Тема 6. Эмпирический и теоретический уровни технического знания. Его структура и основные понятия.

Структуру технического знания легче всего уяснить в процессе анализа решения инженерной задачи:

1) Вначале определяется предельно общая морфология и функция ТС.

Из законов природы, которые открываются естественными науками, выбирается подходяший для решения поставленной задачи. Он реализуется в техническом принципе действия, который указывает на физические составляющие и на этот закон, по которому они взаимодействуют, а также на основные предполагаемые структурные части ТС. Они и являются носителями этих физических составляющих. Принцип действия изначально задает определенное единство всей ТС.

Напр., расширяющийся газ и твердое тело, на которое он давит в паровой турбине, в двигателе внутреннего сгорания по законам термодинамики. Но в реактивном двигателе этот же газ, наоборот, движется от этого тела, обеспечивая импульс по третьему закону механики. Рабочее тело одно – газ, а взаимодействие с телом разное. Поэтому и принцип действия разный.

Дается понятие основной технической функции, которую м. осуществить с помощью этого принципа действия. Техническая функция дает общее представление о приносимом ТС полезном эффекте и области применения ТС, которые сохраняются в различных ситуациях ее применения. Преобразование ТС-ой входящего потока вещества (какой-либо материи), энергии и информации в исходящий с определенными параметрами в условиях определенной среды и есть техническая функция.

2) Принцип действия конкретизируется в техническом способе действия, который описывает части технической системы и их принципиальную комбинацию, их связь. Способ действия является одним из вариантов выполнения поставленной задачи.

Напр., асинхронный двигатель, принципом действия которого является превращение энергии вращающегося магнитного поля в энергию механического вращения твердого тела, может быть выполнен тремя способами действия. Вращающееся поле может создаваться от трехфазного тока и от простого переменного тока, проходящего через два типа различных обмоток.

На этом этапе также конкретизируется и техническая функция, происходит ее качественное описание. Конкретные процессы, которые должны происходить в технической системе, в которых должна воплощаться эта техническая функция образуют четвертое понятие технических наук – технические свойства. Это описание в общих понятиях тех существенных частных специфических действий, которые составляют техническую функцию. Описание должно быть достаточным.

Происходит замещение технических свойств и способа действия, т. е. качественного описания символами, которые связываются в закономерные зависимости, и представляются в виде формул. Напр., сцепление зубцов шестереночной передачи представляется в виде формул законов прикладной механики, с которыми соотносятся формулы, отражающие параметры самих шестерней.

3) Происходит приближение полученных зависимостей к реальной технической системе с помощью коэффициентов, которые учитывают реальные, а не идеализированные условия функционирования и свойства технической системы. Формулы наполняются коэффициентами и производится расчет, исходя из поставленной задачи.

Рассчитывается конструкция технической системы – совокупность всех частей технической системы в их связности в детальном, конкретном описании. Конструктивное исполнение также может быть разное, с разл. параметрами, в том числе типовое.

Знание о конструкции дополняется техническими характеристиками, которые являются количественной оценкой технических свойств, т. е. частных действий технической системы. Формы описания параметров функционирования - графики, таблицы, функциональные зависимости, числовые коэффициенты, системы уравнений и пр.

Т. о. функциональное описание и морфология изобретаемой или проектируемой технической системы соответствуют друг другу и нуждаются друг в друге. При этом принцип действия соотносится не только со способом действия и технической функцией, но и опосредованно с техническими характеристиками и конструкцией.

Этим этапам технического знания соответствуют уровни технической теории: фундаментальная (теоретич. механика), частная (прикладная механика) и конкретная (теория механических передач). В конкретных технических науках разрабатываются обобщенные представления о всех параметрах и частях технической системы. Представление о конкретной конструкции получается путем подставления в теоретические формулы конкретной теории заданных значений параметров и соответствующие числовые значения коэффициентов.

На уровне описания способа действия и технических свойств, т. е. на втором этапе может составляться три типа схем, которые также являются неотъемлимыми частями тех. знания:

1) Вначале - структурная схема технической системы, которая условно, графически указывает конструктивное расположение ее элементов и связей между ними, в которых движется и преобразуется какой-либо поток, т. е. указывается на способ действия. Это могут быть нач. и кон. пункты его преобразования и узловые точки. Структурная схема отражает принцип действия, выражает его в идеализированных теоретических объектах, условных обозначениях как теоретический набросок.

Если элементы и соответственно типы связей между ними уже известны и подобраны, т. е. изобретать их не надо, то на схеме может быть указаны их конструктивно-технологические и технологические стандартные параметры.

2) Структурная схема преобразуется в поточную схему, в которой дается представление о преобразовании физических параметров протекающего через структурную схему потока, т. е. технических свойств. На ней отсутствует информация о параметрах элементов технической системы и типах их связи. Напр., в поточной электрической схеме указываются, какие параметры электрического тока будут меняться в каждом элементе структурной схемы.

Если эти элементы уже известны, то указываются их числовые значения.

3) Строится функциональная схема технической системы. Она является результатом приспособления поточной и структурной схем друг к другу и поэтому определенным их совмещением. На ней обозначаются конструктивные элементы, их связи и выполняемые ими функции-преобразования потока.

Т. о. все эти схемы взаимно кореллируются и выражают определенный угол зрения на техническую систему.

- Схемы составляются чаще всего из типовых элементов – абстрактных обобщенных идеализированных объектов: диполь, вибратор, резонатор, усилитель, кинематическое звено, резистор, конденсатор, супергитеродин и пр.

- В технических теориях нормированы правила эквивалентного преобразования как схем, так и абстрактных объектов в них.

- Т к. в технических системах преобразуется множество различных потоков, может быть множество этих схем для одной технической системы.

В систему теоретического знания технических наук входят обобщенные представления о принципе и способе действия, конструкции, технических функции, свойствах и характеристиках технической системы вместе с отражающими их структурной, поточной и функциональной схемами. Эти знания выражаются в фундаментальной, частной и конкретной технических теориях.

В целом под теоретической технической наукой понимают дисциплину, изучающую основные явления, используемые техникой, общие законы их протекания в технике и общие методы их исследования и расчета. Методы расчета исследует прикладная математика и математическая логика.

Эмпирический уровень технического знания образуют конкретные конструктивно-технические и технологические знания о технической системе, образующиеся на третьем этапе решения технической задачи, а именно сведения о конструкции и технических характеристиках.

Эмпирические и теоретические знания имеют место и тогда, когда описывается техническая деятельность. Тогда теоретические рекомендации по применению чаще всего носят эвристический характер, а эмпирические – инструктивный. Технология деятельности также может быть представлена абстрактными объектами – элементами ее.

- Движение мысли инженера может происходить и в обратную сторону, т. е. от конкретной техники, которая требует описания или преобразования, к обобщенному теоретическому представлению о ней. При этом все этапы научного исследования повторяются в обратном порядке.