Гавриил Ильич Шеменев:
Некоторые проблемы возникновения и развития технических наук

Введение

Одной из характерных черт философских исследований последнего десятилетия является возросший интерес к методологическим и гносеологическим проблемам прикладных наук, выяснению их природы, специфики и функций. Он обусловлен прежде всего современной научно-технической революцией, вызвавшей глубокие, качественные изменения в системе научного знания.

Среди большого числа выдвинутых в этой связи проблем видное место занял и философский анализ особенностей технических наук и факторов их развития. Следует заметить, что первые попытки рассмотрения содержания понятийного аппарата, социальных функций, методов технических наук были предприняты в нашей стране специалистами ещё в начале тридцатых годов в связи с решением задач индустриализации народного хозяйства. Но начало собственно философского анализа технических наук относится к концу шестидесятых годов ¹. С тех пор произошёл заметный рост числа публикаций, теоретических конференций, количества исследователей технических наук ². Поэтому выяснение генезиса технического знания, его оснований в известной мере опирается на общепринятые, установившиеся решения многих методологических проблем. Это обстоятельство способствует также преодолению трудностей, обусловленных отсутствием «писаной» истории технических паук.

В данной статье рассматриваются исторические предпосылки и основные этапы развития технических наук. При этом мы отвлекаемся от многих деталей и зигзагов исторического процесса, руководствуясь принципом единства исторического и логического, по которому действительный исторический процесс в каждом своём моменте рассматривается «в той точке его развития, где процесс достигает полной зрелости, своей классической формы» ³.

Философско-социологические основания технического знания

Философско-социологическое рассмотрение предпосылок технического знания показывает, что определяющим моментом здесь выступает особенная, специфическая форма преобразующей деятельности субъекта — техническая практика. Техническая практика является органическим компонентом практики, взаимодействующим со всеми другими её формами, но обладающим в то же время относительной самостоятельностью и специфическими социальными функциями. Содержание технической практики составляет переработка природных объектов, изменение формы природных тел с целью создания искусственных технических средств (технических объектов), способных осуществлять функции средств деятельности человека и направленных на удовлетворение общественных потребностей. В технической практике субъект опирается на «содействие» самой природы. Как отмечал Маркс, «человек в процессе производства может действовать лишь так, как действует сама природа», имея в виду, что он «может изменять лишь формы веществ» ⁴. Этот процесс возможен в силу того, что способом существования природных тел и процессов является движение в бесконечно многообразных формах своего проявления.

Человек, развивая материальное производство, изменяет естественные связи природных объектов, заменяет их новыми, не встречающимися в природе, создавая таким образом «вторую» форму объективного процесса, вовлечённого в систему общественных отношений.

Современная наука и общественно-историческая практика разрушили представление о единственности естественного состояния экосферы и обосновали взгляд, по которому возможны иные, более «целесообразные», с точки зрения общества, состояния равновесия природных систем. Разумеется, все искусственно вызванные изменения могут осуществляться только в рамках объективных законов и свойств, определяющих формы возможных преобразований. «Чтобы действовать с какими-либо шансами на успех, надо знать тот материал, на который предстоит воздействовать» ⁵. Такое знание не может ограничиваться знанием свойств материальных образований, проявляющихся в их природном бытии. Включение природных объектов в искусственные условия, обеспечивающие «заданное» поведение, с необходимостью требует накопления дополнительных знаний, позволяющих субъекту в результате переработки этих объектов осуществить «свою сознательную цель» ⁶.

В своём историческом развитии этот вид знания в меру усложнения технической практики обретает статус технических наук. Дальнейшая конкретизация отмеченных здесь исходных философских характеристик технической практики, области технических исследований и их специфики позволяет понять, каким образом «задаётся» предмет технических наук, выяснить характер их оснований, способ построения данной системы знания.

Орудийная деятельность — основа и источник донаучного технического знания

Техническая практика убедительно показывала огромную силу и выгоду овеществления накапливаемых знаний о свойствах предметов. В первобытном обществе при превращении природного материала в средства для обработки земли люди целесообразно изменяли их форму, добиваясь повышения прочности, силы воздействия рабочей части на обрабатываемый предмет, и, таким образом, повышали эффективность технических средств труда в достижении намеченной цели, облегчали свой труд за счёт лучшего приспособления формы природного материала к определённой функции.

Позднее, в эпоху железного плуга, водяных мельниц, гончарного круга, первых примитивных станков, совершенствование средств труда усилило возможности мускульной силы человека, а со временем позволило заменить её энергией животных, воды, ветра. За многие столетия до Новой эры были созданы выдающиеся технические устройства, не потерявшие значения в наше время: блоки для подъёма тяжестей, винты, рычаги, зубчатые колеса и другие механизмы и орудия.

В ходе тысячелетней орудийной деятельности людей был накоплен огромный массив эмпирических знаний. Уже «механика первобытного человека была достаточно обширной» ⁷: в первом тысячелетии до Новой эры существовал лучковый токарный станок, на котором обрабатывались изделия из древесины, кости, камня; в IV или V веке до Новой эры появились водяные мельницы. Но как бы ни были значительны технические достижения этой эпохи, развитие знаний, имеющих отношение к процессу материального производства на базе орудийной техники, имело крайне ограниченные возможности. Достигнутый уровень был недостаточен для создания средств, необходимых для «теоретического покорения природы». Ограниченный объём знаний и опыта был непосредственно обусловлен самим трудом и поэтому «не развивался в качестве отделённой от него самостоятельной силы… не выходил за пределы… лишь очень медленно и понемногу расширяемого собирания рецептов. (Эмпирическое овладение тайнами каждого ремесла.)» ⁸

Дальнейшее развитие технического знания связано с возникновением машинного производства, качественно изменившего характер технической практики, содержание трудовой деятельности. Применение машин настолько преобразовало труд, что знание и опыт стали развиваться в качестве отделённой от него самостоятельной силы (Маркс). Опытное техническое знание со временем, в меру удовлетворения технических потребностей общества превратилось в относительно самостоятельный специфический вид научного знания.

Возникновение технических наук

Исторически возникновение и становление первых технических наук относят к концу XVIII — первой трети XIX века. Механика машин «к концу первой трети XIX столетия… выделилась в отдельную науку, причём её основным содержанием оказалась кинематика — наука о движении» ⁹. Машина отличается высокой эффективностью, в основе которой лежит её способность превращения сил природы (ветра, воды, пара, электричества) в агенты общественного труда. Таким образом, машину как технический объект отличают быстродействие, непрерывность технологических фаз, автоматизм, высокие параметры орудий, возможность соединения многих орудий, приводимых в движение одним и тем же механизмом.

Использование природных сил, овеществляемых в машинах, в качестве непременного условия требовало сознательного применения естествознания. Это обстоятельство вызвало революционные изменения в характере самой познавательной деятельности. Именно в силу этого в капиталистическом производстве «впервые возникают такие практические проблемы, которые могут быть разрешены лишь научным путём. Только теперь опыт и наблюдения — и настоятельные потребности самого процесса производства — впервые достигли такого масштаба, который допускает и делает необходимым применение науки» ¹⁰.

Таким образом, возникла потребность в прикладном научном знании. Эмпирическое, опытное естественно-техническое знание получило мощный импульс к развитию, к превращению в особую систему научного знания. Овеществление естественнонаучных знаний с целью создания рабочих машин определило необходимость в таком виде научного знания, которое способно указать, каким образом исследованные даровые природные силы поставить на службу производству.

Технические знания в виде эмпирических обобщений и законов, полученных индуктивным методом, начали систематизироваться в XVIII и XIX веках. Типичным примером такого обобщения может служить, к примеру, сформулированный Р. Гуком закон, выражающий эмпирически найденную зависимость между прилагаемым усилием и деформацией упругих тел.

Но создание машин «делает необходимым применение науки» (Маркс) в её более или менее развитой форме. Дело в том, что создание орудийной техники может ограничиться опытным, эмпирическим знанием. Здесь субъект познания, сообразуясь со своей целью, применяет познанные свойства одних вещей как орудия воздействия на другие вещи, фиксируя в сознании их структуру, новые связи, свойства и отношения, характеризующие преобразование естественного процесса в формируемый технический объект.

Лишь в середине 40-х годов XIX века «были выяснены важные вопросы теории движения машины, роль сил инерции в машинах, заложены основы теории регулирования и создан достаточно действенный метод графоаналитического расчёта маховика» ¹¹. Это со временем привело к становлению кинематики механизмов и динамики машин как двух разделов науки о машинах.

Данные наблюдения и эксперимента, отражающие эмпирические зависимости, фиксируются в форме феноменологических законов, таблиц, графиков, чертежей. Эмпирические данные составляют исходную основу для теоретического объяснения.

Переход на теоретический уровень науки о машинах связан с идеализацией реальных свойств механизмов и машин. В теоретических понятиях наиболее адекватно отражаются самые существенные свойства этих механизмов и машин. В процессе идеализации строится теоретическая модель в виде сочленений кинематических схем механизмов, кинематических пар, звеньев и так далее. Кинематические цепи рассматриваются как абстракции механизмов, в которых допустимо отвлечение от материалов, нагрузок, размеров, и так далее. Теоретически обосновываемые закономерности построения размерных цепей в машинных устройствах, законы регулирования действующих в них сил, классификация механизмов имеют важное значение при конструировании машин самого различного назначения. Чтобы перейти к конструированию и расчёту реальных механизмов, необходимо учитывать данные о мощности, скорости, типах передач, физической природе процессов, и так далее.

Основной теоретико-познавательной задачей, составляющей значительную часть содержания теории машин, является теоретически обоснованный «выбор схемных решений, которые определяются в основном принципом и последовательностью технологического процесса» ¹². Поэтому теоретическое описание машины выступает как органическое единство её конструктивно-технологических и функциональных характеристик. Конструктивная реализация полученных схемных решений своё научное обоснование получает в методе технических наук.

Основные компоненты технического знания (на примере теории машин)

Гносеологический анализ теории машин, первой и наиболее развитой ныне технической науки, даёт достаточно оснований для того, чтобы «сконструировать» примерную модель технической науки как специфического вида научного знания. Такая модель может в сжатом виде выявить основные, «типовые» компоненты и структуру понятийного аппарата. На её основе становится возможным составить известное представление о генезисе и развитии многих технических наук, не прибегая к анализу каждой из них. Такие элементы технической теории, как идея, принцип, закон, понятие, метод, и так далее, рассматриваемые через призму отражаемых в них существенных свойств технических объектов в их системной связи, наиболее чётко обнаруживаются в теории машин. Это позволяет ей быть, по известному выражению Маркса, «ключом к анатомии» других технических наук.

На наш взгляд, в понятийном аппарате современной теории машин следует выделить следующие компоненты:

1. Социально-техническая идея как отражение социального противоречия, определившего техническую потребность в машинизации производства. Социально-техническая идея выступает исходным моментом в объяснении социальной функции технического объекта и построении его теории.
2. Естественно-технический принцип теории машин. Таким принципом явился принцип конструирования искусственной системы взаимодействующих механизмов, способной реализовать заданную социальную функцию.
3. Социально-техническая идея, естественно-технический принцип её реализации определяют предметное содержание и метод теории машин, вскрывают целую совокупность собственно технических противоречий машинных устройств, проявляющихся в каждом техническом параметре технических средств (оптимальность, технологичность, надёжность, быстродействие, точность, жёсткость и так далее), разрешение которых ведёт к технической оптимизации функции машинного устройства путём постоянно контролируемого взаимодействия между отдельными элементами конструкции. Теоретическое их выяснение составляет важный раздел теории машин.
4. Конструктивно-технический метод в науках о машинах представляет наиболее важный структурный элемент теории. В отличие от других, более частных локальных технических наук здесь метод функционирует только в самых главных чертах, поскольку конструктивное воплощение теоретической модели машины рассматривается практически за пределами данной теории.

Существует точка зрения, согласно которой функция технических наук состоит только в том, чтобы дать ответ на вопрос, «как это сделать?» На наш взгляд, задача состоит в том, чтобы из огромного числа узких, ограниченных, частных методик, эмпирически обоснованных отдельными техническими дисциплинами, вычленить наиболее общие приёмы и принципы проектно-конструкторской деятельности и создать теорию метода для всего региона технических наук. Нам представляется, что таким общим методом является конструктивно-технический метод. Его обоснование должно включать общие принципы и процедуры познавательной деятельности и овеществления технических знаний в процессе создания технических объектов. Расчленение научных и технических знаний на теоретические и методические (теорию и метод) в наиболее развитых технических науках ныне получает все более чёткое выражение. Для большинства технических наук эта задача выдвинулась на первый план.

При этом следует отличать конструктивно-технический метод науки от проектно-конструкторских разработок типовых серийных технических объектов. При наличии большого сходства многих процедур (принятие решений, принципы и приёмы создания или усовершенствования прототипов технических устройств и так далее) принципиальное отличие конструктивно-технического метода как превращённой формы теории состоит в том, что он не «связан» с заранее принятыми техническими заданиями, эскизными проектами и рядом других ограничений. Этот метод органически вытекает из теории технического объекта. Его основанием, как и теории, выступает техническая практика в целом, а не её частные технические отрасли. Метод поэтому теоретичен в том смысле, что не довольствуется собиранием эмпирически найденных удовлетворительных рецептов, он ставит задачу получения новой информации, приращения знаний с целью создания средств наиболее эффективного осуществления теории и её развития.

Гносеологический анализ теории машин во многом проясняет генезис и ряда других технических наук, их становление и развитие. В частности, это относится к изучению технической термодинамики. Известно, что внедрение рабочих машин вызвало революцию в энергетике. Насущной потребностью явилось создание двигателя, «который, потребляя уголь и воду, сам производит двигательную силу и мощность которого находится всецело под контролем человека… который, будучи городским, а не сельским, как водяное колесо, позволяет концентрировать производство в городах… универсальный по своему техническому применению»… ¹³ В этом состояла суть социально-технической идеи.

В конце XVIII — начале XIX века в результате усилий изобретателей целого ряда промышленно развивающихся стран был найден естественно-технический принцип создания такого двигателя ¹⁴. Его реализация завершилась разработкой основ технической термодинамики. Дальнейшее повышение эффективности производства было связано с преодолением целого ряда недостатков паровой техники. В конечном счёте был создан электрический двигатель, открывший эпоху электрификации. В результате этого в XIX веке возник целый цикл технических теорий разной степени общности (электротехника, теории электродвигателей, привода, линий передачи, единых энергетических систем и так далее).

К середине XX века сформировалась целая совокупность технических наук, теоретически обосновывающих создание сложных по своей структуре и многообразию функций технологических, энергетических, транспортных, информационных п других систем машинной техники ¹⁵. Известно, что этот период ознаменовался началом научно-технической революции, оказывающей огромное преобразующее влияние на все стороны жизни общества. В главных чертах эти революционные изменения в технических науках, как нам представляется, состоят в следующем.

1. Если ранее технические средства, выступающие в форме отдельных машин, исследовались, проектировались и создавались автономно, обособленно, то в условиях НТР технические исследования и конструкторские разработки автоматических систем возможны только путём интеграции знаний при учёте соответствующих социальных параметров. Возникла необходимость органического синтеза данных теоретического естествознания, технических и общественных наук.
2. Изменились и логико-гносеологические характеристики технического знания. Технические явления и процессы всё больше исследуются теперь с системных позиций как имеющие сложную стохастическую природу. В связи с этим широкое применение получают вероятностно-статистические теории. Усилилась тенденция к теоретизации знания, его математизации и кибернетизации.
3. В регионе технических наук возникла необходимость создания базовых наук.
4. Под воздействием НТР меняется организационная структура всей системы исследовательских учреждений, место и роль технических наук в общей системе науки.

Современные технические науки по мере усложнения исследуемых ими технических систем, несущих сложные социальные функции, сближаются в известном плане с общественными науками. Следует отметить возникновение раздела социально-технических знаний, который нацелен на исследование технических устройств с точки зрения технико-экономических, инженерно-психологических, технико-эстетических, эргономических, экологических и других социальных характеристик.