Дипломная работа: История системного подхода в науке и технике

Прикладные исследования, направленные на специальное исследование техники, по существу, отсутствовали, как и многочисленные сегодня технические науки. В них тогда просто не было необходимости. Кроме того, рабский труд не способствовал развитию техники и целенаправленному приложению к ней техники. Свободный же ремесленник более был заинтересован в высоком качестве производимой им продукции. В античности ремесленное производство - это прежде всего художественное производство. Оно не ориентировалось на науку, хотя и использовало научные знания. Различные механические изобретения служили лишь демонстрацией мощи научного знания. Но повсеместного применения в ремесленном производстве они не находили. Поэтому и не возникла в тот период профессиональная инженерная деятельность, без которой немыслим современный инженер, а сами изобретения зачастую служили лишь украшением частных библиотек.

 

4.2 Техническая деятельность в Европе Х-XII в.

В это время в Европе зарождаются одни из первых профессиональных ремесленных структур - цехи. В момент своего зарождения цехи были прогрессивны. Они формировались как корпорации свободных ремесленников, занимающихся одним и тем же ремеслом. Каждый цех имел свой статут, в котором строго регламентировали тип и качество используемого материала, вид приспособлений и орудий труда, количество и качество выпускаемых изделий, поведение его членов и многое другое. При этом велся строгий надзор за выполнением предписаний этих статутов. Обычно статут начинался примерно так: "Тот кто хочет и знает ремесло может стать мастером с условием того, чтобы он работал согласно обычаям цеха, которые таковы: …". Далее следовал ряд запретов типа: "запрещается вырабатывать в неделю больше 110 кож", "переманивать друг у друга работников, предлагая им большее количество денег", "покупать больше сырья чем требуется без ведома старосты цеха" и т.д. [1]

Как уже говорилось, будучи в момент зарождения прогрессивными, постепенно цехи стали тормозом в развитии технической деятельности и ремесленного производства. Жесткая регламентация ремесленной технической деятельности, слабая специализация ремесел внутри цехов, ограниченность рынков сбыта, отсутствие стимулов, заставляющих удешевлять и увеличивать выпуск изделий, не заинтересованность в развитии технической базы определяли тогда отношение к технике. Боясь конкуренции, цехи были противниками всяких новшеств и изобретений, которые воспринимались ими как нечто "отвратительное" и нарушающее их привилегии. Выдвигались даже запреты на использование не только самих изобретений, но и изделий изготовленных с их помощью, а изобретателей преследовали. В конце средних веков цеховая организация промышленности приходит в противоречия с новыми потребностями производства, рассчитанного на широкий рынок. Однако, не смотря на все это, у средневековых ремесленников были качества, которых часто не достает современному инженеру - озабоченность нуждами потребителя, ориентация не на усредненного, а на конкретного потребителя, стремление держать высокую марку цеха.

 

4.3 Становление инженерной деятельности

Становление инженерной деятельности было связано с развитием высших технических школ, которые начинают целенаправленную научную подготовку инженеров. В них проводятся и первые научно-технические исследования. С необходимостью систематизации научного материала, нужного для подготовки инженеров, связано и возникновение первых технических наук. К концу XIX в. научная подготовка инженеров, их специальное, именно высшее образование, становится настоятельной необходимостью. Поэтому к этому времени многие ремесленные, средние технические училища преобразуются в высшие учебные заведения, где наряду с практическими предметами основное место начинают занимать самые различные науки, хотя на практике эти науки и применяются первоначально весьма редко и инженеры работают пока часто, как и раньше, "на глазок". Но уже когда начинает ощущаться недостаточность основательной теоретической научной базы инженеров. В то же время образование инженеров должно было сочетаться с их практической подготовкой. К концу IХ началу XX в. наука все более проникает в инженерную практику и инженерное образование. Эти две тенденции - ориентация на практику и на науку - характерны и сегодня для высших технических школ. С точки зрения первой ориентации, инженерная деятельность рассматривается как искусство, то есть система приемов и методов практической деятельности (например, строительное искусство, искусство проектирования и т.п.); с точки зрения второй - как своего рода прикладная, техническая наука как порождение науки, как результат приложения науки к технической практике. В соответствии с этими тенденциями реализуются и различные идеалы и нормы инженерной деятельности и инженерного образования: поощрение преимущественно изобретательско-проектной функции инженера, восходящей к художникам-архитекторам и ремесленникам-механикам эпохи Возрождения, или познавательски-исследовательской, расчетной, научной, восходящей к ученым-экспериментаторам Нового времени. В течение всего периода становления классической инженерной деятельности эти две тенденции конкурируют и поочередно возобладают как в сфере практической инженерной деятельности, так и в сфере инженерного образования.

