Каковы же условия применения в технических науках математических аппаратов? Прежде всего для этого необходимо вводить идеальные объекты технических наук в онтологию, соответствующего математического языка, т.е. представлять их как состоящие из элементов, отношений и операций, характерных для объектов интересующей инженера математики. Но, как правило, идеальные объекты технической науки существенно отличались от объектов выбранного математического аппарата. Поэтому начинается длительный процесс дальнейшей схематизации инженерных объектов и онтологизации, заканчивающийся построением таких новых идеальных объектов технической науки, которые уже могут быть введены в онтологию определенной математики. С этого момента инженер-исследователь получает возможность: а) успешно решать задачи синтеза-анализа, б) исследовать всю изучаемую область инженерных объектов на предмет теоретически возможных случаев, в) выйти к теории идеальных инженерных устройств (например, теории идеальной паровой машины, теории механизмов, теории радиотехнического устройства и т.д.). Теория идеального инженерного устройства представляет собой построение и описание (анализ) модели инженерных объектов определенного класса (мы их назвали однородными), выполненную, так сказать, на языке идеальных объектов соответствующей технической теории. Идеальное устройство – это конструкция, которую исследователь создает из элементов и отношений идеальных объектов технической науки, но которая является именно моделью инженерных объектов определенного класса, поскольку имитирует основные процессы и конструктивные образования этих инженерных устройств. Другими словами, в технической науке появляются не просто самостоятельные идеальные объекты, но и самостоятельные объекты изучения квазиприродного характера. Построение подобных конструкций-моделей существенно облегчает инженерную деятельность, поскольку инженер-исследователь может теперь анализировать и изучать основные процессы и условия, определяющие работу создаваемого им инженерного объекта (в частности, и собственно идеальные случаи).
Итог развития технической науки классического типа, в частности, на материале математизированной теории механизмов, созданной В.Л.Ассуром, В.B.Добровольским, И.И.Артоболевским, может быть резюмирован следующим образом [29]. Каждый механизм стал рассматриваться как кинематическая цепь, состоящая из одного или нескольких замкнутых контуров и нескольких незамкнутых цепей, служащих для присоединения звеньев контура к основным звеньям механизма. В теории механизмов появилась возможность получать новые конструктивные схемы механизмов дедуктивным способом. Анализ механизма начинается с разработки на основе его структурной схемы, фиксирующей конструктивные элементы, определенной кинематической схемы. Последняя позволяет исследовать естественный процесс – движение элементов, пар, цепей и отдельных точек. Для решения этой задачи используются так называемые "планы" механизма, т.е. схематические его изображения в каком-либо положении. На их основе составляются системы уравнений, устанавливающие математические зависимости между перемещениями, скоростями и ускорениями звеньев механизма. С помощью графических и аналитических методов расчета определяется положение каждого звена, перемещение точек звеньев, углы поворота, мгновенные скорости и ускорения точек и звеньев по заданному закону движения начального звена. Для расчета сложных механизмов осуществляются их эквивалентные преобразования в более простые схемы. Принципиальные выводы данной технической теории являются следующими: законы структурного образования становятся общими для всех механизмов; анализ общих законов структуры механизмов позволяет установить все возможные семейства и роды механизмов, а также создать их единую общую классификацию; структурный и кинематический анализ механизмов одного и того же семейства и класса может быть проведен аналогичным методом; метод структурного анализа дает возможность обнаружить громадное число новых механизмов, до сих пор не применяющихся в технике [29, с. 159-160]. Таким образом, можно считать, что была построена математизированная теория механизмов. Она оказалась действенным инструментом в руках конструкторов. Доказательством универсальности данной технической теории и выводов из нее служит инженерная практика.
Если теперь кратко суммировать рассмотренный этап формирования технических наук классического типа, то можно отметить следующее. Стимулом для возникновения технических наук является появление в результате развития промышленного производства областей однородных инженерных объектов и применение в ходе изобретений, конструирования и расчетов знаний естественных наук. Процессы сведения, онтологизации и математизации определяют формирование первых идеальных объектов и теоретических знаний технической науки, создание первых технических теорий. Стремление применять не отдельные математические знания, а целиком определенные математики, исследовать однородные области инженерных объектов, создавать инженерные устройства, так сказать, впрок приводит к следующему этапу формирования. Создаются новые идеальные объекты технических наук, которые уже можно вводить в математическую онтологию; на их основе разворачиваются системы технических знаний и, наконец, создается теория "идеального инженерного устройства". Последнее означает появление в технических науках специфического квазиприродного объекта изучения, т.е. техническая наука окончательно становится самостоятельной.
