АНАЛИЗ

АНАЛИЗ

Перед вами стоит сложная, объемная задача, которую можно решить только тщательным скурпулезным анализом. Какие стадии вы должны пройти для ее решения?

Первое — требуется правильно сформулировать задачу, выбрать главные направления.

Почему танк Т-34 признан лучшим танком Второй мировой войны? Были танки и мощнее, и с большей броней, и более быстрые. Он стал лучшим потому, что его создатели выбрали три главных критерия — вооружение, броня и подвижность — и создали танк, чтобы в нем оптимально сочетались именно эти три качества. Остальные параметры учитывались, но лишь во вторую очередь.

Сейчас мало кто знает, что первоначальное задание, поставленное перед конструкторами танка, было совершенно другим. Требовалось создать легкий быстроходный танк с тонкой броней и колесо-гусеничным движителем. Однако М.И. Кошкин смело пошел наперекор требованиям, отстаивая свои взгляды, — и оказался прав. Сочетание сильного вооружения, брони и подвижности оказалось оптимальным. Танки БТ-7 превосходили Т-34 в скорости, но достигалось это благодаря тонкой броне, поэтому их легко было уничтожить. Танки КВ имели мощную броню, были чересчур тяжелы для большинства мостов, у них часто выходила из строя ходовая часть, недостаточный для веса танка мотор сгорал при увязании танка в грязи. Что касается легкого пехотного танка Т-26, то он оказался слишком тихоходным и слабобронированным.

Только с Т-34 — когда эти танки использовались умело — немцам пришлось туго…

Создав паровую машину, Джеймс Уатт вынужден был решить задачу, как превратить круговое движение в прямолинейное. Путем проб и ошибок он создал "параллелограмм", который с грехом пополам справлялся с этой ролью. Однако, строго говоря, параллелограмм Уатта давал не прямолинейное движение, а криволинейное. Это преждевременно изнашивало механизмы и заставляло изобретателей искать новые принципы преобразования — методом проб и ошибок, которые лишь иногда приносили некоторые улучшения.

Русский математик Чебышев проанализировал эту проблему с точки зрения математики. Он решил не улучшать существующие машины, а рассчитать идеальный вариант — то есть создать механизмы, в которых криволинейное движение возможно бы меньше отклонялось от прямолинейного, определив при этом наивыгоднейшие размеры частей машины.

Благодаря проделанной работе Чебышев получил несколько новых конструкций приближенно-направленных механизмов. Некоторые из них сразу нашли применение.

За этапом правильной постановки задачи следует этап определения стратегий изучения объекта. Это необязательно значит, что мы разбираем объект на детали; в первую очередь мы выделяем именно области исследования, определяем метод изучения объекта.

Относительно тех же танков первой стратегией можно выбрать стратегию рассмотрения "кинематических характеристик" танка. Кинематический анализ определяет параметры танка в движении. Эту большую стратегию лучше всего разбить на более мелкие подстратегии, такие как "скорость", "ограничения на перемещение" и т. д.

Переходя к подстратегии "скорость", конструкгор в первую очередь определяет, с какой скоростью должен двигаться танк. Эта скорость обусловит требования к двигательной установке, ходовой части и т. д. Заметим, что эти требования, в свою очередь, обусловливают и размеры моторно-трансмиссионного отделения и диаметр катков и т. д. — то есть затрагивают общую компоновку. Отсюда можно сделать вывод: стратегии нельзя применять по одиночке, проектировщику какого-то отдельного элемента следует иметь представления обо всем изделии.

Рассмотрев подстратегию скорости собственно танка, следует перейти к подстратегии скоростных характеристик перемещения его частей. К примеру, можно задаться вопросом: "Насколько существен такой параметр, как скорость поворота башни?". Ответы на подобные вопросы обычно дает опыт. Сражения Второй мировой войны показали, что скорость поворота башни принципиально важна. Экипажи Т-34 использовали большую подвижность башни при встрече "лоб в лоб" с немецкими танками. После выстрела, за которым следовала перезарядка орудия, Т-34 немедленно уходил в сторону, поворачивая башню. Медлительный же "Тигр" повернуться не успевал — и Т-34 делал еще один выстрел.

Рассмотрев все скоростные характеристики, следует перейти к следующей подстратегии — "ограничение на перемещение". К примеру, если угол подъема пушки выбрать слишком малым, во время боев в городе танк не сможет стрелять по верхним этажам. Но это относится к легким танкам; к тяжелым это требование обычно не предъявляется — в боях за крупные населенные пункты такие танки, как правило, не используются, поскольку они слишком уязвимы и могут в лучшем случае служить для поддержки пехоты.

Перебирая элемент за элементом, следует определить "ограничения на перемещение" для всех подвижных частей конструкции.

Следующей стратегией может быть "энергетический анализ". Он подразумевает исследование изменения состояния вещества с высвобождением энергии. К примеру, в пушке после выстрела в боевом отделении возникают пороховые газы, ударная волна и высокая температура. Из-за недостаточно полно проведенного энергетического анализа порой приходилось после испытаний переделывать башню. А созданное после войны самоходное орудие СУ-102 с мощной 122-миллиметровой пушкой в серию вообще не пошло именно из-за большого объема пороховых газов, возникающих в тесной башне. Видимо лучше просчитав энергетические процессы, американцы и англичане сразу делали свои самые мощные самоходные установки только с открытой башней.

