Инженерная деятельность и её влияние на культуру

Лишь на первых этапах становления  инженерной деятельности изобретательство опирается на эмпирический уровень  знания. В условиях же развитой технической  науки всякое изобретение основывается на тщательных инженерных исследованиях  и сопровождается ими.

С развитием массового производства для того, чтобы изобретение попало в промышленность, возникает необходимость  его специальной проектно-конструкторской  подготовки. Конструирование представляет собой разработку конструкции технической системы, которая затем материализуется в процессе его изготовления на производстве. Конструкция технической системы представляет собой определенным образом связанные стандартные элементы, выпускаемые промышленностью или изобретенные заново, и является общей для целого класса изделий производства.

Исходным материалом деятельности изготовления являются материальные ресурсы, из которых создается изделие. Эта деятельность связана с монтажом уже готовых элементов конструкции и с параллельным изготовлением новых элементов. Функции инженера в данном случае заключаются в организации производства конкретного класса изделий (например, организация оптической, радиотехнической и электротехнической промышленности, строительство железных дорог, массового производства электроизмерительных приборов и т.д.) и разработке технологии изготовления определенной конструкции технической системы.

Часто крупные инженеры одновременно сочетают в себе и изобретателя, и конструктора, и организатора производства. Однако современное разделение труда  в области инженерной деятельности неизбежно ведет к специализации инженеров, работающих преимущественно в сфере либо инженерного исследования, либо конструирования, либо организации производства и технологии изготовления технических систем.

1.3 Инженерные исследования

Инженерные исследования, в отличие от теоретических исследований в технических науках, непосредственно вплетены в инженерную деятельность, осуществляются в сравнительно короткие сроки и включают в себя предпроектное обследование, научное обоснование разработки, анализ возможности использования уже полученных научных данных для конкретных инженерных расчетов, характеристику эффективности разработки, анализ необходимости проведения недостающих научных исследований и т.д. Инженерные исследования проводятся в сфере инженерной практики и направлены на конкретизацию имеющихся научных знаний применительно к определенной инженерной задаче. Результаты этих исследований находят свое применение прежде всего в сфере инженерного проектирования. Именно такого рода инженерные исследования осуществляются крупными специалистами в области конкретных технических наук, когда они выступают в качестве экспертов при разработке сложных технических проектов.

В процессе функционирования и развития инженерной деятельности в ней происходит накопление конструктивно-технических  и технологических знаний, которые  представляют собой эвристические  методы и приемы, разработанные в  самой инженерной практике. В процессе дальнейшего прогрессивного развития инженерной деятельности эти знания становятся предметом обобщения  в науке. Первоначально вся инженерная деятельность была ориентирована на использование лишь естественнонаучных знаний, и в ее осуществлении принимали  деятельное участие многие ученые-естествоиспытатели, конструируя экспериментальное  оборудование и даже технические  устройства. Поэтому именно в естественных науках формируются постепенно особые разделы, специально ориентированные  на обслуживание инженерной практики. Помимо ученых-теоретиков и ученых-экспериментаторов, появляются специалисты в области  прикладных исследований и технических  наук, задача которых - обслуживание инженерной деятельности.

В настоящее время существует множество  областей технической науки, относящихся  к различным сферам инженерной деятельности. Однако области технической науки  и соответствующие им сферы инженерной деятельности не тождественны. Например, электротехнику как сферу инженерной деятельности и отрасль промышленности не следует путать с теоретической  электротехникой, которая представляет собой область технической науки. Последняя имеет в настоящее  время достаточно разработанный  теоретический уровень (скажем, теорию электрических цепей) и не может  рассматриваться как исследование, направленное лишь на приложение знаний естественнонаучных дисциплин. В технических науках развиты особые теоретические принципы, построены специфические идеальные объекты, введены новые научные законы, разработан оригинальный математический и понятийный аппарат. Технические науки удовлетворяют сегодня всем основным критериям выделения научной дисциплины. В то же время следует помнить, что технические науки достаточно четко ориентированы на решение инженерных задач и имеют вполне определенную специфику. Конечно, в них доказываются теоремы и строятся теоретические системы. Однако, наряду с этим, важное место занимают описания расчетов и приборов и различные методические рекомендации. Главная цель технических наук - выработка практико-методических рекомендаций по применению научных знаний, полученных теоретическим путем (в сфере технической науки - технической теории) в инженерной практике. Специфика технической науки определяется необходимостью использования ее результатов не столько для объяснения естественных процессов, сколько для конструирования технических систем. Эти результаты опосредованы, как правило, инженерными исследованиями, проводимыми в рамках того или иного вида конкретной инженерной деятельности.