Последний этап формирования технической науки связан с сознательной организацией и построением теории этой науки. Распространяя на технические науки логические принципы научности, выработанные философией и методологией наук, исследователи выделяют в технических науках исходные принципы и знания (эквивалент законов и исходных положений фундаментальной науки), выводят из них вторичные знания и положения, организуют все знания в систему. Однако в отличие от естественной науки в техническую науку включаются также расчеты, описания технических устройств, методические предписания. Ориентация представителей технической науки на инженерию заставляет их указывать "контекст", в котором могут быть использованы положения технической науки. Расчеты, описания технических устройств, методические предписания как раз и определяют этот контекст.
Формирование и особенности проектирования
Исторически проектирование возникает внутри сферы "изготовления" (домостроения, кораблестроения, изготовления машин, градостроения и т.д.) как момент, связанный с изображением на чертежах и при построении расчетов, а также на макетах, компьютерах и т.д. внешнего вида, строения и функционирования будущего изделия (дома, корабля, машины). По мере развития и совершенствования деятельности изготовления семиотическая и мыслительная деятельность, опирающаяся на чертежи и расчеты, все более усложнялась; она начала выполнять следующие функции: организация деятельности изготовления, представление отдельных планов и частей изготовляемого изделия, увязка на чертеже различных требований к изделию, репрезентация вариантов его решения, оценка и выбор лучших решений и другие. На этом этапе все эти функции формировались внутри деятельности изготовления и практически не осознавались как самостоятельные.
Проектирование становится самостоятельной сферой деятельности, когда происходит разделение труда между архитектором (конструктором, расчетчиком, чертежником) и собственно изготовителем (строителем, машиностроителем); первые начинают отвечать за семиотическую и интеллектуальную часть работы (конструктивные идеи, чертежи, расчеты), а вторые – за создание материальной части (изготовление по чертежам изделия).
Если раньше чертежная и расчетная деятельности непрерывно соотносились с изготавливаемым и эксплуатируемым образцом, который позволял корректировать чертежи и расчеты, то на данной ступени формирования эти деятельности строятся исходя из самостоятельных принципов и знаний (в которых естественно отразились отношения, установленные ранее в чертежно-расчетной деятельности и деятельности изготовления). Складывается собственно деятельность и реальность проектирования, для которой характерен ряд моментов.
1. Принципиальное разделение труда между проектированием и изготовлением. Проектировщик обязан разработать (спроектировать) изделие полностью, решив все вопросы его внешнего вида, строения и изготовления, увязав при этом разнообразные требования к объекту. Изготовитель по проекту создает изделие в материале, не тратя времени и сил на те вопросы, за которые отвечает проектировщик.
2. Проектировщик разрабатывает все изделие в семиотическом плане, используя чертежи, расчеты и другие знаковые средства (макеты, графики, фото и т.п.). Его обращение к объекту (прототипу или создающемуся объекту) может быть только эпизодическим и опосредованным (т.е. опять-таки выведенным на уровень знаний, чертежей, расчетов).
3. Для проектирования характерны определенная "логика" и определенные возможности, недостижимые вне этой деятельности. Так проектировщик может совмещать и примерять противоположные или несовпадающие требования к объекту; разрабатывать отдельные планы и подсистемы объекта, не обращаясь определенное время к другим планам и подсистемам; описывать независимо друг от друга вид, функции, функционирование и строение объекта и затем совмещать их; разрабатывать (решать) различные варианты объекта (изделия) и его подсистем, сравнивать эти варианты; "вносить в объект" свои ценности. Разрабатывая изделие, проектировщик строит своеобразные "семиотические модели", причем модели проектируемого объекта, полученные на предыдущих этапах (их условно можно назвать "абстрактными"), используются как средства при построении моделей, строящихся на последующих этапах проектирования (т.е. "конкретных" моделей).