- •Глава 1. Особенности научного познания и его роль в современной цивилизации
- •Наука в техногенном мире
- •Глобальные кризисы и проблема ценности научно-технического прогресса
- •Специфика научного познания
- •Главные отличительные признаки науки
- •Научное и обыденное познание
- •Глава 2. Генезис научного познания
- •Состояние «преднауки» и развитая наука
- •Духовная революция Античности. Философия и наука
- •Идея экспериментального естествознания
- •Глава 3. Эволюция подходов к анализу науки
- •Карл Поппер и проблема демаркации
- •Концепция исследовательских программ И.Лакатоса
- •Нормальная наука Т.Куна
- •Концепция неявного знания М. Полани и многообразие научных традиций
- •Трудности и проблемы
- •Глава 4. Строение науки как традиции
- •На что похожа наука
- •Понятие куматоида
- •Социальные куматоиды и социальные эстафеты
- •Типы и связи научных программ
- •Наука и социальная память
- •Исследовательские и коллекторские программы
- •Эстафетная модель науки
- •Пути формирования науки
- •Конфликт программ и понятие модели
- •Глава 5. Новации и их механизмы
- •Типы новаций в развитии науки
- •Разнообразие новаций и их относительный характер
- •Новые методы и новые миры
- •Незнание и неведение
- •Что такое открытие?
- •Традиции и новации
- •Концепция «пришельцев»
- •Явление монтажа
- •Традиции и побочные результаты исследования
- •Движение с пересадками
- •Метафорические программы и взаимодействие наук
- •Проблема стационарности социальных эстафет
- •Глава 6. Традиции и феномен знания
- •«Третий мир» Карла Поппера
- •Знание как механизм социальной памяти
- •Строение знания и его содержание
- •Понятие репрезентатора
- •Описания и предписания
- •Репрезентация в художественном мышлении
- •Глава 7. Наука как система с рефлексией
- •Понятие рефлексирующей системы
- •Что такое научная рефлексия?
- •Сократический диалог и рефлексия
- •Аналогии с естествознанием
- •Парадоксы рефлексии и проблемаисследовательской позиции
- •Рефлексия и деятельность
- •Рефлексивная симметрия и связи научных дисциплин
- •Эпизод в становлении палеогеографии
- •Рефлексивная симметрия
- •Рефлексивная симметрия и симметрия знания
- •Предмет-предметные и программно-предметные дисциплинарные комплексы
- •Объектно-инструментальные дисциплинарные комплексы
- •История науки и кумулятивизм
- •Глава 8. Эмпирический и теоретический уровни научного исследования
- •Понятия эмпирического и теоретического(основные признаки)
- •Структура эмпирического исследования
- •Эксперименты и данные наблюдения
- •Систематические и случайные наблюдения
- •Процедуры перехода к эмпирическим зависимостям и фактам
- •Структура теоретического исследования
- •Теоретические модели в структуре теории
- •Особенности функционирования теорий. Математический аппарати его интерпретация
- •Основания науки
- •Идеалы и нормы исследовательской деятельности
- •Научная картина мира
- •Философские основания науки
- •Глава 9. Динамика научного познания
- •Взаимодействие научной картины мира и опыта
- •Картина мира и опытные факты на этапе становления научной дисциплины
- •Научная картина мира как регулятор эмпирического поиска в развитой науке
- •Формирование частных теоретических схем и законов
- •Процедуры конструктивного обоснования теоретических схем
- •Логика открытия и логика оправдания гипотезы
- •Логика построения развитых теорий в классической физике
- •Особенности формирования научной гипотезы
- •Парадигмальные образцы решения задач
- •Особенности построения развитых, математизированных теорий в современной науке
- •Применение метода математической гипотезы
- •Особенности интерпретации математического аппарата
- •Глава 10. Научные революции и смена типов научной рациональности
- •Феномен научных революций
- •Что такое научная революция?
- •Научная революция как выбор новых стратегий исследования
- •Глобальные научные революции: от классической к постнеклассической науке
- •Исторические типы научной рациональности
- •Глава 11. Предмет философии техники
- •Что такое философия техники?
- •Что такое техника?
- •Техника в исторической ретроспективе
- •Как в технике формировалось рациональное обобщение?
