Гуманитарные технологии Аналитический портал • ISSN 2310-1792

Инженерное мышление и инженерное знание. Владимир Никитаев

Владимир Владимирович Никитаев — российский методолог, социальный философ, консультант по управлению, координатор регионального проекта Организации Объединённых Наций по промышленному развитию (ЮНИДО) для Евразийского экономического сообщества (ЕврАзЭС), нацеленного на создание сети офисов ЮНИДО по содействию инвестирования и трансфера технологий в странах ЕврАзЭС.

Введение

Проблематика инженерного мышления и знания, несмотря на фундаментальное значение инженерии для современной цивилизации, до сих пор остаётся как бы в тени. Возможно, одна из главных причин этого — отсутствие у философского дискурса по темам инженерии собственных оснований. Инженерное мышление и знание часто рассматриваются как эпифеномены приложения науки, что приводит к существенной редукции радикальных различий между инженерией и наукой. И философия техники, под углом зрения которой осуществляется (как правило) анализ, не вполне адекватна для данных целей, на основании хотя бы различения инженерии как сферы практики и техники как совокупности артефактов и способов действий. Отсюда следует, в том числе, что техническое знание — лишь один из компонентов инженерного [1].

В данной статье я подойду к вопросам инженерного мышления и знания, анализируя инженерное мышление как практическое. В качестве примера я остановился на работах по маятниковым часам Христиана Гюйгенса — работах, заложивших основы инженерного метода Нового времени [2].

Начало новой эры инженерии

Обозревая более чем 30-летнюю деятельность Гюйгенса по разработке маятниковых часов, трудно удержаться от мысли, что за ней стоит определённая организация сознания, некая стратегия. Вспомним историю создания механических часов с маятником [3, 4]. В XVI–XVII веках сложились две ситуации, настоятельно требовавшие точного измерения времени. Одна была связана с астрономическими наблюдениями, которыми и сам Гюйгенс занимался на протяжении всей своей жизни; вторая — необходимостью определения местоположения корабля (долготы) в дальних морских путешествиях. В связи с развитием морской торговли и судоходства вторая ситуация стала столь острой и значимой, что правительства западноевропейских стран назначили за её решение солидное денежное вознаграждение. За разрешение этой проблемной ситуации брались лучшие умы Европы, в том числе сам Галилей.

Механические часы как системы зубчатых колес с опускающимся грузом были известны уже с ХII века, но были неточны, требовали постоянно присмотра и ежедневной настройки по солнцу. Главная трудность, с которой столкнулся Гюйгенс — это обеспечение равномерности их хода. Найденное им решение заключалось в Том, что ход часов регулировался посредством маятника, колебания которого поддерживались тем же движением (опусканием груза), которое обеспечивало и вращение зубчатых колес часового механизма. Гюйгенс, в отличие от Галилея, уже знал, что колебания изохронны только для малых амплитуд, а при больших период колебаний увеличивается в прямой зависимости от амплитуды. Гюйгенс решил компенсировать увеличение амплитуды уменьшением длины маятника, для чего нить подвеса должна была прилегать к специальной пластине. К первым часам (патент 1657 года) форму компенсирующих пластин Гюйгенс подбирал путём «проб и ошибок», что, конечно же, было недопустимо в массовом производстве часов. «Однако, — пишет Гюйгенс, — при помощи геометрии я нашёл новый, до сих пор неизвестный, способ подвешивания маятников. Я исследовал кривизну некоторой кривой, которая удивительным образом подходит для обеспечения равенства времени качания маятника» [3, c. 9]. В 1659 году он установил, что такая популярная тогда среди математиков кривая, как циклоида, таутохронна, то есть если маятник движется по циклоиде, то время качания не зависит от амплитуды. Далее оставалось определить, какую форму должна иметь компенсирующая пластина, чтобы чечевица маятника двигалась по циклоиде. «Для применения моего изобретения к маятникам, — писал Гюйгенс, — мне необходимо было установить новую теорию, а именно, теорию образования новых линий при посредстве развёртывания кривых линий. Я изучил этот вопрос несколько далее, чем нужно для моей цели, так как теория показалась мне изящной и новой» [там же, с. 10]. В результате оказалось, что форма пластины также должна быть циклоидной. Но и это ещё не все: «Я показываю полезность использования в часах сложного маятника. Для изучения его природы я должен был произвести исследование о центре качания».

Кроме того, к нововведению 1657 года (способу закрепления груза, движущего весь механизм, при котором часы шли и во время завода, когда груз поднимали) Гюйгенс добавил новую — якорно-анкерную — конструкцию спускового механизма. Наконец, в 1661 году он предложил применять подвижные грузы, перемещаемые по стержню маятника для настройки его хода.

Задача точного измерения времени в астрономических наблюдениях была решена. Но в морском плавании, ко всему прочему, необходимо было устранить влияние качки корабля на колебания маятника. Гюйгенс предложил использовать особый (карданов) подвес всей конструкции и треугольный маятник, вместо опускающегося груза — пружинный завод, и составил специальную инструкцию по эксплуатации часов. Все это дало определённый эффект, но не обеспечило достаточной надёжности работы часов, поэтому в 1679 году Гюйгенс предложил использовать для использования на кораблях пружинные часы с балансиром.

Стратегия инженерного мышления

Предполагая наличие у Гюйгенса определённой стратегии мышления и рассматривая с этой точки зрения историю создания маятниковых часов, мы можем, в известном смысле, выяснить основные черты стратегии инженерного мышления вообще. В самой общей форме она выступает как последовательность шагов (итераций), для каждого звена которой характерно следующее.

Во-первых, наличие критической ситуации (ситуаций), её анализ и постановка применительно к ней определённой цели. В случае Гюйгенса мы видим две исходные проблемные ситуации. В каждой требуется точное измерение времени, то есть последовательный, непрерывный отсчёт равных промежутков времени. После того, как принято решение об использовании механических часов, ситуации меняются; соответствующему преобразованию подвергается и цель: теперь необходимо добиться равномерного механического движения стрелок по циферблату. Следует отметить, что хотя и ситуация и цели трансформируются на каждом шаге, изменения связаны определённой преемственностью смысла.

