Изобретательство. Изобретательская деятельность, как правило, начинает цикл инженерной работы. В изобретательской деятельности на основании научных знаний и технических достижений заново создаются новые принципы действия, способы реализации этих принципов или конструкции инженерных устройств и систем или же их отдельных компонентов. Сложности в изготовлении, конструировании и техническом обслуживании существующих технических систем, а также необходимость создавать принципиально новые инженерные устройства и системы стимулируют производство особого продукта - изобретений, авторство на которые закрепляется в виде патентов. Они имеют широкую сферу применения, выходящую за пределы единичного акта инженерной деятельности, и используются при конструировании и изготовлении новых технических систем или усовершенствовании старого оборудования.
Вот как, например, в своих записках характеризует суть такой деятельности академик Борис Николаевич Юрьев, разработчик и исследователь вертолетной техники: "Основные этапы изобретательской работы. Изобретения возникают лишь в результате долгой и систематической работы. Вдохновение, озарение и т.п. приходят лишь тогда, когда для них уже создан солидный фундамент.
Обычно работа по изобретательству состоит из следующих четырех этапов:
1. Четкая постановка задачи. Правильно поставить задачу - это часто означает решить ее наполовину.
2. Анализ задачи. Разложение ее на составляющие элементы. Теория. Часть элементов окажется известной. Неизвестное встает более ясно.
3. Комбинаторика (творчество). Классификация решений и заполнения пустых классов. Аналогии. Смелые скачки мысли. Фантазии. Теория и наивыгоднейшие соотношения. Чем смелее, тем лучше!
4. Критический фильтр. Строгая проверка п.3. Проверка новизны, целесообразности и пользы. Чем строже, придирчивее, тем лучше" (Практически этапы системного подхода).
Изобретение, по мнению Б.Н. Юрьева, - это открытие новых методов использования явлений природы для удовлетворения нужд человека, его потребностей наиболее рациональным или экономичным способом. И далее:
"Пути изобретательства.
Зарождение идеи.
1. От явления к применению. Узнав о каком-нибудь явлении или открыв его, нужно попытаться приложить его к практическим целям. Списки не использованных еще явлений природы.
2. От применения (задания) к явлению. Наметив практическую задачу, пытаться решить, подбирая подходящие физические явления. Списки неудовлетворенных технических потребностей или удовлетворенных, но плохо.
3. Подражание природе.
4. Дикие фантазии с последующим отбором. Неожиданные решения, делание наоборот. Рассуждения по аналогии.
5. Научные исследования вопроса и нахождение оптимальных величин (максимума, минимума, экстремума, вариационные задачи и т.д.). Сначала - перевод задания на математический язык. Анализ формул. Практические выводы.
6. Комбинирование известного для получения нового эффекта"*
Весьма показательным в плане систематики труда изобретателя является алгоритм решения изобретательских задач, предложенный Альтшуллером в 60-х годах прошлого века.
Конструирование. Инженерная деятельность направлена на создание нового, а не на слепое копирование имеющихся образцов, как это было свойственно ремесленной практике. Однако только сформулировать идею еще недостаточно. Идея изобретателя, даже воплощенная в виде опытного образца, требует работы целой армии конструкторов, меняющих детали и их расположение, упрощающих конструкцию и т.д. Результатом конструкторской деятельности является готовая конструкция технического устройства или системы, материализуемая затем в процессе изготовления. Эта конструкция, как правило, состоит из определенным образом связанных стандартных элементов, выпускаемых промышленностью. Если каких-либо элементов не достает или их параметры не соответствуют требованиям конструктора, они изобретаются и проектируются заново. Для целей массового производства и варьирования технических характеристик по требованию заказчиков на этой стадии проводятся дополнительные инженерные расчеты и учет ряда таких требований, как простота и экономичность изготовления, удобство использования, соблюдение определенных габаритов и возможность применения стандартных или уже имеющихся конструктивных элементов. Конструктор рассчитывает конкретные конструктивно-технические характеристики создаваемого устройства, учитывающие специфические условия его изготовления на данном производстве. Конструктор создает новые типы машин, имеющие общее устройство, но различающиеся характером отдельных деталей, их расположением, материалом и другими конструктивными особенностями.
