5 страница. 37//Соотношение эмпирического и теоретического в технических науках.

37//Соотношение эмпирического и теоретического в технических науках.

Эмпирический уровень технической теории образуют конструктивно-технические и технологические знания, являющиеся результатом обобщения практического опыта при проектировании, изготовлении и т.д. технических систем. Это - эвристические методы и приемы, разработанные в самой инженерной практике, но рассмотренные в качестве эмпирического базиса технической теории.

Конструктивно-технические знания ориентированы на описание конструкции технических систем, а также включают знания о технических процессах и параметрах функционирования этих систем.

Технологические знания фиксируют методы создания технических систем и принципы их использования.

Эмпирические знания технической науки отображаются на ее теоретическом уровне в виде многослойных теоретических схем, абстрактных объектов различных уровней.

Эмпирический уровень технической теории содержит в себе особые практико-методические знания, представляющие собой практические рекомендации по применению научных знаний, полученных в технической теории, при проектировании.

38/ Техническая теория: специфика строения, особенности функционирования и этапы формирования.

В технической теории важную роль играет разработка особых операций перенесения теоретических результатов в область инженерной практики, установление четкого соответствия между сферой абстрактных объектов и конструктивными элементами реальных технических систем, что соответствует фактически теоретическому и эмпирическому уровням знания.
В научно-технических дисциплинах необходимо четко различать исследования, включенные в непосредственную инженерную деятельность и теоретические исследования, называемые технической теорией. Специфика технической теории состоит в том, что она ориентирована на конструирование технических систем.
Техническая система – это совокупность элементов, имеющих определенную форму, свойства и способ соединения.
Наибольшее различие между физической и технической теорией заключается в характере идеализации. Техническая теория имеет дело с более сложной реальностью, поскольку не может элиминировать сложное взаимодействие физических факторов, имеющих место в машине, т.е. является менее абстрактной и идеализированной, более тесно связана с реальным миром инженерии.
Структура технической теории:

Теоретические схемы представляют собой совокупность абстрактных объектов, ориентированных как на применение соответствующего математического аппарата, так и на мысленный эксперимент, т.е. на проектирование возможных экспериментальных ситуаций. В теоретических схемах задается образ исследуемой и проектируемой технической системы.
Абстрактные объекты, входящие в состав теоретических схем математизированных теорий представляют собой результат идеализации и схематизации экспериментальных объектов.

39// Развитие системных и кибернетических представлений в технике.

Теории неравновесной динамики и синергетики задают новую парадигму эволюции системы, преодолевающую термодинамический принцип прогрессивного скольжения к энтропии. С точки зрения этой новой парадигмы порядок, равновесие и устойчивость системы достигается постоянными динамическими неравновесными процессами. В основе кибернетического оптимизма лежит ряд допущений:

а) онтологическое – разумное поведение может быть представлено в терминах множества четко определенных независимых элементов;

б) гносеологическое – люди действуют согласно эвристическим правилам, неосознанно выполняя некоторую последовательность операций, которые могут быть формализованы и воспроизведены на ЭВМ;

в) психотехническое – проявления духа и души суть эпифеномены переживания семантических информационных процессов, которые вполне кодируемы и воспроизводимы;

г) биолого-эволюционное – мозг человека есть управляющее устройство, большая вычислительна машина по переработке информации. Благодаря длительной эволюции мозг получил ряд преимуществ, таких, как континуальность, ассоциативность, системность мышления, но и они могут быть технически реализованы.

Философский и внутринаучный критический анализ рассмотренных выше установок в 1980–1990-е гг. привел существенному снижению оптимистических ожиданий. Так, в одной из теорем Дж. фон Неймана (1903–1957) утверждается о существовании порога сложности, выше которого любая модель системы управления заведомо сложнее моделируемой системы. А следовательно, построение такой модели становится бессмысленным. Существуют и внешние по отношению к науке аргументы, направленные на критику приведенных выше допущений кибернетического оптимизма насчет мышления и деятельности человека (аспекты психологии, этики, идеологии и политологии). В середине ХХ в. родоначальники кибернетики ставили вопрос об автономии кибернетической техники, о возможности нарушения автономии человеческой воли, детерминированности человеческой жизни искусственным разумом. В то же время американский социолог, лауреат Нобелевской премии, Герберт Саймон (р. 1916) в работе «Науки об искусственном» (1969) показал ограниченность кибернетической рациональности. Он доказал, что философские вопросы кибернетики – это лишь частный случай философии техники.

