Инженерия — не наука!

Давайте рассмотрим, в чём отличие инженерии от науки! Пожалуй, следующем:

• Научная проблема — это незнание. Невежественному не хватает знаний. Инженерная проблема — это неумение. Некомпетентному не хватает умений.
• Наука — это корпус теоретических, пропозициональных знаний. Инженерия — это корпус практических умений.
• Наука — структура (система) знаний. Инженерия синкретическое пространство методов и эвристик.
• Наука связана с обобщением, универсальностью, определённостью, вневременной абстрактностью. Инженерия действует в условиях случайности, вероятности, частности и конкретности.
• Наука доверяет объективным знаниям и применяет их для верификации других объективных знаний. Инженерия доверяет субъективному опыту и применяет его для преднамеренного достижения цели.
• Наука нацелена на истину. Инженерия нацелена на успех.
• Наука проявлена в словах. Инженерия проявлена в действиях.
• Обладатель научных знаний это человек информированный (Homo informativo). Обладатель инженерных навыков это человек умелый (Homo faber).
• Наука желает понять Вселенную. Инженеры активно преобразуют Вселенную.
• Наука это предмет, который описывает предметы. Инженерия это действие (техника), помогающее действию (практике).
• Наука исследует «что есть (что существует)». Инженерия достигает «как будет». Учёные — это патологоанатомы природы. Инженеры — это опекуны, заботящиеся о природе.
• Наука погружена в прошлое, а инженерия живёт будущим.

Инженерные умения генерирует практика, а не чтение теории. Для любого проекта важно конкретное умение инженера достичь успешного результата в конкретной ситуации, а не общие знания о Вселенной. От инженера требуют разумных действий, а не энциклопедического попугайничества (привет, нейросети!). Важно делать, а не говорить об этом.

Научная и инженерная проблемы

Рассмотрим отличие научной проблемы от инженерной проблемы. При этом, основное внимание, естественно, уделим тонкостям инженерных проблем.

Начнём с определения научной проблемы.

Научная проблема — это теоретическое суждение, отражающее противоречие, несоответствие имеющегося уровня научного знания с потребностями науки или практики¹.

Это знание о незнании как результат:

• неполноты и недостоверности имеющихся в распоряжении учёного фактов;
• отсутствия корректных и надёжных методов исследования;
• недостаточного уровня обобщения и теоретического осмысления.

Продолжим определением инженерной проблемы и подробными пояснениями к приведённому определению.

Инженерная проблема — понимание организацией:

• невозможности преодолеть самостоятельно технические трудности практики;
• необходимости сторонней технической помощи.

В данном определении следует понимать под:

• «Пользователями» — любую группу операторов, использующих технику. Например, производственный поток или цех, управляющее или обеспечивающее подразделение.
• «Самостоятельностью» — наличные ресурсы, умения и опыт пользователя.
• «Практикой» — продукт, услугу, проект, процесс, управление и любую другую деятельность пользователей.

Инженерная проблема, как правило, приводит к фактическим или потенциальным инцидентам, препятствующим деятельности пользователя. У организаций возникают угрозы, отклонения от производственных и договорных обязательств.

Анализируя сложную проблему инженер:

• выделяет проблемную область;
• определяет проблемное пространство;
• выбирает проблемное состояние;
• оценивает проблемный риск;
• составляет отчёт об инженерной проблеме.

Проблемная область — область деятельности, в которой возникла проблема.

Выделение проблемной области позволяет инженерам конструировать модели деятельности в этой области и проектировать технику, которая позволит преодолеть возникшие трудности и инциденты.

Проблемное пространство — концептуальная или формальная область, которая определяет все возможные состояния инженерного объекта.

Анализ проблемного пространства позволяет инженеру выбрать лишь те состояния инженерного объекта, которые будут учтены при проектировании техники. Выделяя проблемное пространство из проблемной области, инженер снижает уровень сложности проблемы.

Редукция проблемы — способ сведения сложной проблемы к более простой.

