第一原理和无绳索电梯

决定“不做什么”的重要性

据信，轮子是在公元前 3500 年左右由生活在美索不达米亚的智人发明的。 它几乎用于所有现代交通方式——从基本的手推车、自行车、摩托车和汽车到卡车、电车、火车和飞机。”[1] 您的作者坚信，虽然车轮是人类最伟大的创新，但“一加一”等于二”是人类最伟大的发现。

轮子可以将有限空间中的旋转转化为无限的直线运动。 陆上（水平）运输的首要原则是使用轮子； 动力传递的第一原理是旋转； 数学的第一原理是“一加一等于二”的简单概念。

1。 背景

您的作者是 2023 月 20 日至 22 日举行的 Elevcon 2 上的演讲者。 正是在这里，我介绍了针对细长豪华住宅楼的多功能分时双车电梯设计。[22] 作为其中的一部分，我还参加了 11 月 2023 日的“会议 XNUMX：未来电梯系统”，该会议由 MLS Lift Consulting Ltd. 首席执行官、Elevcon XNUMX 主席 Marja-Liisa Siikonen 博士（理学硕士、博士）主持和项目经理。 本次会议涵盖了无绳、垂直和水平运动的历史； 无绳、起重系统、模拟、功耗、断电； 以及电梯、太空和月球环境。

无绳索电梯是大会上一个有争议的话题。 就我个人而言，我发现我不同意演讲者提出的大部分论点，尤其是月球电梯。

虽然月球以与绕地球公转的速度相同的速度绕自己的轴自转，并以相同的面朝向地球，但到地球的轨道是椭圆形的，这意味着地球和月球之间的距离总是在变化。

另一方面，地球每 24 小时绕自转轴自转一次。 如何在地球上建造一个锚站来保持月球的固定方向？ 还有太多的技术问题没有解决，比如空中导轨的固定、月球电梯轿厢的动力传输等等。

最终，这些作者都没有机械工程背景，而是具有计算机工程或电气工程背景。 我从不怀疑他们在专业知识方面的智慧，但我认为他们对机械工程想法的信心来自邓宁-克鲁格效应，即“他不知道他不知道什么。”

埃隆·马斯克也受到了一些专家的批评，但马斯克在许多不同领域的几乎所有项目都取得了成功。 马斯克是如何让他的项目如此成功的呢？ 从那时起我心里就有一个问题。

21月XNUMX日，我发现我的论文发表在《无绳电梯不可行》上。 ELEVATOR WORLD Europe2023 年 XNUMX 月至 XNUMX 月号。 这一结论是通过以下陈述得出的：

• 设计/发明不能留下未解决的基本矛盾。
• 设计/发明不得违反任何 TRIZ 发明原理。
• “糖衣永远不会比蛋糕更贵。”
• 子系统中的单一故障绝不会导致系统故障。
• 从不挑战极限； 任何机械产品都有物理限制。

经过对无绳电梯的进一步思考，我相信人们可以依靠哲学洞察力来宣称技术进步。 哲学可以证明什么是不能做的，而不是可以证明什么是可以做的。 受马斯克的启发，第一原理哲学提供了新的见解，强调了无绳电梯最终不可行的说法。

2. 邓宁-克鲁格效应和第一原理

你的作者在2岁时陷入了“绝望之谷”（图19），当时我还是中国的一名大学二年级学生。 之后，我读了很多政治、历史、哲学、心理学方面的书籍。 大约十年后，我终于将信心重建到了“他知道他所知道的”的状态。

2.1 邓宁-克鲁格效应介绍

“邓宁-克鲁格效应是一种认知偏差，即在特定领域能力有限的人高估了自己的能力。 一些研究人员还包括了对高绩效者的相反影响：他们倾向于低估自己的技能。 在流行文化中，邓宁克鲁格效应经常被误解为低智商人士普遍过度自信的说法，而不是不熟练执行特定任务的人特定过度自信的说法。”[3]

