1. Научно-технический прогресс и инженерная деятельность

Зарождение, становление и развитие инженерной деятельности и технического образования являются важными вехами в процессе формирования человеческой цивилизации, значительными этапами в развитии техники, науки и культуры Исторический процесс становления и развития инженерной деятельности и инженерного образования можно условно разделить на пять этапов, соответствующих пяти основным историческим этапам развития техники:

1 этап – (инструментализации, праинженерный) соответствует развитию инструментов и орудий труда в условиях ручного производства. Он начинается с появлением письменности и отделением умственного труда от физического.

2 этап – (механизации, прединженерный) соответствует периоду развития механизмов и механизации производственных процессов, начавшихся еще на предшествующем этапе, но ставших значимыми для производства с наступлением новой эры. Процесс механизации особенно интенсифицировался в эпоху Возрождения.

3 этап – (машинизации, инженерный) стал периодом становления инженерной профессии в социальном плане, обретением ею своего общественного статуса. Основой для подобной трансформации стал переход от мануфактурного к машинному производству с изобретением парового двигателя в эпоху разложения феодально-крепостнических и утверждения капиталистических производственных отношений.

4 этап – (автоматизации, развитый инженерный) является этапом автоматизации и связан с наступлением с середины ХХ в. научно-технической революции (НТР). Мощным стимулирующим фактором в развитии инженерной деятельности и инженерного образования на данном этапе стало бурное, опережающее развитие науки и ее превращение в непосредственную производительную силу. Непрерывное ускорение в развитии техники не могло осуществляться без широкого использования результатов научных исследований. Наука окончательно вырвалась вперед по отношению к технике, обеспечивая, таким образом, резкое ускорение технического прогресса.

5 этап – (кибернетизации, постинженерный) развития инженерной деятельности и инженерного образования связан с наступлением этапа кибернетизации и второго этапа НТР, развернувшейся на границе тысячелетий, а также зарождением шестого технологического уклада, в основе которого закладываются нанотехнологии, генная инженерия и информационная революция.

2. Планирование научных исследований

Планирование научного исследования имеет важное значение для ее рациональной организации. В научно-исследовательских и образовательных учреждениях по темам научно-исследовательских работ составляются рабочие программы и планы-графики их выполнения. При подготовке монографий, учебников, учебных пособий и лекций разрабатываются планы-проспекты этих работ.

Рабочая программа – это изложение общей концепции исследования в соответствии с его целями и гипотезами. Она состоит, как правило, из двух разделов: методологического и процедурного. Методологический раздел включает: 1) формулировку проблемы или темы; 2) определение объекта и предмета исследования; 3) определение цели и постановку задач исследования; 4) интерпретацию основных понятий; 5) формулировку рабочих гипотез.

Формулировка проблемы (темы)– это определение задачи, которая требует решения. Проблемы бывают социальные и научные. Под социальной проблемой понимают противоречие в развитии общественной системы или отдельных ее элементов. Научная (гносеологическая) проблема – это противоречие между знаниями о потребностях общества и незнанием путей и средств их удовлетворения. Такие проблемы решаются путем создания теории, выработки практических рекомендаций.

Определение объекта и предмета исследованияявляется важным методологическим этапом научной научно-исследовательской работы. Объект исследования – это материальная или идеальная система. Предмет исследования – это структура система закономерностей взаимных элементов внутри системы и вне ее, закономерности развития, различные свойства, качества и т.д.

Цель исследования– это всестороннее изучения объекта, процесса и явления, их структуры, связей и отношений, на основе разработанных в науке процессов и методов познания, а также получение и внедрение в производство полученных результатов. Задачи исследования – это то, что требует решения в процессе исследования; вопросы, на которые должен быть получен ответ.

Интерпретация основных понятий– это истолкование, разъяснение значения основных понятий. Существуют теоретическая и эмпирическая интерпретация понятий. Теоретическое истолкование представляет собой логический анализ существенных свойств и отношений интерпретируемых понятий путем раскрытия их связей с другими понятиями. Эмпирическая интерпретация – это определение эмпирических значений основных теоретических понятий, перевод их на язык наблюдаемых фактов.

Формулировка гипотез.Гипотеза как научное предположение, выдвигаемое для объяснения каких-либо фактов, явлений и процессов, является важным инструментом успешного решения исследовательских задач. Программа исследования может быть ориентирована на одну или несколько гипотез.

