2 вопрос ( вопрос 8). Вопрос Техническая теория специфика строения, особенности функционирования и этапы формирования концептуальный и математический аппарат, особенности идеальных объектов технической теории
 Скачать 21.51 Kb.
|
|
Вопрос 8. Техническая теория: специфика строения, особенности функционирования и этапы формирования; концептуальный и математический аппарат, особенности идеальных объектов технической теории; абстрактно-теоретические схемы технической теории; функциональные, поточные и структурные теоретические схемы. Техническая теория —система обобщенного знания о технических объектах и их системах. В общем виде теория представляет собой определенную научную абстракцию, в рамках которой анализируется идеальный объект, принципиально не существующий в реальности, но отражающий ее существенные и определяющие характеристики. Техническая теория является разновидностью научной теории и включает в себя те же компоненты, что и естественнонаучная теория: идеальные объекты (генератор, фильтр), фундаментальные понятия, принципы, законы. Процесс формирования технической теории связан с переходом от идеальных естественнонаучных объектов к собственно идеальным техническим объектам (по существу, реализуется процесс переноса представлений, выработанных в рамках естественных наук в сферу технознания). Определенные разделы естествознания выступают в качестве предпосылок формирования соответствующих технических дисциплин. Происходит "обработка" естественнонаучных закономерностей, на основе которых формируется техническая теория. При этом каждая техническая наука детерминирована собственной базовой естественнонаучной дисциплиной (теоретическая механика является базовой для теории механизмов и машин, термодинамика — теплотехники, теоретические основы электротехники являются базовыми для системы электротехнических дисциплин). Техническую теорию создает особый слой посредников — ученые-инженеры. Для того чтобы информация перешла от одного сообщества (ученых) к другому (инженеров), необходимы ее серьезная переформулировка и развитие. Так, Д. Максвелл был одним из тех ученых, которые сознательно пытались сделать вклад в технику (и он действительно оказал на нее большое влияние). Но потребовались почти столь же мощные творческие усилия британского инженера О. Хэвисайда, чтобы преобразовать электромагнитные уравнения Максвелла в такую форму, которая могла быть использована инженерами. Рэнкин доказал необходимость развития промежуточной формы знания — между физикой и техникой. Действия машины должны основываться на теоретических понятиях, а свойства материалов выбираться на основе твердо установленных экспериментальных данных. Очевидная отличительная черта технической теории - она ориентирована на конструирование технических систем.Научные знания и законы, полученные естественнонаучной теорией, требуют еще длительной "доводки" для применения их к решению практических инженерных задач, в чем и состоит одна из функций технической теории. Выполнению задачи доведения теоретических знаний до уровня практических инженерных рекомендаций служат в технической теории правила соответствия, перехода от одних модельных уровней к другим, а проблема интерпретации и эмпирического обоснования в технической науке формулируется как задача реализации. Поэтому в технической теории важную роль играет разработка особых операций перенесения теоретических результатов в область инженерной практики. Первые технические теории строились по образцу естественнонаучных (прежде всего физических), в которых наряду с концептуальным аппаратом важная роль принадлежит математическому аппарату и теоретическим схемам, образующим своеобразный "внутренний скелет" теории. Математический аппаратв ней предназначен, во-первых, для инженерных расчетов конструктивных и технологических параметров технических систем, во-вторых, для анализа и синтеза их теоретических схем (дедуктивных преобразований идеальных объектов технической теории) и, в-третьих, для исследования процессов, происходящих в технической системе. Теоретические схемыпредставляют собой совокупность абстрактных объектов — особые идеализированные представления (совокупность идеальных объектов теории), ориентированные на применение соответствующего математического аппарата и на мысленный эксперимент, т.е. на проектирование возможных экспериментальных ситуаций. Они фактически играют в технических науках роль моделей, часто выражаются графически. Теоретические схемы, с одной стороны, отражают интересующие данную теорию свойства и стороны реальных объектов, а с другой — являются ее оперативными средствами для идеализированного представления этих объектов, которое может быть практически реализовано в эксперименте путем устранения побочных влияний техническим путем. Так, Галилей, проверяя закон свободного падения тел, выбрал для бросаемого шарика очень твердый материал, что позволяло практически пренебречь его деформацией. Стремясь устранить трение на наклонной плоскости, он оклеил ее отполированным пергаментом. В качестве теоретической схемы технический объект, изготовленный подобным образом, представлял собой наклонную плоскость, т.