инженерный склад ума это
Думай как инженер: главное о системном мышлении
Как думают одни из главных строителей современного мира? Коротко об основах системного мышления и способах находить оптимальные решения для реальных жизненных проблем.
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.
Читайте также :
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.
Это может быть интересно :
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.
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.
Читайте также :
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.
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.
Читайте также :
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.
«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.
Читайте также :
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.
17 октября 2016, 12:00
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции.
Что это такое – инженерный тип мышления?
Современный подход к техническим специальностям шаблонных методик не признает
Спор о том, кто нужнее – крепкий управленец или грамотный инженер, – быстро выдохся. Стало очевидно: миру нужны творцы. Инжиниринг, от англ. engineering, исходно от лат. ingenium — изобретательность; выдумка – это важно в каждой профессии. В МИСиС прошла международная конференция «Инженерная культура: от школы к производству». Ее участники – ученые, педагоги, методисты, кадровики – все, кто заинтересован в развитии способности человека мыслить по-инженерному.
Родился – уже инженер
Да, понятно: у нас продвинутое техническое общество, государственный заказ на инженеров. И все-таки – что такое инженерный тип мышления? На конференции говорили: это точка роста в любой сфере жизни. Гибкий, пытливый, критически настроенный ум, который способен поставить под сомнение имеющийся уклад, предложить ему альтернативу и воплотить свои фантазии в жизнь.
Главные для инженера качества проявляются с раннего детства: стремление к усовершенствованию окружающего мира, пытливость, уверенность в себе. Уже в 2–3 года ребенок осваивает азы инженерии – строительство, приспособление предметов в зависимости от цели игры.
От организаторов конференции выступила Ольга Ломбас, директор компании «Образовательные решения в ЛЕГО» в России, Украине и СНГ:
– Коммуникация, космос, города, транспорт – всюду инженерные решения, и любое касается всего сразу: и физики, и математики, и общества, и дизайна. Это работа в команде. В своих учебных программах мы стараемся уходить от традиционного способа передачи знания. Не просто усваивать – а уметь критиковать, участвовать, высказывать свои мысли, ощущать себя сотворцом. Тогда возникают важнейшие вопросы: «а что, если…», «что сделать, чтобы…». Тогда знания – это реальный опыт. Всем детям присуще независимое мышление, но не всем удается его сохранить при существующей системе обучения.
Чтобы «среда не заела»
Председатель совета директоров Производственно-консультационной группы «Развитие образовательных систем» Григорий Уваров рассказал, что из себя представляет технопарк, та среда, где инженерным задаткам ребенка не дадут пропасть:
– Методическое обеспечение подчас оказывается важнее самих «железок». Именно методика превращает конструктор в оборудование для естественно-научных экспериментов. А значит, надо готовить педагогические кадры. Нужны люди, которые могут проектировать с ребенком на равных.
Но не только при помощи кубиков люди пытаются развивать у детей инженерную культуру. В Курганской области дан старт проекту «Малая академия наук». О нем рассказала Нина Криволапова, проректор по науке ИРОСТа:
– В рамках проекта три направления: ресурсный центр школы естественных наук, школьный технопарк, лего-парк. Система со ступеньками, разработанная педагогами-практиками. На каждой ступени осуществляется свой комплекс программ как для кружков, спецкурсов, так и для обычных школьных уроков. Если на ступени дошкольного образования дети получают первичные конструкторские навыки, то в начальной школе изучают азы робототехники. В программе участвуют и учреждения профессионального образования, они проявили наибольшую инициативу. Причина понятна: замотивировать молодых на инженерные профессии. Так открылись творческие лаборатории при молодежном центре высоких технологий.
И далее: успешный опыт пробуждения инженерных мозгов в Татарстане, где даже сделан уклон в бизнес, дети не только создавали, но и пытались продать свое изобретение, а значит, круг участников еще более расширяется: инвесторы, эксперты, консультанты с настоящих предприятий. Школьники шили одежду, открывали кафе, устанавливали наблюдение за космическими объектами, даже оптимизировали работу крупных предприятий.
