ОСОБЕННОСТИ ЭМПИРИЧЕСКОГО И ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ НАУКАХ

В технических науках, как и в любых других, выделяются эмпирический и теоретический уровни познания. На эмпирическом уровне формируются два вида знаний. 1) Знания, ставшие обобщением практического опыта. Конструктивно-технические знания – знания об элементах и структуре технических систем. Технологические знания – знания о принципах работы технических систем. 2) Знания, ставшие приложением теоретических исследований к конкретным практическим задачам, практические рекомендации по применению научных знаний (практико-методические знания).

Как и в естественных науках, в технических на эмпирическом уровне применяется наблюдение. Объектом выступают технические устройства. Фиксируется статистика: когда, при каких условиях, что и в каком количестве происходит? Выявляется соотношение ожидаемого и неожиданного. Выдвигаются гипотезы, объясняющие непредвиденный результат. Гипотеза должна раскрывать причинно-следственные связи. Могут проводиться эксперименты: естественный эксперимент (эксплуатация техники в обычных условиях), поставленный эксперимент (изменение параметров, деталей, с целью выявления того, как это отразится на результате).

Метод моделирования в технических науках совмещает эмпирическое и теоретическое, являясь частью процесса создания технического объекта. Цикл моделирования: описание объекта, его элементов и структуры, составление функциональной схемы, математических зависимостей, создание модели, исследование модели, преобразование модели, переход от модели к техническому объекту.

На теоретическом уровне в техническом творчестве происходит дальнейшее обобщение эмпирических знаний, создание абстрактных схем, с помощью которых совершенствуются существующие технологии и создаются новые. Техническая теория, как и естественнонаучная, включает в себя абстрактные идеализированные объекты. Так немецкий инженер и ученый Франц Рело отобразил реальный механизм в виде абстрактного объекта – системы иерархически соподчиненных цепей, звеньев, пар и элементов. При таком подходе механизм определялся как замкнутая кинематическая цепь принужденного движения, одно из звеньев которой закреплено.

Абстрагирование и конкретизация – это универсальные мыслительные операции, которым каждый человек обучается в детстве и постоянно выполняет на протяжении всей жизни. В процессе абстрагирования мы на основе наблюдения окружающих нас предметов, процессов и явлений создаем абстрактные объекты. При этом из многообразия свойств и признаков объекта мы выделяем существенные для нас в данный момент, игнорируя несущественные. Чем меньше признаков имеет мысленное описание предмета, тем оно более абстрактно, сохраняя все меньшее сходство с исходным единичным предметом. При этом оно становится общим для описания широкого круга предметов, т.к. чем меньше признаков задано в описании, тем большее количество предметов им соответствуют. А чем больше признаков содержит описание предмета, тем, соответственно, оно более конкретно, приближаясь по подробности описания к единичному предмету.

В.Г. Горохов выделяет три вида схем, различающихся по уровню абстракции.[96] 1) Структурная схема – отображает элементы технического устройства и связи между ними. Это первый уровень абстрагирования (не учитываются, например, габариты технических систем, способы монтажа). 2) Поточная схема (схема функционирования) отображает естественные процессы, происходящие в технической системе (физические, химические). 3) Функциональная схема это высший уровень абстрагирования, на котором учитываются только математические зависимости между элементами, раскрывающие функциональные свойства элементов и системы в целом.

Наличие определенных правил делает язык схем, как и любой искусственный язык, интерсубъективным. Он включает принятые инженерным сообществом знаки, символы. Чем более абстрактен чертеж, тем труднее его понять неспециалисту.

Теоретические исследования включают в себя анализ и синтез. Технический анализ – это теоретическое описание объектов, изготовленных эмпирически. Описывается структура технической системы, функционирование и, наконец, математические отношения между параметрами, позволяющие провести расчёты. Инженерная задача переформулируется в научную проблему, а затем в математическую задачу.

Синтез – это деятельность, цель которой – рассчитать, спроектировать и изготовить объект, имеющий заданные характеристики. Это обратный анализу процесс, в котором сначала составляются функциональные схемы, затем поточные и структурные, и далее даются практические рекомендации по проектированию.

В технических науках, как и в любых других, теория и практика представляют две стороны единого процесса познания. Определяющую роль играет практика. Во-первых, практика выступает основой познания, давая эмпирические знания о технике, информацию для обобщения. Во-вторых, практика выступает движущей силой познания, порождая потребность в новых технических теориях, необходимых для усовершенствования имеющихся технических систем и создания новых. В-третьих, практика выступает критерием эффективности технических теорий. В-четвёртых, практика выступает конечной сферой применения технических теорий.

НАУЧНОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО

В ПРОФЕССИИ ИНЖЕНЕРА

Творчество есть деятельность человека, направленная на создание качественно нового, новых материальных, духовных ценностей. Творчеству противостоит деятельность репродуктивная, воспроизводящая существующие образцы по известным алгоритмам действий. Способность к творчеству является одной из самых главных и ярких особенностей человека как существа разумного и духовного. Человек – творец. Творческое мышление требует свободы от стереотипов, раскрепощенности, умения освободиться от любых привычных шаблонов и стандартов. В творчестве больше чем в других видах деятельности важны эмоции, важна страстная увлеченность и способность испытывать радость удовлетворения созданным. Для этого творчество должно быть не самоотчуждением и не результатом принуждения, а самореализацией человека.

Инженерное (техническое) творчество – это особый вид творчества. Инженер – значит новатор, изобретатель. Техническая деятельность также может быть как продуктивной, так и репродуктивной. Как и в научно-исследовательской деятельности, в инженерно-конструкторской деятельности переплетены шаблонное, алгоритмичное, логическое мышление и эвристическое, творческое воображение, интуитивность, озарение, иррациональная способность находить нестандартные решения. Наряду с решением типовых теоретических и практических задач, когда заранее известен алгоритм решения, приходится сталкиваться и с неординарными проблемами, требующими творческого подхода и выработки принципиально новых решений. Наиболее творческий характер носит деятельность изобретателя. К сожалению, процесс обучения инженеров не всегда реализует задачу формирования таких способностей, как правило, ориентируясь на выработку навыков алгоритмичных действий. Зачастую в наиболее сложных инновационных изобретениях, как и в научном открытии, главную роль играет интуиция, прорыв в неизвестное. Дальше – дело техники, методическая и планомерная проработка идеи, набор логических процедур.

В изобретении, проектировании, творчестве всегда происходит борьба нового со старым, будущего с прошлым, преодоление догматизма и инертности, консерватизма и традиционности. Создатели парохода (Фултон, 1803) и паровоза (Стефенсон, 1814) пробивались через насмешки, непонимание, косность и невежество. Наименьшие интеллектуальные усилия требует экстенсивный путь развития (путь наименьшего сопротивления). Он содержит меньше рисков, неизвестности.

Создание любого принципиально нового технического объекта – результат творчества. Человек живет в искусственно созданном мире техники, где миллионы видов изделий были когда-то кем-то впервые изобретены. Имена изобретателей древности история не сохранила, хорошо известны имена создателей наиболее значимых изобретений XVII – начала XX вв. Есть миллионы инженеров, выполняющих рутинную, однообразную, повторяющуюся работу. Но есть гении-одиночки, совершающие прорыв к новому. Великие изобретения также уникальны, несут печать авторства, как и произведения искусства. Даже в их названиях увековечены имена авторов: Эйфелева башня, автомат Калашникова, Дизель, Мартен и т.д. В ХХ веке имена изобретателей также мало известны обществу: усилилась тенденция изменения характера изобретательской и конструкторской деятельности: от индивидуального и авторского к коллективному и обезличенному. Но в любом случае, за каждым новым техническим решением скрыт творческий труд конкретных людей.

Востребованность инженерного творчества постоянно растет: все быстрее растут потребности в новых технологиях, все быстрее устаревают имеющиеся технологии, увеличивается сложность новой техники, усиливается требование к сокращению времени разработки инноваций. Возрастающая сложность технических устройств определяется увеличением количества деталей, используемых материалов и физических процессов.

Способность к творчеству, в том числе к техническому, во многом является врожденной, относится к задаткам. Но она также поддается развитию, зависит от грамотно организованного процесса обучения, от условий, стимулирующих или подавляющих творческую активность. Специалистами выработано множество методов инженерного творчества. Каждый метод представляет собой набор правил, позволяющих отыскать новое решение. На первый взгляд, это кажется несовместимым. Как эвристическую деятельность можно уместить в алгоритм? Как можно найти шаблонные правила поиска нешаблонных решений? Тем не менее, такие правила специалистами формулируются и среди инженеров понятие «алгоритм изобретения» не вызывает удивления.

Выделяют несколько этапов создания технического объекта, каждый из которых сопровождается соответствующим способом описания. Переход от одного способа описания объекта к другому выполняется на основе процедур абстрагирования и конкретизации.

1) Формулируется и описывается потребность, для удовлетворения которой создается изделие (определяется его функция).

2) Определяется и описывается техническая функция – физическая операция (преобразование вещества, энергии, информации), с помощью которой удовлетворяется потребность.

3) Формируется и описывается функциональная структура изделия. При этом для каждого элемента системы определяется его функция, его физическая операция с указанием входящего и исходящего потоков вещества энергии и информации.

4) Формулируется и описывается физический принцип действия, составляется принципиальная схема изделия, в которой место каждого элемента занимает конкретный физический объект.

