Методология научно-технического познания

Проблема методологии технических наук до сих пор слабо разработана и освещена в научной литературе. В рамках самого известного подхода методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т. е. по широте применимости в процессе научного исследования, на всеобщие, или философские (диалектический и метафизический)8, общенаучные и частнонаучные.

Диалектический метод имеет в научно-техническом познании первенствующее значение среди всеобщих методов в силу прежде всего специфики объекта познания — сложных технических устройств, представляющих собой системы, и тем более человеко-природно-машинных систем. Диалектический метод представляет собой единство ряда познавательных принципов:

• 1. Принцип всесторонности рассмотрения изучаемых объектов. Комплексный подход в познании. Объект познания необходимо изучать со всех сторон, стремиться к выявлению и изучению как можно большего числа (из бесконечного множества) его свойств, связей, отношений. Современные исследования во многих областях науки все больше требуют учета возрастающего числа фактических данных, параметров, связей и т. д.
• 2. Принцип рассмотрения во взаимосвязи. Системный подход в познании. Недопустимо рассматривать изучаемый объект вне связи с другими объектами, явлениями или игнорировать характер взаимосвязей его элементов, иначе окажется невозможным понять и изучить материальный объект в его целостности, как систему.
• 3. Принцип детерминизма. Он исходит из положения о всеобщем, универсальном и объективном характере причинности. Ориентация на него позволяет отделить необходимые связи от случайных, существенные от несущественных, установить те или иные повторяемости, коррелятивные зависимости и др., т. е. осуществить продвижение мышления к сущности. Познавательный процесс, идущий от следствий к причинам, от случайного к необходимому и существенному, имеет целью раскрытие закона. Закон же детерминирует явления, а потому познание закона объясняет явления и изменения самого предмета.
• 4. Принцип изучения в развитии. Только изучив историю возникновения и формирования интересующего нас объекта, можно понять его нынешнее состояние, а также предсказать будущее. При этом под развитием понимаются порожденные количественными изменениями качественные скачки, переход в иное состояние, а источник саморазвития видится в самом явлении, состоящем из противоречий.

Данный принцип может реализоваться в познании в единстве двух подходов: исторического (воспроизведение развития объекта с учетом всех деталей, включая и случайные отклонения, с соответствующими описаниями этих наблюдений во всех подробностях) и логического (воспроизведение развития объекта подвергается определенным логическим преобразованиям, обрабатывается теоретическим мышлением с выделением общего, существенного и освобождается в то же время от всего случайного, несущественного, мешающего выявлению закономерности данного развития).

Термином «метафизика» (от гр. — то, что после физики) изначально обозначалось учение о сверхчувственных принципах и началах бытия. С развитием диалектики в XIX в. метафизическим методом стали называть прежний философский способ мышления, при котором:

• а) явления рассматриваются изолированно друг от друга;
• б) не признаются внутренние противоположности в развитии объекта;
• в) источником развития считается внешняя сила, толчок;
• г) саморазвитие понимается как простой рост, количественное увеличение или в виде замкнутой окружности.

На перечисленных установках основывалось механистическое естествознание Нового времени. Механицисты интересовались не столько исследованием процессов, происходящих в природе или обществе, сколько изучением вещей и их классификацией. Под влиянием успехов естествознания того времени, достигнутых прежде всего в механике при широком использовании математических методов, в науке начала складываться точка зрения, достигшая своего расцвета в первой половине XIX в., согласно которой все явления природы имеют механическую основу, все они могут быть объяснены с помощью законов механики Ньютона, являются следствием действия простых сил. К примеру, таким методом были разработаны модели электродинамики.

Применение метафизического подхода в техническом знании позволило вывести его на научный уровень, осуществить целый ряд механических изобретений. Однако со временем была установлена ошибочность всеобщего механистического подхода — оказалось невозможным все явления природы свести к классической механике. Прорыв в технических изобретениях XX в., появление комплекса технических наук, научно-технической картины мира стали возможными благодаря прочному переходу научно-технического познания к диалектической методологии. Впрочем, и сейчас в процессе научно-технических исследований постоянно возникает необходимость изолированного рассмотрения объекта, временного абстрагирования от некоторых его свойств для рассмотрения других, описания количественных характеристик и т. д. Таким образом, метафизический метод в современных технических науках служит частным дополнением диалектического.

