§ 4. Различия современных и классических научно-технических дисциплин

Возникновение инженерной деятельности связано с появлением мануфактурного и машинного производства. В средние века еще не существовала инженерная деятельность в современном понимании, а была, скорее, техническая деятельность, органически связанная с ремесленной организацией производства.

С развитием машинного производства и экспериментального естествознания, инженерная профессия превращается в массовую, что создает в XVIII - XIX веках необходимость систематического научного образования инженеров.

Появление высших технических школ знаменует следующий важный этап в развитии инженерной деятельности. Одной из первых таких школ, была Парижская политехническая школа, основанная в 1794 г., где сознательно ставился вопрос систематической научной подготовки будущих инженеров. Как уже отмечалось, она стала образцом для организации высших технических учебных заведений, в том числе и в России. С самого начала эти учреждения начали выполнять не только учебные, но и исследовательские функции в сфере инженерной деятельности, чем способствовали развитию технических наук. Инженерное образование с тех пор стало играть существенную роль в развитии техники.

Классические научно-технические дисциплины во многом отражали характер инженерной деятельности этого времени, неразрывно связывающей теорию и практику, изобретение и его использование.

Примером такой связи служит жизнь Андрея Константиновича Нартова

[1693 — 1756], русского учёного, механика и скульптора.

В токарне Московской школы математических и навигацких наук прошёл путь от рабочего до её руководителя (1705—12). С 1712, работая в Петербургских придворных мастерских, становится личным токарем Петра I, а в 1723 — руководителем токарни. В 1718—20 учился в Германии, Англии, Франции.

Начиная с 1712 разработал и построил ряд механизированных станков для

получения копированием барельефов и произведений прикладного искусства, а

также др. станки, в том числе первый в мире токарно-винторезный станок с

механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс (1738);

с 1723 участвовал в создании Триумфального столпа (в честь Петра I и побед в

Северной войне) в Петербурге; в 1724 представил проект создания «Академии

разных художеств», в которой предлагал обучать не только рисованию,

скульптуре, архитектуре и т.п., но и различным техническим наукам:

строительству, обработке металлов, конструированию и др.;

К началу ХХ столетия инженерная деятельность представляет собой сложный комплекс различных видов деятельности (изобретательская, конструкторская, проектировочная, технологическая и т.п.), и она обслуживает разнообразные сферы техники (машиностроение, электротехнику, химическую технологию и т.д.). Сегодня один человек просто не сможет выполнить все разнообразные работы, необходимые для выпуска какого-либо сложного изделия, как это делал, например, в начале XIX века на одном из первых машиностроительных заводов его владелец Генри Модсли (1771 — 1831), английский механик.

Инженерная деятельность, первоначально выполняемая изобретателями, конструкторами и технологами, тесно связана с технической деятельностью (ее выполняют на производстве техники, мастера и рабочие), которая становится исполнительской по отношению к инженерной деятельности. Связь между этими двумя видами деятельности осуществляется с помощью чертежей. Изготовлявшие их чертежники назывались в России "учеными рисовальщиками". Для подготовки этих специалистов для заводов и предназначалось основанное в 1825 г. "Строгановское училище технического рисования".

Современные научно-технические дисциплины представляют собой новый синтез инженерной науки, которая с одной стороны значительно дистанцировалась от технического знания, а с другой, в большей мере чем фундаментальная наука, ориентируется на социальные последствия развития техники.

Например, от электротехники как сферы инженерной деятельности и отрасли промышленности отделилась теоретическая электротехника, представляющая область технической науки. Последняя имеет в настоящее время достаточно разработанный теоретический уровень (скажем, теорию электрических цепей) и не может рассматриваться как исследование, направленное лишь на приложение знаний естественнонаучных дисциплин.

В технических науках развиты особые теоретические принципы, построены специфические идеальные объекты, введены новые научные законы, разработан оригинальный математический и понятийный аппарат.

Сказанное позволяет сделать вывод , что исторические типы научной рациональности корреспондируются с развитием технической науки, но не прикладных технических исследований.

Поэтому, именно в развития научно-технических дисциплин выявляются интегративные тенденции.

Системно-интегративные тенденции и междисциплинарный теоретический синтез

Во второй половине ХХ века изменяется не только объект инженерной деятельности (вместо отдельного технического устройства, механизма, машины и т.п. объектом исследования и проектирования становится сложная социально-техническая система), но и сама инженерная деятельность, которая стала весьма сложной, требующей организации и управления.

Другими словами, наряду с прогрессирующей дифференциацией инженерной деятельности по различным ее отраслям и видам, нарастает процесс ее интеграции. А для осуществления такой интеграции требуются особые специалисты - инженеры-системотехники и соответствующие теоретические разработки. Последние привели к появлению новой научно-технической дисциплины, охватывающей вопросы проектирования, создания, испытания и эксплуатации сложных систем - системотехники.

При разработке сложных систем возникают проблемы, относящиеся не только к свойствам их составных частей (элементов, подсистем), но также и к закономерностям функционирования объекта в целом (общесистемные проблемы); появляется широкий круг специфических задач, таких, как определение общей структуры системы, организация взаимодействия между подсистемами и элементами, учёт влияния внешней среды, выбор оптимальных режимов функционирования, оптимальное управление системой и т. д. По мере усложнения систем всё более значительное место отводится общесистемным вопросам, они и составляют основное содержание системотехники. Научной, главным образом математической, базой системотехники служит сравнительно новая научная дисциплина — теория сложных систем.