Но даже редуцированное проблемное пространство инженер может воспринять как сложное для понимания. В этом случае инженеры применяют замену сложной проблемы набором более простых проблем.

Декомпозиция проблемы — способ разделения сложной проблемы на ряд относительно простых проблем.

Декомпозицию проблемы можно осуществлять путём замены:

• общей проблемы рядом частных проблем;
• целой проблемы структурой частей этой проблемы.

Следует помнить, что при декомпозиции происходит потеря тех участков пространства проблемы, которые не вошли в набор простых проблем (моделей). Полная картина снижения уровня сложности — и потерь сведений о ситуации, — выглядит следующим образом.

Упрощение сложной проблемы до приемлемого уровня позволяет инженеру определить проблемное состояние техники.

Проблемное состояние — состояние техники, неизвестное оператору.

Обязанность инженера — решить, что делать с проблемным состоянием техники. Инженеру следует не упускать из вида то, что проблема у пользователя, а не в технике.

Если инженер решит, что проблемное состояние это полезное действие, тогда следует научить оператора использовать эту возможность или автоматизировать действие. Автоматизация оставит состояние, но исключит необходимость обучения оператора техники. Отдельный случай проблемных состояний — это автономные модули и подпроцессы. Оператор может не знать что и как выполняет автономный подпроцесс. Инженеру следует помнить, что модульность техники порождает проблемные состояния, т.е. формально снижает управляемость, прозрачность, понятность деятельности для операторов технической инфраструктуры.

Если инженер решит, что проблемное состояние это негативное действие — например, поломка оборудования, — тогда следует ликвидировать это состояние — например, починить оборудование.

Инженерия это не только реактивная, но и проактивная деятельность. Инженеры обязаны не только реагировать на возникшие фактические трудности, но и прогнозировать потенциальные угрозы будущего. Для этого инженеры:

• Организуют сбор и журналирование данных о деятельности техники организации.
• Определяют допустимые пороги, которые не должна превышать техника. Например, вводят температурный порог нагрева процессора. Состояния выше этого порога служит фактором риска возникновения инцидента (неправильной работы или выхода из строя). -Сопоставляют журнальные данные и пороги для оценки рисков.

Часто инженеры забывают, что журналирование это сведения о людях, а не о «железе». Собирая данные, инженер строит картину деятельности организации. В современной инженерии необходимо учитывать социотехнический аспект. Говоря «техника», следует подразумевать «люди», а говоря «организация», следует подразумевать «техника».

Динамика состояний техники, отражаемая журналами, позволяет инженеру оценивать потенциальные риски возникновения проблем у пользователей.

Триггер инженерной проблемы — значение состояния техники, превышающее допустимый порог.

Проблемный риск — вероятность возникновения инженерной проблемы (инцидента).

Анализируя данные журналов, инженеры выявляют проблемы фактические или потенциальные. Результат анализа сводят в отчёт об инженерной проблеме.

Отчёт об инженерной проблеме — документ, идентифицирующий инженерную проблему, возникшую в деятельности оператора техники.

В отчёте об инженерной проблеме содержит:

• сведения о возникновении подобной проблемы в прошлом;
• сведения о факте возникновения проблемы в настоящем;
• прогноз, предположение о риске появления проблемы в ближайшем будущем.

Подобная структура отчёта позволяет судить о проблемной области, регулярности инцидентов, качестве инженерного обеспечения. Например:

• Полное (абсолютное) решение проблемы, ликвидация трудности оператора техники. Однократное выявление инцидента и однократное проектирование решения проблемы.
• Частичное решение проблемы, регулярное преодоление трудности оператора техники. Периодически возникают вариации одной и той же проблемы у одних и тех же операторов с одной и той же техникой.
• Отсутствие решения проблемы. Инженерами не предложены решения однократного или многократных инцидентов. У пользователей остались трудности оперирования техникой при осуществлении деятельности.

Понятия, описанные выше, позволяют инженеру получить качественное описание проблемы и перейти к определению количественных измерителей.