Технический стиль мышления близок художественному, поскольку оба они связаны с очеловечиванием природы. В эпоху Возрождения эта связь получает новое выражение в деятельности великих мастеров того времени. И хотя у них уже намечается четкая ориентация на науку, все же преобладающим является художественный стиль мышления. Мифологическая картина мира средневекового ремесленника в эпоху Возрождения сменяется художественной картиной реальности, стремлением к научному познанию окружающего человека мира [2, с.57]. В отличии от научного и технического мышления основной функцией художественного является культурная - проблема ценностей и идеалов выражающих замысел и пути развития мира по законам красоты. В свою очередь инженерное мышление несет в себе черты как практического технического мышления предшествующих эпох, переработанного художниками-архитекторами Возрождения в новый художественно-научно-технический стиль, так и теоретического мышления архимедово-галилеевской времени.

С художественным мышлением сближает широкое использование им графических средств для выражения своих идей. Язык черчения - язык богатый своими возможностями и международный. Чертеж для инженера - это не только средство общения с исполнителями и коллегами, это идеализированная, но в тоже время поставленная в четкое соответствие с практикой, плоскость выражения его мысли. Именно по этому инженеры предпочитают чертить схемы, а не писать формулы или текст. В отличие от художника это графическое пространство служит инженеру не для художественного отображения окружающего мира с целью вызвать эстетическое наслаждение, а для детализации и конкретизации инженерной идеи в развернутую схему, научного обоснования и математического расчета этой схемы, чтобы впоследствии можно было выполнить рабочие чертежи - предписания мастерам и рабочим к реализации его замыслов [2, с.58]. В современных технических школах студенты в процессе обучения значительную часть своего времени уделяют черчению, где усваивают этот графический язык.

Средневековые ремесленники и архитекторы тоже могли пользоваться и действительно пользовались чертежами и математическими пропорциями, но они выполняли тогда иную функцию. Между языками ремесла и современного проектирования, в структуру которого действительно входит наука, есть принципиальная разница. Пропорция для античного и средневекового мастера была не научным или даже не эстетическим средством, а живой методикой делания вещи, начиная с выбора материала, всей технологической последовательности выполнения работ и кончая определением строя вещи в целом и каждой ее части. Когда современный архитектор, желая придать фасаду здания эстетичый вид, расчерчивает его по так называемому "золотому сечению", то это совсем иной научно-рациональный подход, чем это было в прошлом. Не следует забывать, что сегодня техническое черчение - это воплощенная наука, применение начертательной и проективной геометрии к решению практических задач машиностроения, строительства и т.д. Одним из создателей этого графического языка инженеров был французский инженер и ученый Гаспар Монж.

Монж был математиком и инженером одновременно. Он одним из первых понял и создал строго научную, математически точную систему графических изображений для нужд техники. В этом смысле он был продолжателем учения о перспективе художников-инженеров эпохи Возрождения. Но Монж пошел дальше их, сделав язык чертежа, с одной стороны, более строгим и научным, а с другой - пригодным для решения практических инженерных задач [3, с.103]. Очень скоро техническое черчение стало центральным пунктом инженерного образования, графическим языком инженеров. В других отраслях техники и технической науки также сложились свои особые графические средства для выражения инженерных идей, хотя и не всегда тесно связанные с геометрией, как, например, электрические схемы в электротехнике и радиотехнике.

Таким образом, на протяжении веков сформировались три особенности инженерного мышления - художественная, техническая (практическая) и научная. И хотя инженеры более охотно рисуют чертежи и схемы, а ученые пишут формулы и тексты (статьи, учебники), современное инженерное мышление глубоко научно. И чертеж, и схема, эти языки инженера, насквозь пронизаны наукой, прежде всего математикой.

Научная картина мира, вырабатывавшаяся на протяжении XVII-XVIII столетий, только в XIX в. начала медленно входить в повседневный обиход рядового инженера. В XVIII в. галилеева экспериментальная математизированная наука так и не дошла еще до всех "уголков" практической инженерной деятельности, продолжавшейся оставаться инженерным искусством. Подлинное проникновение науки в сферу инженерной деятельности и промышленности начинается лишь с развитием машинного производства.

 

4.4 Инженерная деятельность в эпоху машинного производства

Со становлением машинного производства происходит дифференциация инженерной деятельности, которая на первых этапах включает в себя лишь изобретательство, конструирование и технологию производства. С возникновением технических наук к ним добавляются еще инженерные исследования и проектирование.

Приемы работы конструктора в зависимости от каждого конкретного случая, но они не выходят за пределы конструктивных вариантов и представляют собой применение известных, уже выработанных искусственных приемов и простых стандартных расчетов. Поэтому его задача заключается в том, чтобы произвести такое видоизменение, чтобы получилась лишь новая конструкция, а не новое изобретение. Прогресс в технике как раз и заключается в том, что нововведение усваивается и переходит из разряда изобретений в разряд конструкций. Конструкторская деятельность становится особенно необходимой с развитием серийного и массового производства технических изделий. Проектирование же занимает промежуточное положение между изобретением и конструированием и более тесно связано с научной деятельностью.

Полный цикл инженерной деятельности включает изобретательство, конструирование, проектирование, инженерное исследование, технология и организация производства, эксплуатация и оценка техники, а завершает этот процесс ликвидация устаревшей или вышедшей из строя техники.

