Формирование технических наук

Исследования Гюйгенса – не только этап формирования инженерной деятельности, но и этап формирования технических наук. Оба эти этапа взаимосвязаны. Мы уже отмечали, что для инженерной деятельности были необходимы специальные знания. Сначала это были знания двоякого рода – естественнонаучные (отобранные или специально построенные) и собственно технологические (описание конструкций, технологических операций и т.д.). Как мы постарались показать, именно естественнонаучные знания позволяли задать естественный процесс, который реализовался в инженерном устройстве, а также определить в расчете точные характеристики конструкций, обеспечивающей данный процесс.

Пока речь шла об отдельных изобретениях, проблем не возникало. Однако начиная с XVIII столетия складывается промышленное производство и потребность в тиражировании и модификации изобретенных инженерных устройств (парового котла и прядильных машин, станков, двигателей для пароходов и паровозов и т.д.). Резко возрастает объем расчетов и конструирования в силу того, что все чаще инженер имеет дело не только с разработкой принципиально нового инженерного объекта (т.е. изобретением), но и с созданием сходного (модифицированного) изделия (например, машина того же класса, но с другими характеристиками – иная мощность, скорость, габариты, вес, конструкция и т.д.). Другими словами, инженер теперь занят и созданием новых инженерных объектов, и разработкой целого класса инженерных объектов, сходных (однородных) с изобретенными. В познавательном отношении это означало появление не только новых проблем в связи с увеличившейся потребностью в расчетах и конструировании, но и новых возможностей. Разработка поля однородных инженерных объектов позволяла сводить одни случаи к другим, одни группы знаний к другим. Если первые образцы изобретенного объекта описывались с помощью знаний определенной естественной науки, то все последующие, модифицированные, сводились к первым образцам. В результате начинают выделяться (рефлексироваться) определенные группы естественнонаучных знаний и схем инженерных объектов, – те, которые объединяются самой процедурой сведения. Фактически это были первые знания и объекты технических наук, но существующие пока еще не в собственной форме: знания в виде сгруппированных естественнонаучных знаний, участвующих в сведениях, а объекты в виде схем инженерного объекта, к которым такие группы естественнонаучных знаний относились. На этот процесс накладывались два других: онтологизация и математизация.

Онтологизация представляет собой поэтапный процесс схематизации инженерных устройств, в ходе которого эти объекты разбивались на отдельные части и каждая замещалась "идеализированным представлением" (схемой, моделью). Например, в процессе изобретения, расчетов и конструирования машин (подъемных, паровых, прядильных, мельниц, часов, станков и т.д.) к концу XVIII, началу XIX столетия их разбивали, с одной стороны, на крупные части (например, Ж.Кристиан выделял в машине двигатель, передаточный механизм, орудие), а с другой – на более мелкие (так называемые "простые машины" – наклонная плоскость, блок, винт, рычаг и т.д.). Подобные идеализированные представления вводились для того, чтобы к инженерному объекту можно было применить, с одной стороны, математические знания, с другой – естественнонаучные знания. По отношению к инженерному объекту такие представления являлись схематическими описаниями его строения (или строения его элементов), по отношению к естественной науке и математике они задавали определенные типы идеальных объектов (геометрические фигуры, векторы, алгебраические уравнения и т.д.; движение тела по наклонной плоскости, сложение сил и плоскостей, вращение тела и т.д.).

Замещение инженерного объекта математическими моделями было необходимо и само по себе как необходимое условие изобретения, конструирования и расчета и как стадия построения нужных для этих процедур идеальных объектов естественной науки.

