Думай как инженер: главное о системном мышлении
Мы восхищаемся достижениями науки, но легко забываем о тех, кто напрямую меняет наши жизни — изобретателях и инженерах. Искусство инженера состоит в том, чтобы быть незаметным: обычно мы вспоминаем о нём только когда что-то сломалось или пошло не так.
Именно люди с инженерным мышлением проектируют нашу сегодняшнюю повседневность. Всё технологическое окружение — от транспортных систем до медицинского оборудования и интернет-сервисов — создано благодаря применению методов инженерного мышления.
Инженер отличается от учёного тем, что его деятельность направлена на решение конкретных задач, поскольку ему приходится иметь дело с огромным количеством ограничений и компромиссов.
Если для Галилея или Ньютона баллистика была «математическим спортзалом», в котором можно было оттачивать способы описания действительности, то для инженеров математика имеет значение лишь как способ ответить на вполне практические вопросы: как избавиться от дорожных заторов? Как отслеживать движение поездов? Как ускорить доставку почты, не повышая затраты на её обслуживание?
Публикуем отрывок из книги «Думай как инженер. Как превращать проблемы в возможности» Гуру Мадхаван, предназначенную «для всех, кто хочет мыслить системно и находить решения самых сложных и комплексных проблем».
В основе прикладного склада ума лежит то, что я называю модульным системным мышлением. Это не какой-то сверхталант, а сочетание методов и принципов. Мышление на уровне систем — не просто систематический подход; здесь большее значение имеет понимание того, что в жизненных перипетиях нет ничего постоянного и всё взаимосвязано. Отношения между модулями какой-либо системы порождают целое, которое невозможно понять путем анализа его составных частей.
Например, один из конкретных методов в модульном системном мышлении включает функциональное сочетание деконструктивизма (разделение крупной системы на модули) и реконструкционизма (сведение этих модулей воедино). При этом главная задача — определить сильные и слабые звенья (как эти модули работают, не работают или могли бы работать) и применить эти знания для достижения полезных результатов.
Связанная с этим концепция проектирования, используемая в особенности инженерами-программистами, — это пошаговое приближение. Каждое последующее изменение, вносимое ими в продукт или услугу, неизбежно способствует улучшению результата или разработке альтернативных решений.
Тут применяется стратегия проектирования «сверху вниз» (её ещё можно назвать «разделяй и властвуй»), при которой каждая подзадача выполняется отдельно в ходе продвижения к конечной цели. Противоположный подход — проектирование «снизу вверх», когда составляющие снова собираются вместе.
Рут Дэвид, эксперт по национальной безопасности и бывший заместитель директора по вопросам науки и технологий в ЦРУ, формулирует этот вопрос так:
«Инженерия — синоним не только системного мышления, но и построения систем. Это умение всесторонне анализировать проблему. Нужно не только разбираться в элементах и их взаимозависимости, но и в полной мере понимать их совокупность и её смысл»
Это одна из причин, почему инженерное мышление оказывается полезным во многих сферах жизни общества и эффективно как для отдельных людей, так и для групп. Модульное системное мышление варьируется в зависимости от обстоятельств, поскольку не существует одного общепризнанного «инженерного метода».
Проявления инженерии весьма многообразны — от испытаний мячей в аэродинамической трубе для чемпионата мира по футболу до создания ракеты, способной сбить другую ракету в полёте. Методы могут разниться даже в пределах одной отрасли. Проектирование такого изделия, как турбовентиляторный двигатель, отличается от сборки такой мегасистемы, как воздушное судно, и, продолжая эту мысль, — от формирования системы систем, например сети воздушных путей сообщения. Окружающая нас действительность меняется, а с ней — и характер инженерии.
Если сравнивать нашу культуру с компьютером, то инженерия представляет собой её «аппаратное обеспечение».
Но инженерия к тому же — ещё и надежный двигатель экономического роста. Например, в США, по недавним оценкам, инженеры составляют менее 4% от общей численности населения, но при этом помогают создавать рабочие места для остальных. Следует признать, что некоторые технические новинки вообще отобрали у людей работу, которой те раньше зарабатывали себе на жизнь; тем не менее, инженерные инновации постоянно открывают новые возможности и пути развития.
У инженерного мышления есть три основных свойства. Первое — способность «увидеть» структуру там, где её нет. Наш мир — от хайку до высотных зданий — основан на структурах. И подобно тому, как талантливый композитор «слышит» звуки до того, как запишет их в виде нот, грамотный инженер способен визуализировать и воплотить структуры с помощью сочетания правил, моделей и интуиции. Инженерное мышление тяготеет к той части айсберга, которая находится под водой, а не над её поверхностью. Важно не только то, что заметно; невидимое тоже имеет значение.