Параметризация проблемы — математическое представление проблемы, включающее конкретный набор определяющих параметров.

Сложные проблемы содержат более одной параметризации. Для разных ситуаций используют разные наборы параметров.

Опираясь на качественные и количественные модели, инженеры приступают к проектированию решения.

Решение инженерной проблемы — проектирование действий, которые приведут пользователя техники к успеху.

Проектирование решения инженерной проблемы — недетерминированный процесс. Это не алгоритм, а синкретизм набора методов. Порядок применения методов определяет инженер в каждой проектной ситуации. При этом инженер может неоднократно применять один и тот же метод. Например, при попытке проектирования станет ясно, что доступные ресурсы не позволяют достичь поставленной цели. Попытка переформулировать цель ведёт к необходимости повторного анализа области деятельности и проблемного пространства.

Сложные инженерные проблемы не решают в одиночку. Обычно задействована группа специалистов. Совместная (коллективная) инженерия требует применения организационных моделей. Например, модели 8D.

Что же служит критерием успеха для самого инженера? Какова цель его усилий?

Цель решения инженерной проблемы — приемлемое для пользователя техническое действие.

Под «техническим действием» следует понимать не ручную операцию пользователя, а действие с применением техники (оборудования, устройств, программного обеспечения).

Проще говоря, владельцем и научной, и инженерной проблемы всегда выступает пользователь, который в своей практике столкнулся с трудностью. Отличие в том, как пользователь строит запрос:

• Просьба в помощи решения научной проблемы: «Я не знаю что это и почему это так. Расскажите!».
• Просьба в помощи решения инженерной проблемы: «Я не умею это делать. Научите как это сделать! А лучше — сделайте это вместо меня!».

Научные знания и инженерные умения

Доводы об отличии инженерии от науки навели на мысль о том, что инженерия — это автономное пространство умений инженера. Морфологию этого пространства можно представить в виде классификации областей и классификации типов инженерных умений.

Классификация областей инженерных умений:

• Концептуальная инженерия. Онтология среды и гносеология инженерных объектов.
• Инженерия требований. Критерии успешности проекта. Целевые количественные параметры, выведенные из целевых качественных критериев.
• Инженерия данных. Качественные и количественные данные практики. Принятые константы. Допустимые отклонения. Условия эксплуатации техники и факторы безопасности эксплуатации (практики).
• Эвристики. Практический опыт, эмпирические правила и оценка.
• Методы рассуждения. Логические и математические модели, расчётные схемы, основанные на успешных реализованных проектах.
• Методы проектирования. Инструментарий.
• Организованность:
  • Управление потоком проектов, придерживаясь ритма и сроков достижения промежуточных целей.
  • Инженерная политика. Взаимодействие с внешними сторонами (заинтересованными лицами, заказчиками, поставщиками, подрядчиками). Умение всеми сторонами проекта выполнять свою часть обязанностей.

Классификация типов инженерных умений:

• технические умения:
  • конструкторские умения (конструировать предметы);
  • технологические умения (производить артефакты);
• организационные умения:
  • социальные умения (общаться, взаимодействовать);
  • экономические умения (управлять ресурсами);
  • политические умения (следовать правилам);
  • культурные умения (следовать ценностям).

Просматривая классификацию инженерных умений, закрадывается крамольная мысль о том, что теоретическое вузовское образование не так важно для практикующего инженера. Требование диплома в вакансии работодателя вовсе не означает, что вузовские знания будут востребованы и применены в проектах организации. Требование наличия диплома — это всего лишь проверка настойчивости, целеустремлённости, хитрости и изворотливости кандидата. Не более!

Правильность и синкретизм

Научный и инженерный подходы отличны друг от друга.

Научный подход условно можно назвать принципом достаточного основания. Согласно этому принципу у всего происходящего есть определённая причина. Следовательно, у каждой проблемы существует одно «правильное» решение. С математической точки зрения принцип достаточного основания это поиск значений переменных в системе линейных уравнений.

