Стили инженерного мышления

С возникновением нового стиля мышления старый не исчезает бесследно, не отмирает. Он продолжает существовать, и притом не как исторический реликт, а как полноправный момент науки.

Каждая новая эпоха (новый стиль) не извне привнесен, а зарождалась внутри старого, путем раздвоения единого, т. е. возникновения противоположности, что выражает действие законов диалектики в сфере научно-технического познания. В целях философского анализа мы поэтому вынуждены историческое свести к логическому, абстрагироваться от реальных связей стилей инженерного мышления, от переходных звеньев, так как новый стиль не возникает сразу.

Переход от механистического стиля к вероятностному, а от него к системотехническому не только означает переход от описания объекта познания к его анализу и далее к синтезу, но является также постепенным углублением в объект, т. е. переходом от знания сущности первого порядка к знанию сущности второго порядка, а от него — к знанию сущности третьего порядка. Различные стили являются, таким образом, различными ступенями инженерного познания:

механистический стиль есть экстенсиональное обобщение эмпирического материала - сведение некоторого множества эмпирических данных к одной описывающей их феноменологической теории, т. е. уменьшение объема эмпирического знания;

вероятностный стиль  есть интенсиональное обобщение – обобщение второго порядка, которое заменяет теоретическое описание теоретическим анализом и тем самым разъясняет,

развертывает феноменологическую теорию;

системотехнический стиль есть интегральное обобщение, являющееся синтезом экстенсионального и интенсионального способов теоретического обобщения. Оно и сокращает феноменологическое знание и обосновывает его, дает мысленно-конкретное знание предмета познания.

3.Стили инженерного мышления.

3.1.Механистический стиль мышления (конец XVIII—конец XIX вв.).

     Первоначально (конец XVIII—середина XIX вв.) на базе тех разделов классической механики, основные принципы которых были сформулированы еще во времена Галилея и Ньютона, образовался механический цикл, или техническая механика (строительная механика, гидравлика, механика механизмов и машин и т. д.).

   Техническая механика — первая группа НТТ, основывающаяся в формулировке своих законов на строгом языке математических формул и геометрических построений. В ней отражены законы движения механизмов с относительно небольшими скоростями, законы их простого пространственного перемещения относительно друг друга (кинематики) и связанных с движением инерционных, силовых взаимодействий (динамики). Основная исходная задача технической механики — определение траектории движения и сил, действующих в механизме (или его детали) на основе законов классической механики, исходя из знания некоторого начального состояния механизма и внешних сил, приложенных к нему в исследуемый промежуток времени.

    Такое представление о технических законах связано с оценкой историками науки места и значения технической механики в структуре технических наук.

     Определяющей чертой законов жесткой детерминации обычно выступает строго однозначный характер всех без исключения связей и зависимостей, отображаемых в рамках соответствующих научных теорий механического цикла.

    Однозначный характер  связей имеет своей оборотной  стороной их качественную равноценность. Любая исследуемая связь независимо от своей природы считается в равной степени необходимой.

    С точки зрения представлений  о жесткой детерминации связи  могут быть либо необходимыми, либо случайными. Случайные связи в расчет не принимаются, случайность не входит в структуру теорий механического цикла. Характеризуя механистический стиль мышления, Ф.Энгельс писал:«...необходимое объявляется единственно достойным научного интереса, а случайное — безразличным для науки. Это означает следующее: то, что можно подвести под законы, что, следовательно, знают, то интересно, а то, чего нельзя подвести под законы,- чего, следовательно, не знают, то безразлично, тем можно пренебречь, что можно подвести под всеобщие законы, то считается необходимым, а чего нельзя подвести, то считается случайным». Случайные связи не отрицались (и не отрицаются) технической механикой, а только игнорируются, не учитываются, собственные теоретические интересы техннкознаиия ограничивались лишь пределами неслучайного. В этом отношении механистическое мышление техниковеда** отличалось от механицизма естествоиспытателя, стоявшего на позициях французского метафизического материализма, который отрицал случайность, полагал, что в природе господствует только простая, непосредственная необходимость (или неслучайность). Техническое знание признавало наличие в самой технике и случайных и неслучайных связей, только не понимало их диалектически противоречивой природы и классифицировало связь либо как случайную, либо как неслучайную.

Уже в конце XVII—начале XVIII веков, с усложнением техники, стали применять несложные устройства автоматического регулирования «на механической основе в виде различных кулачков, рычагов и упоров. В профилях этих устройств, особенно кулачков, опредмечивалась некоторая простая программа регулирования технологического процесса, т. е. определенные управляющие воздействия «программировались» и предпринимались заранее с целью получения конкретного результата в виде надлежащего исхода процесса.