Конкретное научное исследование осуществляется по принципиальному плану, который строится в зависимости от количества информации об объекте исследования. Планы бывают разведывательные(применяется, если об объекте и предмете исследования нет ясных представлений и трудно выдвинуть рабочую гипотезу),аналитические или описательные(используется тогда, когда можно выделить объект и предмет исследования и сформулировать описательную гипотезу) иэкспериментальные(применяется, когда сформулированы научная проблема и объяснительная гипотеза).

Вопрос №3.К основополагающимэтапам научного исследования относятся:

• возникновение идеи;

• формирование понятия;

• формирование суждения;

• выдвижение гипотезы;

• доказательство правильности гипотезы и суждения.

Идея – объяснение явления или процесса интуитивно без промежуточного аргументирования, без осознания всей совокупности связей, на сновании которых делается вывод. Идея базирует­ся на имеющихся знаниях по выбранному направлению исследований и вскрывает факт того, что раннее (предшественниками) не было замечено (какие-либо не замеченные особенности, закономерности протекания про­цесса, явления). По сути дела, предлагаемая идея подчеркивает или опре­деляет новизну работы, что является обязательным в исследовательской деятельности.

Материализацией идеи выступает гипотеза – предположение о причине, которую вызывает данное следствие, которая после уточнения превращается в закон – внутренняя существенная связь явлений обуславливающая их необходимое закономерное развитие, выражает определенную устойчивую связь между явлениями или свойствами материальных объектов. В дальнейшем гипотеза может стать теорией.

Теория – система обобщенного знания, объяснения тех или иных сто­рон действительности, формируемой на основе известных принципов, ак­сиом, законов, суждений, положений, понятий, категорий и фактов.

4. Общая классификация методов научных исследований; общенаучные методы

Многообразие видов человеческой деятельности обуславливает и многообразие методов научного познания, которые могут быть классифицированы по различным основаниям и критериям. Прежде всего, в научной методологии выделяют:

• методы духовной (в том числе и научной);

• методы практической деятельности.

Однако в настоящее время, очевидно, что методология не может быть ограничена лишь сферой научного познания, а должна, в свою очередь, выходить далеко за его пределы и непременно включать в свою орбиту и сферу практики.

Что же касается методов науки, то оснований для их разделения на группы (или классы) может быть несколько. Так,

1. по роли и месту в процессе научного познанияразличают:

• методы формальные (методы формальной и математической символической логики);

• содержательные.

2. К основным видам содержательной методологииотносятся:

• методы философские,

• общенаучные,

• общелогические,

• частнонаучные.

Выделяются и такие методы науки, как:

• эмпирические и теоретические,

• фундаментальные и прикладные,

• методы исследования и методы изложения.

Содержание изучаемых объектов также может служить основанием для разделения совокупности методов на две группы:

1. методы естествознания

2. методы социально-гуманитарных наук.

В свою очередь, методы естественных наук могут быть подразделены на методы изучения неживой природы и методы изучения живой природы. В этой связи выделяют также методы качественные и количественные, вероятностные, непосредственного и опосредованного познания и др.

В современном науковедении успешно работает многоуровневая методологическая классификация методов научного познания, согласно которой по степени общности и сфере действия методы научного познания подразделяются на:

• всеобщие философские,

• общенаучные,

• частнонаучные,

• дисциплинарные,

• междисциплинарные методы исследования.

I. Всеобщие философские методы, среди которых наиболее древними являются диалектический и метафизический. По существу каждая философская концепция имеет методологическую функцию, является своеобразным способом мыслительной деятельности. Поэтому философские методы не исчерпываются двумя названными. К ним относятся также такие методы, как аналитический (характерный для современной аналитической философии), интуитивный, феноменологический, герменевтический (понимание) и др.

Следует отметить, что философские методы - это не свод жестко фиксированных регулятивов, а система мягких принципов, операций, приемов, носящих всеобщий, универсальный характер, находящийся на самых высших «этажах» абстрагирования. Поэтому философские методы не описываются в строгих терминах логики и эксперимента, не поддаются математизации и формализации.