Следующей стратегией может быть "химический анализ". В объекте могут и не происходить какие-либо химические реакции, но проанализировать химический состав объекта бывает весьма полезно. К примеру, немцы потратили много сил и изобретательности на то, чтобы создать истребитель танков "Фердинанд". Однако необходимость использовать в нем большое количество дефицитной меди не позволила выпускать эти танки серийно. Другой пример — во время войны корпуса советских танков оказались прочнее немецких. А причина в том, что немцы сваривали броневые листы на воздухе, азот и кислород поглощались расплавленным металлом, что ухудшало качество брони. На уральских же заводах применялась сварка под флюсом, изобретенная инженером Дульчевским. Флюс не пускал азот и кислород в шов.

Из этого примера напрашивается вывод: необходимо рассматривать ВСЕ параметры, какими бы незначительными они не казались на первый взгляд.

Следующими этапами анализа могут быть "механический" (определение механизмов, в которых нужны силовые приводы, амортизация и т. д), "человеческий" (анализ действий и передвижений экипажа во время боя, марша, обстрела с закрытых позиций, эвакуации и т. д.), анализ взаимодействия с внешними факторами (защита от непогоды, преодоление распутицы и т. д.), технологический — и так далее.

Задаваясь лишь "энергетическим" или "химическим" подходом, мы в значительной мере ограничиваем себя в рассмотрении объекта — но этот подход своими внутренними чаконами (энергетическими или химическими) подсказывает большое количество идей.

Выбрав стратегию, неизбежно приходится заниматься разработкой подстратегий. Их может быть много. К примеру, при "кинематическом анализе" такими подстратегиями являются "скорость", "ограничение на перемещение", "точность позиционирования", "вид привода", "удобство управлением перемещением" и т. д.

В свою очередь подстратегия "удобство управления перемещением" может также делиться на свои подстратегии ("дистанционное управление перемещением", "стабилизация при движении" и т. д.).

Появление новых подстратегий не усложняет, а УПРОЩАЕТ работу по поиску идей — к примеру, мы привыкли относить стабилизацию лишь к пушке, рассматривая же "стабилизацию" как универсальную подстратегию и применяя ее к различным объектам танка, можно получить ряд новых идей — "стабилизация кресла наводчика", "стабилизация пулемета" и т. д.

Конечно, при анализе возможно и появление нестандартных, побочных идей и стратегий. Их следует ценить особо. Нестандартная идея вряд ли придет в голову противнику или конкуренту — и это может обеспечигь преимущество или нейтрализовать другие "побочные" идеи конкурента.

Известно, что Генри Форд сколотил свою могучую империю, одним из первых умело применив анализ операций. Но мало кто знает, что завоевать рынок ему помогла случайная находка — деталь, найденная автопромышленником у места аварии французского гоночного автомобиля. Любой другой отшвырнул бы пыльный обломок ногой, но Генри Форд пройти мимо и не изучить необычное изделие не мог. Деталь машины удивила Форда прочностью при ее легкости.

Форд отдал деталь на анализ. Оказалось, что в ней присутствует ванадий — элемент, делающий изделия особо твердыми. Форд стал добавлять ванадий в шасси и кузова своих автомобилей — хотя это поначалу стоило дорого и требовало перестройки некоторых процессов. Но скоро это окупилось. Нововведение позволило уменьшить количество стали на одну машину. Кроме того, поскольку в начале века Америка не имела хороших дорог, надежные "форды" быстро снискали популярность, и возросший на них спрос позволил запустить конвейеры на полную мощность. Закон капиталистической экономики: качество переходит в количество.

Форду просто повезло — и это сделало его богатым. А потом еще повезло — он изобрел конвейер. А потом еще — он первым внедрил разделение операций. А потом еще — он решил, что квалифицированного работника нужно использовать только для высококвалифицированного труда, и это повысило отдачу от специалистов. А потом еще — ему пришла в голову мысль резко повысить зарплату своим работникам; к нему перешли квалифицированные рабочие с других предприятий, люди стали дорожить своим местом — и в результате качество улучшилось. К тому же эти деньги вернулись, и с лихвой: рабочие стали покупать машины Форда. А потом ему в голову пришла еще идея: снижать как можно ниже цену на машины; они стали общедоступными, и это повысило спрос и тем самым — прибыль. А потом — еще…

Да что же такое? Почему же этому американцу так везло?

Потому что Форд умел, при всех своих аналитических способностях — которые были как бы мотором его дела, — ставить перед собой нестандартные задачи, позволявшие ему обходить конкурентов с самых неожиданных сторон.

…Когда Генри Форд поставил задачу получить монолитный моторный блок с восемью цилиндрами, конструкторы дружно заявили, что в бензиновом двигателе это невозможно. Однако Форд своего задания не отменил.

Прошло полгода — разработки не дали результатов. Прошел год. Форд продолжал выделять деньги на решение непосильной задачи.

И новый двигатель, V-8, наконец был создан. Он позволил компании резко обогнать конкурентов. Может, в этом и был главный секрет Форда, некогда самого богатого человека планеты, — уметь поступать порой невероятно нелогично?

Одно время рабочие Форда жаловались, что посетители завода их отвлекают, и просили не пускать посторонних.

Не давать полюбоваться главным конвейером? Детищем компании? Только не это!

Форд распорядился сделать посещения регулярными — для школьников, студентов, гостей. Скоро работники к таким визитам привыкли и перестали их замечать. А школьники, студенты и гости становились затем обладателями "фордов".

Форд снова вступил в прямое противоречие с логикой. И снова выиграл.

Следует, однако, отметить, что "нелогичные" ходы воплощает в жизнь все-таки именно логика. Именно Форд первым всерьез занялся анализом трудовых операций, что позволило резко сократить расходы на производство автомобиля.