- •Проблема соотношения науки и техники
- •Линейная модель
- •Эволюционная модель
- •Техника науки и технические науки
- •Специфика естественных и технических наук
- •Технические науки и прикладное естествознание
- •Технические и естественные науки – равноправные партнёры
- •Фундаментальные и прикладные исследования в технических науках
- •Глава 12. Физическая теория и техническая теория. генезис классических технических наук
- •Структура технической теории
- •Теоретические схемы и абстрактные объекты технической теории
- •Эмпирическое и теоретическое в технической теории
- •Функционирование технической теории
- •Анализ и синтез схем
- •Аппроксимация теоретического описания технической системы
- •Формирование и развитие технической теории
- •Основные фазы формирования технической теории
- •Эволюционное и революционное развитие технической теории
- •Глава 13. Современный этап развития инженерной деятельности и проектированияи необходимость социальной оценки техники
- •Классическая инженерная деятельность
- •Становление инженерной профессии
- •Изобретательская деятельность
- •Инженерные исследования
- •Проектирование
- •Системотехническая деятельность
- •Этапы разработки системы
- •Фазы и операции системотехнической деятельности
- •Кооперация работ и специалистов в системотехнике
- •Социотехническое проектирование
- •Техническое изделие в социальном контексте
- •Новые виды и новые проблемы проектирования
- •Проблема оценки социальных, экологических и других последствий техники
- •Цели современной инженерной деятельности и её последствия
- •Оценка современного научно-технического прогресса: конструктивные решения
Функционирование технической теории
Анализ и синтез схем
Функционирование технической теории осуществляется «челночным», итерационным путём. Сначала формулируется инженерная задача создания определённой технической системы. Затем она представляется в виде идеальной конструктивной (т. е. структурной) схемы, которая преобразуется в схему естественного процесса (т. е. поточную схему), отражающую функционирование технической системы. Для расчёта и математического моделирования этого процесса строится функциональная схема, отражающая определённые математические соотношения. Инженерная задача переформулируется в научную проблему, а затем в математическую задачу, решаемую дедуктивным путём. Этот путь называется
анализом схем.
Обратный путь – синтез схем – позволяет на базе имеющихся конструктивных элементов (вернее соответствующих им абстрактных объектов) по определённым правилам дедуктивного преобразования синтезировать новую техническую систему (точнее, её идеальную модель, теоретическую схему), рассчитать её основные параметры и проимитировать функционирование. Решение, полученное на уровне идеальной модели, последовательно трансформируется на уровень инженерной деятельности, где учитываются второстепенные, с точки зрения идеальной модели, инженерные параметры и проводятся дополнительные расчёты, поправки к теоретическим результатам. Полученные теоретические расчёты должны быть скорректированы в соответствии с различными инженерными, социальными, экологическими, экономическими и т. п. требованиями. Это может потребовать введения соответствующих новых элементов в состав теоретических схем, которые можно рассматривать как коннотации (дополнительные сопутствующие признаки) этих схем и одновременно как ограничения, накладываемые на эти схемы их конкретной реализацией. Формулировка системы коннотаций и ограничений, которые вводятся в виде особых элементов в состав теоретических схем технической теории, может привести к необходимости многократного возвращения на предыдущие стадии, составление новых, с учётом данных коннотаций и ограничений, поточных и функциональных схем, проведение новых эквивалентных преобразований и расчётов.
Таким образом, нижний слой абстрактных объектов в технической теории (структурные схемы) непосредственно связан с эмпирическими (конструктивно-техническими и технологическими) знаниями и ориентирован на использование в инженерном проектировании. Одна из основных задач функционирования развитой технической теории заключается в тиражировании типовых структурных схем с учётом всевозможных инженерных требований и условий, формулировка практико-методических рекомендаций проектировщику, изобретателю, конктруктору и т. д. Тогда решение любых инженерных задач, построение любых новых технических систем данного типа будет заранее теоретически обеспеченным. В этом состоит конструктивная функция технической теории, её опережающее развитие по отношению к инженерной практике. Этим последним фактом и определяется во многом специфика технической теории, которая имеет практическую направленность: её абстрактным объектам обязательно должен соответствовать класс гипотетических технических систем, которые ещё не созданы.Поэтому в технической теории важен не только анализ, но и синтез, теоретических схем технических систем. Обе задачи в принципе являются сходными, поскольку синтез новой технической системы, как
правило, связан с анализом уже существующих аналогичных систем.
В практической инженерной деятельности синтез в чистом виде встречается редко: определённые параметры технической системы и её элементов, как правило, уже заданы в условиях задачи, и синтез зачастую сводится лишь к модернизации старой системы. Кроме того, в инженерной практике всегда существуют традиционные эмпирически полученные структурные схемы, которые обычно берутся готовыми. Поэтому синтез в этом случае сводится к анализу и требуется определить лишь некоторые неизвестные параметры вновь проектируемой системы. В условиях массового и серийного производства технические системы создаются из стандартных элементов, поэтому и в теории задача синтеза заключается в связывании типовых идеализированных элементов в соответствии со стандартными правилами преобразования теоретических схем.