Для сложных систем характерна своеобразная организация проектирования — в две стадии: макропроектирование (внешнее проектирование), в процессе которого решаются функционально-структурные вопросы системы в целом, и микропроектирование (внутреннее проектирование), связанное с разработкой элементов системы как физических единиц оборудования. Системотехника объединяет точки зрения, подходы и методы по вопросам внешнего проектирования сложных систем и служит, таким образом, основанием интеграции нескольких научно-технических дисциплин на базе гуманитарного знания, определяющего социальные цели и последствия создания сложных технических комплексов. Например, проект строительства дамбы от наводнений в Ленинграде, опирался на данные системотехники.

Макропроектирование начинается с формулировки проблемы, которая включает в себя по крайней мере три основных раздела:

1)определение целей создания системы и круга решаемых ею задач;

2) оценка действующих на систему факторов и определение их характеристик;

3) выбор показателей эффективности системы.

Цели и задачи системы определяют, исходя из потребностей их практического использования, с учётом тенденций и особенностей технического прогресса, а также хозяйственной целесообразности. Существенное значение при этом имеет опыт применения имеющихся аналогичных систем, а также чёткое понимание роли проектируемой системы в национальном масштабе.

Для оценки внешних и внутренних факторов, действующих на систему, помимо опыта эксплуатации аналогичных систем, используют статистические данные, полученные в результате специальных экспериментальных исследований. В качестве показателей эффективности выбирают числовые характеристики, оценивающие степень соответствия системы задачам, поставленным перед ней, например: для системы слепой посадки самолётов показателем эффективности может служить вероятность успешной посадки, для междугородной телефонной связи — среднее время ожидания соединения с абонентом, для производственного процесса — среднее число изделий, выпускаемых за смену, и т. д. Материалы по изучению целей и задач и результаты проведённых экспериментов используют для обоснования технического задания на разработку системы.

В соответствии с техническим заданием намечают один или несколько вариантов системы, которые, по мнению проектировщиков, заслуживают дальнейшего рассмотрения и подробного исследования. Анализ вариантов системы (системный анализ) проводится по результатам математического моделирования. На практике обычно отдаётся предпочтение имитационному компьютерному моделированию системы. Имитационная модель представляет собой некий алгоритм, при помощи которого компьютер вырабатывает информацию, характеризующую поведение элементов системы и взаимодействие их в процессе функционирования. Получаемая информация позволяет определить показатели эффективности системы, обосновать её оптимальную структуру и составить рекомендации по совершенствованию исследуемых вариантов. Существуют и аналитические методы оценки свойств сложных систем, основанные на результатах применения теории вероятностных (случайных) процессов.

Проектировщики сложных систем — специалисты широкого профиля, инженеры-системотехники, обладающие достаточными знаниями в конкретной области техники (например, в машиностроении, электронике, пищевой промышленности, авиации), имеющие повышенную математическую подготовку, а также знающие основы вычислительной техники, автоматизации управления, исследования операций и особенности их практического применения. Помимо них в группу внешнего проектирования сложных систем обычно включают специалистов по системному анализу и математическому моделированию, а также инженеров, способных организовать взаимодействие между элементами системы.

При разработке сложного технического устройства системотехника использует все рассмотренные типы схем (функциональная, поточная и структурная).

Многие из них включают подсистемы различной физической природы, обладающие различными законами функционирования.

Поэтому и на этапе разработки проекта, конструирования и технического воплощения привлекаются специалисты из различных областей знания.

Так, в проектировании и строительстве

атомной электростанции участвуют не только представители практически всех инженерных профессий, но и экологи, биологи, юристы, социологи и, даже, политики.

СХЕМА-ПРОЕКТ АТОМНОЙ ЭЛЕКТИРОСТАНЦИИ

Расположение основных объектов станции: 1 — главный корпус; 2 — служебный корпус; 3 — химводоочистка; 4 — газгольдерная; 5 — спецводоочистка.

Принципиальная схема АЭС

1 — ядерный реактор; 2 — циркуляционный насос; 3 — теплообменник; 4 — турбина; 5 — генератор электрического тока

Принципиальная тепловая схема АЭС с ядерным перегревом пара

1 — реактор; 2 — испарительный канал; 3 — пароперегревательный канал; 4 — барабан-сепаратор; 5 — циркуляционный насос; 6 — деаэратор; 7 — турбина; 8 — конденсатор; 9 — конденсатный насос; 10 — регенеративный подогреватель низкого давления; 11 — питательный насос; 12 — регенеративные подогреватели высокого давления; 13 — генератор электрического тока.

Еще в начале ХХ столетия русский инженер-механик и философ техники П. К. Энгельмейер писал : "Прошло то время, когда вся деятельность инженера протекала внутри мастерских и требовала от него одних только чистых технических познаний. Начать с того, что уже сами предприятия, расширяясь, требуют от руководителя и организатора, чтобы он был не только техником, но и юристом, и экономистом, и социологом".