40// Технические науки: формирование и специфика.

Техника большую часть своей истории была мало связана с наукой; люди могли делать и делали устройства, не понимая, почему они так работают. В то же время естествознание до XIX века решало в основном свои собственные задачи, хотя часто отталкивалось от техники. Инженеры, провозглашая ориентацию на науку, в своей непосредственной практической деятельности руководствовались ею незначительно. После многих веков такой "автономии" наука и техника соединились в XVII веке, в начале научной революции. Однако только в XX веке наука становится главным источником новых видов техники и технологии. Периоды становления: 1. В первый период (донаучный) последовательно формируются три типа технических знаний: практико-методические, технологические и конструктивно-технические. 2. Во втором периоде происходит зарождение технических наук (со второй половины 18 в. до 70-х гг. 19 в.) происходит, во-первых, формирование научно-технических знаний на основе использования в инженерной практике знаний естественных наук и, во-вторых, появление первых технических наук. 3. Третий период - классический (до середины 19 века) характеризуется построением ряда фундаментальных технических теорий. 4. Для четвертого этапа (настоящее время) характерно осуществление комплексных исследований, интеграция технических наук не только с естественными, но и с общественными науками, и вместе с тем происходит процесс дальнейшей дифференциации и "отпочкования" технических наук от естественных и общественных. В современных справочных изданиях технические науки определяются как связанные с «изучением и научной разработкой техники», с «изучением техники или работой в области техники». Предметом технических наук являются «природные процессы и закономерности, действующие в особых условиях, в условиях искусственно созданных систем, которые позволяют целенаправленно, во имя потребностей людей применять и использовать эти процессы, законы, а также материалы природы». Предметом их исследования являются не только различные отрасли техники, но и разные аспекты этих отраслей. Еще предметом технических наук является технический объект, описываемый совокупностью технических и естественных свойств. Специфика технических наук определяется, во-первых, по их отношению к естественным (и точным), общественным (и гуманитарным) наукам и, во-вторых, их предметом, целевой установкой, задачами и методологией. Целевая установка и задачи технических наук состоят в их практической направленности, связи вырабатываемых ими знания с потребностями производства практической деятельности людей. Они призваны разработать знания о методах и средствах создания искусственных систем, а также об обеспечении их нормального функционирования. С одной стороны, технические науки тесным образом связаны с естественными (и точными) науками, а с другой ? имеют различия с ними. Взаимодействуя с техническими, естественные науки, открывая новые законы природы, дают теоретическую основу для дальнейшего развития технических наук, создают необходимый запас научных знаний для прогресса техники, в особенности сейчас, когда революция в науке порождает революцию в технике и взаимодействует с ней. В отличие от естественных наук, технихческие науки решают следующие задачи: как законы природы могут быть применены и использованы в интересах человека. Основываясь на данных естественных и точных наук, технические науки связаны с общественными и гуманитарными науками через решение, прежде всего, экономических и социальных задач. В свою очередь, социально-экономические цели, определяя техническую политику, влияют на развитие технических наук, их методологию, обусловливают в той или иной степени выбор методов исследования.По степени общности выделяют следующие методы технических наук: 1) всеобщие методы (принципы и законы материалистической диалектики) 2) общенаучные (анализ, синтез, эксперимент, наблюдение, моделирование) 3) частнонаучные (например методы сопротивления материалов) 4) специальные (методы характерные только для данной науки, например метод Хрущева, Брунова, Берковича для определения прочности металла). Для технических наук характерно разнообразие специальных методов, которые тесно связаны с конкретными структурными и функциональными особенностями отдельных объектов. Появляются специальные процедуры исследования тех или иных функциональных и структурных характеристик. Эти ограниченные по числу процедуры и составляют основное содержание специальных методов технических наук.