Изобретательство. Изобретательская деятельность, как правило, начинает цикл инженерной работы. В изобретательской деятельности на основании научных знаний и технических достижений заново создаются новые принципы действия, способы реализации этих принципов или конструкции инженерных устройств и систем или же их отдельных компонентов. Сложности в изготовлении, конструировании и техническом обслуживании существующих технических систем, а также необходимость создавать принципиально новые инженерные устройства и системы стимулируют производство особого продукта - изобретений, авторство на которые закрепляется в виде патентов. Они имеют широкую сферу применения, выходящую за пределы единичного акта инженерной деятельности, и используются при конструировании и изготовлении новых технических систем или усовершенствовании старого оборудования.

Вот как, например, в своих записках характеризует суть такой деятельности академик Борис Николаевич Юрьев, разработчик и исследователь вертолетной техники: "Основные этапы изобретательской работы. Изобретения возникают лишь в результате долгой и систематической работы. Вдохновение, озарение и т.п. приходят лишь тогда, когда для них уже создан солидный фундамент.

Обычно работа по изобретательству состоит из следующих четырех этапов:

1. Четкая постановка задачи. Правильно поставить задачу - это часто означает решить ее наполовину.

2. Анализ задачи. Разложение ее на составляющие элементы. Теория. Часть элементов окажется известной. Неизвестное встает более ясно.

3. Комбинаторика (творчество). Классификация решений и заполнения пустых классов. Аналогии. Смелые скачки мысли. Фантазии. Теория и наивыгоднейшие соотношения. Чем смелее, тем лучше!

4. Критический фильтр. Строгая проверка п.3. Проверка новизны, целесообразности и пользы. Чем строже, придирчивее, тем лучше" (Практически этапы системного подхода).

Изобретение, по мнению Б.Н. Юрьева, - это открытие новых методов использования явлений природы для удовлетворения нужд человека, его потребностей наиболее рациональным или экономичным способом. И далее:

"Пути изобретательства.

Зарождение идеи.

1. От явления к применению. Узнав о каком-нибудь явлении или открыв его, нужно попытаться приложить его к практическим целям. Списки не использованных еще явлений природы.

2. От применения (задания) к явлению. Наметив практическую задачу, пытаться решить, подбирая подходящие физические явления. Списки неудовлетворенных технических потребностей или удовлетворенных, но плохо.

3. Подражание природе.

4. Дикие фантазии с последующим отбором. Неожиданные решения, делание наоборот. Рассуждения по аналогии.

5. Научные исследования вопроса и нахождение оптимальных величин (максимума, минимума, экстремума, вариационные задачи и т.д.). Сначала - перевод задания на математический язык. Анализ формул. Практические выводы.

6. Комбинирование известного для получения нового эффекта"*

Весьма показательным в плане систематики труда изобретателя является алгоритм решения изобретательских задач, предложенный Альтшуллером в 60-х годах прошлого века.

Конструирование. Инженерная деятельность направлена на создание нового, а не на слепое копирование имеющихся образцов, как это было свойственно ремесленной практике. Однако только сформулировать идею еще недостаточно. Идея изобретателя, даже воплощенная в виде опытного образца, требует работы целой армии конструкторов, меняющих детали и их расположение, упрощающих конструкцию и т.д. Результатом конструкторской деятельности является готовая конструкция технического устройства или системы, материализуемая затем в процессе изготовления. Эта конструкция, как правило, состоит из определенным образом связанных стандартных элементов, выпускаемых промышленностью. Если каких-либо элементов не достает или их параметры не соответствуют требованиям конструктора, они изобретаются и проектируются заново. Для целей массового производства и варьирования технических характеристик по требованию заказчиков на этой стадии проводятся дополнительные инженерные расчеты и учет ряда таких требований, как простота и экономичность изготовления, удобство использования, соблюдение определенных габаритов и возможность применения стандартных или уже имеющихся конструктивных элементов. Конструктор рассчитывает конкретные конструктивно-технические характеристики создаваемого устройства, учитывающие специфические условия его изготовления на данном производстве. Конструктор создает новые типы машин, имеющие общее устройство, но различающиеся характером отдельных деталей, их расположением, материалом и другими конструктивными особенностями.

Конструкторская деятельность становится необходимой именно с развитием серийного и массового машинного производства технических изделий и заключается в создании, испытании и отработке опытных образцов различных вариантов будущего инженерного объекта, выборе из них наиболее оптимального с точки зрения заказчика варианта и разработке технической документации - руководства для изготовления его на производстве [3, с.107]. За конструктором остается расчет конструктивно-технических и технологических параметров технического устройства, разработка же технологии изготовления - задача уже другого специалиста - инженера-технолога. Однако это не снимает с конструктора ответственности за создание технологичной конструкции. Конструктор должен быть хорошо знаком со всеми процессами изготовления и обработки проектируемых машин, сооружений или вообще всяких изделий. Без такого знакомства он может сконструировать детали, которые вообще невозможно изготовить или обработать либо которые окажутся неудобными, дорогими и чрезмерно долгими в изготовлении.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11