Исторические этапы развития инженерии

Большинство исследователей инженерии полагают, что в ее развитии можно выделить три основных периода: 1) классическая инженерная деятельность; 2) системотехническая деятельность; 3) социотехническое, гуманитарное проектирование.

Классическая инженерная деятельность

В состав этой деятельности входят изобретательство, конструирование и организация изготовления (производство) технических средств, а также инженерное исследование и проектирование.

Изобретательство: на основании научных знаний и технических достижений создаются принципы действия, прописываются способы реализации этих принципов в конструкциях инженерных устройств и систем отдельных компонентов.

Конструирование: результатом конструкторской деятельности является техническое устройство, предназначенное для серийного производства. Конструкция состоит из определенным образом связанных стандартных элементов, выпускаемых промышленностью. Если каких-либо элементов недостает или их параметры не соответствуют требованиям, то они изобретаются и проектируются. Для производства и варьирования технических характеристик проводятся дополнительные инженерные расчеты с учетом ряда таких требований, как простота и экономичность изготовления, удобство использования, возможность применения стандартных или уже имеющихся конструктивных элементов.

Технология и организация производства: исходным материалом этого вида деятельности являются материальные ресурсы, из которых создается изделие, а продуктом — готовое техническое устройство и руководство к его эксплуатации. Функция инженера в данном случае заключается в организации производства конкретного типа изделия и разработке технологии изготовления определенной конструкции этого изделия, а также, если это необходимо, орудий и машин для изготовления изделия или отдельных его частей.

Эксплуатация, оценка функционирования и ликвидация: эксплуатация технических систем связана с операторской деятельностью, техническим обслуживанием. В процессе эксплуатации технической системы проводится оценка ее функционирования, что особо важно для модернизации систем.

Проектирование, как считается, сформировалось в начале XX в., будучи связано первоначально с деятельностью чертежников, необходимостью точного графического изображения замысла инженера для его передачи исполнителям на производство. Однако постепенно эта деятельность связывается с научно-техническими расчетами, чертежами основных параметров будущего технического устройства, его 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 разработку обшей идеи системы, ее исследование с помощью теоретических средств, разработанных в соответствующей технической науке.

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

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

Еще несколько десятков лет назад были выделены следующие тенденции развития проектировочной деятельности:

• 1. Расширение спектра информации, которая принимается в процессе проектирования. Сегодня необходимо учитывать широкие связи и отношения систем, большое число различных профессиональных сфер, которые замыкаются на проектировочную деятельность. Эта тенденция проявляется и в создании многоцелевых банков данных и автоматизированных систем. Сложные проекты дают возможность многоцелевого применения данных на различных фазах процесса проектирования и последующих фазах использования [51, с. 402—408].
• 2. Возрастающая сложность и математическая трудность инженерных расчетов в процессе проектирования. Эта тенденция проявляется из-за необходимости более детального анализа и моделирования основных компонентов с помощью компьютера. В области применения теории вычислительных машин выделились две новые сферы — обработка данных и научно-технические расчеты.
• 3. Сложность процесса проектирования выдвигает настоятельную необходимость его специального исследования, имитации, проверки возможности различных вариантов планируемых решений. Отсюда возникает совокупность технических информационных и других требований, включаемых в оценочную деятельность.
• 4. Прогностическая сторона проекта. Проектировочная деятельность должна быть научно и технически обоснована на базе новейших результатов исследования и разработок, доступных здесь и сейчас. Но в то же время проектировщик всегда должен принимать во внимание более или менее отдаленное будущее, перспективу. Таким образом, проектирование все более смешается с эмпирически данного мира на область «возможных миров», которые могут как улучшить, так и ухудшить ситуацию, существующую в нашем современном мире.

В системотехнической деятельности можно выделить такие фазы, как изучение осуществимости, предварительное проектирование, детальное проектирование, а также такие операции, как подготовка технического задания, изготовление, внедрение, эксплуатация и оценка технического устройства.

Системное проектирование включает в себя три этапа: разработку системы; описание последовательности фаз и операций системотехнической деятельности; анализ проектирования сточки зрения кооперации работ и специалистов.

