Методологический анализ технических наук реферат

Обновлено: 05.07.2024

18. Методологические проблемы технических наук.

(Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук : учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук / под общ. ред. В. В. Миронова. – М. : Гардарики, 2006. – 639 с.)

При выявлении специфики технических наук зачастую их отождествляют с прикладным естествознанием. Однако такое отождествление в условиях современного научно-технического развития не соответствует действительности. Технические науки представляют собой особый класс научных дисциплин, отличающихся от естественных наук, хотя между ними и существует достаточно тесная связь. Технические науки действительно возникали в качестве прикладных областей исследования естественных наук, используя и при этом значительно видоизменяя их теоретические схемы, развивая их знания. Кроме того, это не был единственный способ их возникновения, поскольку важную роль сыграла и математика. Конечно, известное пересечение между техническими и прикладными науками существует, поскольку результаты фундаментальных исследований рано или поздно применяются, поэтому можно считать, что уже в рамках фундаментального исследования осуществляется поиск определенных законов природы с ориентацией на возможность их использования для человеческих целей. Однако и с этой поправкой речь идет о теоретической, а не о практической деятельности, хотя и с выходом на практическую перспективу. Вообще противопоставление так называемых чистой и прикладной наук, строго говоря, является некорректным. Обозначая техническую науку в качестве прикладной, исходят обычно из того, что целью чистой науки провозглашается познание, т.е. объяснение природных законов, а прикладная наука служит руководством к действию, используя готовые результаты чистой науки для практических целей.

Такой подход не позволяет определить специфику технических наук, поскольку и естественные, и технические науки могут быть рассмотрены как с точки зрения выработки в них новых знаний, так и с позиции приложения этих знаний для решения каких-либо конкретных, в том числе и технических задач. Сами естественные науки также могут быть рассмотрены как сфера приложения, например математики. В то же время существует большой разрыв между действительным применением результатов технической науки на практике и занятием самой этой наукой. Таким образом, разделение наук по сфере практического применения является весьма относительным, поскольку всякое исследование, в конечном счете, ориентировано на удовлетворение определенного рода потребностей.

Иногда полагают, что разделение наук на чистую и прикладную имеет определенный смысл для объяснения различий в точке зрения и мотивации между исследователем, который ищет новый закон природы, чтобы лучше понять существующее положение вещей, и исследователем, который применяет уже открытые законы к проектированию полезных устройств, пытаясь с помощью имеющихся в науке знаний усовершенствовать мастерство изготовителя. Иначе говоря, если цель чисто познавательная, получается чистая наука, если же преимущественно практическая - прикладная. В то же время рассматривать технические науки как прикладные или просто как отрасли приложения, например физики, исторически неверно. Как показывают конкретные исторические исследования взаимодействия техники и науки, часто бывает трудно отделить использование научных знаний от их создания и развития. Инженеры применяют не столько готовые научные знания, сколько научный метод. Кроме того, в самих технических науках постепенно формируется мощный слой фундаментальных исследований с прикладными целями, которые проводятся в интересах техники. Это показывает условность границ между фундаментальными и прикладными исследованиями, поэтому следует говорить о различии фундаментальных и прикладных исследований и в естественных, и в технических науках, а не о противопоставлении фундаментальных и прикладных наук, относя к первым из них естественные, а ко вторым - технические науки.

Технические и естественные науки должны рассматриваться как равноправные научные дисциплины. Каждая техническая наука - это научная дисциплина, направленная на объективное, поддающееся передаче знание. Она, конечно, обслуживает технику, но не равна ей. Становление технических наук связано со стремлением придать инженерному знанию научную форму, которое было характерно для XIX столетия, что выразилось в формировании профессиональных обществ, подобных тем, которые существовали в науке, основании научно-технических журналов, создании исследовательских лабораторий и приспособлении математической теории и экспериментальных методов науки к нуждам инженерной деятельности. Таким образом, инженеры заимствовали из науки не только результаты научных исследований, но также методы и социальные институты, с помощью которых они смогли сами генерировать специфические и необходимые для их сообщества знания. Работа ученых, которые заняты созданием новой техники, и инженеров, которые работают как ученые, например в технических университетах, и не выполняют практических обязанностей, является по сути дела чистой наукой, хотя свои научные результаты они публикуют в технических журналах.

Точка зрения, что фундаментальная наука генерирует все знания, которые специалист в области техники затем применяет, устарела и не соответствует статусу современной техники. Действительно, сегодня множество исследователей, получивших инженерное образование и работающих в отраслевых промышленных лабораториях, связаны с созданием специфического теоретического знания, а не только с применением уже полученного в естественной науке знания, а ученые, работающие в университетах или академических центрах, приходят к важным технологическим результатам. Поэтому технические науки должны рассматриваться не как придаток естественных наук, а как самостоятельные научные дисциплины. Вместе с тем они существенно от них отличаются по специфике своей связи с техникой. Занимая одну и ту же предметную область инструментально измеримых явлений, они могут исследовать одни и те же объекты, но делают это по

Технические науки к началу XX в. составили сложную систему знаний - от систематически организованных наук до собрания правил в инженерных руководствах. Некоторые из них строились непосредственно на науке, как, например, сопротивление материалов и гидравлика, и часто рассматриваются в качестве отраслей физики, другие же, как, например, кинематика механизмов, развились из инженерной практики.

Именно из естественных наук в технические были транслированы исходные теоретические положения, способы представления объектов исследования и проектирования и основные понятия, а также заимствован идеал самой научности. В то же время в технических науках все заимствованные из естествознания элементы претерпели существенную трансформацию, в результате чего и возник новый тип организации теоретического знания. Кроме того, технические науки со своей стороны в значительной степени стимулируют развитие естественных наук, оказывая на них обратное влияние.