С появлением и развитием технических  наук изменилась и сама инженерная деятельность. В ней постепенно выделились новые направления, тесно связанные  с научной деятельностью (но не сводимые к ней), с проработкой общей  идеи, замысла создаваемой системы, изделия, сооружения, устройства и прежде всего - проектирование.

1.4 Проектирование

Проектирование как особый вид инженерной деятельности формируется в начале ХХ столетия и связано первоначально с деятельностью чертежников, необходимостью особого (точного) графического изображения замысла инженера для его передачи исполнителям на производстве. Однако постепенно эта деятельность связывается с научно-техническимси расчетами на чертеже основных параметров будущей технической системы, ее предварительным исследованием.

В инженерном проектировании следует  различать "внутреннее" и "внешнее" проектирование. Первое связано с  созданием рабочих чертежей (технического и рабочего проектов), которые служат основными документами для изготовления технической системы на производстве; второе - направлено на проработку общей  идеи системы, ее исследование с помощью  теоретических средств, разработанных  в соответствующей технической  науке.

Проектирование необходимо отличать от конструирования. Для проектировочной  деятельности исходным является социальный заказ, т.е. потребность в создании определенных объектов, вызванная либо "разрывами" в практике их изготовления, либо конкуренцией, либо потребностями развивающейся социальной практики (например, необходимостью упорядочения движения транспорта в связи с ростом городов) и т.п. Продукт проектировочной деятельности в отличие от конструкторской выражается в особой знаковой форме - в виде текстов, чертежей, графиков, расчетов, моделей в памяти ЭВМ и т.д. Результат конструкторской деятельности должен быть обязательно материализован в виде опытного образца, с помощью которого уточняются расчеты, приводимые в проекте, и конструктивно-технические характеристики проектируемой технической системы.

Возрастание специализации различных  видов инженерной деятельности привело  в последнее время к необходимости  ее теоретического описания: во-первых, в целях обучения и передачи опыта  и, во-вторых, для осуществления автоматизации  самого процесса проектирования и конструирования  технических систем. Выделение же проектирования в сфере инженерной деятельности и его обособление  в самостоятельную область деятельности во второй половине ХХ века привело  к кризису традиционного инженерного  мышления, ориентированного на приложение знаний лишь естественных и технических  наук и созданию относительно простых  технических систем. Результатом  этого кризиса было формирование системотехнической деятельности, направленной на создание сложных технических  систем.

2 Системотехническая деятельность

Во второй половине ХХ века изменяется не только объект инженерной деятельности (вместо отдельного технического устройства, механизма, машины и т.п. объектом исследования и проектирования становится сложная  человеко-машинная система), но изменяется и сама инженерная деятельность, которая  стала весьма сложной, требующей  организации и управления. Другими  словами, наряду с прогрессирующей  дифференциацией инженерной деятельности по различным ее отраслям и видам, нарастает процесс ее интеграции. А для осуществления такой  интеграции требуются особые специалисты - инженеры-системотехники.

Анализ системотехнической деятельности показывает, что она неоднородна  и включает в себя различные виды инженерных разработок и научных  исследований. В нее оказываются  вовлеченными многие отраслевые и академические  институты; над одними и теми же проектами  трудятся специалисты самых различных  областей науки и техники. В силу этого координация всех аспектов системотехнической деятельности оказывается  нетривиальной научной, инженерной и организационной задачей.

Системотехническая деятельность осуществляется различными группами специалистов, занимающихся разработкой отдельных  подсистем. Расчленение сложной  технической системы на подсистемы идет по разным признакам: в соответствии со специализацией, существующей в  технических науках; по области изготовления относительно проектировочных и  инженерных групп; в соответствии со сложившимися организационными подразделениями. Каждой подсистеме соответствует позиция  определенного специалиста (имеется  в виду необязательно отдельный  индивид, но и группа индивидов и  даже целый институт). Эти специалисты  связаны между собой благодаря  существующим формам разделения труда, последовательности этапов работы, общим  целям и т.д. Кроме того для  реализации системотехнической деятельности требуется группа особых специалистов (скорее, их следует назвать универсалистами) - координаторов (главный конструктор, руководитель темы, главный специалист проекта или службы научной координации, руководитель научно-тематического отдела). Эти специалисты осуществляют координацию, равно как и научно-тематическое руководство и в плане объединения различных подсистем, и в плане объединения отдельных операций системотехнической деятельности в единое целое. Подготовка таких универсалистов требует не только их знакомства со знаниями координируемых ими специалистов, но и развернутого представления о методах описания самой системотехнической деятельности. Среди имеющихся способов такого описания рассмотрим три основных: членение системотехнической деятельности по объекту (этапы разработки системы); описание последовательности фаз и операций системотехнической деятельности; анализ ее с точки зрения кооперации работ и специалистов.

2.1 Этапы разработки системы

Этапы разработки системы выделяются в соответствии с членением системотехнической деятельности по объекту. В ходе проектирования представление о сложной технической системе изменяется. Происходит последовательная конкретизация моделей этой системы.

Рассмотрим этот способ описания системотехнической деятельности на примере работы У. Гослинга "Проектирование технических систем". В ней представлены общие процедурные  правила создания систем на различной  материальной основе. Системотехническая деятельность рассматривается как  процесс синтеза функциональной модели системы и затем ее преобразования в структурную модель (или ее реализации). Каждый этап связывается с определенными  средствами символического и графического представления системы. Функциональная модель воспроизводит протекание в  реальной системе субстанции (вещества, энергии или информации), т.е. преобразует  входную субстанцию в выходную адекватно  функционированию реальной технической  системы. Гослинг назвал такую модель поточной системой. Здесь могут вводиться  определенные промежуточные преобразования, т.е. описываться операции, которые  выполняет каждый элемент системы  по отношению к внутреннему потоку. В качестве функциональных моделей  могут быть использованы, например, алгебраические модели.

Структурные модели делятся на диаграммы  протекания субстанции и блок-схемы. Диаграмма протекания субстанции показывает последовательность операций (более  детально, чем это дано в функциональной модели, где строгая последовательность может и не соблюдаться) и дает минимум информации о плане построения системы: идентификацию элементов  и схему связей. В блок-схеме  даны форма субстанции на входах одного и выходах другого элемента. Для  этой цели используются особые элементы - трансдьюссеры - преобразователи формы  субстанции.

Функциональные модели могут быть получены тремя способами. В первом и во втором случаях предварительно существует прототип системы. В первом случае он дан в виде блок-схемы, а во втором - в виде последовательности инструкций. На блок-схеме может  быть получена диаграмма протекания субстанции, а из нее - функциональная модель. Из последовательности инструкций сначала строятся поточные диаграммы  для различных групп инструкций, которые затем собираются в единую функциональную модель. В третьем  случае такого прототипа системы  нет. Функциональная модель может быть получена либо с помощью аналогий, либо задача сводится к подсистемам, либо модель составляется с помощью  модификации некоторых элементов  доступной системы. Наконец, возможно изменение проблемы, если функциональная модель не может быть получена ни одним  из указанных выше способов. На этапе  реализации функциональная модель представляется в виде поточной диаграммы. С помощью  перестановки блоков, замены нескольких блоков одним, разделением одного блока  на несколько блоков, эквивалентным  изменением связей между блоками  и т.п. из функциональной модели получается множество поточных диаграмм. Чтобы  реализовать некоторые поточные диаграммы, проектировщику необходим  каталог элементов, из которого выбираются системные элементы, имеющие свойства, как можно более близкие к  свойствам идеализированных элементов  поточных диаграмм. В результате получается блок-схема, соответствующая техническим  условиям, сформулированным в техническом  задании. Важно подчеркнуть, что  для создания системы недостаточно какого-либо одного описания, необходимо сочетание блок-схемы, поточной диаграммы  и функциональной модели. В процессе проектирования они постоянно корректируются и подгоняются друг к другу  за счет возвращения на предыдущие стадии. В результате получается некоторое  целостное описание системы, составляющие которого взаимно дополняют друг друга.