Страница:
На первой фазе осуществляется переработка заимствованных из базовой естественнонаучной теории схем экспериментальных ситуаций в структурные схемы конкретных технических устройств, совершенствование и модификация их конструкции. Объект исследования и проектирования рассматривается в этом случае лишь как разновидность объекта исследования базовой естественнонаучной теории.
Например, после проведённых Герцем исследований основных теоретических положений было вполне достаточно, чтобы прийти к их сознательному использованию для создания практических технических устройств. Однако разработанная им в ходе экспериментов аппаратура была ещё недостаточно совершенна. Поэтому после публикации результатов Герца развернулись исследования, целью которых было усовершенствование экспериментального оборудования и разработка новых схем экспериментально-измерительных ситуаций, позволяющих найти более простые и надёжные способы получения и регистрации электромагнитных волн. Эти работы фактически ещё не выходили за пределы экспериментальной деятельности в естественной науке, но вели одновременно к техническому использованию электродинамики. Именно эта деятельность и сделала возможным появление первых радиопередающего и радиоприёмного устройств.
Недостатками вибратора Герца были быстрое затухание колебаний и быстрое обгорание контактов. Первый недостаток был устранён за счёт введения трёх (вместо одного) искровых промежутков, второй недостаток – после помещения осциллятора в жидкость. Это позволило увеличить длину искры без того, чтобы была необходимость отполировывать каждый раз шарики, и легко изменять период колебаний путём сближения или удаления обкладок конденсатора, включённого в первичный контур, или самих шаров вибратора. Одновременное включение в первичный контур конденсатора устранило вредные электростатические помехи, нежелательные при некоторых опытах. В результате стало возможным получить первое радиопередающее устройство: достаточно было включить в первичную цепь индукционной катушки ключ Морзе, что и было осуществлено Маркони. Недостатком вибратора Герца была также малая величина получаемой искры, что затрудняло её регистрацию. Поиски более надёжного способа наблюдения искр производились сразу многими исследователями. В качестве регистратора ими использовалась газоразрядная трубка, электроскоп, термоэлемент и т. д. Однако наиболее перспективным оказался когерер – прибор для обнаружения электрических колебаний, действие которого основывалось на изменении сопротивления «плохого контакта» под действием электрических колебаний в цепи, частью которой он являлся. При помощи когерера Оливер Лодж продемонстрировал отражение, преломление и поляризацию электромагнитных волн. Для восстановления когерера автоматический встряхиватель опилок, которыми он был начинён, сначала включали в цепь когерера, а затем во вторичную цепь с более мощным источником энергии. Его принцип действия основывается на том, что действие электрических зарядов резко уменьшает большое сопротивление опилок. Именно так было создано А. С. Поповым первое радиоприёмное устройство.
Таким образом, после Герца развитие электродинамики пошло в двух основных направлениях – дальнейшего обобщения и систематизации физической теории и совершенствования структурных схем эксперимента, что стимулировало появление радиотехники. Второе направление носило, по существу, инженерный характер, хотя и было первоначально ориентировано на решение сугубо исследовательских задач, т. е. на создание новых конструктивных элементов, разработку более эффективных и экономичных схем проведения экспериментов, устранение побочных влияний и т. д. Эта деятельность была направлена на создание различных конструктивных схем радиотехнических устройств и постепенно стала ведущей в новой технической теории (в электродинамике она носила лишь вспомогательный характер). Основное внимание многочисленных изобретателей того времени концентрировалось на совершенствовании конструктивных элементов радиотехнических устройств, направленном на увеличение их мощности, дальности действия, удобства эксплуатации, экономичности, а также освоении все новых диапазонов электромагнитных волн для осуществления радиопередачи и радиоприёма. Каждому изобретению при этом сопутствовали определённые теоретические и экспериментальные исследования.
Разработка обобщённой теоретической схемы является завершающей фазой построения технической теории. Чаще всего эта схема транслируется из смежных областей или из базовой естественнонаучной теории. Однако если в базовой естественнонаучной теории нет соответствующего раздела, то он строится заново, что является специальной задачей. В технической теории вводятся однородные абстрактные объекты, состоящие из типовых и иерархически организованных идеальных элементов и связей между ними (правила сборки и разборки этих элементов), которые обязательно ставятся в соответствие конструктивным элементам реальных технических систем, т. е. вводится процедура анализа и синтеза теоретических схем. Если к этому моменту конкретная область инженерной деятельности уже сложилась, то возможна её перестройка под теоретическую модель (подведение конструктивных элементов под идеальные элементы абстрактных объектов). На этом этапе производятся попытки спроецировать обобщённую теоретическую схему на класс гипотетических технических систем, что приводит к необходимости создания математизированной теории. Задание операций эквивалентного преобразования функциональных схем (дедуктивный вывод) и позволяет осуществить вышеупомянутое проецирование, т. е. синтез ещё не созданных технических систем. Это ведёт к созданию на эмпирическом уровне технической теории блока практико-методических знаний – рекомендаций для ещё неосуществлённой инженерной деятельности. Апробация технической теории производится в самой инженерной практике, а доказательством её жизненности и конструктивности является создание на её основе новых технических систем.
