Статья написана в тяжкое для студентов и преподавателей
время зачетной и экзаменационной сессии.

В одном из научно-популярных журналов представлена удивительная для автора информация: динамика роста числа промышленно освоенных технологий, товаров и услуг в среднем хорошо описывается линейной функцией от времени, зато темп генерации новых технологий, изобретений, результатов НИР характеризуется экспоненциальной функцией. Просто говоря, человечество не успевает или не хочет, или не может, или ему сознательно не дают освоить и использовать вал научно-исследовательской информации. Здесь можно предложить несколько объяснений: то ли не хватает инвестиций, то ли много правительств компрадорского толка (продают природные и людские ресурсы, а своего не созидают), то ли не хватает кадров, которые «решают все», то ли капитал почему-то «наелся» старыми технологиями, а новые зажимает на стадии внедрения.

Есть еще одна причина резкого отставания применения результатов НИР в промышленную практику. Действительно, во времена Пушкина человек, окончивший высшее учебное заведение, мог спокойно всю жизнь использовать свое образование в практических делах без всякого изменения уровня и содержания своих знаний. Ему больше нечему было учиться. К концу ХIХ века инженеры и ученые забеспокоились – появились признаки информационного вала, пришлось уже подучиваться, следить за новинками научно-инженерной мысли. Стала актуальна поговорка «Век живи, век учись». С зарождением вала фактологической информации человечество самоорганизовалось в виде узкой специализации знаний, эрудиты, как мамонты, вымерли. Но зато наступило вавилонское столпотворение: сосед не понимает языка соседа. Даже одно и тоже слово вызывает у разных специалистов разные ассоциации, образы и представления.

Всякое практически значимое созидание завершается разработкой производящей системы (т.е. совокупности взаимодействующих частей). Чтобы создавать системы, пришлось узких специалистов организовать в коллективы, в НИИ с множеством отделов, в академические городки и науко-грады. А это еще больше интенсифицировало, ускорило темп производства фактологической информации. Начинаем захлебываться, уже не можем «объять необъятное», индивидуальные научные интересы занимают все меньшую и меньшую относительную окрестность. Все, что вне нее, просто не замечается.

Появление компьютера и Интернета, в котором архитрудно найти нужное и в котором масса мусора и чепухи, только усугубило противоречие – знания, информация есть, а найти ее, понять, освоить и практически применить невозможно. В прошлом веке было нормально, что если стоимость поиска информации превосходит $105, то проще, быстрее и дешевле самому организовать НИР и получить желаемую информацию. Просто расточительность какая-то и ресурсов и времени – результаты не находят потребителя.

Первопричина такой отчаянной ситуации, как представляется, состоит в методах обучения детей и в средней, и в высшей школе. Любому читателю этой статьи не сложно вспомнить, чему нас учили. А учили нас фактам! В конце учебного семестра ребенок (а студент сегодня ребенок) должен донести свои знания до зачета или экзамена, а потом происходит отторжение, забывание, как кошмарного сна.

Но, и не это самое страшное! Если ребенка учить фактам, то это означает придавать факту самодовлеющее и самодостаточное значение, а способ его получения – не важен. И на работе после окончания вуза специалист должен выдавать факты и конкретику, а то уволят с работы.

Сегодняшний молодой «специалист» после технического вуза представляет из себя кладбище знаний (фактов) по множеству дисциплин. Работодатель должен тратить время, зарплату молодому специалисту и обучающему персоналу на реанимацию тех знаний, тех навыков, которые нужны для конкретной фирмы. Новорожденный капиталист в РФ не хочет этих «непроизводственных» затрат, ему подавай работника с опытом работы по узкой специализации его фирмы. Все это прекрасно знают наши студенты, у них появляется синдром ненужности знаний, исчезает мотивация к хорошей учебе: все равно буду работать не по специальности.

Здесь можно влить чайную ложку меда в бочку дегтя: молодой капиталист РФ скоро станет мудрым. Он экспериментально познает политэкономию капитализма, даже почитает К. Маркса и вдруг с удивлением прозреет, что единственным источником его прибылей является наемный персонал его фирмы, что оборудование, механизмы, компьютеры – это просто мертвые железки. Осознав эту азбуку, ему придется непрерывно обучать своих сотрудников. И затраты на это будут считаться первостепенной важности в конкурентной борьбе. Иначе молодой капиталист по Ч. Дарвину «вымрет», т.е. перейдет из господ в пролетарии. Служить Мамоне надо грамотно!