Общенаучные методы используются в самых различных областях науки, имеют весьма широкий, междисциплинарный спектр применения. Их классификация тесно связана с понятием уровней научного познания.

Частнонаучные методы используются только в рамках исследований какой-то отдельной науки или области научного познания. При этом, как правило, они также восходят к философским методам и содержат в различных сочетаниях те или иные общенаучные методы познания, являются, по сути, их разновидностями для изучения конкретной области объективного мира.

В принципе в методологическом плане исследование в технической науке не очень существенно отличается от общенаучного. Для современной инженерной деятельности требуются не только краткосрочные исследования, направленные на решение специальных задач, но и широкая долговременная программа фундаментальных исследований в лабораториях и институтах, специально предназначенных для развития технических наук. В то же время современные фундаментальные исследования в технических науках более тесно связаны с приложениями.

Наиболее существенными методологическими особенностями технических наук являются следующие: 1) их практическое воплощение, материализация происходит лишь при условии общественной потребности в связанных с ними продуктах труда; 2) их технологичность, позволяющая из множества предполагаемых вариантов выбрать оптимальный; 3) их ориентация на предотвращение и устранение нежелательных последствий научно-технического прогресса. Она связана с развертыванием современного научно-технического прогресса и является специфичной для него. Точнее говоря, ориентация на профилактику негативных последствии научно-технического прогресса давно уже стала нормой при разработке новой техники и технологии.

Наряду с этим начинает проявляться новая методологическая особенность — ориентация на разработку технических систем, направленных на оптимизацию взаимодействия общества и природы, устранение уже имеющихся негативных последствий технического прогресса.

В современных технических науках используются все основные методы естествознания в своих, так сказать, технических разновидностях. Методологическое единство естествознания и технических наук опирается прежде всего на то, что в мире природы и мире техники люди имеют дело с одной и той же материей, движущейся по одним и тем же объективным законам. Конкретно к основным общенаучным методам, широко использующимся в технических науках, относятся:

• • наблюдение — длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений объективного мира, как непосредственно, так и с помощью приборов;
• • эксперимент — научно поставленный опыт, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в точно учитываемые условия, что дает возможность изучать их влияние на объект в чистом виде;
• • описание — результат наблюдения или эксперимента, состоящий в фиксировании данных с помощью обычного языка либо определенных систем обозначений, принятых в науке (символов, знаков, матриц, графиков и т. д.);
• • измерение — познавательная операция, обеспечивающая численное выражение объектов в системе количественных эталонов и стандартов (масса, длина, координаты, скорость и т. д.);
• • сравнение — сопоставление объектов с целью выявления признаков сходства или различия между этими объектами;
• • моделирование — изучение объекта путем создания и исследования его материальной или идеальной копии, замещающей оригинал, с определенных сторон, интересующих исследователя;
• • формализация — отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях, т. е. построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности;
• • аксиоматизация — логическое построение теорий на основе аксиом-утверждений, доказательства истинности которых не требуется;
• • анализ — фактическое или мысленное расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства, отношения или связи) с целью его всестороннего изучения;
• • синтез — фактическое или мысленное воссоединение целого из частей, элементов, сторон и связей, выделенных с помощью анализа;
• • индукция — метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод о свойствах предметов и явлений строится на основе отдельных фактов или частных посылок;
• • дедукция — переход от общих (истинных) рассуждений или суждений к частным, вывод новых положений с помощью законов и правил логики;
• • обобщение — переход от единичного к общему, от менее общего к более общему знанию, с установлением общих свойств и признаков исследуемых объектов;
• • аналогия — умозаключение, в ходе которого на основе сходства объектов в одних свойствах, связях делается вывод об их сходстве и в других свойствах, связях;
• • абстрагирование — мысленное отвлечение от предметов, свойств и отношений, затрудняющих рассмотрение объекта исследования в «чистом» виде, необходимом на данном этапе изучения, в результате чего возникают научные понятия и категории.

Важная особенность методологии технических наук заключается в том, что в них теоретические и эмпирические методы тесно переплетены на всех уровнях исследования.

