Идея создания универсального метода проектирования очень заманчива. Было бы здорово иметь такой метод, которому можно было бы обучить любого человека с конструкторскими способностями, чтобы обеспечить стремительный прогресс в машиностроении. Многие пытались такой метод разработать, но результаты пока оставляют желать лучшего.

Редчайшим и, возможно, единственным успешным опытом создания подобного метода является пропагандируемый на этом сайте метод Леонида Николаевича Решетова, основанный на принципе самоустанавливаемости. Но и он не универсален и охватывает, хотя и очень важную, но только часть задач, стоящих перед конструкторами, — создание оптимальной структуры механизмов.

В какой-то мере к удачным попыткам можно отнести разработанный Генрихом Сауловичем Альтшулером «Алгоритм решения изобретательских задач» (АРИЗ), развитый затем до уровня ТРИЗ (Теория РИЗ). Его труды могут быть полезны многим конструкторам, но, на мой взгляд, универсальной теорией конструирования все это можно назвать лишь с большой натяжкой. Остроумный и полезный алгоритм – да. Суть его, если правильно понимаю, в следующем: Выясни, в чем состоит принципиальное противоречие решаемой задачи, и решение придет почти само-собой. А если оно не пришло «само», воспользуйся приведенными в книгах автора типовыми приемами разрешения противоречий, основанными на обобщении большого практического опыта.

К чести Г.С. Альтшулера нужно сказать, что, в отличие от многих «чистых теоретиков» технического творчества, он имеет большой собственный опыт создания настоящих изобретений. Из того, что мне довелось прочитать, самым остроумным его изобретением является горноспасательный костюм, в котором совмещены система дыхания и система охлаждения, а последняя основана на принципе испарения жидкого кислорода.

Его попытка систематизации и формализации творческого процесса ценна и полезна для многих. Но, как мне кажется, своими собственными изобретениями, он больше обязан своему таланту и доскональному знанию практики, чем разработанной им теории.

Настольной книгой, видимо, всех наших конструкторов-механиков является фундаментальный труд Павла Ивановича Орлова «Основы конструирования». Это чрезвычайно ценное практическое пособие, обобщающее богатейший практический материал. Поражает обилие прекрасно выполненных вручную иллюстраций (машинной графики тогда еще не было) – свыше 1700, причем почти в каждой из них несколько позиций!

Тот факт, что этот двухтомный труд востребован до сих пор, показывает, на мой взгляд, что основой творчества в машиностроении было и остается знание практики. Есть теория по отдельным вопросам, есть систематизированные конструкторские приемы, но универсальной теории или метода проектирования нет.

А теперь хочу поделиться впечатлениями от одного из теоретических трудов в этой области (Дж.К. Джонс, Методы проектирования. Перевод с английского Т.П. Бурмистровой, И.В. Фриденберга, М., Изд-во «Мир», 1986).

Сразу скажу, что, на мой взгляд, теоретизирования в этой книге настолько много, что в нем можно утонуть. На применение усвоенной теории  (если ее вообще удастся переварить) времени уже не останется.  Но есть там и довольно много интересных фактов.

Особенно занимательным мне показался один из них. И здесь не обойтись без длинной цитаты, да еще с «вложенными» цитатами из других источников:

«Среди старых кустарей и ремесленников редко встречались такие, которые, помимо обладания профессиональным мастерством, были еще и грамотными (мы не говорим здесь о представителях художественных промыслов), поэтому огромную ценность представляет свидетельство одного из них – книга Джорджа Стэрта «Колесная мастерская». В этой книге дан очерк тележного производства XIX в. Достаточно нескольких цитат, чтобы понять те скрытые причины и процессы, которые управляют действиями кустаря. Начнем с описания точной подгонки форм к условиям эксплуатации: «… мы удивительно точно знали особые нужды наших соседей. Изготавливая телегу или тачку, водовозку или плуг, или что-нибудь еще, мы выбирали такие размеры,  такие формы кривых (а почти каждая деревянная деталь была изогнутой), чтобы они соответствовали особенностям почвы на той или иной ферме, крутизне того или иного холма, темпераменту того или иного клиента и даже его пристрастиям при выборе лошадей».