Во-вторых, использование конструирования как способа и конструкции как средства преобразования ситуации. Гюйгенс начинает конструирование, объединяя механические гиревые часы с маятником, который должен обеспечивать равномерное дискретное движение коронного зубчатого колеса; поскольку движение маятника само по себе затухает, то он дополняет конструкцию связью маятника с «источником энергии» часов — опускающимся грузом; амплитуда колебаний механически связывается с длиной маятника посредством циклоидной пластины, к которой прилегает нить подвеса, тем самым изменяя точку «подвеса», и так далее.

В качестве третьей наиболее общей черты стратегии нетрудно заметить наличие (или определение «по ходу») априорных положений, в соответствии с которыми осуществляется изменение ситуации. Априорность возможна в самом широком смысле, она позволяет включать в состав этих положений «законы природы», разного рода аксиомы, культурные нормы деятельности, методы мышления и принципы мировоззрения. Всё, что входит в состав «априорных положений», априорно функционально (по своей функции в стратегии): они берутся как внеситуативные, не подлежащие проблематизации в рамках данной стратегии знания и установки.

Так, первую часть своего мемуара Гюйгенс начинает с изложения «гипотез», играющих в дальнейших рассуждениях роль аксиом, например: «I. Если бы веса не было и воздух не сопротивлялся движению тел, то каждое из них продолжало бы достигнутое движение прямолинейно и с постоянной скоростью» ([с. 34]; здесь и далее, где не указан источник, подразумевается [3]).

Как самый, быть может, главный априорный принцип выделю принцип фундаментальности, или универсумальности, механического движения. Гюйгенс писал в «Трактате о свете»: «В истинной философии причину всех естественных явлений постигают при помощи соображений механистического характера. По моему мнению, так и следует поступать, в противном случае приходится отказаться от всякой надежды когда-либо и что-либо понимать в физике» (цит. по [4, c. 293]). В качестве другого принципа, тесно связанного с первым, выступает математический (геометрический) метод разрешения механических задач; причём, это касается как конструкции (особая геометрическая форма регулирующей пластины), так и самого мышления. Не случайно в мемуаре Гюйгенса о часах столько места уделяется математическому исследованию свойств различных кривых (в первую очередь, циклоиде). Кстати, само изложение также построено по образцу трактатов по геометрии: аксиомы («гипотезы»), определения, теоремы («предложения») и доказательства.

Можно было бы и дальше продолжать анализ в этом направлении, детализируя указанные свойства и выявляя новые, но важнее и перспективней представляется уже на данном этапе определить форму их связи, формулу стратегиального мышления.

В качестве своего рода порождающей схемы стратегиального мышления рассмотрим следующую логико-лингвистическую схему:

Для того, чтобы P, если S, при том, что вообще Q, то R (иначе T), где P обозначает цель, S — ситуацию, Q — априорные положения, R и T — действия; причём часть «иначе T», вообще говоря, может быть явно не указана (предполагаться «по умолчанию»).

Под словами «порождающая схема» подразумевается, что можно помыслить такое положение дел (возможный мир), при котором полученный реально результат мог бы быть получен в соответствии с данной схемой, её применением. Например, рассуждения Гюйгенса могли бы начинаться так: «Для точного измерения времени в ситуации астрономического наблюдения, при том, что вообще существуют различные виды часов — песочные, водяные, механические, возьмём механические часы». Затем второй шаг: «Для точного измерения времени механическими часами в ситуации, когда все до сих пор известные конструкции часов не дают достаточно равномерного для астрономических наблюдений хода, при том, что вообще (из теоретической механики) известна изохронность малых колебаний математического маятника, применим маятник в качестве регулятора хода часов, соединив часы и маятник конструктивной механической связью» и так далее.

Стратегия и алгоритм

Чтобы яснее очертить основные логические особенности стратегии, сравним её с алгоритмом. Как известно, логико-лингвистическая порождающая схема шага алгоритма имеет вид:

Если S, то R (иначе T).

Всякий полный (хорошо определённый) алгоритм основан на возможности заранее, при его составлении, предусмотреть все ситуации, которые могут сложиться при реализации этого алгоритма, и для каждой из этих ситуаций указать как отличающие её от других ситуаций ясные и однозначные признаки, так и конкретное, практически осуществимое действие. Чтобы определить следующий шаг реализации алгоритма, надо лишь (как правило) оценить по достаточно формальным (внешним) признакам текущее состояние и, быть может, учесть его предысторию; если это делать правильно, то алгоритм с неизбежностью и за конечное число шагов приведёт исполнителя к предзаданному (хотя бы и не известному самому исполнителю заранее) результату. В этом смысле всякий алгоритм есть своего рода автоматизация выбора средств достижения предопределённой цели; при этом предопределённость цели есть (как правило) следствие, или другое выражение, типичности исходной ситуации. По существу, в данном абзаце описаны три базовых свойства любого алгоритма: детерминированность, эффективность и массовость.

Стратегия отличается от алгоритма, прежде всего, явным включением в свою структуру процесса целеобразования; в схеме это выражено конструкцией «для того, чтобы P, если S, при том, что вообще Q». Стратегия нужна не для «массовых» ситуаций, где можно обойтись стереотипными решениями, но для проблемных, то есть таких ситуаций, в которых невозможна или неэффективна (бессмысленна) реализация существующих (наличных) норм деятельности и методов мышления; более того, как правило, непригодны сами заданные естественной (в смысле Гуссерля) или профессиональной установкой способы типизации реальности, её, так сказать, опознание. Хотя проблемные ситуации и ставят под вопрос всю (данную) культуру в целом, но, поскольку их разрешение должно восприниматься как нормализация, необходимо сохранение известных основ данной культуры, по меньшей мере, её духа, то есть преодоление проблемной ситуации должно быть культуросообразным.