2.2 介绍第一原理

“在哲学和科学中，第一原理是一个基本命题或假设，不能从任何其他命题或假设中推导出来。 在数学和形式逻辑中，第一原理被称为公理或假设。 在物理学和其他科学中，如果理论工作直接从既定科学的水平开始并且不做出经验模型和参数拟合等假设，则可以说理论工作是从第一原理开始的。 “第一原理思维”包括将事物分解为给定领域中的基本公理，然后通过询问哪些公理与手头的问题相关来进行推理，然后根据所选公理交叉引用结论，并确保结论不违反任何原则。基本法。”[4]

当我在一家领先的电梯承包商的现代化部门担任项目设计工程师时，有一天，我的直线经理让我考虑一个问题：一栋建筑物有一个全面更换的电梯项目，该建筑物在建筑物上延伸了一层。顶部。 当电梯安装即将完成时，安装人员发现，由于前墙角处有一根大混凝土柱在设计勘察期间未被注意到，两板侧开门无法安装到新楼层。 经过几分钟的思考，我意识到解决方案是在地板上放置一扇三板侧开门。 这是通过第一原理进行思考的一个例子。 由于通用性必须是设计大规模制造的机械部件的首要原则，因此第一层门板上的门锁和门滚轮的位置必须根据每个电梯制造商的规格进行标准化。

另一个例子是，当我的直线经理被全球总部的老板问到如何区分大修和现代化时。 把问题交给设计团队后，我给出了答案：如果更换控制器，大修就变成了现代化。

2.3 埃隆·马斯克的第一原理思考

许多伟大的思想家都使用了第一原理方法，但没有人比企业家埃隆·马斯克（Elon Musk）更有效地体现第一原理思维哲学。

2002年，马斯克开始了向火星发射第一枚火箭的探索。 在拜访了世界各地多家航空航天制造商后，马斯克发现购买火箭的成本是天文数字——高达 65 万美元。 考虑到高昂的价格，他开始重新思考这个问题。 马斯克在接受采访时表示：

“物理学教你根据第一原理而不是类比进行推理。 所以，我说，‘好吧，让我们看看首要原则。 火箭是由什么制成的？ 航空航天级铝合金，加上一些钛、铜和碳纤维。 然后我问，“这些材料在商品市场上的价值是多少？” 事实证明，火箭的材料成本约为典型价格的 2%。”

马斯克没有花数千万美元购买成品火箭，而是决定创建自己的公司，廉价购买原材料并自己建造火箭。 太空探索技术公司诞生了。 几年之内，SpaceX 将火箭发射价格降低了近 10 倍，同时仍然保持盈利。 马斯克运用第一性原理思维，将局势分解到根本，绕过航空航天业的高价格，创造出更有效的解决方案。 第一原理思维是将流程归结为您知道正确的基本部分并从那里开始构建的行为。 [5]

马斯克没有诉诸发明，而是保留了传统的火箭技术。 这不仅意味着市场上已经存在制造火箭的技术和专业知识，而且他还可以“使火箭部件可重复使用，重复使用第一级助推火箭，预计比第一级助推火箭节省 30% 的成本”。 60万美元。 如果 SpaceX 也能够重复利用火箭的第二级，成本将会进一步下降。”[5]

2.4 电力曳引电梯第一原理

电力牵引电梯的首要原则是必须使用轿厢（轿厢）、绳索、驱动滑轮和对重。 配重具有以下功能：

• 在轿厢旁边，它产生绳索和驱动滑轮之间的摩擦力以产生驱动力。
• 它通过绳索平衡电梯轿厢及其负载，从而将驱动力减半。
• 它提供保护：如果轿厢超出净空高度，对重会撞击缓冲器，减少驱动力（摩擦力），使轿厢无法继续上升。

如果没有绳索或对重，电梯将无法工作：电梯轿厢无法单独运行。 根据首要原则，就设备的构造而言，该机制必须是最简单、最直接且最具成本效益的。 （注：液压升降机或滚筒升降机是升降机的特殊形式，与陆地运输中的雪橇和气垫船类似，本文不予讨论。）

3. 线性电机和磁悬浮列车介绍

“线性电机是一种定子和转子‘展开’的电动机，因此，它不会产生扭矩（旋转），而是沿其长度产生线性力。 其特点是，线性电机的活动部分有末端，而更传统的电机则布置为连续环路。”[6]

