Техника XXI века настолько разнообразна, что вопросами ее создания, функционирования и развития занимается обширная группа технических наук, в связи с чем возникла необходимость их систематизации и классификации.
Общепринятой терминологии в области классификации наук нет не только в России, но и во всем мире. Официальная номенклатура специальностей научных работников в России содержит 9 отраслей науки. Статистический инструментарий для организации федерального статистического наблюдения за занятостью населения и деятельностью, осуществляемой в сфере образования, науки и инноваций выделяет только шесть областей. В перечень отраслей науки, по которым присуждается ученая степень в Российской Федерации, входят уже 22 наименования. Технические науки входят во все три перечня.
В основу классификации технических наук могут быть положены разные принципы. Рассмотрим для примера следующую формулировку, взятую из учебника: «Технические науки представляют собой специфическую сферу научно-технических знаний, формирующуюся в ходе исследования и проектирования инженерных объектов, в которых и с использованием которых осуществляется целесообразное преобразование вещества, энергии, информации».
Казалось бы, здесь предлагается классификация (деление) наук на три группы. Однако, вещество – форма материи, реально существующая. Энергия – свойство разных форм материи и физическая величина. Информация, как и физические величины – продукт деятельности человеческого мозга, используемый человеком для описания реально существующих объектов и реально происходящих явлений. Любая техническая наука, занимаясь реальными объектами, оперирует величинами и имеет дело с информацией.
Одно из ключевых понятий физики и техники – энергия. В физике есть закон сохранения энергии, техника занимается производством и использованием энергии. Но энергия – не материальный, т. е. реально существующий объект, а его характеристика, которую можно выразить числом. Чисел же в природе нет, они придуманы человеком. Говорят, например, что генератор вырабатывает электрическую энергию, но энергию нельзя вырабатывать – это противоречит фундаментальному закону сохранения и превращения энергии.
Более аккуратное выражение: в генераторе происходит превращение механической энергии в электрическую. На самом деле в генераторе реальное движение (вращение ротора) вызывает другое реальное движение – электронов в металлических проводниках (электрический ток). Одно реальное явление выступает причиной другого столь же реального движения. В качестве характеристики обоих явлений физики и инженеры выбрали энергию. Такой выбор оказался удачным как с научных, так и с практических позиций, что и обусловило широкое, но не всегда правильное применение этого термина.
Преобразование вещества – реальный процесс, естественный или искусственный. Исходные и конечные вещества можно и удобно характеризовать величиной энергии. Химики синтезируют новые вещества, вместе с физиками они изучают свойства этих веществ (в том числе энергетические характеристики), инженеры используют вещества (материалы) для получения новых технических продуктов. И те, и другие и третьи обмениваются информацией о веществах, чтобы облегчить работу, или с иными целями.
Информацию о формах материи и их преобразованиях (процессах, явлениях) человек получает либо через свои органы чувств, либо с помощью специальных изобретенных им приборов. Информация отображается обычно в знаковой, символьной форме, чаще всего числовой.
Знаки (а, следовательно, информация) должны быть на чем-то изображены, на каких-то материальных объектах – носителях информации. Хотя и говорят об обмене информацией, о хранении информации, на самом деле любая обработка информации заключается в действиях с материальными носителями.
Классификацию каких-либо объектов принято проводить на какой-то единой основе. В приведенном примере с триадой «вещество, энергия, информация» такой единой основы, как видно, нет.
Иногда технические науки отождествляют с прикладным естествознанием, полагая, что целью «чистой» науки (естествознания) является познание законов природы, а прикладные науки используют достижения естественных наук для практических целей. Конечно, естественные и технические науки взаимосвязаны. Из естественных наук в технические перешли основные понятия (в том числе понятие научности) и исходные теоретические положения. Имея это в виду, разумно в основу первоначальной классификации технических наук положить основные формы материи: пространство и время, вещество и поле.
Пространственные формы материи изучает геометрия, связь между пространством и временем – физика, точнее механика, предметом которой являются изменение положения тел в пространстве (механическое движение) и изменение формы тел (деформация). Один из выдающихся российских математиков А. Д. Александров писал: «Геометрия возникла из практики как практическая опытная наука о пространственных формах и отношениях реальных тел. Она явилась, можно сказать, первой главой физики, за которой следовала как вторая глава механика – если геометрия трактует взаимное расположение тел, то механика – его изменение». Таким образом, геометрию и механику следует считать единой группой фундаментальных наук. Изучением этих вопросов по отношению к технике занимается первая группа технических наук, обозначим ее как «геометрия + механика».
Все технические продукты изготавливаются из материалов, т. е. из вещества. Строение и свойства вещества изучают естественные науки физика и химия. Соответствующая группа технических наук – материаловедение.
Одно из главных свойств материальных объектов – взаимодействие. Взаимодействие осуществляется через форму материи, называемую полями (физическими полями). Главное фундаментальное взаимодействие, обусловливающее существование вещества, а также взаимодействие объектов на расстоянии – электромагнитное. Этим занимается большая группа технических наук под общим названием электротехника.
Таким образом, исходя из фундаментальных форм материи получаем три группы технических наук: механика, материаловедение и электротехника, обозначим их соответственно Ф-1, Ф-2 и Ф-3.
Второй способ определения групп технических наук – по отношению к объектам техники:
Задавайте вопросы нашему консультанту, он ждет вас внизу экрана и всегда онлайн специально для Вас. Не стесняемся, мы работаем совершенно бесплатно!!!
Также оказываем консультации по телефону: 8 (800) 600-76-83, звонок по России бесплатный!
• изучающие сами технические объекты, их устройство и функционирование;
• изучающие способы изобретения, проектирования, конструирования технических объектов;
• изучающие способы получения (изготовления) технических объектов.
Назовем эти три группы соответственно (достаточно условно): машиноведение (группа О-1), проектирование (группа О-2) и технология (группа О-3).
Третий способ классификации – разделение по сферам применения технических объектов: энергетика, транспорт, строительство и т. д. (группа П).
В отличие от первого – фундаментального – оба последних способа можно назвать практикоориентированными.
В табл. 1 приведена номенклатура специальностей научных работников, по которым присуждается ученая степень, содержащая 27 наименований групп технических специальностей, которым, судя по заголовку раздела 05.00.00 фактически должны были бы соответствовать самостоятельные технические науки. Интересно, что в новом, пока еще не принятом окончательно варианте номенклатуры строка 05.00.00 технические науки отсутствует.
Третья группа из двух цифр в табл. 1 обозначает наименование научной специальности. Их количество в разных группах сильно различается. Например, группа 05.01.00 содержит только одно наименование, тогда как в следующей группе 05.02.00 их уже 23.
Нетрудно видеть, что перечень специальностей составлен исходя из разных принципов классификации. Большинство групп специальностей определены по третьему обозначенному выше принципу разделения, т. е. по сферам применения. Явное исключение из этого подхода – 05.01.00 «Инженерная геометрия и компьютерная графика». Разделы 05.17 – 05.19 05.21 названы на основе классификации по второму принципу – по отношению к объектам.
Можно указать еще и другие несоответствия логике названия в приведенной номенклатуре. В названии отрасли «Машиностроение и машиноведение» первое относится к группе, обозначенной выше как О-3, а второе – к О-1. В то же время энергетика и энергетическое машиностроение, транспорт и транспортное машиностроение разнесены в разные строки. Еще больше вопросов возникает при анализе наименований научных специальностей внутри групп.
Таким образом, существующая классификация технических наук и их разделов далеко не совершенна и требует тщательного анализа и совершенствования.
Научно-технические науки
Технические науки (технологии, инженерные науки) – это прикладные науки, исследующие технику и явления, связанные с её созданием, развитием и взаимодействием с природой и человеком.