Таким образом, подлинная стратегия — это стратегия разрешения проблемной ситуации, и потому в самой её структуре заложены как постоянный анализ ситуации S, так и до- или даже пере-определение цели P с учётом априорного компонента Q, в составе которого могут оказаться те или иные нормы и принципы культуры. Иными словами, в стратегии необходимо постоянно рефлектировать свои ценности, видеть цель (целевую ситуацию) и дистанцию, которая отделяет текущую ситуацию от конечной, целевой, раз за разом решая задачу (чаще проблему — ещё одну «в дополнение» к исходной, то есть к источнику проблемной ситуации) согласования ценностей, целей и средств.

Далее, разработка и реализация алгоритма разделены как разные фазы и даже типы деятельности. Для стратегии такое разделение не имеет смысла (если не сказать, принципиально невозможно): стратегия разрабатывается и осуществляется одновременно. Стратегия всегда стратегия-в-ситуации; она тем эффективнее, чем лучше учитывает индивидуальные особенности ситуации (для чего и требуется именно её анализ, а не просто оценка), а потому стратегия не может быть просто репродуцирована, повторена (даже если и поставить такую задачу), но всегда требует поиска, творческой доработки, импровизации.

Реализация алгоритма строится на оценке настоящего и (иногда) знании прошлого, а стратегии — на анализе настоящего и (обязательно!) предвидении будущего. Анализ ситуации в стратегиальном мышлении — это прежде всего анализ возможностей. Например, какими возможностями — с точки зрения механики XVII века — мы располагаем для реализации равномерного механического движения? Ответ: с помощью так называемого математического, или (в терминах Гюйгенса) «простого», маятника (уже Галилей применял его в своих исследованиях). К чему приведёт использование маятника в механических часах? К тому, что по разным причинам (Гюйгенс их перечисляет в своём мемуаре) колебания маятника могут оказаться то больше, то меньше.

Следующее отличие стратегии от алгоритма — компонент априорных положений Q. Алгоритм в ходе своей реализации не исключает использование априорных правил и принципов, но происходит это чаще всего неявно, без их экспликации и анализа.

Разумеется, можно указать и на сходство между стратегией и алгоритмом; это, главным образом, процедурный характер и конструкция выбора «если-то-иначе». В целом, с учётом вышесказанного, алгоритм можно трактовать как след стратегии, как её пост-редуцированную и приспособленную к массовому повторению форму.

От мышления — к знанию

Итак, будем рассматривать логико-лингвистическую схему (шага) стратегии как представление процесса (фазы) мышления.

Прежде, чем перейти к обсуждению инженерного знания, обратим внимание на то, что в инженерном (стратегиальном) мышлении процесс актуализации научного знания («при том, что вообще Q») нестирован (вложен, «лежит в рамке») в другие мыслительные процессы, обеспечивающие привязку данных знаний к ситуации, их приложение. Отношение нестирования процессов означает их взаимную детерминацию, а именно: рамочный (объемлющий) процесс предполагает (требует с необходимостью) для своего осуществления одновременного протекания нестированного (вложенного) процесса; осуществление нестированного процесса сопровождается рамочным; при том, что нестированный процесс per se может осуществляться и сам по себе, внутри рамочного он приобретает особую определённость. Нестирования — один из трёх процессуальных отношений; остальные два — следование и независимость. Исходя из категориально-логических соображений, можно показать, что перечисленные отношения фундаментальны, то есть образуют базис любой системы процессов (это же можно доказать на математической модели «процессуального мира»).

Далее нам понадобятся три предварительных соображения о соотношении мышления и знания: знание служит условием возможности репродуцирования процесса мышления как мыслительной деятельности; в системе процессов мышления знание может как соотноситься (в указанном выше смысле) с отдельными процессами, так и обеспечивать их связь между собой; каждой форме процесса в системе и каждой форме связи процессов мышления соответствует свой тип знания.

Из этих трёх положений, собственно, и вытекает тот метод, которым я буду изучать структуру инженерного знания на основе логико-лингвистической схемы стратегии как схемы процесса инженерного мышления. А именно, исходя из условия репродуцируемости, необходимо «покрыть знанием» всю схему стратегии; это целостное знание назовём «инженерным». В соответствии с двумя другими положениями необходима декомпозиция инженерного знания по процессам и связям процессов, то есть как бы «зонирование» схемы, в результате чего должны остаться однородные (относительно процессов мышления) единицы, или типы, знания. Выделять эти зоны следует так, чтобы в каждую из них входил компонент «вообще Q» как актуально или потенциально конституи-рующий знание (в полноте его свойств, в том числе, возможности сообщения, переноса в другие ситуации и обобщения). Разумеется, при этом априорные положения должны быть специфичны для каждого типа знания, то есть компонент Q также декомпозируется на составляющие. Наконец, для моих целей будет, очевидно, достаточно ограничиться рассмотрением двух последовательных шагов стратегии.

Естественнонаучное знание

Начну с относительно простого (структурно) и, в известном смысле, более изученного случая как бы чистой актуализации априорного компонента Q в общей рамке процесса инженерного мышления. Это означает, что соответствующее знание покрывает только зону «при том, что вообще Q», может актуализироваться — как знание — и само по себе (а также в других рамках), но будучи воплощено в нестированный процесс, должно иметь специфические, инженерные, черты. Какое знание отвечает таким требованиям? Ответ нетрудно найти, поскольку претендовать на данное место могут только математическое и (также математизированное) естественнонаучное знания.

Части мемуара (II–IV) «О маятниковых часах», в которых развивается теория механического движения, занимают в его объёме такое место, что может навести на мысль о центральной роли, которую вообще играет естественнонаучная теория в инженерии уже с времён Гюйгенса. Однако, если учесть прагматику текста (в частности то, что такого рода тексты изначально были адресованы в первую очередь учёным) и степень развития средств рефлексии и описания (в том числе то, что не натурфилософское или естественнонаучное знание пока ещё очень мало рефлектировалось и не имело адекватных средств теоретизации), то это впечатление исчезнет. И сам Гюйгенс пишет во введении: «Для применения моего изобретения с маятником мне необходимо было установить новую теорию». Заметим, он не пишет: «Я установил новую теорию, одним из приложений которой стало изобретение маятникового регулятора», но — вначале применение изобретения, и лишь затем — «установить новую теорию». Конечно, «я изучил этот вопрос несколько далее, чем нужно для моей цели» — добавляет Гюйгенс, но в этом можно усмотреть действие другой, социокультурной или мировоззренческой, рамки, в которой «vita contemplativa» и, следовательно, развитие теории ради теории представляют одну из высших ценностей. И вновь: «Я показываю полезность применения в часах сложного маятника. Для изучения его природы я должен был произвести исследование», то есть вначале — «полезность применения».

