Вас паралізує страх помилки, переслідує відчуття, що ви могли “щось не врахувати”? Чи намагаєтесь навіть не думати про це?
Теми правильних, не зовсім правильних і зовсім неправильних технічних рішень періодично виринають в публічних обговореннях та приватних розмовах.
Інженерна робота — це робота з вимірюваннями та розрахунками. Помилки та прорахунки тут можуть виникнути на будь-якому етапі.
На жаль, інколи неприємностей не уникнути. Поговоримо про відповідальність та трагічні наслідки, до яких може призвести навіть найдрібніша і, на перший погляд, незначна деталь.
Тож, тема інженерних помилок і людського фактора заслуговує на окрему розмову.
Боятися не можна проектувати
Вивчення вже допущених помилок допомагає нам, сьогоднішнім дослідникам та винахідникам, застосовувати у своїй роботі більш надійні рішення та запобігати потраплянню помилок у нашу творчу діяльність.
На основі досвіду в науково-технічному середовищі, я виділяю 2 протилежні підходи:
1) інженер зовсім не боїться помилитися і, зазвичай, помиляється
2) інженер панічно боїться помилитися і, як наслідок, не робить жодних дій
Дії першої категорії притаманні студентам навчальних закладів.
За час своєї роботи в університеті я майже не чув від них побоювань щодо прийнятих рішень, навіть коли вони припускалися фатальних помилок у своїх курсових проектах.
Мабуть, університетське середовище все ж таки недостатньо моделює реальне життя і не ініціює у студентів належної уваги до цих питань.
Другу категорію складають зазвичай інженери-початківці або фахівці, які переходять в інженерію з інших професій.
Страх помилитися тут цілком зрозумілий, тому що на їхні плечі лягає дуже серйозна відповідальність — за комфорт, здоров'я та життя людей, які будуть користуватись конструкцією, яку ви створили.
Страх припуститися помилки - серйозна перешкода не тільки в локальному масштабі (наприклад, під час виконання поточного проекту), але і при досягненні більш глобальних цілей.
Він може гальмувати ваш професійний розвиток, обмежувати просування кар'єрними сходами, бути перешкодою на шляху до індивідуального підприємництва або побудови системного бізнесу.
Такий фахівець просто не ризикує брати на себе відповідальні завдання і воліє працювати в надійному, перевіреному полі. Ці аспекти мають дуже складне психологічне підґрунтя. Свою роль тут відіграють і здобута освіта, і поточне оточення (дружнє чи навпаки, що не надає підтримки), і характер самого фахівця (схильність до інтраверсії чи екстраверсії, оптимізму чи песимізму) та інші фактори.
Тому вирішити таку проблему всебічно — навряд чи можливо.
Але можливо, і вкрай важливо, позначити такі опорні точки, які дозволять мінімізувати технічні помилки і, як наслідок, підвищити впевненість у власних силах.
Як зменшити ризик виникнення помилки в інженерному проекті?
Зазначимо ключові ідеї, які допомагають інженеру бути більш впевненим у прийнятих рішеннях:
- діяти відповідно до чинних регламентів
- працювати за схемою "від простого - до складного"
- збільшувати практичну складову
- розвивати аналітичні підходи замість пошуку "чарівної кнопки"
Розглянемо ці ідеї докладніше, але перед цим ще раз нагадаємо собі про важливість та відповідальність у інженерній роботі, а також про ціну інженерної помилки.
Особливо ця тема важлива, як я вже згадував, для студентів технічних вишів.
Приклади аварій та техногенних катастроф
Класифікувати катастрофи можна у різний спосіб.
Якщо аналізувати причини їх виникнення, то маємо два великі класи: стихійні лиха та техногенні катастрофи.
До перших відносяться явища, викликані природними стихіями (землетруси, виверження вулканів, селеві потоки, зсуви, снігові лавини, повені, цунамі, смерчі та ін.). Ми не розглядатимемо цю категорію подій, хоча частина з них не прямо може бути спровокована неправильними технічними рішеннями, які приймають люди.
