Формирование неклассических технических наук

Можно выделить следующие общие черты неклассического этапа формирования технических наук. Прежде всего это комплексность теоретических исследований. Технические науки на начальных стадиях их формирования представляли собой, как мы отмечали, своеобразные "прикладные" разделы соответствующих естественных наук, которые условно можно назвать базовыми. В дальнейшем в технических науках появляются и самостоятельные теоретические разделы. Для многих современных технических наук такой единственной базовой теории нет, так как они ориентированы на решение комплексных научно-технических задач, требующих участия многих дисциплин (математических, технических, естественных и даже гуманитарных). Одновременно разрабатываются новые специфические методы и собственные теоретические средства исследования, которыми не обладает ни одна из синтезируемых дисциплин. Эти методы и средства специально приспособлены для решения данной комплексной научно-технической проблемы. В качестве примера можно привести проблемы информатики, в разработке которых принимают участие не только инженеры и кибернетики, но и лингвисты, логики, психологи, социологи, экономисты, философы [об этом см.: 38; 54; 64; 92].

Технические науки неклассического типа состоят из разнородных предметных и теоретических частей, включают системные и блок-схемные модели разрабатываемых объектов, описание средств и языков, используемых в исследовании, проектировании или инженерных разработках. Комплексные технические науки отличаются и по объектам исследования. Помимо обычных технических и инженерных устройств, как правило, более сложных, чем в традиционной инженерии, они изучают и описывают еще по меньшей мере три типа объектов: системы человек – машина (ЭВМ, пульты управления, полуавтоматы и т.д.), сложные техносистемы (например, инженерные сооружения в городе, самолеты и технические системы их обслуживания – аэродромы, дороги, обслуживающая техника и т.д.) и, наконец, такие объекты, как технология или техносфера. В последнем случае изучаются, с одной стороны, закономерности создания различных технических систем и сооружений, а также свойства, которыми они при этом будут обладать, с другой стороны – закономерности и особенности функционирования всей области технических сооружений и систем, действующих в определенном регионе, социальной системе или культуре.

Существенно изменилась и область применения знаний неклассических технических наук. Если научные знания технических наук классического типа используются в основном в таких видах инженерной деятельности, как изобретение и конструирование, а также в традиционном инженерном проектировании, то знания комплексных научно-технических дисциплин, как правило, необходимы в нетрадиционных видах инженерной деятельности (например, в системотехнике) и в нетрадиционном проектировании.

Указанные особенности неклассических технических наук можно проиллюстрировать на материале формирования теории автоматического регулирования. Так известно, что теория автоматического регулирования появилась в результате интеграции различных технических наук (теории механизмов и машин, теоретической электротехники и радиотехники, технической гидравлики и пневматики). Ее целью служит изучение специфического инженерного объекта – систем автоматического регулирования. Сначала все разнообразные звенья указанных систем просто сводились к эквивалентным электрическим схемам, на которых и производились основные расчеты. Это позволило распространить на широкий класс систем автоматического регулирования некоторые развитые в радиотехнике методы. Для классификации и структурного анализа систем автоматического регулирования (динамических цепей) были использованы выработанные в теории механизмов для исследования кинематических цепей методы классификации и структурного анализа механизмов. Затем задачами автоматического регулирования занялись математики, что способствовало быстрому развитию линейной теории управления. В результате были разработаны единые математические методы анализа и синтеза автоматического регулирования практически любого типа независимо от способа их инженерной реализации.

Это стимулировало развитие особых обобщенных теоретических схем (по отношению к частным теоретическим схемам теории механизмов, теоретической радиотехники, гидравлики и т.д.). В них дается единообразное описание систем автоматического регулирования независимо от конкретного конструктивного воплощения и типа протекающего в них физического процесса – гидравлического, механического, электрического и пневматического.

При формировании неклассических технических наук в свою очередь можно выделить несколько этапов.

На первом этапе складывается область однородных, достаточно сложных инженерных объектов (систем). Проектирование, разработка, расчеты этих объектов приводят к применению (и параллельно, если нужно, разработке) нескольких технических теорий классического типа. При этом задача заключается не только в том, чтобы описать и конструктивно определить различные процессы, аспекты и режимы работы проектируемой (и исследуемой) системы, но и "собрать" все отдельные представления в единой многоаспектной модели (имитации). Для этой цели используются блок-схемы, системные представления, сложные неоднородные описания и т.п. На этом этапе анализ систем ведется на основе нескольких технических теорий (дисциплин) классического типа, синтез же – на основе указанных блок-схем, системных представлений и сложных описаний и только частично (отдельные процессы и подсистемы) на основе технических дисциплин классического типа.

На втором этапе в разных подсистемах и процессах сложного инженерного объекта нащупываются сходные планы и процессы (регулирование, передача информации, функционирование систем определенного класса и т.д.), которые позволяют, во-первых, решать задачи нового класса, характерные для таких инженерных объектов (например, установление принципов надежности, управления, синтеза разнородных подсистем и т.д.), во-вторых, использовать для описания и проектирования таких объектов определенные математические аппараты (математическую статистику, теорию множеств, теорию графов и т.п.). Например, применение в радиолокации концептуального и математического аппарата теории информации и кибернетики позволило перейти к анализу так называемой тонкой структуры сложного сигнала независимо от его конкретного вида. Понятие радиолокационной информации связано с описанием носителя информации (сигнала), т.е. естественного процесса, протекающего в радиолокационной системе. Радиоволны при этом рассматриваются лишь как один из типов волн произвольной природы. Функционирование радиолокационной системы рассматривается в системотехнике как алгоритм обработки радиолокационной информации. Переход к теоретическому синтезу алгоритмов обработки радиолокационных сигналов стимулировался развитием аналогов обработки данных с помощью сельсинов и решающих устройств, выполняющих определенные математические операции. В результате в настоящее время трудно провести границу между функциями радиолокационных систем и вычислительных устройств [29, с. 228].

Что же характерно для этого этапа? Создание технических теорий неклассического типа, которые позволяют при проектировании и разработке сложных инженерных объектов не только интегрировать модели и описания, созданные на основе технических наук классического типа, но и использовать при этом новые математики. Таким образом, технические теории неклассического типа являются своеобразными техническими теориями 2-го уровня, их создание предполагает предварительное использование технических наук классического типа, а также синтез их на основе системных, кибернетических, информационных и т.п. представлений.

На третьем этапе в технических науках неклассического типа создаются теории идеальных инженерных устройств (систем). Например, в теоретической радиолокации после 50-х годов были разработаны процедуры анализа и синтеза теоретических схем РЛС. Задача анализа качества работы различных конкретных видов радиолокационных устройств сводится к исследованию сложных процессов их функционирования при воздействии на них сигнала, смешанного с шумами и помехами. Применяемые в радиолокации методы позволяют сравнивать РЛС, отличающиеся по назначению, параметрам и конструктивному оформлению (бортовые, морские, наземные, обнаружения, сопровождения и т.п.) с единых позиций. С этой целью строится однородный идеальный объект радиолокации – "идеальная РЛС", относительно которой формулируется основное уравнение дальности радиолокации, а также уравнения, определяющие ее рабочие характеристики [29, с. 223].

Создание теории идеальных инженерных устройств, как мы видим, венчает формирование и классических, и неклассических технических наук, хотя это и различного типа теории. Эти теории, как мы уже отмечали, противопоставляют технические науки естественным наукам, поскольку идеальные инженерные устройства живут и функционируют не только по законам первой природы, но и по "законам" второй природы, в которой рождаются и живут инженерные объекты. Другими словами, технические науки описывают законы, определяемые прежде всего развитием технологии.