5) Изделие конструируется, возникает техническое решение. Оно уже более конкретно, т.к. добавляются следующие признаки: форма и материал элементов, взаимное расположение элементов в пространстве, способы соединения элементов, последовательность взаимодействия элементов во времени, принципиально важные соотношения параметров.

6) Создается проект изделия. В нем уже указываются все параметры, необходимые для создания изделия, включая конкретные размеры и другие количественные показатели.

Таким образом, при движении от первого этапа к шестому происходит конкретизация, создаются все более подробные описания будущего изделия. Самое абстрактное первое описание может реализоваться множеством конкретных технических решений, каждое техническое решение может быть реализовано в нескольких проектах, но каждый проект ведет к изготовлению только одного конкретного вида изделий. Это наглядно проявляется в истории техники. Если возникала объективная потребность в определенном техническом изделии, а объективной в данном случае надо считать такую потребность, которая не зависит от отдельных людей, то многими изобретателями могли предприниматься попытки создать такое изделие. Одна и та же потребность у них могла привести к созданию принципиально разных технических решений. Испытания и практическое применение в итоге приводили к тому, что оставалось одно или несколько самых эффективных решений. А конкретные проекты уже были незначительными модификациями одного и того же удачного решения. [97]

Современная сложная техника уже не допускает возможность изобретательской деятельности, основанной только на эмпирических знаниях, как это было во времена гениев-самоучек, требует глубоких и разнообразных теоретических знаний, исследований. И если раньше один человек мог совмещать функции изобретателя, конструктора, проектировщика, технолога, то в настоящее время углубляется дифференциация этих видов деятельности, специализация инженерной профессии. Выделяются ис­сле­до­ва­тель­ская, про­ект­ная, кон­ст­рук­тор­ская, тех­но­ло­ги­че­ская ин­же­нер­ная дея­тель­ность.

Какую роль играет эстетика в инженерном творчестве? Эстетика – наука о прекрасном. Прекрасное ощущается безотносительно возможности его утилитарного использования. Иными словами, прекрасным для человека может быть и то, что практически бесполезно. Даже в прикладном искусстве надо различать утилитарное назначение предмета и его художественное оформление. Часто при выборе товара потребитель жертвует функциональностью, практичностью в пользу эстетического критерия. Для людей не знакомых с задачами инженерного творчества может казаться, что эстетический критерий при создании техники принимается в расчет только во внешнем дизайне потребительских товаров. На самом деле эстетический критерий играет немаловажную роль и на этапе изобретения и конструирования изделия. Функциональная красота изделия может говорить о совершенном техническом решении, оптимальном, простом и одновременно эффективном. Наблюдение такого результата у самого изобретателя может вызывать эстетическое удовольствие подобное тому, какое испытывает человек обладающий вкусом от созерцания произведения искусства или картин природы. По аналогии следует заметить, что и при выборе той или иной теории в науке эстетический критерий также может приниматься в расчет. Красота теории может свидетельствовать о ее истинности. Хотя этот критерий не может быть основным в силу его субъективности. Понимание красоты у разных людей слишком различается.

СУЩНОСТЬ, КРИТЕРИИ И ЭТАПЫ

ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

Общепринято говорить о том, что на протяжении всей истории происходит развитие техники, прогресс технологий. А в чем проявляется это прогресс? Как его выделить из череды постоянно происходящих изменений в мире техники? В философии под развитием принято понимать качественные, направленные, необратимые изменения. Понятно, что к функционированию конкретного технического изделия понятие «развитие» неприменимо. Развиваются технологии в целом, а если быть точнее, развивает их человек.

Не любое развитие является прогрессивным. Иногда ошибочно отождествляют эти понятия, определяя развитие как непременно усложнение, совершенствование чего-либо. Но регресс тоже подходит под определение развития. Прогресс и регресс – это частные случаи развития. Существует множество подходов к определению прогресса, особенно, социального. Проблема определения сводится к выбору критериев, по которым можно назвать развитие прогрессивным. Распространено представление, согласно которому прогрессом считают такое развитие, которое сопровождается усложнением структуры объекта и выполняемых им функций.

Оценка уровня развития того или иного технического устройства также производится с помощью критериев развития. К ним относятся такие показатели, которые имеют устойчивую тенденцию изменения на протяжении всего периода существования данного класса технических объектов, или остаются на одном уровне при достижении своего предела. Для каждого класса изделий набор таких параметров будет различаться (для компьютеров – быстродействие, объем памяти и размер, для автомобилей – экономичность, безопасность, комфорт и т.д.) Универсальными критериями уровня развития техники являются: функциональные критерии (важнейшие показатели эффективности выполняемой функции), технологические (простота изготовления), экономические (рентабельность, конкурентноспособность), социальные и антропологические (эргономичность, красота, безопасность, экологичность и другие последствия использования для людей). Сравнение различных изделий одного класса по данным показателям позволяет соотнести их по уровню развития, прогрессивности, совершенства. Дальнейшее улучшение этих показателей в новых образцах говорит о продолжающемся прогрессе техники. Прекращение улучшения свидетельствует, возможно, о достижении предела развития на основе данных технологий.