41// Различие современных и классических научно-технических дисциплин

Структурные и поточные схемы современной технической теории являются более общими и формируются, с одной стороны, как конкретизация "универсальной" теоретической схемы, например системной онтологии, принципы построения которой развиваются в широкой методологической сфере, а с другой — как обобщение соответствующих теоретических схем классических технических теорий.

Обобщенная структурная схема современной технической теории представляет собой предельно абстрактное изображение статической структуры сложной технической системы, абстрагированное от качественной определенности ее конструктивных элементов. На ней прежде всего анализируются конфигурация системы, степень связанности и надежности ее элементов безотносительно к их конкретному наполнению.

Обобщенная поточная схема современной технической теории есть обобщенное алгоритмическое описание функционирования системы, то есть последовательности преобразований потоков субстанций (вещества, энергии, информации) независимо от его реализации. Она является результатом абстрагирования от качественной определенности протекающего через систему и преобразуемого ею естественного (в частности, физического) процесса.

Каждая из этих обобщенных теоретических схем (структурных и поточных) имеет свои специфические способы математического описания. Другими словами, в современной технической теории развиваются функциональные схемы, во-первых, структурные и, во-вторых, поточные теоретические схемы (в отличие от классической технической теории, где математическое описание ставится в соответствие прежде всего поточной схеме). Кроме того, в ней используется, как правило, несколько стандартных математических (функциональных) схем, приспособленных к решению разных классов инженерных задач. Это обусловливает различия в их функционировании.

В классической технической теории, например теории электрических цепей, сначала строится структурная схема устройства, которая по определенным правилам соответствия преобразуется в поточную, а затем в эквивалентную ей функциональную, скажем, операторную схему. На основе последней составляются системы уравнений, в которые могут быть подставлены конкретные значения исследуемых параметров. Решение этих систем уравнений позволяет определить либо неизвестные параметры некоторых структурных элементов (электрической цепи) при известных характеристиках протекающего через них естественного процесса (т.е. электрического тока), либо, наоборот, неизвестные характеристики электрического тока при известных параметрах элементов.

В современной технической теории сложность инженерных объектов обусловливает необходимость теоретического исследования и математического описания не только процесса их функционирования, но и их структурных схем. Поэтому в ней решаются математические задачи двух типов: во-первых, определение ранга, связности, надежности и других элементов и структуры системы и, во-вторых, расчеты параметров ее функционирования.

Поскольку современная техническая теория имеет дело с качественно новым деятельностным объектом исследования и проектирования, то возникает проблема системно-деятельностного его представления, создания особой системно-деятельностной онтологии. В рамках каждой отдельно взятой такого рода теории это выражается в необходимости сопоставления обобщенных структурной и поточной схем одной и той же системы, ее синкретического структурно-процессуального описания.

Например, во многих алгоритмических языках имитационного моделирования статическая структура системы совмещается с алгоритмом ее функционирования (на единой схеме), который рассматривается как последовательность операций, выполняемых элементами статической структуры.

Наконец, в силу комплексного характера теоретического исследования в современных научно-технических дисциплинах их функционирование заключается не только в том, чтобы выявить различные аспекты и режимы работы исследуемой (проектируемой) системы, подлежащие обобщенному описанию и расчету, но и собрать все полученные результаты в единую многоаспектную и многоплановую (имитационную) модель - задача, которая в рамках классической технической теории в принципе не ставилась. Эта задача решается в системотехнике, например, с помощью имитационного моделирования сложных систем, где концептуальному аппарату и теоретическим схемам системного подхода (зафиксированным в системных представлениях) ставится в соответствие определенный математический аппарат.

Резюмируем общие черты теоретических исследований, проводимых в современных комплексных (неклассических) научно-технических дисциплинах, и основные их особенности, отличающие эти дисциплины от классических технических наук.

Прежде всего, это комплексность теоретических исследований, в какой бы форме они не проводились и каким бы способом они не формировались. Развиваясь нестандартным путем, они отличаются от классических технических наук тем, что в последних теория строилась под влиянием определенной базовой естественнонаучной дисциплины и именно из нее заимствовались первоначально теоретические средства и образцы научной деятельности. Bo-многих современных научно-технических дисциплинах такой единственной базовой теории нет, так как они ориентированы на решение комплексных научно-технических задач, требующих участия представителей многих научных дисциплин (математических, технических, естественных и даже общественных наук), группирующихся относительно единой проблемной области. В то же время в них разрабатываются новые специфические методы и собственные средства, которых нет ни в одной из синтезируемых дисциплин, специально приспособленных для решения данной комплексной научно-технической проблемы.