Например, развитие статистической радиолокации заключалось как раз в разработке такой обобщённой теоретической схемы. Потребность в создании теории радиолокации, которая устанавливала бы основные закономерности и критерии качества любых радиолокационных станций (РЛС), привела к развитию вероятностного подхода к решению её задач, к разработке на её основе новых методов обработки и синтеза сигналов. Задача выделения сигнала в шумах является статистической и может быть решена только методами теории вероятностей. Приём сигналов стал рассматриваться как статистическая задача сначала в радиолокации, а затем и в радиотехнике. Таким образом, в теоретической радиолокации сформировались два слоя взаимноскоррелированных теоретических схем, отражающих соответственно электродинамические процессы (поточные схемы) и их статистические модели (функциональные схемы). Скажем, так называемая «рэлеевская цель», с одной стороны, представляет собой объект математической статистики (т. е. определённую функциональную схему, в соответствии с которой даётся классификация различных «целей»), адекватный определённому виду вероятностного распределения – распределению Рэлея, а с другой – имеет чёткий электродинамический коррелят, находится в чётком соответствии с данной поточной схемой. Физически такую цель можно представить как бы состоящей из большого количества отражающих элементов.
Одновременно были разработаны процедуры анализа и синтеза теоретических схем РЛС. Это позволило сравнивать с единых позиций РЛС, отличающиеся по назначению, параметрам и конструктивному оформлению. Для этой цели строится однородный абстрактный объект радиолокации – «идеальная РЛС», относительно которой формулируется основное уравнение дальности радиолокации, а также уравнения, определяющие её рабочие характеристики. Вычисление различных потерь, наблюдаемых в реальных условиях, позволяет использовать основные схемы и формулы, выведенные для идеальной РЛС, для быстрой оценки параметров реальных станций. Операторное описание РЛС даёт возможность выделить в них фиксированный набор стандартных блоков (умножитель, интегратор, пороговое устройство, согласованный фильтр, временной селектор и др.), соответствующих определённым математическим операциям. Из этих блоков по определённым, зафиксированным в теории правилам могут быть синтезированы самые разнообразные функциональные и поточные схемы радиолокационных станций, которые затем реализуются в виде различных структурных схем реальных РЛС.
Эволюционное и революционное развитие технической теории
Глава 13.
Классическая инженерная деятельность
Становление инженерной профессии
Изобретательская деятельность
Например, после проведённых Герцем исследований основных теоретических положений было вполне достаточно, чтобы прийти к их сознательному использованию для создания практических технических устройств. Однако разработанная им в ходе экспериментов аппаратура была ещё недостаточно совершенна. Поэтому после публикации результатов Герца развернулись исследования, целью которых было усовершенствование экспериментального оборудования и разработка новых схем экспериментально-измерительных ситуаций, позволяющих найти более простые и надёжные способы получения и регистрации электромагнитных волн. Эти работы фактически ещё не выходили за пределы экспериментальной деятельности в естественной науке, но вели одновременно к техническому использованию электродинамики. Именно эта деятельность и сделала возможным появление первых радиопередающего и радиоприёмного устройств.
Недостатками вибратора Герца были быстрое затухание колебаний и быстрое обгорание контактов. Первый недостаток был устранён за счёт введения трёх (вместо одного) искровых промежутков, второй недостаток – после помещения осциллятора в жидкость. Это позволило увеличить длину искры без того, чтобы была необходимость отполировывать каждый раз шарики, и легко изменять период колебаний путём сближения или удаления обкладок конденсатора, включённого в первичный контур, или самих шаров вибратора. Одновременное включение в первичный контур конденсатора устранило вредные электростатические помехи, нежелательные при некоторых опытах. В результате стало возможным получить первое радиопередающее устройство: достаточно было включить в первичную цепь индукционной катушки ключ Морзе, что и было осуществлено Маркони. Недостатком вибратора Герца была также малая величина получаемой искры, что затрудняло её регистрацию. Поиски более надёжного способа наблюдения искр производились сразу многими исследователями. В качестве регистратора ими использовалась газоразрядная трубка, электроскоп, термоэлемент и т. д. Однако наиболее перспективным оказался когерер – прибор для обнаружения электрических колебаний, действие которого основывалось на изменении сопротивления «плохого контакта» под действием электрических колебаний в цепи, частью которой он являлся. При помощи когерера Оливер Лодж продемонстрировал отражение, преломление и поляризацию электромагнитных волн. Для восстановления когерера автоматический встряхиватель опилок, которыми он был начинён, сначала включали в цепь когерера, а затем во вторичную цепь с более мощным источником энергии. Его принцип действия основывается на том, что действие электрических зарядов резко уменьшает большое сопротивление опилок. Именно так было создано А. С. Поповым первое радиоприёмное устройство.
