Методология технических наук и приборостроения

Для конкретных наук методология является совокупностью методов, направленных на решение поставленных проблем.

Методология реализует три функции:

-     получение и создание нового знания,

-     преобразование этого знания в виде новых понятий, категорий, законов, гипотез, идей, теорий,

-     организация использования новых знаний в практической деятельности.

В приборостроении, как и в технических науках в целом, применяют определенные методы научного познания. Рассмотрим методы, наиболее часто применяемые на практике.

Анализ (греч. аnаlуsis – разложение) – метод исследования, суть которого в том, что предмет изучения мысленно или практически расчленяется на составные элементы (части объекта или его признаки, свойства, отношения) и каждая из частей исследуется отдельно.

Синтез (греч. synthesis – соединение) – этот метод исследования позволяет осуществлять соединение элементов (частей) объекта, расчлененного в процессе анализа, устанавливать связи между ними и познавать объекты исследования как единое целое.

При изучении конкретного объекта исследования, как правило, анализ и синтез используются одновременно, поскольку они взаимосвязаны.

Индукция (лат. inductio – наведение) – это такой метод познания, при котором по частным факторам и явлениям выводятся общие принципы и законы. Это умозаключение от фактов к некоторой гипотезе (общему утверждению). В таком умозаключении общий вывод о признаках совокупности элементов делается на основе исследования части элементов этой совокупности. При этом исследуемые факты отбираются по заранее выработанному плану.

Различают полную индукцию и неполную.

Полная индукция – обобщение относится к конечно–обозримой области фактов и сделанное при этом умозаключение исчерпывающе рассматривает изучаемое явление.

Неполная индукция – обобщение относится к бесконечной или конечно–необозримой области фактов, а сделанное при этом умозаключение позволяет составить лишь ориентировочное, предварительное мнение об изучаемом объекте. Это мнение может быть недостоверным. При использовании метода неполной индукции могут возникнуть ошибки, причинами которых являются:

– поспешность обобщения;

– обобщение без достаточного основания по второстепенным или

  случайным признакам;

 – подмена причинной связи обычной последовательностью во времени;

 – необоснованное распространение полученного вывода за пределы

    конкретных условий, в которых он был получен, т.е. подмена

    условного безусловным.

Дедукция (лат. deduction – выведение) – это такой метод познания, при котором частные положения выводятся из общих. Посредством дедукции вывод об отдельном элементе некоторой совокупности делается на основе знаний о признаках всей совокупности, т.е. она является методом перехода от общих представлений к частным.

Несмотря на свою противоположность, индукция и дедукция в процессе научного познания всегда используются совместно, представляя разные стороны единого диалектического метода познания – от индуктивного обобщения к дедуктивному выводу, к проверке вывода и более глубокому обобщению  –  и так до бесконечности.

Аналогия (греч. analodgia – соответствие, сходство) – это метод научного познания, с помощью которого достигается знание об одних предметах или явлениях на основании их сходства с другими. Умозаключение по аналогии – это когда знание о каком-либо объекте переносится на другой,  менее изученный объект, но сходный с первым по существенным свойствам, качествам. Такие умозаключения являются одним из основных источников научных гипотез. Благодаря своей наглядности метод аналогий получил широкое распространение в науке.

Метод аналогий является основой другого метода научного познания – моделирования.

Моделирование (лат. modulus – мера, образец) – это метод научного познания, заключающийся в замене изучаемого объекта его специально созданным аналогом или моделью, по которым определяются или уточняются характеристики оригинала. При этом модель должна содержать существенные черты реального объекта.

Моделирование является одной из основных категорий познания, на  его идее базируется практически любой метод научного исследования как теоретический, при котором используются различные абстрактные (идеальные) модели, так и экспериментальный, использующий предметные (материальные) модели. К абстрактным моделям относят мысленные, логические, воображаемые (логико-математические) и математические модели. Последние описываются тождественными с оригиналом уравнениями. К материальным относят физические, вещественные или действующие модели. Они сохраняют физическую природу оригинала.

Метод моделирования опирается на содержательное знание объекта исследования и предусматривает решение таких важных вопросов, как отношение модели и объекта исследования, степень сходства модели с оригиналом, правомерность перенесения полученной при изучении модели информации на объект.

За последние годы заметно возрос интерес к философским вопросам техники, технического знания и технических наук. Появились сборники, в которых рассматриваются различные философские аспекты технических наук, анализируется их место в системе научных знаний.