Однако, несмотря на то, что на первый взгляд главной задачей здесь является синтез разнородных знаний, теоретических представлений и методов, в основе такого синтеза лежит сложная задача координации, согласования, управления и организации различных деятельностей, направленных на решение комплексной научно-технической проблемы. Поэтому объектом комплексного исследования в современных научно-технических дисциплинах будет уже не традиционный объект, хотя и достаточно сложный, а качественно новый деятельностный объект.

Так, эргономика связана с исследованием и проектированием трудовой деятельности в человеко-машинных системах и включает в себя два блока знаний: об объекте (т.е. о трудовой деятельности) и о том, как исследовать и проектировать этот объект (т.е. также о деятельности). Подобным образом и объект системотехники состоит из двух частей: во-первых, объектом исследования и организации в ней становится деятельность, направленная на создание и обеспечение функционирования сложной технической системы, и, во-вторых, сама данная система, будучи создана, не только включается в человеческую деятельность как удовлетворяющая определенную потребность, но и замещает собой эту деятельность. Системный анализ также имеет своим объектом деятельность, так как представляет собой совокупность научных методов и практических приемов решения разнообразных проблем, возникающих в целенаправленной (прежде всего в управленческой и исследовательской) деятельности, то есть комплексный подход к ее организации. Даже кибернетика, которая первоначально была ориентирована на машинизированное представление технических систем, начала становиться наукой о моделях человеко-машинных систем.

Ситуация, сложившаяся в современных научно-технических дисциплинах во многом напоминает изменения в экспериментально-измерительной деятельности, характерные для неклассической физики и связанные с так называемым парадоксом неизмеримости.

В классической физике предполагается, что измерительный прибор не влияет на состояние измеряемого объекта, с которым он взаимодействует, и всегда можно подобрать такие условия эксперимента, что этим возмущением можно пренебречь либо учесть его и внести соответствующие поправки в результаты измерений. Однако для микросистем достичь этого не удается. Поэтому, во-первых, результаты уже проведенного измерения не всегда с точностью воспроизводимы (их можно только предсказать с определенной степенью вероятности) и, во-вторых, возмущающим действием экспериментально-измерительной деятельности нельзя пренебречь. Объект измерения не может рассматриваться отдельно от этой деятельности: он не является тождественным до, во время и после эксперимента.

Аналогичная ситуация наблюдается и в современной инженерной деятельности, направленной на создание сложных человеко-машинных систем и имеющей следующие особенности:

ключевым в ней становится эволюционное системное проектирование, то есть проектирование не прекращается тогда, когда система уже создана, а поскольку система может устареть еще до того, как она создана, в проекте должны быть предусмотрены ее возможные будущие модификации;

в проекте сложной человеко-машинной системы невозможно заранее учесть все параметры и особенности ее функционирования (можно только предсказать их с определенной степенью вероятности), поэтому в современной инженерной деятельности становится необходимой особая деятельность внедрения, которая направлена на корректировку проектных решений в процессе отладки системы и в соответствии с изменениями социальных, природных, экономических, технических и тому подобных условий, поскольку окружающая среда включается в проектируемую систему в качестве особого элемента;

деятельность использования и деятельность создания и совершенствования таких систем становятся как бы слитыми, неразрывно связанными с самими этими системами.

Наиболее ярко эта тенденция проявляется в сфере социально-инженерных разработок.

Например, так обстоит дело в градостроительном проектировании, использующем знания целого ряда социальных и технических дисциплин для создания специфических деятельностных систем. Здесь особо острой становится проблема включения таких систем в окружающую социальную среду и заранее часто бывает трудно предсказать те последствия, к которым может привести подобное проектирование. Создаваемая градостроительная система должна постепенно вписываться в окружающую среду. Однако в данном случае речь идет не о проектировании заново, а о развитии, совершенствовании такой системы, постепенном подведении ее к заложенному в проекте состоянию. При этом и сама окружающая среда постепенно становится объектом проектирования.