Основное же противоречие – фактология знаний при обучении детей и студентов - можно разрешить изменением самой концепции обучения. Если очень кратко, то ее суть – учить методам думать, понимать, осмысливать. Демонстрировать способы объединения фактов в большие множества по общности происхождения, имеющие одну и ту же причину и основания.

Пример – недостаток в снабжении водой клеток живого организма является, оказывается, первопричиной многих-многих тяжелейших заболеваний и недугов человека. Здесь многие факты разнообразных заболеваний объединены одной причиной. Следовательно, для профилактики многих недугов надо просто пить воду, но не всякую, а лишенную ионов Ca++ и Mg++, которые, оказывается, препятствуют проходу полимера n(H2O) через мембраны клеток. А медики и фармацевты пусть разоряются, очень уж жируют сейчас на наших бедах.

Методы думать обязательно должны основываться на системном мышлении. Здесь имеется в виду следующее. Пусть хотим понять поведение, динамику некоторого объекта. В принципе есть два подхода. Первый – объект разбиваем на части, на подсистемы. Далее, изучаем, распознаем свойства каждой части, а потом по умолчанию производим суммирование свойств частей. И эту сумму торжественно объявляем свойством изучаемой системы. Но жестокая практика показывает, что у системы самообразуются свои свойства, которых нет ни у одной из частей.

Второй подход – объект изучения включается в свое окружение, в свою надсистему. Далее, изучаем влияние надсистемы на ее часть и получаем свойства исследуемого объекта. При таком подходе свойства частей объекта оказываются вне рассмотрения.

Сочетание обеих подходов, наверное, и обеспечит полноту и достоверность результатов количественного исследования.

Пример – гидродинамика псевдоожиженного слоя (ПС). Здесь хотелось научиться прогнозировать полевые переменные в аппарате ктпящего слоя. Не долго думая, разбиваем ПС на две части, устанавливаем закономерности взаимодействия частей и строим физико-математическую модель гидродинамики. Но она оказалась не замкнутой, и потому с целью замыкания пришлось рассмотреть гидравлику всей химико-технологической установки. Иными словами, пришлось включить аппарат псевдоожиженного слоя в его надсистему. И здесь получили результат большой практической значимости: один и тот же аппарат, с тем же зернистым материалом, с той же газораспределительной решеткой и расходом газа в разных технологических установках будет иметь разную гидродинамику и, следовательно, разные поля температур и концентраций.

И только теперь стало понятно, почему вчерашние и сегодняшние технологи избегают применять псевдоожиженный слой в своих установках: они получались элементарно не работоспособными. Отсутствие системного мышления не позволило создать работоспособную технологию производства серной кислоты путем обжига природного серного колчедана в кипящем слое. Та же участь постигла установку синтеза метилхлорсиланов. Причем, в обоих случаях разработчики начинали «умнеть» в процессе пуско-наладочных работ и в начале эксплуатации промышленных образцов. Это же какие затраты и денег, и ресурсов, и времени, и интеллектуальных усилий? Вот уж действительно: невежество - самое дорогое удовольствие! Золото и бриллианты – пустяки.

Еще пример – изучение жизни клетки в организме или бактерии в питательном бульоне. Микробиологи тщательно изучают ее внутреннее устройство, обнаруживают все новые и новые молекулярные образования, определяют их назначение и взаимодействие, расшифровали уже геном человека, клонируют овец и собак. С другой стороны, можно рассмотреть клетку с ее оболочкой, включенную в надсистему (в межклеточную жидкость с ее кровеносными сосудами-капиллярами). Можно строго показать, что процессы обмена клетки (бактерии) с внешней средой сугубо необратимы. Но тогда, согласно второму закону термодинамики, клетка производит энтропию. Рост энтропии искажает течение химических превращений в клетке, она начинает производить такое, что лучше бы ее не было. Следовательно, для нормальной, устойчивой жизни организм должен озаботиться отводом энтропии от своих клеток. И делает это гениально, красиво, изящно и просто, специалисту-теплофизику здесь далеко-далеко до понимания совершенства природы.