Під техногенною катастрофою розуміють розвиток несприятливого та некерованого процесу на технічному об'єкті, що спричинило масові людські жертви, значну шкоду здоров'ю людей, руйнування інфраструктури, негативний вплив на навколишнє середовище тощо.
Техногенні катастрофи можуть траплятися на атомних електростанціях (як це було, наприклад, у Чорнобилі 1986 р.), на хімічно небезпечних об'єктах (приклад — Бхопа́льська катастрофа 1984 р.), на військових базах.
До техногенних катастроф можуть призвести авіаційні аварії, зіткнення поїздів, аварії на водних комунікаціях, трубопроводах, очисних спорудах, дамбах, греблях та ін.
Розглянемо деякі великі техногенні аварії та катастрофи, відомі історії.
У 1879 році міст через Ферт-оф-Тей, яким проходив потяг, обвалився. Усі 75 пасажирів загинули у крижаній воді. Як потім з'ясувалося, конструкція не була розрахована на спільну дію навантажень, до того ж будматеріали мосту виявились сумнівної якості.
Найбільша залізнична катастрофа в історії Франції відбулася у 1917 на залізничній лінії Кюло-Модан. Через недостатню забезпеченість гальмами потяг розігнався до високої швидкості і на спуску в альпійську долину Мерьєн зійшов з рейок. За різними оцінками, загинули від 700 до 800 осіб.
У 1990 році в Пакистані сталася аварія пасажирського поїзда біля міста Суккур. Поїзд був розрахований на максимальну місткість 1408 осіб, проте реальне завантаження поїзда на той момент було значно вищим. Через хибно виставлену стрілку поїзд зійшов на запасну путьі врізався в порожній вантажний потяг, який там стояв. Загинули 307 осіб.
Авіаційні катастрофи трапляються значно частіше, ніж залізничні.
Причини цього — не тільки в різному ступені надійності транспортних засобів, а й у таких факторах, як тероризм (достатньо згадати теракти 11 вересня 2001 року за участю трьох літаків Boeing, які забрали життя майже 3000 осіб).
На відміну від тих же залізничних аварій, у подібних пригодах екіпаж і пасажири практично не мають шансів вижити.
У 1974 році у Франції через вибухову декомпресію втратив управління і розбився лайнер McDonnell Douglas DC-10. Загинули 346 осіб.
У 1985 року у Японії через руйнування гермошпангоута сталася втрата управління повітряного судна. Загинули 520 осіб.
1991 року над Таїландом сталося падіння авіалайнера з ешелону через збій у роботі реверсу. Загинули 223 особи.
Завершимо наш трагічний огляд аваріями на космічних кораблях та станціях.
Загалом історія космічних польотів, включно з підготовкою до них та невдалими ракетними запусками, налічує понад 300 загиблих.
Так, в 1967 році в США внаслідок короткого замикання екіпаж з 3 людей згорів під час імітаційного тренування в командному модулі корабля.
У 1971 році в СРСР під час входження до атмосфери та декомпресії загинув екіпаж корабля Союз-11.
У 1986 році в США, внаслідок розгерметизації елементів твердопаливного прискорювача, через 73 секунди після старту вибухнув Шаттл Челленджер. Загинули 7 осіб, причому астронавти пережили вибух, але загинули під час удару кабіни об воду на швидкості 330 км/год.
Було оголошено заборону використання шатлів майже на 3 роки, а технологія твердопаливних прискорювачів була серйозно доопрацьована. Також до шатлів додали парашутну систему порятунку астронавтів.
У 2003 році у США внаслідок пошкодження теплоізоляційного шару на крилі апарату та ігнорування технічним персоналом несправностей, космічний корабель згорів при вході в атмосферу з командою на борту. Загинуло 7 осіб.