Известно, что механицизм сводит все явления к силовому взаимодействию между частицами, образующими систему, в которой протекает наблюдаемое явление. Относительно проблемы сведения второго начала термодинамики к механическим принципам эта общая задача превращалась в следующую: «если согласно молекулярно-кннетической теории теплоты последняя является родом движения молекул тела, т. е. представляет собой чисто механическое явление, то нельзя ли получить аналитическое выражение второго начала, исходя из определенных предположений о механизме молекулярного движения и сил, действующих между молекулами?»

В основе механической интерпретации тепловых явлений лежало предположение, что расстояния между молекулами газа настолько велики, что их собственные размеры, а также взаимодействие молекул друг с другом оказываются ничтожно малыми. Молекулы при этом можно рассматривать как материальные точки, между которыми нет никаких сил притяжения или отталкивания. Макроскопическая кинетическая энергия молекул интегрально проявляется как тепловая энергия рассматриваемого газа. Молекулярно-кинетическне представления позволили выводить из элементарных законов механики особенно простые отношения между механической энергией молекул и давлением, температурой, теплоемкостью. Это-то и породило соблазн вывести второй принцип из более общих принципов механики.

Второе начало термодинамики устанавливает условия для каждого вида преобразования энергии. Между превращением работы в теплоту, как например, при трении твердых или жидких тел, и обратным процессом превращения теплоты в полезную работу существует глубокое различие.

Этот закон ограничивает действие первого закона, т. е. определенным образом ограничивает превращение одной формы энергии — теплоты в другую форму энергии — в работу.

Хотя в общем и целом механицизм был логической основой сформировавшейся в качестве феноменологической теории технической термодинамики, тем не менее в его рамки никак не уложилось второе начало. Оно показало, что обратимые законы фиксируют предел, которого теоретически можно достигнуть, если отвлечься от всех несовершенств тепловых машин. Оказалось, что обратимость, считающаяся в механистическом миропонимании абсолютным свойством всех без исключения процессов, имеет свои границы: в одной и той же реальной механической системе (например, тепловом двигателе) одновременно происходят как обратимые, так и необратимые процессы, т. е. система обладает диалектически противоречивой природой.

    Идея необратимости никак  не вписывалась в концепции  механистической логики, где основным является принцип «либо— либо» (либо обратимые, либо необратимые). Второе начало термодинамики было исторически первым ударом по механистическому, метафизическому мышлению инженеров (и ученых), ударом, послужившим началом кризиса механицизма (в его прямолинейном варианте), которое впоследствии привело к его полному краху.

3.2.Вероятностный стиль мышления (первая половина XX в.).

В конце XIX—начале XX веков начинается второй период истории технических наук, характеризующийся тем, что, во-первых, эмпирическое и описательное знание стало постепенно перерастать в теоретическое, объясняющее знание; во-вторых, складываются новые циклы знания. Сперва сложился химико-физический цикл технологического знания (металлургия, прокатка), затем химический цикл (технология вяжущих веществ, технология стекла, нефтехимия и т. д.). В физико-энергетическом цикле появились радиотехника, техника связи (и соответствующая технология). И лишь к середине XX века стала складываться как-наука механическая технология (различные способы обработки металла резанием, ковка, штамповка), которая очень и очень долгое время была лишь эмпирическим, «рецептурным» знанием.

Для управления случайными явлениями технологическая наука взяла на вооружение методы теории вероятностей и математической статистики, которые легли в основу способов статистического регулирования точности и расчетов допусков на размеры деталей. Вероятностные идеи стали все больше пронизывать технологические теории, на их основе удавалось успешно ставить и решать ряд исследовательских задач по технологии и разрабатывать логику образования технологических теорий.

Чтобы понять сущность вероятностного стиля мышления, необходимо кратко рассмотреть содержание некоторых идей теории вероятностей, изучающей закономерности массовых случайных явлений, к которым можно относить параметры любого технологического процесса. Понятие случайности используется для выявления специфики этого массового явления и означает, что при переходе от одного явления к другому варьируемые характеристики отдельных явлений изменяют свои значения независимым образом, т. е. значения характеристики одного явления существенно не зависят от значений этой характеристики у других явлений и не определяются ими, хотя в отдельных случаях параметры могут быть зависимыми.

