами.

Действительно, само словосочетание «системный анализ» в первую очередь предполагает отделение систем и семейств систем, иначе не будет предмета для анализа. Для анализа нужны ряды систем, поколения систем, типажи систем и т.п. Однако ни понятие «семейство», ни другие в настоящее время в машиностроении не выделены, не сформированы, «не введены в культуру»… Они потому пока и не подвергнуты анализу.

Идея системности и всестороннего охвата существенных факторов не является чем-то новым в машиностроении. Эту идею ещё в начале XX века высказал замечательный инженер, академик А.И. Сидоров: «Конструктивное изучение машин должно затрагивать все стороны дела, все обстоятельства работы машины, все физические свойства реальных тел, так как инженер строит машины и сооружения не из воображаемых, упрощённых материалов, а из действительных тел, добываемых в природе, и все свои выводы, суждения и расчёты должен основывать на полном и всестороннем знании всех свойств именно этих реальных тел и материалов… Таким образом, упрощать и пренебрегать инженер не может. Он должен знать всё, всё уметь и принимать во внимание все действительные свойства тел и обстоятельства явлений и свободно, в природе, и несвободно, в его машинах, происходящих [13]» (Выделено нами. — Авт.)

Если детализировать это требование всестороннего охвата, то методы системного анализа в машиностроении должны обеспечивать согласованный выбор альтернатив при конструировании одновременно в следующих областях:

— среди альтернативных признаков строения самой машины;
— среди альтернативных технологических процессов производства деталей, узлов и блоков машины;
— среди альтернатив состава внешней среды, в которой предполагается работать будущей машине;
— среди альтернативных режимов эксплуатации данной машины.

Здесь и далее под альтернативами понимается одно из двух или нескольких возможных решений, направлений, нужных вариантов.

При всём том в разработке новой машины должны быть учтены:
— последние достижения фундаментальной науки и прогнозируемые изобретения и открытия,
— потоки патентов и других ограничительных документов, регулирующих выбор посредством фактора права,
— экономические возможности,
— производственный задел и возможности производственной кооперации,
— системы стандартов в данной области,
— рынок комплектующих изделий и т.п.
— всё то, что можно обобщить понятием «системная обстановка проекта» новой машины.

Ясно, что в настоящее время, несмотря на наличие методов системного анализа, такой полный охват факторов и характеристик при разработке какой бы то ни было системы пока нигде не реализован.

Чтобы реализовать подобный охват и ничего не упустить в динамично меняющейся обстановке проекта, действительно владеть ситуацией, иметь дело с настоящими научно-техническими достижениями и обеспечивать высокий уровень конструирования (по сравнению с общемировым уровнем), необходимо сузить задачу.

Можно представить себе следующий путь сужения.
Фиксируют конкретное функциональное семейство систем.

Формируют базу данных по структурным признакам строения систем только этого семейства: результаты объектной детализации материальной части и процессной детализации функций машины. Только на этой базе можно начать обсуждать объектные и процессные признаки внешней среды машин (различные наборы и фрагменты всех возможных внешних сред) и признаки всех технологий производства, применимых для данного семейства машин.

Запоминают историческую серию машин данного семейства. Запоминается по каждой машине набор её признаков строения и обнаруженных (полезных и катахрезных) элементов поведения, паспорт экономических и хозяйственных параметров (история создания, выпуска и применения).

Полученная база данных может быть пополнена полезными данными, заимствованными из других семейств техники. После этой процедуры в базе данных будут собраны многие данные, но это данные, относящиеся только к этому конкретному семейству техники. Кроме этого базу данных пополняют прогностическими данными, используя результаты новейших фундаментальных исследований.

Теперь можно охарактеризовать этот поэтапный процесс наращивания, концентрирования данных в целом.

Видно, что данные комплектуются в определённом смысловом порядке: сначала главные признаки, затем подчинённые им по смыслу, следующий уровень подчинения и т.д. При этом всё подчинено единственной организующей идее: добыть данные откуда бы то ни было, но чтобы они относились к конкретному семейству техники (взяты ли они из сторонних родственных проектов, патентов, прогнозов, сценариев и т.п.)

Далее, — изучают и приспосабливают к задачам по рассматриваемому семейству все доступные методы оптимизационных расчётов и численного моделирования, интегрально осмысливают весь набор общемашиностроительных методов и понятий. Всё это можно охарактеризовать как концентрацию и фокусировку данных, понятий, алгоритмов и методов на конкретное семейство машин, как на своеобразную точку.