Технические науки обеспечивают перенос знаний человека в физическую среду посредством создания техники, совокупность которой составляет искусственную, сознательно созданную среду обитания для человека – техносферу. Технические науки связаны с естественными и общественными науками, поскольку, хотя техника является продуктом исключительно человеческой созидательной деятельности, но подчиняется она тем же объективным законам, что и естественные объекты.
Объектами изучения технические наук являются не только материальные, существующие объекты техники, но и объекты ещё не существующей техники, которую требуется создать. Поэтому основными методами технических наук являются моделирование и проектирование.
На протяжении тысячелетий бесчисленное количество поколений постепенно, шаг за шагом подчиняло силы природы, осваивало обширные земные и водные просторы, создавало орудия и средства для производства материальных благ. Безыменные изобретатели каменных орудий, лука и стрел первобытной эпохи, строители величественных сооружений древности, ремесленники и ученые средневековья, творцы первых рабочих машин периода промышленной революции, деятели науки и техники прошлого и особенно настоящего столетия кропотливо и напряженно изучали явления и законы природы и на их основе создавали все новые и новые технические средства.
В великих открытиях и завоеваниях современной науки и техники есть доля труда народов всех стран мира: и русского механика И. Кулибина, и чешского изобретателя И. Божека, и первого русского теплотехника И. Ползунова, и создателя паровой машины англичанина Д. Уатта. Китайский кузнец Би Шэн, среднеазиатский ученый Ибн-Сина, итальянский ученый Г. Галилей, поляк Н. Коперник, белорус Г. Скорина, французский мыслитель Р. Декарт, русский М. Ломоносов, американцы В. Франклин и Т. Эдисон, немец Р. Майер, англичанин М. Фарадей, швед И. Берцелиус и многие другие внесли неоценимый вклад в мировую сокровищницу науки, техники и культуры.
Мы гордимся тем, что в первом ряду ученых, которые своими трудами создавали научно-технические предпосылки для полета человека в космос, стоят имена русского ученого-революционера Н. Кибальчича, моряка А. Можайского, ученого-мечтателя, теоретика космических полетов К. Циолковского, Д. Менделеева, Н. Жуковского.
Научно-технический прогресс - это единое, взаимообусловленное, поступательное развитие науки и техники.
Истоки научно-технического прогресса в мануфактурном производстве 16-18 вв., когда научно-теоретическая и техническая деятельность начинают сближаться. До этого материальное производство медленно эволюционировало преимущественно за счёт накопления эмпирического опыта, тайн ремесла, собирания рецептов. Наряду с этим шёл столь же медленный прогресс в научно-теоретических знаниях о природе, которые находились под влиянием теологии и схоластики и не оказывали постоянного и сколько-нибудь существенного влияния на производство. Научный и технический прогресс были двумя, хотя и опосредованными, но относительно самостоятельными потоками человеческой деятельности.
• Первый этап: В 16 в. нужды торговли, мореплавания, крупных мануфактур потребовали теоретического и экспериментального решения целого ряда вполне определённых задач. Наука в это время под влиянием идей Возрождения постепенно порывает со схоластической традицией и обращается к практике. Компас, порох и книгопечатание (особенно последнее) были тремя великими открытиями, положившими начало прочному союзу научной и технической деятельности. Попытки использовать водяные мельницы для нужд расширяющегося мануфактурного производства побуждали теоретически исследовать некоторые механические процессы. Создаются теории махового колеса и маховых движений, теория жёлоба, учения о напоре воды, о сопротивлении и трении. «... Мануфактурный период развивал первые научные и технические элементы крупной промышленности» (Маркс К. и Энгельс Ф., Г. Галилей, И. Ньютон, Э. Торричелли, а затем Д. Бернулли, Э. Мариотт, Ж.Л. Д'Аламбер, Р.А. Реомюр, Г. Дэви, Л. Эйлер и многие другие создали науке репутацию «служанки производства».
• Второй этап: Возникновение машинного производства в конце 18 в. было подготовлено результатами предшествующего научно-технического творчества большой армии математиков, механиков, физиков, изобретателей, умельцев. Паровая машина Дж. Уатта явилась «плодом науки», а не только конструкторско-технической деятельности. Машинное производство, в свою очередь, открыло новые, практически неограниченные возможности для технологического применения науки. Его прогресс во всё большей степени определяется прогрессом науки, и само оно впервые выступает как «предметно воплощающаяся наука». Всё это означает переход к новому, второму этапу научно-технического прогресса, который характеризуется тем, что наука и техника взаимно стимулируют развитие друг друга во всё ускоряющихся темпах. Возникают специальные звенья научно-исследовательской деятельности, призванные доводить теоретические решения до технического воплощения: прикладные исследования, опытно-конструкторские разработки, производственные исследования. Научно-техническая деятельность становится одной из самых обширных сфер приложения человеческого труда.
• Третий этап научно-технического прогресса связан с современной научно-технической революцией. Под её воздействием расширяется фронт научных дисциплин, ориентирующихся на развитие техники. В решении технических задач участвуют биологи, физиологи, психологи, лингвисты, логики. На ускорение технического прогресса прямо или косвенно влияют также многие направления общественных наук: экономика и организация производства, научное управление экономическими и социальными процессами, конкретные социальные исследования, производственная эстетика, психология и логика технического творчества, прогнозирование. Всё более явной становится лидирующая роль науки по отношению к технике. Целые отрасли производства возникают вслед за новыми научными направлениями и открытиями: радиоэлектроника, атомная энергетика, химия синтетических материалов, производство ЭВМ и др. Наука становится силой, непрерывно революционизирующей технику. В свою очередь, техника также постоянно стимулирует прогресс науки, выдвигая перед ней новые требования и задачи и обеспечивая её всё более точным и сложным экспериментальным оборудованием. Характерной чертой современного научно-технического прогресса является то, что он захватывает не только промышленность, но и многие другие стороны жизнедеятельности общества: сельское хозяйство, транспорт, связь, медицину, образование, сферу быта. Яркое воплощение единство научной и технической деятельности находит в прорыве человечества в космос. Научно-технический прогресс служит основой социального прогресса.
В отличие от фундаментальных наук, технические науки имеют исключительно прикладное, практическое назначение.
Технические науки оперируют, в подавляющем преимуществе, понятием процедура (от лат. processus – продвижение) – взаимосвязанная последовательность действий, направленных на достижение поставленных задач (например, достижения заданных тактико-технических характеристик), в заданных граничных условиях (сроки, затраты). Именно прикладная направленность технических наук привела к созданию первых тепловых двигателей, летательных аппаратов (вплоть до космических) и т.д. и т.п.
Фундаментальные естественные науки оперируют, в основном, понятием процесс (от лат. procedo - последовательных смен состояний объектов во времени), т.е. изучение базовых законов природы, при этом невозможно заранее задать конечную цель исследования, оценить результаты, необходимые сроки и затраты. Однако это ни в коей мере не умаляет роли фундаментальных наук, поскольку в результате может быть получена совершенно новая, недоступная с уровня технических наук технология или явление, например лазер. Лазерные технологии в современном мире приобрели существенную роль – от светодиодов до технологий оптических носителей информации и военного применения (прицелы, системы наведения, системы вооружений и т.п.).
Тем не менее, именно технические науки в составе иных прикладных наук играют основную роль в развитии технологий.
Цивилизация, сделавшая выбор в пользу технологического (а не гуманитарного) развития в начале 19 в., зависит, в первую очередь, от технологий. Без, например, эффективной энергетики современное качество жизни на большой части заселённых территорий Земли было бы практически недостижимо. Без современных технологий численность население планеты не смогло бы достичь современных значений.
Степень влияния технологий и фундаментальных наук на современный мир можно продемонстрировать на примерах стран юго-восточной Азии (Китая, Японии, Ю.Кореи), которые, не имея школ фундаментальных наук, заняли ведущие места в мировой экономике именно благодаря использованию (заимствованию, копированию, закупке) технологий. И наоборот, страны с высоким уровнем развития фундаментальных наук, включая Западную Европу ( университеты которой на полтысячелетия старше первого российского университета) оказались на далеко не лидирующих позициях в современной технологической цивилизации.