Далее Стэрт рассуждает о том, зачем колесам телеги развал [1] (советую пока не смотреть эту сноску, а то будет не интересно): «Какой смысл в развале и чашеобразности колес? К стыду своему, я должен признаться, что этот вопрос мучил меня много лет даже после того, как я убедился в многочисленных преимуществах этой странной формы и в том, что колеса без развала могут не пройти и мили. Ясно, что развал нужен, но зачем? Почему колесо без него всегда выворачивается наружу, как зонтик на ветру? Почему под грузом, если он и вправду слишком тяжел, колесо никогда не ломается каким-нибудь другим образом, а всегда одним и тем же?

Несомненно, чашеобразные колеса с развалом имеют большие достоинства. Возьмем форму экипажа (в разрезе), когда он установлен на колесах с развалом. Кузов такого экипажа в верхней части может быть шире, чем в нижней. Расширяясь, он в то же время не будет касаться колес, поэтому можно увеличить – и очень сильно —  размеры поклажи, особенно легкой, например сена, а если поклажей служит плотно укладывающийся материал, например навоз или песок, то его легче сбрасывать. При другой посадке колес всего этого не добиться. Несомненно, это удобно, когда колеса сверху расставлены шире, чем снизу, где они опираются на землю.

У чашеобразных колес есть и другие преимущества. И все же, почему за них так держатся?»

На этот последний вопрос Стрэт здесь не отвечает, но в другом месте своей книги он пишет, что радиус поворота четырехколесного экипажа можно сильно уменьшить, если сочетать развал колес с сужением телеги в середине и небольшим подъемом ее передка.

Он продолжает выяснять, как он говорит, «истинные причины», по которым нужен развал, и одно время ему кажется, что разгадка кроется в сжатии металлического обода, насаживаемого на колесо в горячем состоянии:

«Колесо все равно должно деформироваться при насадке обода, так что вполне вероятно, что оно при этом может стать более выпуклым или более вогнутым. Я долго считал, что придание колесу чашеобразной формы было всего лишь подготовкой к этой последней операции, способ регулирования сжатия и сознательного использования его преимущества».

Но вряд ли чашеобразность колеса появилась по этим причинам — ведь стальные шины были изобретены сравнительно недавно.

Лишь много позже он наткнулся на правильный ответ, когда заметил, что колеса оставляют на дороге волнистый след, раскачиваясь из стороны в сторону при каждом шаге лошади.

«Нагруженный кузов телеги или повозки, наносит колесам резкие удары то с одной, то с другой стороны. Он движется из одной стороны в другую и бьет по ступицам колес. Воспринимая толчок, левое колесо тотчас же передает нагрузку правому, и наоборот. И так изо дня в день, в любой упряжке. На колеса действует не только вертикально направленный вес груза; им приходится  также все время воспринимать усилия, приложенные к центру».

Вряд ли Стрэт отыскал все причины чашеообразности колес, а также множества других изгибов…..».

Вот и добрели до конца цитаты. Самое время посмотреть сноску.

Не правда ли, это высший класс перевода? Не автор «Методов проектирования», принявший за правильный ответ лишь малую его часть, и не технический редактор книги, нашли разгадку. Истинную причину развала и прямо связанной с ним чашеобразности колес (не путать с развалом колес автомобиля) показал своей скромной сноской переводчик.

Это хороший пример того, насколько долог бывает путь к пониманию конструктивного решения, смысл которого, кажется, лежит на поверхности. И демонстрация того, что пока еще нет универсальной теории проектирования, которая приводила бы во всех случаях прямо к оптимальным решениям. И вряд ли такая теория появится в обозримом будущем. Так что еще долго будет актуальным совет: «Прежде чем решать какую-либо конструкторскую задачу, посмотри, что уже сделано до тебя».

Д.Д.

[1] О колесах экипажей в «Новом энциклопедическом словаре» Брокгауза и Ефрона (т. 22, стр. 163) сообщается следующее: «Оконечностям экипажных осей придается небольшой наклон наружу для предупреждения качаний колес. Спицам также придается некоторый уклон, т. е. они располагаются по поверхности усеченного конуса, обращенного вершиною внутрь, так что при насадке колеса на наклонную ось нижние спицы, выдерживающие весь груз экипажа, всегда располагаются вертикально». – Прим. перев.