4.1 Чешев в.В.

Новый этап развития науки и техники, начавшийся после второй мировой войны, характеризуется рядом коренных преобразований, получивших название научно-технической революции. В этот период произошли значительные изменения в содержании науки, в ее организации, в методах исследования и способах связи с практикой, в частности, интенсивно развивались прикладные исследования. Не менее значительные изменения произошли и в инженерной деятельности, в инженерном мышлении, в способах инженерного проектирования, в социальных институтах науки и инженерии, в содержании и организации технического знания. Некоторые наиболее существенные стороны указанных изменений необходимо принять во внимание при рассмотрении тенденций развития технического знания на современном этапе.

Качественно новый этап технического прогресса коснулся всех сторон техносферы. Изменения производственно-технологического и собственно технического характера отразились обострением экологической проблемы, вызванной не только выбросами и угрозой исчерпания невозобновляемых природных ресурсов, но и неизбежным в условиях промышленного развития преобразованием природной среды, принявшим глобальный характер. Фундаментальную роль в этом процессе сыграла микроэлектроника, открывшая принципиально новые возможности обработки и передачи информации, управления технологическими процессами и т.п. Что же касается инженерного мышления и методов инженерного проектирования, то здесь исключительная роль принадлежит развитию системного подхода и средств системного анализа и системного проектирования. Системотехника в ее различных проявлениях стала новой ветвью технических дисциплин. Соединяясь с техническими науками «классического типа», системное мышление внесло в них новое содержание. Оно преобразовало методы инженерного проектирования, а также содержание и дисциплинарную организацию всех технических дисциплин.

Период формирования технических наук был одновременно периодом становления инженерии, находившей опору преимущественно в естественнонаучном знании. Технические объекты стали рассматриваться как формы естественных процессов, и приемы научного описания технических объектов складывались одновременно с появлением методов проектирования технических средств на основе исследования природных процессов. В современных условиях этот тип инженерного знания и связанный с ним путь создания новых технических средств не утратил своего значения. Однако современные задачи проектирования существенно изменили стиль мышления инженера, когда заставили его подойти к техническим объектам как системам.

Системный подход начал распространяться в науке и технике со второй половины XX века. Причиной его появления стало усложнение объектов, с которыми имеет дело человеческая практика. Технические науки изначально являлись средством, обеспечивавшим оптимизацию создаваемых в инженерной деятельности объектов. Однако задача оптимизации сложных многоэлементных объектов или технологических процессов, складывающихся из большого числа технологических операций, к которым переходила инженерия XX века, не могли быть решены на основе традиционных «классических» естественно­научных и технических знаний.

Необходимость в новых системных представлениях ранее всего обнаружила себя при решении задач управления сложными объектами, например, при управлении средствами противовоздушной обороны во второй мировой войне. Управление сложным комплексом потребовало новых средств его описания, именно, необходимо было изобразить его как сложную систему. Подобные системные объекты вынуждали обратить на себя внимание при регулировании транспортных потоков, управлением войсками, производственными процессами и т.п. Вначале системные задачи возникали по преимуществу при эксплуатации сложных комплексов названного типа. Но очень скоро обнаружилась потребность в системных представлениях в процессе проектирования сложных производственно-технических комплексов. В послевоенный период шел быстрый процесс выработки научного аппарата описания сложных систем, и в этом процессе ведущую роль играли задачи инженерного проектирования, хотя системные представления были экстраполированы также и на природные объекты. В этой связи возникает вопрос: что характерно для системного подхода в инженерии и технических науках, чем он отличается от инженерной деятельности XIX века и как он влияет на технические знания?

Прежде всего, необходимо отметить, что системный подход более широк, чем тот «процессный», на который опирались технические науки XIX века и который лежит в основании большинства современных технических дисциплин «классического типа». Для системного подхода характерна всесторонняя разработка функциональных представлений, отвлекающихся от морфологических структур и естественных физических процессов, опосредующих функциональные связи. Система изображается как набор функциональных элементов и функциональных связей, с помощью которых реализуется целевое назначение объекта.