В ходе структурированного процесса мышления на уровне систем нужно учитывать, как связаны элементы системы по логике, во времени, последовательности, функциям, а также в каких условиях они работают и не работают. Историку можно применять подобную структурную логику через десятилетия после произошедшего события, а инженеру нужно делать это превентивно, о чём бы ни шла речь — мельчайших деталях или абстракциях высокого уровня.
Именно это — одна из основных причин, почему инженеры создают модели: чтобы можно было проводить структурированные обсуждения, исходя из реальности. И, представляя себе какую-либо структуру, принципиально важно обладать достаточной рассудительностью, чтобы понять, когда она имеет ценность, а когда — нет.
Рассмотрим, к примеру, следующий вопросник, автор которого — Джордж Хайлмайер, бывший директор Управления перспективных исследований и разработок Министерства обороны США, а также один из создателей жидкокристаллических дисплеев, ставших частью сегодняшних технологий воспроизведения изображений. Его подход к новаторству заключается в использовании списка контрольных вопросов, что приемлемо для проекта с чётко определенными целями и клиентами.
- Что вы пытаетесь сделать? Чётко сформулируйте свои цели, полностью исключив жаргон.
- Как это реализуется сегодня и каков диапазон возможных ограничений?
- Что нового в вашем подходе и почему вы считаете, что он будет успешным?
- Для кого это имеет значение? Если вы достигнете успеха, на что он повлияет?
- Каковы ваши риски и выгоды?
- Во сколько это обойдется? Сколько времени на это уйдет?
- Какие промежуточные и итоговые проверки нужно провести, чтобы узнать, добились ли вы успеха?
По сути, такая структура помогает задавать нужные вопросы в логическом порядке.
Второе свойство инженерного мышления — это способность эффективно проектировать в условиях ограничений. В реальном мире они присутствуют всегда и определяют потенциальный успех или провал нашей деятельности. Учитывая свойственный инженерии практический характер, затруднений и напряжения в ней гораздо больше по сравнению с другими профессиями. Ограничения любого происхождения — налагаемые природой или людьми — не позволяют инженерам ждать, пока все явления будут в полной мере объяснены и поняты.
Предполагается, что инженеры должны добиваться максимально возможных результатов в имеющихся условиях. Но, даже если ограничений нет, грамотные инженеры знают, как применять ограничения для достижения своих целей. Временны́е ограничения стимулируют креативность и находчивость инженеров. Финансовые трудности и явные физические ограничения, зависящие от законов природы, также широко распространены наряду с таким непредсказуемым ограничением, как поведение людей.
Инженерам нужно постоянно соотносить свои проекты с существующим контекстом и даже изменениями, которые могут произойти в будущем.
«Вообразите ситуацию, в которой каждая очередная версия Macintosh Operating System или Windows представляла бы собой совершенно новую операционную систему, разработанную “с нуля”. Это парализовало бы сферу использования персональных компьютеров», — указывают Оливье де Век и его коллеги-исследователи из Массачусетского технологического института.
Инженеры часто дорабатывают свои программные продукты, поступательно учитывая предпочтения клиентов и нужды бизнеса, — а ведь это не что иное, как ограничения. «Изменения, которые поначалу кажутся незначительными, часто приводят к необходимости других изменений, а те, в свою очередь, обусловливают дальнейшие изменения... Нужно умудриться сделать так, чтобы старое продолжало работать, и при этом создавать нечто новое». Этим затруднениям нет конца.
Третье свойство инженерного мышления сопряжено с компромиссами — умением давать продуманные оценки решениям и альтернативам. Инженеры определяют приоритеты в проектировании и распределяют ресурсы, выискивая менее важные цели среди более весомых. Например, при проектировании самолетов типичным компромиссом может стать сбалансированность затрат, веса, размаха крыла и габаритов туалета в рамках ограничений, которые налагаются конкретными требованиями к летно-техническим характеристикам. Трудности такого выбора относятся даже к вопросу о том, нравится ли пассажирам самолет, в котором они летят.
Если ограничения можно сравнить с хождением по канату, то компромиссы напоминают ситуацию из басни про лебедя, щуку и рака.
Идёт борьба между тем, что имеется в распоряжении; тем, что возможно; тем, что желательно, и допустимыми пределами.