В то же время методы научного познания в различных науках имеет свою специфику, отражающую особенности самих областей действительности. Особенности техники как совокупности созданных человеком средств деятельности определяются тем, что в технике материализованы, овеществлены знания и производственный опыт людей.

По мере развития техники обновляется технология различных отраслей и видов производства. Совершенствование технологии состоит в переходе к более рациональным и научно обоснованным способам обработки материалов. Саму технологию наиболее кратко можно определить как совокупность методов воздействия на вещественные элементы производства.

Наиболее существенной методологической особенностью материализации знаний в технике является то, что опредмечиваются, материализуются в технике соответствующие знания лишь при условии общественной потребности в данных продуктах труда. Свое научное обоснование указанная потребность получает в общественных науках. С другой стороны, технические знания тесно связаны с естественнонаучными. Это объясняется общностью объектной области: технические процессы основаны на использовании законов природы, которые устанавливает естествознание.

Для современной технологии характерно сочетание в едином производственном цикле разнообразных механических и физико-химических процессов с химическими превращениями. Установление общих закономерностей протекания различных процессов составляет предпосылку научного подхода к разработке технологии.

Технические, в том числе технологические науки, занимают как бы промежуточное положение между естественными и общественными. Естественные науки указывают на границы возможного в технике, общественные науки обосновывают границы целесообразного.

Технические науки представляют особым образом организованные системы знаний. Логическая структура технических наук в общем случае включает три уровня взаимосвязанных знаний: естественнонаучных, собственно технических, в том числе технологических, и социально-технических. На всех трех уровнях существуют относительно самостоятельные эмпирические компоненты знания. На всех трех уровнях может функционировать и развиваться также теоретическое знание, если данная техническая наука достигла теоретической стадии развития.

Технические знания обособляются в техническую теорию в том случае, если в совокупности они дают теоретическую модель средств, конструктивно однотипных по техническим принципам, рабочему телу, вещественному субстрату, с однородным функциональным назначением, а также модель технологического процесса, основанного на функционировании этих технических средств. Технические науки различаются по степени общности. Соответственно технические теории могут быть различной общности. При этом каждый из указанных трех уровней знаний связан со специфическими для этого уровня теориями. На уровне естественнонаучных знаний наряду с эмпирическими (по характеру применения их в этом случае уместно назвать прикладными) могут быть и в большинстве случаев действительно существуют теоретические знания. Эти теоретические знания могут оказаться общими по отношению к целой группе технических наук. Например, классическая механика входит в структуру теоретических основ большинства технических наук.

В отличие от этого теории, обобщающие собственно технические знания, носят обычно специфический, локальный характер. Большинство из них имеет сферой применимости лишь данную техническую науку. Это связано с тем, что процессы дифференциации технического знания опережают процессы его интеграции. Это положение справедливо и для науки в целом. Однако, по-видимому, в наибольшей мере оно проявляется в развитии технических наук.

Следует особо отметить возрастание по отношению к техническим наукам интегративной функции теоретической механики. Механика является одной из научных основ не только различных разделов физики, но и лежит в основе многочисленных общетехнических и специально-технических дисциплин. Возрастание методологического значения механики для технических наук объясняется, прежде всего, расширением круга проблем, рассматриваемых механикой. Все большее значение в механике начинают приобретать задачи, включающие рассмотрение величин, значения которых заранее не известны, а известны лишь, вероятности того, с какой эти величины могут принимать то или иное значение. Вероятностный стиль мышления, вероятностный подход как составная часть общенаучного уровня методологии играет все большую роль в технических науках. В этом отношении можно сказать, что теоретическая механика опосредует связь общенаучного уровня методологии со специальными знаниями.

Наряду с механикой к теоретическим основам ряда технических наук  (на уровне естественнонаучных знаний) относятся термодинамика, электродинамика и другие разделы физики. Так, электродинамика является теоретической основой электротехники, радиотехники и других электротехнических дисциплин. На уровне социально-технического знания, как и на естественнонаучном, преобладают теории, общие для многих или даже всех технических наук. Эти теории технические науки заимствуют из таких тесно с ними связанных дисциплин, как эргономика, техническая эстетика, стандартизация, экономика отрасли производства и др.