Именно технологии и связанные с ними производства техники и изделий и определили современную цивилизацию и расстановку сил на планете. Так, например, США, в начале 19 в. существенно отстававшие от развитых стран Европы, благодаря 1 и 2 мировым войнам стали супердержавой. Это произошло благодаря незначительному участию в военных действиях и минимальным военным потерям, с одной стороны и получению огромных прибылей от продажи военной техники союзникам, с другой стороны. В частности, СССР смог расплатился за поставки по ленд-лизу только к середине 1980-х гг. Кроме того, в результате войны, США получили научно-технические разработки фашистской Германии (в том числе, в области ядерной, ракетной, авиационной техники), что обеспечило технологический задел развития США на многие годы.
В основе техники лежит использование законов природы. Вся история техники раскрывает диалектическое взаимодействие техники и естествознания. Решая тот или иной технический вопрос на основе уже открытых законов природы, человек вместе с тем открывает новые свойства вещей и тем двигает вперед естествознание. Хотя технические науки появились и начали развиваться сравнительно недавно, в начале 19 века, сама техника появилась значительно раньше.
На современном этапе развитие техники на основе широкого использования научных знаний - главное условие научно-технического прогресса. Если в прошлом техника в основном представляла собой аккумулированные в средствах труда, преимущественно эмпирические знания и опыт, то ныне в ней всё в большей мере материализуются научные знания. Паровая машина была создана на эмпирической основе: техника парового двигателя на полвека опередила его теорию. В современный период важнейшие достижения техники – следствие фундаментальных научных открытий. Чисто эмпирическим путём уже невозможно создавать технические средства, подобные ядерным реакторам, лазерам, компьютерам и т. д.; предварительным условием их создания является глубокое изучение и познание физических, химических и иных явлений и процессов, лежащих в основе принципа их действия. Потребности современного производства требуют предварительного изучения этих явлений, их теоретического анализа и обобщения, умения прогнозировать их особенности в иных, ещё не изученных ситуациях. Таким образом, непременное условие развития техники и, следовательно, материального производства - обеспечение опережающего развития науки по отношению к технике, практике. В то же время именно производство, его потребности и запросы оказывают решающее воздействие на развитие науки. Технический уровень производства обусловливает степень использования науки, определяет готовность технической базы производства к реализации новых научных идей. Вместе с тем материально-техническая база производства создаёт также материальную базу самих научных исследований, оказывает решающее влияние на качественный уровень научных экспериментов, на степень «индустриализации» науки. Современная наука оснащается сложнейшими техническими устройствами и сооружениями — исследовательскими реакторами, установками для изучения термоядерного синтеза, андронными коллайдерами, мощными радиотелескопами и т.д.
Интенсивное развитие науки и техники, их взаимосвязь и взаимодействие, превращение науки в непосредственную производительную силу составляет одну из важнейших сторон современной научно-технической революции. На базе научных достижений и открытий происходят качественные изменения во всех отраслях современной техники. В корне преобразуются технические средства, системы, устройства, технологические методы производства. В современном производстве произошел переход от механизации отдельных процессов труда к комплексной механизации, автоматизации всего производства, к широкому использованию автоматизированных систем управления (АСУ), промышленной робототехники. В ходе научно-технического прогресса произошла сплошная электрификация производства. Механические методы обработки материалов во многих случаях заменяются или дополняются более совершенными, использующими новейшие достижения физики и химии (ультразвуковая, высокочастотная, электроэрозионная, лазерная и др. виды обработки). Развитие биотехнологий позволяет эффективно применять для решения инженерных задач биологические методы, использовать в различных областях техники опыт живой природы. Биотехнология позволяет реализовать биологические методы получения многих продуктов и веществ (например, при производстве белковой пищи, ферментов, витаминов и т.д.). Прогресс химической науки и технологии даёт возможность рационально изменять свойства природных материалов, создавать широкую гамму синтетических материалов, ускорять технологические процессы и на этой основе повышать производительность и улучшать качество промышленной продукции. Интенсивное развитие естественных и технических наук обусловливает активное познание человеком законов микромира, расширяет сферу деятельности человека, обеспечивая возможность его выхода в космос и практическое использования космической техники в интересах общества.
Прогресс космических исследований - пример плодотворного взаимодействия науки и техники, их взаимообогащения в процессе совместного развития. Создание и совершенствование космических технологий явилось стимулом прогресса не только в области технических наук и связанных с ними отраслей производства (особенно радиоэлектроники, автоматики, точного приборостроения, материаловедения и др.), но также и в области естественных и общественных наук, где появились совершенно новые направления: космическая физика, биология, медицина, психология, право и т. д. Точно так же развитие информационной и вычислительной техники вовлекло в изучение процессов связи и управления большой комплекс наук, выдвинуло ряд общенаучных проблем (проблемы передачи информации, взаимодействия человека и машины и др.). Взаимодействие науки и техники – важнейшее условие осуществления не только научно-технического прогресса, но и общественного развития в целом.
Общепринятой структуризации, номенклатуры видов технических наук не существует. Используемые подходы к структуризации технических наук в России и развитых странах Запада имеют много общего, так как основаны на сходной истории и потребностях технического и технологического развития, но имеют и ряд особенностей.
Легитимной категоризацией технических наук, принятой в современной России является номенклатура специальностей научных работников высшей аттестационной комиссии (ВАК). При этом с одной стороны, специальности научных работников в области технических наук связаны с текущими и перспективными практическими потребностями общества в производстве техники и развитии технологий, а с другой стороны практически со всеми естественными и даже гуманитарными науками.
Номенклатура специальностей научных работников, утверждённая Министерством образования и науки Российской Федерации, включает в себя следующие технические науки:
1. Инженерная геометрия и компьютерная графика;
2. Машиностроение и машиноведение;
3. Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение;
4. Транспортное, горное и строительное машиностроение;
5. Авиационная и ракетно-космическая техника;
6. Кораблестроение;
7. Электротехника;
8. Приборостроение, метрология и информационно- измерительные приборы и системы;
9. Радиотехника и связь;
10. Информатика, вычислительная техника и управление;
11. Энергетика;
12. Металлургия и материаловедение;
13. Химическая технология;
14. Технология продовольственных продуктов;
15. Технология материалов и изделий текстильной и легкой промышленности;
16. Процессы и машины агроинженерных систем;
17. Технология, машины и оборудование лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева;
18. Транспорт;
19. Строительство и архитектура;
20. Безопасность деятельности человека;
21. Электроника.
Полная номенклатура специальностей научных работников в области технических наук всего насчитывает 131 специальность, при этом ряд специальностей имеют, кроме того, отраслевую диверсификацию. Хорошо видно, что структурирование технических специальностей, т.е. специальностей, по которым человек получает диплом инженера(выпускник технического ВУЗа), научную степень кандидата и доктора технических наук, учёное звание профессора, доцента и старшего научного сотрудника, имеет прежде всего отраслевую, прикладную направленность.
Кроме 131 специальности в области технических наук, получить научную степень кандидата и доктора технических наук можно по 82 специальностям в не технических науках, в том числе:
1. Физико-математические науки: механика – по 5, астрономия – по 4, всего – по 9 специальностям;
2. Физика: по 22 специальностям из 23-х (кроме теоретической физики);
3. Химические науки: по 15 специальностям из 17;
4. Биологические науки: по 2 специальностям из 29;
5. Сельскохозяйственные науки: по 3 специальностям из 21;
6. Гуманитарные науки: по 5 специальностям из 42;
7. Социально-экономические и общественные науки: по 1 специальности (психология труда, инженерная психология, эргономика) из 10;
8. Медицинские науки: по 1 специальности (трансплантология и искусственные органы) из 51;
9. Науки о Земле: по 24 специальностям из 36.