Однако утверждение, что основой всех технических наук является лишь точное естествознание, некорректно. В настоящее время научно-технические дисциплины представляют собой широкий спектр различных дисциплин от самых абстрактных до весьма специализированных, которые ориентируются на использование не только знаний естественных наук, причем не только физики, а также химии, биологии и т.д., но и общественных наук, как, например, инженерно-экономические исследования или инженерная психология. Относительно некоторых научно-технических дисциплин вообще трудно сказать, принадлежат ли они к чисто техническим наукам или образуют какое-то иное, более сложное единство науки и техники. Кроме того, некоторые области технических наук могут иметь характер фундаментального, а другие - прикладного исследования, что справедливо и для естественных наук. Поэтому для определения специфики технического знания и технических наук необходимо анализировать их строение.

Фундаментальные исследования в технических науках часто отождествляются с теоретическими исследованиями в технике, которые находятся между математическими, естественнонаучными теориями, с одной стороны, и инженерной практикой - с другой, и даже включают в себя элементы дедуктивно-аксиоматических теорий. Действительно, большинство технических наук имеет свои теории, а инженер должен описывать сложную техническую реальность также и теоретически. Поэтому очень важно четко определить, что такое фундаментальные исследования в технических науках и чем они отличаются от прикладных исследований в них.

Прикладное исследование адресовано производителям и заказчикам и направляется их нуждами или желаниями, фундаментальное - другим ученым. С методологической точки зрения исследование в технической науке не сильно отличается от естественнонаучного исследования. Технические науки также могут быть рассмотрены как академические дисциплины, поскольку для инженерной деятельности требуются не только краткосрочные исследования, направленные на решение специальных задач, но и широкая долговременная программа фундаментальных исследований в лабораториях и институтах, специально предназначенных для развития технических наук. В то же время современные фундаментальные исследования более тесно связаны с приложениями, чем это было раньше. Таким образом, в научно-технических дисциплинах необходимо четко различать исследования, включенные в инженерную деятельность независимо от того, в каких организационных формах они протекают, и теоретические исследования, которые мы будем дальше называть технической теорией.

Методолог изучает исследовательскую и проектную деятельности как бы со стороны. В принципе такую позицию может занять и любой ученый или инженер, если он не только выполняет профессиональную деятельность в определенной конкретной области науки или техники, но и пытается рефлектировать свою собственную деятельность. Обычно эти две различные позиции в науке и технике разведены, но между ними существует отношение рефлексии, которая служит орудием критики и выводит мышление за пределы наличных форм знания. Между методологом и ученым или инженером располагается еще одна важная позиция - историка науки и техники. В этом случае имеют место два уровня рефлексии. Задача философии науки и техники учитывать обе эти рефлексивные позиции.

В зависимости от уровня такого рода методологической рефлексии следует различать философскую, общенаучную и конкретно-научную методологию, которая может иметь нормативную или дескриптивную направленность, а также методическую деятельность, разрабатывающую конкретные методические указания и предписания к выполнению определенной профессиональной деятельности. Именно на пересечении философии науки и философии техники выделился в относительно самостоятельную область методологический анализ технических наук и научно-технического знания наряду и под влиянием философско-методологического анализа естествознания, прежде всего физики. Эти исследования, в свою очередь, оказались полезными для выяснения отношения теории и практики, познания и проектирования, науки и техники, фундаментального и прикладного исследования, что имеет, несомненно, важное значение не только для техники и технических наук, но для науки в целом, не только для философии техники, но и для философии науки, например для понимания механизмов генезиса и эволюции современных научных теорий.

Таким образом, методологическая рефлексия характерна сегодня не только для естествознания, но и для других областей науки и техники, в частности для инженерной, проектировочной и вообще всякой инновационной деятельности. В этом случае, однако, методология выходит за рамки научного исследования и становится методологией проектирования, понимаемого в самом широком смысле. Отчетливая методологическая ориентация становится важнейшей особенностью современного междисциплинарного технического исследования и системного проектирования, что часто находит воплощение в конкретных методических предписаниях, оказывающих непосредственное влияние на практику.

Это поднимает роль и одновременно повышает ответственность методологии науки и методологического компонента философии техники относительно конкретных методологических исследований.

Для конкретных наук методология является совокупностью методов, направленных на решение поставленных проблем.

Методология реализует три функции:

- получение и создание нового знания,

- преобразование этого знания в виде новых понятий, категорий, законов, гипотез, идей, теорий,

- организация использования новых знаний в практической деятельности.

В приборостроении, как и в технических науках в целом, применяют определенные методы научного познания. Рассмотрим методы, наиболее часто применяемые на практике.

Анализ (греч. аnаlуsis – разложение) – метод исследования, суть которого в том, что предмет изучения мысленно или практически расчленяется на составные элементы (части объекта или его признаки, свойства, отношения) и каждая из частей исследуется отдельно.

Синтез (греч. synthesis – соединение) – этот метод исследования позволяет осуществлять соединение элементов (частей) объекта, расчлененного в процессе анализа, устанавливать связи между ними и познавать объекты исследования как единое целое.

При изучении конкретного объекта исследования, как правило, анализ и синтез используются одновременно, поскольку они взаимосвязаны.

Индукция (лат. inductio – наведение) – это такой метод познания, при котором по частным факторам и явлениям выводятся общие принципы и законы. Это умозаключение от фактов к некоторой гипотезе (общему утверждению). В таком умозаключении общий вывод о признаках совокупности элементов делается на основе исследования части элементов этой совокупности. При этом исследуемые факты отбираются по заранее выработанному плану.

Различают полную индукцию и неполную.

Полная индукция – обобщение относится к конечно–обозримой области фактов и сделанное при этом умозаключение исчерпывающе рассматривает изучаемое явление.

Неполная индукция – обобщение относится к бесконечной или конечно–необозримой области фактов, а сделанное при этом умозаключение позволяет составить лишь ориентировочное, предварительное мнение об изучаемом объекте. Это мнение может быть недостоверным. При использовании метода неполной индукции могут возникнуть ошибки, причинами которых являются:

– обобщение без достаточного основания по второстепенным или

– подмена причинной связи обычной последовательностью во времени;

– необоснованное распространение полученного вывода за пределы

конкретных условий, в которых он был получен, т.е. подмена

Дедукция (лат. deduction – выведение) – это такой метод познания, при котором частные положения выводятся из общих. Посредством дедукции вывод об отдельном элементе некоторой совокупности делается на основе знаний о признаках всей совокупности, т.е. она является методом перехода от общих представлений к частным.