Накладываясь друг на друга, описанные здесь три основных процесса (сведения, онтологизации и математизации) и приводят к формированию первых идеальных объектов и теоретических знаний технической науки. Что при этом происходит, можно понять на примере введенного Р.Виллисом различения "чистого" и "конструктивного" механизмов. Чистый механизм описывает естественные процессы преобразования движений; этим процессам ставятся в соответствие элементы конструктивного механизма (ведущие и ведомые звенья, соприкосновение качением, скольжением, чистая передача и т.д.). Виллис вводил также классификацию простых механизмов, исходя из принципа отношения скоростей и отношения направлений. Кинематическая задача сложных механизмов осуществляется посредством комбинации простых механизмов [29, с. 154-155].

Механизмы Виллиса и полученные о них знания – это ни что иное, как группа естественнонаучных знаний и онтологических представлений, удовлетворяющая процессам сведения, онтологизации и математизации. Но в теории Виллиса они обретают самостоятельную форму знакового и понятийного существования, что предполагает введение самостоятельных идеальных объектов (в данном случае понятий механизма, его онтологических представлений, классификаций простых механизмов), задание процедур преобразования, отнесение к этим объектам определенных знаний (их можно уже назвать знаниями технической науки) и, наконец, выделение области изучения таких объектов в самостоятельную (прикладная или техническая наука в отличие от фундаментальной). По тому же принципу, как показывает анализ, формируются и другие объекты и знания классических технических наук. Это был первый этап формирования технической науки.

Дальнейшее развитие технической науки происходило под влиянием нескольких факторов. Один фактор – сведение всех новых случаев (т.е. однородных объектов инженерной деятельности) к уже изученным в технической науке. Подобное сведение предполагает преобразование изучаемых в технической науке объектов, получение о них новых знаний (отношений). Почти с первых шагов формирования технической науки на нее был распространен идеал организации фундаментальной науки. В соответствии с этим идеалом знания отношений трактовались как законы или теоремы, а процедуры еe получения – как доказательства. Проведение доказательств предполагало не только сведение новых идеальных объектов к старым, уже описанным в теории, но и разделение процедур получения знаний на компактные, обозримые части, что всегда влечет за собой выделение промежуточных знаний. Подобные знания и объекты, получившиеся в результате расщепления длинных и громоздких доказательств на более простые (четкие), образовали вторую группу знаний технической науки (в самой теории они, естественно, не обособлялись в отдельные группы, а чередовались с другими). В третью группу вошли знания, позволившие заменить громоздкие способы и процедуры получения отношений между параметрами инженерного объекта процедурами простыми и изящными. Например, в некоторых случаях громоздкие процедуры преобразования и сведения, полученные в двух слоях, существенно упрощаются после того, как исходный объект замещается сначала с помощью уравнений математического анализа, затем в теории графов, и преобразования осуществляются в каждом из слоев. Характерно, что последовательное замещение объекта технической науки в двух или более разных языках ведет к тому, что на объект проецируются соответствующие расчленения и характеристики таких языков (точнее, их онтологических представлений). В результате в идеальном объекте технической теории "сплавляются" и "склеиваются" (через механизм рефлексии и осознания) характеристики нескольких типов: а) характеристики, перенесенные на этот объект в ходе модельного замещения инженерного объекта (например, знание о том, что колебательный контур состоит из источников тока, проводников, сопротивлений, емкостей и индуктивностей и все эти элементы соединены между собой определенным образом); б) характеристики, прямо или опосредованно перенесенные из фундаментальной науки (знания о токах, напряжениях, электрических и магнитных полях, а также законах, их связывающих); в) характеристики, взятые из математического языка первого, второго..., n-го слоя (например, в теории электротехники говорят о самой общей трактовке уравнений Кирхгофа, данной в языке теории графов). Все эти характеристики в технической теории так видоизменяются и переосмысляются (одни, несовместимые, опускаются, другие изменяются, третьи приписываются, добавляются со стороны), что возникает принципиально новый объект – собственно идеальный объект технической науки, в своем строении воссоздавший в сжатом виде все перечисленные типы характеристик. Второй процесс, существенно повлиявший на формирование и развитие технической науки – это процесс математизации. С определенной стадии развития технической науки исследователи переходят от применения отдельных математических знаний или фрагментов математических теорий к применению в технической науке целых математических аппаратов (языков). К этому их толкала необходимость осуществлять в ходе изобретения и конструирования не только анализ, но и синтез отдельных процессов и обеспечивающих их конструктивных элементов. Кроме того, они стремились исследовать все поле инженерных возможностей, т.е. старались понять, какие еще можно получить характеристики и отношения инженерного объекта, какие в принципе можно построить расчеты. В ходе анализа инженер-исследователь стремится получить знания об инженерных объектах, описать их строение, функционирование, отдельные процессы, зависимые и независимые параметры, отношения и связи между ними. В процессе синтеза он на основе произведенного анализа конструирует и ведет расчет (впрочем, операции синтеза и анализа чередуются, определяя друг друга).