В связи с тем, что общих технических теорий, обслуживающих различные технические науки, сравнительно немного (к ним относятся, например, теория автоматического управления, теория механизмов и машин и др.), в качестве важного средства компенсации тенденции дифференциации технических знаний целесообразно усилить сознательное использование принципов и категорий философского и общенаучного уровня методологии. Фактически уже сейчас общенаучные подходы и категории играют фундаментальную роль в структуре методологических основ технических наук. При решении принципиальных вопросов разработки новой техники и технологии все более широко используются такие понятия, как система, структура, информация, упорядоченность, алгоритм, инвариантность и др.

Нормативные требования, которые необходимо учитывать при разработке новой техники и технологии, определены стандартами, техническими условиями на конкретную продукцию Единой системой конструкторской документации, Единой системой технологической подготовки производства и др. Нормативные требования к техническим объектам пересматриваются, обеспечивая большой простор для рационализации и изобретательства. Сама работа по обновлению норм, стандартов, технических условий представляет важную разновидность технического творчества. Нормативно-технические документы составляются с учетом научно-технических прогнозов и устанавливают повышенные (по отношению к достигнутому на практике уровню) требования к техническим объектам. Однако соблюдение даже всех нормативных требований само по себе не приводит однозначно к какому-то предопределенному и единственно обоснованному техническому решению. Новые технические объекты не запрограммированы существующим комплексом норм, правил, требований. Обобщая сказанное, можно констатировать, что техническая задача всегда имеет ту или иную степень неопределенности. Следствием этого является многовариантность решения технических задач.

Необходимость принятия решений в условиях неопределенности, обусловленной характером постановки технических задач, и связанная с этим многовариантность их решения привели к широкому использованию в технических науках методологических средств системного подхода и системного анализа. Методологический статус указанных концепций не совпадает, хотя они имеют много общего. В основе системного анализа лежат исходные идеи системного подхода. Системный подход как общенаучное направление методологии представляет конкретизацию принципов диалектики применительно к исследованию объектов как систем. Исходя из трактовки систем как определенных целостных образований, системный подход ориентирует познание на раскрытие целостности, единства объекта исследования, на выявление типов связей с тем, чтобы на теоретическом уровне получить отражение конкретных механизмов целостности и типологии связей объекта.

В технических науках выдвижение системного подхода на одно из ведущих мест связано с появлением все более сложных технических систем, с возрастанием масштабности технических проектов, с изучением систем «человек и машина». Системный подход не связан однозначно с конкретной совокупностью познавательных принципов, это общая методологическая установка при следовании объектов как систем, особенно необходимая при исследовании сложных систем. С позиций системного подхода все технические объекты представляют элементы или системы, взаимодействующие, в свою очередь, с другими системами. Так, отдельные станки и агрегаты выступают в качестве элементов технологических линий (систем), а производственное предприятие в целом рассматривается как сложная система. Такой подход упрощает решение как чисто технических задач, так и организационно-управленческих задач. При разработке крупных технических проектов системный подход позволяет подчинить решение технических задач требованиям экономики, социальным и другим. Тем самым системный подход способствует усилению взаимосвязи технических и общественных наук.

Системный анализ, как и системный подход, не представляет строгой методологической концепции. Однако системный анализ связан с более частными, в том числе формализованными, методами и процедурами. Методы системного анализа направлены на выдвижение различных вариантов решения задачи при наличии некоторой неопределенности в условиях задачи. Выбор наиболее приемлемого для реализации варианта решения задачи осуществляется как на основе научного исследования, так и в ряде случаев на основе личного опыта, интуиции и других субъективных моментов.

Поскольку применение методов системного анализа связано с процессом принятия решений по практическим проблемам управления (системами), постольку системный анализ выступает как прикладное направление современной методологии познавательной и практической деятельности. В процессе принятия технических решений методологические средства системного анализа служат действенным фактором интеграции технических наук и производства.

Основной процедурой системного анализа является математическое моделирование. В зависимости от конкретных задач используются различные методы математического моделирования, и диапазон их непрерывно расширяется. Поэтому применение системного анализа в технических науках сопровождается их математизацией.

Системный анализ в области конструирования сложных технических систем иногда называют системотехникой. Более часто системотехнику определяют как научно-техническую дисциплину, охватывающую вопросы проектирования, создания, испытания и эксплуатации сложных систем. В таком понимании системный анализ наряду с моделированием составляет методологическую основу системотехники.

Распространение системного подхода и связанного с ним системного анализа и системотехники объясняется усложнением задач технических наук, необходимостью более тесной связи науки и практики в процессе создания все более сложных и крупных технических систем.