Философские методы определяют лишь самые общие регулятивы исследования, его генеральную стратегию, но не заменяют специальные методы и не определяют окончательный результат познания прямо и непосредственно. Опыт показывает, что «чем более общим является метод научного познания, тем он неопределеннее в отношении предписании конкретных шагов познания, тем более велика его неоднозначность в определении конечных результатов исследования». Но это не означает, что философские методы не обязательны в научном исследовании. Например, ошибочные исходные установки с самого начала предполагают искажение объективной истины и могут привести к ограниченному взгляду на сущность изучаемого объекта.

Важное значение в научном исследовании имеет принцип всеобщей связи и взаимозависимости. Дело в том, что окружающий мир представляет собой единое целое, определенную систему, где каждый предмет неразрывно связан с другими предметами, и все они постоянно взаимодействуют друг с другом. При этом любой из них не только находится во взаимосвязи и взаимодействии с другими, внешними явлениями, но одновременно каждая вещь имеет в себе множество внутренних сторон. Всеобщая связь и взаимозависимость явлений имеют место не только в природе и обществе, но и в мышлении.

II. Общенаучные методы исследования, так же, как и другие методы классифицируется по степени общности и сфере действия. Они получили широкое развитие и применение в науке в XX в. Общенаучные методы выступают в качестве своеобразной промежуточной методологии между философией и фундаментальными теоретико-методологическими положениями специальных наук. К общенаучным относятся такие понятия, как «информация», «модель», «структура», «функция», «система», «элемент», «вероятность», «оптимальность».

На основе общенаучных понятий и концепций формируются соответствующие методы и принципы познания, которые обеспечивают связь и оптимальное взаимодействие философии со специально-научным знанием и его методами. К числу общенаучных методов относятся системный, структурно-функциональный, кибернетический, вероятностный, моделирование, формализация и др.

В последнее время интенсивно развивается такая общенаучная дисциплина, как синергетика - теория самоорганизации и развития отдельных целостных систем любого происхождения - природных, социальных, когнитивных (познавательных). Основные понятия синергетики - «порядок», «хаос», «нелинейность», «неопределенность», «нестабильность» и др. Синергетические понятия тесно связаны и переплетаются с рядом философских категорий, особенно таких, как «бытие», «целое», «случайность», «возможность» и т.д.

Следует отметить, что в структуре общенаучной методологии чаще всего выделяют три уровня методов и приемов научного исследования:

- Методы эмпирического исследования - наблюдение, эксперимент, сравнение, описание, измерение;

- Методы теоретического исследования - моделирование, формализация, идеализация, аксиоматический метод, гипотетико-дедуктивный метод, восхождение от абстрактного к конкретному и др.;

- Общелогические методы научного исследования: анализ и синтез, индукция, дедукция и аналогия, абстрагирование, обобщение, идеализация, формализация, вероятностно-статистические методы, системный подход и др.

Важная роль общенаучных подходов состоит в том, что благодаря своему «промежуточному характеру» они опосредуют взаимопереходы философского и частнонаучного, дисциплинарного, междисциплинарного знания и соответствующих методов научного исследования.

III. Частнонаучные методы исследования. Определяются, прежде всего, специфическим характером отдельных форм движения материи. Каждая сколько-нибудь развитая наука, имея свой особый предмет и свои теоретические принципы, применяет свои особые методы, вытекающие из того или иного понимания сущности её объекта.

Частнонаучную методологию чаще всего определяют как совокупность методов, принципов и приемов исследования, применяемых в той или иной науке. К ним обычно относят механику, физику, химию, геологию, биологию, социальные науки.

IV. Дисциплинарные методы научного исследования, т.е. системы приемов, принципов, применяемых в той или иной дисциплине, входящей в какую-нибудь отрасль науки или возникшей на стыках наук. Каждая фундаментальная наука представляет собой комплекс дисциплин, которые имеют свой специфический предмет и свои методы исследования.

С высоты сегодняшнего уровня развития научного познания, очевидно, что есть система определенных научных дисциплин, число которых быстро растет несмотря на интегративные процессы. Сформировались многочисленные «стыковые» дисциплины, такие как биофизика, геофизика, физическая химия, геохимия, электрохимия. Усилилось взаимодействие различных наук и научных дисциплин, а значит, их методов и приемов исследования.

V. Методы междисциплинарного исследования. Углубление взаимосвязи наук приводит к тому, что результаты, приемы и методы одних наук все более широко используются в других, например применение физических и химических методов в биологии, медицине. Это порождает проблемы методов междисциплинарного исследования. Последние можно определить как совокупность ряда синтетических, интегративных способов, возникших как результат сочетания элементов различных уровней методологии, нацеленных главным образом на стыки научных дисциплин. Эти методы широко применяются в комплексных научных программах.

