Техника как средство деятельности. 7 страница
Эволюционная и революционная формы присущи не только всей совокупной технике, но и процессу развития отдельных технических средств. Этот процесс содержит не только создание и внедрение новой техники в практику, но и ее распространение вширь взамен устаревшей, отсталой техники а также улучшение ее показателей. К примеру, в 1876 году немецкий конструктор Н.Отто изобрел четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Это была революция в технике транспорта. Применение этого двигателя в различных средствах транспорта - автомобиле, моторной лодке, мотоцикле и др. было эволюционным развитием техники транспорта. Создание одноместной моторной повозки в 1885 году немецким изобретателем Г.Даймлером было революционным шагом в развитии транспортной техники. В дальнейшем автомобили претерпели и претерпевают ныне различные совершенствования, что является эволюционным периодом развития этой отрасли техники.
Чем новее и более совершенствованнее техника тем выше темпы ее развития. Все боле сокращаются сроки разработок и использования технических средств, все быстрее наступает их моральное старение. Эта тенденция настолько ярко выступает в истории техники, что ускорение темпов технического прогресса можно назвать законом. Этот закон - одно из конкретных проявлений возрастания темпов общественного прогресса, которое, в свою очередь, определяется возрастанием темпов развития объектов по мере усложнения их организации, Чем более сложную структуру имеет система тем она находится на более высокой стадии своего развития. Ассимилируя достижения предшествующего развития, начиная свою эволюцию с более основательной базы она естественно имеет более богатую основу и поэтому более быстрые темпы этого развития.
Ускорение особенно характерно для современного этапа технического прогресса где огромную роль играет вычислительная техника использование которой позволяет экономить главнейший фактор технического прогресса - время. "Объективный процесс развития техники, ее направленность таковы, - пишет Р.Ф.Абдеев, - что, как в передаче сообщений, так и в вычислительных и других операциях - всюду достигается многократное сокращение временных интервалов, затрачиваемых на выполнение этих операций в контуре управления. Это и приводит к ускорению темпов" (35,85). Ныне происходит резкое усиление интенсификации информационных процессов, возрастает их скорость, увеличивается объем передаваемой информации, ускоряется процесс ее обработки на ЭВМ, увеличивается объем добываемой новой информации которая наглядно отображается человеку в процессах управления.
Ярко проявляясь сегодня, закон ускорения темпов технического прогресса действует на протяжении всей ее истории. Так, если от создания шельского рубильника до мустьерского орудия прошло примерно 600-700 тысяч лет, то от мустьерского орудия до специализированного инструмента - примерно 50 тысяч лет а от этого инструмента до машины 800-900 лет, от машины до автоматизации этот срок сократился до 100-120 лет.
В наше время ускорению технического прогресса способствует сокращение временного интервала между открытием или изобретением и их техническим применением. Раньше открытия новых явлений в естествознании получали свое отражение в технике через десятилетия или даже столетия. Теперь как правило (за досадным исключениями имеющими субъективные причины) это происходит в течение сравнительно короткого и все сокращающегося срока. Временной разрыв между открытием или изобретением и их практическим применением становится все меньшим. Если между появлением изобретения бумаги и его практическим использованием прошло 1000 лет, то для фотографии - 102 года, паровой машины - 80, лет, телефона - 56 года, самолета - 20 лет, телевидения - 5 лет, транзисторной техники - 3 года, лазеров - 0,5 года, ФАКСов - всего 3 месяца.
С начала 20 века сроки внедрения отдельных крупных открытий сократились более чем в 2 раза, а опытно-конструкторских разработок более чем в 3 раза.
Ускорение темпов технического прогресса наглядно можно выразить так. Представим себе общественный прогресс, возраст которого примерно 600 тысяч лет, в виде марафонского бега на 60 км. Большая его часть пролегает по весьма трудному пути, через рощи и девственные леса. В самом конце после 58 -59 км. мы находим первобытные орудия, а на последнем километре - признаки земледелия. "За 200 метров до финиша, - пишет швейцарский инженер Г.Эйхельберг в книге "Человек и техника", - дорога, покрытая каменными плитами, ведет мимо римских укреплений. За 100 метров до финиша наших бегунов обступают средневековые городские строения. До финиша остается еще 50 метров; там стоял чел
овек, умными и понимающими глазами следящий за бегом - это глаза Леонардо да Винчи. Осталось 10 метров! Они начинаются при свете факелов и скудном освещении масляных ламп. Но при броске на последних пяти метрах происходит ошеломляющее чудо: свет заливает ночную дорогу, повозки без тяглового скота мчатся мимо, машины шумят в воздухе и пораженный бегун ослеплен светом прожекторов репортеров, радио и телевидения" ( Цит.по: 26,38-39).
