Технические науки в структуре инженерно-технической деятельности

Специфика технических наук. Разберемся, в чем состоят особенности технических наук, но сравнению с естественно-научным знанием и общественными науками. Для этого представим себе некие условные «идеальные тины» этих наук. При этом под естествознанием будут пониматься только фундаментальные дисциплины.

• 1. Предмет технических наук — искусственные объекты. Это технические артефакты, конструкции, системы. Технические науки изучают свойства и закономерности, относящиеся к созданию, функционированию, специальным характеристикам конструируемых человеком объектов. Этим они отличаются от естественных наук, изучающих мир природы, и общественных — исследующих социогуманитарные феномены.
• 2. Цели и задачи технических наук. Если «чистое», фундаментальное естествознание решает описательные и объяснительные задачи в отношении природных явлений, то технические науки, занимаясь артефактами, ставят практические цели и отражают определенные структуры человеческих действий в среде искусственных систем. Они имеют инструктивное значение, т. е. представляют собой определенные базисные руководства к деятельности по поводу конструирования, использования, преобразования технических объектов.

Технические науки рождаются из потребностей человеческой деятельности и полностью на нее ориентированы. Впрочем, это не уникальная характеристика только технических наук. Например, преимущественно прагматические цели имеет и медицинская наука: медицина «всегда нацелена на действие и основана на действии» (К. Бернар). Точно так же практическую направленность имеют социогуманитарные науки. Например, на решение актуальных прикладных задач нацелены концепции педагогические, экономические, психологические, психотерапевтические, правовые и т. п. Таким образом, прагматический характер технических наук в определенной мере сближает их с социогуманитарными дисциплинами и с такой комплексной областью, как медицина.

При этом технические науки основаны на базовых понятиях технического мышления, таких как достижимость, технический контроль, эффективность, оптимальность и т. п. В частности, техническая теория всегда выражает фундаментальные принципы технической достижимости тех или иных искусственных систем. Она размечает границы возможного и невозможного, реализуемого и нереализуемого, определяет оптимальное или неоптималыюе, эффективное и неэффективное, технически необходимое и т. п.

Техническая теория представляет собой своеобразный «мост» теоретического и практического разума. В ней речь идет о преломлении и использовании природных, математических, а также специфически технических закономерностей для конструирования и эксплуатации искусственных технических систем.

3. Практические цели и характер технического знания предполагают тесную связь технических наук с ценностными представлениями. Классические естественно-научные теории, будучи ориентированными на объективное описание и объяснение природных явлений, ценностно нейтральны. Технические науки также вбирают в себя естественно-научную объективность и ценностную нейтральность (отражая объективные закономерности, на которых базируются технические объекты, процессы и т. п.), однако при этом их практические цели тесно связывают их с миром человеческого бытия. Это в некотором смысле сближает технические науки с общественными, которые тоже связаны с ценностными основами человеческого бытия (хотя методологически стремятся к ценностной нейтральности).

Специфическая черта технического знания состоит в том, что оно обязательно включено в сложные нормативные системы. Техническое знание выходит в практику и оценивается полинормативно, с точки зрения широкой целесообразности. Так, технические объекты и процессы, о которых идет речь в технических науках, не только базируются на объективных закономерностях, но и должны быть соизмеримы с антропологическими параметрами. Поэтому они оцениваются с помощью специальных технических терминов (надежность, безопасность, устойчивость и т. п.), которые, в свою очередь, сопряжены с более широким контекстом оценок (социальных, экологических, экономических, этических).

4. Методология. Технические науки существенно опираются на опыт непосредственного практического конструирования (инженерной деятельности). При этом они тесно сближаются с естествознанием. Развитые технические теории базируются на математических методах и моделях, на системах абстрактных теоретических объектов, а также на результатах специальных экспериментальных исследований. По сравнению с ними общественные науки явно дальше отстоят от естественно-научного «эталона» и основаны, прежде всего, на методах интерпретации социогуманитарной реальности. (Впрочем, современное техническое знание, как уже говорилось, обретает комплексный, комбинированный характер.).