Каковы же условия применения в технических науках математических аппаратов? Прежде всего для этого необходимо вводить идеальные объекты технических наук в онтологию, соответствующего математического языка, т.е. представлять их как состоящие из элементов, отношений и операций, характерных для объектов интересующей инженера математики. Но, как правило, идеальные объекты технической науки существенно отличались от объектов выбранного математического аппарата. Поэтому начинается длительный процесс дальнейшей схематизации инженерных объектов и онтологизации, заканчивающийся построением таких новых идеальных объектов технической науки, которые уже могут быть введены в онтологию определенной математики. С этого момента инженер-исследователь получает возможность: а) успешно решать задачи синтеза-анализа, б) исследовать всю изучаемую область инженерных объектов на предмет теоретически возможных случаев, в) выйти к теории идеальных инженерных устройств (например, теории идеальной паровой машины, теории механизмов, теории радиотехнического устройства и т.д.). Теория идеального инженерного устройства представляет собой построение и описание (анализ) модели инженерных объектов определенного класса (мы их назвали однородными), выполненную, так сказать, на языке идеальных объектов соответствующей технической теории. Идеальное устройство – это конструкция, которую исследователь создает из элементов и отношений идеальных объектов технической науки, но которая является именно моделью инженерных объектов определенного класса, поскольку имитирует основные процессы и конструктивные образования этих инженерных устройств. Другими словами, в технической науке появляются не просто самостоятельные идеальные объекты, но и самостоятельные объекты изучения квазиприродного характера. Построение подобных конструкций-моделей существенно облегчает инженерную деятельность, поскольку инженер-исследователь может теперь анализировать и изучать основные процессы и условия, определяющие работу создаваемого им инженерного объекта (в частности, и собственно идеальные случаи).

Итог развития технической науки классического типа, в частности, на материале математизированной теории механизмов, созданной В.Л.Ассуром, В.B.Добровольским, И.И.Артоболевским, может быть резюмирован следующим образом [29]. Каждый механизм стал рассматриваться как кинематическая цепь, состоящая из одного или нескольких замкнутых контуров и нескольких незамкнутых цепей, служащих для присоединения звеньев контура к основным звеньям механизма. В теории механизмов появилась возможность получать новые конструктивные схемы механизмов дедуктивным способом. Анализ механизма начинается с разработки на основе его структурной схемы, фиксирующей конструктивные элементы, определенной кинематической схемы. Последняя позволяет исследовать естественный процесс – движение элементов, пар, цепей и отдельных точек. Для решения этой задачи используются так называемые "планы" механизма, т.е. схематические его изображения в каком-либо положении. На их основе составляются системы уравнений, устанавливающие математические зависимости между перемещениями, скоростями и ускорениями звеньев механизма. С помощью графических и аналитических методов расчета определяется положение каждого звена, перемещение точек звеньев, углы поворота, мгновенные скорости и ускорения точек и звеньев по заданному закону движения начального звена. Для расчета сложных механизмов осуществляются их эквивалентные преобразования в более простые схемы. Принципиальные выводы данной технической теории являются следующими: законы структурного образования становятся общими для всех механизмов; анализ общих законов структуры механизмов позволяет установить все возможные семейства и роды механизмов, а также создать их единую общую классификацию; структурный и кинематический анализ механизмов одного и того же семейства и класса может быть проведен аналогичным методом; метод структурного анализа дает возможность обнаружить громадное число новых механизмов, до сих пор не применяющихся в технике [29, с. 159-160]. Таким образом, можно считать, что была построена математизированная теория механизмов. Она оказалась действенным инструментом в руках конструкторов. Доказательством универсальности данной технической теории и выводов из нее служит инженерная практика.