Пусть наука, философия и религия стремятся к правде в том виде, в котором она им представляется; инженерия же находится в центре обеспечения полезности в условиях ограничений. Структура, ограничения и компромиссы — вот «три кита» инженерного мышления. Для инженера они имеют такое же значение, как для музыканта — такт, темп и ритм
Мы восхищаемся достижениями науки, но легко забываем о тех, кто напрямую меняет наши жизни — изобретателях и инженерах. Искусство инженера состоит в том, чтобы быть незаметным: обычно мы вспоминаем о нём только когда что-то сломалось или пошло не так.
Именно люди с инженерным мышлением проектируют нашу сегодняшнюю повседневность. Всё технологическое окружение — от транспортных систем до медицинского оборудования и интернет-сервисов — создано благодаря применению методов инженерного мышления.
Инженер отличается от учёного тем, что его деятельность направлена на решение конкретных задач, поскольку ему приходится иметь дело с огромным количеством ограничений и компромиссов.
Если для Галилея или Ньютона баллистика была «математическим спортзалом», в котором можно было оттачивать способы описания действительности, то для инженеров математика имеет значение лишь как способ ответить на вполне практические вопросы: как избавиться от дорожных заторов? Как отслеживать движение поездов? Как ускорить доставку почты, не повышая затраты на её обслуживание?
Публикуем отрывок из книги «Думай как инженер. Как превращать проблемы в возможности» Гуру Мадхаван, предназначенную «для всех, кто хочет мыслить системно и находить решения самых сложных и комплексных проблем».
В основе прикладного склада ума лежит то, что я называю модульным системным мышлением. Это не какой-то сверхталант, а сочетание методов и принципов. Мышление на уровне систем — не просто систематический подход; здесь большее значение имеет понимание того, что в жизненных перипетиях нет ничего постоянного и всё взаимосвязано. Отношения между модулями какой-либо системы порождают целое, которое невозможно понять путем анализа его составных частей.
Например, один из конкретных методов в модульном системном мышлении включает функциональное сочетание деконструктивизма (разделение крупной системы на модули) и реконструкционизма (сведение этих модулей воедино). При этом главная задача — определить сильные и слабые звенья (как эти модули работают, не работают или могли бы работать) и применить эти знания для достижения полезных результатов.
Связанная с этим концепция проектирования, используемая в особенности инженерами-программистами, — это пошаговое приближение. Каждое последующее изменение, вносимое ими в продукт или услугу, неизбежно способствует улучшению результата или разработке альтернативных решений.
Тут применяется стратегия проектирования «сверху вниз» (её ещё можно назвать «разделяй и властвуй»), при которой каждая подзадача выполняется отдельно в ходе продвижения к конечной цели. Противоположный подход — проектирование «снизу вверх», когда составляющие снова собираются вместе.
Рут Дэвид, эксперт по национальной безопасности и бывший заместитель директора по вопросам науки и технологий в ЦРУ, формулирует этот вопрос так:
«Инженерия — синоним не только системного мышления, но и построения систем. Это умение всесторонне анализировать проблему. Нужно не только разбираться в элементах и их взаимозависимости, но и в полной мере понимать их совокупность и её смысл»
Это одна из причин, почему инженерное мышление оказывается полезным во многих сферах жизни общества и эффективно как для отдельных людей, так и для групп. Модульное системное мышление варьируется в зависимости от обстоятельств, поскольку не существует одного общепризнанного «инженерного метода».
Проявления инженерии весьма многообразны — от испытаний мячей в аэродинамической трубе для чемпионата мира по футболу до создания ракеты, способной сбить другую ракету в полёте. Методы могут разниться даже в пределах одной отрасли. Проектирование такого изделия, как турбовентиляторный двигатель, отличается от сборки такой мегасистемы, как воздушное судно, и, продолжая эту мысль, — от формирования системы систем, например сети воздушных путей сообщения. Окружающая нас действительность меняется, а с ней — и характер инженерии.
Если сравнивать нашу культуру с компьютером, то инженерия представляет собой её «аппаратное обеспечение».
Но инженерия к тому же — ещё и надежный двигатель экономического роста. Например, в США, по недавним оценкам, инженеры составляют менее 4% от общей численности населения, но при этом помогают создавать рабочие места для остальных. Следует признать, что некоторые технические новинки вообще отобрали у людей работу, которой те раньше зарабатывали себе на жизнь; тем не менее, инженерные инновации постоянно открывают новые возможности и пути развития.
У инженерного мышления есть три основных свойства. Первое — способность «увидеть» структуру там, где её нет. Наш мир — от хайку до высотных зданий — основан на структурах. И подобно тому, как талантливый композитор «слышит» звуки до того, как запишет их в виде нот, грамотный инженер способен визуализировать и воплотить структуры с помощью сочетания правил, моделей и интуиции. Инженерное мышление тяготеет к той части айсберга, которая находится под водой, а не над её поверхностью. Важно не только то, что заметно; невидимое тоже имеет значение.