е. абстрактный объект, соответствующий некоторому классу реальных объектов, для которых можно пренебречь трением и упругой деформацией. Одновременно он выступал как объект оперирования, замещающий в определенном отношении реальный объект, с которым осуществлялись различные математические действия и преобразования. Примером абстрактных объектов могут быть электрические и магнитные силовые линии, введенные М. Фарадеем в качестве схемы электромагнитных взаимодействий. Представители научного сообщества всегда имеют подобное идеализированное представление объекта исследования и постоянно мысленно оперируют с ним. В технической же теории такого рода графические изображения играют еще более существенную роль. В технической теории используются три основных вида уровня, или слоя, теоретических схем: 1) функциональные, ориентированные на математическое описание; 2) поточные, фиксирующие естественные процессы, которые протекают в технической системе, и их функционирование; 3) структурные, представляющие конструктивные параметры и инженерные расчеты, а также структуру объекта Функциональная схемафиксирует общее представление о технической системе, независимо от способа ее реализации, и является результатом идеализации технической системы на основе принципов определенной технической теории. Функциональные схемы совпадают для целого класса технических систем. Блоки этой схемы фиксируют только те свойства элементов технической системы, ради которых они включены в нее для выполнения обшей цели. Каждый элемент в системе выполняет определенную функцию. Блоки (или функциональные элементы) таких схем, как правило, выражают обобщенные математические операции, а функциональные связи, или отношения, между ними — определенные математические зависимости. Функциональные схемы, например, в теории электрических цепей, представляют собой графическую форму математического описания состояния электрической цепи. Каждому функциональному элементу такой схемы соответствует определенное математическое соотношение, скажем, между силой тока и напряжением на некотором участке цепи или вполне определенная математическая операция (дифференцирование, интегрирование и др.). Порядок расположения и характеристики функциональных элементов адекватны электрической схеме. Однако функциональные схемы могут быть и не замкнуты на конкретный математический аппарат. В этом случае они выражаются в виде простой декомпозиции взаимосвязанных функций, направленных на выполнение обшей цели, предписанной данной технической системе. С помощью такой функциональной схемы строится алгоритм функционирования системы и выбирается ее конфигурация (внутренняя структура). Поточная схема,или схема функционирования, описывает естественные процессы, протекающие в технической системе и связывающие ее элементы в единое целое. Блоки таких схем отражают различные действия, выполняемые над естественным процессом элементами технической системы в ходе ее функционирования. Такие схемы строятся исходя из естественнонаучных (например, физических) представлений. Та же теория электрических цепей имеет дело не с огромным разнообразием конструктивных элементов электротехнической системы, отличающихся своими характеристиками, принципом действия, конструктивным оформлением и т.д., а со сравнительно небольшим количеством идеальных элементов и их соединений, представляющих эти идеальные элементы на теоретическом уровне. К таким элементам относятся емкость, индуктивность, сопротивление, источники тока и напряжения. Для применения математического аппарата требуется дальнейшая идеализация: каждый из перечисленных выше элементов может быть рассмотрен как активный (идеальные источники тока или напряжения) или пассивный (линейное омическое, индуктивное и емкостное сопротивления) двухполюсник, т.е. участок цепи с двумя полюсами, в которой за счет разности потенциалов течет электрический ток. Все элементы электрической цепи должны быть приведены к указанному виду. Причем в зависимости от режима функционирования технической системы одна и та же схема может принять различный вид. Режим функционирования технической системы определяется прежде всего тем, какой естественный процесс через нее протекает (в данном случае, какой электрический ток течет через цепь — постоянный или переменный, периодический или непериодический). В зависимости от этого и элементы цепи на схеме функционирования меняют вид: например, индуктивность представляется идеальным омическим сопротивлением при постоянном токе, при переменном токе низкой частоты — последовательно соединенными идеальными омическим сопротивлением и индуктивностью (индуктивным сопротивлением), а при переменном токе высокой частоты ее поточная схема дополняется параллельно присоединяемым идеальным элементом емкости (емкостным сопротивлением). Для каждого вида процесса применяется наиболее адекватный ему математический аппарат, призванный обеспечить эффективный анализ поточной схемы. Структурная схематехнической системы фиксирует те узловые точки, на которые замыкаются потоки процесса функционирования. Эго могут быть единицы оборудования, детали или даже целые технические комплексы, представляющие собой конструктивные элементы различного уровня, которые входят в данную техническую систему и могут отличаться по принципу