Этап разработки системы разделяется в соответствии с системотехнической деятельностью по объекту. В ходе проектирования представление о сложной технической системе изменяется. Происходит последовательная конкретизация моделей этой системы. Обычно при проектировании технических систем представлены общие процедурные правила создания систем на различной материальной основе. Сначала рассматривается процесс синтеза функциональной модели системы, а затем ее преобразование в структурную модель (или ее реализация).

Каждая стадия связана с определенными средствами графического и символического представления системы. Здесь могут вводиться определенные промежуточные преобразования (операции, которые выполняет каждый элемент системы по отношению к течению процесса). Например, в качестве функциональных моделей могут быть использованы алгебраические модели. Структурные модели делятся на диаграммы протекания субстанции и блок-схемы. Диаграмма показывает последовательность операций (более детально, чем в функциональной модели, где не соблюдается строгая последовательность) и дает минимум информации о плане построения системы: идентификацию элементов и схем связей. В блок-схеме даны формы субстанции на входе одного и выходе другого элементов.

Важной стадией разработки системы является анализ информационных процессов. Связь между отдельными блоками деятельности может быть эффективной только при наличии определенных лингвистических средств, выражающих соответствующие первоначальные или выведенные данные, цели и требования, связанные с рассматриваемой проблемой и т. д. Формы данных должны обеспечивать не только многоцелевое использование, но и преобразование данных из одной формы в другую (например, цифровую, графическую).

В анализе информационных процессов в проектировочной деятельности проявляется тенденция, которая характеризуется как информационный взрыв. Если мы понимаем информацию как такое свойство данных, которое может приводить к снижению первоначального уровня энтропии, то это явление означает рост поля данных, из которых только некоторые способны к осуществлению информационной функции.

Таким образом, при проектировании происходит сложный процесс превращения данных в информацию, который включает в себя селекцию существенных данных и пропуск несущественных.

Этап описания системного проектирования заключается в выделении в нем последовательности фаз, а в самих этих фазах — цепи действий, или обобщенных операций. Обычно системотехническая деятельность делится на следующие пять фаз: 1) подготовку технического задания; 2) изготовление; 3) внедрение; 4) эксплуатацию; 5) оценку.

Иногда добавляется фаза «ликвидация» из-за возможных экологических последствий этого процесса. На каждой фазе системотехнической деятельности выполняется одна и та же последовательность обобщенных операций: анализ проблемной ситуации, синтез решений, оценка и выбор альтернатив, моделирование, корректировка и реализация решения.

Системотехническое проектирование представляет собой комплексный вид деятельности, включающий большое число исполнителей и функций. Ее целью является организация всех работ и специалистов, привлеченных к этой разработке. Системотехническая группа может быть организована как:

• • штабная группа при руководителе проекта (обеспечивает планы и ведение программы);
• • линейная группа во главе с начальником проекта, который является ее непосредственным руководителем (функционирует по всем частям проектной организации);
• • расчлененная группа, состоящая из руководителей групп оборудования, которые встречаются для выполнения задач проектирования системы в целом;
• • отдельная линейная организация на равных правах с группами оборудования, быстро переключающаяся с одного оборудования на другое;
• • отдельное проектное бюро.

Таким образом, сегодня проектирование уже не может опираться исключительно на технические науки. Выход инженерной деятельности в сферу социально-технических и социально-экономических разработок привел к обособлению проектирования в самостоятельную область и трансформации его в системное проектирование, направленное на проектирование человеческой (например, управленческой) деятельности, а не только на разработку машинных компонентов. Это приводит к тому, что инженерная деятельность и проектирование меняются местами. Если традиционное инженерное проектирование входит составной частью в инженерную деятельность, то системное проектирование может исключать (например, при создании новых машинных компонентов) или не включать в себя инженерную деятельность. Сфера приложения системного проектирования расширяется, оно включает в себя все сферы социальной практики (обслуживание, обучение, управление и т. д.), а не только промышленное производство. Формируется социотехническое проектирование, задачей которого является целенаправленное изменение социально-организационных структур.