Таким образом, возмущающим воздействием исследования и проектирования здесь уже невозможно пренебречь, его необходимо специально учитывать, поскольку и объект проектирования (исследования), и проектировщик (исследователь) имеют однопорядковую деятельностную сущность.

Подобно тому, как в неклассической физике все большее значение придается методу математической гипотезы (минуя промежуточные интерпретации) и идеализированным экспериментам (без воспроизведения их на всех промежуточных стадиях в виде реальных экспериментов), в современных научно-технических дисциплинах определяющую роль начинают играть проектирование и имитационное моделирование на ЭВМ, позволяющие заранее, в форме идеализированного (машинного) эксперимента, проанализировать и рассчитать различные варианты возможного будущего функционирования сложной системы.

В алгоритмических языках имитационного моделирования, наиболее часто применяемых для этой цели, концептуальный каркас и системный образ объекта детерминированы соответствующей математической теорией (теорией множеств, теорией массового обслуживания, математической статистикой и т.п.). Описание на этом языке (проблемно-ориентированное на определенную предметную область) моделируемой системы автоматически переводится в машинную кодовую модель. Далее осуществляется экспериментирование с моделью на ЭВМ (как с особым идеальным объектом), предсказание поведения объекта для различных условий (генерация вариантов модели и выбор из них наиболее пригодных для данных условий). При этом промежуточные интерпретации, как правило, опускаются. Таким образом, при имитационном моделировании на ЭВМ система представляется первоначально в виде поточной схемы. Затем это описание трансформируется в соответствующую функциональную схему, с которой осуществляется ряд эквивалентных преобразований (движение на теоретическом уровне - дедуктивный вывод). Наконец, полученный результат (а если это необходимо, то и некоторые промежуточные результаты) интерпретируются, то есть переводятся обратно в модус поточной схемы. Иными словами, в алгоритмических языках имитационного моделирования заданы процедуры перехода от функциональных к поточным описаниям и операции эквивалентного преобразования функциональных схем. Поточная схема может быть реализована далее в виде конкретной структурной схемы проектируемой (исследуемой) системы.

Аналогию между неклассическими естественнонаучными и научно-техническими дисциплинами можно провести еще и по той роли, которую играет в них научная картина мира. Современные неклассические научно-технические дисциплины, включая в себя сложную совокупность различных типов знания и методов и опираясь на множество разных дисциплин, используют их для решения специфических комплексных научно-технических проблем, не решаемых ни в одной из этих дисциплин в отдельности. Поэтому первым условием эффективной организации теоретического исследования в них является необходимость реконструкции той единой действительности, в которой возможно соотнесение всех частичных подходов и особое целостное видение объекта исследования (и проектирования). Причем эти дисциплины имеют дело с множеством теоретических представлений, выполняющих функцию частных теоретических схем по отношению к комплексному теоретическому исследованию, и формирование неклассической технической теории начинается сразу с этапа разработки обобщенной теоретической схемы. Поскольку такой базовой теории, из которой можно было бы осуществить ее транспортировку, как правило, нет, то она транслируется из методологической сферы (конечно, с последующей модификацией и конкретизацией). Эту функцию по отношению к современным научно-техническим дисциплинам выполняют чаще всего системный подход и общая теория систем, имеющие общенаучный статус. Иногда в этой функции используются кибернетические представления и понятия.

Таким образом, в настоящее время сформировался целый блок научно-технических дисциплин, имеющих общую системную ориентацию, задающую относительно них особую плоскость объективации искусственно создаваемых сложных систем. В фундаментальной теоретической схеме задается специфическое видение объекта исследования и проектирования. Кроме того, системная картина мира (или системная онтология) выполняет функцию методологического ориентира (по отношению к различным современным научно-техническим дисциплинам) в выборе теоретических средств и методов решения комплексных научно-технических задач, дает возможность транслировать их из смежных дисциплин или методологической сферы. Она является также методологическим ориентиром для конструирования сложных идеальных объектов современных научно-технических дисциплин, их последующего имитационного моделирования и интерпретации, то есть позволяет экстраполировать накопленный в данной дисциплине опыт на будущие проектные ситуации. В системотехнике она несколько иная, чем в кибернетике, системном анализе или эргономике, но все же это системная фундаментальная теоретическая схема.