Используя стратегии, следует все же помнить о том, что, задаваясь лишь, скажем, "механическим" анализом, мы себя в некоторой степени ограничиваем — и потому следует посте анализа всех стратегий изучить связи МЕЖДУ стратегиями. Яркий пример неучета таких связей — Цусимское сражение. Русский флот имел технические преимущества, но бронебойные снаряды на большой дистанции теряли пробивающую мощь, в то время как японские снаряды с "шимозой" (взрывчатка, названная так в честь ее создателя, японского профессора Шимозы. — А.П.), тоже теряя скорость, прожигали этой "шимозой" броню. Для снаряда с "шимозой" скорость и калибр снаряда были не так важны. "Механический" принцип поражения противника японцы заменили на "энергетический".

Нечто подобное произошло много позже в сражении на Курской дуге. Бронированным танкам с мощной броней — "тиграм" и "пантерам" — были противопоставлены не гиганты с еще более мощной защитой, а ПТАБы — разработанные И.А. Ларионовым малогабаритные противотанковые авиабомбы кумулятивного действия. Только за пять дней Курской битвы, используя ПТАБы, летчики 291-й штурмовой авиадивизии уничтожили и повредили 422 вражеских танка.

Любопытно, что ленинградец И.А. Ларионов не был специалистом в области взрывчатых веществ. Наверное, это и помогло ему прийти к своей идее, в которой используется "чужой" подход.

Из всего этого следует сделать вывод: на этапе рассмотрения стратегий анализа надо внимательно определять не только эти стратегии, но и их взаимодействие между собой. В вычислительной технике, к примеру, этот этап носит название "определение подсистем и их интерфейсов".

Может возникнуть вопрос — а так ли уж нужны все эти стратегии? Все обычно решается как-то само собой, в рабочем порядке. Когда возникают проблемы, на них и ищутся ответы.

Верно. Но далеко не всегда. В программе испытаний, которые проводили на Чернобыльской АЭС, не было, в частности, указано, куда в ходе проведения эксперимента нужно отводить излишки горячего пара, так как для турбогенератора он уже не требовался (это относится к "энергетическому анализу"). Отключить систему аварийного охлаждения реактора, по мнению строившего первый энергоблок Чернобыльской АЭС Г. Медведева, можно было "только при отсутствии понимания нейтронно-физических процессов в атомном реакторе" ("физический анализ"). Пожар на крыше пожарные загасили, но о пожаре в самом реакторе никто не подумал, продукты горения и составили основной выброс ("химический анализ"). Сбрасывание мешков с песком на станцию привело к новым выбросам ("механический анализ").

Авария произошла. Далее началась цепь ее последствий, которые не были проанализированы заранее.

1. Точно установить уровень радиации и оценить степень опасности не было возможно, поскольку дозиметры оказались слабыми. Это стало причиной того, что эвакуация населения началась с запозданием.

2. Индивидуальные дозиметры на станции имелись, но находились под замком и, кроме того, не были подготовлены к работе. Борющиеся с последствиями аварии люди не имели представления, какую дозу получают.

3. Последовательность действий во время аварии заранее определена не была. Из-за этого, в частности, следующую смену никто не предупредил об опасности — и она, прибыв на станцию, подверглась облучению.

4. Система автоматического оповещения всех должностных лиц оказалась неисправной. Результат — руководство стало предпринимать действия с запозданием.

5. У вызванного на станцию медперсонала не было даже легких респираторов из ткани. Санпропускник самой станции не работал, на его дверях был замок. Вызванные врачи вынуждены были делать главным образом успокаивающие уколы — на станции не оказалось йодистых препаратов.

6. Поскольку учений не проводилось (кроме противопожарных), персонал оказался не готов к действиям в условиях радиационной опасности. Многие не знали даже, как правильно надевать респираторы из ткани.

7. Вызванные пожарные не имели понятия про радиационную защиту. Некоторые брали выброшенные из реактора куски графита в руки.

И т. д.

И т. д.

И т. д.

В результате — по данным "Гринпис" — в разной степени пострадали 12 миллионов человек.

Ущерб, несомненно, был бы гораздо меньше, если бы разработчики создали "дерево событий". Подобное "дерево" описывает все играющие серьезную роль события, которые могут произойти. Каждому элементу такого дерева эксперты должны присвоить определенный "вес" — и самые "весомые" и потенциально опасные варианты должны быть отражены в инструкциях, а также отработаны, хотя бы в учебном классе.

Но "дерево событий" создается, когда конструкция уже существует. Ему предшествует — еще на стадии создания изделия — "анализ операций" каждого работающего.

Вернемся к тому же Т-34. Командир танка руководил экипажем и одновременно был стрелком-наводчиком. Это было явно большой нагрузкой, и потому в танке Т-34—85 появился еще один, пятый, член экипажа.

Другой пример анализа операций. В Т-34 отсутствовала командирская башенка, и потому командир имел плохой обзор. Порой танки подбивались даже легкими самоходками, которые благодаря малошумности могли подобраться почти вплотную. Сделанная на Т-34—85 командирская башенка немецким самоходкам шансов почти не оставила.

Но анализ изделия на анализе операций не кончается.

Следующей стадией является выявление визуальных несоответствий, то есть поиск очевидных несоответствий в компоновке.

Какие, к примеру, выявились несоответствия в компоновке Т-34? Обнаружилось, что узкий двигатель можно поставить не вдоль танка, а поперек. Это помогло сократить длину танка, повысить его маневренность, уменьшить вес.

Но затем оказалось, что с повернутым двигателем можно также переместить башню в центр танка. Когда танк едет по пересеченной местности, танкисты раскачиваются, как на качелях, — и тем меньше, чем ближе они расположены к центру. Исходя из этих соображений, башню перенесли назад. При этом уменьшилась и вероятность того, что при преодолении препятствий пушка упрется в землю. Это позволило удлинить пушку — а значит, увеличить точность огня и пробивающую способность.