Инженерный подход условно можно назвать принципом инженерного синкретизма. Согласно этому принципу для каждой проблемы существует множество возможностей её решения. Если возможности имеют одинаковую вероятность успеха, можно принять любую из одинаково допустимых альтернатив.

Именно поэтому инженерия это поиск пространства допустимых решений, а не поиск причин. С математической точки зрения инженерный синкретизм это поиск области допустимых значений переменных в пространстве нелинейных неравенств.

Детерминизм и эвристика

На основании доводов об отличии инженерии от науки и морфологии умений можно определить, что:

Инженерия представляет собой желательное для пользователей техники изменение окружающей среды в условиях неопределённости этой среды и ограниченности доступных ресурсов.

В народе распространён миф, в который верят даже начинающие инженеры о том, что инженерия это рациональное решение проблем. По секрету сообщу вам — это не так! И всё потому, что и формулирование проблемы, и поиск решения проблемы недетерминированы. В начальной стадии проекта ситуация вообще неявная и неопределённая. Инженеры прилагая большие усилия выдавливают из заказчика кое-какие сведения, которые кое-что проясняют в ситуации. После этого инженеры превращают смутные требования в замутнённые технические задания, по которым проектируют мутные решения. Другими словами:

Инженерный метод — стратегия поиска наилучшего из возможных вариантов изменения плохо понимаемой ситуации в пределах доступных ресурсов.

Немного подробнее о недетерминированности инженерии.

В предыдущей статье, говоря об искусстве инженерии, я рассказывал об умении общения инженеров с заинтересованными лицами. Общение предполагает умение инженера из множества букв, которые наговорит клиент, сформулировать суждения на инженерном языке. Инженер, как врач, должен уметь выслушивать жалобы пациента, ставить диагноз и прописывать волшебную техническую пилюлю. К каждому клиенту нужно найти подход, установить устойчивый контакт, разговорить… Аналитика это не столько систематизация и структуризация данных, сколько поиск эвристик получения как можно большего количества разнообразных сведений о ситуации.

Получив множество несовместимых обрывков сведений о ситуации, инженеры начинают думать о том что с этим счастьем делать. Мыслительная эквилибристика, которую инженеры называют осмыслением, представляет собой попытку поместить бесконечно сложную проблему в бесконечно простой человеческий разум. Естественно, проблема в разум не влезает! Но у инженеров для данного фокуса есть два туза в рукаве — эвристики абстрагирования и идеализации.

Абстрагирование игнорирует некоторые аспекты реальности, несущественные с точки зрения инженера в данной ситуации. Далее инженер осуществляет проектирование лишь с ограниченным количеством аспектов.

Идеализация заменяет сложные аспекты реальности упрощёнными представлениями (образами, моделями).

В разделе выше мы обсуждали принципы достаточного основания и инженерного синкретизма. Эвристики попадают в область инженерного синкретизма. Их невозможно доказать с помощью научной (математической) логики. Тем не менее инженеры их успешно используют. И обоснованием эвристики служит не логика, а опыт успешного внедрения техники в прошлом. Фактически каждый инженер владеет уникальным набором эвристик. А ещё он владеет метаэвристиками, позволяющими в каждом конкретном проекте выбирать комплект эвристик из синкретического пространства методов.

Почему инженеры используют эвристики большинство из которых ошибочны и иррациональны? Потому что эта инженерная иррациональность реально помогает выстраивать техническую рациональность! Именно эвристики помогают преобразовать неявные, неполные, нетехнические и противоречивые высказывания заказчика в формализованную инженерную проблему, которой понятно как управлять и как достигать жизнеспособного технического решения. Инженер самостоятельно дополняет пустоты требований таким образом, чтобы они не противоречили желаниям заказчика. Именно этот творческий процесс называют проектированием.

Единственный крупный недостаток эвристик в том, что этому невозможно научить чтением научной литературы. Эвристики приходят только с опытом.