Как видно, методология не может быть сведена к какому-то одному, даже «очень важному», методу, а тем более, «единственно научному». В научном исследовании функционирует сложная, динамическая, целостная, субординированная система многообразных методов разных уровней, сфер действия, направленности, которые всегда реализуются с учетом конкретных условий. Среди них наиболее универсальными, применяемыми как в познании, так и в практике, являются философские методы.

5. Методы научных исследований эмпирического уровня

Научное исследование – изучение различными научными методами того или иного явления или процесса.

Цель научного исследования – получение еще неизвестных знаний о явлении или процессе и дальнейшее полезное использование этих знаний в практической деятельности.

Научное исследование имеет две составляющие:

 объект научного исследования;

 предмет научного исследования.

Под объектомнаучного исследования понимают материальную

систему, а под предметомструктуру закономерностей взаимодействия элементов (факторов) этой системы.

Метод – путь исследования, способ достижения цели, способ решения задачи.

В области машиностроения (конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств) находят применение следующие методы:

1) наблюдение;

2) счет;

3) измерение;

4) сравнение;

5) эксперимент;

6) обобщение;

7) анализ;

8) аналогия;

9) моделирование.

На эмпирическом уровне преобладает живое созерцание (чувственное познание), рациональный момент и его формы (суждения, понятия и др.) здесь присутствуют, но имеют подчиненное значение. Поэтому исследуемый объект отражается преимущественно со стороны своих внешних связей и проявлений, доступных живому созерцанию и выражающих внутренние отношения. Сбор фактов, их первичное обобщение, описание наблюдаемых и экспериментальных данных, их систематизация, классификация и иная фактофиксирующая деятельность — характерные признаки эмпирического познания.

Эмпирическое, опытное исследование направлено непосредственно (без промежуточных звеньев) на свой объект. Оно осваивает его с помощью таких приемов и средств, как описание, сравнение, измерение, наблюдение, эксперимент, анализ, индукция, а его важнейшим элементом является факт.

1. Наблюдение — познание процесса взаимодействия объектов материального мира через различные органы чувств, без вмешательства со стороны исследователя в этот процесс.

Приведем несколько примеров:

1) можно визуально оценить устойчивость протекания процесса электроэрозионной размерной обработки проволочным электродом-инструментом, опираясь на колебания показаний вольтметра контроля напряжения в межэлектродном промежутке системы обратной связи электроэрозионного вырезного станка с ЧПУ. Если стрелка прибора находится в пределах одного и того же значения с максимальным отклонением не более ±0,5 В, то процесс электроэрозионного резания устойчив. В противном случае требуется корректировка показателей электрического режима обработки;

2) по наличию следов дробления на обработанной шлифованием поверхности заготовки можно судить о затуплении шлифовального круга или о его дисбалансе;

3) наличие прижогов на обработанной шлифованием поверхности заготовки может свидетельствовать о правильности выбора характеристики круга и назначения режима обработки, а также о затуплении инструмента;

4) визуально можно оценить режущую способность лезвийного инструмента (например, токарного резца, сверла) по характерному звуку, приближающемуся к «свисту» в процессе обработки;

5) по запаху можно оценить состояние смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).

2. Эксперимент — активное и целенаправленное вмешательство в протекание изучаемого процесса, соответствующее изменение исследуемого объекта или его воспроизведение в специально созданных и контролируемых условиях, определяемых целями эксперимента. В его ходе изучаемый объект изолируется от влияния побочных, затемняющих его сущность обстоятельств и представляется в «чистом виде».

Основные особенности эксперимента: а) более активное (чем при наблюдении) отношение к объекту исследования, вплоть до его изменения и преобразования; б) возможность контроля за поведением объекта и проверки результатов; в) многократная воспроизводимость изучаемого объекта по желанию исследователя; г) возможность обнаружения таких свойств явлений, которые не наблюдаются в естественных условиях.

3. Сравнение — познавательная операция, выявляющая сходство или различие объектов (либо ступеней развития одного и того же объекта), т. е. их тождество и различия. Оно имеет смысл только в совокупности однородных предметов, образующих класс. Сравнение предметов в классе осуществляется по признакам, существенным для данного рассмотрения. При этом предметы, сравниваемые по одному признаку, могут быть несравнимы по другому.