Но когда разгрузили передние катки, появилась возможность усилить лобовую броню. Новая броня имела толщину 120 мм (у Т-34 — только 45 мм).

Новый танк, Т-44, имел столь блестящие характеристики, что было принято решение всем формирующимся танковым бригадам присвоить звание гвардейских. Никто не сомневался, что это звание они оправдают.

Любопытно, что все вышеназванные изменения можно было сделать на пять лет раньше. Даже существовал такой вариант — Т-34М, но в серию уже пошел Т-34, а "лучшее — враг хорошего". Т-44 же был принят на вооружение только потому, что он вобрал в себя еще целый ряд изменений, накопленных за пятилетие.

Аналогичные "методу визуальных несоответствий" методы применяли многие конструкторы и ученые. В своих воспоминаниях о Сикорском Н.Н. Поликарпов отмечает такую особенность конструктора: Сикорский подолгу застывал пред своим аппаратом, его внимательно рассматривая. Это "вглядывание" рождало идеи. Впоследствии Сикорский тщательно проверял эти идеи логикой.

Научный метод Леонардо да Винчи в основном базировался на визуальном исследовании. Он состоял из трех элементов: "1) внимательное наблюдение; 2) многочисленная проверка результатов наблюдения с разных сторон зрения: 3) зарисовка предмета и явления, возможно более искусная, так чтобы они могли быть увидены всеми и поняты с помощью коротких сопроводительных пояснений". (Роберт Уоллэйс. Мир Леонардо.)

Пятая стадия анализа — анализ функций. Этот анализ может быть проведен различными методами; мы коснемся важнейших из них.

1. Первый метод — "метод выявления функциональных несоответствий", то есть поиск несоответствия в назначении деталей конструкции, мешающего действию деталей друг на друга.

Шаровая установка курсового пулемета на Т-34 уменьшала прочность лобовой брони. В Т-44 и последовавших после него танках от шаровой установки отказались.

2. Второй метод анализа функций — "использование вспомогательных функций". Обычно любое устройство выполняет и полезное, и побочное действия. Если подробно расписать все побочные действия и проанализировать их, может выясниться, что вред можно обратить в пользу. Самый простой пример — пороховые газы, которые конструкторы стали использовать для работы автоматического оружия.

Принцип этот, казалось бы, совсем прост — но вот что любопытно: в самолете МиГ-3 патрубки не просто выводили отработанные газы, а создавали при этом дополнительную тягу; в других самолетах этого не было — и это внесло свой вклад в то, что МиГ-3 являлся самым быстроходным одномоторным истребителем мира (его опережал только двухмоторный американский "Лайтнинг"). МиГ-3 на форсаже уходил от "мессершмитов"; выпуск этих самолетов пришлось прекратить потому, что заводы потребовались для выпуска аналогичных двигателей для Ил-2.

…Однажды американец по имени Шон Нельсон забрался в танк и поехал, давя людей и круша автомашины на своем пути.

Перед полицейскими возник вопрос: как быстрее обезвредить этого сумасшедшего?

Против танка нет приема. Кроме… Раз обезвредить танк в целом нельзя, то можно постараться сделать для него невозможной хотя бы какую-нибудь одну операцию. К примеру, можно набросить на стекло смотрового устройства водителя мокрую тряпку. С обычным танком это не проходит, поскольку наблюдение за дорогой осуществляет не только водитель, но и командир танка; одновременно же сидеть за рычагами и наблюдать из башни невозможно, это две разные функции.

Полицейские набросили тряпку, и танк, заехав на ограждение между дорогами, застрял. Но после этого возник вопрос: что делать дальше?

Еще одной из функций бронированной машины является забор воздуха для экипажа. Это можно использовать, запустив в отверстие для воздуха газ из газового баллончика.

Судя по документальной хронике, американские полицейские сделали что-то в этом роде. Когда Нельсон показался из танка, полицейские немедленно его застрелили.

Итак, полицейские восприняли танк не как единое целое, а как набор функций — и выбрали те, которые могли использовать в своих целях.

3. Третьим методом анализа функций является "нейтрализация вредных функций". То есть необходимо выявить вредные функции и привлечь принцип, позволяющий избавиться от их вредного действия.

Когда в 1880 году Эдисон создал достаточно долговечную лампу, он попросил руководителя своего исследовательского отдела Фрэнка Аптона спроектировать динамо. Сам Эдисон, не имея специального образования, с этой задачей никогда бы не справился. Проведя анализ, Аптон обнаружил, что самым крупным источником потерь в генераторах являются токи Фуко, бесполезно нагревающие сердечники машин. Как снизить ток при заданном напряжении? Только подняв сопротивление. Аптон поднял сопротивление для токов Фуко, использовав вместо одного большого сердечника множество изолированных друг от друга пластин. КПД первого же генератора Аптона перевалил за 90 %, тогда как никому не удавалось получить КПД выше 40–50 %.

В методе "нейтрализации вредных функций" следует: а) выявить вредную функцию; б) определить ее физическую природу; в) определить путь уменьшения функции; г) найти принцип реализации этого уменьшения.

Алгоритм прост — настолько прост, что кажется само собой разумеющимся. Однако систематическое исследование человеку несвойственно, и потому можно привести много примеров, когда выдающиеся изобретатели годами мучились с какой-нибудь побочной функцией, пытаясь одолеть ее с наскока.