На жаль, цей перелік можна продовжувати. Але повернемося до факторів, які можуть знизити появу помилок у нашій інженерній роботі.
Як забезпечити необхідний рівень надійності конструкції під час проектування?
Інженер відрізняється від вченого (наприклад, математика) насамперед тим, що у прийнятих ним рішеннях забезпечується певний рівень надійності та довговічності виробу, що проектується, тобто гарантується відповідність прийнятих рішень регламентам, що діють у цій галузі.
Безумовно, не йдеться про абсолютну безпеку — її просто не існує.
Однак якщо ми працюємо в регламентному полі, тобто дотримуємося положень норм і правил, кодексів практики, стандартів підприємств та інших документів, то маємо можливість запобігти більшості випадкових негативних факторів.
Отже,
порада #1: дотримуйтесь норм проектування
Проектування із запасом
Практично у всіх сферах науки і техніки застосовують простий та дієвий спосіб – проектування із запасом.
Запас — збірний образ, і в кожній конкретній галузі можуть застосовуватися свої інтерпретації цього поняття.
Розглянемо це поняття у будівельній та машинобудівній сферах.
У машинобудівних розрахунках оперують таким терміном як коефіцієнт запасу.
Це має місце, якщо оцінка міцності механічного виробу виконується за методикою припустимих напружень.
Суть такого розрахунку ось у чому.
- Для конкретного матеріалу виробу встановлюється допустиме напруження R
- Визначається sigma_max - максимальне напруження, яке може виникнути в елементі.
- Обчислюється коефіцієнт запасу:
Завдання може бути зворотнім: коефіцієнт запасу вже заданий (наприклад, рекомендоване значення gamma < або =1,5).
В цьому випадку виріб проектується так, щоб напруження в його елементах не перевищували допустимі, з урахуванням заданого запасу.
До 1938 р. у будівельній сфері СРСР застосовувався метод напружень. З 1955 р. і до сьогодні для розрахунку будівельних конструкцій практично у всіх країнах застосовується методика граничних станів. Ідея цієї методики полягає в тому, що конструкція почергово розглядається у двох критичних станах - за умови втрати несучої здатності (руйнування або перекидання) та у стані порушеної експлуатації (наприклад, внаслідок значних прогинів).
А ось трактування з Єврокоду:
Граничний стан - такий стан споруди, за якого вона не відповідає належним розрахунковим критеріям
Завдання інженера - не допустити настання граничного стану.
Загалом таких ситуацій може бути багато, наприклад:
- конструкція втратила стійкість
- конструкція отримала тріщини
- конструкція значно прогнулась
- конструкція повністю зруйнувалася та ін.
Кожному граничному стану може відповідати своя розрахункова схема, навантаження, свої коефіцієнти.
Наприклад, коефіцієнт надійності, що широко використовується в розрахунковій практиці, покликаний врахувати можливі випадкові коливання базового (так званого "нормативного") значення навантаження.
У розрахунках за граничними станами аналізуються різні фактори (напруження, деформації, внутрішні зусилля тощо).
Інженер розглядає конструкцію під різними "кутами зору" з метою не допустити жодного граничного стану.
Таким чином, розрахунок за методикою граничних станів - комплексна, інтегральна оцінка роботи споруди, що гарантує роботу на всіх етапах її життєвого циклу.
Складна модель = більш точний результат?
Щоб знизити ризик появи помилки, інженер часто вибирає шлях ускладнення.
Це може бути ускладнення математичної моделі, ускладнення розрахункової схеми, ускладнення засобів вимірювання та ін. Але чи завжди виправданий такий підхід?
У комп'ютерну епоху ми часто чуємо, що те чи інше програмне забезпечення "не боїться" складнощів і як найкраще вирішує поставлені завдання.
Під впливом таких ідей у інженера може скластися враження, що чим складнішою буде його модель, тим точнішим буде отриманий результат.
Небезпека такої помилки у тому, що точність математичної (чи розрахункової) моделі, загалом, не пов'язані з її правильністю чи хибністю.