Это иллюстрирует, насколько тесно связаны технические науки практически со всеми естественными и гуманитарными науками на современном уровне развития. Кроме того, в перечисленные специальности не включено большое количество технических специальностей, связанных с военной техникой и вооружениями.
Номенклатура специальностей не является догмой и постоянно изменяется в процессе научно-технического прогресса. Содержание, название и состав специальностей изменяется со временем, устаревшие специальности исключаются из номенклатуры, появляются новые, например, в области нано-технологий.
Другим примером категоризации технических наук может служить классификатор конкурсов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), который актуализируется ежегодно в соответствии с актуальными потребностями развития отечественной науки. В соответствии с классификатором РФФИ, категории технических наук (технологий), по которым РФФИ предоставляет на конкурсной основе гранты на исследования, представлены в разделе «Фундаментальные основы инженерных наук». Обратим внимание, что в понятия «технические науки (технологии)» и «инженерные науки» являются, по сути, синонимами в трактовке наиболее динамичного государственного органа в области развития наук.
РФФИ за счёт государственного бюджета предоставляет гранты на исследования в области инженерных наук по следующим основным направлениям:
1. Машиноведение и инженерная механика;
2. Процессы тепломассообмена, свойства веществ и материалов;
3. Электрофизика, электротехника и электроэнергетика;
4. Энергетика;
5. Атомная энергетика;
6. Технические системы и процессы управления.
Обратим внимание на то, что государство, в лице РФФИ, заинтересовано в развитии энергетики, которая присутствует в половине из областей государственной поддержки инженерных наук, а также на тот факт, что традиционные физико-химические области естественных наук (процессы тепломассообмена, свойства веществ и материалов) поддерживаются государством именно в практическом, прикладном контексте, в области прикладных технологий, а не теорий.
Развитие технических наук
В техническом знании отображается опыт практической деятельности как со стороны процессуальной, куда входит описание характера и последовательности действий или технологических преобразований, так и со стороны описания свойств предметных структур практики, технических средств, функционирующих в производственно-технологических процессах. Технические науки охватывают различные виды технологии, производственных и технических средств и различные аспекты деятельности инженеров, обеспечивая расчетно-проектировочную, конструкторскую, эксплуатационную сферы научно-обоснованными знаниями, методиками, правилами. Технические науки распадаются на две ветви: дескриптивную, нацеливающую на описание того, что происходит в технике, и нормативную, формулирующую правила, по которым она должна функционировать.
Технические науки на начальных стадиях их формирования представляли собой, своеобразные «прикладные» разделы соответствующих естественных наук, которые условно можно назвать базовыми. В дальнейшем в технических науках появляются и самостоятельные теоретические разделы
Становление и развитие технических наук происходило параллельно с развитием соответствующих видов техники и технологических процессов.
В формировании технических наук можно выделить 3 этапа: этап донаучного развития технических знаний (до второй половины ХУ11 в.); этап становления и развития технических наук "классического" типа (ХУ111-начало ХХ в.); этап формирования комплексных научно-технических дисциплин «неклассического типа» (с первой трети ХХ в.).
На донаучном этапе развития технических знаний основным было конструктивно-функциональное описание технических объектов. Принцип их действия вытекал из их структуры, характера взаимодействия элементов, их морфологических свойств (отдельные машины, включаемые в некоторых дискретных точках технологических процессов - в строительстве, мельницы, подъемники в шахтах и т.п.). Идея технического описания в этот период - описать конструкцию как совокупность морфологических элементов и их конструктивных связей; функционирование ясно из их конструкции.
Возникновение технических наук "классического" типа связано со становлением экспериментального естествознания и перестройкой технического мышления в социокультурном процессе изменения общественного сознания при переходе к капиталистической формации: происходит изменение способа видения технических объектов, открывающее путь к становлению технических наук "классического" типа. Технические объекты начинают рассматриваться не просто как целесообразно функционирующие структуры, но и как структуры, осуществляющие, использующие некоторый природный процесс. В технических науках "классического" типа принцип действия технического объекта дается на естественно научной основе, а конструкция рассматривается как способ его реализации. Таким образом, появляется научное техническое знание, в котором технические устройства описываются как естественно-искусственные образования. При этом выделяются характеристики трех типов: конструктивно-морфологические (характеризуют строение устройства), процессуальные (характеризуют протекающий в устройстве природный процесс, изучаемый естествознанием), функциональные (характеризуют устройство с точки зрения его работы в качестве средства целесообразной деятельности, элемента технической системы).
Технические науки неклассического типа состоят из разнородных предметных и теоретических частей, включают системные и блок-схемные модели разрабатываемых объектов, описание средств и языков, используемых в исследовании, проектировании или инженерных разработках. Комплексные технические науки отличаются и по объектам исследования. Помимо обычных технических и инженерных устройств, как правило, более сложных, чем в традиционной инженерии, они изучают и описывают еще по меньшей мере три типа объектов: системы человек — машина (ЭВМ, пульты управления, полуавтоматы и так далее), сложные техносистемы (например, инженерные сооружения в городе, самолеты и технические системы их обслуживания — аэродромы, дороги, обслуживающая техника и так далее) и, наконец, такие объекты, как технология или техносфера. В последнем случае изучаются, с одной стороны, закономерности создания различных технических систем и сооружений, а также свойства, которыми они при этом будут обладать, с другой стороны — закономерности и особенности функционирования всей области технических сооружений и систем, действующих в определенном регионе, социальной системе или культуре.
Существенно изменилась и область применения знаний неклассических технических наук. Если научные знания технических наук классического типа используются в основном в таких видах инженерной деятельности, как изобретение и конструирование, а также в традиционном инженерном проектировании, то знания комплексных научно-технических дисциплин, как правило, необходимы в нетрадиционных видах инженерной деятельности (например, в системотехнике) и в нетрадиционном проектировании.
Исследования технических наук
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 не так далека от теории, как это иногда кажется. Она не является только применением существующего научного знания, но имеет творческую компоненту. Поэтому в методологическом плане техническое исследование (т. е. исследование в технической науке) не очень сильно отличается от научного. 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 (особенно в технических науках) более тесно связаны с приложениями, чем это было раньше.
Для современного этапа развития науки и техники характерно использование методов фундаментальных исследований для решения прикладных проблем. Тот факт, что исследование является фундаментальным, ещё не означает, что его результаты неутилитарны. Работа же, направленная на прикладные цели, может быть весьма фундаментальной. Критериями их разделения являются в основном временной фактор и степень общности. Вполне правомерно сегодня говорить и о фундаментальном промышленном исследовании.
Вспомним имена великих учёных, бывших одновременно инженерами и изобретателями: Д. У. Гиббс – химик-теоретик – начал свою карьеру как механик-изобретатель; Дж. фон Нейман начал как инженер-химик, далее занимался абстрактной математикой и впоследствии опять вернулся к технике; Н. Винер и К. Шеннон были одновременно и инженерами и первоклассными математиками. Список может быть продолжен: Клод Луис Навье, инженер французского Корпуса мостов и дорог, проводил исследования в математике и теоретической механике; Вильям Томсон (лорд Кельвин) удачно сочетал научную карьеру с постоянными поисками в сфере инженерных и технологических инноваций; физик-теоретик Вильгельм Бьеркнес стал практическим метеорологом.
Хороший техник ищет решения, даже если они ещё не полностью приняты наукой, а прикладные исследования и разработки все более и более выполняются людьми с исходной подготовкой в области фундаментальной науки.
Таким образом, в научно-технических дисциплинах необходимо чётко различать исследования, включённые в непосредственную инженерную деятельность (независимо от того, в каких организационных формах они протекают), и теоретические исследования, которые мы будем далее называть технической теорией.