Несмотря на свою противоположность, индукция и дедукция в процессе научного познания всегда используются совместно, представляя разные стороны единого диалектического метода познания – от индуктивного обобщения к дедуктивному выводу, к проверке вывода и более глубокому обобщению – и так до бесконечности.

Аналогия (греч. analodgia – соответствие, сходство) – это метод научного познания, с помощью которого достигается знание об одних предметах или явлениях на основании их сходства с другими. Умозаключение по аналогии – это когда знание о каком-либо объекте переносится на другой, менее изученный объект, но сходный с первым по существенным свойствам, качествам. Такие умозаключения являются одним из основных источников научных гипотез. Благодаря своей наглядности метод аналогий получил широкое распространение в науке.

Метод аналогий является основой другого метода научного познания – моделирования.

Моделирование (лат. modulus – мера, образец) – это метод научного познания, заключающийся в замене изучаемого объекта его специально созданным аналогом или моделью, по которым определяются или уточняются характеристики оригинала. При этом модель должна содержать существенные черты реального объекта.

Моделирование является одной из основных категорий познания, на его идее базируется практически любой метод научного исследования как теоретический, при котором используются различные абстрактные (идеальные) модели, так и экспериментальный, использующий предметные (материальные) модели. К абстрактным моделям относят мысленные, логические, воображаемые (логико-математические) и математические модели. Последние описываются тождественными с оригиналом уравнениями. К материальным относят физические, вещественные или действующие модели. Они сохраняют физическую природу оригинала.

Метод моделирования опирается на содержательное знание объекта исследования и предусматривает решение таких важных вопросов, как отношение модели и объекта исследования, степень сходства модели с оригиналом, правомерность перенесения полученной при изучении модели информации на объект.

За последние годы заметно возрос интерес к философским вопросам техники, технического знания и технических наук. Появились сборники, в которых рассматриваются различные философские аспекты технических наук, анализируется их место в системе научных знаний.

В то же время методы научного познания в различных науках имеет свою специфику, отражающую особенности самих областей действительности. Особенности техники как совокупности созданных человеком средств деятельности определяются тем, что в технике материализованы, овеществлены знания и производственный опыт людей.

По мере развития техники обновляется технология различных отраслей и видов производства. Совершенствование технологии состоит в переходе к более рациональным и научно обоснованным способам обработки материалов. Саму технологию наиболее кратко можно определить как совокупность методов воздействия на вещественные элементы производства.

Наиболее существенной методологической особенностью материализации знаний в технике является то, что опредмечиваются, материализуются в технике соответствующие знания лишь при условии общественной потребности в данных продуктах труда. Свое научное обоснование указанная потребность получает в общественных науках. С другой стороны, технические знания тесно связаны с естественнонаучными. Это объясняется общностью объектной области: технические процессы основаны на использовании законов природы, которые устанавливает естествознание.

Для современной технологии характерно сочетание в едином производственном цикле разнообразных механических и физико-химических процессов с химическими превращениями. Установление общих закономерностей протекания различных процессов составляет предпосылку научного подхода к разработке технологии.

Технические, в том числе технологические науки, занимают как бы промежуточное положение между естественными и общественными. Естественные науки указывают на границы возможного в технике, общественные науки обосновывают границы целесообразного.

Технические науки представляют особым образом организованные системы знаний. Логическая структура технических наук в общем случае включает три уровня взаимосвязанных знаний: естественнонаучных, собственно технических, в том числе технологических, и социально-технических. На всех трех уровнях существуют относительно самостоятельные эмпирические компоненты знания. На всех трех уровнях может функционировать и развиваться также теоретическое знание, если данная техническая наука достигла теоретической стадии развития.

Технические знания обособляются в техническую теорию в том случае, если в совокупности они дают теоретическую модель средств, конструктивно однотипных по техническим принципам, рабочему телу, вещественному субстрату, с однородным функциональным назначением, а также модель технологического процесса, основанного на функционировании этих технических средств. Технические науки различаются по степени общности. Соответственно технические теории могут быть различной общности. При этом каждый из указанных трех уровней знаний связан со специфическими для этого уровня теориями. На уровне естественнонаучных знаний наряду с эмпирическими (по характеру применения их в этом случае уместно назвать прикладными) могут быть и в большинстве случаев действительно существуют теоретические знания. Эти теоретические знания могут оказаться общими по отношению к целой группе технических наук. Например, классическая механика входит в структуру теоретических основ большинства технических наук.

В отличие от этого теории, обобщающие собственно технические знания, носят обычно специфический, локальный характер. Большинство из них имеет сферой применимости лишь данную техническую науку. Это связано с тем, что процессы дифференциации технического знания опережают процессы его интеграции. Это положение справедливо и для науки в целом. Однако, по-видимому, в наибольшей мере оно проявляется в развитии технических наук.

Следует особо отметить возрастание по отношению к техническим наукам интегративной функции теоретической механики. Механика является одной из научных основ не только различных разделов физики, но и лежит в основе многочисленных общетехнических и специально-технических дисциплин. Возрастание методологического значения механики для технических наук объясняется, прежде всего, расширением круга проблем, рассматриваемых механикой. Все большее значение в механике начинают приобретать задачи, включающие рассмотрение величин, значения которых заранее не известны, а известны лишь, вероятности того, с какой эти величины могут принимать то или иное значение. Вероятностный стиль мышления, вероятностный подход как составная часть общенаучного уровня методологии играет все большую роль в технических науках. В этом отношении можно сказать, что теоретическая механика опосредует связь общенаучного уровня методологии со специальными знаниями.