Если теперь кратко суммировать рассмотренный этап формирования технических наук классического типа, то можно отметить следующее. Стимулом для возникновения технических наук является появление в результате развития промышленного производства областей однородных инженерных объектов и применение в ходе изобретений, конструирования и расчетов знаний естественных наук. Процессы сведения, онтологизации и математизации определяют формирование первых идеальных объектов и теоретических знаний технической науки, создание первых технических теорий. Стремление применять не отдельные математические знания, а целиком определенные математики, исследовать однородные области инженерных объектов, создавать инженерные устройства, так сказать, впрок приводит к следующему этапу формирования. Создаются новые идеальные объекты технических наук, которые уже можно вводить в математическую онтологию; на их основе разворачиваются системы технических знаний и, наконец, создается теория "идеального инженерного устройства". Последнее означает появление в технических науках специфического квазиприродного объекта изучения, т.е. техническая наука окончательно становится самостоятельной.

Последний этап формирования технической науки связан с сознательной организацией и построением теории этой науки. Распространяя на технические науки логические принципы научности, выработанные философией и методологией наук, исследователи выделяют в технических науках исходные принципы и знания (эквивалент законов и исходных положений фундаментальной науки), выводят из них вторичные знания и положения, организуют все знания в систему. Однако в отличие от естественной науки в техническую науку включаются также расчеты, описания технических устройств, методические предписания. Ориентация представителей технической науки на инженерию заставляет их указывать "контекст", в котором могут быть использованы положения технической науки. Расчеты, описания технических устройств, методические предписания как раз и определяют этот контекст.

Формирование и особенности проектирования

Исторически проектирование возникает внутри сферы "изготовления" (домостроения, кораблестроения, изготовления машин, градостроения и т.д.) как момент, связанный с изображением на чертежах и при построении расчетов, а также на макетах, компьютерах и т.д. внешнего вида, строения и функционирования будущего изделия (дома, корабля, машины). По мере развития и совершенствования деятельности изготовления семиотическая и мыслительная деятельность, опирающаяся на чертежи и расчеты, все более усложнялась; она начала выполнять следующие функции: организация деятельности изготовления, представление отдельных планов и частей изготовляемого изделия, увязка на чертеже различных требований к изделию, репрезентация вариантов его решения, оценка и выбор лучших решений и другие. На этом этапе все эти функции формировались внутри деятельности изготовления и практически не осознавались как самостоятельные.

Проектирование становится самостоятельной сферой деятельности, когда происходит разделение труда между архитектором (конструктором, расчетчиком, чертежником) и собственно изготовителем (строителем, машиностроителем); первые начинают отвечать за семиотическую и интеллектуальную часть работы (конструктивные идеи, чертежи, расчеты), а вторые – за создание материальной части (изготовление по чертежам изделия).

Если раньше чертежная и расчетная деятельности непрерывно соотносились с изготавливаемым и эксплуатируемым образцом, который позволял корректировать чертежи и расчеты, то на данной ступени формирования эти деятельности строятся исходя из самостоятельных принципов и знаний (в которых естественно отразились отношения, установленные ранее в чертежно-расчетной деятельности и деятельности изготовления). Складывается собственно деятельность и реальность проектирования, для которой характерен ряд моментов.