При строительстве первых электромоторов выяснилось, что ток к обмоткам якоря через медные щетки и коллектор подвести трудно, почти невозможно. Во время запуска или перемены направления вращения коллектор вспыхивал от искр и через несколько минут буквально рассыпался в прах. За восемь лет совершенствования электромотора изобретатели Спрэг, Ван-Деполе, Бентли Найт, доведя до совершенства все остальные части электромотора, с проблемой щеток так и не справились.

Ответ оказался прост: если ток большой, то его надо уменьшить. Большое сопротивление дает графит (графит стоит во всех регуляторах громкости). Сопротивление графита больше сопротивления меди в 1000 раз. Но, уменьшая вредную функцию (большой ток), графит уменьшает и полезную (тот же самый большой ток). Ничего страшного — площадь контакта графитной щетки можно сделать в 1000 раз больше медной.

Приведенное решение проблемы кажется логичным — однако оно было найдено методом проб и ошибок.

4) Четвертый метод анализа функций — "анализ положительных и отрицательных функций для их наиболее рационального использования".

Этот метод — самый важный, а порой просто жизненно необходимый. Пример из истории.

После окружения советских армий под Брянском в 1941 году единственной мобильной силой на Западном фронте оказались 50 танков 4-й танковой бригады М.Е. Катукова.

Казалось, судьба Тулы, а затем и Москвы была решена. Но вдруг. О том, что случилось 6 октября 1941 года, гитлеровский генерал Гудериан написал следующее:

"Южнее Мценска 4-я танковая дивизия была атакована русскими танками, и ей пришлось пережить тяжелый момент. Впервые проявилось в резкой форме превосходство русских танков Т-34. Дивизия понесла тяжелые потери. Намеченное быстрое наступление на Тулу пришлось отложить".

Что же произошло? Танки Т-34 сражались с танками Гудериана еще в Белоруссии — но именно сейчас прославленный полководец признал их превосходство и был вынужден приостановить наступление.

Ответ на этот вопрос содержится в записи, сделанной Гудерианом чуть позже:

"Особенно неутешительными были полученные нами данные о действиях русских танков, а главное, об их новой тактике".

Вот в чем дело! Танки Т-34 стали применять иначе? Как?

Катуков прекрасно знал, что немецкие танки имеют слабую броню с бортов. Когда 6 октября немецкая 4-я танковая дивизия направилась на позиции русских стрелков, ее ждал внезапный фланговый удар. После удара Катуков сразу отвел бригаду, предпочтя сохранить ее для последующих внезапных нападений.

Катуков знал также, что узкие гусеницы немецких танков застревают в грязи, и потому танки способны в распутицу двигаться только по шоссе.

"Вечером 11 октября, когда передовые части дивизии вступили в охваченное пожаром предместье Мценска, дивизия растянулась по шоссе километров на двадцать, а приданная ей артиллерия и пехотные части оказались почти за пределами радиосвязи. Именно этот момент Катуков выбрал для нового удара. Почва с наступлением сумерек начала подмерзать, широкие гусеницы Т-34 позволяли пройти там, где тяжелые немецкие танки T-IV садились на бронированное брюхо.

Удар русских танкистов был стремительным и свирепым. Немецкая колонна оказалась рассеченной на части, которые затем были методично уничтожены". (Алан Кларк. Москва 1941 года.)

Похоже, что танки Т-34 смогли "в резкой форме" проявить свое преимущество потому, что Катуков тщательно проанализировал слабые и сильные стороны немецких и советских танков — другими словами, провел анализ функций.

Танки Т-34 превосходили немецкие и в скорости. Немецкий офицер-танкист написал после атаки Катукова:

"Но когда у противника танк лучше, это — страшно. Ты даешь полный газ, но твой танк слишком медленно набирает скорость. Русские танки такие быстрые, на близком расстоянии они успевают взмахнуть на холм или проскочить болото быстрее, чем ты можешь развернуть башню".

Вот бы использовать это свойство с самого начала боев! Но, судя по мемуарам, многие крупные советские военачальники вплоть до 1945 года считали, что танк во всех обстоятельствах обязательно должен сопровождаться пехотой. Вот и шел Т-34 со скоростью 7—10 километров в час, представляя из себя прекрасную цель.

Танки Т-34 имели и более мощную пушку, чем у немцев — но, согласно предвоенной наступательной доктрине, танки посылали в непрерывные атаки, когда гораздо выгоднее было уничтожать противника издали и из засад, не подвергаясь риску быть пораженными. "Опыт боев на Украине, и в частности именно этот бой под Клеванью, впервые заставил меня задуматься над вопросом использовании тактики танковых засад. Эта тактика впоследствии в боях под Орлом помогла нам с малыми силами нанести серьезный урон 24-му танковому корпусу Гудериана", — писал Катуков в своей книге "На острие главного удара".

Увы, но в войну Красная Армия вступила с предвоенным лозунгом "Малой кровью, могучим ударом". 22 июня в войска была отправлена директива — перейти в контрнаступление. Не выяснив главных направлений продвижения противника, не организовав оборону, не обеспечив пехоту и артиллерию необходимым для наступления числом грузовиков и лошадей, не дав подготовить планы наступления. Совершенной неожиданностью для танкистов оказались немецкие противотанковые ружья, которые с малых дистанций легко поражали танки с тонкой броней.

В книге "Неизвестный Жуков" Б. Соколов пытается восстановить картину тех дней:

"Контрнаступление Юго-Западного фронта началось 23 июня при значительном перевесе советской стороны в людях и, особенно, в танках. Всех танков в войсках фронта насчитывалось 4201. Одних новейших Т-34 и КВ было 761… К 30 июня Юго-Западный фронт безвозвратно потерял 2648 танков — почти две трети тех, что имел к началу войны. А к 9 июня потери возросли до 3464 машин, и танков в строю у советской стороны почти не осталось".