Конструкторская деятельность становится необходимой именно с развитием серийного и массового машинного производства технических изделий и заключается в создании, испытании и отработке опытных образцов различных вариантов будущего инженерного объекта, выборе из них наиболее оптимального с точки зрения заказчика варианта и разработке технической документации - руководства для изготовления его на производстве [3, с.107]. За конструктором остается расчет конструктивно-технических и технологических параметров технического устройства, разработка же технологии изготовления - задача уже другого специалиста - инженера-технолога. Однако это не снимает с конструктора ответственности за создание технологичной конструкции. Конструктор должен быть хорошо знаком со всеми процессами изготовления и обработки проектируемых машин, сооружений или вообще всяких изделий. Без такого знакомства он может сконструировать детали, которые вообще невозможно изготовить или обработать либо которые окажутся неудобными, дорогими и чрезмерно долгими в изготовлении.
Технология и организация производства. В результате конструирования рождается чертеж готовой технической машины или системы, который является посредником для передачи идеи изобретателя и описания конструкции, разработанной инженером-конструктором, не только исполнителю-рабочему, но и инженеру-технологу, который руководит изготовлением деталей и их сборкой. Исходным материалом этого вида инженерной деятельности являются материальные ресурсы, из которых создается изделие, а продуктом - готовое технически устройство и руководство к его эксплуатации. Функция инженера в данном случае заключается в организации производства конкретной типа изделия с требуемым качеством и разработка технологии изготовления определений конструкции этого изделия, а также, если это необходимо, орудий машин для его изготовления или отдельных его частей. Разработка и усовершенствование новой технологии в той или иной отрасли промышленности связана сегодня с научными исследованиями, например новых материалов, и созданием нового наукоемкого технологического оборудования.
Часто крупные инженеры сочетают в одном лице и изобретателя и конструктора, и технолога, выполняя функции организатора производства какого-либо типа изделий промышленности. Однако современное разделение труда в сфере инженерной деятельности неизбежно ведет к специализации инженеров, работающих в научной следовательских институтах, конструкторских бюро, на заводах и фабриках преимущественно либо в области инженерного исследований либо конструирования, либо организации производства и технологи изготовления определенного типа технических систем. Такого рода разделение труда наметилось уже на первых заводах, хотя первые их создатели и руководители совмещали в своей деятельности почти все эти позиции одновременно. Однако в конце XIX в. наних уже действовал более четкий принцип разделения инженерного труда, выделяются в самостоятельные подразделения техническая дирекция, конструкторское бюро, мастерские и технический надзор за исполнением заказов. Инженер в мастерских уженичего не изготавливает сам, как нередко случалось раньше, а лишь руководит сборкой по чертежам, полученным от инженеров-конструкторов, имея в распоряжении мастеров и старших рабочих. В дальнейшем ни изобретательская, ни конструкторская, ни технологическая инженерная деятельность не обходятся без тщательного научно-технического исследования.
Эксплуатация, оценка функционирования и ликвидация. В настоящее время в сферу инженерной деятельности попадает и эксплуатация технических систем, то есть операторская деятельность, и их техническое обслуживание. В процессе эксплуатации технической системы проводится также оценка ее функционирования, что весьма важно для постоянного совершенствования и разработки новых таких систем.
В последнее время особенно сложной инженерной задачей становится утилизация и ликвидация отработавших технических устройств и их компонентов, которая может составлять предмет особого научного исследования. Уже на стадии разработки новой технической системы должны быть сформулированы требования к материалам и компонентам, входящим в ее состав, с точки зрения возможности их утилизации с минимальным ущербом для окружающей среды и здоровья людей. Это относится не только к атомным реакторам и к новейшим вычислительным комплексам, утилизация которых обходится весьма дорого и требует специальных инженерных и научных разработок и даже создания особых устройств для их утилизации, но и к таким, казалось бы, простым побочным продуктам технической деятельности, как упаковка отдельных компонентов или устройства в целом. Для переработки всего этого также разрабатываются достаточно сложные технические комплексы, такие, например, как печи для сжигания мусора или очистные сооружения для очистки промышленных вод, бывших в употреблении. Научные исследования и инженерные разработки в этой области финансируются в настоящее время во все большем объеме в промышленно развитых странах. Утилизация отходов атомной энергетики требует создания не только специальных наукоемких и дорогостоящих производств, но и специальных транспортных средств, контейнеров и хранилищ для них, представляющих собой вершину науки и инженерного искусства.