Методологические проблемы развития технических наук: На материале теории механизмов и машин

Актуальность темы

исследования.

Экономическая и политическая ситуация в нашей стране в конце XX века достаточно сложна, мы являемся свидетелями глубинных изменений в общественном сознании, в мировоззрении отдельных индивидов и целых групп населения. Подобные явления наблюдаются и в науке, в частности в философии, где марксистский подход безраздельно господствовавший в течение нескольких десятилетий, подвергается резкой, но во многом несправедливой критике.

Рассматривая философию науки, можно отметить, что диалектическая парадигма исследования природы и общества испытывает сильные, зачастую неоправданные выпады со стороны различного рода позитивистских и экзистенциалистских концепций. Вместе с тем диалектический подход далеко не исчерпал своих возможностей в выяснении основных законов природы, общества и познания, и он может плодотворно «впитать в себя» методы и выводы современной эпистемологии (речь идет в частности об исследованиях самоорганизации иерархических структур, синергетики, теории катастроф, о подходах фальсификационизма, позитивизма и др.) .

Одним из важных аспектов философии науки является эпистемология теории механизмов: выявление закономерностей развития этой науки в связи с развитием объекта исследования — механических устройств, неизменно присутствующих на всем протяжении истории человечества. Своевременной представляется попытка философского осмысления методологии этой науки в связи со многими достижениями техники в последние десятилетия. Теория механизмов, являясь одной из древнейших наук (достаточно вспомнить изыскания Архимеда или Пифагора, хотя считается, что время появления этой науки — XVIII в.), во все времена находилась на острие технического прогресса, и в настоящее время она неразрывно связана с кибернетикой, электроникой, материаловедением и т. д. Поэтому в наше время, подобно эпохе античных философов, исследование методологии теории механизмов может быть благодатным полем постижения эпистемологических проблем.

Многие мыслители (например, Декарт, Герберт Спенсер или Анри Пуанкаре) отмечали ценность построений механических аналогий для уяснения законов функционирования различных систем, можно вспомнить, например, -" машину катастроф" Зимана [4, с.14]. С этой точки зрения актуальной представляется попытка анализа механических моделей, которые, быть может, позволят выявить важные закономерности, в частности, в неустойчивых нелинейных развивающихся системах, и это, на наш взгляд, относится к предмету эпистемологии теории механизмов и науки в целом.

Осмысление основных закономерностей, присущих появлению новых технических решений, а также методов синтеза и анализа механических систем, с одной стороны являющихся продуктом человеческой деятельности, а с другой стороны, предстающих как непрерывно развивающийся объект исследования (в этом видится основа диалектической взаимосвязи объекта и метода теории механизмов) позволило бы в какой-то степени повысить эффективность труда конструкторов и исследователей-механиков, что является важным в нелегкой экономической ситуации, имеющей место в нашей стране. В связи с изложенным, тема предпринимаемого исследования представляется актуальной.

Анализ разработанности проблемы и теоретикометодологическая база исследований.

Основой исследований в данной работе выступает диалектический подход, при этом в рассмотрение принимаются не только труды классиков, сформировавших принципы данного метода, но и результаты работ последних десятилетий в области философии науки.

Предметом анализа в диссертации стали прежде всего положения классических философских произведений, в которых содержатся многочисленные примеры диалектического подхода к рассмотрению проблем науки и в частности теории механизмов. Например, И. Кант, проводя сравнение науки с изобретательством, отмечал, что первая изучает то, что уже существует, в то время как второе создает нечто новое.

Методологической базой данной работы послужили труды Аристотеля, Платона, Леонардо да Винчи, Р. Декарта, Б. Спинозы, Ф. Бэкона, И. Канта, Г. Спенсера, К. Маркса, Ф. Энгельса, В. И. Ленина, В. И. Вернадского, Б. М. Кедрова, Э. В. Ильенкова, А. П. Шептулина,.

П. А. Лежебокова, М. Н. Руткевича, И. Я. Лойфмана,.

Ф.Ф.Вяккерева, З. М. Оруджева, и др. [3-, 19, 22, 21, 28, 36, 44, 45, 46, 62, 63, 64, 70, 86, 102, 109, 135, 140, 141,].