Наряду с механикой к теоретическим основам ряда технических наук (на уровне естественнонаучных знаний) относятся термодинамика, электродинамика и другие разделы физики. Так, электродинамика является теоретической основой электротехники, радиотехники и других электротехнических дисциплин. На уровне социально-технического знания, как и на естественнонаучном, преобладают теории, общие для многих или даже всех технических наук. Эти теории технические науки заимствуют из таких тесно с ними связанных дисциплин, как эргономика, техническая эстетика, стандартизация, экономика отрасли производства и др.

В связи с тем, что общих технических теорий, обслуживающих различные технические науки, сравнительно немного (к ним относятся, например, теория автоматического управления, теория механизмов и машин и др.), в качестве важного средства компенсации тенденции дифференциации технических знаний целесообразно усилить сознательное использование принципов и категорий философского и общенаучного уровня методологии. Фактически уже сейчас общенаучные подходы и категории играют фундаментальную роль в структуре методологических основ технических наук. При решении принципиальных вопросов разработки новой техники и технологии все более широко используются такие понятия, как система, структура, информация, упорядоченность, алгоритм, инвариантность и др.

Нормативные требования, которые необходимо учитывать при разработке новой техники и технологии, определены стандартами, техническими условиями на конкретную продукцию Единой системой конструкторской документации, Единой системой технологической подготовки производства и др. Нормативные требования к техническим объектам пересматриваются, обеспечивая большой простор для рационализации и изобретательства. Сама работа по обновлению норм, стандартов, технических условий представляет важную разновидность технического творчества. Нормативно-технические документы составляются с учетом научно-технических прогнозов и устанавливают повышенные (по отношению к достигнутому на практике уровню) требования к техническим объектам. Однако соблюдение даже всех нормативных требований само по себе не приводит однозначно к какому-то предопределенному и единственно обоснованному техническому решению. Новые технические объекты не запрограммированы существующим комплексом норм, правил, требований. Обобщая сказанное, можно констатировать, что техническая задача всегда имеет ту или иную степень неопределенности. Следствием этого является многовариантность решения технических задач.

Необходимость принятия решений в условиях неопределенности, обусловленной характером постановки технических задач, и связанная с этим многовариантность их решения привели к широкому использованию в технических науках методологических средств системного подхода и системного анализа. Методологический статус указанных концепций не совпадает, хотя они имеют много общего. В основе системного анализа лежат исходные идеи системного подхода. Системный подход как общенаучное направление методологии представляет конкретизацию принципов диалектики применительно к исследованию объектов как систем. Исходя из трактовки систем как определенных целостных образований, системный подход ориентирует познание на раскрытие целостности, единства объекта исследования, на выявление типов связей с тем, чтобы на теоретическом уровне получить отражение конкретных механизмов целостности и типологии связей объекта.

Системный анализ, как и системный подход, не представляет строгой методологической концепции. Однако системный анализ связан с более частными, в том числе формализованными, методами и процедурами. Методы системного анализа направлены на выдвижение различных вариантов решения задачи при наличии некоторой неопределенности в условиях задачи. Выбор наиболее приемлемого для реализации варианта решения задачи осуществляется как на основе научного исследования, так и в ряде случаев на основе личного опыта, интуиции и других субъективных моментов.

Поскольку применение методов системного анализа связано с процессом принятия решений по практическим проблемам управления (системами), постольку системный анализ выступает как прикладное направление современной методологии познавательной и практической деятельности. В процессе принятия технических решений методологические средства системного анализа служат действенным фактором интеграции технических наук и производства.

Основной процедурой системного анализа является математическое моделирование. В зависимости от конкретных задач используются различные методы математического моделирования, и диапазон их непрерывно расширяется. Поэтому применение системного анализа в технических науках сопровождается их математизацией.

Системный анализ в области конструирования сложных технических систем иногда называют системотехникой. Более часто системотехнику определяют как научно-техническую дисциплину, охватывающую вопросы проектирования, создания, испытания и эксплуатации сложных систем. В таком понимании системный анализ наряду с моделированием составляет методологическую основу системотехники.

Распространение системного подхода и связанного с ним системного анализа и системотехники объясняется усложнением задач технических наук, необходимостью более тесной связи науки и практики в процессе создания все более сложных и крупных технических систем.

Основные понятия:методология, метод,комбинационно-синтезирующий метод, аппроксимация, конструирование, проектирование, системное проектирование, системно-структурный метод, системный анализ, математическое моделирование, проективно-прагматический метод, метод декомпозиции, экстраполяция, технический эксперимент.

Технические науки так же, как естественные и социально-гуманитарные имеют свою методологию, систему методологических принципов и подходов.

Методология науки в прикладном смысле – это система (комплекс, взаимообусловленная и взаимосвязанная совокупность) принципов и подходов исследовательской деятельности, на которые опирается исследователь (ученый) в ходе получения и разработки знаний в рамках конкретной естественно-научной или технической дисциплины. Методы технической науки, ее методология меняются с течением времени очень мало. В целом методы познания технических объектов соответствуют общенаучным. Хотя для них характерны определенные особенности: особое значение придается системному подходу и методам моделирования.

Можно выделить отдельно проблему методологии исследования в технических науках, которая имеет ряд существенных отличий от исследований в естественных науках.

Отличия методологии исследований в технических и естественных науках.

Исследования в технических науках	Исследования в естественных науках
Цель исследований – реализация их результатов для совершенствования технических объектов.	Цель НИР – получение нового знания.
Направленность определяется социально-экономическим заказом.	Направленность определяет исследователь в стремлении к пониманию природы.
Обязательность доказательного обоснования целей исследования.	Необязательность наличия прикладных целей исследования.
Наличие инновационного предложения или его обоснования.	Необязательность видимой практической полезности исследований.
Наличие экспериментальной составляющей.	Допустимость теоретических исследований.
Специфичность методов экспериментальных исследований.	Наибольшее разнообразие методов экспериментальных исследований.
Многоаспектность объекта исследования.	Приемлемость изучения объекта в единственном аспекте.
Обязательность технико-экономической оценки применения результатов.	Необязательность получения социально-экономического эффекта от применения результатов.