Кратко подытожим сказанное в виде табл. 2.2.

Таблица 2.2

Специфика технических наук.

Структура научно-технической теории. Теоретические схемы. Теория — наиболее совершенная, развитая форма научного знания; она выступает его основным хранилищем. Под научной теорией понимают систему логически взаимосвязанных и обоснованных представлений о познаваемых объектах и процессах. Теория описывает и раскрывает важнейшие закономерности, регулярные связи, фундаментальные свойства изучаемых явлений.

В научной теории принято различать эмпирические и теоретические уровни (четкой границы между ними нет).

На эмпирических уровнях происходит прямое «столкновение» исследователя с изучаемым объектом (наблюдение, эксперимент, измерения и т. п.). Эмпирическое исследование — это интерактивный информационный процесс, получение в режиме реального времени исходных данных о том или ином объекте, явлении, процессе. Теоретические уровни основаны на теоретизирующих процедурах — введении абстрактных сущностей, крупных обобщений, создании теоретических конструкций.

В научно-техническом знании его эмпирические уровни близко связаны с непосредственной инженерно-практической деятельностью. Можно выделить следующие виды эмпирико-технических знаний: 1) конструктивнотехнические; 2) технологические; 3) практико-методические (В. Г. Горохов)^[1].

Конструктивно-технические знания в основном описывают конструкцию (строение, структуру) технических систем, а также базисные технические параметры их функционирования. Технологические — описывают методы создания таких систем и принципы их непосредственного использования. Практико-методические — представляют собой теоретически обоснованные рекомендации для инженерной деятельности.

Развитая научная теория представляет собой особую абстрактную конструкцию. В ее основании лежит ее первичный объект (И. В. Кузнецов), который представляет собой, как правило, целую систему абстрактных объектов, связанных внутренними связями. Например, теории классической механики опираются на совокупность абстракций, в которую входят такие понятия, как «сила», «точка», «прямолинейное движение» и др. Основное содержание теории и есть, собственно, совокупность утверждений о ее системе абстрактных объектов. Систему абстрактных объектов теории называют также «теоретической схемой» (В. С. Степин).

Теоретическая схема технической теории представляет собой некий обобщенный «образ» области технических явлений, процессов или класса технических систем. Она не только дает их более или менее наглядную картину, но и отражает ряд базисных оперативных возможностей (измерения, конструирования, преобразования и т. п.).

Создание теоретической схемы — центральный момент в формировании теоретического знания вообще и технических теорий в частности. Теоретические схемы технических теорий, как правило, имеют сложный характер. Выделяют следующие три уровня, или «слоя», теоретических схем технической теории: функциональные, поточные и структурные (В. Г. Горохов).

Функциональная схема дает обобщенное функциональное описание технической системы, независимое от ее конкретной реализации. Обычно она представляет собой математическое выражение функций системы, поэтому связана с определенным математическим аппаратом, лежащим в фундаменте данной теории. Функциональная схема отражает лишь основные элементы технической системы и их назначение (каковы их цели в системе). Она представляет собой высокую степень абстрагирования от реальных технических систем. Например, в теории электрических цепей на уровне функциональных схем представлены математические описания и соотношения (между силой тока, напряжением, сопротивлением и др.) ее основных функциональных элементов.

Поточная схема отражает более конкретизированный образ технической системы и описывает происходящие в ней материальные процессы (физические, химические и др.). Например, в электрической цепи идут определенные электродинамические процессы, связанные с протеканием постоянного или переменного тока (сопротивление, индуктивность и др.). Их описание в поточной схеме выражается в определенном математическом языке. При этом для разных режимов функционирования системы могут быть созданы различные поточные и функциональные схемы.

Структурная схема описывает саму техническую конструкцию; однако это еще не конкретный проект по ее материально-технической реализации, а обобщенное, идеализированное изображение принципиальной структуры такой системы. Она использует принятые условные изображения, вводит обобщенные параметры стандартных элементов: например, в электрической цепи это резисторы, конденсаторы, источники электроэнергии и т. п. Структурная схема отвлекается от ряда конкретных характеристик реального устройства (способов крепления, размеров и т. п.). Таким образом, она описывает лишь общую техническую идею той или иной конструкции, которая требует далее конкретной реализации в процессах проектирования и изготовления.