Социотехническое проектирование существенно отличается не только от традиционной инженерной, но и системотехнической деятельности. Его цель и задача — не просто создание технического устройства, механизма, машин и т. п., а обеспечение их нормального функционирования в обществе. Здесь главное внимание должно уделяться не машинам, компьютерам, а человеку и его деятельности, ее социальным и психологическим аспектам, новой технике и технологии, что предполагает определенную гуманитарную диагностику и экспертизу. Так, например, дизайн, будучи комплексной междисциплинарной проектно-художественной деятельностью, интегрирует в себе элементы естественнонаучных, технических и социально-гуманитарных знаний, инженерного проектирования, конструирования и художественно-эстетического мышления. Главная цель дизайна — создание предметного мира, гуманистически и эстетически оцениваемого как «человеческий», «соразмерный», «гармоничный» и «целостный»; здесь дизайнер выполняет сразу несколько профессиональных функций:

• • выступает как исследователь, действует в соответствии с нормами научно-технической деятельности;
• • выполняет функцию инженера-проектировщика и методиста, рассматривает продукт своей деятельности как проект;
• • является художником, который наследует и эстетически преобразует достижения предшествующей художественной культуры с целью создания нового произведения искусства.

Эта многоликость ролей дизайнера фактически стирает грани между исследованием и проектированием, получением знаний и их использованием.

Если рассмотреть основные проблемы соииотехнического проектирования на примере градостроительного, то там особенно остро стоит проблема внедрения, когда отдельные стадии реализации проектов уточняются на основе опыта функционирования уже выполненных на предыдущих стадиях блоков проектируемой системы. В связи с этим возникает сложная проблема организации и реорганизации самой проектной деятельности, процесса (точнее, цикла) проектирования. Данную функцию выполняет методология проектирования, которая обеспечивает связь проектирования с другими сферами (например, производством и потреблением), учитывая динамику каждой из этих сфер.

В градостроительном проектировании жизненное пространство района или квартала, людские потоки и размещение элементов бытового обслуживания остаются вне поля зрения заказчика в момент сдачи объекта в эксплуатацию. Перед ним предстает лишь совокупность зданий, асфальтированных дорог и т. д., и весь этот комплекс должен отвечать более или менее четким техническим и эстетическим требованиям. Однако это не означает, что последние требования существуют в реальности, а первые — нет. Напротив, недочеты авторов проекта самым непосредственным образом ощущаются жителями, влияют на их работоспособность и самочувствие. Здесь вступают в силу социальные и психологические аспекты, не регистрируемые сточки зрения инженерной позиции, которая была основана лишь на естественнонаучных знаниях и представлениях. Поэтому представители современных научно-технических дисциплин ищут опору в общем системном подходе, из которого они черпают основные понятия и представления. Но чаше всего инженерно-технические специалисты не находят готовых интеллектуальных средств в достаточно разработанном виде и сами вынуждены становиться методологами определенного (конкретно-научного) уровня, достраивая недостающие теоретические схемы своей дисциплины.

Социотехническое проектирование — это проектирование без прототипов, и оно ориентировано на реализацию идеалов, формирующихся в теоретической сфере или в культуре в целом. Его можно охарактеризовать как особое проектное движение, состоящее из различных видов деятельности: производственной, эксплуатационной, традиционного проектирования и др. Проектирование тесно переплетается с планированием, управлением, программированием, прогнозированием и организационной деятельностью. Однако хоть сфера проектирования включает в себя деятельность многих видов, она оставляет на первом плане конструктивные задачи, подчиняя им все остальные.

Социотехническая установка социального проектирования оказывает заметное влияние на все виды инженерной деятельности, ведет к признанию необходимости социальной, гуманистической, эстетической оценки техники, что существенно повышает меру социальной ответственности инженера за результаты своего труда и их последствия.

Следует отметить, что современная тенденция совершенствования заключается в его автоматизации. В настоящее время процесс проектирования не сводится просто к подготовке проектной документации — имеет место комплексное системное проектирование, которое включает в себя сферы познания объектов, социальной потребности в них, оценки их реализуемости и оценки последствий введения их в эксплуатацию. Только такой системный методологический анализ процесса проектирования, предполагающий междисциплинарный подход, способен стать успешным введением в автоматизацию проектирования и сделать такое проектирование эффективным.