Таким образом, после Герца развитие электродинамики пошло в двух основных направлениях – дальнейшего обобщения и систематизации физической теории и совершенствования структурных схем эксперимента, что стимулировало появление радиотехники. Второе направление носило, по существу, инженерный характер, хотя и было первоначально ориентировано на решение сугубо исследовательских задач, т. е. на создание новых конструктивных элементов, разработку более эффективных и экономичных схем проведения экспериментов, устранение побочных влияний и т. д. Эта деятельность была направлена на создание различных конструктивных схем радиотехнических устройств и постепенно стала ведущей в новой технической теории (в электродинамике она носила лишь вспомогательный характер). Основное внимание многочисленных изобретателей того времени концентрировалось на совершенствовании конструктивных элементов радиотехнических устройств, направленном на увеличение их мощности, дальности действия, удобства эксплуатации, экономичности, а также освоении все новых диапазонов электромагнитных волн для осуществления радиопередачи и радиоприёма. Каждому изобретению при этом сопутствовали определённые теоретические и экспериментальные исследования.
Разработка обобщённой теоретической схемы является завершающей фазой построения технической теории. Чаще всего эта схема транслируется из смежных областей или из базовой естественнонаучной теории. Однако если в базовой естественнонаучной теории нет соответствующего раздела, то он строится заново, что является специальной задачей. В технической теории вводятся однородные абстрактные объекты, состоящие из типовых и иерархически организованных идеальных элементов и связей между ними (правила сборки и разборки этих элементов), которые обязательно ставятся в соответствие конструктивным элементам реальных технических систем, т. е. вводится процедура анализа и синтеза теоретических схем. Если к этому моменту конкретная область инженерной деятельности уже сложилась, то возможна её перестройка под теоретическую модель (подведение конструктивных элементов под идеальные элементы абстрактных объектов). На этом этапе производятся попытки спроецировать обобщённую теоретическую схему на класс гипотетических технических систем, что приводит к необходимости создания математизированной теории. Задание операций эквивалентного преобразования функциональных схем (дедуктивный вывод) и позволяет осуществить вышеупомянутое проецирование, т. е. синтез ещё не созданных технических систем. Это ведёт к созданию на эмпирическом уровне технической теории блока практико-методических знаний – рекомендаций для ещё неосуществлённой инженерной деятельности. Апробация технической теории производится в самой инженерной практике, а доказательством её жизненности и конструктивности является создание на её основе новых технических систем.
Например, развитие статистической радиолокации заключалось как раз в разработке такой обобщённой теоретической схемы. Потребность в создании теории радиолокации, которая устанавливала бы основные закономерности и критерии качества любых радиолокационных станций (РЛС), привела к развитию вероятностного подхода к решению её задач, к разработке на её основе новых методов обработки и синтеза сигналов. Задача выделения сигнала в шумах является статистической и может быть решена только методами теории вероятностей. Приём сигналов стал рассматриваться как статистическая задача сначала в радиолокации, а затем и в радиотехнике. Таким образом, в теоретической радиолокации сформировались два слоя взаимноскоррелированных теоретических схем, отражающих соответственно электродинамические процессы (поточные схемы) и их статистические модели (функциональные схемы). Скажем, так называемая «рэлеевская цель», с одной стороны, представляет собой объект математической статистики (т. е. определённую функциональную схему, в соответствии с которой даётся классификация различных «целей»), адекватный определённому виду вероятностного распределения – распределению Рэлея, а с другой – имеет чёткий электродинамический коррелят, находится в чётком соответствии с данной поточной схемой. Физически такую цель можно представить как бы состоящей из большого количества отражающих элементов.
Одновременно были разработаны процедуры анализа и синтеза теоретических схем РЛС. Это позволило сравнивать с единых позиций РЛС, отличающиеся по назначению, параметрам и конструктивному оформлению. Для этой цели строится однородный абстрактный объект радиолокации – «идеальная РЛС», относительно которой формулируется основное уравнение дальности радиолокации, а также уравнения, определяющие её рабочие характеристики. Вычисление различных потерь, наблюдаемых в реальных условиях, позволяет использовать основные схемы и формулы, выведенные для идеальной РЛС, для быстрой оценки параметров реальных станций. Операторное описание РЛС даёт возможность выделить в них фиксированный набор стандартных блоков (умножитель, интегратор, пороговое устройство, согласованный фильтр, временной селектор и др.), соответствующих определённым математическим операциям. Из этих блоков по определённым, зафиксированным в теории правилам могут быть синтезированы самые разнообразные функциональные и поточные схемы радиолокационных станций, которые затем реализуются в виде различных структурных схем реальных РЛС.
Эволюционное и революционное развитие технической теории
Развитие технической теории проходит двумя основными способами – эволюционным и революционным. В первом случае происходит выделение новых исследовательских направлений и областей исследования в рамках одной и той же фундаментальной теоретической схемы; во втором – происходит смена одной фундаментальной теоретической схемы на другую при переходе в новое семейство научно-технических дисциплин.