Современные микробиологи при создании промышленных производств и не подозревают, что подвести к бактерии, к грибку, к плесени питательные вещества и кислород, отвести от клетки продукты ее метаболизма – этого мало. Надо заниматься еще отводом энтропии. Если этого не делать, то процессы будут идти с малой производительностью по целевому продукту и интенсивным производством побочных веществ, что и наблюдается на практике.

Термодинамика по своей сути еще один метод думать, мыслить, понимать многочисленные факты. Изучаемый объект окружается мыслимой (сейчас модно говорить – виртуальной) границей. Все, что снаружи объявляется внешней средой, внутри – термодинамической системой или рабочим телом. Чисто феноменологически устанавливают, каким воздействиям подвергается система со стороны внешней среды. Для каждого воздействия ищут два физических параметра – потенциал и координату. Количество (т.е. меру) воздействия определяют как произведение потенциала на приращение сопряженной координаты, а потом просто пишут закон сохранения субстанции. Его торжественно называют первым законом термодинамики. Если еще физики предоставят термодинамике уравнения состояния, то далее наступает расцвет возможностей метода: получаем количественные связи между параметрами состояния и, главное, дифференциальные соотношения. Это уже эпилог термодинамики, ее конечный результат.

Описанный выше термодинамический метод думать универсален как по множеству объектов исследования, так и по множеству видов воздействия (термическое, деформационное, химическое и т.д.). Можно одним махом представить студенту и техническую термодинамику, и физхимию, и термоэлектродинамику, и … .

Очень мощно и красиво работает критерий стабильности термодинамики. Получаемая фактологическая информация другим методом, наверное, и не достижима. Действительно, при движении спутника по орбите космонавт перестает испытывать действие силы тяжести. Согласно критерию стабильности термодинамики организм человека немедленно приступает к ликвидации костей скелета путем вывода ионов Са++ из костей. Человек превращается в мешок мышц, в амебу. Но сначала избыток ионов Са++ в межклеточной жидкости нарушает К-Na обмен в нейронах человека. Происходят нарушения психики и ликвидация профессиональных качеств космонавта, причем сам человек об этом и не подозревает. Придется ему в космосе регулярно заниматься физкультурой, нагружая кости скелета.

Другой пример действия критерия стабильности термодинамики: если человек перестанет творчески работать, созидать, думать, учиться новому, читать книги, то он начнет глупеть: организм ликвидирует (не синтезирует) связи в нейронных сетях мозга человека, если они не востребованы. Таким образом, паразит и лентяй обязательно глупец, причем он, естественно, и не подозревает об этом. Ну, и чем же занимаются родители, обеспечивающие безбедное существование своих детей, внуков? Ведь глупость потомков, их слабоумие опасны для их жизни и продолжения рода. Так природа заботится о человечестве, уменьшая число умственно и профессионально неполноценных особей. Можно ускорить этот процесс: предложить ГД РФ законодательно ликвидировать право наследования. Заодно коррупцию и взяточничество как ветром сдует. Ну, не может человек съедать по три обеда, носить сразу четыре пиджака, а в гробу сейфов нет. Кстати, принятие такого закона есть нормальное проявление критерия стабильности термодинамики: погибающее общество во имя своей стабильности сопротивляется воздействиям внешней среды (здесь чиновников-казнокрадов мы исключили из общества, поместив их во внешнюю среду по понятным причинам).

Последний пример – движение полидисперсной пыли в потоке сплошной среды. Именно критерий стабильности термодинамики позволяет понять первопричину сепарации частиц по радиусу трубы: крупные фракции начинают двигаться по оси трубы, а мелочь прижимается к стенкам. Прикладное значение этого факта огромно, особенно в высокотемпературных процессах.