Во вступлении к IV части «О центре качания» Гюйгенс излагает историю задачи определения центра качания и пишет, сравнивая свою работу с трудами предшественников: «Я думаю, что мои выводы стоят на более твёрдом основании и подтверждаются опытами. Повод к новой постановке опытов дали регулируемые маятники наших часов, снабженные, кроме нижнего постоянного груза, ещё вторым, передвижным грузиком. Исходя из этого, я начал исследование сначала и, наконец, одолел все трудности и решил не только задачи Мерсенна, но нашёл и новые задачи, более трудные, и, наконец, нашёл общий метод для уверенного вычисления цетров качания линий, площадей и тел. От этого я имел не только удовольствие, что я нашёл нечто, что напрасно искали столь многие, и понял законы природы, относящиеся к этому случаю, но получил и определённую пользу, которая вообще заставила меня заняться этим вопросом, а именно, я нашёл лёгкий и удобный способ регулировки часов» [с. 120]).

Обратим, в частности, внимание на то, как Гюйгенс исследует циклоиду. Она была открыта Галилеем (конец XVI века); затем Робервиль (1634), а через несколько лет Декарт и Ферма вычислили площадь её арки; они же, а также Вивиани и Торичелли дали различные методы построения касательной к циклоиде. Паскаль (1658) выставил на конкурс шесть задач на вычисление площадей, объёмов, центров тяжести поверхностей и тел вращения, возникающих при замене основания циклоиды произвольной параллельной секущей [4, c. 81–82]. Таковы задачи и таков подход «чистой науки» к циклоиде. Гюйгенс подходит к ней в духе прикладного исследования. Его интересует движение весомой точки по циклоиде, обращённой вершиной вниз: идёт поиск ответа на вопрос о соответствии определённого естественного процесса заранее заданному (целевому) свойству.

Решение данной задачи Гюйгенс начинает с самых общих постулатов физики и следствий из них, определяющих в совокупности идеальный объект теоретической механики и его свойства. Но доказательство всякого «фундаментального» утверждения выступает в его работе как шаг в сторону получения прикладных результатов: общее утверждение о том, что время падения по более крутым плоскостям меньше, чем время падения по более пологим (предложение XXI), и другие доказываются для того, чтобы доказать (промежуточное) предложение XXII («Дана циклоида с вертикальной осью и вершиной, обращённой вниз. На ней даны два отрезка одинаковой высоты. Из них одни ближе к вершине, чем другой. Тогда время падения вдоль вышележащего отрезка короче, чем время падения вдоль нижележащего отрезка» [с. 66]) и, в конце концов, предложение XXV о таутахронности циклоиды.

Естественно-техническое знание

Рассмотрим следующую структурную зону стратегии:

Если S, при том, что вообще Q, то R.

В первом приближении речь идёт о связи ситуации S с решением R, при том, что нам как бы дан набор возможных вообще решений Q. В инженерии, как отмечалось выше, преобразование ситуации осуществляется посредством и в форме конструкций, то есть решения носят характер конструирования и конструкций. Следовательно, в этом процессе мышления устанавливается связь между ситуацией и конструктивным решением. Какое же знание соответствует этому процессу?

В той мере, в какой конструктивные элементы (конструкции) рассматриваются так, как если бы они уже существовали сами по себе, так сказать, естественно, как данные (а значит, как объекты), соответствующее знание может быть построено по образцу естественнонаучного. Однако, поскольку объекты этого знания носят всё же искусственный характер и принадлежат не природе как таковой («первой природе»), но технике, то такое знание неизбежно приобретает свою специфику, из-за которой следовало бы назвать данный тип знания (знания о конструкциях, как если бы они были естественно существующими объектами) естественно-техническим. Таким образом, Е/Т знания суть знания о свойствах конструкций и связях этих свойств. Среди этих свойств находятся и те, которые становятся функциональными свойствами объекта, когда он включается в структуру задействующей его конструкции. Сюда попадает и связь морфологии с функционированием (как они трактуются, например, в [5]), если морфология рассматривается как естественное строение артефакта, а функционирование — как естественное действие.

Третья часть мемуара («О развёртке и измерении кривых») начинается с четырёх определений, главные из которых следующие: «III. Представим себе, что кривая, изогнутая в одну сторону, обернута ниткой или гибкой линией. Если, закрепив один конец нитки на кривой, удалять от неё другой конец таким образом, чтобы свободная часть нити была всегда натянута, то свободный конец нити, очевидно опишет новую кривую; назовём эту кривую эвольвентой. IV. А ту кривую, вокруг которой обвернута лента, назовём эволютой» [с. 82–83].

Следует отметить, что данные определения геометрических объектов (кривых) опираются на использование не геометрической процедуры построения. И если вторую часть мемуара можно рассматривать под углом зрения прикладного естественнонаучного исследования, то здесь перед нами, скорее, прообраз технической дисциплины, поскольку речь идёт о свойствах некоего абстрактного механического устройства (или части устройства), заданного описанной в определениях схемой (кстати, теория эволют и эвольвент используется при проектировании зубчатых передач). Собственно техническое исследование в третьей части после доказательства предложения о развёртке полуциклоиды завершается так: «Отсюда и из предложения XXV о падении весомых тел следует правильность того, что при изложении устройства часов сказано о равномерном ходе маятника. Если маятник висит между двумя щеками, имеющими форму циклоиды, то он, очевидно, будет описывать дугу циклоиды и, следовательно, его колебания независимо от величины амплитуды будут совершаться в одинаковые времена. Ибо всё равно, будет ли тело двигаться по поверхности, имеющей кривизну циклоиды, или же будет описывать циклоиду по воздуху, так как в обоих случаях у тела во всех точках та же свобода, и та же наклонность к движению» [с. 92].