Принципиальное методологическое значение имеет проблема общего метода технических наук. В этой связи особого внимания заслуживает позиция В. И. Белозерцева и Я. В. Сазонова, согласно которой общим методом технических наук и технического творчества является комбинационно-синтезирующий метод. Он состоит в том, что в процессе создания новой техники, новых материалов, новых технологических процессов ученые, конструкторы, инженеры осуществляют многообразное комбинирование (частично на опытно-экспериментальном, а в основном на теоретическом уровне) самых различных естественных законов, процессов, сил, конфигураций деталей, принципов работы различных подсистем, входящих в то или иное проектируемое техническое устройство до тех пор, пока не будет найдена такая оптимальная, строго определенная последовательность взаимовлияний в целостном единстве уже точно определенных сил, свойств, процессов, законов и подсистем, которая и приводит к появлению (производству) качественно новой техники.

Комбинационно-синтезирующий метод технических наук выражает творческую активность мышления инженера-ученого, создающего новые технические системы, новые материалы и технологические процессы на основе объединения, использования отдельных естественных, природных законов, сил, свойств, процессов и материалов [4, с. 77].

Комбинационно-синтезирующий метод тесно связан с системно-структурным методом. Системно-структурный метод— способ исследования объекта, в качестве которого в данном случае выступают техника, технология и инженерная деятельность, рассматриваемые как системы, что достигается посредством использования общенаучных методологических принципов, специальных понятий. Данный метод предполагает:

• 1) рассмотрение объекта как системы;
• 2) определение состава, структуры и организации элементов и частей системы;
• 3) выявление зависимости каждого элемента от его места и функций в системе с учетом того, что свойства целого не сводимы к сумме свойств его элементов;
• 4) анализ того, насколько поведение системы обусловлено как особенностями ее элементов, так и свойствами структуры;
• 5) исследование механизма взаимозависимости системы и среды;
• 6) изучение характера иерархичности, присущего данной системе;
• 7) определение функций системы и ее роли среди других систем;
• 8) обеспечение множественности описаний с целью множественного охвата системы;
• 9) рассмотрение динамики системы, представление ее как развивающейся целостности, обнаружение на этой основе закономерностей и тенденций развития системы [2, с. 9; 41, с. 70].

В качестве важного познавательного средства технических наук выделяется проективно-прагматический метод, который дает исследователю общую схему действия. Суть его составляет логика так называемого практического вывода. Необходимо не просто подвести информацию о факте под закон, а подчинить поставленной научно-технической цели информацию о средствах ее достижения.

Подробно следует рассмотреть эксперимент (лат. — опыт, проба, испытание) как общенаучный метод, занимающий центральное место в методологии технического познания. Эксперимент, в отличие от наблюдения, представляет собой исследовательскую ситуацию изучения явления в специально создаваемых, контролируемых условиях, позволяющих активно управлять ходом данного процесса, т. е. вмешиваться в него и видоизменять его в соответствии с исследовательскими задачами, а также воспроизводить изучаемое явление при воспроизведении данных условий. В техническом познании роль эксперимента еще более возрастает в силу специфики объекта — его искусственного характера. Целями реализации технических экспериментов являются отработка и совершенствование техники и ее составных элементов, а также освоение новых технологий и обеспечение повышения целевой и эксплуатационной эффективности.

Проведение технического эксперимента — это деятельность по производству технических эффектов, отчасти может быть квалифицирована как инженерная, т. е. как конструирование машин, как попытка создать искусственные процессы и состояния, однако с целью получения новых научных знании о природе или подтверждения научных законов, а не исследования закономерностей функционирования и создания самих технических устройств.

К особенностям современного научно-технического эксперимента относят:

• а) высокий уровень его материально-технического обеспечения, требующий, как правило, работы целого научного коллектива;
• б) использование мощных технологий обработки данных (компьютерных методов, схем статистического анализа, приемов математического моделирования);
• в) взаимодействие подходов из различных областей науки для решения конкретных проблем.

Впрочем, до сих пор в прикладных технических науках эксперимент нередко заменяет инженерная деятельность. Именно в инженерной деятельности проверяется адекватность теоретических выводов технической теории и черпается новый эмпирический материал.

Метод декомпозиции (как технический вариант единства анализа и синтеза) применяется для решения сложной технической задачи и сводится к расчленению системы на подсистемы или даже на элементы с целью их детального исследования и последующего синтеза. Например, ракета-носитель как сложная техническая система расчленяется на блоки, которые, в свою очередь, делятся на отсеки, имеющие законченное конструктивное и функциональное назначение. Каждый отсек (топливный, переходный, отсек двигательной установки) подвергается аналитической проработке, а для каждого его элемента проводятся тепловые, прочностные и другие расчеты [24, с. 41].