действия, техническому исполнению и ряду других характеристик. Кроме функциональных свойств такие элементы обладают свойствами "второго порядка", в том числе и нежелательными (например, искажения усиливаемого сигнала). Структурная схема фиксирует конструктивное расположение элементов и связей данной технической системы и уже предполагает определенный способ ее реализации. Такие схемы, однако, сами уже являются результатом некоторой идеализации, отображают структуру технической системы, но не являются ни ее скрупулезным описанием в целях воспроизведения, ни ее техническим проектом, по которому может быть построена такая система. Это пока еще теоретический набросок структуры будущей технической системы, который может помочь разработать ее проект. Структурные схемы в классических технических науках отображают в технической теории именно конструкцию технической системы и ее технические характеристики. В этом случае они позволяют перейти от естественного модуса рассмотрения технической системы, который фиксируется в его поточной схеме (в частности, физического процесса), к искусственному модусу. Таким образом, в технической теории на материале одной и той же технической системы строится несколько оперативных пространств, которым соответствуют различные теоретические схемы.В каждом таком "пространстве" используются разные абстрактные объекты и средства оперирования с ними, решаются особые задачи. Механизмы взаимодействия этих оперативных пространств могут быть раскрыты в результате анализа функционирования технической теории. Абстрактные объекты технической теории обладают целым рядом особенностей. Прежде всего они обязательно являются "однородными" в том смысле, что сконструированы с помощью фиксированного набора элементов и ограниченного, заданного набора операций их сборки. Например, в теории механизмов и машин — это различные типы звеньев, передач, цепей, механизмов. Такая однородность обеспечивает, с одной стороны, соответствие абстрактных объектов конструктивным элементам реальных технических систем, а с другой — создает возможность их дедуктивного преобразования на теоретическом уровне. Поскольку все механизмы оказываются собранными из одного и того же набора типовых элементов, то остается задать лишь определенные процедуры их монтажа и демонтажа из идеальных цепей и пар элементов. Фундаментальная теоретическая схема выполняет важную функцию в технической науке — методологического ориентира для еще неосуществленной инженерной деятельности. Она задает принцип видения вновь создаваемых технических систем и позволяет выбирать для решения данной инженерной задачи наиболее подходящие теоретические средства из смежных технических, математических или естественных дисциплин. Инженер всегда ориентируется на такую теоретическую схему. Он соотносит ней образ исследуемой и проектируемой им системы, хотя и не всегда отдает себе отчет в том, что эта схема достаточно жестко направляет его поиск. Основная задача функционированияразвитой технической теории заключается в тиражировании типовых структурных схем с учетом всевозможных инженерных требований и условий, формулировке практико-методических рекомендаций проектировщику, изобретателю, конструктору. Тогда решение любых инженерных задач, построение любых новых технических систем данного типа будет заранее теоретически обеспеченным. В этом состоит конструктивная функция технической теории, ее опережающее развитие по отношению к инженерной практике. Этим последним фактом и определяется во многом специфика технической теории, которая имеет практическую направленность: ее абстрактным объектам обязательно должен соответствовать класс гипотетических технических систем, которые еще не созданы. Поэтому в технической теории важен не только анализ, но и синтез теоретических схем технических систем. Обе задачи в принципе являются сходными, поскольку синтез новой технической системы, как правило, связан с анализом уже существующих аналогичных систем. На основе изложенного выше можно сделать вывод о том, что идеализация объекта в естественнонаучной и технической теориях выполняет различную роль. Если целевая установка естественнонаучной теории связана с познанием определенного среза действительности, то для технической теории она состоит в построении "идеальной конструкции", которая должна соответствовать реальному техническому объекту. Так, если физик может сконцентрировать свое внимание на наиболее простых случаях, исключив, к примеру, трение или сопротивление жидкости, то в технической теории все это должно приниматься во внимание. Таким образом, техническая теория имеет дело с более сложной реальностью,поскольку не может исключить сложное взаимодействие физических факторов, имеющих место в техническом устройстве. Техническая теория,более тесно связанная с реальным миром инженерии, является менее абстрактной и идеализированной. 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 часто привлечены совершенно различные, логически не связанные теории. Такие теоретические исследования становятся по самой своей сути комплексными и непосредственно выходят в сферу не только природы, но и культуры. Необходимо брать в расчет 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. |