Как это случалось и ранее, практическое освоение сложных системных объектов началось раньше разработки теоретического аппарата системного мышления. В этой связи становится понятным, что развитие и усложнение производственно-технологических процессов, а также внедрение систем управления явились непосредственным толчком к теоретическому осознанию системного подхода, к созданию средств системного изображения объектов, вообще потребовали быстрого развития и внедрения системных представлений в инженерию. Первым и достаточно простым вариантом системного подхода в технических науках явились приемы структурно-функционального анализа, распространенные в теории автоматического регулирования. Регулируемая система расчленяется в таком случае на простые функциональные элементы и изображается с помощью схемы, «в которой каждому функциональному элементу системы соответствует определенное звено». Система предстает как цепь звеньев, по которой распространяется сигнал управляющего воздействия. Другой способ изображения системы динамические структурные схемы, в которых «каждой математической операции преобразования сигнала соответствует определенное звено». Системы такого рода являются, как правило, простыми динамическими системами, описываемыми дифференциальными уравнениями: «Общим для всех систем может служить описание их дифференциальными уравнениями, связывающими координаты состояний объекта и управляющего устройства с входными воздействиями на систему. Физическая природа и соответственно размерность координат этих векторов может быть самой различной». Характерной особенностью анализа систем такого рода является то, что их функциональные и структурные схемы отражают связи управления, существующие между элементами системы. С точки зрения управления системой ее элементы выступают в таком случае как звенья последовательного преобразования сигнала, образующие различные по своей сложности структуры, представляющие замкнутые либо разомкнутые контуры управления. Не удивительно, что теория автоматического управления носит преимущественно математический характер, ибо описывает процессы преобразования сигналов управления в различных по своей природе системах.

Теория автоматического регулирования и управления начала складываться еще в XIX веке на основе описания действия разнообразных регуляторов. Она развивалась преимущественно как описание динамических систем с помощью дифференциальных уравнений. Принципиально новые методы анализа систем, решающие новые задачи, стали складываться во второй половине XIX века. Эти методы направлены преимущественно на анализ статистических систем. Они известны под различными наименованиями: исследование операций, теория принятия решений, анализ решений, системный анализ и т.п. Такие методы системного анализа опираются исключительно на математические модели и, как правило, не имеют дело ни с функциональными, ни со структурными схемами, изображающими исследуемый объект. В большинстве случаев структурные модели изучаемых объектов либо не могут быть построены, либо вообще не нужны. Эта особенность математических методов системного анализа вытекает из характера решаемых ими задач. Описываемые объекты заданы в таких случаях взаимосвязанной совокупностью действий (решений, операций) и результатов, достигаемых при осуществлении действий.

…В целом системный подход проникает в инженерную деятельность, как нам представляется, двумя путями. С одной стороны, это анализ строения и функционирования сложных технических объектов, представляющих собой системы. Такой подход требует специальных средств изображения систем, представленных соответствующими элементами (узлами, подсистемами и т.п.), и их связей. На этом пути вырабатывался ряд ключевых понятий системного подхода, в частности, представления о целостности системы, ее устойчивости и функционировании во взаимодействии с окружающей средой, а также представления о самоорганизации и развитии сложных систем. Эта ветвь системного подхода охватила не только инженерные, но и органические и неорганические природные объекты. На системных представлениях базируется технетика, разрабатываемая Б.И. Кудриным и претендующая на универсальную системную теорию, охватывающая как инженерные, так и природные системы. Другой путь развития системных представлений, о котором шла речь выше, – анализ решений, исследование операций и другие математические дисциплины, используемые для решения вопросов планирования деятельности в тех или иных условиях. Эти два пути отличаются друг от друга. Анализ технических систем, применяемый в теории автоматического регулирования, опирается на те или иные онтологические модели используемых систем, в то время как теория и практика приня тия решений основываются на математическом моделировании проблемных ситуаций. Впрочем, оба подхода к исследованию сложных объектов имеют точки соприкосновения, поскольку анализ функционирования сложных систем (например, систем регулирования и управления) в условиях неопределенных стохастических воздействий может опираться на те же самые математические модели, что и исследование операций, и т.п.

