Читать книгу "Думай как инженер. Как превращать проблемы в возможности - Гуру Мадхаван"

В своей книге «Незнание: как оно управляет наукой» Файрштейн цитирует математика Эндрю Уайлcа, который развивает эту мысль: «Вы ищете на ощупь, суетесь то туда, то сюда, неуклюже на что-то натыкаетесь, а затем кто-то находит выключатель – зачастую случайно, – зажигается свет, и все говорят: “А, вот как это выглядит”, а потом направляются в следующую темную комнату в поисках очередной таинственной черной кошки».

Нас учат, что ценность науки – в ее объективности. В идеале наука избегает ожидаемых результатов. Инженерия часто противоречит этой идее: в своих лучших проявлениях она берет себе в союзники субъективность. Но объективность может быть особенно полезной для инженеров при попытках предотвращать или анализировать неудачи. Наука и инженерия действительно образуют симбиоз в том смысле, что они помогают друг другу выявить свои внутренние противоречия и недостатки. В науке нет «чистового экземпляра» знаний, в отличие, например, от чертежа Бруклинского моста. Наши гипотезы могут повести нас в любом направлении.

5

Я родился в семье правоверных индусов-браминов, принадлежащей к низшему слою среднего класса, в сельской местности Тамил-Наду – прибрежном штате на юге Индии. В таких обстоятельствах мой путь к инженерии был продиктован необходимостью добиться успеха на каком-то поприще. Мою тягу к науке вызвал не набор «Юный химик» (мои родители не могли его себе позволить) и не конструктор Lego. Пожалуй, мой интерес к технике пробудился в начале 1980-х, во время наблюдений за работающими на угле паровозами (благодаря отцу, который по утрам ездил на велосипеде на местную железнодорожную станцию и брал меня с собой).

Насколько я помню, я даже не блистал в математике. Перед экзаменами я обязательно посещал храм Ганеши – божества со слоновьей головой – и молился о хороших оценках. Мой дед со стороны отца в течение дня был земледельцем, а на закате и рассвете – жрецом. В детстве мы с младшим братом помогали ему в нашем деревенском храме возле Тируваннамалай – группы холмов, которые считаются древнее Гималаев. Мы зачарованно слушали проникновенные мантры на санскрите, которые дедушка читал во время утренних и вечерних молитв. А еще мы любили, когда он рассказывал нам перед сном сюжеты из древних эпосов «Рамаяна» и «Махабхарата», пока мы засыпали на соломенных циновках.

Во время учебы в Индии энергетика окружающей среды определила мои устремления. Целеустремленность, сведение к минимуму отвлекающих факторов и отличная успеваемость – такими были самые желательные результаты для моих школ. По сути, мое образование можно сравнить с конвейером. В старших классах я размышлял, что еще могло бы меня заинтересовать; в местной культуре особенно ценились дипломы в области медицины, коммерции и инженерии. Я шел на пристань Мадрас и бродил по щиколотку в волнах Бенгальского залива в надежде на озарение. Мой отец – химик, переквалифицировавшийся в бухгалтера, – и мама-домохозяйка советовали мне выбрать профессию в области, которая мне интересна.

Но жесткая конкуренция в школе у меня, моего брата, да и у наших друзей не оставляла нам ни времени, ни возможности исследовать, экспериментировать и что-то по-настоящему полюбить. Честно говоря, мой выбор инженерии напоминал брак по расчету – продиктованный прагматичными соображениями путь к успеху в области, где я имел достаточные знания. Я решил специализироваться на проектировании контрольно-измерительных систем – тогда это была свежая, полная увлекательных задач программа Мадрасского университета, которая еще не стала излишне популярной. В итоге я заинтересовался развивающимися технологиями биомедицинской инженерии, и это, в сочетании со щедрой стипендией, привело меня в аспирантуру в Нью-Йорке за месяц до 11 сентября 2001 года.

Со временем я осознал, что инженерия – это явление, по силе воздействия превосходящее математические модели, над которыми я ломал голову; по значению – разработанные мной электронные схемы; по точности – сенсоры и устройства, которые я испытывал, по содержанию – программы, которые отлаживал, и что пресный технический жаргон совершенно не в состоянии передать, насколько она увлекательна. Мой первоначальный интерес к инженерии в целом постепенно перерос в непреходящую к ней любовь, ставшую частью меня.

6

Подход Грибоваля тоже разрабатывалсяв рамках триады, образованной структурой, ограничениями и компромиссами. Полученные результаты стали образцом точности и крупномасштабного производства, имевшего далеко идущие последствия для общества. Более того, эти идеи способствовали началу эпохи массового производства, которая затем дала толчок распространению инженерии в ее современном виде.

Благодаря внедренной Грибовалем структуре артиллерийские орудия стали делать и использовать более продуманно и целенаправленно. Он составил инструкции по подбору и комбинированию нужных деталей орудий, воспользовавшись возможностью их взаимозаменяемости, которая и сейчас активно применяется в инженерии. Один из технических аспектов, обеспечивающих взаимозаменяемость, – практика «функциональной связи». Отдельные модули конструкции представляли собой не разрозненное скопление частей, а систему со стратегическими взаимосвязями, призванную выполнять единую функцию. При такой стратегии ошибки быстро выявлялись, изучались, исправлялись, а результаты подвергались проверке – процесс, который впоследствии доведет до совершенства будущая технология конвейерного производства. Пушки должны были обладать точностью стрельбы и долговечностью. Поскольку в те века еще не изобрели сложное программное обеспечение для имитационного моделирования, при выработке устойчивых решений такие инженеры, как Грибоваль, опирались на свои вычисления, личные знания, опыт и умения. Именно им мы обязаны той тщательности, с которой были спроектированы храмы, мосты, замки и другие системы.

Ограничения являлись постоянными спутниками Грибоваля. Ставки были колоссальными – ведь требовалось выиграть войну, поэтому от его решений ждали эффективности. Для таких прирожденных философов, как Галилео Галилей и Исаак Ньютон, изучение баллистики было, по выражению Кена Олдера, «математическим спортзалом», который существовал исключительно в их уме. «Математика представляла для них форму “дескрипционизма”, способ описать в количественном выражении, как изменения в определенных измеряемых параметрах влияли на какой-то другой интересующий их параметр, – говорит Олдер. – Математика сплошь и рядом позволяла инженерам избегать настоящего причинного объяснения». В отличие от тех, кому было не обязательно применять свои знания на практике, Грибовалю в ходе усовершенствования снарядов артиллерийских орудий приходилось преодолевать реальные трудности, связанные с ветром и сопротивлением воздуха. Он воспользовался методом вариации параметров, разбирая и снова собирая детали пушек, чтобы оценить сильные и слабые стороны своей системы производства и выяснить, как улучшить характеристики орудий. Чтобы исполнить свое предназначение, они должны были стрелять метко и в соответствии с ожиданиями.

И наконец, обстоятельства вынуждали Грибоваля выбирать между конструктивными решениями. Что важнее – улучшать маневренность или разрабатывать более мощные орудия? Можно ли уменьшить избыточный вес пушки без увеличения при этом частоты ее отказов? Одной из конструктивных особенностей пушек Грибоваля стало то, что он избавил их от лишней художественной отделки, отдав приоритет подвижности, а не красоте. Разумные компромиссы Грибоваля в сочетании с постоянными экспериментами с вариациями параметров резко повысили эффективность производства и удобство транспортировки артиллерийских орудий, а также их качество.