А в Нижегородской области, в Выксе, решили заняться подготовкой кадров для своего завода. Обратились в сельские и городские школы района, провели форум самоопределения. Главная цель – узнать, чего хотят дети от будущей профессии и что они знают об инженерных профессиях. Дети называли: кинолог, работник МЧС, кинорежиссер, металлург – знаний о многих других профессиях у них нет. Тогда со старшеклассниками района провели деловую игру «Индустрия», где каждый мог попробовать себя в той или иной профессии. Пригласили на игру реальных специалистов с завода, потом дети ходили с экскурсией по заводам, промышленным комплексам, видели, как работают люди – их рабочие места, зону ответственности, оборудование. Конкурс на технические специальности сразу поднялся, даже в техникуме.
Не желают знать физики
Но всюду эта проблема: низкие баллы ЕГЭ по физике и химии. Никто не знает, как убедить ребят серьезно заниматься этими сложными предметами, чтобы впоследствии посвятить себя тому делу, которое нравится, а не тому, до которого легче добраться. Факт: у нас только 4% медалистов идут в технические вузы.
Но нормально ли это – школьная физика и химия вызывают у детей панический страх?
На этот счет – три неформальных семинара конференции, которые провел специальный гость Итон Донахи, профессор американского университета TUFTS, вихрастый спортивный парень в красной футболке с детскими, широко распахнутыми глазами:
– Я выгляжу несолидно, знаю, – начал Донахи, – наверное, это потому, что я до сих пор люблю играть в кубики. Но я правда профессор.
Он говорил о том, что старые идеи надо выбрасывать так же, как изношенные ботинки. Перестать думать штампами, стараться каждые пять минут ловить новую мысль. В зале раздался неуверенный вздох, а он продолжал:
– Понимаю, неудобно. Удобнее знать раз и навсегда, что правильно. Но это не для инженера. Инженер сознательно идет на дискомфорт. Испытывать неудобство – это нормально, так наш мозг развивается, учится быть чистым, незахламленным. Прошлого не изменить, поэтому так всегда важно, что было у человека в детстве, кто у него был. По крайней мере поощрялось ли любопытство, смелость перед новыми вещами, желание что-то понять и улучшить. Если ему не давали свободно развиваться, творить, вряд ли университет научит его инженерной культуре. И еще: инженерная культура не для одиночек. Умение работать в команде, подвергать не только чужие, но и собственные решения экспертизе, критике, коррекции – это качества, без которых современная инженерия невозможна.
Вот о чем говорил профессор, а в это время в холле на трех столах разбили небольшую научную лабораторию. На первом столе – кубики, человечки с крутящимися руками – что-то для детского сада. На втором – робот, собранный не только из деталей конструктора, но и из сенсоров, двигателей. Дальше – домашняя метеостанция, приборы для изучения свойств воды, измерения кислотности почвы, диковинные приборы для физических экспериментов, штативы, мониторы. Данные попадают в процессор и обрабатываются, на мониторе видно звуковую волну, изменение веса металла при нагревании. Где «скучно», «страшно»?
Шли занятия по использованию оборудования на уроках, прекрасные мастер-классы, однако вот как их комментировали учителя:
– Мы уже два года как закупили для гимназии комплект этих конструкторов, очень интересные, я сам их с удовольствием собираю, но куда прикажете их вписывать? План работы по информатике этого не предусматривает, для кружков нужно увязать массу вещей, – пока все бумажки соберешь, дети вырастут.
– Я всегда ученикам говорю: мозги надо тренировать, решать шахматные задачи, проводить эксперименты, конструировать роботов, а они мне – давайте не будем тратить время, лучше решим десять задач из ЕГЭ. И не верят, что если мозги прокачивать, любой тест решится запросто. Боятся время зря потратить.
То есть да, конечно: нельзя высидеть птенцов из яиц, которые уже побывали в морозилке. Остается гадать, сколько у нас инженеров побоялись стать инженерами, сколько пытливых умов подморожено в зародыше бескрылой дидактикой.
…И вот человек в сердцах лупит по телевизору, переставшему работать. Он оперирует реальным предметом, поскольку абстракции из инструкции ему глубоко отвратительны, и «что тут думать…». Только это уже не про инженеров, а про нас, про лобовое отношение к миру и к людям.
Совершенствовать мир и себя – инженерная задача, но касается каждого.