В 1943-м году, на Курской дуге, получив приказ перейти в контратаку, Катуков осмелился возразить самому главнокомандующему:

"По-моему… мы поторопились с контрударом. Враг располагает большими неизрасходованными резервами, в том числе и танковыми.

— Что вы предлагаете?

— Пока целесообразно использовать танки для ведения огня с места, зарыв их в землю или поставив в засады. Тогда мы могли бы подпустить машины врага на расстояние триста — четыреста метров и уничтожить их прицельным огнем.

Сталин некоторое время молчал.

— Хорошо, — сказал он наконец. — Вы наносить удар не будете". (М.Е. Катуков. На острие главного удара.)

И немецкий меч разбился о щит танков Катукова.

1943-й год. А должен был быть 1941-й.

Итальянский сказочник Дж. Родари в книге "Грамматика фантазии" рассказывает, как он учил детей "анализу функций":

"Характерной чертой гения Леонардо, является то, что он впервые в истории стал рассматривать машину не как что-то органически целое, а как сочетание более простых устройств.

Леонардо да Винчи "расчленил " машину на единичные элементы — "функции"; так, например, он специально изучил "функцию " трения, что позволило ему сконструировать подшипник, шариковый и конусный, он даже придумал устройство, которое стало производиться лишь в самое последнее время для гироскопов, применяемых в авиации".

Есть в книге Д. Родари еще один любопытный метод — "анализ исходных материалов":

"Из характерных особенностей данного персонажа, будь он уже знакомым… или только что придуманным (как только что пришедший мне на ум человек из стекла), можно логически вывести и его приключения…

Анализ материала, в данном случае стекла, подскажет, с какой меркой мы должны подходить к нашему герою.

Стекло прозрачно. Стеклянный человек прозрачен. Можно читать его мысли… Он не может говорить неправду, это сразу бы увидели; один выход — найти шляпу…

Стекло хрупкое. Раз так, то, значит, дом стеклянного человека должен быть весь обит чем-нибудь мягким. Тротуары будут застелены матрацами. Рукопожатия отменяются (!). Тяжелые работы — тоже. Врачом в подлинном смысле этого слова будет не медик, а стеклодув.

Стекло может быть цветным. Стекло можно мыть. И так далее".

Анализ исходных материалов порой бывает полезен. В самом деле, какая бы блестящая идея ни посетила нашу голову, она бесполезна, если мы не можем воплотить ее в жизнь.

Подобный анализ труден по чисто психологическим причинам. В ходе эволюции человек привык решать задачи в терминах препятствий, а не в терминах средств. Это понятно: еще в недалеком прошлом задача могла нести смертельную опасность, человек привык искать ХОТЬ КАКОЙ выход, то есть те особенности преграды, которые помогли бы эту преграду немедленно преодолеть. Но нашей жизни ничего не угрожает; и потому мы можем осмотреться: что мы имеем для решения задачи?

Поскольку вспомнил Леонардо да Винчи, мы также прибегнем к примеру из итальянской истории.

Галилей вел астрономические наблюдения при помощи подзорной трубы, которую сам и изготовил. Строго говоря, идея подзорной трубы принадлежала не ему. Находясь в Венеции, Галилей услышал, что какой-то голландец преподнес местному правителю Морису Нассаускому трубку" которая по-зволяла ясно видеть отдаленные предметы, словно они находятся вблизи. Галилей стал размышлять, как мог быть устроен этот "волшебный снаряд", и, не зная никаких подробностей, все-таки догадался — по сути, используя метод анализа исходных материалов.

"Вот, — говорил Галилей, — каким было мое рассуждение. В устройство снаряда должны входить стекла, одно или многие. Одного быть не может. Стекло может быть или выпуклое, то есть более толстое в середине, или вогнутое, то есть тонкое в середине, или, наконец, с параллельными поверхностями. Стекло последней формы не уменьшает и не увеличивает видимых предметов; вогнутое их уменьшает, выпуклое увеличивает, но кажется смутным и неясным. Значит, одно стекло действия произвести не может; переходя к сочетанию двух стекол и зная, что стекла с параллельными поверхностями ничего не изменяют, я заключил, что от соединения его с тем или другим из остальных родов стекол также нельзя ждать действия. Поэтому я сосредоточил опыты на том, чтобы исследовать, что произойдет от соединения этих двух стекол, то есть выпуклого и вогнутого, и достиг результата, которого искал".

Галилей открыл горы на Луне, четыре спутника Юпитера, фазы у Венеры и пятна на Солнце. Каждое из этих открытий в отдельности могло бы сделать его имя бессмертным.

Всего этого он добился благодаря искусству "анализа исходных материалов".

А вот пример из нашей истории. В 1920-х годах на Балтийском заводе в Ленинграде начали проектировать лесовозы — чуть ли не первые после революции. Естественно, обсуждался вопрос, какой двигатель выбрать. Известно, что дизель значительно экономичнее паровой машины; по этой причине паровые машины в 1920-е годы уже доживали свой век. Тем не менее конструкторы Балтийского завода все же предпочли пар, и вот почему. Лесовозы должны были доставлять лес из Архангельска в Англию. В Архангельске не было нефтяного топлива, к тому же, выгрузив лес в Лондоне, корабль должен был идти обратно с балластом — таким балластом и стал дешевый английский уголь, который судно использовало в следующем рейсе.

Перед решением любой задачи полезно прежде всего прикинуть: что имеется? И составить перечень — но не только материалов, но и их возможных функций. Любой анализ исходных материалов в конечном счете — тот же анализ функций.