Как видим, содержание исследований в технических науках методологически и по своей направленности неразрывно связано с практической деятельностью в экономике, оборонной сфере и обслуживании духовных запросов общества. Типовое содержание исследований в технических науках включает в общем случае ряд составляющих, в совокупности отображаемых установившейся за многие десятилетия хорошо отработанной методологией исследований [58].

В общем и целом, процедура (технология) получения знания (и научно-практических результатов) в технических науках выглядит так:

2. Привлечение экспертов к оценке и детализации направленности исследования. В диссертационных исследованиях формирование темы диссертационной работы.

3. Выявление противоречия и обоснование актуальности проблемы исследования.

4. Выбор цели и объекта исследования.

5. Определение предмета исследования.

6. Обоснование актуальности исследования.

7. Поиск гипотезы исследования.

8. Математизация гипотезы, построение математической модели (теоретическое обоснование).

9. Планирование эксперимента.

10. Подготовка эксперимента.

11. Проведение эксперимента.

12. Обработка результатов.

13. Формирование предложения по трансформации объекта.

14. Теоретическое исследование по интерпретации результатов эксперимента (проверка адекватности гипотезы) и осознание результатов НИР.

15. Поиск и обоснование применений предложения.

16. Публикация результатов.

17. Подготовка нормативных документов или исходных данных для технического проекта.

Приведенная технология исследований в технических науках универсальна для поисковых и диссертационных исследований. В зависимости от содержания исследования отдельные этапы этой универсальной технологии могут быть пропущены. Однако на каждом из этих этапов применяется своя система методов.

Принципиальное методологическое значение имеет проблема общего метода технических наук. В этой связи особого внимания заслуживает позиция В.И. Белозерцева и Я.В. Сазонова, согласно которой общим методом технических наук и технического творчества является комбинационно-синтезирующий метод. Он состоит в том, что в процессе создания новой техники, новых материалов, новых технологических процессов ученые, конструкторы, инженеры осуществляют многообразное комбинирование (частично на опытно-экспериментальном, а в основном на теоретическом уровне) самых различных естественных законов, процессов, сил, конфигураций деталей, принципов работы различных подсистем, входящих в то или иное проектируемое техническое устройство до тех пор, пока не будет найдена такая оптимальная, строго определенная последовательность взаимовлияний в целостном единстве уже точно определенных сил, свойств, процессов, законов и подсистем, которая и приводит к появлению (производству) качественно новой техники. Комбинационно-синтезирующий метод технических наук – метод создания новых технических систем, новых материалов и технологических процессов на основе объединения, использования отдельных естественных, природных законов, сил, свойств, процессов и материалов [57].

Сущность и методология проектирования.

Внутри процесса проектирования, наряду с расчетными этапами и экспериментальными исследованиями, часто выделяют процесс конструирования. Конструирование — деятельность по созданию материального образа разрабатываемого объекта, ему свойственна работа с физическими моделями и их графическими изображениями. Эти модели и изображения, а также некоторые виды изделий называют конструкциями.

Основные методы, методологические подходы и принципы технических наук и методологии проектирования:

Системное проектирование комплексно решает поставленные задачи, принимает во внимание взаимодействие и взаимосвязь отдельных объектов-систем и их частей как между собой, так и с внешней средой, учитывает социально-экономические и экологические последствия их функционирования. Системное проектирование основывается на тщательном совместном рассмотрении объекта проектирования и процесса проектирования, которые в свою очередь включают еще ряд важных частей, показанных на рис.1.

В методологии проектирования используется системно-структурный метод - способ исследования объекта, в качестве которого в данном случае выступают техника, технология и инженерная деятельность, рассматриваемые как системы, что достигается посредством использования общенаучных методологических принципов, специальных понятий.

Данный метод предполагает:

1) рассмотрение объекта как системы;

2) определение состава, структуры и организации элементов и частей системы;

3) выявление зависимости каждого элемента от его места и функций в системе с учетом того, что свойства целого не сводимы к сумме свойств его элементов;

4) анализ того, насколько поведение системы обусловлено как особенностями ее элементов, так и свойствами структуры;

5) исследование механизма взаимозависимости системы и среды;

6) изучение характера иерархичности, присущего данной системе;

7) определение функций системы и ее роли среди других систем;

8) обеспечение множественности описаний с целью множественного охвата системы;

9) рассмотрение динамики системы, представление ее как развивающейся целостности, обнаружение на этой основе закономерностей и тенденций развития системы

В рамках системного подхода познавательный процесс ориентируется на раскрытие функционально-целостной взаимосвязи исследуемого объекта, выявление типов связей между его подсистемами. Онтологическим основанием интегральных функций системного подхода служит целостный характер общественной реальности.

ПРИМЕР: Станок (система элементов-подсистем), сам он - подсистема целостного технологического процесса, а тот в свою очередь рассматривается как подсистема целостного межтехнологического процесса и т.д.

Математическое моделирование- процесс математизации технологического знания, то есть использование математики в описании соответствующих процессов. Математическое (информационное) моделирование - это когда исследуемый объект, характеризуемый определенными количественными параметрами, изучается с помощью ЭВМ. В основе этого метода лежит концепция "черного ящика" ("вход" и "выход", на которые задаются данные). Исследователь выявляет оптимальные показатели системы, обеспечивающие заданные характеристики объекта (процесса). Задача заполнения "черного ящика" распадается на два этапа. И именно: создание исходного образца и его оптимизация.

В простейшем случае выдвигается конкретная техническая идея, воплощенная в объекте (образце). В сложном случае реализация технической идеи предваряется экспериментированием на модели, которая может быть упрощена, дабы выявить ее потенциальные возможности, приближающиеся к реальному объекту.