Франц Рело следующим образом формулирует задачи анализа и синтеза кинематических схем в теории механизмов и машин. Кинематический анализ заключается в разложении существующих машин на составляющие их механизмы, цепи, звенья и пары элементов, т. е. в определении кинематического состава данной машины. Конечным результатом такого анализа является выделение кинематических пар элементов (предел членения). Кинематический синтез – это подбор кинематических пар, звеньев, цепей и механизмов, из которых нужно составить машину, производящую требуемое движение.
В.В. Добровольский и А.А. Артоболевский – специалисты, которыми было завершено построение математизированной теории механизмов, в своей работе «Структура и классификация механизмов», опубликованной в 1939 г., рассуждают следующим образом. Анализ механизма начинается с разработки его кинематической (поточной) схемы на основе конструктивной (структурной) схемы. Кинематическая схема позволяет исследовать естественный процесс – движение элементов, пар, цепей и отдельных точек механизма. Для решения этой задачи используются так называемые планы механизма, т. е. его схематические изображения в каком-любо положении, представляющие собой функциональные (математические) схемы. В теории механизмов разработаны также планы скоростей и ускорений механизма и соответствующие им векторные диаграммы. На основе этих планов, в свою очередь, составляются системы уравнений, устанавливающие математические зависимости между перемещениями, скоростями и ускорениями звеньев механизма. С помощью графических и аналитических методов расчёта определяется положение каждого звена, перемещения точек и звеньев по заданному закону движения начального звена. Для расчёта сложных механизмов осуществляются их эквивалентные преобразования в более простые схемы и лишь затем производится определение их звеньев, пар и элементов. Синтез механизмов представляет собой их проектирование по заданным условиям. Наиболее распространённым является приближенный синтез, в результате которого определяются размеры механизма, отвечающие заданным условиям в пределах допустимых отклонений.
Аппроксимация теоретического описания технической системы
Функционирование технической теории направлено на аппроксимацию полученного теоретического описания технической системы, его эквивалентное преобразование в более простую и пригодную для проведения расчётов схему, сведение сложных случаев к более простым и типовым, для которых существует готовое решение. Поэтому главное внимание в технической теории направлено на разработку типовых способов решения инженерных задач, стандартных методик проведения инженерных расчётов как можно более простыми средствами. Этим определяется в значительной степени и характер технической теории, доказывающей правомерность такого рода эквивалентных преобразований и аппроксимаций.
Слово «аппроксимация» в своём первоначальном значении в математике означает замещение каких-либо математических функций или расчётных схем другими, приближённо выражающими их, эквивалентными им в определённом отношении, а также более простыми функциями или расчётными схемами, для которых уже существуют или могут быть получены известные решения. В технических науках это понятие получило более широкое толкование как процедура решения инженерных задач на теоретических схемах с помощью ряда их эквивалентных замен и упрощений. Сущность метода аппроксимации заключается в компромиссе между точностью и сложностью расчётных схем. Точная аппроксимация обычно приводит к сложным математическим соотношениям и расчётам. Слишком упрощённая эквивалентная схема технической системы снижает точность расчётов. Немецкий инженер А. Ридлер ещё в начале ХХ столетия подчёркивал, что «точное» решение задачи, конечно, является наилучшим, но только если оно соответствует всем практическим условиям данного случая. В этом, собственно говоря, коренится различие чисто математического доказательства и приближенного вычисления в технике, где запутанные доказательства и пространные вычисления могут только помешать проникнуть в суть дела и решить задачу. Эту особенность применения математики в инженерном деле отмечал ещё создатель теории корабля академик А. Н. Крылов. Он критиковал тот суеверный страх перед приближенными вычислениями, который прививается в высших учебных заведениях будущим инженерам. Аппроксимирующие выражения и схемы должны по возможности точно выражать характер аппроксимирующей функции или схемы и в то же время быть как можно проще, чтобы и математические решения были более простыми. Надо подчеркнуть, что для одного режима функционирования технической системы может оказаться предпочтительнее один вид аппроксимации, для других режимов – другие виды.
Таким образом, в технической теории заданы и специально нормированы не только правила соответствия функциональных, поточных и структурных схем, т. е. эквивалентные преобразования их друг в друга, но и правила преобразования абстрактных объектов, в рамках каждого такого слоя теоретических схем. При этом ведущую роль в технической теории играют структурные схемы, описывающие в идеализированной форме конструкцию технической системы, поскольку именно через них полученные теоретически результаты решения инженерных задач транслируются в область инженерной практики. В естественной науке подобные схемы выполняют вспомогательную роль – обобщённого описания
экспериментальных ситуаций – и, как правило, в процессе систематического изложения теории, например, в учебниках или совсем опускаются, или приводятся лишь в качестве иллюстративных примеров.
Весьма показательно в этом плане сравнить первый учебник по радиотехнике «Научные основания беспроволочной телеграфии», изданный А.П. Петровским в Санкт-Петербурге в 1913 г., и опубликованный им примерно в то же время курс физики. Написанные одним и тем же автором и посвящённые, по сути дела, одного и того же рода физическим явлениям эти книги демонстрируют различия технической и физической теорий уже теми акцентами, которые делает автор в изложении учебного материала. В учебнике по радиотехнике Петровский большое внимание уделяет анализу и развитию различных конструктивных схем радиотехнических устройств (таких, как схема с заземлённой сеткой, регенеративный и суперрегенеративный приёмники, супергетеродин, рефлексивные схемы и т. д.). Наряду с описанием разделов классической электродинамики и элементов электротехники, в этом учебнике содержится первичная классификация радиотелеграфных станций по типам схем
итехническим характеристикам, попытка их обобщённого рассмотрения и разработка специального концептуального аппарата для их описания (структурные схемы). Конкретное же описание радиотелеграфных станций концентрируется в особых работах, не претендующих на теоретическое рассмотрение. Детальное изложение физической теории также выносится здесь за скобки, поскольку оно должно содержаться в соответствующем курсе физики. Это изложение автор даёт в своём учебнике по физике, где мы находим традиционное изложение электродинамики, безотносительно к радиотехнике, не считая, правда, формального упоминания передачи энергии на расстояние. Однако и те разделы электродинамики, которые вошли в учебник по радиотехнике, описываются уже с ориентацией на решение определённых задач. В нем различаются физические параметры электромагнитных волн и соответствующие им характеристики процесса передачи, т. е. искусственно воссозданного в функционировании радиотехнического устройства электродинамического процесса (поточные схемы). Одновременно происходит формирование функциональных (математических) схем радиотехники. Уже второе издание учебника А. А. Петровского в значительной степени основано на применении математического аппарата. В этом издании приводятся наряду с традиционным для физической науки доказательством теорем различные расчёты (главным образом с применением графических методов), типовые числовые примеры, искусственные приёмы, а также образцы математического решения инженерных задач. По словам самого автора, к этому времени радиотелеграфия превратилась в новый отдел науки, изучающий применение электричества и магнетизма в практике.
Основные различия естественнонаучной и технической теорий проявляются прежде всего в плане особого видения мира, т. е. универсума исследуемых в данной теории объектов
испособов их теоретического представления. В естественной науке это видение выражается в научной картине мира, в которой любые реальные объекты рассматриваются как естественные, независящие от человеческой деятельности. В технических науках развиваются иные принципы онтологизации, связанные с жёсткой ориентацией на инженерную деятельность.
Поскольку инженер обычно ограничен в выборе конструктивных элементов и способов их изготовления, конструктивные и технологические параметры оказывают существенное влияние на выбор структурной и соответствующей ей поточной схем технической системы,
а это, в свою очередь, определяет и те математические средства, которые могут быть использованы для её расчёта. Поэтому техническая теория содержит несколько теоретических слоев, ориентированных на различные реализации технической системы. Например, для теоретической радиотехники это будут теория радиопередатчиков, теория усилителей (выделяемые по функциональному признаку); импульсная техника, техника сверхвысоких частот (выделяемые по типу естественного процесса, протекающего в технической системе); теория электронных и ионных приборов, теория полупроводников (выделяемые по конструктивно-технологическому принципу) и т. д. Каждая такая теория более полно учитывает особенности тех или иных режимов функционирования и конструктивно-технические и технологические параметры технических систем и их элементов. Однако все вышеназванные теории опираются на одну базовую техническую теорию, исследующую общие свойства электродинамических процессов в радиотехнических устройствах, т. е. получение, передачу, распространение в пространстве, приём и различные преобразования электромагнитных волн в разных физических средах. Эта базовая техническая теория генетически определяется соответствующей базовой естественнонаучной теорией, в данном случае – электродинамикой. Базовый естественный процесс для всех этих теорий один, хотя для описания действия конструктивных элементов данной технической системы применяются и другие естественнонаучные теории, основанные на иных физических процессах (квантовая теория излучения, электромагнитная теория Лоренца и т. д.).
Таким образом, функционирование технической теории заключается в решении определённого типа инженерных задач с помощью развитых в теории методик, типовых расчётов, удобных для применения в различных более специальных научно-технических и инженерно-проектных исследованиях и разработках. Создание же новых таких методик, выработка правил и доказательство теорем об адекватности эквивалентных преобразований и допустимых аппроксимаций, конструирование новых типовых теоретических схем и моделей относится к развитию технической теории. Но вначале остановимся на особенностях формирования технических теорий.