Для того, чтобы выявить особенности технической теории, её сравнивают прежде всего с естественнонаучной. Г. Сколимовский писал: «техническая теория создаёт реальность, в то время как научная теория только исследует и объясняет её». По мнению Ф. Раппа, решительный поворот в развитии технических наук состоял «в связывании технических знаний с математико-естественнонаучными методами». Этот автор различает также «гипотетико-дедуктивный метод» (идеализированная абстракция) естественнонаучной теории и «проективно-прагматический метод» (общая схема действия) технической науки. Г. Беме отмечал, что «техническая теория составляется так, чтобы достичь определённой оптимизации». Для современной науки характерно её «ответвление в специальные технические теории». Это происходит за счёт построения специальных моделей в двух направлениях: формулировки теорий технических структур и конкретизации общих научных теорий. Можно рассмотреть в качестве примера становление химической технологии как научной дисциплины, где осуществлялась разработка специальных моделей, которые связывали более сложные технические процессы и операции с идеализированными объектами фундаментальной науки. По мнению Беме, многие первые научные теории были, по сути дела, теориями научных инструментов, т. е. технических устройств: например, физическая оптика – это теория микроскопа и телескопа, пневматика – теория насоса и барометра, а термодинамика – теория паровой машины и двигателя.
Марио Бунге подчёркивал, что в технической науке теория – не только вершина исследовательского цикла и ориентир для дальнейшего исследования, но и основа системы правил, предписывающих ход оптимального технического действия. Такая теория либо рассматривает объекты действия (например, машины), либо относится к самому действию (например, к решениям, которые предшествуют и управляют производством или использованием машин). Бунге различал также научные законы, описывающие реальность, и технические правила, которые описывают ход действия, указывают, как поступать, чтобы достичь определённой цели (являются инструкцией к выполнению действий). В отличие от закона природы, который говорит о том, какова форма возможных событий, технические правила являются нормами. В то время, как утверждения, выражающие законы, могут быть более или менее истинными, правила могут быть более или менее эффективными. Научное предсказание говорит о том, что случится или может случиться при определённых обстоятельствах. Технический прогноз, который исходит из технической теории, формулирует предположение о том, как повлиять на обстоятельства, чтобы могли произойти определённые события или, напротив, их можно было бы предотвратить.
Наибольшее различие между физической и технической теориями заключается в характере идеализации: физик может сконцентрировать своё внимание на наиболее простых случаях (например, элиминировать трение, сопротивление жидкости и т. д.), но все это является весьма существенным для технической теории и должно приниматься ею во внимание. Таким образом, техническая теория имеет дело с более сложной реальностью, поскольку не может элиминировать сложное взаимодействие физических факторов, имеющих место в машине. Техническая теория является менее абстрактной и идеализированной, она более тесно связана с реальным миром инженерии. Специальный когнитивный статус технических теорий выражается в том, что технические теории имеют дело с искусственными устройствами, или артефактами, в то время как научные теории относятся к естественным объектам. Однако противопоставление естественных объектов и артефактов ещё не даёт реального основания для проводимого различения. Почти все явления, изучаемые современной экспериментальной наукой, созданы в лабораториях и в этом плане представляют собой артефакты.
По мнению Э. Лейтона, техническую теорию создаёт особый слой посредников – «учёные-инженеры» или «инженеры-учёные». Ибо для того, чтобы информация перешла от одного сообщества (учёных) к другому (инженеров), необходима её серьёзная переформулировка и развитие. Так, Максвелл был одним из тех учёных, которые сознательно пытались сделать вклад в технику (и он действительно оказал на неё большое влияние). Но потребовались почти столь же мощные творческие усилия британского инженера Хэвисайда, чтобы преобразовать электромагнитные уравнения Максвелла в такую форму, которая могла быть использована инженерами. Таким посредником был, например, шотландский учёный-инженер Рэнкин – ведущая фигура в создании термодинамики и прикладной механики, которому удалось связать практику построения паровых двигателей высокого давления с научными законами. Для такого рода двигателей закон Бойля-Мариотта в чистом виде не применим. Рэнкин доказал необходимость развития промежуточной формы знания – между физикой и техникой. Действия машины должны основываться на теоретических понятиях, а свойства материалов выбираться на основе твёрдо установленных экспериментальных данных. В паровом двигателе изучаемым материалом был пар, а законы действия были законами создания и исчезновения теплоты, установленными в рамках формальных теоретических понятий. Поэтому работа двигателя в равной мере зависела и от свойств пара (устанавливаемых практически), и от состояния теплоты в этом паре. Рэнкин сконцентрировал своё внимание на том, как законы теплоты влияют на свойства пара. Но в соответствии с его моделью, получалось, что и свойства пара могут изменить действие теплоты. Проведённый анализ действия расширения пара позволил Рэнкину открыть причины потери эффективности двигателей и рекомендовать конкретные мероприятия, уменьшающие негативное действие расширения. Модель технической науки, предложенная Рэнкиным, обеспечила применение теоретических идей к практическим проблемам и привела к образованию новых понятий на основе объединения элементов науки и техники.
Технические теории в свою очередь оказывают большое обратное влияние на физическую науку и даже в определённом смысле на всю физическую картину мира. Например, (по сути, – техническая) теория упругости была генетической основой модели эфира, а гидродинамика – вихревых теорий материи.
Таким образом, в современной философии техники исследователям удалось выявить фундаментальное теоретическое исследование в технических науках и провести первичную классификацию типов технической теории. 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.
Голландский исследователь П. Кроес утверждал, что теория, имеющая дело с артефактами, обязательно претерпевает изменение своей структуры. Он подчёркивал, что естественнонаучные и научно-технические знания являются в равной степени знаниями о манипуляции с природой, что и естественные, и технические науки имеют дело с артефактами и сами создают их. Однако между двумя видами теорий существует также фундаментальное отличие, и оно заключается в том, что в рамках технической теории важнейшее место принадлежит проектным характеристикам и параметрам.
Исследование соотношения и взаимосвязи естественных и технических наук направлено также на то, чтобы обосновать возможность использования при анализе технических наук методологических средств, развитых в философии науки в процессе исследования естествознания. При этом в большинстве работ анализируются в основном связи, сходства и различия физической и технической теории (в её классической форме), которая основана на применении к инженерной практике главным образом физических знаний.
Однако за последние десятилетия возникло множество технических теорий, которые основываются не только на физике и могут быть названы абстрактными техническими теориями (например, системотехника, информатика или теория проектирования), для которых характерно включение в фундаментальные инженерные исследования общей методологии. Для трактовки отдельных сложных явлений в технических разработках могут быть привлечены часто совершенно различные, логически не связанные теории. Такие теоретические исследования становятся по самой своей сути комплексными и непосредственно выходят не только в сферу «природы», но и в сферу «культуры». «Необходимо брать в расчёт не только взаимодействие технических разработок с экономическими факторами, но также связь техники с культурными традициями, а также психологическими, историческими и политическими факторами». Таким образом, мы попадаем в сферу анализа социального контекста научно-технических знаний.
Теперь рассмотрим последовательно: во-первых, генезис технических теорий классических технических наук и их отличие от физических теорий; во-вторых, особенности теоретико-методологического синтеза знаний в современных научно-технических дисциплинах и, в-третьих, развитие современной инженерной деятельности и необходимость социальной оценки техники.
Проблемы технических наук
Техника, как целостное явление, является предметом изучения не технических наук, а предметом философии техники. Объектом философии техники, является техника как целостное явление, техническая деятельность, техническая деятельность и техническое знание, как феномен культуры. Предметом философии техники, является развитие технического сознания, подвергающее рефлексии данный объект. Хотя техническое обсуждалось в философии, начиная с античности, возникновение философии техники – это конец 19-го и в большей мере 20-го века. Основной задачей философии техники, становится исследование технического отношения человека к миру. Под техническим, в широком смысле можно понимать то, что организованно в отношениях цель и средства, чаще всего здесь подразумевается деятельность. Сущность техники, как явления, формирование норм технической деятельности, соотношение техники и культуры.