Зададимся, к примеру, следующим вопросом: что можно предложить для того, чтобы предотвратить снос морских буровых вышек ледовыми полями? Это довольно сложная проблема — но посмотрите, как легко генерировать идеи, если мы составим список элементов, находящихся в нашем распоряжении, и свойств этих элементов. Элементов немного — вода, воздух, нефть и попутный газ, но, подробно расписав их свойства, мы можем сразу найти целую серию решений.

Первое — вода. Что делает вода? Поддерживает лед. Отсюда первая идея — использовать твердую металлическую камеру, которая, попеременно наполняясь водой и воздухом, вспарывала бы лед снизу.

Ломать лед можно и сверху — наполняя емкость водой, на манер ледокольного судна.

Какие еще свойства у воды? Она соленая. Можно лить воду на состоящий из пресной воды лед — от соли он растает быстрее.

Вода упругая — это дает возможность разбивать лед из водяной пушки.

Какие свойства у льда? Он крепкий. Это значит, что можно прибуксировать айсберг и поставить его на якорь с направления движения льда. Вместе с тем лед рыхлый там, где он находится в воде. Можно поставить подводный винт, который бы разрыхлял подводную часть льда, — подобный метод прежде использовали на некоторых ледокольных судах.

Лед способен плавать только на поверхности. Отсюда идея ограждений в виде огромного буя. Наползая на буй передней частью, задней частью льдина остается в воде — и ломается на более мелкие части.

Какие свойства у газа? Он горит. Можно использовать газовую резку.

Итак, мы буквально за несколько минут получили целый ряд вполне действенных идей.

Иногда в общий анализ включается этап анализа физических принципов. Зачем нужен этот этап?

В Первую мировую войну американцы столкнулись с такой проблемой — судно, на которое сбрасывается много бомб, не тонет. За советом обратились известному изобретателю (позднее — консультанту по военным делам при правительстве США), бывшему русскому военному летчику А. Северскому.

Ответ А. Северского был следующим — бомбы надо сбрасывать не на корабль, а… рядом с кораблем. Ударная волна распарывает швы, и корабль идет ко дну.

Подобный совет мог дать человек, хорошо знавший физические принципы.

К сожалению, о необходимости рассматривать физический принцип частенько забывают. Во время Второй мировой войны конструкторы тяжелых танков были озадачены тем, что даже самая мощная броня не спасала танковые экипажи — от внутренней части танковой брони откалывались осколки и поражали людей. Ударная волна, проходя по броне, составляла узлы и пучности, — из-за этого и отскакивали кусочки брони. Явление это было неожиданностью для конструкторов. С этой проблемой они тогда не справились толком (активная защита появилась много позже), а вот в самолете Ил-2 против этого явления были предприняты специальные меры. Бронеспинку делали не из одного толстого листа брони, а из двух более тонких. Ударная волна первого листа не проходила во второй лист. Это внесло свою лепту в легендарную живучесть "илов".

Конструкторы Ил-2 учли свойства ударной волны — но, к сожалению, не учли в полной мере другого физического принципа, и очень важного, — центра тяжести. Летчики столкнулись с тем, что прицельная очередь уходила ниже цели. При исследовании выяснилось, что виноват длинный магазин к авиационной пушке. Самолет стрелял в наклонном положении, магазин опустошался, центр тяжести самолета менялся, и нос опускался вниз. Немного, но достаточно, чтобы сбить прицел. Пришлось менять пушку — на ту, для которой снаряды располагались в крыле.

Хотя понятие "центр тяжести" занимает относительно небольшое место в учебниках физики, в технике оно играет огромную роль. О связанных с центром тяжести причудах техники можно написать отдельную книгу; мы ограничимся только несколькими примерами.

Перед Первой мировой войной на вооружение русской армии поступила "горская шашка". Автор ее, Горский, решил сделать шашку, которой можно было бы и колоть, и рубить. Шашка была изогнутой, как и прочие шашки, но рукоятка и кончик шашки находились на одной оси, что позволяло вонзать оружие в противника.

Однако в армии шашку сочли неудобной, и от нее со временем отказались. Что же было причиной неудобства? Изгиб шашки был впереди ее оси, а это значит, что центр тяжести тоже располагался впереди оси, хотя у шашки центр тяжести должен быть сзади. Вспомним топор с его изогнутым назад топорищем. То, что центр тяжести у топора находится позади, позволяет легко его направлять.

По сути, объединив шашку и палаш, Горский произвел "анализ функций" — но не сделал анализа физического принципа. Потому-то идея и оказалась негодной.

Там, где может вмешаться физический принцип, надо: 1) точно его определить; 2) подробно расписать все формы проявления этого принципа; 3) найти потенциально опасные или полезные формы; 4) привлечь уже известные принципы для борьбы с опасными формами и использования полезных.

Пример — задача уменьшения ущерба от землетрясений.

Первый этап. Сейсмическая волна — это такая же волна, как и всякая другая. Физический принцип явления — распространение волны.

Второй этап. Формы проявления волновых свойств — наложение и вычитание, огибание, пучности и узлы, резонансные и колебательные свойства, отражение, изменение угла и скорости при переходе сред.

Третий этап. Пытаемся найти среди форм проявления физического принципа потенциально полезные. К примеру, возьмем колебательные свойства.

Четвертый этап. Минареты в Средней Азии строят с полукруглым фундаментом, который покоится на полукруглом ложе. Между ложем и фундаментом есть слой из сухих веток. Приняв удар, минарет отклоняется, а затем, колеблясь, постепенно освобождается от энергии. Тогда как энергия волны с кнута срывается с резким щелчком, минарет, став резонансной системой, становится ловушкой для волны. Колебательные свойства сейчас используется при строительстве японских небоскребов (хотя вряд ли японские строители позаимствовали этот метод в Средней Азии).

