Итак, классическая инженерная деятельность включала в себя изобретательство, конструирование и организацию изготовления (производства) технических систем, а также инженерные исследования и проектирование.
Путем изобретательской деятельности на основании научных знаний и технических изобретений заново создаются новые принципы действия, способы реализации этих принципов, конструкции технических систем или отдельных их компонентов. Она «производит особый продукт, объективированный в виде патентов, авторских свидетельств, изобретений и т.д.; используемых в качестве исходного материала при конструировании и изготовлении технических систем. Образцы такой деятельности демонстрировали многие ученые-естествоиспытатели при проведении экспериментов (Гук изобрел микроскоп; Герц - аппаратуру для регистрации и получения электромагнитных волн; Гюйгенс - конструкцию часов, осуществлявшей движение центра тяжести маятника по циклоиде; Ньютон - телескоп новой конструкции; Эйнштейн - один из изобретателей магниодинамического насоса для перекачки жидких металлов, холодильных машин, гигроскопических компасов, автоматической фотокамеры, электромеров, слухового аппарата и т.п.). Однако для многих инженеров изобретательство было не побочной, а основной или даже единственной деятельностью.
В условиях развитой технической науки изобретение основывается на тщательных инженерных исследованиях и сопровождается ими, возникает и необходимость его специальной проектно-конструкторской подготовки.
Конструирование представляет собой разработку конструкции технической системы, которая затем материализуется в процессе ее изготовления на производстве. Конструкция - это связанные стандартные элементы, выпускаемые промышленностью или изобретенные заново, она является общей для 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 заключаются в организации производства класса изделий (например, организация электротехнической промышленности) и разработке технологии изготовления определенной конструкции технической системе. Нередко крупные инженеры сочетают эти три функции в своей деятельности, но в целом эти функции в современном производстве разделены.
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.
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. Постепенно в естественных науках формируются особые разделы, специально ориентированные на обслуживание инженерной практики, появляются специалисты в области прикладных исследований и технических наук, задача которых - обслуживание инженерной деятельности. Технические науки и соответствующие им сферы инженерной деятельности не тождественны.
В технических науках развиты особые теоретические принципы, построены специфические идеальные объекты, введены новые научные законы, разработан оригинальный математический и понятийный аппарат. В них, наряду с доказательством теорем и построением теоретических систем, важное место занимают описания расчетов и приборов и различные методические рекомендации. Специфика технической науки - в использовании ее результатов для конструирования технических систем, эти результаты, как правило, опосредствованы инженерными исследованиями.
Проектирование как особый вид инженерной деятельности формируется в начале XX века 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-техническими расчетами на чертеже основных параметров будущей технической системы, ее предварительным исследованием. «Внутреннее» проектирование связано с созданием рабочих чертежей (технического и рабочего проектов), служащих основными документами для изготовления технического изделия на производстве; «внешнее» - на проработку общей идеи технической системы, ее исследование.
Для проектировочной деятельности исходным является социальный заказ (потребность в создании определенных объектов), ее продукт выражается в особой знаковой форме: в виде текстов, чертежей, графиков, расчетов, моделей в памяти ЭВМ. 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.
Специализация в инженерной деятельности привела к необходимости ее теоретического описания в целях обучения и для осуществления автоматизации процесса проектирования и конструирования. Обособление проектирования во второй половине XX века привело к кризису традиционного инженерного мышления, ориентированного на приложение знаний лишь естественных и технических наук и создание относительно простых технических систем. Изменился не только объект инженерной деятельности (им становится человеко-машинная система, вместо машины, устройства), но и сама она превратилась в сложную, требующую организации и управления (то есть нарастал процесс интеграции инженерной деятельности). Для осуществления интеграции потребовались особые специалисты - инженеры-системотехники.
Системотехническая деятельность включает в себя различные виды инженерных разработок и научных исследований, осуществляется различными группами специалистов, занимающихся разработкой отдельных подсистем (в нее вовлечены многие отраслевые и академические институты), кроме того, для ее реализации требуется группа особых специалистов - координаторов (главный конструктор, руководитель темы, главный специалист проекта, руководитель научно-тематического отдела). Подготовка таких специалистов требует осмысления методов описания самой системотехнической деятельности, среди которых можно выделить три основных:
1) членение системотехнической деятельности по объекту (этапы разработки системы);
2) описание, последовательности фаз и операций системотехнической деятельности;
3) анализ ее с точки зрения кооперации работ специалистов. Членение системотехнической деятельности по объекту связано с последовательной конкретизацией моделей сложной технической системы. Системотехническая деятельность может рассматриваться как процесс синтеза функциональной модели системы и ее преобразования в структурную модель (или ее реализации). Каждый этап выражается определенными средствами символического и графического представления системы. Функциональная модель воспроизводит протекание в реальной системе субстанции (например, информации), в этой роли могут использоваться алгебраические модели. Структурные модели делятся на диаграммы протекания субстанции (показывающие последовательность операций) и блок-схемы (в них даны формы субстанции на входах одного и выходах другого элемента). При членении системотехнической деятельности в соответствии со структурой технической системы обычно выделяют следующие ее этапы: макропроектирование (внешнее), микропроектирование (внутреннее) и проектирование окружающей среды, связанное с формулировкой целей системы; разбивка системы на подсистемы (т.е. разделение и распределение функций); проектирование подсистем; изучение их взаимодействия и интеграция системы.
Второй способ описания системотехнической деятельности состоит в выделении в ней последовательности фаз, а в них - цепи действий или обобщенных операций, что соответствует разбивке деятельности с точки зрения временной организации работ, параллельной и последовательной связи между ними; он используется для синхронной организации и установления алгоритма разработки системы, а также для автоматизации проектирования. Обычно системотехническая деятельность распадается на следующие шесть фаз: 1) подготовка технического задания (аванпроекта), предпроектная стадия; 2) разработка эскизного проекта; 3) изготовление; 4) внедрение; 5) эксплуатация; 6) оценка. Иногда добавляется еще одна фаза - «ликвидация». На каждой фазе выполняется одинаковая последовательность обобщенных операций: анализ проблемной ситуации: синтез решений; оценка и выбор альтернатив; моделирование; корректировка и реализация решения.