Рассмотрение техники как средства деятельности людей позволяет сделать вывод не только о том, что развитие техники можно понять лишь в системе "человек-техника", но и о том, что это развитие является закономерным процессом, определяется совокупностью законов, среди которых важную играют внутренние специфические законы. Эти законы возникают на основе внутренних противоречий техники, которые формируются в процессе взаимодействия общества с природой. Поэтому специфические внутренние закономерности развития техники относятся к системе самой техники и не могут быть подменены какими-нибудь другими.
5. Внутренние закономерности
развития техники.
Развитие техники определяется действием ряда причин, обусловливающих закономерный характер этого процесса. Существует целый ансамбль таких причин различных по своему значению. Еще Аристотель писал, что "о причинах говорят в различных значениях, и среди самих причин одного и того же вида одна по сравнению с другой бывает первичной или вторичной"(27, 147). В связи с этим он отличал производящую причину, "то что делает," от формальной причины, "то, что заставляет делать". Это дает основание выделить непосредственные и опосредованные причины развития любых явлений в том числе и техники, или источники и движущие силы этого развития.
Источники развития - это непосредственные причины, например, труд и его технологическое разделение. Движущие силы - это такие причинные факторы развития техники, которые воздействуют на это развитие опосредовано, через источники развития, например, противоречие между старыми и новыми техническими идеями. Движущие силы играют роль своеобразных катализаторов, воздействующих на направленность и темпы технического развития. Между источниками и движущими силами развития нет непроходимой грани, те и другие являются причинами развития техники. Но источники этого развития вытекают из внутренних противоречий свойственных технике, а движущие силы- из внешних или побочных факторов.
Одними из таких внутренних противоречий является противоречие между совершенствованием техники и теми техническими принципами, на основе которых было создано данное техническое устройство.
Дело в том, что в процессе создания техники законы природы, открываемые естественными науками, трансформируются техническими науками в определенные технические принципы. После создания техники изобретатели и рационализаторы в процессе ее функционирования совершенствуют существующую технику. Пока до полного использования технического принципа еще далеко, существует большой простор для технического творчества. Однако постепенное совершенствование наличных технических средств приводит к тому, что происходит постепенное приближение к максимальному использованию тех законов природы, на основании которых были выработаны определенные технические принципы и функционирует существующая техника.Таким образом простора для технического творчества остается все меньше или его совсем нет в силу чего любые технические усовершенствования малоэффективны и даются все с большим трудом. В это время старые технические средства достигают своего полного расцвета, имеют по сравнению с техникой предыдущего периода развития больший КПД. Но в дальнейшем этот коэффициент растет все более замедленными темпами со все возрастающими усилиями. В силу этого целесообразность дальнейшей работы в этом направлении отпадает. Идут поиски новых технических принципов, которые бы открывали новые возможности для технического творчества. Таким образом, старая техника отмирает в момент своегонаивысшего расцвета. Следовательно, изучая КПД технических средств мы можем предвидеть момент их дальнейшей качественной замены более совершенной техникой.
В этом отношении представляется интересным исследование Е.И.Гагариным изменения величины КПД автомобильных двигателей с 1895 по1955 годы. Эти исследования показывают, что резкий рост КПД этих двигателей в первые два десятилетия, обусловленный усовершенствованием конструкций, постепенно стал замедляться, что объясняется моральным старением самих поршневых двигателей. Повышение их КПД требовало с течением времени все больших затрат и постепенно теряло смысл. Формируется необходимость замены поршневых двигателей другими, например, газовыми турбинами с более высоким КПД, меньшим числом деталей, весом и габаритом, более совершеной динамикой, возможностью применять любые виды жидкого и газообразного топлива, с легкостью запуска при низких температурах, простотой управления и другими преимуществами перед поршневыми автомобильными двигателями. "Примеры из истории техники показывают, - заключает Е.И.Гагарин, - что когда рост величины качественных показателей машины прекращается или становится ничтожным, а потребность в продукте, обеспечиваемая этой машиной, неуклонно возрастает, то назревшее противоречие разрешается введением новой, более совершенной машиной"(28,92). Общая закономерность развития КПД различных машин может быть изображена графически следующим образом ( рис.2).