Были проанализированы исследования представителей различных философских школ, которые, быть может, не занималась философией теории механизмов, но выводы которых, на наш взгляд, можно было применить в рассматриваемой области (следует отметить, что некоторые из исследователей, занимаясь, например, медициной, приводят для большей убедительности примеры из механики, в частности создатель дианетики и сайентологии Р. Хаббард, описывая состояние «реализованного» человека, сравнивает его с идеальной машиной). Отметим здесь работы Ч. Дарвина, Ф. Ницше, А. Шопенгауэра, Г. Спенсера, Н. А. Бердяева, З. Фрейда, К. Г. Юнга, А. Л. Чижевского, П. Рикера, К. Чапека, Т. де Шардена, Д. Л. Андреева, М. Хайдеггера, К. С. Станиславского, Р. Ассаджоли, Ч. Морриса, Ж. Пиаже, В. В. Налимова, Р. Хаббарда, Д. А. Поспелова, М. Г. Розовского, Н. И. Козлова и др. [1, 8, 10, 12, 20, 35, 51, 72, 74, 75, 76, 78, 7.9, 84, 93, 98, 100,.

107, 110, 125, 128, 129, 133, 136, 142−144]. 1.

Важным импульсом в формировании данной работы явились труды исследователей в области философии науки, причем некоторые из этих ученых, будучи специалистами в различных областях естествознания, :могли рассмотреть проблемы развития науки как бы изнутри". Так М. Шлик, анализируя положения теории относительности А. Эйнштейна, попытался по-новому осмыслить в частности соотношение между пространством и временем, причем его выводы, как нам кажется, носят отчасти и диалектический характер. В данном контексте упомянем работы А. Эйнштейна, Ч. Морриса, Ч. Пирса, К. Ясперса, А. Пуанкаре, J1. Витгенштейа, П. Л. Капицы Н. Винера, Н. Бора, К. Поппера, И. Лакатоса Т. Куна, П. Фейерабенда, А. Уайтхеда, И. Пригожина, Г. Хакена, Н. П. Бехтеревой, Е. С. Вентцель,.

Н.Н.Боголюбова, А. А. Денисова, В. И. Арнольда,.

Е.А.Мамчур, А. Л. Никифорова, А. В. Резаева,.

В.И.Аршинова, В. С. Степина, В. М. Розина, и др. [2, 4, 9, 12, 14, 16, 21, 23, 24, 37, 41, 42, 57, 58, 66, 68, 72, 77, 79, 80, 85, 89−92, 94, 95, 97−99, 104, 108, 111, 113, 117−125, 130, 138, 139].

Безусловно одним из важнейших источников данной работы явились результаты исследователей, занимавшихся механикой, а также теорией механизмов и машин (отметим, что теория механизмов все более входит в соприкосновение с другими науками, например, биомеханика должна учитывать результаты научных изысканий в области биологии). Здесь упомянем труды П. Л. Чебышева, Ф. Рело, Р. Болла, П. О. Сомова, А. П. Котельникова, Э. Штуди, А. А. Андронова,.

A.М.Ляпунова, А. П. Малышева, У. Клиффорда,.

B.В.Добровольского, Я. Л. Геронимуса, А. Н. Боголюбова, И. И. Артоболевского, Н. Г. Бруевича, Л. Н. Решетова, Н. И. Левитского, Ф. М. Диментберга, К. В. Фролова, Л. С. Понтрягина, Я. Г. Пановко, А. Е. Кобринского, в.

А.Ф.Крайнева, А. П. Бессонрва, Г. В. Крейнина,.

А.Г.Овакимова, П. А. Лебедева, К. Рота, Ю. Л. Саркисяна, Р. Б. Статникова, Л. А. Растригина, Б. Росса, К. Ханта, Д. Даффи и др. [2, 5,-7, 11, 13, 17, 18, 29, 38, 39, 43, 48, 50, 55, 56, 59−61, 67, 73, 81−83, 96, 101, 103, 105, 106, 127, 146, 147, 150, 154]I.

Как известно, одно из основных направлений развития теории механизмов в последние десятилетия связано с робототехникой, что обусловливает также связь с теорией автоматического управления и проблемой искусственного интеллекта, поэтому существенное внимание при анализе литературы было уделено публикациям в этой области, тем более что автор данной работы является специалистом в этом вопросе и занимается исследованиями манипуляторов нового класса, имеющих параллельную структуру. В данной связи упомянем работы И. И. Артоболевского, А. Е. Кобринского, Н. Н. Красовского, А. III. Колискора, П. И. Чинаева, Е. П. Охоцимского, Е. П. Попова, Я. З. Цыпкина, Ф. Л. Черноусько, М. З. Коловского, А. И. Корендясева, Е. И. Воробьева, М. Вукобратовича, А. В. Тимофеева, Д. Денавита, Р. Хартенберга, Р. Пола,' В. Гауфа, Д. Стюарта, К. Сугимото, В. Е. Болнокина, В. А. Глазунова и др. [5−7, 15, 25, 26, 30−34, 40, 49, 52, 53, 54, 57, 69, 71,' 87, 90, 91, 112, 115, 116^ 131, 132, 137, 148, 149, 151, 153, 154].