Обратим внимание, что в этой цитате выражена связь естественнонаучного плана второй части с техническим планом третьей и первой частей. Аналогично и в четвёртой части («О центре качаний») прикладное исследование центра качаний, включающее и относительно «чистые» вопросы движения произвольной системы тел и колебаний любых весомых геометрических линий, фигур и тел, транспонируется в решение технической задачи регулирования (настройки) маятника часов. В результате материал трёх глав оказывается, так сказать, теорией автоматического регулирования часовых механизмов. «Часы всегда показывают верное время, или они его не показывают вовсе» [с. 15].

Какое знание обеспечивает (может обеспечить) данную связь? Поскольку речь идёт о естественных свойствах технического устройства или, что в сущности то же самое, о единстве «природы» двух явлений, одно из которых (падение по циклоиде) возможно, в принципе, осуществить экспериментально, а другое представляет практический интерес, то это — естественно-техническое знание.

Конструирование, конструкция и конструктивно-техническое знание

Посмотрим теперь на зону «если S, при том, что вообще Q, то R» с иной стороны. Поскольку решение R служит действием, изменяющим проблемную ситуацию S, и поскольку это изменение заключается в создании конструкции, позволяющей так или иначе снять проблемность, то соответствующее знание должно быть знанием о связи действий и технического объекта, то есть процедур конструирования и получаемой в результате них конструкции. В оппозицию Е/Т знанию данный тип следовало бы назвать «искусственно-техническим», но так как в данном случае именно конструирование выступает в качестве «искусства», назовём этот тип конструктивно-техническим знанием.

Таким образом, К/Т есть знание о единстве конструирования и конструкции. В том числе о том, каким образом два технических объекта с известными свойствами могут образовать связь (объект-связку), обладающую в своём единстве требуемыми свойствами, то есть реализующую заданные функции (назначение) и отвечающую при этом ряду необходимых требований-ограничений. Можно утверждать и так, что К/Т знание — это знание о связи структурных изменений и действий (функционирования). Но следует учесть, что поскольку при структурном преобразовании объект оперирования не сохраняет своей самотождественности (то есть вместо одного объекта получается другой), то это всё равно будет знание о свойствах не объекта, а структурного преобразования, то есть знание о конструировании.

Для уточнения содержания обсуждаемых типов знаний и характера их взаимодействия в инженерном мышлении необходимы несколько замечаний по вопросу типологии связей (отношений) и структур. Под инженерным углом зрения можно различить процессуальные, конструктивные, морфологические и функциональные связи (отношения) и структуры (в отличие от других исследователей, например [5], я буду различать конструкцию и морфологию). Прежде всего, если учитывать, что связь всегда означает соответствующую передачу (вещества, энергии и так далее), то следует заметить, что связи, в строгом смысле, могут быть только процессуальными и конструктивными (они же и отношения), а морфологическими и функциональными — только отношения.

О процессуальных связях (отношениях) было сказано выше. «Естественный» взгляд на некий объект и есть, собственно, такой, который предполагает, что его существенные (субстанциальные) свойства связаны друг с другом некоторым естественным процессом. Инженеру естественные процессы интересны, разумеется, не сами по себе (с точки зрения «сущности»), но как действия или «эффекты», то есть как то, что может обеспечить нужный результат, «оказаться эффективным». Например, естественные (свободные) колебания маятника заслуживают внимания с точки зрения способа организации такого управляемого периодического движения, которое может быть передано, преобразовано и использовано.

По существу, конструктивные связи — это связи организации и управления естественными процессами. Они есть связи par exellence или, иначе, конструкция представляет собой овладение принципом связи-связывания как таковым. Поэтому конструкция всегда — «искусственный» взгляд, взгляд организации и управления, а с точки зрения существования, как артефакт, — материализованная (воплощённая в материале) система конструктивных связей. Так, маятник в часах представляет собой конструктивную связь движения под действием силы тяжести и движения под действием силы натяжения из неравновесного состояния; результатом (эффектом) этой связи оказывается колебательное движение маятника как элемента конструкции; анкер — элемент конструкции, реализующий связь колебаний маятника с вращением зубчатого колеса, в результате чего непрерывное вращение колеса становится дискретно-периодическим, и так далее.

Форма (в значении «морфе» — «внешний вид») — это всегда форма в том или ином пространстве (обычно в визуальном или эмпирико-геометрическом). Основополагающий признак формы — целостность; пока нечто не дано как целое, нельзя с уверенностью говорить о его форме. Если это превратить в принцип, то форма суть то, что определяет существование чего-либо как целого в некотором пространстве (соответственно, материал — это то, что сохраняет, удерживает данную определённость). Следовательно, поскольку исходным отношением формы служит отношение к пространству, отношения форм суть отношения артикуляции или организации пространства.

Итак, форма определяет существование всего, что существует в пространстве; в том числе, элемента конструкции и сочетания конструкционных элементов. В этом смысле конструкция реализуется в комбинации (композиции) форм. А поскольку форма не только определяет существование, но и выражает смысл и содержание, то конструкция при этом ещё и выражается. Выражается, однако, в «языке реализации», который может выражать многое, главным образом (кроме конструкции) способ изготовления и материал. Если (в той мере, в какой) этим способом служит конструирование, форма непосредственно выражает конструкцию и является конструктивной формой. Однако, во-первых, способ (технология) никогда не бывает тотально конструктивным (всегда необходим некоторый набор исходных форм, получёных не конструктивным путем). А во-вторых, форма противоположна конструкции в том смысле, что конструкция соединяет, связывает, а форма, прежде всего, разделяет, разграничивает. В любом случае композиция форм не тождественна конструкции.