Теоретические схемы технического знания, как правило, вбирают в себя представления и из других научных теорий: например, из теоретических схем тех или иных физических наук.

Таким образом, теоретические схемы дают обобщенное, теоретизированное представление о той или иной технической системе. Если мы будем двигаться от более абстрактных к более конкретизированным схемам, то увидим, что в них последовательно формируется все более определенный образ технической системы, который снабжается необходимыми расчетными методами.

Еще раз подчеркнем, что теоретические схемы технических теорий представляют собой именно абстрагированный образ технических систем и процессов. Уже говорилось (см. параграф 2.3), что решающими факторами в формировании научно-технического знания стало развитие собственного абстрактно-понятийного аппарата и разработка теоретических систем техники. Для этого необходимо было отвлечься от реальных технических систем и научиться представлять их в обобщенном теоретическом виде.

Например, теория механизмов развивалась в сторону разработки абстрактного понятия механизма, описания его элементов и соотношений между ними (параллелограммы, кинематические пары, кинематические цепи и т. п.) и формирования специальных аналитических методов для целенаправленного конструирования механизмов.

В итоге техническая дисциплина, опираясь на теоретические схемы из естественных наук, привлечение математического аппарата, развитие абстрактных технических понятий, приходит к собственной хорошо разработанной теоретической схеме, в которой вполне «подогнаны» друг к другу взятые из разных источников компоненты и сформировался единый, связный образ класса технических явлений, процессов или систем.

Функционирование технической теории. Применение научно-технических теорий, их понятий и методов к решению конкретных инженерно-технических задач можно представить примерно следующим образом.

Разработка задачи происходит в пространстве продвижения от конкретного к абстрактному и обратно. Первую стадию можно назвать аналитической. Здесь определяется исходная задача, которая далее переформулируется с помощью теоретических схем (структурной, поточной, функциональной). Как уже говорилось, структурная схема дает представление о предполагаемой конструкции данного технического объекта, поточная — о происходящих в нем процессах, функциональная — служит для представления базисных математических соотношений и закономерностей.

Двигаясь аналитическим путем, инженер-разработчик постепенно выходит к наиболее принципиальным компонентам, которые лежат в глубине всего технического замысла. Методы технических теорий дают здесь общие рамки, в которых будет дальше развиваться инженерно-конструкторский проект. Например, при решении строительной задачи сначала производится базовый математический расчет конструкции: какое должно быть распределение нагрузки, каковы требования к ее блокам, опоре и т. п.

Вторую стадию можно назвать конструктивной. На ней происходит последовательное приложение полученных теоретических решений к конкретным проблемам, их корректировка в соответствии со всеми надлежащими требованиями. Здесь абстракции и допущения, которые применялись па аналитическом этапе, «сталкиваются с реальностью» и обнаруживают свой настоящий характер. Например, то, что предполагалось вполне известным в модели, может оказаться на практике неопределенным или неточным. В итоге возникает собственный класс специфических трудностей, или «проблем реальной жизни» по обеспечению надежности, точности, устойчивости, контроля, соответствия стандартам и т. п.

В зависимости от характера этих трудностей мышление инженера может неоднократно возвращаться к аналитической стадии и постановке новых теоретических задач. Поэтому выделение этих двух стадий носит в значительной мере условный характер. Более того, между абстрактными образами технического объекта и его завершающим конкретным описанием может располагаться целая серия промежуточных, все более конкретизированных, уровней с добавлением вспомогательных моделей, схем и т. п.

В конечном счете должны быть получены детальные технические предписания, которые и служат руководством к реальному действию (изготовлению, строительству, производственному процессу и т. п.).

Общее значение научно-теоретических основ технического знания состоит в том, чтобы обеспечить инженера необходимыми расчетно-аналитическими методами, дать ответы на типичные, уже хорошо изученные вопросы, определить принципиальные параметры достижимости, надежности, эффективности и других важнейших нормативов технического мышления.