В ходе структурированного процесса мышления на уровне систем нужно учитывать, как связаны элементы системы по логике, во времени, последовательности, функциям, а также в каких условиях они работают и не работают. Историку можно применять подобную структурную логику через десятилетия после произошедшего события, а инженеру нужно делать это превентивно, о чём бы ни шла речь — мельчайших деталях или абстракциях высокого уровня.
Именно это — одна из основных причин, почему инженеры создают модели: чтобы можно было проводить структурированные обсуждения, исходя из реальности. И, представляя себе какую-либо структуру, принципиально важно обладать достаточной рассудительностью, чтобы понять, когда она имеет ценность, а когда — нет.
Рассмотрим, к примеру, следующий вопросник, автор которого — Джордж Хайлмайер, бывший директор Управления перспективных исследований и разработок Министерства обороны США, а также один из создателей жидкокристаллических дисплеев, ставших частью сегодняшних технологий воспроизведения изображений. Его подход к новаторству заключается в использовании списка контрольных вопросов, что приемлемо для проекта с чётко определенными целями и клиентами.
- Что вы пытаетесь сделать? Чётко сформулируйте свои цели, полностью исключив жаргон.
- Как это реализуется сегодня и каков диапазон возможных ограничений?
- Что нового в вашем подходе и почему вы считаете, что он будет успешным?
- Для кого это имеет значение? Если вы достигнете успеха, на что он повлияет?
- Каковы ваши риски и выгоды?
- Во сколько это обойдется? Сколько времени на это уйдет?
- Какие промежуточные и итоговые проверки нужно провести, чтобы узнать, добились ли вы успеха?
По сути, такая структура помогает задавать нужные вопросы в логическом порядке.
Второе свойство инженерного мышления — это способность эффективно проектировать в условиях ограничений. В реальном мире они присутствуют всегда и определяют потенциальный успех или провал нашей деятельности. Учитывая свойственный инженерии практический характер, затруднений и напряжения в ней гораздо больше по сравнению с другими профессиями. Ограничения любого происхождения — налагаемые природой или людьми — не позволяют инженерам ждать, пока все явления будут в полной мере объяснены и поняты.
Предполагается, что инженеры должны добиваться максимально возможных результатов в имеющихся условиях. Но, даже если ограничений нет, грамотные инженеры знают, как применять ограничения для достижения своих целей. Временны́е ограничения стимулируют креативность и находчивость инженеров. Финансовые трудности и явные физические ограничения, зависящие от законов природы, также широко распространены наряду с таким непредсказуемым ограничением, как поведение людей.
Инженерам нужно постоянно соотносить свои проекты с существующим контекстом и даже изменениями, которые могут произойти в будущем.
«Вообразите ситуацию, в которой каждая очередная версия Macintosh Operating System или Windows представляла бы собой совершенно новую операционную систему, разработанную “с нуля”. Это парализовало бы сферу использования персональных компьютеров», — указывают Оливье де Век и его коллеги-исследователи из Массачусетского технологического института.
Инженеры часто дорабатывают свои программные продукты, поступательно учитывая предпочтения клиентов и нужды бизнеса, — а ведь это не что иное, как ограничения. «Изменения, которые поначалу кажутся незначительными, часто приводят к необходимости других изменений, а те, в свою очередь, обусловливают дальнейшие изменения... Нужно умудриться сделать так, чтобы старое продолжало работать, и при этом создавать нечто новое». Этим затруднениям нет конца.
Третье свойство инженерного мышления сопряжено с компромиссами — умением давать продуманные оценки решениям и альтернативам. Инженеры определяют приоритеты в проектировании и распределяют ресурсы, выискивая менее важные цели среди более весомых. Например, при проектировании самолетов типичным компромиссом может стать сбалансированность затрат, веса, размаха крыла и габаритов туалета в рамках ограничений, которые налагаются конкретными требованиями к летно-техническим характеристикам. Трудности такого выбора относятся даже к вопросу о том, нравится ли пассажирам самолет, в котором они летят.
Если ограничения можно сравнить с хождением по канату, то компромиссы напоминают ситуацию из басни про лебедя, щуку и рака.
Идёт борьба между тем, что имеется в распоряжении; тем, что возможно; тем, что желательно, и допустимыми пределами.
Пусть наука, философия и религия стремятся к правде в том виде, в котором она им представляется; инженерия же находится в центре обеспечения полезности в условиях ограничений. Структура, ограничения и компромиссы — вот «три кита» инженерного мышления. Для инженера они имеют такое же значение, как для музыканта — такт, темп и ритм