1. Принципиальное разделение труда между проектированием и изготовлением. Проектировщик обязан разработать (спроектировать) изделие полностью, решив все вопросы его внешнего вида, строения и изготовления, увязав при этом разнообразные требования к объекту. Изготовитель по проекту создает изделие в материале, не тратя времени и сил на те вопросы, за которые отвечает проектировщик.

2. Проектировщик разрабатывает все изделие в семиотическом плане, используя чертежи, расчеты и другие знаковые средства (макеты, графики, фото и т.п.). Его обращение к объекту (прототипу или создающемуся объекту) может быть только эпизодическим и опосредованным (т.е. опять-таки выведенным на уровень знаний, чертежей, расчетов).

3. Для проектирования характерны определенная "логика" и определенные возможности, недостижимые вне этой деятельности. Так проектировщик может совмещать и примерять противоположные или несовпадающие требования к объекту; разрабатывать отдельные планы и подсистемы объекта, не обращаясь определенное время к другим планам и подсистемам; описывать независимо друг от друга вид, функции, функционирование и строение объекта и затем совмещать их; разрабатывать (решать) различные варианты объекта (изделия) и его подсистем, сравнивать эти варианты; "вносить в объект" свои ценности. Разрабатывая изделие, проектировщик строит своеобразные "семиотические модели", причем модели проектируемого объекта, полученные на предыдущих этапах (их условно можно назвать "абстрактными"), используются как средства при построении моделей, строящихся на последующих этапах проектирования (т.е. "конкретных" моделей).

Итак, с возникновением проектирования изготовление расщепляется на две взаимосвязанные части: интеллектуальное (семиотическое) изготовление изделия (собственно проектирование), позволяющее решить его оптимальным образом, минуя пробы в материале, и изготовление изделия по проекту (стадия реализации проекта). Позднее откристаллизовавшиеся в практике и осознанные в теории способы и принципы проектирования начинают переноситься и на другие деятельности, трансформируя их. Возникают градостроительное проектирование, системотехническое, дизайнерское, эргономическое, организационное проектирование и другие. Однако при переносе на новые виды деятельности не всегда удается сохранить и провести в жизнь основные принципы и характеристики сложившейся деятельности проектирования, ряд из них в новых условиях не срабатывает, другие действуют частично.

В результате наряду с "классическим", "традиционным" вариантом проектирования (архитектурно-строительным, техническим, инженерным) складываются деятельности, лишь напоминающие по некоторым признакам проектирование (их можно назвать "квазипроектными"). Это противопоставление можно сравнить с близким различением "традиционного" и "нового" проектирования (В.Сидоренко) или прототипического и непрототипического проектирования, последовательно проведенным А.Раппапортом [65, с. 78]. Квазипроектные структуры деятельности можно также назвать проектированием, но в отличие от традиционного "нетрадиционным" или "современным".

Если принять подобную классификацию деятельностей (на традиционное проектирование и квазипроектные деятельности или "современное проектирование"), то можно предположить, что эволюция проектирования идет в следующем направлении: от деятельности изготовления (в технике и инженерии) к традиционному проектированию, от традиционного проектирования к квазипроектным структурам деятельности, т.е. к нетрадиционному или современному проектированию.

В литературе встречается как противопоставление проектирования инженерии и науке, так и его отождествление с ними. П. Хилл, например, пишет: "Инженерное проектирование можно рассматривать как науку. Под наукой обычно подразумевают обобщенные и систематизированные знания" [101, с. 15]. Однако как идеальный тип проектирование принципиально отлично от науки и от инженерии. Прежде всего они отличаются формально по продукту: продукт научного исследования (даже прикладного) – знание, продукт проектирования – проект. "Проектирование и наука, – пишет В.Глазычев, – оказываются разделенными по продукту: проекты в одном случае, знания – в другом. За разделением по продукту неизбежно следуют существенные различия в методах и средствах, используемых деятельностью, создающей продукт. Проектирование включает в свой набор средств знания, созданные наукой, наука включает в число своих средств элементы проектирования (проектирование мысленных и технических экспериментов, их оснащения и т.п.), но принципиальное различие в средствах сохраняется" [26, с. 97].

Проект в широком значении лишь организует деятельность изготовления, знание же удовлетворяет познавательному отношению, характеризуя неизвестное (новое) содержание через уже известное. Научное знание получено не на "реальном" объекте (сформированном в практике), а на знаковой оперативной модели, замещающей этот объект. Кроме того, знание – это знание, "обоснованное" [49], относящееся уже не к реальному, а "идеальному" объекту, который рассматривается в естественной модальности как причина, закон природы и т.п. Характерная особенность получения научных знаний – построение новых знаковых моделей оперативным путем (в развитой форме один из основных источников этой оперативности – математика) с последующим доказательством эффективности построенной модели относительно объекта.

Проектирование в отличие от науки не служит познавательным целям; подобная задача перед ним может возникнуть только случайно. Цель проектирования – создание объекта, удовлетворяющего определенным требованиям, обладающим определенным качеством (структурой). Однако в отличие от опытного (технического в античном смысле) способа изготовления объекта в материале и опробования его на практике в проектировании объект разрабатывается в плоскости "семиотической" (знаковой и знаниевой). Знания для проектирования это только средства, строительный материал, с их помощью (на основе описаний прототипов, функций, конструкций, соотношений, норм и т.п.) проектировщик, с одной стороны, создает "предписания" для изготовления объекта в материале (проект как система предписаний), с другой – описывает строение, функционирование и внешний или внутренний вид объекта, добиваясь, чтобы его структура удовлетворяла требованиям заказчика и принципам проектирования (проект как модель создаваемого объекта). При этом нетрудно показать, что в качестве модели проект имеет две основные функции: "коммуникативную" (связывающую заказчика, проектировщика и потребителя) и "объектно-онтологическую", обеспечивающую внутри процесса проектирования разработку и создание проектируемого объекта.

Особенность проектировочных чертежей как сложных знаковых средств – возможность выражать в них одновременно две разные группы смыслов и содержаний: чисто объектные и операциональные (чертеж может быть разбит на элементы, части, фрагменты, между которыми устанавливаются разнообразные отношения – равенства, подобия, части – целого, пропорциональности, включения, выключения, смежности, положения и т.п.). За счет этого проект может быть прочтен один раз как "знание и описание" (в коммуникации заказчик – проектировщик – потребитель), а другой раз – как сложное предписание (в деятельности изготовления; в этом случае отдельные единицы чертежа отсылают к определенным реальным объектам и действиям измерения и изготовления).

Одно из условий эффективности проектирования – возможность в ходе проектирования не обращаться к создаваемому в материале объекту, к испытанию его свойств и характеристик в практике. Эта фундаментальная особенность проектирования обеспечивается с помощью знаний (научных, инженерных или опытных), в которых уже установлены как основные, обращающиеся в проектировании функции и конструкции, так и отношения, связывающие функции с конструкциями. Действительно, в норме проектирование предполагает движение от требований к функциям (функционированию), а также от функций к обеспечивающим их конструкциям (и наоборот, от конструкций к функциям). В ходе проектирования осуществляется расщепление одних функций на другие, вычленение в сложной конструкции более простых и, наоборот, составление из простых более сложных конструкций (этап проектировочного анализа и синтеза), переход от одних функций и конструкций к другим. При этом проектировщик уверен, что всегда подыщет для функции соответствующую конструкцию, что можно относительно независимо, параллельно разрабатывать "план" функционирования и "план" строения объекта (поскольку они постоянно связываются процессом проектирования), что требования, предъявляемые к проектируемому объекту, можно удовлетворить с помощью известных типов функционирования и конструирования. В общем случае такая уверенность опирается на знания – конкретно на знания прототипов, а также отношений, связывающих функции и конструкции (функционирование и строение).

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: культурология, конспект изложения.





1  2  3 | Следующая страница реферата