Метод моделирования имеет, наряду с экспериментом, наибольшее значение в технических науках в силу специфики возникновения технического объекта. Как уже отмечалось, под моделированием понимается исследование объектов познания посредством построения их моделей, когда реальный объект заменяется его образцом, а знания, полученные на основе исследования модели, переносятся на реальный объект. Однако в техническом познании реальный объект зачастую отсутствует. В этом случае моделирование можно рассматривать как процесс не только познания объекта, но и его создания.

В целом цикл моделирования включает в себя ряд этапов:

• 1) процедуру создания модели технического объекта;
• 2) исследование модели;
• 3) ее преобразование;
• 4) переход от модели к техническому объекту.

При этом моделирование оказывается непосредственно связано с экспериментом. В силу того, что сегодня масштаб технических исследований очень значителен, затраты велики, как правило, вначале создается упрошенная модель, в которой материализуются основные принципы соответствующей технической системы. В настоящее время часто начинают с имитационного эксперимента, т. е. строится математическая модель, которая переводится на язык программы и вводится в компьютер10.

Для моделирования структуры технического объекта необходимо предварительно описать его состав и выявить характер взаимосвязей между его элементами, представив их в виде математических выражений. Для описания структуры и свойств технического объекта используется логико-математический аппарат, включающий теорию множеств, математические операции с матрицами и теорию графов (математическое моделирование структуры технического объекта, позволяющее осуществить изоморфное преобразование графического образа объекта для удобства проведения вычислительных операций). В моделировании технических объектов, как правило, предпочтение отдается функциональным моделям, описывающим деятельность каждого элемента, а также связи между элементами.

Задача моделирования заключается не в том, чтобы буквально воспроизвести в тех или иных моделях технический объект. Проблемное поле исследования составляют не сами по себе элементы технического объекта, а их взаимоотношения друг с другом. Анализ модели реального технического устройства, эксперименты над ней выявляют те возможности структурирования технического объекта, которые не обнаруживаются при их непосредственном описании.

Изложенная в предыдущих темах связь технического знания с естественными и математическими науками позволяет специально выделить в его методологии экстрапаляцию — распространение знаний о какой-то части объектов, явлений на другую их часть или на совокупность объектов в целом, шире — следствий какой-либо гипотезы или теории с одной сферы описываемых явлений на другие сферы. Так, установив для какого-то газа свойство сжатия и выразив его в виде количественного закона, можно перенести это на другие, не исследованные газы с учетом их коэффициента сжатия. Это распространяется и на прикладное техническое познание.

Допустим, необходимо спрогнозировать себестоимость выработки сжатого воздуха в условиях станкостроительного завода. Воздух на этом заводе сжимается воздушными поршневыми компрессорами. На заводе не ведется учет себестоимости выработки сжатого воздуха каждым компрессором, но ведется учет всех элементов затрат по эксплуатации и ремонту компрессорной станции в целом, а также ее годовой производительности. Поделив сумму годовых затрат по компрессорной станции на годовую производительность (годовой объем сжатого воздуха), можно получить себестоимость выработки единицы объема сжатого воздуха.

Благодаря методу экстраполяции можно спрогнозировать рост объемов научно-технической информации, размеры средств, вкладываемых в техническое переоснащение, и др.

В заключение необходимо отметить, что одним из основных, по крайней мере формально, методологических принципов современного технического познания является учет антропологических последствий на этапе разработки новых технических идей и их последующего внедрения. Согласно такому — экстерналистскому — подходу, жизнеспособными должны признаваться лишь те технические системы, которые экологически безвредны, имеют эргономические преимущества и, что особенно важно, этическое обоснование. Такой подход имеет огромные перспективы по сравнению с традиционным вариантом внедрения новой техники, когда что-то изменить бывает почти невозможно. Более выгодно давать всестороннюю оценку технических проектов, моделей будущей техники, чем позднее предпринимать меры по снижению негативных последствий. Тем более что на уровне моделирования технического объекта можно предусмотреть почти все параметры, влияние которых следует просчитать и оценить [19, с. 200—201].