В каждом поколении технических объектов обнаруживаются недостатки, которые служат отправным пунктом для разработки следующего поколения. Подобную устойчивую плавную цикличность специалисты называют законом прогрессивной эволюции технических объектов. В развитии технологий можно обнаружить и другого рода цикличность. Для инженеров поговорка «все новое – это хорошо забытое старое» имеет вполне определенный смысл. В диалектике этот смысл выражен законом отрицания отрицания, который описывает циклическое развитие различных объектов. Распространенные еще в Средние века водяные колеса как источники энергии в эпоху промышленной революции были вытеснены паровыми двигателями. А в конце XIX века идея использования энергии водных потоков была возрождена при конструировании гидравлических турбин ГЭС. А в конце ХХ века после увлечения тепловыми и атомными станциями опять вспомнили об энергии воды в морских прибоях и приливах. Другой пример. Примерно до 1870 г. использовались гладкоствольные пушки, заряжавшиеся с дула, они уступили нарезным пушкам, заряжавшимся с казенной части. А еще позднее к идее гладкоствольного орудия вернулись при создании миномета. Эти примеры свидетельствуют о важности изучения истории техники для изобретателей, конструкторов.

К проблеме выделения этапов технического прогресса обращались многие философы и историки техники. К. Маркс так сформулировал логику развития технических средств. «Простые орудия, накопление орудий, сложные орудия; приведение в действие сложного орудия одним двигателем – руками человека, приведение этих инструментов в действие силами природы; машина; система машин, имеющая один двигатель; система машин, имеющая автоматически действующий двигатель, - вот ход развития машин».[98]

В истории техники можно выделить четыре этапа, соответствующие четырем фундаментальным функциям, которые человек когда-то выполнял сам, а потом последовательно передавал технике. Манипулируя природными предметами, человек планировал свои действия, приводил свое тело в движение, воздействовал непосредственно на природные предметы и контролировал весь процесс. На первом этапе, создав ручные орудия труда и первые машины, человек передал им функцию непосредственного воздействия на природный материал. На втором этапе, создав привод от водяных колес, паровых двигателей, человек передал им энергетическую функцию, как источнику, приводящему машину в движение. Но он по-прежнему сам управлял работой машины. На третьем этапе, создав автоматы и системы управления, человек передал и эту функцию. Но он по-прежнему сам планировал свои действия, проектировал продукцию. На четвертом этапе после создания системы автоматического проектирования и эта функция перешла от человека к машине.

В конце каждого из этапов человек исчерпывал возможность дальнейшего развития производства при сохранении за собой названных функций, находил возможность передать их технике и совершал рывок в развитии технологий. Использование первых орудий труда сразу дало человеку преимущества: с их помощью удалось производить более глубокое воздействие на материал природы, тратить меньше сил и времени на достижение цели. Со временем человек перестал удовлетворяться тем объемом работы, который ему удавалось сделать усилием собственных мышц. Даже простые водяные колеса с их мощностью и непрерывностью работы неизмеримо превышали возможности человека, открыв ему новые возможности. Именно передача энергетической функции технике освободила человека от физически наиболее тяжелой и изнурительной нагрузки. Со временем человек перестал удовлетворяться собственными возможностями, необходимыми для непрерывного, точного и быстрого управления работой машин. Это стимулировало переход к автоматизированному производству. И, наконец, на следующем этапе человек стал недоволен растущими трудозатратами на проектирование и планирование производства новой техники. Для решения этой проблемы он создал системы автоматизированного проектирования (САПР).

Анализ этих этапов технического прогресса показывает, что человек последовательно передавал технике все более сложные, но все-таки нетворческие функции. Освобождая себя от этих обязанностей, человек оставлял себе самую главную функцию, характеризующую его как высшее разумное существо – функцию творца, целеполагателя. Функционирование любых, даже самых сложных технических систем является целеисполняющей. Даже автоматически проектируя продукцию и производство, они действуют в соответствие с поставленными человеком целями. Только деятельность человека является целеполагающей.

Передавая технике нетворческие функции, человек уменьшает свое присутствие в процессе производства. Часто можно услышать расхожее мнение о том, что лень является двигателем прогресса. На самом деле, люди освобождают себя от рутинных и тяжелых действий не для того, чтобы ничего не делать. Освободившееся время можно посвятить подлинно человеческим занятиям, саморазвитию, самореализации в любом виде творчества, в том числе, и в техническом.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС