История и методология технических наук

В научно-технических знаниях фиксируются явления, свойства и закономерности, присущие создаваемой человечеством предметной среде (техносфере). Технические науки представляют собой специфическую сферу научно-технических знаний, формирующуюся в ходе исследования и проектирования инженерных объектов, в которых и с использованием которых осуществляется целесообразное преобразование вещества, энергии, информации. Технические науки, составляя основу для поиска, создания и эксплуатации соответствующих инженерным задачам предметных структур практики, обеспечивают инженеров знаниями, необходимыми для расчетно-проектировочной деятельности, что позволяет, с одной стороны, определять функциональные, конструктивные и иные параметры создаваемых объектов, а с другой — структурирует саму процедуру разработки технических устройств и технологических процессов. Сфера технических наук характеризуется взаимодействием с естественными науками, широким привлечением и развитием математического аппарата, методов моделирования и т.п.

История технических наук. В становлении и развитии технических наук можно выделить несколько этапов:

О Возникновение элементов научно-технического знания в древних культурах. История технических наук неразрывно связана с историей технического знания, которое возникает в результате развития культуры Древнего мира (V в до н.э.). Технические знания в древних культурах представляли собой религиозно-мифологическое осмысление практической деятельности человека и применялись, например, при строительстве храмов, других культовых сооружений.

Надо отметить, что долгое время наука развивалась отдельно от техники. Так, в античном мире различали тэхнэ и эпистеме — технику без науки и науку без техники. Но уже в эпоху эллинизма появляются элементы научно-технического знания. Например, открывая закон рычага, законы движения «плавающих тел», Архимед закладывает начала механики и гидростатики. Древнеримский архитектор Витрувий изложил первые представления о прочности в трактате «Десять книг об архитектуре» (I в. до н.э.).

О Технические знания в Средние века (V—XIVвв.). В Средние века в основном развивались ремесленные знания и алхимические рецепты. Стимулами к развитию технического знания были становление строительно-архитектурного дела, развитие мореплавания. Создаваемые астрономические приборы и механические часы выступали связующим звеном между сферами науки и ремесла. Особенность науки и техники в Средние века определялась христианским мировоззрением, с позиций которого труд рассматривался как форма служения Богу, а знание полностью подчинялось вере. Вместе с тем идея сочетания опыта и теории в науке с ремесленной практикой, развиваемая Р. Бэконом в труде «О тайных вещах в искусстве и природе», была перспективной в плане объединения науки и техники.

О Возникновение взаимосвязей между наукой и техникой. Технические знания эпохи Возрождения (XV—XVIвв.). В XV—XVI вв. изменяется отношение к изобретательству и повышается социальный статус архитектора и инженера, на что указывает в своей работе Полидор Вергилий «Об изобретателях вещей» (1499). Возникает как бы персонифицированный синтез научных и технических знаний в деятельности отдельных личностей. Эпоху Возрождения прославили знаменитые ученые-универсалы: Леон Баттиста Альберти, Леонардо да Винчи, Ванноччо Бирингуччо, Георг Агрикола, Джероламо Кардано, Джакомо делла Порта, Симон Стевин и др.

Развитие мануфактурного производства и строительство гидросооружений расширяет представления о гидравлике и механике. Развитие артиллерии приводит к созданию начал баллистики (науки о движении артиллерийских снарядов). В качестве примеров можно назвать трактат «О новой науке» Н. Тартальи (1534), «Трактат об артиллерии» Д. Уффано (1613). Великие географические открытия приводят к развитию прикладных знаний в таких областях, как навигация и кораблестроение.

О Смена социокультурной парадигмы развития техники и науки в Новое время. Научная революция XVII в. знаменуется становлением экспериментального метода и математизацией естествознания как предпосылки приложения научных результатов в технике. Техника выступает как объект исследования естествознания, поскольку становление экспериментальной науки требует создания инструментов и измерительных приборов.

Деятельность Г. Галилея, Р. Гука, Э. Торричелли, X. Гюйгенса, Р. Декарта, И. Ньютона и других ученых-экспериментаторов стимулировала экспериментальные исследования и разработку физико-математических основ механики, в частности механики жидкостей и газов. Трудами Г. Галилея, С. Стевина, Б. Паскаля и Э. Торричелли формируется гидростатика как раздел гидромеханики.