Рис 2. Рост КПД машин.
На рис. 2 по оси абсцисс отложено время t, а по оси ординат- значение данной функции a (величины КПД). Производная от a по времени , определяемая тангенсом угла a , имеет тенденцию непрерывного уменьшения и стремится к нулю по мере приближения к полному использованию возможностей, определяемых познанными законами природы.
Подобная тенденция прослеживается в развитии целого ряда существующих ныне технических средств. Этим обстоятельством обусловлены переходы в технике железнодорожного транспорта от паровоза к тепловозу и электровозу, появление судов на подводных крыльях, замена винтовых самолетов турбовинтовыми, разработка пленочной электроники, МГД-генераторов и т.д.
Так, сейчас необходимо весьма значительно ( в миллионы раз ) увеличить объем памяти счетно-решающих машин, быстродействие логических операций в ЭВМ. Решить эту задачу современными техническими средствами практически невозможно. Значит, к конструированию сверхмощных компьютеров должны быть найдены подходы, совершенно отличные от принятых сейчас. Одним из таких перспективных подходов является создание оптических ЭВМ (ОВМ) с голографической памятью и "картинной" логикой.
Следующее противоречие - это противоречие между достоинствами и недостатками данного технического устройства.Так, наряду с такими достоинствами как мощность, скорость, экономичность техническая система одновременно может иметь и такие недостатки как плохие эксплутационные качества, малая надежность и др. Эти недостатки часто препятствуют решению поставленной технической задачи. К примеру, станки с ЧПУ (числовым программным управлением) сочетают хорошую точность и скорость обработки деталей, хорошие эксплутационные качества с малой степенью надежности электронно-вычительных устройств.
В развитии техники существуют противоречия между противоположными тенденциями этого развития.Так, для того, чтобы выше поднять ракету или с ее помощью груз, необходимо больше топлива. Вместе с тем, увеличение количества топлива повышает вес ракеты и тем самым сокращает грузовые возможности ракеты.
Мы упомянули некоторые внутренние технические противоречия. Они являются источниками развития техники и имеют отношение к внутренним закономерностям технического прогресса. Эти внутренние противоречия или непосредственные причины технического развития связаны с движущими силами, которые выступают в качестве опосредованных причин развития техники. Они содержатся обычно во внешних противоречиях, т.е. противоречиях между техникой и другими факторами.
К числу таких противоречий можно отнести противоречие между конструктивными особенностями создаваемой техники и технологией.На основе использования законов природы и технических систем с учетом определенных технических потребностей инженерная мысль разрабатывает технологическое задание которое предшествует созданию технического устройства и в определенной степени определяет его. Таким технологическим заданием может быть, к примеру, обеспечение хорошего качества сварки в вакууме. Соответственно этому создается сварочный аппарат для сварки металлических швов в вакууме. Производственная же технология этого способа сварки, реальный технологический процесс сварки зависит от созданного сварочного аппарата. Таким образом, в первом случае технология (технологическая карта) определяет проектирование и конструирование техники, во втором она определяется функционирующей техникой. В определяющей своей роли техника и технология меняются местами.
Важную роль в техническом прогрессе играют противоречия, возникающие между техническими задачами и техническими возможностями.Еще в глубокой древности возникла проблема сохранение пищи более или менее длительное время без потери ее качества, т.е. сохранение пищи, годной к употреблению. Как эту задачу решал первобытный человек ? Он копал для этого яму, засыпая пищу листьями. Позже люди стали устраивать погреба, которыми и сейчас с успехом пользуются в деревнях. Но теперь для решения этой проблемы возникло новое техническое средство - холодильник.
Противоречие между техническими задачами и техническими возможностями заключается в том, что одна и та же задача может иметь различные технические решения. Примеров, подтверждающих наличие этого противоречия, история содержит множество. Задача исследования Луны решалась нашими учеными с помощью автоматических приборов, а американскими - путем разработки программы, предусматривающей высадку людей на поверхность Луны. Увеличение скорости движения самолетов достигается повышением мощности двигателей или совершенствованием геометрии фюзеляжа.
В процессе развития техники возникают и разрешаются противоречия между овеществленным (прошлым) и живым (непосредственным) трудом, старыми и новыми идеями и теориями, решенной технической проблемой и возможностями ее реализации и др.Все они также определяют закономерный характер развития техники.
Существуют различные точки зрения на классификацию внутренних законов техники. В одних случаях выделяются законы конструкций и материалов, в других - законы структуры, функционирования и развития и т.д. При этом не обосновывается ( а порой даже не упоминается) по каким основаниям произведена предлагаемая классификация этих законов.
Пытаясь избежать подобной ошибки мы исходим из того, что для создания любого артефакта - от шельского рубильника до современного компьютера необходимы три фактора: материал, энергия и знания. В соответствии с этим видимо правомочно выделять три группы законов. Одни из них выражают те изменения в применении материалов, которые происходят в процессе развития техники. Другие отражают сдвиги в энергетике и других процессах, применяемых в технике на различных ступенях ее развития. Третьи фиксируют эволюцию реализованного в технике знания.
Однако ограничить систему внутренних законов развития техники этими тремя группами законов нельзя. Дело в том, что в процессе технического развития происходят закономерные изменения структуры и функций технических устройств и столь же закономерные взаимосвязи между отдельными отраслями и видами техники в составе совокупной технике. Поэтому можно выделить группу законов, характеризующих изменения структуры и функций техники и законы взаимосвязи отдельных отраслей и видов техники в процессе их развития. К рассмотрению этих пяти групп внутренних законов развития техники мы и переходим.
Законы, выражающие изменения в применении материаловвытекают из того, что возможности новых технических решений зачастую находятся в прямой зависимости от того, какие материалы имеются в распоряжении инженера, в какой степени они обладают необходимой надежностью, долговечностью и другими параметрами. Техника 20 века - техника высоких давлений и температур, больших скоростей - потребовала новых материалов. Так, развитие двигателей внутреннего сгорания, реактивных и авиационных газовых турбин стало возможным только с созданием и применением металлических жаропрочных и жароупорных сплавов. В реактивных двигателях жаропрочные высоколегированные стали и сплавы должны обладать высокими механическими свойствами при температуре свыше 550 С, а также противостоять окислению в газовой среде.
Изменения в использовании материалов в процессе развития техники вязано со следующими закономерностями.
Прежде всего, в процессе развития техники наблюдается неуклонное расширение ассортимента применяемых материалов. Начав с кости, дерева и камня, люди со временем стали пользоваться медью, бронзой, железом, сталью, получили различные сплавы. При этом масштабы вовлекаемых в техническое использование химических элементов неуклонно возрастали. До 18 века люди использовали всего лишь 19 химических элементов, в 18 веке - 28, в 19 веке - 50. в начале 20 века - более 60, а ныне и в недалеком будущем почти все 104 элемента смогут найти себе техническое применение.
Известно какую прогрессивную роль сыграло применение в технике металлов - железа, стали, цветных металлов, особенно титана. Электроника,играющая огромную если не ключевую роль в развитии современной техники, невозможна без применения германия и ряда других металлов. Большое применение получили редкие металлы. Без использования новых материалов было бы невозможно появление ведущих отраслей техники. В технике не только появляются все новые и новые материалы, но и находят свое применение до того неизвестные их свойства, возникают новые технологии их применения.