Думай как инженер: 4 способа находить нестандартные решения
Предисловие
Попробуйте быстро ответить на вопросы: Чему равно два в квадрате? А четыре в квадрате? А пять в квадрате? А угол в квадрате?
Удалось ли вам так же быстро ответить на последний вопрос, как и на предыдущие три? Вероятно, вы не сразу переключились с возведения чисел во вторую степень на градусы углов в равностороннем прямоугольнике. А ведь если бы последний вопрос стоял отдельно (Чему равен угол в квадрате?), то ответ на него последовал бы куда быстрее. Это пример инерции мышления — когда мы мыслим «по накатанной» и нам сложно переключиться на новую информацию.
В повседневной жизни инерция мышления полезна и необходима, она позволяет экономить энергию и делать то, что работало раньше. Но она же мешает заметить проблему и найти лучшее решение, создавать нечто новое. Инерция мышления есть у всех. У профессионалов в своем деле, возможно, она даже сильнее, ведь они уже знают, как было правильно, из-за чего сложнее решиться на изменение метода. Но то, что было правильным когда-то, не означает, что это актуально и сейчас.
Например, некоторых старых конструкторов нефтезаводов сложно переубедить, что сейчас можно использовать трубы новых марок с другой толщиной стенок, потому что то, как они делали раньше, работало. Однако новые технологии объективно работают лучше.
Инерция мышления с точки зрения работы мозга
Физиолог Иван Павлов ввел понятие «динамического стереотипа». Грубо говоря, это значит, что произошло действие, которое повлекло за собой череду реакций в мозгу: одни центры возбудились, другие были подавлены, и все это в определенной последовательности и взаимодействии сформировало стойкую привычку или стереотип. С точки зрения выживания или инстинкта самосохранения, то, что уже когда-то сработало, лучше, чем то, что только может сработать. Поэтому мозг будет воспроизводить стереотипные действия, лишь бы не оказаться в пугающей неизвестности и потенциальной опасности — даже если эти действия уже не приводят к изначальному положительному эффекту.
Нарушение привычного образа действия приводит к сильному стрессу. Есть даже таблицы стрессовых событий и относительных баллов, которыми они измеряются. К ним относятся, например: смена досуга (34 балла), и развлекательная поездка (33), и изменение условий труда (43) или смена профессии (50). Поэтому сложно просто так взять и начать что-то делать по-другому — мозг избегает лишнего стресса.
Так что же можно сделать, чтобы ослабить инерцию мышления? Генрих Альтшуллер (советский писатель-фантаст, изобретатель, автор теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) и теории развития творческой личности еще в середине прошлого века заметил, что инженеры, увлеченные научной фантастикой, изобретают смелее, не боятся дерзких и необычных идей при решении задач с помощью ТРИЗ. То есть преодолеть инерцию мышления им помогают фантазия и воображение. Позже были выделены специальные операторы гашения инерции мышления, которые, среди прочего, помогают развивать творческое воображение. Рассмотрим некоторые из них.
1. Метод фокальных объектов (МФО)
Один из инструментов – это метод фокальных объектов (МФО). Представьте себя с волшебной палочкой в руках, которая позволяет переносить свойства одного предмета на другой. Используйте свойства или признаки случайно выбранных объектов для совершенствования своего объекта путем переноса на него выбранных характеристик.
Как использовать такой метод:
Что можно сделать при помощи МФО?
2. Детский язык или «Попробуй объяснить ребенку»
Другой способ ослабления инерции мышления — детский язык. Не тот, который сю-сю-му-сю, а на которым вы бы говорили с человеком, далеким от вашей профессии. Когда вы описываете проблему профессиональными терминами, эти термины навязывают соответствующее им содержание. Нужно уметь представить вопрос так, чтобы его понял даже ребёнок, то есть раскрыть суть.
Смысл — описать проблему не профессиональными терминами, а бытовыми (чаша, верёвка, палка, ведро), функциональными (держалка, копалка, след оставлялка), универсальными (штуковина, фиговина, вот эта вот хрень, которая делает так…). Примеров, когда профессиональные термины заменяются функциональными, много: в шиномонтаже, на строительной площадке, и даже дома мы часто называем вещи по их функциональным признакам.
Как использовать детский язык?