В исследованиях сущности техники можно поделить две крайние позиции:
1) Технику понимают как аспект человеческой деятельности, при этом говорят о глубинном характере;
2) Техника субстанциональна, т.е. техническая существует в соответствии с собственной логикой развития.
Можно выделить следующие существенные характеристики техники:
1) Артефакт от латинского искусственно созданный, т.е. она создаваема, при создании деятельность получает определенную организацию.
2) Техника есть инструмент средства орудия с помощью которых удовлетворяется определенная потребность. Техника – это усилие ради сбережения усилий.
3) Это самостоятельная реальность, противопоставленная естественному и живому. Техника есть искусство извлекать из природы её потенциальные возможности для человеческого существования, одни вещи существуют по природе, а другие в силу иных причин труда и искусства. Техника есть искусство производить вещи воплощающие в себя человеческое знание и подражающие природе.
Следующий этап относится к новому времени, когда формируются чет там. Третий этап рубеж 19-20го веков, когда формируется философия техники, рубеж 19х-20ых веков. Формирует специфический инженерный способ, использования сил и энергий природы. Процессы конструирования технических устройств, основанное на сознательном исследовании сил природы и сознательном их приспособлении к потребностям человека. В современном мире техника не отделима от широко понимаемой технологии до недавнего времени технологию рассматривали как сторону организации производственных процессов. Когда стала очевидной взаимосвязь между технологическими процессами операциями и принципами и различными социально-культурными процессами, возникло понятие техно-сферы, как обозначение этой взаимосвязи. Философия техники существует авторские подходы к пониманию сущности техники. Например по Хайдегеру техника является совокупностью способов которыми человек рассматривает возможности, заложенные в природе. Для Бердяева, техника понимается как любое организованное действие и результат. По мнению Милехина сущность техники можно описать через четыре координаты, это техническое сооружение действующее на стыке пересечения технико-использующей и технико-производящей деятельности. Это взаимодействие обобщено технической средой. Техническая среда понимается как сфера взаимовлияния общества и технических процессов. Технико-использующая деятельность, понимается как создание условий, позволяющих осуществить деятельность, принципиально за счет сил и процессов природы. Технико-производящая деятельность это конструирование и создание и результатом является производство блага. В философии и технике проблема смысла техники, понимается, как варианты ценностного отношения человека к техническому, кроме того смысл любого явления, может быть выявлен при соотнесение сущности этого явления и сущности человека. Исходя из этого смысл техники сводят либо к её идеализации, как основному фактору социального переустройства, либо сводят к отрицанию её роли в жизни общества, акцентируя внимание на негативных последствиях применения техники. Но необходимо отметить, что в таких оценках технике приписывается самостоятельность. Более взвешенный подход состоит в том, что техническая рассматривается как элемент бытия человека.
Э. Капп, в его концепции две основные идеи, это антропологический критерий и принцип органопроекции. Каково бы не были предметы мышления, результатом человеческой мысли, всегда остаётся человек, человек мыслит себя в природе, а не над ней, поэтому мышление согласовывает физиологическую организацию и космические условия. Исходящий от человека внешний мир, это воплощение в материи представлений о себе самой, но созданный искусственный мир, затем становится средством самопознания, т.е. механизм созданный по механическому образцу, служит для объяснения и понимания организма. Человек безсознательно делает свое тело масштабом для природы.
Эспанас, формулирует понятие технологии, акцентируя организационную сторону деятельности, он предполагает необходимость создания единого учения об общих принципах деятельности в таком учение объединятся знания о полезных искусствах.
Ф. Бон, понятие долга может быть категорическим, гипотетическим и техническим. Долг категорический это приказ на исполнение, а долг гипотетический это что я должен делать…, здесь указывается путь к достижению цели. Бон утверждает, что вся совокупность технических мероприятий имеет целью удовлетворение потребностей человека, каждая цель, является средством достижения следующей цели, таким образом, цель всех целей есть счастье. Анализирует структуру научных и технических высказываний. Причина и действие, наука исследует условия и обусловленное, в технике действие принимает вид цели, а причина вид средства.
Похожие идеи формулировал Пётр Энгеймейер, первый российский представитель философии и техники, сущность техники заключается не в фактическом выполнении намерения, а в возможности воздействия на материю. Природа автоматична, человек гипотетичен. Если мы ждем наступление явления, то можем исследовать причинную цепь к нему ведущую и искусственно вызвать первую причину. Данный автор исследовал широкий спектр вопросов, например теорию технического творчества, затем проблема техники как автора культуры, философский анализ технического мировоззрения и создание философии человеческой деятельности. Возникновение философии техники в России, демонстрирует достаточно широкий, гуманитарный взгляд на технику в среде русских ученых и инженеров, существовала потребность общих идей в технике, увязывание вопросов технического развития и общества в целом.
Система технических наук
Итак, к началу Новейшего времени технические науки, основанные на практике, приобрели качество подлинной науки, признаками которой являются систематическая организация знаний, опора на эксперимент и построение математизированных теорий. Технические науки составили сложную иерархическую систему знаний — от весьма систематических наук до собрания правил в инженерных руководствах; в их рамках появились также особые фундаментальные исследования.
В результате философского анализа технических наук выявилось три подхода к определению их сущности:
1) отождествление технических наук с прикладным естествознанием;
2) рассмотрение естественных и технических наук как равноправных научных дисциплин;
3) выделение в технических науках как фундаментальных, так и прикладных исследований.
Сегодня большинство философов все же придерживаются позиции, согласно которой технические науки рассматриваются в качестве относительно самостоятельной отрасли научного производства, равноправной области науки. Технические науки — часть науки, и хотя они не должны далеко отрываться от технической практики, но не совпадают с последней. Научно-техническая дисциплина обслуживает технику, но является прежде всего наукой, т.е. направлена на получение объективного, поддающегося социальной трансляции знания.
В настоящее время стало обычным делом, когда целевые исследования, проводящиеся в промышленных лабораториях исследователями, получившими инженерное образование, приводят к серьезным научным прорывам, или когда ученые, работающие в университетах или академических центрах, приходят к важным технологическим открытиям. Поэтому технические науки должны в полной мере рассматриваться как самостоятельные научные дисциплины. Вместе с тем они существенно отличаются от других наук по специфике своей связи с техникой.
Выявление специфики технических наук обычно осуществляется на основе их сопоставления с другими науками — естественными, социально-гуманитарными, математическими.
Наиболее тесно технические науки связаны с естествознанием. Технические и естественные науки имеют одну и ту же предметную область инструментально измеримых явлений, однако проводят исследование различным образом.
Технические явления в экспериментальном естествознании играют решающую роль, а большинство физических экспериментов является искусственно созданными ситуациями. Объекты технических наук также представляют собой своеобразный синтез "естественного" и "искусственного". Искусственность объектов технических наук заключается в том, что они являются продуктами сознательной целенаправленной человеческой деятельности. Их естественность обнаруживается прежде всего в том, что все искусственные объекты в конечном счете создаются из естественного (природного) материала. Естественнонаучные эксперименты являются артефактами, а технические процессы — фактически видоизмененными природными процессами.
Таким образом, естественные и технические науки — равноправные партнеры. 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 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.
Вместе с тем технические науки отличаются от естественных. Если естествознание исследует объективную реальность, т.е. то, что существует на самом деле, изучает природу, ее явления, процессы и закономерности, то технические науки нацелены на то, чего нет в природе, на создание "второй природы", мира артефактов, технико-технологических оснований цивилизации. Если для естественных наук идеалом являются научная истина и открытия, то для технических наук — не просто истинное знание, но эффективное техническое знание в контексте инженерной практики и инженерных разработок, а также конструирование и изобретение.
В отечественной философии науки и техники характерными чертами научно-технического знания принято считать следующие:
• конструктивность, т.е. искусственный характер объекта и его функционирования;
• синтетичность, т.е. собирательность, соединение знаний о создании, функционировании, эксплуатации и т.д.;
• целостность, системность, т.е. сложный характер структуры, многоуровневость, связь с естественнонаучным и социально-гуманитарным знанием;
• конкретность и описательность;
• наглядность;
• наличие оценки последствий применения (в том числе социальных).