Что же даст такая концентрация, когда она будет проведена (хотя бы в плане когнитивного эксперимента)?

Мы полагаем, что результат будет двоякий. С одной стороны, произойдёт форсированное развитие «подвергнувшегося» эксперименту конкретного семейств изделий, так как в анализ будет вовлечён большой объём знаний занятых специалистов, причём таких знаний, которые «не попадают в монографии и справочники».

С другой стороны, это окажет обратное действие на всю -теперь уже — систему применённых методов, принципов и приёмов, так как они впервые будут комплексно и совместно применены к одному и тому же предмету — автономной системе знаний по данному семейству. И только здесь реально «почувствуют друг друга». Пока что ведь этого нет…

Интересным «нулевым» приближением к описанному проекту является проект «Хиндсайт» [14], который принёс неочевидные интересные результаты, подлежащие тщательному осмыслению.

* * *

Излагаемые в тетради концепции являются обобщением и некоторым синтезом результатов, взятых из таких сравнительно новых дисциплин, как управление научно-техническим прогрессом [15], системный анализ [11], программно-целевой подход в управлении [16] и морфологический анализ в конструировании [17-19], а также результатов, полученных самими авторами в течении 1970-1980гг. В силу этого предлагается совокупность методов и приёмов, излагаемых в книге, называть системно-морфологическим подходом к анализу творческих процессов конструирования.

Список литературы

1. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Конструктору о конструировании атомной техники. М.: «Атомиздат», 1981.- 191с.

2. Кириллин В.А. Энергетика — проблемы и перспективы. — Коммунист, 1975, No 1, с. 43-51.

3. Жимерин Д.Г. Энергетика настоящего и будущего. — М., — Знание, 1978.

4. Котельников Р.Б., Башлыков С.Н., Каштанов А.И., Меньшикова Т.С. Высокотемпературное ядерное топливо. М., Атомиздат, 1978.

5. Петросянц А.М. Современные проблемы атомной науки и техники. М., Атомиздат, 1979.

6. Алексеев Г.Н. Прогнозное ориентирование развития энергоустановок. М., Наука, 1978.

7. Дорощук В.Е. Ядерные реакторы на электростанциях. М., Атомиздат, 1977.

8. Корсаков В.С., Выговский В.Ф., Михан В.И. Технология реакторостроения. М., Атомиздат, 1977.

9. Одум Г., Одум Э. Энергетический базис природы и человека. Пер. с англ., М., Прогресс, 1978.

10. Рабинович Б.Д., Донской Б.В. Экономика заводской стандартизации. М., Знание, 1978.

11. Оптнер С.Л. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. М., Сов. радио, 1969.

12. Шейдина И.Л. США — фабрики мысли. М., Наука, 1973.

13. Сидоров А.И. Основные принципы проектирования и конструирования машин. М., Макиз, 1929.

14. Айзенсон Р.С. Опыт технического прогнозирования при выполнении проекта «Хиндсайт». — В сб.: Научно-техническое прогнозирование для правительственных и промышленных учреждений. М., Прогресс, 1972, с. 21-38.

15. Афанасьев В.Г., Кузнецов П.Г. Некоторые вопросы управления научно-техническим прогрессом. — В кн.: Научное управление обществом. М., Мысль, 1970, вып. 4, с. 211-232.

16. Поспелов Г.С., Ириков В.А. Программно-целевое планирование и управление. М., Сов. радио, 1976.

17. Zwicky F. Entdecken, Erfinden, Forschen im morphologischen Weltbild. Munich — Zurich — Knaur, 1966.

18. Zwicky F. Morphology of propulsive power. Pasadena, Calif. Society for Morphological Research, 1962.

19. Одрин В.М., Картавов С.С. Морфологический анализ систем. Киев, Наукова думка, 1977.

20. Барташов Л.В. Конструктор и экономика. М., Экономика, 1977.

21. Борисов В.П. Общая методология конструирования машин. М., Машиностроение, 1978.

22. Шрейдер Ю.А. Равенство, сходство, порядок. М., Наука, 1971.

23. Моисеев Н.Н. Математика ставит эксперимент. М., Наука, 1979.

24. Зинченко В.П. Образ и деятельность. Москва-Воронеж: НПО «МОДЭК», 1997.-608с.

25 Зинченко В.П., Мунипов .В. М. ЭРГОНОМИКА: человеко-ориентированное проектирование техники, программных средств и среды. Учебник для высших учебных заведений Москва: «Логос», — 2001.- 356с.

26. Зинченко В.П. Сознание и творческий акт. М: Языки славянских культур, 2010. – 599с.