世界上第一条商业磁悬浮列车——上海磁浮列车的建设耗资约1.2亿美元，建设长度为30公里（相当于每米40,000万美元）。 不幸的是，磁悬浮线路一直没有盈利。 运营该特定服务的上海磁浮交通发展有限公司在 1 年至 136.7 年间亏损超过 2004 亿元人民币（约 2006 亿美元）。 [8] （无法获得最新数据，因为情况变得越来越糟。）

上海磁浮列车可以被概念化为直线电机，定子为30公里长的轨道，转子为30米长的列车。 人们能够将传统转子的相同数学应用到线性电机上，以评估动力传输的成本效益。 30 公里长的轨道可以被概念化为布置在直径为 9.554 公里（30km÷3.14）的连续环中的定子，而 30 米长的列车可以被概念化为布置在直径为 9.554 公里的传统电机中的转子。米（30m÷3.14）。 由于转子的直径仅为定子直径的1‰（千分之一），因此传统电机在动力传输方面的成本效益为1‰（千分之一）或更小。 由此，可以得出以下结论：

• 虽然磁悬浮列车是一项原创性创新，但它们违反了陆地（水平）运输的首要原则（使用车轮）。
• 磁悬浮列车的成本效益极低。 此外，旅行时间越长，投资回报率就越低。
• 无绳索电梯是类比思维的结果，违反了垂直运输（VT）的第一原则，并且容易出现与磁悬浮列车相同的问题。

无绳/无配重电梯的反例：“用鼻子在键盘上输入规定的 103 个字符文本的最快时间是 40.19 秒。”[9] 但用手指在键盘上输入字母是首要原则设计键盘的时候，从来没想到鼻子是用来打字的，所以这个吉尼斯世界纪录不仅毫无意义，而且荒唐可笑。

4.理论与实践（技术）的关系

你的作者认为概念比知识更重要，思想比概念更重要。 理论可以解释“为什么”，而技术可以解释“如何”。 知道“为什么”就是智慧，知道“如何”就是智慧：“为什么”是“如何”之母。 由此，我有一个想法：神学（宗教）是哲学之母，哲学是科学之母，科学是技术之母。 神学、哲学是智慧，科学技术是智慧。 

我对宗教、哲学、科学和技术之间关系的理解如图6所示。从关系树来看，我相信哲学可以证明无绳电梯不可行。

5. 创新的分类

我对科学的理解是，科学是一种分类方法，用物理、化学、生物的方法来测量，用数学来量化。 科学可用于确定事件或物质之间因果关系的本质。 我认为所有的创新都可以分为两类：

• 原始创新，如自行车、蒸汽机、内燃机、电话、互联网、电视、照相机、电梯、自动扶梯、磁悬浮列车、手机、电子书等。原始创新的基本原理称为第一原理。 磁悬浮列车是一种与轮式高速列车完全不同的创新。
• 改进创新。 这种创新更容易实现，就像马斯克的电动汽车（由电池而不是燃料提供动力）、重新使用火箭（火箭仍然是火箭）、史蒂夫·乔布斯的个人电脑（这是简化的商用电脑） 、iPhone、iPad。 它们并没有违背这些产品的第一原则，而且都在不断改进创新，比如iPhone（智能手机）就是一个将相机、手机、iPad和移动互联网结合在一起的产品。

无绳索电梯是一项原创创新。 他们利用磁悬浮列车的第一原理来制造一些东西，但称之为电梯。 因为它违反了牵引举升的第一原则，所以无论如何它都会失败。

如今，最成功的创新都是改进。 此外，因为改进创新往往是发现客户需求的结果； 因此，这些创新者与其说是技术天才，不如说是商业天才。

6. 创新未来电梯

我们经常听到一句话，“不要发明自行车”，这意味着浪费时间尝试创造别人已经创造或优化的东西。 两个轮子、车把和车架作为第一原理元件不能减少，但链条可以用齿带或锥齿轮代替。

同样，从图3可以看出，构成电梯第一原理的电梯机构是原始创新。 这些首要原则是不能被打破的。 然而，从电力传输到人工智能，控制系统的所有组件都可以改进。 还可以对轿厢、钢丝绳和驱动滑轮的元件进行如下改进：