Примером такого перехода является изменение парадигмы научного и инженерного мышления в радиолокационной системотехнике, а именно – когда электродинамическая картина мира замещается системно-кибернетической. Радиолокация попадает в новое семейство научно-технических дисциплин, имеющих системную ориентацию. Переход от классической радиолокации к радиолокационной системотехнике – это прежде всего переход от разработки отдельных радиолокационных станций различного назначения к созданию многофункциональных систем. Несколько РЛС, замкнутые на один пункт сбора и обработки информации, составляют радиолокационный узел; несколько таких узлов, обменивающихся информацией, образуют радиолокационную систему. Радиолокационная система позволяет решать задачи, которые не под силу отдельным радиолокационным средствам. При их проектировании возникает целый ряд специфически системных проблем. Любая радиолокационная система является, в свою очередь, подсистемой более крупной системы – системы управления, которая входит в ещё более крупную систему, например, навигационную. В радиолокационной системотехнике для математического исследования абстрактных структурных схем используется аппарат теории графов. Изображение радиолокационной системы в виде структурного графа позволяет провести оптимизацию её структуры математическими средствами. Применение в радиолокации концептуального и математического аппарата теории информации и кибернетики позволило перейти к анализу так называемой тонкой структуры сложного сигнала, независимо от его конкретного вида. Понятие радиолокационной информации связано с описанием носителя информации (сигнала), т. е. естественного процесса, протекающего в радиолокационной системе. Радиоволны при этом рассматриваются лишь как один из типов волн произвольной природы, наряду с инфракрасными и световыми колебаниями, а также рентгеновским и гамма-излучением или механическими ультразвуковыми колебаниями упругой среды. Функционирование радиолокационной системы рассматривается в системотехнике как алгоритм обработки информации.
Многие современные научно-технические дисциплины ориентируются на системную картину мира, в классических же технических науках использовалась в качестве исходной физическая картина мира. В радиоэлектронике (которая представляет собой сегодня целое семейство дисциплин) используется, например, преобразованная радиотехникой фундаментальная теоретическая схема электродинамики. Физическая картина электромагнитных взаимодействий (колебаний, волн, полей) совмещается со структурным изображением радиотехнических систем, в которых эти физические процессы протекают и искусственно поддерживаются. Таким образом, она преобразуется в картину области функционирования технических систем определённого типа. С одной стороны, данная картина является результатом развития и конкретизации фундаментальной теоретической схемы базовой естественнонаучной теории к области функционирования технических систем, например, к диапазону практически используемых радиоволн как разновидности электромагнитных колебаний. С другой стороны, эта схема формируется в процессе систематизации и обобщения различных частных теоретических описаний конструкции данных технических систем и включает в себя классификационную схему потенциально возможных технических систем данного типа и режимов их функционирования.
Фундаментальная теоретическая схема выполняет важную методологическую функцию в технической науке – методологического ориентира для ещё неосуществлённой инженерной деятельности. Она задаёт принцип видения вновь создаваемых технических систем и позволяет выбирать для решения данной инженерной задачи наиболее подходящие теоретические средства из смежных технических, математических или естественных дисциплин. Инженер всегда ориентируется на такую теоретическую схему, осознает он это или нет. Он соотносит с ней образ исследуемой и проектируемой им системы, хотя и не всегда отдаёт себе отчёт в том, что эта схема достаточно жёстко направляет его поиски.
Примером такого перехода является изменение парадигмы научного и инженерного мышления в радиолокационной системотехнике, а именно – когда электродинамическая картина мира замещается системно-кибернетической. Радиолокация попадает в новое семейство научно-технических дисциплин, имеющих системную ориентацию. Переход от классической радиолокации к радиолокационной системотехнике – это прежде всего переход от разработки отдельных радиолокационных станций различного назначения к созданию многофункциональных систем. Несколько РЛС, замкнутые на один пункт сбора и обработки информации, составляют радиолокационный узел; несколько таких узлов, обменивающихся информацией, образуют радиолокационную систему. Радиолокационная система позволяет решать задачи, которые не под силу отдельным радиолокационным средствам. При их проектировании возникает целый ряд специфически системных проблем. Любая радиолокационная система является, в свою очередь, подсистемой более крупной системы – системы управления, которая входит в ещё более крупную систему, например, навигационную. В радиолокационной системотехнике для математического исследования абстрактных структурных схем используется аппарат теории графов. Изображение радиолокационной системы в виде структурного графа позволяет провести оптимизацию её структуры математическими средствами. Применение в радиолокации концептуального и математического аппарата теории информации и кибернетики позволило перейти к анализу так называемой тонкой структуры сложного сигнала, независимо от его конкретного вида. Понятие радиолокационной информации связано с описанием носителя информации (сигнала), т. е. естественного процесса, протекающего в радиолокационной системе. Радиоволны при этом рассматриваются лишь как один из типов волн произвольной природы, наряду с инфракрасными и световыми колебаниями, а также рентгеновским и гамма-излучением или механическими ультразвуковыми колебаниями упругой среды. Функционирование радиолокационной системы рассматривается в системотехнике как алгоритм обработки информации.