Анализируя степень разработанности предлагаемой в данном исследовании темы, отметим, что постановка проблемы, связанной с эпистемологией теории механизмов и учитывающей диалектически взаимодействующие результаты философских и инженерных изысканий в этой области, является достаточно новой и актуальной.

Проблема, предмет и гипотеза исследования.

Предметом исследований является методология теории механизмов, при этом ' учитывается, что объект этой науки — механические устройства, развиваясь в результате практической деятельности человека, является не только источником, но и во многом результатом изысканий различных направлений теории механизмов .

Проблема заключается в том, чтобы выявить онтологические и эпистемологические аспекты диалектически сцепленной с объектом исследований науки, которая основывается не только на классических методах I теоретической механики и включает в себя прежде всег го изучение структуры, кинематики, статики и динамики механических устройств, но и органически впитывает результаты смежных наук: математического анализа и вычислительной математики, теории оптимизации, сопротивления материалов, теории упругости и пластичности, метрологии, кибернетики, теории информации и автоматического управления и т. д.

Гипотеза исследований достаточно очевидна и основывается на предположении, что развитие теории механизмов вместе с развитием самих механических устройств подчинено фундаментальным законам диалектики, действие которых проявляется во всех элементах методологии рассматриваемой науки.

Цель и задачи исследования

.

Целью данной работы является конкретизация проявления основных /Законов диалектики в методологии теории механизмов, это должно обусловить повышение эффективности труда конструкторов и исследователей-механиков, при этом цель развития теории механизмов и техники в целом нам видится не в наиболее полном удовлетворении материальных потребностей, и связанном с этим истощением природы, а в повышении наукоемко-сти новых технологий, обусловливающих охрану экологии и сохранение естественных ресурсов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Выявить проявления категорий и форм действия законов диалектики в процессе развития методологии теории механизмов.

2. Уяснить онтологические аспекты методологии теории механизмов, обусловленные тем, что предмет изучения этой науки в то же время в определенной степени является ее продуктом и результатом.

3. УяснИть собственно эпистемологические аспекты данной науки, учитывающие методологию кибернетики, компьютерного моделирования, теории оптимизации и других смежных наук, а также результаты исследований в области философии науки, в частности позитивизм и фаль сификационизм. •.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту.

Научная1 новизна связана с тем, что здесь конкретизирована взаимосвязь основных закономерностей развития методологии теории механизмов с законами диалектического метода познания. При этом учтен диалектический характер связи теории механизмов с механическими устройствами, являющимися объектом и в определенной мёре продуктом исследований данной науки.

На защиту выносятся положения.

1. Диалектическая парадигма способна наиболее полно охватить методологию теории механизмов и органически вобрать в себя достижения других концепций философии науки (позитивизм, фальсификационизм, свободная конкуренция теорий).

2. Противоречие, являющееся законом мышления, находит свое воплощение в онтологических и эпистемологических аспектах теории механизмов. Основное диалектическое противоречие. ~ г то прет: у’оречйё' мёщту ' субъектом" и~о^ектом,' ~ оно кроется в несоответствиях теории и описываемых ею объектов и процессов, в противоположностях между свойствами механических устройств и требованиях к ним (изобретательство и патентоведение), хотя противоречивы и сами требования, г что вызывает появление принципиально новых классов (механизмы' параллельной структуры). Одним из наиболее перспективных направлений в синтезе механизмов выступает метод многокритериальной оптимизации, который можно трактовать как действие закона взаимопроникновения противоположностей.

3. Каждое новое качество в механизмах, а также в методах их анализа и синтеза есть результат накопления какого-либо признака, характеризующего движение от тождества противоречий к существенному отличию и далее к конфликту: изменения структуры плоских, сферических й пространственных механизмов связано с ростом непараллельное&tradeосей шарнировмассовое производство повлекло развитие статистических методов теории точности. Бифуркации положений механизмов отражают действие закона перехода количественных изменений в качественные, и это является моделью для выявления общих черт сложных иерархических структур, изучаемых синергетикой и теорией катастроф.