Наприклад, під час проектування крила літака інженер може максимально зосередитись на оптимізації внутрішніх елементів (лонжеронів, стрінгерів та ін.), але при цьому принципово помилитися у габаритних розмірах самого крила або способі його кріплення до корпусу літака.
І тут вже не важливо, наскільки точна модель внутрішніх конструкцій, оскільки помилкові його розміри або конструкція зв'язків.
Інженерна помилка виникає на іншому, системному рівні, і її неможливо вирішити підвищенням точності на нижчому рівні.
Тут також буде доречний приклад з будівельної сфери. Під час проектування житлового будинку, проектант може сфокусуватися на конструюванні плити перекриття (розглянути, скажімо, варіант монолітного перекриття або з пустотних плит), але ці дії не усунуть проблем з неправильно спроектованим фундаментом.
Якою б вивіреною та оптимізованою не вийшла надземна частина будівлі, помилка у проектуванні підземної частини незмінно призведе до негативних наслідків.
Нарешті, говорячи про математику, можна з упевненістю сказати: немає сенсу підвищувати точність інтегрування диференціального рівняння, якщо воно в принципі неправильно визначає досліджуваний фізичний процес.
Чи означає це, що інженеру варто відмовитися від складних мат.моделей?
На мій погляд, від ускладнення моделі слід однозначно відмовитися, якщо:
- таке ускладнення заважає аналізу
- на даному етапі ви не можете оцінити точність моделі
Припустимо, завдання полягає у розрахунку існуючої конструкції, візуально близької до рамної. Перед інженером стоїть завдання: змоделювати балку у складі всієї конструкції або розрахувати її окремо.
Вибираючи перший варіант, інженер керується простим і, на перший погляд, логічним висновком: в реальності балка є частиною всієї споруди, тому складаючи суцільну нерозрізну модель конструкції, він тим самим підвищить точність розрахунку та мінімізує потенційно можливі помилки.
Однак достатньо даній балці бути однопрогоновою і шарнірно спертою, як її реальні прогини суттєво перевищують значення з розрахунку.
В даному випадку розрахункова схема у вигляді розрізної балки буде більш точним рішенням, хоча ця схема значно простіше за цілу раму.
Тут ми наочно переконуємося, що точність визначається не складністю моделі, а її відповідністю вихідній, реальній системі.
Звідси
порада #2: не ускладнюйте без потреби розрахункову модель конструкції
Чому для інженера важливо мати аналітичні здібності?
порада #3: розвивайте аналітичне мислення!
Мені здається, така рекомендація була б малозрозумілою 50 років тому (коли практично кожен технарь був, в певній мірі, математиком), але в епоху електронних гаджетів поріг входу в інженерну сферу суттєво знизився.
Комп'ютери зробили доступним те, що кілька десятиліть тому належало до категорії "сакральних знань" і вимагало суттєвих знань у точних науках.
Але якщо ви серйозно налаштовані на роботу в інженерії і прагнете знизити ймовірність помилок у своїх проектах - не шукайте в комп'ютерних програмах "чарівну кнопку", її немає.
Існують інструменти, що допомагають у роботі, тобто заточені під певні задачі. Використання таких інструментів прискорює проектування, однак варто пам'ятати, що майже на всіх етапах роботи з такими інструментами буде потрібна ваша участь. І без розуміння аналітики, тобто математичної "начинки" програми та її алгоритмів, вам буде складно "говорити з нею однією мовою".
Саме тому останні модулі мого курсу присвячені програмуванню та оптимізації розрахункових алгоритмів – це допоможе вам краще зрозуміти, як пишуться та працюють програми, та як зменшити помилки при роботі з ними.
До речі, цей курс математики націлює інженера, перш за все, на розвиток аналітичних здібностей ;)
>> Курс математики для інженерів
Успіхів!
Віталій Артьомов
Рекомендуємо також:
