W nieustającym poszukiwaniu rozwiązania idealnego

Jak właściwie poszukiwać rozwiązań idealnych? Triada: obserwacja, fantazja, zdrowy rozsądek. To naprawdę tak działa. Ileż pomysłów genialnych, zwariowanych czy takich sobie może powstać z powodu zwykłej obserwacji i nieograniczonej wyobraźni.
O czym koniecznie pamiętać podczas takiej zabawy intelektualnej? O zasadzie odroczonego wartościowania, która często przewija się w heurystyce, bo mało co jest tak zabójcze dla kreatywności jak bezmyślny krytycyzm w zbyt szybkiej ocenie naszkicowanych rozwiązań. I jeszcze o umownym podziale twórczego myślenia inżynierskiego na część artystyczną i na rzemiosło. Dopiero to drugie powinno weryfikować to pierwsze.
Uprzedzam – z samej obserwacji rzadko kiedy powstają wynalazki naprawdę wysokiego poziomu, jak tranzystor czy laser. Ale powstaje mnóstwo wynalazków mniejszych, ułatwiających życie właścicielom i przysparzających kasy wynalazcom – a o to przecież chodzi, nieprawdaż?

Co obserwować? Dowolny element, a także element jako część systemu.
Posłużę się przykładem samochodowym, bo – nawiązując do pierwszej encyklopedii ks. Benedykta Chmielowskiego i definicji konia – „samochód jaki jest – każdy widzi”.
Mamy lusterka zewnętrzne. W lecie nie ma problemu, w zimie wiadomo – zaśnieżony kłopot. Posiadacze limuzyn mają łatwiej – podgrzewane lusterka. A co mają zrobić posiadacze mniej „wypasionych” czterech kółek? Ano właśnie.
Popatrzmy na środowisko czy jak kto woli – system: mamy ośnieżony samochód. Konstruktorzy elektrycznie podgrzewanych lusterek podeszli do tematu najprościej – w istniejące środowisko techniczne wbudować nowy układ: zasilanie z akumulatora, przełącznik, dwa obwody grzejne, bezpiecznik, sygnalizacja i tym podobna galanteria. Inżynierska robota właściwie na poziomie „gdzie upchnąć ten kabel, a gdzie dać tę lampkę”. Zero inwencji poza samym pomysłem podgrzewania lusterek, a w zasadzie podbajerowanie samochodu. Czy można spróbować inaczej? Istnieje co najmniej kilka sposobów podejścia do rozwiązania. Pierwsze – dokładamy podsystem – ogrzewanie lusterek. To już jest. Ale może spróbować wykorzystać istniejące elementy systemu do uzyskania nowych funkcji?

Można. Co potrzebujemy? Ciepłe lusterka zewnętrzne. Czy mamy źródło ciepła? Mamy – silnik, wszak jest zima i nagrzewamy wnętrze samochodu. Co to oznacza? Że wentylator nadmuchuje w sposób wymuszony ciepłe powietrze do kabiny pasażerskiej. Jest więc w środku niewielkie nadciśnienie (na razie chodzi o ideę, nie o realia). Wykorzystajmy to! Co się dzieje z tym powietrzem? Zassane z otoczenia jest ogrzewane, wtłaczane do przedziału pasażerskiego, opływa pasażerów, dokonywana jest wymiana powietrza do oddychania na świeże, a potem ucieka do atmosfery jakimiś dziurami z tyłu. Czy da się wykorzystać to ciepłe powietrze także do ogrzewania lusterek? Robimy małe czary mary w miejscu mocowania lusterek zewnętrznych. Otwieramy w drzwiach pod wspornikami lusterek niewielkie otwory. Część ciepłego powietrza będzie nimi wylatywać prosto pod lusterka – które wszak nie są zamocowane na sztywno, tylko na układzie sterującym położeniem – są więc dostępne szczeliny do odprowadzania ochłodzonego na lusterku powietrza. Czy to można jakoś wzmocnić? Bernoulli się kłania – w czasie jazdy akurat z tyłu lusterka chyba wytwarza się podciśnienie – zatem nasz efekt przedmuchu zostanie naturalnie wzmocniony. Więcej ciepłego powietrza dostanie się pod lusterko i szybciej zostanie ogrzane. Tyle sztuki artystycznej – pora na rzemiosło inżynierskie – jaki duży powinien być otwór, jak duże nadciśnienie w kabinie uzyskać dla bodaj śladowego przedmuchu, jak to zorganizować aby nie zakłócić wentylacji w tylnej części samochodu, co zrobić latem z tym układem – może zostawić na deszcz? Może układ podgrzewania zasilić ciepłym powietrzem wprost z układu wentylacyjnego – jest większe nadciśnienie? Ile ciepła potrzeba i czy jesteśmy w stanie tę ilość dostarczyć w rozsądnym czasie? I tak dalej – może na habilitację nie starczy, ale na porządną magisterkę chyba tak. Oczywiście to rozwiązanie nie sprawdzi się na Syberii, będzie mało przydatne w dżungli nad Amazonką (o ile już całej nie wyrąbali), ale w klimacie pośrednim, jak u nas – może być w sam raz.



Co jest jeszcze do zauważenia? Zmiana podejścia. Pierwsze rozwiązanie oznacza wspomnianego we wcześniejszych artykułach „samokonia” (patrz też koniec tekstu) – do istniejącego systemu trochę na siłę wprowadzamy nowy podsystem z wszystkimi tego konsekwencjami – wzrost złożoności, wzrost wagi, koszty eksploatacji, napraw i tak dalej. W drugim przypadku wykorzystaliśmy istniejący układ aby za pomocą niewielkiej rekonfiguracji nadać mu nową cechę użytkową. To tylko pomysł, więc nie wypowiadam się o jego sensowności technicznej. Nie namawiam do rzucania się na samochód z wiertarką w garści celem jego przeróbki zgodnie z tą propozycją. Dla mnie to sposób na umysłową rozrywkę i tak proszę potraktować tę lekturę – jako przykład patrzenia na otoczenie w poszukiwaniu pomysłów. Może któryś z nich okaże się dla obserwatora tą kopalnią złota? Ale jeżeli nie będziesz próbował, nie licz na wygraną. To tak jak z loterią – jeżeli nie kupisz losu, nie wygrasz na pewno. Jeżeli kupisz los- to tylko dostaniesz szansę na wygraną.

Popatrzmy na inny przykład w samochodzie. Patrzymy we wsteczne lusterka, jest pusto, odbijamy w lewo i ... BUM! W martwej strefie za lewym tylnym słupkiem schował się cały samochód. Co robić? Jak na to nie spojrzeć, przeszkadza tylny słupek. Dlaczego? Bo światło rozchodzi się wzdłuż linii prostych. Rozwiązanie typu „samokonia” jest najprostsze – kamera, kabelki, ekranik, po kłopocie. Można inaczej? Najprostsze wyjście – niewidzialny słupek (to nie żart – konstruktorzy kabrioletów poszli jeszcze dalej w kwestii tylnego słupka, likwidując go razem z dachem). A jak nie? Może jakby trochę zakrzywić promienie światła, to zniknie martwa strefa? Nawet nie cała, ale tak 90%? Pomyślmy – czy musimy umieć przeczytać numer rejestracyjny samochodu który nas wyprzedza czy wystarczy informacja że coś jest z tyłu? Czy bezwzględnie wymagamy 100 % jakości widzenia, czy zadowolimy się 90 %? Jeżeli tak, to jest pomysł. Tylna szyba. Czy musi mieć jednakową grubość na całej powierzchni? A gdyby tak przy tylnych słupkach nadać jej kształt podłużnej soczewki lub czegoś podobnego do pryzmatu? Wtedy – być może – w tylnej szybie pojawi się zniekształcona sylwetka samochodu w „martwej strefie”? Warto by się temu przyjrzeć. Czy pomysł z soczewką w tylnej szybie da się rozwinąć? Dlaczego nie? Wielu kierowców ze mną włącznie ma problemy z oceną odległości przy cofaniu i parkowaniu tyłem. No to dodajmy jeszcze jeden „pryzmat” wzdłuż dolnej krawędzi tylnej szyby po to, aby można było zobaczyć więcej tego, co do tej pory zasłania karoseria. Że co? Że kto to widział takie zniekształcanie obrazu w tylnej szybie? Nie tak całkiem dawno szyby w samochodzie były wyłącznie płaskie i też jakoś dało się jeździć. Dziś nikogo nie dziwi krzywoliniowa powierzchnia szyby dopasowana do wizji stylisty nadwozia. Pojawiają się na tylnych szybach naklejane soczewki w rozmiarach około 30 X 30 cm które właśnie robią to, co proponowałem. Patrzyłem na takie coś z pozycji kierowcy – obraz był zbyt mały, jak na mnie, stąd koncepcja powiększenia takiego obrazu do sensownej wielkości całej tylnej szyby. Znowu się powtórzę: to nie jest rozwiązanie do każdego samochodu – styliści od nadwozi potrafią nieźle główkować. Ale do nadwozia typu kombi pasuje w sam raz.