• 电梯轿厢：轻量化轿厢、接口、轿门控制、轿厢操作面板
• 驱动绳轮：增加表面摩擦力的方法，如表面采用新材料，减少绳索数量，以减轻绳索总重量
• 绳索：腰带、轻型绳索、超轻型绳索

图 9 显示了一根重量为 16 kg/m 的 D1.03 钢丝绳。 假设一台 2000 kg 的电梯可以运行 1,000 m，并且假设该电梯有 5 根 D16 绳索，则绳索的重量将为 5000 kg。 如果考虑补偿绳索，电梯轿厢和对重所附绳索的总重量约为10吨。

我对那些电梯制造商的第一个建议是，如果你们有工程资源用于研究无绳/无配重电梯，那么最好将其花在轻型绳索的研究上。

7. 结论

我个人认为任何人造物都有其首要原则。 虽然每个人对第一原则都有自己的理解，但我认为哲学的第一原则是可持续性，科学的第一原则是真实性，技术的第一原则是成本效益，商业的第一原则是客户的需求。

可以得出以下结论：

1. 创新可以分为两种：

• 原始创新很难实现。 如今，任何个人几乎不可能实现原始创新，因为它需要创造新的概念和第一原理，并且不建议花费过多的时间来追求发现它们：例如，试图发明像UFO这样的东西。
• 改进创新要容易得多，也更有可能实现。

2、磁浮列车是一项原始创新。 尽管技术上可行，但它违反了陆路运输的第一原则，并且在商业上也不可行。

3、无绳索/无配重电梯是基于磁浮列车类比思维的结果。 这违反了高层VT的第一原则，因此无论在技术上还是在商业上都是不可行的。 虽然直线电机技术可用于磁悬浮列车，但不适用于曳引电梯。

4. 比尔·盖茨、乔布斯、杰夫·贝佐斯、马斯克等人在各自的领域都非常成功，主要原因是他们在开发产品时始终遵循第一原则。 他们实际上是哲学家而不是技术天才。

5、未来电梯产品开发的方向应该是在控制系统、驱动系统和绳索方面进行改进创新，如通过电梯底坑、机房、净空的计算机网络系统（以增加可靠性）。 更多创新体现在无线通信系统、高层电梯轿厢的无缆电梯、故障管理中的人工智能技术，特别是使用碳纤维绳代替钢绳。

8. 作者注解

公司的首要原则应该是盈利。 我的前任老板阿德里安·戈德温先生（1958-2019）拥有电子工程背景，也被许多专家视为技术天才，他花费了大量的时间和金钱进行无绳/无配重电梯的研究。 一位前同事批评他说：“他只是做他喜欢做的事。” 戈德温的无绳电梯只是一个粗略的想法，更不用说设计了：它如何能用于实际项目中？ 我当时觉得他疯了。

当我于30年2019月10日听到戈德温去世的悲伤消息时，我在LinkedIn上发布了以下图片（图XNUMX）。

但我加了一句：“自由不是你可以做你喜欢的事，而是你不能做你不喜欢的事。” 我认为“不做自己不喜欢的事”是自由的首要原则。

我认为，知道“不该做什么”就是智慧，知道“该做什么”就是智慧。 因此，我想与那些仍在参与无绳电梯开发的同事们分享乔布斯的另一句话：“决定不做什么和决定做什么一样重要。”

案例

[1] 轮子的发明：轮子为何以及何时被发明（scienceabc.com)
[2] 灵感来自伦敦碎片大厦， Elevator World十一月2021
[3] 邓宁-克鲁格效应 - 维基百科
[4] 第一原理 - 维基百科
[5] 第一原则：埃隆·马斯克论自我思考的力量（Jamesclear.com)
[6] 直线电机 - 维基百科
[7] 电机原理 – InTraSys 英文 (Intrasys-gmbh.com)
[8]上海磁悬浮列车——从PVG到上海市区最快的列车游记攻略 – Trip.com旅游攻略
[9] 用鼻子打字最快的时间 | 吉尼斯世界纪录