О Этап формирования взаимосвязей между инженерией и экспериментальным естествознанием (XVIII — первая половина XIX в.). Промышленная революция, создание универсального теплового двигателя (Дж. Уатт, 1784), становление машинного производства привели к возникновению в конце XVIII в. технологии как дисциплины, систематизирующей знания о производственных процессах. Появляется техническая литература, например «Театр машин» Я. Леопольда (1724-1727), «Атлас машин» А.К. Нартова (1742) и др. Санкт-Петербургской академией наук учреждается «Технологический журнал» (1804). Возникает и развивается техническое и инженерное образование посредством создания средних технических школ. Так, в России была открыта Школа математических и навигационных наук, Артиллерийская и Инженерная школы (1701), Морская академия (1715), Горное училище (1773), Школа Каменного приказа (1776), Московское дворцовое архитектурное училище (начало XIX в.), во Франции — Национальная школа мостов и дорог в Париже (1747), школа Королевского инженерного корпуса в Мезьере (1748) и др. Высшие технические школы становятся центрами формирования технических наук.

Этот этап отмечен разработкой прикладных направлений в механике, созданием научных основ теплотехники, зарождением электротехники, становлением аналитических основ технических наук механического цикла, о чем свидетельствуют учебники Б. Белидора «Полный курс математики для артиллеристов и инженеров» (1725) и «Инженерная наука» (1729) по строительству и архитектуре. Издается первый учебник по сопротивлению материалов П. Жирара, «Аналитический трактат о сопротивлении твердых тел» (1798). И. Ньютон, А. Шези, О. Кулон создают гидродинамику идеальной жидкости. Работы Г. Монжа, Ж.Н. Ашет- та, Л. Пуансо, С.Д. Пуассона, М. Прони закладывают научные основы машиностроения. Отечественные ученые М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман совершают переворот в учении о теплоте, которое становится основой теплотехники. Р. Клаузиус и У. Томсон формулируют первый и второй закон термодинамики, Г. Гельмгольц открывает закон сохранения энергии.

О Дисциплинарное оформление технических наук во второй половине XIX — первой половине XXв. В этот период формируется система международной и отечественной научной коммуникации в инженерной сфере: возникает научно-техническая периодика, создаются научно-технические организации и общества. Все это способствует дисциплинарному оформлению классических технических наук: технических наук механического цикла, теории механизмов и машин, системы теплотехнических дисциплин, системы электротехнических дисциплин, теоретических основ радиотехники и радиоэлектроники, теории автоматического регулирования. В начале XX в. завершается становление классической теории сопротивления материалов и механики разрушения. Формирование теории паровых двигателей приводит к созданию научных расчетов паровых турбин и развитию научно-технических основ горения и газификации топлива. Большой вклад в развитие теории тепловых электростанций как комплексной расчетно-прикладной дисциплины внесли Л.И. Керцелли, Г.И. Петелин, Я.М. Рубинштейн и др.

Развитие экспериментальных аэродинамических исследований и создание теоретических основ полета авиационных летательных аппаратов (К.Э. Циолковский, Г. Гансвиндт, Ф.А. Цандер, Ю.В. Кондратюк и др.) приводят к разработке научных основ космонавтики. Успехи отечественного самолетостроения (С.В. Ильюшин, А.Н. Туполев, С.А. Лавочкин, А.С. Яковлев, Н.Н. Поликарпов, А.И. Микоян, П.О. Сухой и др.) способствуют развитию сверхзвуковой аэродинамики.

К середине XX в. завершается формирование фундаментальных разделов технических наук — теории цепей, теории двухполюсников и четырехполюсников, теории колебаний и др.; разрабатываются методы расчета, общие для фундаментальных разделов различных технических наук, чему способствуют математизация технических наук, развитие физического и математического моделирования.

О Эволюция технических наук во второй половине XX в. В этот период в развитии технических наук углубляются системно-интегративные тенденции, что проявляется в масштабных научно-технических проектах (освоение атомной энергии, создание ракетно-космической техники), в проектировании больших технических систем, формировании системы фундаментальные исследования—прикладные исследования—разработки. Возникают новые области научно-технического знания: ядерная физика, ядерное приборостроение, теоретическое и экспериментальное материаловедение, теория создания искусственных материалов. Появляются новые технологии и технологические дисциплины. Зарождается квантовая электротехника и развиваются теоретические принципы лазерной техники.

Создание научного обеспечения пилотируемых космических полетов (С.П. Королев, М.В. Келдыш, А.А.Микулин, В.П. Глушко, В.П. Мишин, Б.В. Раушенбах), разработка проблем автоматизации и управления в сложных технических системах обусловили развитие теории автоматического управления, теории информации, а также средств и систем обработки информации. Решение прикладных задач на ЭВМ, развитие вычислительной математики, имитационное моделирование стимулировали появление персональных компьютеров и соответственно новых методов исследования в технических науках. В 1970-е гг. в США и СССР разработаны первые программы анализа электронных схем и проектирования печатных плат, а в 1980-е гг. начинает развиваться автоматизированное проектирование сложных человеко-машинных систем, что приводит к формированию комплексных научно-технических дисциплин, таких, как системный анализ, системотехника, эргономика, инженерная экология, техническая эстетика и др. [2, 3].

История становления технических наук, их проблематика тесно связаны с процессом формирования научно-технического знания в качестве социального института со всеми его атрибутами — созданием исследовательских организаций и учреждений, подготовкой кадров, формированием научных сообществ, решением теоретических и практических задач, стоящих перед обществом. Приведем некоторые примеры институционализации технических наук в России в XIX—XX вв.

Институционализация технических наук. В начале XX в. исследованиями в области технических наук и их применения в России занимались главным образом высшие учебные заведения. Большие работы выполнялись в вузах Санкт-Петербурга: Горном училище (основано в 1773 г.), Институте корпуса инженеров путей сообщения (1809), Технологическом институте (1828), Строительном училище (1832), Электротехническом институте (1886) и

Политехническом институте (1899). Крупным центром развития научно-технических знаний был Томский технологический институт (1900). Широкие исследования проводились в Императорском Московском техническом училище (1830), где сформировались крупнейшие отечественные научно-технические школы: машиностроения (В.П. Горячкин, А.С. Ершов, Д.С. Зернов, Н.И. Мерцалов, А.И. Сидоров, П.К. Худяков), аэродинамики (Н.Е. Жуковский), теплотехники (Н.Е. Гавриленко, В.И. Гриневецкий, К.В. Кирш, Л.К. Рамзин), электротехники (К.А. Круг, Б.И. Угримов), строительного дела (П.А. Велихов, В.Г. Шухов). Были созданы научно-технические общества, учреждены периодические издания по различным отраслям инженерных знаний, установилась практика регулярного проведения всероссийских съездов Императорского русского технического общества (основано в 1866 г.).

После Октябрьской революции развитие технических знаний становится частью государственной политики. В тяжелейших экономических условиях изыскиваются средства для организации сети технических исследовательских институтов. В 1918 г. создаются Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) и Научный автомобильный и автомоторный институт (НАМИ), в

• 1919 г. — Институт прикладной минералогии и металлургии, в
• 1920 г. — Институт механической обработки полезных ископаемых (Механобр), в 1921 г. — Государственный экспериментальный электротехнический институт (ГЭЭИ), впоследствии Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина, и Государственный теплотехнический институт.

Мощный импульс развитию технических наук дал курс на индустриализацию страны. Всего за три года — с 1928 по 1931 г. — число исследовательских институтов технического профиля возросло с 30 до 205. Были созданы такие крупные НИИ, как: Центральный котлотурбинный институт им. И.И. Ползунова (ЦКТИ, 1927), Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ, 1928), Энергетический институт (ЭНИН, 1930), Всесоюзный институт авиационных материалов (ВИАМ, 1932), Экспериментальный научный институт металлорежущих станков (ЭНИМС, 1933), Институт машиноведения (ИМАШ, 1938), Институт металлургии (ИМЕТ, 1938). Они входили в структуру как АН СССР, так и отраслевых наркоматов.

В 1930-е гг. развивается процесс сближения инженерно-технических знаний и академической науки. В 1932 г. Н.И. Бухарин, возглавлявший Научно-исследовательский совет ВСНХ СССР, на второй Всесоюзной научно-исследовательской конференции по планированию работ в тяжелой промышленности заявил: «“Онаучивание” производства и “обынженеривание” науки есть наш очередной лозунг».

Курс на интеграцию фундаментальной и прикладной науки проявился в усилении технической компоненты в АН СССР. В Академии наук в 1929 г. была создана группа техники, а в 1935 г. образовано Отделение технических наук (ОТН), включившее в себя пять групп (технической механики, энергетики, технической физики, технической химии, горного дела), а также три отдельные комиссии (транспортная, технической терминологии и по оказанию научно-технической помощи генеральному плану реконструкции Москвы).

Возрастание роли технических наук в системе АН СССР сказалось на структуре ее кадрового состава. В 1932 г. Академия наук пополнилась новыми членами. Это были специалисты технического профиля, в основном руководители крупнейших строек первой пятилетки: Днепрогэса, Кузнецкого металлургического комбината, Свирьстроя и др. Академиками избрали И.Г. Александрова, А.А. Байкова, И.П. Бардина, Б.Е. Веденеева, А.В. Винтера, Г.О. Графтио, М.А. Павлова, А.А. Чернышева и др. Пополнение научного сообщества специалистами в области технических наук и инженерной деятельности предполагало совершенствование системы аттестации ученых. Важнейшим шагом в этом направлении стало образование Высшей аттестационной комиссии при Президиуме сформированного в 1933 г. Всесоюзного комитета по высшей технической школе (ВКВТШ) при ЦИК СССР, который возглавлял Г.М. Кржижановский. В 1933 г. Президиумом ВКВТШ был разработан и внесен на рассмотрение правительства законопроект «Об ученых степенях и званиях». В перечне вузов и НИИ, где разрешалась защита диссертаций на ученую степень докторов и кандидатов наук, значились 75 вузов, из которых почти половина находилась в ведении промышленных наркоматов.

К 1945 г. в состав ОТН входили 33 академика и 40 членов-кор- респондентов АН СССР. В научных учреждениях Отделения работали 73 доктора и 191 кандидат технических наук. Наиболее крупные ученые в области технических наук являлись руководителями НИИ. Н.Е. Жуковский возглавлял ЦАГИ, Г.М. Кржижановский - ЭНИН, Е.А. Чудаков и А.А. Благонравов - ИМАШ, Л.К. Рамзин — ВТИ. Эта сохранившаяся до сих пор практика, характерна и для крупнейших втузов страны: академик Г.А. Николаев был ректором МВТУ, академик И.Ф. Образцов — ректором МАИ, академик А.М. Терпигорев — ректором МГИ.

В 1964 г. в результате реформы АН СССР ОТН было упразднено, ряд его институтов передан в отраслевую науку. В то же время в структуре Академии были созданы отделения, отражающие расширение спектра фундаментальных исследовательских проблем, пограничных для естественных и технических наук. Были сформированы: Отделение механики и процессов управления (1963 г.; в 1980-х гг. после возвращения в состав АН СССР значительной части исследовательских институтов технического профиля оно было преобразовано в Отделение проблем машиностроения, механики и процессов управления); Отделение физико-технических проблем энергетики; Отделение физикохимии и технологии неорганических материалов; Отделение общей и технической химии; Отделение геологии, геофизики, геохимии и горных наук; Отделение информатики, вычислительной техники и автоматизации (учреждено в 1984 г.).

О системно-интегративных тенденциях в развитии естественных и технических наук свидетельствует тот факт, что, согласно номенклатуре специальностей научных работников, утвержденной приказом Министерства промышленности, науки и технологий 31 января 2001 г., по 36 из 44 специальностей, относящихся к механике, астрономии и физике, наряду с ученой степенью по физико-математическим наукам предусматривается присуждение степени и по техническим наукам, по 13 из 15 специальностей по химическим наукам предусмотрена степень по техническим наукам, в науках о Земле это соотношение составляет 24 из 36. В то же время к области технических наук отнесена 141 специальность, по 37 из которых возможно присуждение ученых степеней по естественным наукам.

История технических знаний до начала 1970-х гг. не являлась самостоятельной областью исследований, а технические науки воспринимались как сфера приложения в инженерии естественно-научных знаний. Осознание в конце 1960-х гг. самостоятельного статуса технических наук было в значительной степени обусловлено их бурным развитием, большим удельным весом и ролью в научно-техническом прогрессе, а также внешними и внутренними проблемами их функционирования (проблемы планирования и управления научно-техническим прогрессом, внедрения научных результатов в практику, высшего технического образования, методологические проблемы комплексных междисциплинарных исследований и т.п.). Оно выразилось в появлении философско-методологических исследований по проблематике технических наук и, в частности, привело к необходимости переосмысления истории технических знаний и воссоздания на новом уровне понимания общей картины их развития как истории формирования технических наук.

Если обобщить имеющиеся в литературе точки зрения, то можно систематизировать вопросы, касающиеся изучения технических наук, следующим образом:

I. Теоретические вопросы технических наук как системы знания

• 1. Предмет технических наук.
• 2. Объект технических наук.
• 3. Средства и методы технических наук.
• 4. Результаты технических наук.
• 5. Функции технических наук (познавательные, теоретические, прогностические, социальные и др.).
• 6. Место технических наук в системе развивающегося знания (в системе наук).
• 7. Место технических наук в системе наука—техника—производство.
• 8. Взаимосвязь технических и естественных наук.
• 9. Взаимосвязь технических и общественных наук.
• 10. Классификация технических наук.
• 11. Фундаментальные и прикладные знания в области технических наук.
• 12. Причины и движущие силы развития технических наук.
• 13. «Социальный заказ» и технические науки.

II. Вопросы изучения технических наук как сферы научной деятельности (техниковедение)

• 1. Определение предмета и задач исследований в области техниковедения.
• 2. Изучение структуры и динамики научных кадров, работающих в области технических наук.
• 3. Изучение организации исследований в области технических наук.
• 4. Изучение эффективности технических наук.
• 5. Изучение бюджета времени ученых, работающих в области технических наук.
• 6. Особенности труда в области технических наук.
• 7. Научные школы в области технических наук.
• 8. Психология технического творчества.
• 9. Разработка, использование методов и приемов прогнозирования развития технических наук.

III. Вопросы высшего технического образования

• 1. Место технического образования в общей системе высшего образования.
• 2. Структура высших технических общественных заведений.
• 3. Соотношение общественных, естественных и технических наук (дисциплин) в системе подготовки инженеров.
• 4. Вопросы преподавания истории технических наук.
• 5. Подготовка научных кадров в области технических наук.
• 6. История высшего технического образования.

IV. Вопросы истории технических наук

• 1. Методологические вопросы изучения истории технических наук.
• 2. Принципы периодизации.
• 3. Вопросы зарождения технических наук.
• 4. Вопросы интернационального и национального.
• 5. Вопросы воздействия социально-экономических условий.
• 6. Вопросы освещения роли отдельных деятелей.
• 7. Вопросы приоритета.
• 8. Вопросы освещения взаимодействия естественных и технических наук.
• 9. Вопросы освещения взаимодействия технических и общественных наук.

Технические науки «призваны разрабатывать знания о путях, методах и средствах создания искусственных систем, а также об обеспечении их нормального функционирования» [1].

Технические науки получают, содержат и развивают знания (причем научные, содержащие идеальные объекты изучения, как в естественных науках) о процессах в технических системах, тем самым и о самих системах.

Содержание научного технического знания составляют теоретические конструкты, содержащие идеальные объекты изучения, которые определенным образом моделируют, отражают процессы, свойства, связи и взаимодействия в реальных технических устройствах.

В системе наука—общество—производство технические науки выполняют функции «посредника». Осуществляя активную двустороннюю связь между сферой фундаментальных исследований и общественной практикой, прежде всего производством, технические науки превратились в наше время в специфический инструмент общества, предназначенный для эффективного развития техники, технологии, а опосредованно и производительных сил в целом [2].

Система технических наук рассматривается и классифицируется на основе «матричной модели структуры научно-технического знания» [2]. Модель представляет собой трехмерную матрицу (классифицирующий блок), отражающий предметный, технологический и гносеологический аспекты целостной структуры научно-технического знания.

Предметный аспект дифференцирует научно-техническое знание по объекту исследования, а именно: вещество, куда включаются сырье, материалы и, что представляется спорным, изделия; энергия; информация.

Технологический аспект отражает фазы «полного жизненного цикла» технического средства — научно-технические исследования, конструирование, производство, эксплуатация.

Гносеологический аспект фиксирует уровни научно-технических и типы инженерных знаний: общетехнические теории, частные технические теории, инженерно-методические знания, нормативно-технические знания.

Эта многомерная классифицирующая модель при исследовании истории и теории технических наук «позволяет рассмотреть один и тот же целостный предмет в разных аспектах, в различных его разрезах, разными способами, с позиций разных по природе частных задач, без потери общей картины, в рамках единой ориентированной на генеральную цель исследовательской программы» [3]. Таким образом, эта модель полезна при формировании и развитии истории и теории технических наук как исследовательского направления.

Итак, феномен технической науки возникает исторически как результат некоторых процессов в рамках более широкого целого. Представляется очевидным, что этим целым является деятельность по созданию технических устройств и технологий, так как возникновение технических наук обусловлено потребностями развивающейся технической практики. Задачи, решаемые в технических науках (следовательно, и комплекс знаний, используемых и вырабатываемых для решения этих задач), принципиально отличаются от проблем, стоящих перед естественными науками.

Техническая наука представляет собой исторически сложившуюся форму «обслуживания» знаниями инженерной деятельности, характеризующуюся:

О научными методами исследования технических проблем;

О организацией научных знаний в виде научного предмета (это выражается в наличии идеализированных объектов изучения и системы взаимосвязанных теорий различного уровня общности);

О специальной социальной организацией деятельности по выработке этих знаний (каналы научно-технической коммуникации, сеть исследовательских учреждений, система подготовки кадров).

Эти характеристики технических наук сопоставимы с характеристиками естественных наук, что, собственно, и позволяет говорить о них как о науках. Специфика технических наук обусловлена их «обслуживающей» функцией; обеспечение этой функции включает приложение и детализацию знаний естественных наук, однако не сводится к этому и предполагает формирование специального предмета исследования.

Идеализации, необходимые для теоретического описания технических объектов, отличаются от идеализаций, используемых в естественных науках для описания природных явлений [4]. Так, идеализации и предметное содержание электротехники как науки отличны от тех, которые составляют физику электромагнитных явлений. Самостоятельный статус технических наук в логико-гносеологическом аспекте определяется наличием: 1) специфического объекта исследования — предметных структур технической практики и 2) предмета исследования — взаимосвязи процессных (физических), функциональных (технических) и морфологических (конструктивных) параметров технических устройств.

Чтобы описать историю становления конкретной технической науки, необходимо иметь модель ее генезиса. Сюда входят: 1) представление об основных моментах, фазах процесса развития форм обслуживания знаниями технической практики; 2) представление об этапах изменения характера технического знания, о последовательных шагах в процессе его теоретизации. При исследовании истории становления технической науки надо проследить как бы «выращивание кристалла из раствора», т.е. дать описание того, каким образом в многообразии знаний, обслуживающих конкретную техническую практику, возникает, складывается определенная структура знаний. Определенность структуры знаний технических наук задается наработками в области теории технических наук, методологии и гносеологии науки. Для идентификации появившегося типа технических знаний как научного историк должен иметь концепцию такого знания, знать признаки, отличающие его от донаучных форм. Выявление этапов «кристаллизации» научного типа знаний в той или иной сфере инженерной деятельности раскрывает логику и закономерности его формирования и задает периодизацию истории технической науки.

Итак, в истории и философии науки важное значение имеют вопросы: генезиса историко-технического знания и историографии развития техники; эволюции концептуальных основ истории техники, проблемного поля истории техники в историко-технических и философско-методологических исследованиях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ СПИСОК

• 1. Горохов В.Г. Основы философии техники и технических наук. М., 2007.
• 2. Козлов Б. И. Возникновение и развитие технических наук: опыт историко-теоретического анализа. Л., 1988.
• 3. Симоненко О.Д. История техники и технических наук: философско-методологический анализ эволюции дисциплины. М., 2005.
• 4. Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук: учебник; под общ. ред. В. В. Миронова. М., 2007.