Хотя морфология (как оформленный материал) предназначена и реализует конструкцию, но обладает собственным, квазиестественным существованием, её (морфологию) можно анализировать и изучать саму по себе. Взятая, как это принято в традиционной инженерии, в эмпирико-геометрическом пространстве, она реализует и выражает конструкцию в системе более или менее стандартных деталей и узлов. В этом смысле морфологические отношения суть отношения монтажа, сборки конструкции. Так, маятник обычных часов состоит, как минимум, из чечевицы и стержня, как бы разделяющих те два движения, которые соединяются конструктивной связью (чечевица «берет на себя» весомость, а стержень «обеспечивает» натяжение).

С одной стороны, функция есть выражение отношения элемента к целому и может трактоваться как место («функциональное») в структуре — конструкции связей или композиции (комбинации) форм — целого, которое занимает данный элемент, или как роль, то есть способ участия в общем процессе («функциональная роль»); с другой — функция рассматривается как характерный способ действия элемента и, тем самым, выступает искусственным модусом естественного процесса. Потому и под «функционированием» понимается не что иное, как протекание структурно и материально заданной конфигурации процессов. Функция как общее (абстрактное) выражение целесообразности служит, следовательно, как бы «точкой встречи» (описаний) процесса, конструкции и морфологии, «всеобщим эквивалентом» их обмена друг на друга.

Таким образом, естественнонаучное знание описывает естественные процессы и в плане инженерного мышления условно может быть представлено как «естественное — научное»; естественно-техническое (естественное — техническое) описывает соотношение естественных процессов и морфологии, включая и те свойства, которые могут быть функционализированы; а конструктивно-техническое (конструктивное — техническое) — соотношения и взаимопреобразования функций, конструирования и конструкции.

Будучи знанием о связи особых действий и их результатов, К/Т знание не только обеспечивает процесс «Если S, то R», но и поддерживает переход «Если S и R, то S», где S — обновлённая ситуация, требующая нового шага стратегиального мышления. Следовательно, К/Т знание артикулирует стратегию, то есть и связывает, и расчленяет (поскольку действия R и R как действия конструирования дискретны относительно друг друга). И наоборот: если реализация стратегии оказалась успешной, то К/Т знание может быть получено рефлексией над последовательностью (связью) её шагов. Иначе говоря, упорядочивание инженерного мышления задаётся именно логикой конструирования, а значит, К/Т знанием, а не логикой естественнонаучного (хотя бы и прикладного) исследования (тем самым, и не Е/Н знанием). Вообще, если понимать конструкцию как средство организации и управления естественными процессами, то ведущая роль конструирования в инженерии становится предельно ясной.

Полное техническое знание получается сочетанием естественно-технического и конструктивно-технического типов знаний и составляет главное содержание технических наук. При этом в классических технических науках — теории машин и механизмов, гидравлике, теоретической электротехнике и так далее, — Е/Т тип превалирует, а К/Т попадает не целиком, но как бы своей проекцией. Происходит то, что уже упоминалось как эффект системы или рамки, а именно: переход от инженерной рамки к рамке технической науки связан со своего рода «заменой системы координат», в том числе с иной типологической декомпозицией технического знания. Примерно то же, кстати, происходит и с Е/Н знанием: если в инженерном мышлении оно задействовано в форме прикладного исследования, то в технической науке «знание о естественном процессе» используется в качестве теоретического обоснования, то есть в целях обобщения и систематизации, подведения единого — физического и расчётного — основания под то или иное многообразие технических устройств. Применительно к К/Т знанию указанная «проекция», попадающая в техническую науку, представляет собой схемно-структурный аспект конструирования (особенно хорошо это видно в теории машин и механизмов). В эту «проекцию» не попадают два компонента полного К/Т знания: который актуально обеспечивает связь шагов стратегии, то есть говорит о том, каким должен быть следующий шаг для достижения поставленной цели по содержанию, и который определяет процедурно-реализационный аспект конструирования. Первый до сих пор осуществляется как опыт, мышление или инженерное искусство, а второй интенсивно и систематически разрабатывается технологией.

Конечно, в мемуаре Гюйгенса нет прямых «конструкторологических» описаний, но можно утверждать, что К/Т составляющая априорных положений присутствует в нём неявно. Вот лишь один пример. Известно, что хотя во времена Гюйгенса наибольшее распространение в астрономических наблюдениях имели водяные часы, но ещё в 1484 году Вальтер из Нюрнбурга установил в своей обсерватории механические; похожие часы для Кассельской обсерватории сделал мастер Бюрги, огромные механические часы имелись и в обсерватории Тихо Браге. Всё это было хорошо известно Гюйгенсу, как и то, что после открытия Галилеем изохронности маятника сам Галилей, а также Гримальди, Мерсенн и Гевелий пользовались маятником для отсчёта равных промежутков времени в своих исследованиях [4, c. 74]. Известно это было и многим другим учёным. Но до тех пор, пока водяные часы, механические часы с билянцевым регулятором и маятник воспринимаются не как конструкции, но как целостности, в качестве как бы естественных объектов, дело сводится только к заменам: водяных часов — на механические, механических — на маятник, и так далее. К/Т знание, напротив, позволяет «прочитать» объект как конструкцию, а конструкцию — как результат конструирования. В данном случае это означает усмотреть, как это сделал Гюйгенс, что билянцевый регулятор может быть отсоединён от часов, а вместо него присоединён маятник с вилкой, причём так, что находящиеся в пользовании часы старой конструкции можно будет сравнительно просто переоборудовать по новому образцу. «Он был настолько искусным часовщиком, что друзья приглашали его для устранения дефектов в таких часах, которые давно уже не шли. Гюйгенс живо интересовался и другими приборами. Однажды он даже был приглашен осмотреть двигатель, который по мнению его изобретателя, являлся перпетуум мобиле, что было Гюйгенсом немедленно опровергнуто» [4, c. 89–90]. Не уделяй он столько внимания и сил, с одной стороны, собственноручному созданию и знакомству с изготовлением многих технических устройств, а с другой — геометрии и астрономии («небесной механике»), смог бы он сделать такое изобретение?

