Технические науки классического типа: этапы формирования

Начиная с XVIII столетия складывается промышленное производство и увеличивается 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, поскольку что все чаще инженер имеет дело не только, с разработкой принципиально нового инженерного объекта (т.е. с изобретени­ем), но и с созданием сходного (модифицированного) изделия (например, машина того же класса, но с другими характеристиками — иная мощность, скорость, габариты, вес, конструкция). 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, с другой — естественнонаучные знания.

Механизмы Виллиса и полученные о них знания – это не 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 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 ее 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 влечёт за собой выделение промежуточ­ных знаний.

2.Подобные знания и объекты, получившиеся в результа­те расщепления длинных и громоздких доказательств на более про­стые (четкие), образовали вторую группу технических знаний (в са­мой теории они, естественно, не обособлялись в отдельные группы, а чередовались с другими).

3.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) 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) прямо или опосредованно перенесенные из фундаментальной науки (знания о токах, напряжениях, электрических и магнитных полях, а также за­конах, их связывающих);

в) 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, спускаются, 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 математизация. 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 толкала необходимость осуществлять в ходе изобретения и конструирования не только анализ, но и син­тез отдельных процессов и обеспечивающих их конструктивных эле­ментов. Кроме того, ученые 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 чередует­ся, определяя друг друга).

Каковы же условия применения в технических науках математи­ческих аппаратов? Прежде всего, для этого необходимо вводить иде­альные объекты технических наук в онтологию, т.е. переводить на со­ответствующий математический язык, 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 их онтологизации, заканчивающийся построением таких новых идеальных объек­тов технической науки, которые уже могут быть введены в онтологию, будучи изложены на языке 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). 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.

Итог- развитие технической науки классического типа на приме­ре и материале математизированной теории механизмов, созданной В.Л.Ассуром, В.В.Добровольским, И.И.Артоболевским, может быть резюмирован следующим образом. 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 осуществляется их эквивалентные преобразования в более простые схемы. Принци­пиальные выводы данной технической теории суть следующие: за­коны структурного образования становятся общими для всех механизмов; анализ общих законов структуры механизмов дозволяет 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.

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 послужило 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.