Jeszcze raz o szybach samochodowych i zimie. Dziś podgrzewane tylne szyby to standard. Nakleja się paski grzejne na szybę, doprowadza prąd i już. Znowu „samokoń”. W końcu przednie szyby też wymagają grzania, a jakoś nikt nie nalepia na nie tych pasków. Co zrobić? Może pomóc obserwacja, wiedza i nowoczesne materiały. Obserwacja: raz w dzieciństwie oglądałem w kościelnej kaplicy coś niezwykłego – migoczący czerwony płomyczek przy ołtarzu, który okazał się elektryczną żarówką. Tyle, że zamiast rozżarzonego drucika świeciła blaszka. W jednym miejscu prąd dopływał, a odpływów było kilka. Rozżarzona od płynącego prądu ścieżka przerzucała się nieregularnie pomiędzy odpływami dając złudzenie migającego płomyczka. Wiedza: opór elektryczny przewodnika zależy od jego temperatury. Są takie materiały, których opór po przejściu temperatury charakterystycznej zmienia się skokowo o całe rzędy wielkości. Nowoczesne materiały: są takie przewodzące prąd i przepuszczające całkiem sporo światła – prawie jak szkło. Pora na wynik: szyba samochodowa może być zbudowana z warstw. Zatem pomiędzy warstwy można wkleić i taką z przejrzystego materiału, którego temperatura skokowej zmiany oporu elektrycznego wynosi np. + 5 o C. Dodać do tego kilka wejść i kilka wyjść dla prądu grzewczego, zamówić mróz ze śniegiem, włączyć prąd i patrzeć co się dzieje. Na początku cała szyba jest zimna. Prąd płynie przypadkowym szlakiem ogrzewając szybę. Gdy temperatura szyby wzrośnie powyżej krytycznej, nagły wzrost oporu wymusi przepływ prądu inną, zimniejszą trasą, co doprowadzi do ogrzania całej szyby, a po jej ogrzaniu automatycznie ograniczy zużycie prądu do stanu czuwania. Proste? No to pora na część rzemieślniczą – jakie materiały, jak to zrobić, próby techniczne i tak dalej. No i detal: z tego da się wykroić również boczne szyby, i przednią też! Nie każdy lubi przeciąg podczas szybkiego nagrzewania przedniej szyby w zimie, a wycieraczki i tak nie oczyszczą całego pola widzenia.

Kolejny przykład samochodowy (już wiem, że jest opatentowany – chyba przez Węgrów). Mamy światła zewnętrzne. Na dziś obowiązkowo włączone 24 h / 365 dni w roku. Zwykła obserwacja wykazuje nie tylko stały procent samochodów jadących po mieście bez świateł. Równie dużo widać tych, którzy światła włączyli, ale mają przepalone żarówki i oświetlenie niekompletne tak jakby. Patrzysz z daleka – jednoślad! Podjeżdżasz bliżej – „jednooki” samochód... Popatrzmy okiem wynalazcy na problem. ARIZ podpowiada: zwykle sygnał jest przekazywany najpierw mechanicznie, a potem jakoś przerabiany na prąd, magnetyzm czy światło. Na dziś mamy sygnalizację włączonych reflektorów czy lamp. Chociaż tak naprawdę lampka kontrolna włączona równolegle do żarówki w reflektorze wskazuje tylko na obecność napięcia w obwodzie żarówki, nic nie mówiąc o tym, czy żarówka świeci. Czy można przesłać informację o świeceniu żarówki? Bez problemu. Rozwiązanie typu „samokonia” jest prościutkie: dowolny element fotoelektryczny wytwarza sygnał o oświetleniu, do tego układ detekcji sygnału z tego elementu i przesłanie go na deskę rozdzielczą. To jest nowy podsystem, z wszystkimi wadami nowych podsystemów: drożej, wzrost komplikacji, awaryjności i co tam kto jeszcze wymyśli. Systemowo – dobudowujemy układ czynny. Można inaczej? Układ bierny! Do każdej żarówki oprócz przewodu zasilającego ciągniemy światłowód. Jeden koniec przy żarówce, drugi koniec na desce rozdzielczej i po kłopocie! Wreszcie mamy informację o tym, czy konkretna żarówka świeci, a nie o tym, czy w obwodzie żarówki jest prawidłowe napięcie zasilające. Podobno w jakimś przetargu na autobusy miejskie jedna z ofert (mniejsza o markę autobusu) miała właśnie taką sygnalizację światłowodową poprawnej pracy tylnych świateł. Wprawdzie autobus ponoć przetargu nie wygrał, ale jak się okazuje –światłowód do kontroli pracy świateł w samochodzie jest technicznie wykonalny. Mimo wszystko gdyby ktoś odkrył, dlaczego to rozwiązanie się nie przyjęło, chętnie poczytałbym coś o tym. W końcu światłowody tanieją, więc to nie cena jest winna.