Главная специфическая особенность технических наук обусловлена принципиальным отличием технических и технологических закономерностей от природных, являющихся предметом изучения естествознания. Тот факт, что в основе функционирования технологий лежат законы, вскрываемые естествознанием, отнюдь не свидетельствует о том, что эти законы в обобщенной, абстрактной, естественнонаучной форме могут служить достаточной базой для создания, описания, исследования искусственных технологических объектов. Технические объекты — это реальные объекты, которые создаются для выполнения определенных целесообразных функций. Техника, будучи объектом творчества, не является простой реализацией естественнонаучных знаний: она имеет свои специфические законы развития, которые также выступают основой технического творчества. Более того, законы, вскрытые естествознанием, служат лишь исходной основой для технической творческой деятельности. Действие общих естественнонаучных законов проявляется в специфической форме, связанной с тем, что реальные условия их функционирования накладывают массу ограничений конструкторского, технологического, экономического, эстетического плана. Технические закономерности отражают специфическую форму проявления природных законов, обусловленную устойчивым, целенаправленным, искусственно организованным взаимодействием природных процессов, позволяющим использовать силы природы в "пригодной к применению форме".
Специфика познавательной деятельности, осуществляемой в процессе создания технологических объектов, определяется тем, что она направлена на исследование структурно-функциональных зависимостей и придумывание (конструирование) на их основе структур, выполняющих заданные функции. Поэтому, чтобы материализоваться в технических объектах, естественнонаучные законы должны быть трансформированы в технические законы.
Развитие естественных наук — необходимое, но не достаточное условие для создания новых технологий. Именно поэтому, для того чтобы ставить и успешно решать современные технологические задачи, необходимым предварительным условием является изучение не только процессов природы и открытие законов, но и изучение всевозможных условий действия самих этих законов.
Как было показано выше, в самостоятельную область технические науки начали выделяться в XVIII—XIX вв. Именно в этот период выявляются сложные технические проблемы, сыгравшие большую роль в становлении экспериментального естествознания и технических наук, создаются системы научных инструментов и измерительных приборов, возникает технология как дисциплина, систематизирующая знания о производственных процессах, происходит становление аналитических основ технических наук механического цикла, закладываются теоретические основы гидравлики, гидродинамики и теплотехники, развивается теория механизмов и машин, сопротивления материалов, университеты и академии превращаются в сообщества ученых-экспериментаторов, в центры развития технического знания, получает дальнейшее развитие техническое и инженерное образование и др.
В XX в. бурно развиваются электротехника, радиотехника, теплотехника, электроника, космонавтика, информационная технология, эргономика, техническая эстетика, инженерная психология, дизайн, инженерная экология, создаются научно-технические организации и общества, часто проводятся съезды, конференции, выставки, растет научно-техническая периодика и т.д.
В настоящее время технические науки занимают заметное место в научном производстве, имеют исключительно важное значение для функционирования и развития технической и инженерной деятельности, хотя они и тесно связаны с естественными науками. Именно из естественных наук в технические были распространены первые исходные теоретические положения, способы, методы исследования и проектирования, принципы, ценности и идеалы научности, установка на теоретическую организацию знания, построение идеальных моделей, использование формализации и математики.
И все же не совсем корректно распространенное утверждение о том, что основой технических наук является лишь точное естествознание. Это утверждение может быть признано справедливым только по отношению к исторически первым техническим наукам. 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 социально-гуманитарных (например, экономики, социологии, психологии). Каждая из этих дисциплин имеет свой предмет исследования, т.е. конкретный аспект, отдельные стороны названного выше объекта познания, которые специально выделяются и конструируются исследователем исходя из своих целей и задач. 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. Существуют такие, к примеру, дисциплины, как инженерная психология, техническая эстетика, в которых имеет место синтез технического, естественнонаучного и социально-гуманитарного знания.
Анализ литературы показывает, что общепринятой трактовки объекта и структуры технических наук пока нет. Тем не менее можно выделить основные подходы в решении указанных вопросов.
По-видимому, объект технических наук — это техника, технология, техническая, инженерная деятельность и практика, определенные закономерности функционирования и развития техники в целом, а также отдельных ее элементов, принципы, способы и методы проектно-технической деятельности, разработки идеальных моделей технических устройств, материализации и "овеществления" технического знания прежде всего в материальном производстве, а затем и в других сферах.
Принято выделять три большие группы технических наук:
1) науки, изучающие технические свойства материалов;
2) науки, изучающие технологические способы производства, т.е. технологические науки;
3) науки об устройствах.
Внутри каждой из этих больших групп технических наук выделяют общие и специальные технические науки. Применительно, например, к техническим наукам об устройствах к общим наукам относятся науки о процессах (техническая термодинамика, гидравлика и др.). Специальные же технические науки возникают на пересечении общих наук о процессах и наук о структурно-функциональных свойствах (например, теория паровых генераторов и паровых турбин, промышленная теплоэнергетика — на пересечении гидравлики и металлургии).
Различные технические науки исследуют процессы функционирования структурных элементов техники как общественной материальной системы, построения, производства и эксплуатации новых технических объектов внутриотраслевого, отраслевого и межотраслевого назначений. Отсюда — разная степень их общности и фундаментальности. Технические науки раскрывают закономерности, принципы и методы реализации всех отмеченных процессов, поэтому, как и многие другие, имеют свои фундаментальные и прикладные области.
Фундаментальные технические исследования направлены на получение новых научных знаний и выяснение фундаментальных закономерностей развития и функционирования техники и технологии, на построение технической теории. Их результаты адресованы главным образом другим членам научного сообщества.
Прикладные технические исследования непосредственно направлены на решение различных практических, технико-технологических, инженерных проблем и задач. Их результаты адресованы производителям и заказчикам, клиентам.
В этих исследованиях акцент сделан на "овеществление", "утилизацию" технического знания, на выборку проектно-методических рекомендаций по применению технического знания в технической и инженерной практике.
Иными словами, прикладное исследование — это такое исследование, результаты которого адресованы производителям и заказчикам и которое направляется нуждами или желаниями этих клиентов, фундаментальное же исследование адресовано другим членам научного сообщества.
Для современного этапа развития науки и техники характерно использование результатов фундаментальных исследований для решения прикладных проблем. Тот факт, что исследование является фундаментальным, еще не означает, что его результаты неутилитарны. Работа же, направленная на прикладные цели, может быть весьма фундаментальной. Критериями их разделения являются в основном временной фактор и степень общности. Вполне правомерно сегодня говорить и о фундаментальном промышленном исследовании.
Общепринятой структуризации, номенклатуры видов технических наук не существует. Используемые подходы к структуризации технических наук в России и развитых странах Запада имеют много общего, так как основаны на сходной истории и потребностях технического и технологического развития, но содержат и ряд особенностей.
Легитимной категоризацией технических наук, принятой в современной России, является номенклатура специальностей научных работников высшей аттестационной комиссии (ВАК). При этом специальности научных работников в области технических наук связаны, с одной стороны, с текущими и перспективными потребностями общества в производстве техники и развитии технологий, а с другой стороны, со всеми естественными и даже гуманитарными науками.
Утвержденная Министерством образования и науки Российской Федерации номенклатура специальностей научных работников включает в себя следующие технические науки:
1) инженерную геометрию и компьютерную графику;
2) машиностроение и машиноведение;
3) энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение;
4) транспортное, горное и строительное машиностроение;
5) авиационную и ракетно-космическую технику;
6) кораблестроение;
7) электротехнику;
8) приборостроение, метрологию и информационно-измерительные приборы и системы;
9) радиотехнику и связь;
10) информатику, вычислительную технику и управление;
11) энергетику;
12) металлургию и материаловедение;
13) химическую технологию;
14) технологию продовольственных продуктов;
15) технологию материалов и изделий текстильной и легкой промышленности;
16) процессы и машины агроинженерных систем;
17) технологию, машины и оборудование лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева;
18) транспорт;
19) строительство и архитектуру;
20) безопасность деятельности человека;
21) электронику.