4. Описание — познавательная операция, состоящая в фиксировании результатов опыта (наблюдения или эксперимента) с помощью определенных систем обозначения, принятых в науке.

5. Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Например:

измерить линейный размер заготовки с помощью штангенинструмента (штангенциркуля), микрометрического инструмента (микрометра), вертикального или горизонтального оптиметра, длиномера, индикаторного нутромера; измерить угловой размер заготовки с помощью угломера, часового проектора, оптической делительной головки; оценить отклонения формы и расположения поверхностей заготовки с помощью индикаторной или рычажной скобы, кругломера, индикатора часового типа или многооборотного; измерить шероховатость обработанной поверхности заготовки с помощью двойного микроскопа, профилографа-профилометра; оценить точность изготовления цилиндрического зубчатого колеса с помощью межосемера, накладного шагомера, эвольвентомера, шумомера и др.; измерить твердость поверхностного слоя материала заготовки с помощью твердомера; измерить величину износа режущей кромки инструмента с помощью оптического микроскопа.

6. Счет – нахождение результата, определяющего количественное соотношение параметров, характеризующих свойства объекта или процесса. Например, можно выполнить вычисления основного технологического времени токарной обработки заготовки (􀜶􀝋) при различных показателях режима, а затем соотнести их друг с другом (Т􀝋􀬵 > Т􀝋₂или Т􀝋􀬵 < Т􀝋₂).

Следует подчеркнуть, что методы эмпирического исследования никогда не реализуются «вслепую», а всегда «теоретически нагружены», направляются определенными концептуальными идеями.

5. Методы научных исследований теоретического уровня.

Метод представляет собой путь исследования, способ достижения цели, способ решения задачи.

Методы теоретического уровня: абстрагирование, идеализация, формализация, анализ и синтез, индукция и дедукция, аксиоматика, обобщение.

Абстрагирование– это мысленное отвлечение от несущественных свойств, связей, отношений предметов и выделение нескольких сторон, интересующих исследователя.

Идеализация– мысленное конструирование объектов, которые практически неосуществимы. Объекты лишаются некоторых присущих им свойств и наделяются гипотетическими свойствами.

Формализация– отображение объекта или явления в знаковой форме какого-либо искусственного языка (математики, химии и так далее) и обеспечение возможности исследования реальных объектов и их свойств через формальное исследование соответствующих знаков.

Анализ– метод познания при помощи разложения предметов исследования на составные части.

Синтез– соединение отдельных сторон предмета в единое целое. Анализ и синтез между собой связаны, они представляют единство противоложностей.

Индукция– умозаключение от фактов к некоторой гипотезе.

Дедукция– умозаключение, в котором вывод о некотором элементе множества делается на основании знания общих свойств всего множества.

Аксиоматика– способ построения научной теории, при котором аксиомы принимаются без доказательств и затем используются для получения остальных знаний по определенным логическим правилам.

Обобщение– определение общего понятия, в котором находит отражение главное, основное, характеризующее объекты данного класса.

Таким образом, можно выделить два основных метода теоретического исследования: расчленение и объединение.

Суть метода расчленения заключается в том, что система взаимосвязи объектов (параметров) расчленяется на простейшие составные части и выделяются значимые и незначимые параметры, а также связи между ними. Изучается вид взаимосвязи элементов и осуществляется моделирование. С учетом значимости параметров модель претерпевает упрощения и вводятся некоторые допущения.

Суть метода объединениязаключается в том, что реализуется комплексный подход к изучению объекта. Осуществляется переход от дифференциации к интеграции. Система не дробится, а рассматривается как единое целое. Находят решение, удовлетворяющее условиям решения этой системы.

На теоретическом уровне производятся логические исследования собранных фактов, выработка понятий, суждений, делаются умозаключения. В процессе этой работы соотносятся ранние научные представления с возникающими новыми. На теоретическом уровне научное мышление освобождается от эмпирической описательности, создает теоретические обобщения. Таким образом, новое теоретическое содержание знаний надстраивается над эмпирическими знаниями.

На теоретическом уровне познания широко используются логические методы сходства, различия, сопутствующих изменений, разрабатываются новые системы знаний, решаются задачи дальнейшего согласования теоретически разработанных систем с накопленным новым экспериментальным материалом.