…Соотношение системного мышления и методов расчета и проектирования, основанных на технических науках «классического типа», отражает динамику инженерной деятельности. Инженер XIX века имел по преимуществу дело с объектами, функции которых были четко очерчены. Его задача заключалась чаще всего в поиске оптимального варианта конструкции, причем проектировщик имел дело с ограниченным числом альтернатив. Проблемы, решаемые современным инженером-проектировщиком, носят иной характер. Поскольку проектировочная деятельность сегодняшнего дня имеет дело с системными объектами и базируется на системных представлениях, то первый этап проектировочной деятельности связан с оптимизацией функций проектируемого сложного объекта. Именно эта стадия проектирования в большей степени, чем какая-либо другая, требует применения математических методов системного анализа. Проектируемый объект оказывает разностороннее воздействие на среду, и задача определения функций и свойств будущего технического объекта трансформируется в задачу поиска оптимального решения, характерную для системного анализа. Поиск оптимального варианта распределения функций часто приводит к решительному пересмотру принципов решения задачи.

…Развитие системных представлений не отменяет роли и значения технического знания, построенного как описание объекта со стороны его морфологического строения, функционирования и естественного процесса, на котором основывается действие объекта. Использование представлений о естественном процессе привело в свое время к построению технических теорий, позволяющих найти оптимальные соотношения для структурно-морфологических элементов объекта и их количественных характеристик. Но оно не дает средств для оптимизации функций и функциональной структуры системного объекта. Этот недостаток традиционного проектирования устраняет системный подход. Универсальность системного подхода обусловлена тем, что он отвлекается от физических процессов и отображает объект как функциональное целое безотносительно к его физическому содержанию. В результате появляется возможность представить как целостный организм не только отдельное устройство или технологическую операцию, но и производственный цикл в целом со всем многообразием происходящих в нем процессов.

Оптимизация функций, достигаемая на основе системного подхода или методов системного анализа, сама по себе недостаточна для создания технических систем, так как на определенной стадии проектирования неизбежен переход к морфологическим элементам и способам их соединения, составляющим реально функционирующую техническую систему. Поэтому описание объектов на основе физических («процессных») представлений не теряет своего значения. Более того, в условиях широкого использования научных знаний оно становится основным инструментом перехода от функционального описания к структурно-морфологическому.

Знание, построенное по принципам технической науки XIX века, сохраняет свою роль. Но включение его в круг системных представлений и системного проектирования изменяет характер технических наук. Среди этих изменений важное значение имеют следующие. Возрастает роль не только теоретических построений, выстраиваемых с использованием естественнонаучных теорий, но все большее Значение приобретает использование математических моделей на стадии проектирования. Возрастание роли технического знания такого типа обусловлено тем, что переход от природного процесса к морфологическим элементам является наиболее эффективным способом поиска предметных структур, усилившим свое значение в условиях научно-технической революции. Постепенное совершенствование объекта, сопровождающееся поиском методов его описания, как это было, например, с паровой машиной, не может удовлетворить современную инженерию, не может привести к эффективному решению ее проблем.

Развитие абстрактно-теоретического аппарата технического знания сопровождается универсализацией способов технического описания и методов перехода от процесса к структуре, к предметным элементам. При этом структура трехмерного технического описания, сложившаяся исторически в ходе решения инженерных задач, остается ядром теоретических построений в технических науках. Но научиться прослеживать ее в различных технических дисциплинах и овладеть универсальными методами построения теории, позволяющими легко переходить от описания объектов одного типа к объектам другого, задача, выдвинутая развитием инженерного образования в послевоенный период научно-технической революции.