Типичный пример класса случайных массовых явлений дает нам механическая технология (обработка металла резанием): возмущающие воздействия на точность обработки детали оказывают такие факторы, как: 1) физико-механические свойства обрабатываемого материала; 2) величина припуска на механическую обработку; 3) упругие перемещения в системе СПИД (станок—приспособление—инструмент—деталь); 4) геометрические неточности станка, инструмента и приспособления; 5) температурные деформации системы СПИД; 6) размерный износ режущего инструмента; 7) неточность настройки инструмента на размер; 8) внутренние напряжения в материале заготовок; 9) неточности установки детали на станке19. Действие каждого фактора не зависит от действия других и не определяется ими. Эти действия нестабильны по времени, т. е. время любого действия случайно и спорадически меняется в любую сторону (в рамках пределов) и нисколько не связано с временной характеристикой действия остальных факторов.

Важным понятием теории вероятностей является понятие распределения. Оно означает, что, несмотря на независимые изменения значений некоторых характеристик явления при переходе от состояния к состоянию, относительное число элементов явления с определенным значением этих характеристик довольно устойчиво. Эта устойчивость и есть выражение вероятности. Распределения характеризуют внутреннюю упорядоченность, структуру соответствующих параметров технологического процесса. Именно на базе понятия распределения происходит столь успешное применение теории вероятностей в технологических науках. Одним из принципов последних является признание всякой кон? кретной случайной величины единичной реализацией необходимости. Знание закона распределения случайной величины (в нашем случае — закона распределения погрешностей размера детали) позволяет технологу в «среднем» управлять точностью технологических процессов и производить расчеты на точность.

Идеи теории вероятностей пронизывают не только технологическое знание, оформившееся в качестве научной теории на втором этапе развития технических наук, но проникли и пустили глубокие корни в технические науки, возникшие еще на первом этапе, особенно в такую широко распространенную и весьма важную науку, как техническая термодинамика (в дальнейшем изложении — «термодинамика»). Статус термодинамического понятия получила одна из основных категорий теории вероятностей — распределение,— возникшая как понятие математическое.

   Через теорию вероятностей проникла в термодинамику диалектическая идея нетождественностн реальных термодинамических процессов и наших представлений об этих процессах, тогда как механистическое мышление трактует все наши представления, понятия как точные копни, слепки, снимки объективной реальности.

Методы теории вероятностей преобразили, таким образом, логическую схему термодинамики. Новая схема позволила объяснить такие факты, которые раньше, при механистическом стиле мышления, не поддавались объяснению. Научное объяснение получили, например, специфические свойства направленности процессов, определяемые постулатом Клаузиуса.

Благодаря теории вероятностей «приобрели» статистический характер не только законы, но и многие понятия термодинамики, которые вначале трактовались как единичные. Выяснилось, что основное понятие этой науки — энтропия — характеризует состояние системы, состоящей из большого числа частиц, и лишено смысла по отношению к отдельным частицам, т. е. является статистическим. Значение энтропии не может быть измерено непосредственно, а определяется расчетным путем. Оказалось, что энтропии нельзя придать ясный физический смысл, как, например, температуре или давлению, следовательно, энтропия наглядно не представляема.

     Теория вероятностей внесла элемент диалектики в содержание так называемого третьего принципа термодинамики (принципа Нернста—Планка), согласно которому в условиях температуры, равной абсолютному нулю, энтропия не изменяется ни при каких изменениях состояния системы, если система как в начале, так и в конце представляет собой чисто кристаллическое вещество. Этот принцип выявил относительный характер энтропии, ее зависимость как от температурных условий, так и от материального субстрата термодинамической системы. Тем самым был отброшен механистический взгляд на энтропию как абсолютную характеристику всякой термодинамической системы, имеющую место при любых температурных условиях.

Логический смысл применения теории вероятностей в техникознанин заключается в следующем: в теориях, основанных на принципе жесткой детерминации, все понятия относятся к одному независимому логическому уровню — они равно необходимы. В теориях, основанных на вероятностном принципе, понятия различаются по степени общности и роли в структуре теории, делятся на два уровня, имеющих различную логическую природу (жесткую или гибкую). В философском плане наличие различных по своей логической природе понятий характеризуется через категории необходимости и случайности. В теориях жесткой детерминации случайность не включается в структуру теории, в статистических (вероятностных) теориях (напр., радиотехнике, связи) понятия, относящиеся к классу случайных, не просто включаются в структуру самой теории, но и составляют ее важнейший элемент. Так, никакая радиотехническая система не может реализоваться абсолютно точно: нельзя предвидеть все возможные отклонения под воздействием как внешних сил, так и неполадок в самой системе).