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 чем 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.
Как подтверждают работы Вальера и Грибоваля, системы военного назначения известны своим структурированным подходом к инновационной деятельности. 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 четко определенными целями и клиентами.
• Что вы пытаетесь сделать? Четко 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. Временные 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.
«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: идет 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.
4
В теплый день 12 сентября 1962 года, выступая на стадионе Университета Райса, Джон Кеннеди заявил:
«Если бы я сказал вам, мои соотечественники, что мы запустим на Луну, за 386 тыс. км от Центра управления полетами в Хьюстоне, огромную ракету высотой более 90 м, как длина этого футбольного поля, сделанную из новых металлических сплавов, часть которых еще только предстоит изобрести, выдерживающую температуру и нагрузки в несколько раз больше тех, с которыми когда-либо приходилось сталкиваться, собранную с большей точностью, чем самый тонкий часовой механизм, оснащенную всем оборудованием, необходимым для полета, прокладки курса, контроля, связи, питания и выживания, и отправим ее с беспрецедентной миссией к неизвестному небесному телу, а затем благополучно вернем на Землю, причем она войдет в атмосферу на скорости свыше 40 тыс. км/ч, выдержав нагрев до температуры лишь наполовину меньше, чем температура Солнца… и мы все это сделаем, притом правильно и не позже конца этого десятилетия, – то это бы означало, что мы должны проявить настоящую смелость».
Ключевым в обрисованном Кеннеди плане были не амбициозные технические задачи, а утверждение «не позже конца этого десятилетия». Столь ограниченные временные рамки заставили инженеров проекта достичь поставленной цели. Космический корабль «Аполлон-11» успешно совершил посадку на Луне 20 июля 1969 года, даже с опережением установленного срока. В процессе, результатом которого стало прилунение, было создано несколько ценных побочных продуктов, включая новые материалы (например, углеродное волокно) и передовые навигационные системы, используемые сегодня коммерческими авиакомпаниями. Хотя именно благодаря инженерии люди попали на Луну и вернулись обратно целыми и невредимыми, в совокупности эти усилия часто называются ракетостроительной «наукой».
Если ядро науки – открытия, то суть инженерии – создание. Вернувшись к истокам истории человечества, мы видим, что в нашей цивилизации создание инструментов предшествовало открытиям. Фактически многие инструменты инженерии позволили нам достигать новых высот в науке. Ученые сейчас все активнее обращаются к инженерии, чтобы получить немыслимое количество данных и результатов, с помощью которых они предлагают, проверяют или продвигают свои теории. Инженерия же опирается на законы природы и научные доказательства, но также способствует возникновению новых направлений научных знаний. Самолеты летали еще до того, как стали реальностью формальные исследования воздухоплавания. Паровые машины породили науку термодинамику. А промышленная революция открыла множество новых путей для научных изысканий. По словам Тома Питерса, профессора университета Лихай, инженеры порой «охотно “творчески искажают” научный метод или результаты, если это помогает им реализовать задуманное».
«История показывает, – напоминает Дэн Моут, президент Национальной инженерной академии США, – что большинство периодов в развитии человечества определяются инженерией». «Каменный век… назвали так потому, что для изготовления орудий труда люди оббивали камень вручную; бронзовый век получил свое название благодаря тому, что оружие, орудия труда и утварь отливали из бронзы – сплава олова и меди; его сменил железный век, когда люди научились обрабатывать железо молотом и гнуть, чтобы создать сельскохозяйственный инвентарь и инструменты; а кремниевый век отражает материальную основу для производства электроники, – разъясняет Моут. – Разве что ледниковый период не был творением рук человеческих и как явление природы принадлежит к области науки».
Ученые давно утверждают, что инженерия занимает отдельную область знаний и практики, которая гораздо надежнее и вызывает больше доверия, чем другие интеллектуальные традиции, уходящие корнями в философию, – и поэтому заслуживает особого уважения. Со времен Платона в западном мышлении присутствовала склонность подчеркивать превосходство «чистых» знаний, преуменьшая значение инженерии. Досадно и то, что «наука и техника» почти всегда обсуждаются в связке без упоминания инженерии, хотя техника является их общим детищем. «Наука – это инструмент инженерии; никто ведь не утверждает, что скульптуру создает резец, и равным образом нельзя заявлять, будто ракету создает наука, – пишет историк инженерии Генри Петроски. – Если при выработке инженерного решения не опираться ни на что, кроме научных знаний, это вызовет в лучшем случае разочарование, а в худшем – провал».