Полная номенклатура специальностей научных работников в области технических наук всего насчитывает более 140 специальностей, при этом ряд специальностей имеют, кроме того, отраслевую диверсификацию. Хорошо видно, что структурирование технических специальностей, т.е. специальностей, по которым человек получает диплом инженера (выпускник технического вуза), научную степень кандидата и доктора технических наук, ученое звание профессора, доцента и старшего научного сотрудника, имеет прежде всего отраслевую, прикладную направленность.
Сложившаяся в нашей стране в советский период система учреждений технических наук включала в себя, во-первых, академическую техническую науку, а во-вторых, сотни отраслевых научно-исследовательских институтов (большинство из них, к сожалению, исчезло в постсоветское время в связи с ликвидацией промышленно-технических министерств).
Законы технических наук
Технические науки — область знания, в которой описываются и изучаются закономерности «второй природы», т. е. технического мира. Знания технических наук оцениваются с точки зрения не только истинности, но и эффективности, поскольку создаются специально для использования в технике и инженерной деятельности. Первоначально (17— 18 вв.) в инженерной деятельности применялись знания из отдельных естественных наук (отобранные или специально построенные), а также технологические знания (описание конструкций, технологических операций и т. д.). Именно естественнонаучные знания позволяли мысленно вычленить и зафиксировать естественный процесс, реализуемый в инженерном устройстве, а также определить расчетным путем точные характеристики конструкций, обеспечивающих данный процесс.
Однако начиная с 18 века складывается промышленное производство и формируется потребность в тиражировании и модификации изобретенных инженерных устройств (парового котла и прядильных машин, станков, двигателей для пароходов и паровозов и т. д.). В силу того, что инженер все чаще имеет дело не только с разработкой принципиально нового инженерного объекта (т. е. изобретением), но и с созданием сходного (модифицированного) изделия (напр., машины того же класса, но с другими характеристиками — иная мощность, скорость, габариты, вес, конструкция и т. д.), резко возрастает объем расчетов и конструирования. Другими словами, инженер теперь занят не только созданием нового инженерного объекта, но и разработкой целого класса таких объектов, сходных (однородных) с изобретенным. Это позволяло сводить одни случаи и одни группы знаний к другим. В результате начинают выделяться определенные группы естественно-научных знаний и схем инженерных объектов. Фактически это были первые знания и объекты технических наук, но существующие пока еще не в собственной форме. На этот процесс накладывались два других — онтологизация и математизация.
Онтологизация представляет собой поэтапный процесс схематизации инженерных устройств, в ходе которого эти устройства расчленялись на отдельные части и каждая замещалась «идеализированным представлением» (схемой, моделью). Подобные идеализированные представления вводились для того, чтобы к инженерному объекту можно было применить как математические, так и естественнонаучные знания. Математизация (замещение инженерного объекта математическими моделями) была не только необходимым условием изобретения, конструирования и расчета, но и стадией построения нужных для этих процедур идеальных объектов естественной науки.
Накладываясь друг на друга, эти три процесса (сведение, онтологизация и математизация) и приводят к формированию первых идеальных объектов и теоретических знаний собственно технических наук. С первых шагов формирования технических наук на них был распространен идеал организации фундаментальной науки: знания об отношениях трактовались как законы или теоремы, а процедуры их получения — как доказательства. Другой фактор, повлиявший на формирование технических наук, — стремление упростить способы и процедуры установления и анализа отношений между параметрами инженерного объекта. Напр., в некоторых случаях громоздкие процедуры преобразования и сведения существенно упрощаются после того, как исходный объект замещается сначала с помощью уравнений математического анализа, затем в теории графов, так что преобразования осуществляются в каждом из этих замещающих слоев. Существенно изменяются и параметры процесса математизации. Если на первой стадии используются лишь отдельные фрагменты математических теорий, то в дальнейшем в технических науках переходят к применению целых комплексов математических средств.
Это позволяет:
а) решать задачи не только анализа, но и синтеза технических устройств;
б) исследовать такие теоретически возможные случаи, которые охватывают всю изучаемую область инженерных объектов;
в) выйти к теориям идеальных инженерных устройств (напр., теории идеальной паровой машины, теории механизмов, теории радиотехнического устройства и т. д.).
Идеальное устройство — это конструкция, которую исследователь создает из элементов и отношений идеальных объектов технических наук; она является моделью инженерных объектов определенного класса, имитируя основные процессы и конструктивные особенности этих инженерных устройств. В технических науках появляются не только самостоятельные идеальные объекты, но и самостоятельные объекты квазиприродного характера. Построение подобных конструкций-моделей существенно облегчает инженерную деятельность, поскольку, изучая их, инженер-исследователь может теперь анализировать основные процессы и условия, определяющие работу создаваемого им инженерного объекта. В отличие от технических наук классического типа, возникших, как правило, на базе одной естественной науки (напр., электротехника формируется на базе теории электричества), технические науки неклассического типа (т. е. комплексные, например, теоретическая радиолокация или информатика) складываются на базе нескольких естественных наук. Они состоят из разнородных предметных и теоретических частей, используют системные и блок-схемные модели разрабатываемых объектов, включают описание средств и языков, используемых в исследовании, проектировании и инженерных разработках. Комплексные технические науки отличаются и по объектам исследования. Помимо обычных технических и инженерных устройств они изучают и описывают еще по меньшей мере три типа объектов: системы человек—машина (компьютеры, пульты управления, полуавтоматы и т. д.), сложные техносистемы (напр., инженерные сооружения в городе, самолеты и технические системы их обслуживания — аэродромы, дороги, обслуживающая техника и т. д.) и, наконец, такие объекты, как технология или техносфера в целом.
В формировании неклассических технических наук в свою очередь можно выделить несколько этапов. На первом этапе складывается область однородных, достаточно сложных инженерных объектов (систем). Проектирование, разработка, расчеты этих объектов приводят к применению (и параллельно, если нужно, к разработке) нескольких технических теорий классического типа. При этом задача заключается не только в том, чтобы описать и конструктивно определить различные процессы, аспекты и режимы работы проектируемой (и исследуемой) системы, но и «собрать» все отдельные представления в единой многоаспектной модели. На втором этапе в разных подсистемах и процессах сложного инженерного объекта выявляются сходные планы и процессы (регулирование, передача информации, функционирование систем определенного класса и т. д.), которые позволяют, во-первых, решать задачи нового класса, характерные для таких инженерных объектов (напр., установление принципов надежности, управления, синтеза разнородных подсистем и т. д.), во-вторых, использовать для описания и проектирования таких объектов определенные математические средства (математическую статистику, теорию множеств, теорию графов и т. п.). Таким образом, создание технических теорий неклассического типа предполагает предварительное использование технических наук классического типа, а также синтез их на основе системных, кибернетических, информационных и т. п. представлений.
На третьем этапе в рамках технических наук неклассического типа создаются теории идеальных инженерных устройств (систем). Напр., в теоретической радиолокации после 1950-х гг. были разработаны процедуры анализа и синтеза теоретических схем радиолокационной станции (PJ1C). С этой целью строится однородный идеальный объект радиолокации — «идеальная PJIC», относительно которой формулируются основное уравнение дальности радиолокации и уравнения, определяющие ее рабочие характеристики. Создание теории идеальных инженерных устройств венчает формирование и классических, и неклассических технических наук. Идеальные инженерные устройства живут и функционируют не только по законам первой природы, но и по «законам» второй природы, в которой рождаются и живут инженерные объекты.
Статью подготовила доцент кафедры социально-гуманитарных дисциплин Волгушева Алла Александровна. 