4. Всякое новое качество, являющееся продуктом разрешения" какого-либо противоречия, порождает новые противоречия в онтологических и эпистемологических аспектах теории механизмов, /в этом проявляется диалектическое отрицание. Любая теория или механическое устройство, подвергнутое отрицанию, продолжает в той или иной мере использоваться, а новые устройства и теоретические построения во многом несут в себе черты прежних (винтовое исчисление не перечеркивает векторного исчисления, компьютерные численные методы предполагают применение аналитических подходов, а развитие кибернетики и робототехники не привело к забвению законов механики).

Практическая значимость диссертации.

Практическая значимость обусловлена рассматриваемыми в, диссертации вопросами, связанными с эпистемологией теории механизмов. Результаты работы призваны повысить осмысленность и эффективность работы конструкторов, инженеров, ученых, занимающихся разработкой и исследованием механических устройств. Кроме того, результаты данной работы целесообразно использовать при преподавании в вузе технических дисциплин, таких как теория механизмов и машин, сопротивление материалов, патентоведение, теоретическая и прикладная механика, сопротивление материалов и др.

Апробация работы и публикации.

Основное содержание диссертации отражено в семи публикациях, результаты докладывались на кафедре философии Ивановской государственной химико-технологической академии. Вместе с тем, автор, будучи специалистом в области пространственных манипуля-ционных механизмов, имеет около 70 научных публикаций, в числе которых монография, около 20 изобретений, статьи в журналах Академии наук, доклады на международных конференциях. Поэтому отдельные положения диссертации многократно обсуждались учеными-механиками на различных уровнях, и кроме того результаты работы используются автором при преподавании в вузах теоретической и прикладной механики, теории механизмов, деталей машин, патентоведения, сопротивления материалов/ а также при работе с аспирантами и докторантами.

В упомянутых семи публикациях четыре являются совместными работами. В монографии, посвященной теории пространственных механизмов параллельной структуры (совместно с проф. А. Ф. Крайневым и А.Ш.Колискором), автору принадлежит классификация данных устройств и метод их анализа, основанный на винтовом исчислении, в статье, посвященной особым положениям пространственных механизмов, (совместно с проф. Ф.М.Диментбергом) автору принадлежит методика поиска точек бифуркации этих объектов, а в совместных статьям с проф. A.B.Резаевым, посвященным проявлениям законов диалектики в теории механизмов, автору принадлежит конкретизация этих проявлений в устройствах и методах, изучаемых теорией механизмов.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, имеющих по параграфа, заключения и списка лите.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, в данной работе предпринята попытка философского осмысления эпистемологических и онтологических аспектов теории механизмов — одной из древнейших наук, непрерывно развивающейся вместе с объектом ее исследования, неразрывно связанным с практической деятельностью человека. В этом диалектическом противоречии изучаемого объекта, а также изучающего и творящего субъекта данной науки нам видится основной источник ее развития. Это противоречие не является формальным или внешним по отношению к объекту — механическим устройствам, напротив, субъект и объект выступают как противоречивые части единого целого, выражающего теорию и практику развития механизмов.

В диалектическом методе познания одним из основных является принцип противоречия, которое выступает как закон. мышления. С одной стороны, субъект выступает как активное начало в полном соответствии с принципом активности диалектического метода. С другой стороны, сами механизмы оказывают воздействие на творящего их субъекта, и в некоторой степени (как это трактуется в диалектическом методе) познающий субъект есть продукт познания. Одной из форм указанного противоречия предстает совокупность противоположных требований, критериев, предъявляемых к изобретениям.

Для выявления сущности какого-либо объекта (механизма) необходимо отделить общее от единичного, рассмотреть проявления (явления), характеризующие некоторые механизмы с их конкретными характеристиками, а затем установить то, что объединяет механизмы разного конструктивного исполнения, в частности, их структуру.

Затем ставятся задачи анализа, рассматриваются различные положения, скорости и ускорения, а также активные и реактивные силы, действующие на звенья. Полученные результаты органически вливаются в решения задач синтеза — определения геометрических и конструктивных параметров механизмов. При этом в соответствии с положениями диалектического метода имеют место как противоречия, так и неразрывная связь между анализом и синтезом.