Таким образом, среди рассмотренных типов знаний в инженерном мышлении ведущим остаётся К/Т знание. Невозможно мотивировать исследование во второй части свойств движения по циклоиде, а в третьей — эволют и эвольвент, если не учитывать, что и то и другое связано с конструкцией маятникового регулятора (первая часть).

То, что К/Т знание не всегда имеет явное выражение и, тем самым, как бы не занимает места достойного, отвечающего его ведущей роли в инженерии, объясняется не только уже упоминавшемся дефицитом средств рефлексии и теоретического описания. Дело в том, что вообще существует фундаментальное соотношение, которое можно назвать «принципом взаимоопределимости конструирования и конструкции», согласно которому не только конструирование однозначно определяет конструкцию как свой результат, но и наоборот (хотя и не всегда однозначно): с конструкции может быть «считан» способ её конструирования (создания).

Подчеркну, что речь идёт о создании, а не просто об изготовлении. Возможность изготовления технического артефак-та обеспечивается (в эпистемическом плане) практико-методическим знанием. К примеру, описание Гюйгенса («Вилка S в своей нижней части отогнута в сторону и снабжена продольной щелью. Через щель продет железный стержень маятника V, к которому прикреплен свинцовый груз Х. Этот стержень подвешен на двух нитях между двумя щеками» [с. 14]) в сочетании с рисунком достаточно легко можно перевести в практико-методическую форму, хотя бы в её простейшей, рецептурной разновидности, позволяющей более или менее опытному специалисту изготовить описанное. Собственно говоря, на протяжении тысяч лет К/Т знание и существовало как практико-методическое, при том что последнее включало в себя и то знание, которое было названо «естественно-техническим». Главным образом этому способствовали статичность, традиционность и относительная простота конструкций.

Действительно, продумывание (проектирование) и прочтение (анализ) конструкции наиболее просто осуществляется в случае статичных, например строительных, конструкций. Такая конструкция представляет собой не что иное, как «материализованную геометрию», то есть она полностью выражена своей формой в обычном трёхмерном пространстве и свойствами материала. Но уже в случае движущихся механических конструкций, то есть механизмов, с «очевидностью» возникают сложности. Множество примеров тому даёт бурная история perpetuum mobile, подавляющая часть конструкций которых «визуально» (особенно в проекте, на чертеже) чрезвычайно убедительны. Происходит это оттого, что конструирование механизмов осуществляется в фазовом пространстве, которое определяется координатными осями перемещений и скоростей, или в фазовом пространстве, расширенном осью времени. Внешняя же форма конструкции в трехмерном эмпирико-геометрическом пространстве есть лишь одна её (конструкции) проекция. В самом деле, базовыми понятиями теории машин и механизмов, опирающейся на аппарат теоретической механики, служат понятия звена, кинематической пары — соединения двух звеньев, накладывающее определённые ограничения, называемые «условиями связи», на их взаимное движение, и механизма как устройства для передачи и преобразования движения.

Если с этой точки зрения подойти к работе Гюйгенса, то можно увидеть в ней первые шаги освоения нового пространства мышления. Что означает задача определения формы компенсирующей пластины в плане конструирования? Ответить нетрудно: эта форма есть геометрическое представление условия связи конструктивных элементов: пластин-ограничителей (неподвижное звено механизма часов) и подвеса маятника (движущееся звено); форма (связь) должна быть такой, чтобы колебания чечевицы маятника были изохронными вне зависимости от амплитуды. Решая данную задачу, Гюйгенс пользуется двумя системами координат: «перемещение — время» и «скорость — время» (в совокупности они как раз задают расширенное фазовое пространство), связывая их между собой посредством того, что площадь под графиком в одной системе равна координате перемещения в другой. Замечу, что если прежде математика применялась только для геометрического синтеза (построения плана) конструкции [6], то Гюйгенс использует её в данном случае аналитически — для определения свойств конструкции.

Именно вызванная усложнением машин необходимость мыслить конструкцию абстрактно, в пространстве многомерном или лишённом наглядности, а также потребность в массовом порядке отвечать на вопрос о существовании артефакта, привели к двум следствиям. Во-первых, к артикулированию конструктивно-технического и естественно-технического знаний в форме технической науки. И, во-вторых, к конституированию в составе инженерии процесса проектирования, которое отвечает на вопрос о том, как возможна конструкция, реализующая определённое действие. Поскольку сублимированное в техническую науку К/Т — как и всякое научное — знание рефлексивно и, следовательно, адекватно только в «зоне ближайшего развития» прототипа, то именно проектирование призвано обеспечивать разработку в тех случаях, которые уже не поддерживаются (по меньшей мере, с требуемой степенью надёжности) наличным К/Т знанием.

Гуманитарное и гуманитарно-техническое знание

Для своего применения К/Т знание нуждается в заданности осуществляемых будущей конструкцией функций, включая назначение как главную функцию; они должны быть известны (на соответствующем уровне определённости) и выражены в техническом «языке разработчика». Очевидно, однако, что это не отправная точка инженерного мышления — и стратегиальный шаг начинается с зоны:

Для того, чтобы P, поскольку S, при том, что вообще Q.

В данной формулировке «если S» заменено на «поскольку S» для большей семантической адекватности, так как дело касается анализа наличной ситуации, а не гипотетической. В данном случае (в отличие от алгоритма) это очень существенно, поскольку речь идёт о проблемной ситуации, которая может быть предметом анализа в ходе стратегиального размышления только как живое (актуальное) единство человека (сообщества) и всех его (их) обстоятельств, то есть состояния «среды». Сам анализ при этом носит рефлексивный характер, а значит так или иначе касается взаимного отношения человека и производимых им объективаций и действий, и направлен на выявление возможностей ситуации.