Многие современные научно-технические дисциплины ориентируются на системную картину мира, в классических же технических науках использовалась в качестве исходной физическая картина мира. В радиоэлектронике (которая представляет собой сегодня целое семейство дисциплин) используется, например, преобразованная радиотехникой фундаментальная теоретическая схема электродинамики. Физическая картина электромагнитных взаимодействий (колебаний, волн, полей) совмещается со структурным изображением радиотехнических систем, в которых эти физические процессы протекают и искусственно поддерживаются. Таким образом, она преобразуется в картину области функционирования технических систем определённого типа. С одной стороны, данная картина является результатом развития и конкретизации фундаментальной теоретической схемы базовой естественнонаучной теории к области функционирования технических систем, например, к диапазону практически используемых радиоволн как разновидности электромагнитных колебаний. С другой стороны, эта схема формируется в процессе систематизации и обобщения различных частных теоретических описаний конструкции данных технических систем и включает в себя классификационную схему потенциально возможных технических систем данного типа и режимов их функционирования.
Фундаментальная теоретическая схема выполняет важную методологическую функцию в технической науке – методологического ориентира для ещё неосуществлённой инженерной деятельности. Она задаёт принцип видения вновь создаваемых технических систем и позволяет выбирать для решения данной инженерной задачи наиболее подходящие теоретические средства из смежных технических, математических или естественных дисциплин. Инженер всегда ориентируется на такую теоретическую схему, осознает он это или нет. Он соотносит с ней образ исследуемой и проектируемой им системы, хотя и не всегда отдаёт себе отчёт в том, что эта схема достаточно жёстко направляет его поиски.
Глава 13.
Современный этап развития инженерной деятельности и проектированияи необходимость социальной оценки техники
В жизни современного общества инженерная деятельность играет все возрастающую роль. Проблемы практического использования научных знаний, повышения эффективности научных исследований и разработок выдвигают сегодня инженерную деятельность на передний край всей экономики и современной культуры. В настоящее время великое множество технических вузов готовит целую армию инженеров различного профиля для самых разных областей народного хозяйства. Развитие профессионального сознания инженеров предполагает осознание возможностей, границ и сущности своей специальности не только в узком смысле этого слова, но и в смысле осознания инженерной деятельности вообще, её целей и задач, а также изменений её ориентаций в культуре ХХ века.
Общество с развитой рыночной экономикой требует от инженера большей ориентации на вопросы маркетинга и сбыта, учёта социально-экономических факторов и психологии потребителя, а не только технических и конструктивных параметров будущего изделия.
Инженерная деятельность предполагает регулярное применение научных знаний (т. е. знаний, полученных в научной деятельности) для создания искусственных, технических систем – сооружений, устройств, механизмов, машин и т. п. В этом заключается её отличие от технической деятельности, которая основывается более на опыте, практических навыках, догадке. Поэтому не следует отождествлять инженерную деятельность лишь с деятельностью инженеров, которые часто вынуждены выполнять техническую, а иногда и научную деятельность (если, например, имеющихся знаний недостаточно для создания какой-либо конкретной технической системы). В то же время есть многочисленные примеры, когда крупные учёные обращались к изобретательству, конструированию, проектированию, т. е., по сути дела, осуществляли какое-то время, параллельно с научной, инженерную деятельность. Поэтому инженерную деятельность необходимо рассматривать независимо от того, кем она реализуется (специально для этого подготовленными профессионалами, учёными или просто самоучками).
Современный этап развития инженерной деятельности характеризуется системным подходом к решению сложных научно-технических задач, обращением ко всему комплексу социальных гуманитарных, естественных и технических дисциплин. Однако был этап, который можно назвать классическим, когда инженерная деятельность существовала ещё в «чистом» виде: сначала лишь как изобретательство, затем в ней выделились проектно-конструкторская деятельность и организация производства.
Обособление проектирования и проникновение его в смежные области, связанные с решением сложных социотехнических проблем, привело к кризису традиционного инженерного мышления и развитию новых форм инженерной и проектной культуры, появлению новых системных и методологических ориентаций, к выходу на гуманитарные методы познания и освоение действительности.
В соответствии с вышеизложенным рассмотрим последовательно три основные этапа развития инженерной деятельности и проектирования:
1) классическая инженерная деятельность;
2) системотехническая деятельность;
3) социотехническое проектирование.
Общество с развитой рыночной экономикой требует от инженера большей ориентации на вопросы маркетинга и сбыта, учёта социально-экономических факторов и психологии потребителя, а не только технических и конструктивных параметров будущего изделия.
Инженерная деятельность предполагает регулярное применение научных знаний (т. е. знаний, полученных в научной деятельности) для создания искусственных, технических систем – сооружений, устройств, механизмов, машин и т. п. В этом заключается её отличие от технической деятельности, которая основывается более на опыте, практических навыках, догадке. Поэтому не следует отождествлять инженерную деятельность лишь с деятельностью инженеров, которые часто вынуждены выполнять техническую, а иногда и научную деятельность (если, например, имеющихся знаний недостаточно для создания какой-либо конкретной технической системы). В то же время есть многочисленные примеры, когда крупные учёные обращались к изобретательству, конструированию, проектированию, т. е., по сути дела, осуществляли какое-то время, параллельно с научной, инженерную деятельность. Поэтому инженерную деятельность необходимо рассматривать независимо от того, кем она реализуется (специально для этого подготовленными профессионалами, учёными или просто самоучками).