Метод моделирования имеет, наряду с экспериментом, наибольшее значение в технических науках в силу специфики возникновения технического объекта. Как уже отмечалось, под моделированием понимается исследование объектов познания посредством построения их моделей, когда реальный объект заменяется его образцом, а знания, полученные на основе исследования модели, переносятся на реальный объект. Однако в техническом познании реальный объект зачастую отсутствует. В этом случае моделирование можно рассматривать как процесс не только познания объекта, но и его создания.

В целом цикл моделирования включает в себя ряд этапов:

1) процедуру создания модели технического объекта;

2) исследование модели;

3) ее преобразование;

4) переход от модели к техническому объекту.

При этом моделирование оказывается непосредственно связано с экспериментом. В силу того, что сегодня масштаб технических исследований очень значителен, затраты велики, как правило, вначале создается упрошенная модель, в которой материализуются основные принципы соответствующей технической системы. В настоящее время часто начинают с имитационного эксперимента, т.е. строится математическая модель, которая переводится на язык программы и вводится в компьютер.

Проективно-прагматический метод, который дает исследователю общую схему действия. Суть его составляет логика так называемого практического вывода. Необходимо не просто подвести информацию о факте под закон, а подчинить поставленной научно-технической цели информацию о средствах ее достижения.

Метод аппроксимации:слово "аппроксимация" в своем первоначальном значении в математике означает замещение каких-либо математических функций или расчетных схем другими, приближенно выражающими их, эквивалентными им в определенном отношении, а также более простыми функциями или расчетными схемами, для которых уже существуют или могут быть получены известные решения. В технических науках это понятие получило более широкое толкование как процедура решения инженерных задач на теоретических схемах с помощью ряда их эквивалентных замен и упрощений. Сущность метода аппроксимации заключается в компромиссе между точностью и сложностью расчетных схем. Точная аппроксимация обычно приводит к сложным математическим соотношениям и расчетам. Слишком упрощенная эквивалентная схема технической системы снижает точность расчетов. Аппроксимирующие выражения и схемы должны по возможности точно выражать характер аппроксимирующей функции или схемы и в то же время быть как можно проще, чтобы и математические решения были более простыми. Надо подчеркнуть, что для одного режима функционирования технической системы может оказаться предпочтительнее один вид аппроксимации, для других режимов - другие виды.

Технический эксперимент - это деятельность по производству технических эффектов, отчасти может быть квалифицирована как инженерная деятельность, т.е. как конструирование машин, как попытка создать искусственные процессы и состояния, однако с целью получения новых научных знании о природе или подтверждения научных законов, а не исследования закономерностей функционирования и создания самих технических устройств.

К особенностям современного научно-технического эксперимента относят:

а) высокий уровень его материально-технического обеспечения, требующий, как правило, работы целого научного коллектива;

б) использование мощных технологий обработки данных (компьютерных методов, схем статистического анализа, приемов математического моделирования);

в) взаимодействие подходов из различных областей науки для решения конкретных проблем.

Впрочем, до сих пор в прикладных технических науках эксперимент нередко заменяет инженерная деятельность. Именно в инженерной деятельности проверяется адекватность теоретических выводов технической теории и черпается новый эмпирический материал.

Метод декомпозиции (как технический вариант единства анализа и синтеза) применяется для решения сложной технической задачи и сводится к расчленению системы на подсистемы или даже на элементы с целью их детального исследования и последующего синтеза. Например, ракетоноситель как сложная техническая система расчленяется на блоки, которые, в свою очередь, делятся на отсеки, имеющие законченное конструктивное и функциональное назначение. Каждый отсек (топливный, переходный, отсек двигательной установки) подвергается аналитической проработке, а для каждого его элемента проводятся тепловые, прочностные и другие расчеты.

Экстраполяция — распространение знаний о какой-то части объектов, явлений на другую их часть или на совокупность объектов в целом, шире — следствий какой-либо гипотезы или теории с одной сферы описываемых явлений на другие сферы. Так, установив для какого-то газа свойство сжатия и выразив его в виде количественного закона, можно перенести это на другие, не исследованные газы с учетом их коэффициента сжатия. Это распространяется и на прикладное техническое познание.

Выводы: на сегодняшний день насчитывается множество методов технического познания. Как и в естественных науках, методология (наука о методах) техникознания служит определению специфики необходимых методов применительно к техническим наукам. Общим подходом можно считать системный подход, поскольку он наилучшим образом помогает изучить систему техника-природа-человек. Комбинационно-синтезирующий метод позволяет комбинировать различные естественные законы, процессы, силы, детали, принципы работы различных подсистем. Необходимым является метод моделирования, в том числе математического моделирования.

Контрольные вопросы.

1. Каковы взаимоотношения знаний, полученных на эмпирическом и теоретическом уровнях исследования в техникознании?

2. Есть ли какое-то отличие теоретического и эмпирического уровней познания технических и естественных наук?

3. Чем техническая теория принципиально отличается от теории естественнонаучной?

4. Какова роль технической теории?

5. Что составляет содержание технической теории?

6. Какую роль выполняют теоретические схемы в техникознании и технической теории?

7. Какие существуют виды схем? Какую роль они выполняют?

8. В чем заключается специфика эксперимента в технических науках?

9. Раскройте особенности метода проектирования в современном техническом знании.

10. Чем проектирование отличается от конструирования?

11. В чем заключается сущность системного подхода в технических науках?

12. В чем заключается сущность метода системного проектирования?

13. В чем заключаются особенности проектно-ориентированного исследования в современной науке?

14. Что такое аппроксимация и какую роль она играет в технических науках и инженерном проектировании?

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.01)

Выделяют следующие этапы взаимодействия науки и техники, приведшие к развитию технических наук:

- В первый период (донаучный) последовательно формируются три типа технических знаний: практико-методические, технологические и конструктивно-технические;

- Во втором периоде происходит зарождение технических наук (со второй половины XVIII в. до 70-х гг. XIX в.) происходит, во-первых, формирование научно-технических знаний на основе использования в инженерной практике знаний естественных наук и, во-вторых, появление технических наук;

- Третий период – классический (до середины XIX века) характеризуется построением ряда фундаментальных технических теорий;

- Для четвёртого этапа (настоящее время) характерно осуществление комплексных исследований, интеграция технических наук не только с естественными, но и с общественными науками.