Термодинамический метод анализа позволил автору (в виде хулиганства) разобраться с механизмом движения финансов в коммерческом банке. Удалось даже получить дифференциальные соотношения термодинамики для коммерческого банка. Стала понятна первопричина неустойчивости отечественных банков и губительность прихода западных банков в российскую финансовую систему. Руководители банков получили инструмент управления при любых возмущениях из внешней среды, стало понятно, кто виноват и что делать. Теперь ни Центробанк РФ, ни министр финансов, ни биржевые бури не страшны. Одновременно, стало понятно, почему Аллах запретил ссудный капитал в экономических отношениях, а Иисус Христос пинками выгнал ростовщиков-менял из храма. ГД РФ должна запретить ссудный капитал, как преступный отсос оборотных средств из экономики и превращения их в сокровища олигархов. И сделать это надо скорее специальной статьей в конституции. Ведь более половины человечества живут и хорошо живут, не зная, что такое процент за кредит. А наши младореформаторы в 90-х годах тихо-тихо внедрили в организм нашей экономики финансового мутанта, раковую клетку – ссудный капитал.

Личные пристрастия автора заставляют представить еще один метод концентрации фактов, способ их производства, прием и алгоритм «думания» (да простят нас грамотеи). Здесь будем говорить об обобщенном анализе [1] и его ветви – методе натуральных масштабов [2]. В основе находится идея, что законы природы не зависят от системы координат, в категориях которой думает человек. Просто, система координат бывает «хорошая» и «плохая», если есть мера различения. В качестве такой меры человек инстинктивно выбирает число независимых аргументов. Чем меньше аргументов, тем лучше, проще, понятнее, тем больше степень обобщения фактов и их универсальность. Именно это и является конечным продуктом применения обобщенного анализа: комплект обобщенных аргументов и обобщенных искомых функций задачи (но не ее решение).

Работая в рамках метода обобщенного анализа, обнаруживаем, что влияние какого-то одного параметра на процесс не очень существенно, что основное влияние оказывает безразмерная комбинация, комплекс первичных параметров задачи (опять системность). Далее, оказалось, что физически малый объем, физически малое время задачи и погрешность ее решения определяются физическим содержанием модели процесса, его полнотой и детальностью, а совсем не волей и иллюзиями человека. Оказалось, что без предварительной обработки физико-химико-процессно-математической модели объекта методом натуральных масштабов бессмысленно выходить на натурный или численный эксперимент. Адекватности не будет (по Паркинсону с Мерфи). Именно этот метод позволяет сформулировать техническое задание для экспериментатора и вычислителя, гарантирующее отсутствие искажения ими физического содержания модели и результатов. Одновременно, метод натуральных масштабов позволяет осознанно конструировать аппараты и реакторы в химической технологии, предложить термодинамическую меру их совершенства, отвечать на вопрос целесообразности совмещения многих процессов в одном аппарате.

Просто удивительно и огорчительно, что этот мощный и красивый метод познания и созидания (первые публикации были в 1934 г.) так и не вошел в арсенал даже наиболее оригинальных, талантливых и выдающихся работников в области естественных наук. Но в самом начале ни профессура, ни преподаватели вузов не владеют этим методом, а студент ведь не может знать больше своего профессора.

В статье с таким вызывающим названием «Чему не учим студентов» нельзя не говорить о надежности химико-технологических систем и, вообще, промышленных установок. Классическая теория надежности [3] занимается влиянием условий эксплуатации на физико-механические свойства материи. А мрачная практика пуско-наладочных работ химических установок и их дальнейшая эксплуатация показывает, что внезапные остановки производств и их простои происходят в ситуациях, в которых деградация и деструкция материи только-только началась, что еще очень далеко до существенных изменений механических свойств. Следовательно, придется изменить саму концепцию надежности и разработать иной метод синтеза надежных промышленных производств. Самое интересное, что, оказалось, ничего существенно изменять и не надо, вся нормативная, законодательная база давно создана, просто(!!) надо изменить временной масштаб рассмотрения проблемы надежности, сделать его соизмеримым с максимальным натуральным масштабом времени процессов химических и фазовых превращений и процессов переноса субстанций во всей химико-технологической установке.

Исторически сложившаяся практика разработки промышленных систем такова, что систему сначала разрабатывают в своей части химики-технологи, далее подключаются специалисты по процессам и аппаратам химической технологии и, наконец, завершают работу специалисты по химическому машиностроению, по оборудованию химических производств. В этих трех коллективах химики-технологи – первые среди равных и, самое главное, их небрежение проблемой надежности необратимо, т.е. следующие два коллектива разработчиков в принципе не могут увеличить надежность объекта. Они объективно только еще больше ее уменьшают. Следовательно, надежность только химической технологии (слово «только» - ключевое) должна быть очень высокой. Грубо говоря, сегодня химики-технологи неосознанно забивают самые крупные гвозди в гроб надежности своих разрабатываемых установок, и выдернуть эти гвозди потом некому.