При осуществлении конструктивной проработки того или иного устройства происходит процесс восхождения от абстрактного к конкретному, но прежде необходимо г1 3 осуществление связанного с ним и противоположного ему процесса движения от конкретного к абстрактному, что связано с рассмотрением единичных объектов — механизмов, выявлением в них общего и формированием абстрактной модели, призванной вобрать наиболее существенные их свойства. Требования к модели противоречивы, поскольку она должна быть как можно более полной, но одновременно простой и поддающейся анализу. ^.

Модель раскрывает сущность объекта, но согласно диалектическому подходу, 'всякая сущность имеет свой порядок, так и в теории механизмов структурную схему, выражающую совокупность элементов и их взаимосвязи, можно трактовать как отражение сущности первого порядка, кинематическую схему, учитывающую геометрические параметры звеньев, уместно' рассматривать как выражение сущности следующего порядка и т. д.

В работе было рассмотрено действие многочисленных взаимопроникающих противоположностей, имеющих место в процессе развития механизмов и машин, а также в теории, их описывающей. Была сделана попытка показать, что противоположности в свойствах механиз1 мов и требованиях к ним являются источником их развития, но противоречивы и сами требования, и это подчас вызывает создание принципиально новых классов устройств (подобно механизмам параллельной структуры). Одним из наиболее перспективных направлений в синтезе механизмов является метод многокритериальной оптимизации, который непосредственно: можно трактовать как действие закона взаимопроникновения противоположностей .

Затем были рассмотрены многочисленные проявления закона перехода количественных изменений в качественные, встречающиеся на любых этапах развития всех элементов синтезируемых и одновременно исследуемых объектов (механических устройств) и науки, их описывающей. Каждое новое качество так или иначе есть результат накопления какого-либо противоречия, хотя заранее трудно предвидеть, который признак обусловит появление какого качества.

В соответствии с положениями диалектического метода было указано на качественные изменения характера противоречий, ведущих от тождества к существенным различиям и далее к конфликту. При создании нового технического устройства можно обнаружить зачатки противоречия по отношению к другим, менее совершенным приспособлениям, а также по отношению к описывающей данное устройство математической модели. В ходе развития противоречия накапливаются, устройство морально стареет, математическое описание все менее соответствует новой реальности, наступает конфликт, который, разрешаясь, приводит к новому противоречию. При этом противоречие, будучи отражено в соответствующем законе мышления, приводит и к противоречиям теории. В науке о механизмах наблюдаются как резкие скачки, характеризующие изменение качества, так и постепенные, как в языке, накопления новых признаков.

Было отмечено, что наиболее ярким и выпуклым проявлением закона перехода количественных изменений в качественные в онтологическом и эпистемологическом аспектах являются бифуркации в механизмах и в соответствующих функциях — здесь мы наблюдаем явный разрыв в постепенности развития некоторого процесса, и с этой точки зрения «нелинейная механика» может трактоваться как бифуркация «линейной науки» .

Далее были рассмотрены проявления закона отрицания отрицания в онтологическом и эпистемологическом аспектах развития теории механизмов. При этом было отмечено, что всякое отрицание какого-либо устройства или некоторой парадигмы в теории механизмов всегда связано с сохранением во вновь появляющихся устройствах и парадигмах многих черт подвергнутых отрицанию объектов, а кроме того, и сами эти объекты техники и науки продолжают существовать и с успехом использоваться.

Принцип диалектического отрицания в теории механизмов^{проявляется} в том, что всякое появление нового качества, являющееся результатом накопления противоречий и формой их разрешения (отрицания), неизбежноведет к возникновению новых противоречий и прежде всего противоречия между субъектом и объектом этой науки (в различных его формах).

Противоречие как закон мышления воспроизводится всякий раз на новом качественном уровне в теории механизмов, в частности в виде противоположности между формально-логическим законом непротиворечия и противоречивостью любого объекта изучения (механизма), а также требованиями при его проектировании. Разрешение этого противоречия достигается, как правило тем, что в каждом утверждении теории содержатся противоречивые свойства объекта (наиболее ярко это проявляется в описании движения) .

Закон отрицания отрицания в какой-то мере повествует о направленности развития объектов и методов теории механизмов, поскольку мы можем предполагать в любом качественно новом устройстве или методе наличие некоторых черт отринутых ими устройств и мето.

124 1 дов. но на вопрос, какие это будут черты, этот закон ответа не дает (хотя отметим, что и любая другая философская концепция вряд ли способна решить эту проблему) .

Таким образом, на современном этапе развития теории механизмов и машин диалектический подход к философскому осмыслению ее методов и объектов изучения является наиболее эффективным и плодотворным.