На первом ее этапе возрастание теоретической подготовки инженера выражалось в усилении его естественнонаучного и математического образования. В дальнейшем в инженерном образовании все большую роль стала играть методологическая подготовка инженера, выражающаяся в обучении его специфическим методам инженерного мышления, точнее сказать, обучению его современным методам инженерного проектирования. Этим обстоятельством обусловлено становление, развитие и распространение системотехники как инженерно-технической дисциплины, развитие методов системного проектирования и т.п. Техническое знание классического типа осталось в этих условиях повседневным и привычным инструментом, опирающимся на широкий естественнонаучный и математический аппарат. Но и в этом знании важное значение приобретает не только содержание той или иной инженерной дисциплины, но и ее метод. Более того, классические дисциплины испытываю воздействие новых обстоятельств и новых форм системного проектирования, что ведет к становлению технических наук, которые принято характеризовать как неклассические научно-технические дисциплины. Это отчасти преобразованные классические науки инженерного цикла, отчасти вновь возникшие научно-технические дисциплины, анализ которых проделан В.Г. Гороховым.

В.Г. Горохов называет десять признаков неклассических научных дисциплин. Мы остановимся лишь на тех, которые на наш взгляд наиболее существенны. К таким признакам относится, в частности, комплексность современного научно-технического знания и появление комплексных дисциплин. Ранее уже указывалось, любой инженерный объект требует разностороннего описания. Например, электрические машины предстают как объект электродинамики, механики и теплотехники, поскольку в них совершаются все названные процессы и проектируемая машина должна удовлетворять требованиям механической прочности и соответствующим требованиями по теплообмену. Тем не менее, каждое из этих описаний возникает как сфера приложения соответствующей технической дисциплины, т.е. теоретической механики и теплотехники. В условиях же доминирования системных представлений и системного проектирования происходит объединение различных дисциплинарных подходов с целью получить изначальное многомерное видение соответствующего системного объекта, что и порождает организацию технического знания в виде комплексных дисцип­лин, получающих собственную системную организацию.

Одним из важных признаков современного технического знания является его методологическая ориентация. Комплексные технические дисциплины включают в себя не только описание соответствующих системных объектов, но и методологическую рефлексию по поводу их создания. Иначе говоря, они включают в себя обоснование тех или иных методов системного проектирования, тех или иных методов решения сис темных задач. Тем самым к описанию объектов присоединяется описание деятельности по их проектированию и использованию в социальной среде. Стремление к такому синтезу можно найти еще в трактате М.П. Витрувия, представлявшим собой синкретический свод не дифференцированного технического знания. На современном же этапе методологическия рефлексия предстает в качестве своеобразного верхнего этажа комплексной технической дисциплины.

Можно отметить еще два характерных свойства современного технического знания. Одно из них связано с возрастанием роли научной картины мира для его системной организации. Речь идет не только о естественнонаучно картине мира, но в еще большей мере о целостном представлении о мире техники, формирующемся в инженерном сознании в виде тех или иных представлений о природе техники и ее месте в социальном целом. Такие представления могут принимать характер целостной концепции в рамках тех или иных воззрений на природу техносферы, ее эволюцию и роль в социогенезе. Наконец, важно отметить, что комплексность современного технического знания включает в себя размывание дисциплинарных границ между техническим и социально-гуманитарным знанием

…Изменения в характере технического знания и инженерной деятельности не могли не затронуть вопросы инженерного образования.

…В конечном счете можно выделить три основные особенности в развитии технических наук и инженерной деятельности на современном этапе. Одна из них состоит в проникновении системного подхода в инженерию, сопровождающемся перестройкой методов проектирования технических объектов и внедрением математических приемов системного анализа. Вторая особенность состоит в возрастании роли технической теории в образовании и практической деятельности инженера. Наконец, третья особенность современного периода развития технических наук - возрастание интереса к методологическим проблемам технического знания и инженерной деятельности, сопровождающееся появлением исследований по методологическим проблемам технического знания, инженерного проектирования и инженерного образования

Чешев В.В. Техническое знание/В.В. Чешев. – Томск: Изд–во Том. гос. архит.–строит. ун–та, 2006 – С. 224 – 238.