Проблемы классификации и дисциплинарной организации технических наук. Массив современного научно-технического знания представляет собой огромное и разнородное поле. В этих условиях трудно дать какую-то единую классификацию технических наук. Приведем для примера одну из возможных классификаций, предложенную Ю. С. Мелещенко. Технические науки делятся на следующие три крупных раздела (по степени общности их приложения).

I. Общетехнические науки (черчение, метрология и др.). Эти дисциплины относятся ко всей технической деятельности, дают ей общеметодологические установки (например, везде применяются измерения и рациональные способы графического представления технических систем).

II. Общие технические науки:

науки о материальном субстрате техники и труда — материаловедение;

науки о структуре и функциях технических систем — техническая механика, технологические науки, техническая кибернетика и др.

Эти науки отражают важнейшие стороны технических систем — их субстрат, структуру, функции. Общие технические науки включают целые семейства более специальных технических наук. Таким образом, они имеют интегрирующее значение, обеспечивая взаимодействие специальных технических наук, а также взаимодействие технических дисциплин с другими отраслями научного знания.

III. Специальные технические науки. В рамках материаловедения — это металловедение, текстильное материаловедение, космическое материаловедение и т. п. Техническая механика включает сопротивление материалов, строительную механику, машиноведение, аэродинамику и др. Технологические науки — металлургия, химическая технология, технология металлообработки и т. п.^[2]

Однако эта классификация намечает лишь самые общие рамки технического знания. Современные технические науки имеют довольно разросшуюся, сложно организованную дисциплинарную структуру. Например, машиноведение включает теорию механизмов и машин, которая сама далее распадается на динамику машин и механизмов, кинематику, кинетостатику и синтез механизмов и др. Машиностроительные (технологические) науки включают: общее машиностроение, транспортное машиностроение, сельскохозяйственное машиностроение, станкостроение и др.

Продолжаются процессы дифференциации наук (выделение новых специализаций) и междисциплинарной интеграции (возникновение новых объединяющих областей). В целом весь комплекс «классических» технических и смежных наук находится сегодня в динамичных взаимоотношениях, так что многие подразделения научно-технического знания становятся относительными, условными.

Более того, идет тесное взаимодействие и переплетение технических наук с другими — биологическими и медицинскими (биомехатроника, медицинская электроника, медицинское приборостроение и др.), социальными (инженерная психология, эргономика и др.), а также развитие комплексных направлений (когнитивные науки и искусственный интеллект, биоинформатика и др.).

Все менее резкой делается грань между фундаментальными и более прикладными областями технического знания. Как известно, к середине XX в. сформировалось множество собственных технических дисциплин, имеющих фундаментальное значение для системы техники (теория колебаний, теория электрических цепей, сопротивление материалов, кибернетика, теория информации и др.). Но сегодня «чистые» исследования для науки и сугубо «прикладные» интересы технологического развития все более переплетаются.

В ходе становления единого феномена технонауки исследования более фундаментального значения включаются в ткань конкретных хорошо спланированных разработок, так что сами приобретают проблемнои проектноориентированный характер. При этом преследование конкретных проблем может выводить к более фундаментальным теоретическим результатам, что сегодня ярко видно, например, в разработках биомедицины и когнитивных науках.

Можно сказать, что сфера научно-технического знания приобрела существенно неклассический характер. Если атрибутами «классической» организации научного знания можно считать наличие четко очерченных и отделенных друг от друга научных дисциплин (предмет, система понятий, методы), то для современных технических наук характерны их сложная взаимосвязь, взаимодействие с традиционно нетехническими дисциплинами, изучение сложных систем (крупные технические системы, техно-экологические системы, системы «человек — машина» и др.), применение комплексных методов для решения технических и социотехнических проблем.

• [1] Степин В. С., Горохов В. Г., Розов М. Л. Философия науки и техники. М., 1996.
• [2] Мелещепко Ю. С. Техника и закономерности ее развития. Л., 1970. С. 101 — 107.