Практическими предпосылками формирования технических наук является появление машинного производства, которое требовало для своего развития и функционирования сознательного применения научных знаний. Исторические факты показывают, что технические науки сформировались в связи с усложнением технических средств производства в период становления машин и являлись своего рода инструментом, существенным образом, изменившим способ конструирования машин.

Теоретическими же предпосылками формирования технических наук являются как развитие научно-технического знания, так и развитие естественных наук и математики в 19 веке, особенно механики И. Ньютона.

Несомненная заслуга в становлении технических наук принадлежит Сади Карно – создателю термодинамики, который абстрагировался от конкретных конструкций паровых двигателей, создал идеальную паровую машину или теоретическую модель этой машины и рассмотрел принцип получения движения из тепла.

Технические науки открывают и изучают законы, явления и процессы технических устройств, и способы реализации законов природы в процессе технического творчества.

Специфика технических наук

Выявление специфики технических наук осуществляется обычно следующим образом: технические науки сопоставляются с естественными (и общественными) науками и параллельно рассматривается соотношение фундаментальных и прикладных исследований. При этом могут быть выделены следующие позиции:

1 технические науки отождествляются с прикладным естествознанием;

2 естественные и технические науки рассматриваются как равноправные научные дисциплины;

3 в технических науках выделяются как фундаментальные, так и прикладные исследования.

1Технические науки и прикладное естествознание

Технические науки нередко отождествляется с прикладным естествознанием. Однако в условиях современного научно-технического развития такое отождествление не соответствует действительности. Технические науки составляют особый класс научных (научно-технических) дисциплин, отличающихся от естественных, хотя между ними существует достаточно тесная связь. Технические науки возникли в качестве прикладных областей исследования естественных наук, используя, но и значительно видоизменяя заимствованные теоретические схемы, развивая исходное знание. Кроме того, это не был единственный способ их возникновения. Важную роль сыграла здесь математика.

Как показывают конкретные исторические примеры, в реальной жизни очень трудно отделить использование научных знаний от их создания и развития. Как правило, инженеры сознательно или несознательно используют и формулируют общие утверждения и законы; математика выступает для них обычным аналитическим средством и языком. Инженеры постоянно выдвигают гипотезы и проектируют эксперименты для лабораторной или натурной проверки этих гипотез. Все это обычно маркируется и воспринимается как наука…

Инженеры используют не столько готовые научные знания, сколько научный метод. Кроме того, в самих технических науках постепенно формируется мощный слой фундаментальных исследований, теперь уже фундаментальные исследования с прикладными целями проводятся в интересах самой техники. Всё это показывает условность проводимых границ между фундаментальными и прикладными исследованиями. Поэтому следует говорить о различии фундаментальных и прикладных исследований и в естественных, и в технических науках, а не о противопоставлении фундаментальных и прикладных наук, неизменно относя к первым из них – естественные, а ко вторым – технические науки.

2 Технические и естественные науки – равноправные партнёры

К настоящему времени чаще всего выделяются естественные, гуманитарные, математические и технические науки, рассматриваемые как равноправные партнёры.

Наиболее тесная связь наблюдается между техническими и естественными науками. Каждая техническая наука – это отдельная и относительно автономная дисциплина, обладающая рядом особенностей. Технические науки – часть науки и, хотя они не должны далеко отрываться от технической практики, не совпадают с ней. Техническая наука обслуживает технику, но является прежде всего наукой, т. е. направлена на получение объективного, поддающегося социальной трансляции знания.

Технические и естественные науки имеют одну и ту же предметную область инструментально измеримых явлений. Хотя они могут исследовать одни и те же объекты, но проводят исследование этих объектов различным образом.

Технические науки к началу XX столетия составили сложную иерархическую систему знаний – от весьма систематических наук до собрания правил в инженерных руководствах. Некоторые из них строились непосредственно на естествознании (например, сопротивление материалов и гидравлика) и часто рассматривались в качестве особой отрасли физики, другие (как кинематика механизмов) развивались из непосредственной инженерной практики. К началу XX столетия технические науки, выросшие из практики, приняли качество подлинной науки, признаками которой являются систематическая организация знаний, опора на эксперимент и построение математизированных теорий. В технических науках появились также особые фундаментальные исследования.

Таким образом, естественные и технические науки – равноправные партнёры. Они тесно связаны как в генетическом аспекте, так и в процессах своего функционирования. Именно из естественных наук в технические были транслированы первые исходные теоретические положения, способы представления объектов исследования и проектирования, основные понятия, а также был заимствован самый идеал научности, установка на теоретическую организацию научно-технических знаний, на построение идеальных моделей, математизацию. В то же время нельзя не видеть, что в технических науках все заимствованные из естествознания элементы претерпели существенную трансформацию, в результате чего и возник новый тип организации теоретического знания. Кроме того, технические науки со своей стороны в значительной степени стимулируют развитие естественных наук, оказывая на них обратное воздействие.

Для определения специфики технического знания и технических наук необходимо анализировать их строение. В настоящее время научно-технические дисциплины представляют собой широкий спектр различных дисциплин – от самых абстрактных до весьма специализированных, которые ориентируются на использование знаний не только естественных наук (физики, химии, биологии и т. д.), но и общественных (например, экономики, социологии, психологии и т. п.). Относительно некоторых научно-технических дисциплин вообще трудно сказать, принадлежат ли они к чисто техническим наукам или представляют какое-то новое, более сложное единство науки и техники. Кроме того, некоторые части технических наук могут иметь характер фундаментального, а другие – прикладного исследования.