Поэтому, отвечая на вопрос в названии этой статьи, скажем: все преподавание в технологических институтах должно идти под знаменем надежности систем (но не их частей). Надежность, т.е. практическая реализуемость разработок и приемов оптимизации, должна быть единственной количественной мерой их качества. Опыт работы оборонной промышленности и ВПК является мощным подтверждением этого вывода. Экономическая целесообразность здесь вторична и третична, т.к. сиюминутна, конъюнктурна, временна. Более того, если промышленная установка на бумаге, т.е. по документации и по проекту, сегодня экономически целесообразна, экологически чистая, то она никому не нужна, если она не работоспособна.

На старших курсах обучения в технологических вузах следует ввести новую дисциплину «Надежность систем», в курсовых и дипломных проектах студентов, в диссертациях аспирантов требовать доказательств работоспособности их разработок, но не качественно, не «словесами», а рассчитать и указать количественную меру качества разработки: вероятность работоспособности. Если эта вероятность меньше 0.5, то технологию следует отвергнуть прямо с порога. Если более 0.7, то надо думать, стоит ли «овчинка выделки».

В мечте технологические вузы должны организовать новую специальность «Работоспособность химико-технологических систем». И можно быть уверенным, что промышленность будет с руками отрывать таких специалистов, уж они-то точно будут работать по специальности и с хорошими зарплатами (если не уедут на Запад и если Россия слезет с нефте-газовой «иглы» и займется своей промышленностью).

Подведем предварительные итоги. Мы не учим студентов:

  1. системному мышлению, а преподаем знания фактов о частях и частностях. Будущие технологи не готовы адекватно реагировать на появление системных свойств и на мощное воздействие надсистемы, в которой будут работать разработанные ими технологические установки;
  2. методам понимания, осмысления, обобщения, концентрации фактологического материала. Обучаем симптомам, следствиям, а не первопричинам и основаниям явлений и эффектов;
  3. методу методов – термодинамике;
  4. обобщенной теории переноса (т.е. любой субстанции). Последний учебник по процессам и аппаратам химической технологии имеет объем 1754 страниц и по весу может служить оружием рукопашного боя;
  5. надежности систем. В учебниках по ОХТ само слово «надежность» первый раз появилось совсем недавно [4]. Курсовые и дипломные работы студентов, диссертации всех рангов игнорируют этот показатель качества разработки. Студент вслед за преподавателем полон иллюзий, что любые его технологические (конструктивные) фантазии и сказки будут безусловно работоспособны.

В заключение напомним, что, когда СССР запустил спутник с Юрием Гагариным, то госаппарат США грозно посмотрел на свою систему образования. Было признано, что школьная парта и студенческая скамья в СССР победила США (министру образования РФ г. Фурсенко – привет!), далее последовали крутые меры. Здесь же спросили крупных промышленников и бизнесменов, чему учить детей. И получили дружный ответ: фундаментальным наукам, а частностям они обучат сами и издадут большими тиражами разнообразные справочники. Правда, система образования в США генетически не способна производить свои «мозги», приходиться завлекать «чужие». Но сейчас ситуация резко изменилась: поток классных специалистов из России прекратился (их просто сейчас не производим, за что «спасибо» реформаторам), Китай и Индия удерживают своих профессионалов интересной работой и оплатой труда, а Европа всегда крайне редко делилась с Америкой своими «мозгами».

Список литературы

  1. Гухман А.А., Зайцев А.А., Обобщенный анализ, из-во «Факториал», 1998, с. 303.
  2. Прохоренко Н.Н., Метод натуральных масштабов (приложения в научной и инженерной практике), 1995, с. 95.
  3. Шубин В.С. Прикладная надежность химического оборудования, Калуга, из-во Н. Бочкаревой, 2002, с. 293.
  4. Кутепов А.М, Бондарева Т.И., Беренгарден М. Г., Общая химическая технология, учебник ИКЦ, «Академкнига», 2003, с. 528.

Наверх

Скачать статью в формате Word