Современный этап развития инженерной деятельности характеризуется системным подходом к решению сложных научно-технических задач, обращением ко всему комплексу социальных гуманитарных, естественных и технических дисциплин. Однако был этап, который можно назвать классическим, когда инженерная деятельность существовала ещё в «чистом» виде: сначала лишь как изобретательство, затем в ней выделились проектно-конструкторская деятельность и организация производства.
Обособление проектирования и проникновение его в смежные области, связанные с решением сложных социотехнических проблем, привело к кризису традиционного инженерного мышления и развитию новых форм инженерной и проектной культуры, появлению новых системных и методологических ориентаций, к выходу на гуманитарные методы познания и освоение действительности.
В соответствии с вышеизложенным рассмотрим последовательно три основные этапа развития инженерной деятельности и проектирования:
1) классическая инженерная деятельность;
2) системотехническая деятельность;
3) социотехническое проектирование.
Классическая инженерная деятельность
Становление инженерной профессии
Возникновение инженерной деятельности как одного из важнейших видов трудовой деятельности связано с появлением мануфактурного и машинного производства. В средние века ещё не существовала инженерная деятельность в современном понимании, а была, скорее, техническая деятельность, органически связанная с ремесленной организацией производства.
Инженерная деятельность как профессия связана с регулярным применением научных знаний в технической практике. Она формируется, начиная с эпохи Возрождения. На первых порах ценностные ориентации этой деятельности ещё тесно связаны с ценностями ремесленной технической практики (например, непосредственный контакт с потребителем, ученичество в процессе осуществления самой этой деятельности и т. п.). В эту эпоху ориентация на применение науки, хотя и выдвигается на первый план в явном виде, но выступает пока лишь как предельная установка.
Первые импровизированные инженеры появляются именно в эпоху Возрождения. Они формируются в среде учёных, обратившихся к технике, или ремесленников-самоучек, приобщившихся к науке. Решая технические задачи, первые инженеры и изобретатели обратились за помощью к математике и механике, из которых они заимствовали знания и методы для проведения инженерных расчётов. Первые инженеры – это одновременно художники-архитекторы, консультанты-инженеры по фортификационным сооружениям, артиллерии и гражданскому строительству, алхимики и врачи, математики, естествоиспытатели и изобретатели. Таковы, например, Леон Батиста Альберти, Леонард да Винчи, Никколо Тарталья, Джироламо Кардано, Джон Непер и др.
Знание в это время рассматривалось как вполне реальная сила, а инженер – как обладатель этого знания. Насколько высоко ценилось такое знание видно на примере истории жизни рядового флорентийского инженера Чеки. Выходец из ремесленной среды (цеха столяров, изготовлявших для архитекторов деревянные модели сооружений, строительные леса и подъёмные сооружения), он был взят флорентийской коммуной на постоянный оклад в качестве городского инженера. В мирное время он ремонтировал крепости, занимался изобретением приспособлений для развлекательных аппаратов. В военное время он помог устроить искусный подкоп, с помощью которого была взята вражеская крепость. Во время выполнения одной из инженерных работ Чеки был убит из арбалета: для врага его изобретения были страшнее, чем наступление целого войска. Он был характерной фигурой для того времени, хотя и не был выдающимся инженером.
В этот период инженеры были, как писал известный историк науки М. А. Гуковский, «выходцами из цехового ремесла, но все тянулись к науке, ощущая абсолютную необходимость её для надлежащей постановки своих технических работ». Можно сказать, что они уже ориентировались на научную картину мира, хотя ещё недостаточно опирались на науку в своей повседневной практике. «Вместо анонимных ремесленников все в большем количестве появляются техники-профессионалы, крупные технические индивидуальности, знаменитые далеко за пределами непосредственного места своей деятельности. Но быстрое и принципиально новое развитие техники требует и коренного изменения её структуры. Техника доходит до состояния, в котором дальнейшее продвижение её оказывается невозможным без насыщения её наукой. Повсеместно начинает ощущаться потребность в создании новой технической теории, в кодификации технических знаний и в подведении под них некоего общего теоретического базиса. Техника требует привлечения науки».
Именно такая двойственная ориентация инженера – с одной стороны, на научные исследования естественных, природных явлений, а с другой, – на производство, или воспроизведение, своего замысла целенаправленной деятельностью человека-творца – заставляет его взглянуть на своё изделие иначе, чем это делают и ремесленник, и учёный-естествоиспытатель. Если цель технической деятельности – непосредственно задать и организовать изготовление системы, то цель инженерной деятельности – сначала определить материальные условия и искусственные средства, влияющие на природу в нужном направлении, заставляющие её функционировать так, как это нужно для человека, и лишь потом на основе полученных знаний задать требования к этим условиям и средствам, а также указать способы и последовательность их обеспечения и изготовления. Инженер, таким образом, как и учёный-экспериментатор, оперирует с идеализированными представлениями о природных объектах. Однако первый из них использует эти знания и представления для создания технических систем, а второй создаёт экспериментальные устройства для обоснования и подтверждения данных представлений.
С развитием экспериментального естествознания, превращением инженерной профессии в массовую в XVIII-XIX веках возникает необходимость и систематического научного образования инженеров. Именно появление высших технических школ знаменует следующий важный этап в развитии инженерной деятельности. Одной из первых таких школ, как уже говорилось в предыдущих главах этой книги, была Парижская политехническая школа, основанная в 1794 г., где сознательно ставился вопрос систематической научной подготовки будущих инженеров. Она стала образцом для организации высших технических учебных заведений, в том числе и в России. С самого начала эти учреждения начали выполнять не только учебные, но и исследовательские функции в сфере инженерной деятельности, чем способствовали развитию технических наук. Инженерное образование с тех пор стало играть существенную роль в развитии техники.
К началу ХХ столетия инженерная деятельность представляет собой сложный комплекс различных видов деятельности (изобретательская, конструкторская, проектировочная, технологическая и т. п.), и она обслуживает разнообразные сферы техники (машиностроение, электротехнику, химическую технологию и т. д.). Сегодня один человек просто не сможет выполнить все разнообразные работы, необходимые для выпуска какого-либо сложного изделия, как это делал, например, в начале XIX века на одном из первых машиностроительных заводов его владелец Генри Модсли. Сам он был механиком-самоучкой, одновременно и изобретателем. Он изобрёл, в частности, суппорт токарного станка, причём сам же разрабатывал новую конструкцию изделия, и технологическое оборудование, и технологию его изготовления. В конце прошлого века в Лейпциге ещё существовал завод, на котором все инженерные работы (от замысла до рабочих чертежей) выполнял один человек – его владелец Р. Зак. Там не было ни технического бюро, ни чертёжников. Уже в те времена его «многосторонняя» деятельность представлялась курьёзом.
Для современной инженерной деятельности характерна глубокая дифференциация по различным отраслям и функциям, которая привела к разделению её на целый ряд взаимосвязанных видов деятельности и выполняющих их кооперантов. Такая дифференциация стала возможной, однако, далеко не сразу. Сложная кооперация различных видов инженерной деятельности складывалась постепенно. На первых этапах своего профессионального развития инженерная деятельность была ориентирована на применение знаний естественных наук (главным образом, физики), а также математики, и включала в себя изобретательство, конструирование опытного образца и разработку технологии изготовления новой технической системы. Инженерная деятельность, первоначально выполняемая изобретателями, конструкторами и технологами, тесно связана с технической деятельностью (её выполняют на производстве техники, мастера и рабочие), которая становится исполнительской по отношению к инженерной деятельности. Связь между этими двумя видами деятельности осуществляется с помощью чертежей. Изготовлявшие их чертёжники назывались в России «учёными рисовальщиками». Для подготовки этих специалистов для заводов и предназначалось основанное в 1825 г. «Строгановское училище технического рисования».
Однако с течением времени структура инженерной деятельности усложняется. Классическая инженерная деятельность включала в себя изобретательство, конструирование и организацию изготовления (производства) технических систем, а также инженерные исследования и проектирование.
Инженерная деятельность как профессия связана с регулярным применением научных знаний в технической практике. Она формируется, начиная с эпохи Возрождения. На первых порах ценностные ориентации этой деятельности ещё тесно связаны с ценностями ремесленной технической практики (например, непосредственный контакт с потребителем, ученичество в процессе осуществления самой этой деятельности и т. п.). В эту эпоху ориентация на применение науки, хотя и выдвигается на первый план в явном виде, но выступает пока лишь как предельная установка.
Первые импровизированные инженеры появляются именно в эпоху Возрождения. Они формируются в среде учёных, обратившихся к технике, или ремесленников-самоучек, приобщившихся к науке. Решая технические задачи, первые инженеры и изобретатели обратились за помощью к математике и механике, из которых они заимствовали знания и методы для проведения инженерных расчётов. Первые инженеры – это одновременно художники-архитекторы, консультанты-инженеры по фортификационным сооружениям, артиллерии и гражданскому строительству, алхимики и врачи, математики, естествоиспытатели и изобретатели. Таковы, например, Леон Батиста Альберти, Леонард да Винчи, Никколо Тарталья, Джироламо Кардано, Джон Непер и др.
Знание в это время рассматривалось как вполне реальная сила, а инженер – как обладатель этого знания. Насколько высоко ценилось такое знание видно на примере истории жизни рядового флорентийского инженера Чеки. Выходец из ремесленной среды (цеха столяров, изготовлявших для архитекторов деревянные модели сооружений, строительные леса и подъёмные сооружения), он был взят флорентийской коммуной на постоянный оклад в качестве городского инженера. В мирное время он ремонтировал крепости, занимался изобретением приспособлений для развлекательных аппаратов. В военное время он помог устроить искусный подкоп, с помощью которого была взята вражеская крепость. Во время выполнения одной из инженерных работ Чеки был убит из арбалета: для врага его изобретения были страшнее, чем наступление целого войска. Он был характерной фигурой для того времени, хотя и не был выдающимся инженером.
В этот период инженеры были, как писал известный историк науки М. А. Гуковский, «выходцами из цехового ремесла, но все тянулись к науке, ощущая абсолютную необходимость её для надлежащей постановки своих технических работ». Можно сказать, что они уже ориентировались на научную картину мира, хотя ещё недостаточно опирались на науку в своей повседневной практике. «Вместо анонимных ремесленников все в большем количестве появляются техники-профессионалы, крупные технические индивидуальности, знаменитые далеко за пределами непосредственного места своей деятельности. Но быстрое и принципиально новое развитие техники требует и коренного изменения её структуры. Техника доходит до состояния, в котором дальнейшее продвижение её оказывается невозможным без насыщения её наукой. Повсеместно начинает ощущаться потребность в создании новой технической теории, в кодификации технических знаний и в подведении под них некоего общего теоретического базиса. Техника требует привлечения науки».
Именно такая двойственная ориентация инженера – с одной стороны, на научные исследования естественных, природных явлений, а с другой, – на производство, или воспроизведение, своего замысла целенаправленной деятельностью человека-творца – заставляет его взглянуть на своё изделие иначе, чем это делают и ремесленник, и учёный-естествоиспытатель. Если цель технической деятельности – непосредственно задать и организовать изготовление системы, то цель инженерной деятельности – сначала определить материальные условия и искусственные средства, влияющие на природу в нужном направлении, заставляющие её функционировать так, как это нужно для человека, и лишь потом на основе полученных знаний задать требования к этим условиям и средствам, а также указать способы и последовательность их обеспечения и изготовления. Инженер, таким образом, как и учёный-экспериментатор, оперирует с идеализированными представлениями о природных объектах. Однако первый из них использует эти знания и представления для создания технических систем, а второй создаёт экспериментальные устройства для обоснования и подтверждения данных представлений.
С развитием экспериментального естествознания, превращением инженерной профессии в массовую в XVIII-XIX веках возникает необходимость и систематического научного образования инженеров. Именно появление высших технических школ знаменует следующий важный этап в развитии инженерной деятельности. Одной из первых таких школ, как уже говорилось в предыдущих главах этой книги, была Парижская политехническая школа, основанная в 1794 г., где сознательно ставился вопрос систематической научной подготовки будущих инженеров. Она стала образцом для организации высших технических учебных заведений, в том числе и в России. С самого начала эти учреждения начали выполнять не только учебные, но и исследовательские функции в сфере инженерной деятельности, чем способствовали развитию технических наук. Инженерное образование с тех пор стало играть существенную роль в развитии техники.
К началу ХХ столетия инженерная деятельность представляет собой сложный комплекс различных видов деятельности (изобретательская, конструкторская, проектировочная, технологическая и т. п.), и она обслуживает разнообразные сферы техники (машиностроение, электротехнику, химическую технологию и т. д.). Сегодня один человек просто не сможет выполнить все разнообразные работы, необходимые для выпуска какого-либо сложного изделия, как это делал, например, в начале XIX века на одном из первых машиностроительных заводов его владелец Генри Модсли. Сам он был механиком-самоучкой, одновременно и изобретателем. Он изобрёл, в частности, суппорт токарного станка, причём сам же разрабатывал новую конструкцию изделия, и технологическое оборудование, и технологию его изготовления. В конце прошлого века в Лейпциге ещё существовал завод, на котором все инженерные работы (от замысла до рабочих чертежей) выполнял один человек – его владелец Р. Зак. Там не было ни технического бюро, ни чертёжников. Уже в те времена его «многосторонняя» деятельность представлялась курьёзом.
Для современной инженерной деятельности характерна глубокая дифференциация по различным отраслям и функциям, которая привела к разделению её на целый ряд взаимосвязанных видов деятельности и выполняющих их кооперантов. Такая дифференциация стала возможной, однако, далеко не сразу. Сложная кооперация различных видов инженерной деятельности складывалась постепенно. На первых этапах своего профессионального развития инженерная деятельность была ориентирована на применение знаний естественных наук (главным образом, физики), а также математики, и включала в себя изобретательство, конструирование опытного образца и разработку технологии изготовления новой технической системы. Инженерная деятельность, первоначально выполняемая изобретателями, конструкторами и технологами, тесно связана с технической деятельностью (её выполняют на производстве техники, мастера и рабочие), которая становится исполнительской по отношению к инженерной деятельности. Связь между этими двумя видами деятельности осуществляется с помощью чертежей. Изготовлявшие их чертёжники назывались в России «учёными рисовальщиками». Для подготовки этих специалистов для заводов и предназначалось основанное в 1825 г. «Строгановское училище технического рисования».
Однако с течением времени структура инженерной деятельности усложняется. Классическая инженерная деятельность включала в себя изобретательство, конструирование и организацию изготовления (производства) технических систем, а также инженерные исследования и проектирование.
Изобретательская деятельность
Путём изобретательской деятельности на основании научных знаний и технических изобретений заново создаются новые принципы действия, способы реализации этих принципов, конструкции технических систем или отдельных их компонентов. Сложности в изготовлении, конструировании и техническом обслуживании, а также необходимость создания технических систем, все или некоторые компоненты которых принципиально отличны от существующих, стимулируют производство особого продукта, объективированного в виде патентов, авторских свидетельств, изобретений и т. д. Последние имеют, как правило, широкую сферу применения, выходящую за пределы единичного акта инженерной деятельности и используются в качестве исходного материала при конструировании и изготовлении технических систем.