3 Фундаментальные и прикладные исследования в технических науках

Прикладное исследование – это такое исследование, результаты которого адресованы производителям и заказчикам и которое направляется нуждами или желаниями этих клиентов, фундаментальное – адресовано другим членам научного сообщества. Современная техника является не только применением существующего научного знания, но имеет творческую компоненту. Поэтому в методологическом плане исследование в технической науке не сильно отличается от общенаучного. Для современной инженерной деятельности требуются не только краткосрочные исследования, направленные на решение специальных задач, но и широкая долговременная программа фундаментальных исследований в лабораториях и институтах, специально предназначенных для развития технических наук. В то же время современные фундаментальные исследования в технических науках более тесно связаны с приложениями.

Для современного этапа развития науки и техники характерно использование методов фундаментальных исследований для решения прикладных проблем. В научно-технических дисциплинах необходимо чётко различать исследования, включённые в непосредственную инженерную деятельность и теоретические исследования называемые технической теорией.

Различие между физической и технической теориями заключается в характере идеализации: физик может сконцентрировать своё внимание на наиболее простых случаях, но всё это для технической теории должно приниматься ею во внимание. Техническая теория имеет дело с более сложной реальностью, поскольку не может исключить сложное взаимодействие физических факторов. Техническая теория является менее абстрактной и идеализированной, она более тесно связана с реальным миром инженерии.

Технические теории в свою очередь оказывают большое обратное влияние на физическую науку и даже в определённом смысле на всю физическую картину мира. Например техническая теория упругости была генетической основой модели эфира, а гидродинамика – вихревых теорий материи. Разделение исследований в технических науках на фундаментальные и прикладные позволяет выделить и рассматривать техническую теорию в качестве предмета особого философско-методологического анализа и перейти к изучению её внутренней структуры.

Особенность технических наук заключается в том, что инженерная деятельность, как правило, заменяет эксперимент. Именно в инженерной деятельности проверяется адекватность теоретических выводов технической теории и черпается новый эмпирический материал.

Естественные и технические науки имеют свои специфические задачи. Для естественных наук основные задачи сводятся к познанию ещё не раскрытых явлений и процессов природы, к овладению их законов. Основные задачи технических наук заключаются в приспособлении новых открытий естественных наук для создания техники и технологии, изучении законов, процессов и явлений не в том виде, в каком они даются природой, а в том, как они проявляются в практико-преобразующей природу деятельности людей. Естествознание открывает, что может быть использовано человеком в процессе его практической деятельности, технические науки – как естественнонаучные знания могут быть использованы в интересах людей. Конечно, естественные науки не оставляют без своего внимания мир техники. Но они отражают физические, химические или биологические процессы, происходящие в технических устройствах, безотносительно к функционированию этих устройств, в то время как технические науки отражают функционирование технических устройств в их связях со строением, структурой этих устройств. В этом плане естественнонаучное знание выступает не целью, а теоретическим средством технического знания и технической практики.

В технических науках основным источником знания служит эксперимент, непосредственное наблюдение, сбор опытных данных. Главную роль здесь играют методы со значительным преобладанием содержательных средств исследования над формальными. Если в естественных науках образование новых понятий определяется успехами аналитического исследования и обобщением их в теории, то в технических науках новое понятие образуется на основе опыта, результатов естественных наук и использования математического аппарата. В первом случае мысль движется от анализа объективно существующего предмета к понятию, во втором – от знания законов природы к понятию а затем уже к материальному предмету. В последнем случае понятие формируется как образ будущего, ещё не существующего предмета.

Что касается законов технических наук, то они также имеют свою специфику. По своей сущности технические законы фиксируют устойчивые, необходимые, существенные и повторяющиеся при наличии определённых условий связи материальных образований технической области человеческой деятельности. В них реализуются строго заданные параметры материальных процессов, позволяющие создавать технические устройства. Законы технических наук являются феноменологическими и динамическими законами, выражающими количественные отношения технических объектов. Базируясь на экспериментальных данных, эти законы не столь точно как законы фундаментальных наук, отражают реальные связи объективного мира лишь приблизительно. Наконец, технические законы имеют ограниченный характер, они не универсальны и всегда имеются причины, ограничивающие сферу их действия.

Следует сказать и о специфике результатов технических наук, которые выступают не только в логических формах фиксации полученного знания, но и в виде конструктивных и технологических решений, практических рекомендаций, инженерно-справочного материала. То, что в других науках проходит идеализацию, в технических науках реализуется путём моделирования. Но постепенно (и довольно быстрыми темпами) технические науки из эмпирически сложившихся наук превращаются в систему теоретического знания.

Технические науки – это сложный комплекс наук, который классифицируется по различным основаниям. Так, технические науки выделяются по отраслям знания, производства, техники. В этом случае речь идёт о прикладных исследованиях, опытно-конструкторских разработках и научном обслуживании производственных процессов. Иногда технические науки делятся по предмету знания на науки о материалах, энергии и технических устройствах. Технические науки расчленяются также на науки изучающие структуры, функции и процессные признаки технических объектов. Наконец, выделяются науки, исследующие законы и принципы построения новых технических устройств и представляющие собой теорию использования природных закономерностей в технических устройствах удовлетворяющих общественную практическую потребность, и науки изучающие технологические принципы массового производства и использования технических устройств. В этом случае говорят о технических и технологических науках и утверждают, что первые имеют функции поиска и материализации технических идей, вторые – поиск скорейшего производства технических устройств и их наилучшего использования для практики. Однако в большинстве случаев обычно выделяют общетехнические науки, дающие общую теорию технических систем (теоретическая механика, электротехника, сопротивление материалов, теплотехника, гидравлика, теория механизмов и машин, технология машиностроения и др.) и частные науки (технология сварочного производства, станки и инструменты, автоматизация производственных процессов, приборы точной механики, технология литейного производства, робототехника, мехатроника, информатика и др.). Эту структуру технических наук можно считать общепринятой.

Таким образом, как специфическая область технического знания технические науки представляют собой определённую систему научных знаний, отличную от других областей человеческого знания. Основная её особенность – нацеленность на практику, на технику. Именно через технические науки осуществляется связь всего корпуса научных знаний с техникой на протяжении всей истории науки и техники.

Читайте также: