§1. Специфика соотношения теоретического и эмпирического в технических науках.

§2. Техническая теория: структура и функции.

§3. Особенности методологии технических наук и методологии проектирования.

       §1. Специфика соотношения теоретического и эмпирического в технических науках.

Основные понятия: технические науки, техникознание, эмпирический уровень, теоретический уровень, конструктивно-технические знания, функциональная схема, поточная схема, структурная схема, аппроксимация.

В технических науках можно выделить теоретический и эмпирический уровень познания. Взаимосвязь двух уровней технического знания отличается от естественнонаучного и социально-гуманитарного тем, что технические науки - определенная система знаний о технико-технологических объектах, т.е. предметах орудийной деятельности социума (отличие – в самом объекте исследования). Это область знания, имеющая преимущественно практическую направленность, реализующуюся в рамках технико-технологической деятельности (в естественных и социально-гуманитарных науках практическая направленность выражена меньше, а в некоторых науках не выражена совсем).

Чтобы понять соотношение эмпирического и теоретического в техникознании, нужно выделить специфику самих технических наук. Как считает В.В. Чешев, «в техническом знании существуют два различных подхода к рассмотрению объектных структур: морфологический и функциональный. Морфологический подход связан с выявлением составных частей объекта и морфологических (конструктивных) связей, структурных элементов. Функциональное описание вскрывает «связи действия» между морфологическими элементами структуры или их комплексами (узлами), то есть оно указывает, как действуют друг на друга отдельные конструктивные части и к какому результату это приводит в конечном счете. Дополняя друг друга, морфологическое и функциональное описания дают точное знание о структурных особенностях объекта и об его внутреннем и внешнем функционировании» [67]. Данный автор рассматривает соотношение эмпирического и теоретического через соотношение на каждом из уровней морфологического и функционального, естественного и искусственного. Выделим это отличие после определения специфики эмпирического и теоретического уровней.

Итак, в техникознании, как и в естествознании, выделяются два уровня познания: эмпирический и теоретический.

Эмпирический уровень - система знаний, полученных из опыта, на основе которой выявляются определенные обобщающие характеристики технического объекта или процесса.

Эмпирический уровень технической теории образуют конструктивно-технические и технологические знания, являющиеся результатом обобщения практического опыта при проектировании, изготовлении технических систем. Это - эвристические методы и приемы, разработанные в самой инженерной практике, но рассмотренные в качестве эмпирического базиса технической теории.

Структура эмрирического уровня технической теории:

1. Конструктивно-технические знания: преимущественно ориентированы на описание строения технических систем как совокупности элементов, имеющих форму, способ движения, свойства, но включают также знания о технических процессах, в них протекающих, и параметрах их функционирования.

2. Технологические знания: фиксируют методы создания технических систем и принципы их использования.

3.Особые практико-методические знания: рекомендации по применению научных знаний, полученных в технической теории и практике инженерного проектирования. Это, фактически, те же самые технологические и конструктивно-технические знания, только являющиеся уже не результатом обобщения практического опыта инженерной работы, а продуктом теоретической деятельности в области технической науки и поэтому сформулированы в виде рекомендаций для еще неосуществленной инженерной деятельности. В них также формулируются задачи, стимулирующие развитие технической теории.

Эмпирические знания технической науки отображаются на ее теоретическом уровне в виде многослойных теоретических схем, абстрактных объектов различных уровней.

Теоретический уровень знания предполагает использование не столько эмпирического материала, сколько закономерностей, выявленных на основе логического мышления (познания).

Теоретический уровень научно-технического знания включает в себя три основных уровня, или слоя, теоретических схем: функциональные, поточные и структурные.

1) Функциональная схема фиксирует общее представление о технической системе, независимо от способа ее реализации, и является результатом идеализации технической системы на основе принципов определенной технической теории – отражает определенные математические соотношения.

НАПРИМЕР: функциональные схемы 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 т. п.).

2) Поточная схема (схема функционирования) описывает естественные процессы, протекающие в технической системе и связывающие ее элементы в единое целое – схема естественного процесса. Такие схемы строятся, исходя из естественнонаучных (например, физических) представлений.

НАПРИМЕР: 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 (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 (комплексное — линейное омическое и нелинейные индуктивное и емкостное — сопротивления) двухполюсник, т. е. участок цепи с двумя полюсами, к которым приложена разность потенциалов и через которую 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 (в данном случае физический) процесс через нее протекает, т. е. какой электрический ток (постоянный или переменный, периодический или непериодический и т. д.) течет через цепь. 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 естественного (физического) процесса применяется наиболее адекватный ему математический аппарат, призванный обеспечить эффективный анализ поточной схемы технической системы в данном режиме ее функционирования. Заметим, что для разных режимов функционирования технической системы может быть построено несколько поточных и функциональных схем. В предельно общем случае поточные схемы отображают не только естественные процессы, но и вообще любые потоки субстанции (вещества, энергии, информации). Причем в частном случае эти процессы могут быть редуцированы к стационарным состояниям, но последние могут рассматриваться как вырожденный частный случай процесса.

3) Структурная схема фиксирует те узловые точки, на которые замыкаются потоки. Узловые точки представляют собой конструктивные элементы различного уровня, входящие в систему – идеальная конструктивная схема. Структурная схема фиксирует конструктивное расположение элементов и связей (т. е. структуру) 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 позволяют перейти от «естественного» способа рассмотрения к «искусственному» - техническая реализация физического процесса.