Одной из наиболее важных, с точки зрения философии, особенностей современных научно-технических дисциплин служит их явно выраженная методологическая ориентация. В рамках этих дисциплин осуществляются конкретно-методологические исследования (часто с выходом на практику через методические разработки и проектирование). Более того, методологические знания вплетены в саму техническую теорию. Иногда они даже замещают теорию (т.е. методология в современных научно-технических дисциплинах может выступать в функции теории) в виду неразработанности общих теоретических средств особенно на первых этапах развития этих дисциплин, поскольку не существует образцов или прецедентов такого комплексного исследования. Трансляция же их из других сфер возможна только с помощью предварительного анализа. Это значительно поднимает роль и ответственность методологии науки по отношению к данным _/ конкретно методологическим исследованиям.

Отметим еще одну важную черту, общую для всех комплексных научно-технических дисциплин. Поскольку они имеют дело с деятельностным объектом исследования и проектирования, то возникает проблема совмещения системных и деятельностных представлений. В системотехнике, например, это выражается в необходимости совмещения структурной и алгоритмической схем одной и той же системы в едином описании. Это обусловливает и специфику идеальных объектов второго уровня (идеальные объекты первого уровня относятся к включаемым в данную дисциплину отдельным исследованиям); в них неразрывно переплетены объектные и деятельностные представления, объект как бы сплавлен с деятельностью его проектирования, совершенствования и использования.

В отличие от классических технических наук, которые предметно-ориентированы на определенный класс технических систем (механизмов, машин, радиотехнических устройств, радиолокационных станций и т.д.), комплексные научно-технические дисциплины проблемно-ориентированы на решение комплексных научно-технических задач определенного типа: системотехнических, эргономических, градостроительных, дизайнерских и т.п. (хотя объект исследования в них может частично совпадать). Это разграничение на классические и неклассические научно-технические дисциплины коренится в развитии самой инженерной деятельности и проектирования.

42// Системные исследования и системное проектирование. Размывание границ между исследованием и проектированием.

Выход инженерной деятельности в сферу социально-технических и социально-экономических разработок привел к обособлению проектирования в самостоятельную область деятельности и трансформации его в системное проектирование, направленное на реорганизацию человеческой деятельности, а не только на разработку машинных компонентов. Инженерная деятельность и проектирование фактически меняются местами. Если традиционное инженерное проектирование входит составной частью в инженерную деятельность, то системное проектирование, наоборот, может включать, если речь идет о создании новых машинных компонентов, или не включать в себя инженерную деятельность. Сфера приложения системного проектирования расширяется, оно охватывает все сферы социальной практики (обслуживание, потребление, обучение, управление и т.д.), а не только промышленное производство.

Расслоение инженерной деятельности приводит к тому, что инженер, во-первых, концентрирует свое внимание лишь на части сложной технической системы, а не на целом и, во-вторых, все более и более удаляется от непосредственного потребителя его изделия. Непосредственная связь изготовителя и потребителя, характерная для ремесленной технической деятельности, нарушается. Создается иллюзия, что задача инженера - это лишь конструирование артефакта, а его внедрение в жизненную канву общества, функционирование в нем должно реализовываться автоматически. Например, создание автомобиля сегодня - это не просто техническая разработка машины, но и организация эффективной системы обслуживания, развитие сети автомобильных дорог, производство запасных частей и т.д. и т.п. Строительство электростанций, химических заводов и других технических систем требует не просто учета внешней экологической обстановки, а формулировки экологических требований как исходных. Речь идет о социотехническом (в противовес системотехническому) проектировании, где главное внимание должно уделяться не машинным компонентам, а человеческой деятельности, ее социальным и психологическим аспектам. Однако проектировщики зачастую пользуются старыми средствами и неадекватными модельными представлениями. Рассмотрим, в чем же заключается специфика современного социотехнического проектирования.