Если данную проблему пытаться объяснить ребёнку, выйдет следующее: висит пустой котелок, его нужно подогревать, но часть тепла уходит вверх, не коснувшись самого котелка, да и сам котелок быстро остывает, потому что сверху большое отверстие, через которое это тепло уходит. И если тепло уходит вверх, то что можно сделать, чтобы тепло сохранялись в пустом котелке? Перевернуть! Теперь тепло не уйдёт дальше, чем дно котелка. Задача решена.
3. Метод маленьких человечков (моделирование маленькими человечками)
Следующий способ уйти от стереотипности мышления и мыслить через ассоциации – это использовать маленьких человечков (почувствовать себя фараоном с армией рабов).
Суть — во-первых, выявить место проблемы и изобразить его в виде маленьких человечков, отображающих то, что там происходит. Во-вторых, изобразить то, что требуется сделать.
Как использовать?
Пример: решение задачи скопившегося снега в водосточных трубах. Многократно оттаивая и замерзая, снег превращается в ледяную пробку, а потом при потеплении падает вниз, ломая трубу. Получается, что ледяная пробка не должна падать вниз. ИКР — пробка сама не падает вниз, пока не растает.
Методом маленьких человечков пользуются в разных областях, не только технических. В логистике, медицине, школьном образовании. С его помощью можно объяснять сложные процессы, его используют в корпоративных обучениях, где в качестве маленьких человечков выступают сами сотрудники.
Например, как представить ортодонтическое лечение методом маленьких человечков? Вот зубы, они немного неровные. На каждый зуб прямо по центру крепится маленький человечек, который будет тянуть зуб к дуге, чтобы все человечки выстроились вдоль этой дуги. Но человечки могут тянуться не только к дуге, они могут тянуться вообще куда захотят, надо только придумать, куда. Если нужно быстрее совместить верхний и нижний зубной ряд, то свободные человечки потянутся от одних к другим (натянули эластики). Если нам нужно внедрить в кость какие-то зубы или наоборот немного вытащить, то представляем, что бы делали человечки в таком случае. Нашли бы опору, относительно чего это сделать. Мини-винт, вкрученный в кость, подойдет. Теперь человечки могут продолжать свою работу.
Если зашли в тупик в решение вопроса, применяйте этот метод, заставьте работать много маленьких человечков.
4. Оператор РВС (размер, время, стоимость)
И последний на сегодня способ приглушить инерцию мышления – это стать оператором размера, времени и стоимости и представить себя человеком, меняющим реальность. Оператор РВС не решит вашу задачу, но с его помощью можно получить несколько необычных направлений решения. Суть его заключается в том, чтобы мысленно:
Если представить, что времени бесконечно много, то провод сам может обрасти панцирем-трубой. Если же времени только секунда, то можно запустить ракету, выпущенную в трубу, на конце которой шнур пролетает в трубе.
Со стоимостью так же: представляем, что денег бесконечно много, и тогда можно запустить нанороботов, которые протащат провод или даже сконструируют его прямо там. Ну, а если денег почти нет, будем пользоваться подручными средствами.
А вот как работает оператор РВС в более бытовом ключе, например, в организации работы дома:
Размер. Что, если бы ваше рабочее место было огромным? Как бы вы организовали его? Например, отодвинули всё мешающее и отвлекающее как можно дальше. А если вы представите ваше рабочее место настолько маленьким, что вам бы пришлось работать стоя?
Время. Увеличиваем время того, что вам нужно сделать в течение недели до года. Как теперь организовать работу? А если есть только секунда? Что нужно сделать прямо сейчас?
Стоимость. У вас есть миллион, чтобы справиться с рядовой задачей. Как бы вы его потратили? Возможно, что-то делегировали? А если денег нет совсем? Может, самое время что-то освоить и сделать самому?
Итак, мы рассмотрели инерцию мышления и некоторые способы вырваться из ее плена. Психологические барьеры будут снижаться по мере того, как вы систематически развиваете творческое мышление — с помощью представленных выше методов и научно-фантастической литературы. Не бойтесь в самом начале генерировать странные или даже бредовые идеи. Позже они могут натолкнуть вас на сильные решения, которые изначально вы бы даже не стали рассматривать.
А вот еще один способ, на этот раз как сэкономить — промокод HABR дает дополнительную скидку 10%, которая суммируется со скидкой на баннере.