Априорные положения в данном случае выступают в качестве ограничений, которые накладываются на постановку целей и служат своего рода критерием, отделяющим допустимые (реальные, разумные) возможности от недопустимых. Законы природы в этом плане не служат безусловными априорными положениями, поскольку инженер «создаёт такие условия, при которых естественные процессы протекают противоестественным путем» [7, с. 109]. Потому ценности гораздо априорнее, если можно так выразиться, «законов природы» и имеют в стратегиальном мышлении большее значение. Так или иначе, но мышление в данном процессе движется в гуманитарном плане. Главное, что достигается данным процессом мышления — это определение границ ситуации и конституирование форм их мыслительного удержания, в результате чего обеспечивается смысловая связность (осмысленность) всей стратегии от начала до конца, до разрешения проблемной ситуации.

В частности, граница инженерного подхода или, условно говоря, граница «инженерности» ситуации выражает себя в характере целей: они должны быть техносообразными, допускать своё достижение техническими средствами.

Социальная граница ситуации предопределяет то, что средства должны быть социально доступны и оправданы, а результаты — социально значимы. Она выделяет актуальные контексты затребованности и возможные контексты употребления будущего артефакта и, тем самым, позволяет установить некоторые внешние, «пользовательские» характеристики конечного результата разработки.

Возможно, самая труднопреодолимая — в силу её «естественности» — граница устанавливается актуализацией рамок культуры. Будущий артефакт, с одной стороны, встраивается в ряд более или менее далёких аналогов и прототипов, а с другой — соотносится с системой культурных норм, определяющих устойчивые (традиционные) отношения жизненного мира. Эти рамки также (главным образом) детерминируют способ действия — через его отношение к культурным нормам, ценностям и «духу эпохи».

Социальные и культурные границы более или менее полно конституируют смысловую структуру артефакта. Однако, чтобы «уложиться» в границы инженерного подхода, необходимо транспонировать смысловую структуру в технические требования. Соответствующее знание можно назвать «гуманитарно-техническим» — исходя из того, что оно должно обеспечивать перевод гуманитарного (или здравосмысленного) понимания ситуации и её проблемы — в плоскость техносообразных и непосредственно технических функций и характеристик.

Подобно тому как естественно-техническое знание связывало естественнонаучное и конструктивно-техническое, гуманитарно-техническое связывает гуманитарное знание с конструктивно-техническим. Но есть и различие, поскольку гуманитарное знание детерминирует не только содержание конструктивно-технического (через определение внешних функций конструкции), но и форму его реализации, то есть форму процесса конструирования. К примеру, Гюйгенс счёл для себя необходимым теоретически определить форму пластины, а не остановиться на её эмпирическом нахождении (как это сделал бы ремесленник). Казалось бы, устройство объективно остаётся тем же самым, а смысл — другой: появилось «человеческое измерение», то есть удовлетворена фундаментальная потребность понять, сделать ясным и доступным для любого более или менее образованного человека, по меньшей мере, в расчёте и изготовлении.

Гуманитарное и гуманитарно-техническое знание, применительно к интересующей нас сфере инженерии, вплоть до недавнего времени существовало преимущественно как знание прецедентов, эмпирическое обобщение практического опыта и здравого смысла. Только во второй половине ХХ века стали делаться определённые попытки теоретизации гуманитарно-технического знания — в системном анализе, системотехнике, дизайне.

Методологическое знание

Итак, мы рассмотрели структурные зоны стратегии: вообще Q; если S, при том, что вообще Q, то R; для того, чтобы P, поскольку S, при том, что вообще Q; и сопоставили им, соответственно, типы знаний: (прикладное) естественнонаучное, конструктивно-техническое и гуманитарное. Двум формам связи этих зон — (1)–(2) и (3)–(2) (и (1), так как вводить «гуманитарно-естественнонаучное знание» как особый тип, очевидно, нет нужды) — были сопоставлены естественно-техническое и гуманитарно-техническое знание, соответственно. Очевидно, осмысленные комбинаторные возможности схемы будут полностью исчерпаны, если мы рассмотрим вопрос о знании, позволяющем соорганизовать все перечисленные типы знаний, обеспечить эффективное протекание и взаимодействие всех процессов.

Иными словами, поскольку инженерное знание я беру в какчестве системы по отношению к данным типам знаний как к своим элементам, то и вопрос ставлю о знании, обеспечивающем в границах данной системы структурные связи, — ведь трудно рассчитывать на то, что знания, извлекаемые из технических, естественных и гуманитарных наук, уже «подогнаны» друг к другу. Конечно, можно сказать, что в этом, собственно, и состоит мышление, или что это вопрос искусства. Но если всё же следовать заявленным принципам до конца, то следует и с этим синтезом соотнести некоторый тип знания. По смыслу предъявленных требований, на это место может претендовать только методологическое знание [8].

Заключение

В заключение (на перспективу) хотелось бы подчеркнуть важность сочетания в инженерном мышлении собственно понятийных форм знания и рамочных структур понимания и практической рефлексии. Изучение этих структур как самих по себе, так и в их связях и отношениях с понятиями, представляется актуальной задачей методологии и логики инженерного мышления и знания.

Библио­графия:
  1. Никитаев В. В. О техническом и гуманитарном знании в инженерной деятельности. — Высшее образование в России, 1–2, 1996.
  2. Розин В. М. Специфика и формирование естественных, технических и гуманитарных наук. Красноярск, 1989.
  3. Гюйгенс Х. Три мемуара по механике. — М., 1957.
  4. Франкфурт У. Й., Фрэнк А. М. Христиан Гюйгенс. — М., 1962.
  5. Иванов Б. И., Чешев В. В. Становление и развитие технических наук. — Л., 1977.
  6. Михайлов Б. П. Витрувий и Эллада. Основы античной теории архитектуры. — М., 1967.
  7. Энгельмейер П. К. Философия техники. Вып. 4. — СПб., 1913.
  8. Щедровицкий Г. П. Избранные труды. — М., 1994.
Источник: Никитаев В. В. Инженерное мышление и инженерное знание. Логико-методологический анализ. Философия науки. — М., ИФ РАН, 1997. // Электронная публикация: Центр гуманитарных технологий. — 29.06.2009. URL: https://gtmarket.ru/laboratory/expertize/6059
Публикации по теме
Новые статьи
Популярные статьи