Далее. В развитии техники все шире используются материалы, создаваемые искусственным путем. Природа подчас не имеет таких материалов, которые отвечали бы высоким запросам технического развития. На основе целенаправленного воздействия на природу человек создает искусственные ( синтетические) материалы с нужными ему характеристиками. Первым искусственным материалом была бронза, затем были созданы и нашли свое применение в технике различные сплавы железа. Машинная техника основывалась на сплаве черных и цветных металлов. Сплавы металлов являются основой машиностроения и сегодня. Известно, какую роль сыграла в технике легированная сталь. Ее производство и применение привело к революционным сдвигам в металлургической технике. Освоение производства стали в конверторах на кислородном дутье привело к применению ряда автоматических приборов и механизмов, установки для непрерывной разливки стали. Характерным для металлургии 20 века является развитие порошковой металлургии, синтез аммиака, спирта, жидкого топлива, использование искусственных материалов на неметаллической основе, особенно пластмасс, синтетического волокна. Ныне для синтеза материалов огромную роль играет полимеризация - особый тип химических реакций с образованием из низкомолекулярных веществ длинных цепных молекул-гигантов нового соединения - полимера. Это сделало возможным получение большого числа новых синтетических материалов с широким диапазоном свойств. Особый интерес представляют пластмассы, упрочненные стеклянным волокном, полиэтилен и полипропилен. Пластмассы позволяют по новому решать возникающие технические проблемы, повышают надежность технических устройств, снижают вес изделий. Сейчас известно 100 тысяч неорганических химических соединений в природе, число же известных органических веществ природных и искусственных превысило 3 млн. и продолжает быстро расти.
В процессе развития техники происходит постоянное совершенствование имеющихся материалов с использованием их новых свойств. Приведем такой пример. В начале 20 века на основе исследования структуры твердых тел было теоретически установлено, что прочность металла может достигать 2000 кг./ мм2. На практике эта прочность металла была значительно ниже, но постоянно повышалась. только за последние полвека прочность чугуна возросла с 12 до 80 кг/мм2. Значительное повышение прочности чугуна не закрывало перспективу дальнейшей работы в этом направлении. Создание композиционных сплавов, материалов с высокой степенью чистоты, применение новых методов перестройки их структуры открывало большие перспективы улучшения прочности металлов и сплавов. Так, разработана технология получения сталей с прочностью до 300 кг/мм2, получены сплавы на основе титана с прочностью 140-160 кг/мм2. Более того: в лабораториях получены монокристаллы металлов с прочностью до 1000 кг/мм2. Это создает принципиально новые возможности в развитии техники.
В электронике особую важность имеет повышение чистоты используемых материалов. Примеси, содержащиеся в исходных веществах, часто отрицательно влияют на свойства полученного продукта, исключают возможность создания сложных электронных устройств. Применение очень чистых исходных веществ (мономеров) содержащих не менее 99,8 - 99,9% основного вещества открывает дорогу бурному развитию электронной технике.
Наконец, для развития техники характерна растущая направленность в применении материалов из которых создаются технические устройства.При этом подбираются материалы которые по своим свойствам наиболее полно соответствуют конструктивным осбенностям и функциям создаваемым артефактам. Техническое творчество идет по пути уменьшения количества материалов используемых для создания техники. Например, такая тенденция ярко проявляется в станкостроении, где наблюдается стремление к уменьшению металлоемкости создаваемых станков. Ведутся работы по рациональному использованию металла и различных материалов в других отраслях техники, особенно в авиационной и турбостроении. Одновременно с этим уменьшаются производственные отходы: все меньше металла идет в стружку, обработка металла резанием заменяется технологией точного литья. Все это делает производственный процесс все более экологически чистым.
Такова группа внутренних законов, выражающих те изменения, которые претерпевает применение материалов в процессе технического прогресса.Однако материалы являются лишь одной из составных частей природной основы техники. Другую такую часть составляет применяемая энергия, которая приводит в движение технику.
Законы выражающие сдвиги в энергетике и других процессах используемых в техникесоставляют особую группу внутренних законов развития техники. Наиболее существенными из них являются следующие.
Одним из таких законов является последовательное техническое использование все более сложных форм движения материи. История технического прогресса в целом представляет картину использования в процессе технического творчества людей явлений и процессов все новых и новых форм движения материи. В основе орудийной (инструментальной) техники лежало использование механической формы движения материи.По мере развития орудийной техники появляются металлические орудия, человек перешел к использованию физических и химических процессов. Механическая энергия приводила в движение и рабочие машины до появления универсального парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания, когда на первый план выступает использование физической формы движения материи. Это тем более характерно для перехода к электродвигателям, которые произвели настоящий переворот в технике, существенно повысили ее эффективность. Так, если у паровоза КПД не превышал 6-8%, то КПД электровозов достигает 16-19%. Благодаря повышению экономичности работы ТЭЦ, улучшению устройств энергоснабжения КПД электровозов ныне достигает 85-88%.
Дата добавления: 2016-04-02; просмотров: 645;