Можно на третьем этапе выбрать другую форму — "отражение". Мы знаем, что волны отражаются от поверхностей. Это значит, что зданию мало что будет грозить, если оно будет покоится на массивной плите. Сейсмическая волна отразиться от плиты. Не в этом ли заключается разгадка тайны баальбекских плит? В Баальбеке храмы наверняка строили навечно.

Можно на третьем этапе выбрать и "наложение". Вспомним, как морские волны, дойдя до волноломов, меняют направление и начинают друг друга гасить. Полагают, что подобный принцип использовали древние зодчие. Иначе не объяснить уходящие глубоко в землю стены, сужающиеся к концам. Волны, накладываясь друг на друга в здании, могут вызвать негативный эффект. Значит, стенам здания нужно придать одинаковую толщину, а само здание не должно менять профиль по ходу распространения волны (то есть у большого здания не должно быть маленьких пристроек).

Анализ физических принципов подразумевает и анализ формул. Наверняка при слове "формулы" у читателя свело or скуки скулы — но вспомните, как в "Букинисте" вы листали книгу "Космонавтика" и обливались слезами — как же все это безумно интересно! Сухие формулы, которые вам приходилось зубрить в институте, обрели плоть и кровь. Как оказалось, с их помощью можно рассчитать фотонный двигатель, космический парус и еще много чудесных вещей. Почему же в институтах, думали вы, эти формулы не привязывали к конкретным интересным проектам, чтобы оживить этим непонятные криптограммы?

Мы не сделаем этой ошибки. Мы "привяжемся" к конкретным случаям.

Начнем с космонавтики.

1. Существуют проекты ионного, электрического, магнитоэлектрического и других двигателей. Их изобретатели предлагают на этих двигателях долететь до Марса, Венеры, Юпитера и так далее. Но мы знаем, что для полета на Марс требуется скорость не меньше второй космической. Потому и летают на жидкостных ракетах. На ионах и электричестве такой скорости не разовьешь…

Или разовьешь? Формула скорости V=at; время t у нас бесконечно. Достаточно небольшого, буквально микро-скопического ускорения а, чтобы со временем ракета разогналась до ураганных скоростей. Проблема лишь в том, чтобы все долгое время разгона это ускорение оставалось. Изобретателю следует продумать, как он будет получать ионы — от Солнца, батареи или от чего-либо еще.

Этим примером мы хотели продемонстрировать присутствующую в большинстве формул ПРЯМУЮ ЗАВИСИМОСТЬ. Она не так проста, как это кажется на первый взгляд. Непростой ее делают составляющие формулу элементы.

Приглядитесь к формуле V=at. Какими разными являются ее составляющие! Время t увеличивается, оно полно жизни, динамики, развития, энергии. Ускорение же а — это всего лишь коэффициент между скоростью и временем. Оно мертво, безжизненно и, как космос, холодно. Время увеличивается само; чтобы увеличить а, надо много потрудиться.

Чуть изменим формулу, представив ее в следующем виде: a=V/t. Из этой новой формы, похоже, следует, что ускорение само уменьшается со временем. Ух, как интересно! А не открыли ли мы какую-нибудь новую закономерность?

К сожалению, не открыли. Скорость V в данной формуле — это не мертвый коэффициент. Если тело движется в пространстве с ускорением, то с увеличением времени t меняется и скорость V — то есть ускорение а остается постоянным.

Действительно, изучать формулы надо только по таким книгам, как "Космонавтика". Не потому, что это интересно, а потому, что это правильно.

2. Теперь перейдем к КВАДРАТИЧНОЙ ЗАВИСИМОСТИ.

Русский оружейник Федоров потратил много сил на переход русской армии с оружия калибром 7,62 миллиметра на оружие калибром 6,5 миллиметра. Казалось бы, один миллиметр разницы — стоит ли ломать копья? Но лобовое сопротивление пули, помимо прочего, пропорционально площади среза, а площадь считается по формуле pR². А это значит, что с уменьшением радиуса площадь падает не настолько же, а существенно больше. Если калибр падает на 13 процентов, то площадь падает на четверть — а это весьма солидно.

По аналогичной причине, в частности, авиаконструкторы и стремились сделать "радиус" самолета (мидель) как можно меньшим. Как и создатели авиадвигателей мидель мотора.

Из всего сказанного можно сделать вывод: если в формуле есть квадратичная зависимость, ради параметра с этой зависимостью следует бороться не покладая рук. Если зависимость кубическая — ради нее можно идти на любое преступление. Конечно, не наказуемое.

3. ЭКСПОНЕНТА по своей подлости сравнима только со старухой Шапокляк. Подтвердим это обвинение примером.

Прочность стальных деталей при нагрузках падает по экспоненте — но до определенного момента, когда сталь, несколько утратив от первоначальной прочность, не приобретает фиксированной твердости.

Вот привычка к такому характеру изменения прочности и подвела английских конструкторов. Алюминиевые "Кометы" — первые в мире реактивные лайнеры — падали вместе с пассажирами, поскольку англичане не учли, что у алюминия экспонента опускается очень низко. Во Вторую мировую алюминиевые бомбардировщики англичан летали без разрушений корпуса — но для послевоенных лайнеров потребовалась герметизация салона. Разница давлений на стенки лайнера со стороны атмосферы и со стороны салона, нагружая алюминиевый корпус рейс за рейсом, и погубила несколько крылатых машин.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.