Zamiast światłowodów można też użyć lampki wpiętej w obwód nie równolegle, a szeregowo – przepalenie żarówki zgasi również kontrolkę. Jak kto chce – pewnie da się jeszcze inaczej to zrobić – na początku ogranicza nas wyłącznie wyobraźnia (przypominam: zasada odroczonego wartościowania nakazuje włączenie „zdrowego rozsądku” dopiero po etapie radosnej twórczości).

Aby nie skończyło się na samochodach, jeszcze jeden przykład skutków obserwacji otoczenia. Znalazłem bowiem ciekawą ilustrację wyniku poszukiwania rozwiązania idealnego nie na zasadzie dodania czegoś do systemu, ale na zasadzie usunięcia elementu będącego przyczyną kłopotów dla osiągnięcia pożądanego efektu. Zamiast dodać coś dla otrzymania efektu – odjąć coś co powoduje problem. Genialne i proste!
Każdy, kto miał do czynienia ze sprzątaniem, natknął się na problem wyczyszczenia narożnika. Mamy poziomą powierzchnię i dwie pionowe ścianki, trzy płaszczyzny wzajemnie prostopadłe, czyli narożnik – jak się tam dostać w celu usunięcia brudu? Poszukujemy rozwiązania idealnego! Jakieś sugestie?

Znalazłem takie rozwiązanie na dworcu kolejowym. Gdzie jak gdzie, ale na schodach prowadzących z tunelu na poziom peronu trudno jest utrzymać czystość. Tłumy ludzi, kamienne schody, byle deszcz + kurz daje upiorne efekty. Jak wyczyścić ten kąt na końcu stopnia przy ścianie? Rozwiązanie typu „samokonia” zakłada nowy podsystem: jakieś turboszczotki o stożkowym kształcie wspomagane strumieniem wody z detergentem i brud się wypłucze. A rozwiązanie „przez likwidację” jest znacznie prostsze: należy zlikwidować kąt prosty przy ścianie! Jak nie będzie tego kącika, to i brud nie będzie się miał gdzie gromadzić – i już po problemie! Zamieszczam zdjęcie tych schodów – prościej zobaczyć niż opisać.



Jak widać stopień kończy się przed ścianą, a pomiędzy stopniem a ścianą jest skośna płaszczyzna. Śmieci można wygodnie zamiatać w kierunku ściany, a potem zepchnąć w dół miotłą po tym skosie. To samo na mokro. I nie ma narożnika, w którym zawsze coś zostanie! Prostota tego pomysłu zwyczajnie mnie urzekła. Nie dodać coś, tylko zlikwidować przyczynę problemu razem z problemem! Przechodzący kolejarz nie mógł się nadziwić, co też widzę w tych schodach... A ja dostrzegłem ilustrację wyniku poszukiwania rozwiązania idealnego. Czego i Tobie życzę w Twoich poszukiwaniach. Jeszcze jest tyle rzeczy do wymyślenia, uproszczenia i skomplikowania…

Na zakończenie jedna uwaga techniczna. Dostałem kilka razy opinię, że to co piszę jest niepoważne, niesystematyczne, niekompletne, nieuporządkowane i tak dalej. Uprzejmie odpowiadam – to pomyłka w odbiorze tekstu. Nie piszę kolejnego podręcznika do naukowego zobrazowania heurystyki. Takie podręczniki już istnieją i są znakomite, poważne i bardzo naukowe. Wiem z doświadczenia, bom przeczytał kilkanaście tomów z tej branży. Ja piszę dlatego, że chcę poprzez garść słów i przykładów zachęcić do dogłębnego studiowania tychże uczonych dzieł. Co też i nastąpiło w przypadku kilku czytelników, którym dziękuję za interesujące maile. Które chętnie czytam i zawsze odpowiadam, choć nie zawsze od razu.

„Samokoń” – określenie pochodzące z pewnej książki o odkryciach i wynalazcach. Podobno jedna z pierwszych konstrukcji do ciągnięcia wagonów po szynach tak dalece zastępowała dotychczasowego żywego konia, że miała nogi do odpychania się od podłoża, coś w rodzaju maszyny kroczącej do ciągnięcia czegoś na kółkach. Maszyna rozpadła się podczas prób łamiąc „nogi”, ale koncepcja „mechanicznego konia” lub inaczej „samokonia” wpadła mi do słownika i tak już zostało.
Tyle na dziś. Do poczytania przy następnej okazji...