техническое и теоретическое знания

___Главный специалист по теории философского познания науки и техники нашей компании «ТехноИнжениринг.РФ» пишет для повышения квалификации инженеров-теоретиков: 
___Всегда техническое и теоретическое знания взаимосвязывались лишь на основе аристотелевских категорий. В интерпретации своих открытий практики-экспериментаторы еще должны были обращаться к «естественному месту» тел и к телеологическим силам их движения. Единство техники и науки практиковалось в экспериментальном исследовании, но его теоретическая интерпретация была недостаточно последовательной. Только в новой физике Галилея возможно представить себе физические (естественные) движения как технические (искусственные) движения, и наоборот.
___Декартовская механистическая философия реализовала это единство, хотя его теории в физике и биологии были рациональными конструкциями, а не объяснительными структурами, в основе которых лежал эксперимент. Декартовская модель природы была технической моделью — изменение движения вызывалось исключительно толчком, притяжением и давлением; то есть он объяснял естественное искусственным движением, предполагающим сохранение постоянного количества движения. Таким образом, силы, которые известны как действующие в механических устройствах, являются, как утверждалось, единственно возможными силами, существующими в природе. Но даже если отвлечься от его собственных трудностей, данный аргумент дает лишь половинчатый ответ. Чтобы объяснить природу исходя из принципов технической механики, необходимо, чтобы механика была объяснена исходя из природы.
___Если механика, как предполагается, является не только имитационной моделью природы, но также ее реальным представлением, тогда механические силы должны быть выведены из некоторых универсальных принципов движения как таковых. Ньютоновская теория движения и силы весьма успешно сформулировала этот общий базис науки и техники. Тем не менее сравнение этой научной механики с технической механикой так называемых пяти простых машин — колесо с осью, рычаг, блок, клин и винт — показывает, что, хотя ньютоновская механика объясняет функционирование этих машин, сами эти машины — недавние фигуры в ней. Математический вывод из ньютоновских принципов влечет за собой нетривиальные процессы интеграции. По этой причине инженеры продолжали работу с «уже интегрированными» простыми машинами. Эта связь основывается также на более поздних областях исследования, возникших в рамках механистического подхода, как, например, было в случае с электротехникой и максвелловской электромагнитной теорией света. Техническое исследование и использование конденсаторов, сопротивлений, электронных ламп и т.п. было в целом независимым от их теоретических основ. Однако, хотя механистические теории не ведут к полезным применениям, их формирование было ориентировано на объяснение технических проблем, подобных кручению, эластичности и сопротивлению жидкости. Кроме того, многие из ранних теорий современной науки возникали как теории специальных инструментов. Это справедливо для пневматики в связи с теорией насоса и барометра, для физической оптики в связи с теорией микроскопа и телескопа и для термодинамики в связи с теорией парового двигателя. Теории, объясняющие инструменты, давали возможность отличать случайные ограничения работы инструментов и их эффективности от систематических. Это отличие является затем во многих случаях условием для экономичного использования техники или для конструирования технических альтернатив.
___Предложения науки производству. Развитие техники внутри науки в конце XVII и в XVIII веке состояло в совершенствовании приборов и процедур и в их теоретическом объяснении. Эта «сциентификация» техники не была непосредственно связана со сферой производства, не существовало также и значительной потребности в научной технологии на производстве.
___Однако ввиду бурного хозяйственного развития после промышленной революции в XIX столетии наука и производственная техника опять пришли в тесное соприкосновение. С увеличением экономических возможностей для технических изобретений технические достижения внутри науки обрели первостепенную важность для промышленности. К тому же ученые начали разработку экономичной технологии, и экспериментальные открытия не были больше направлены исключительно на такие цели, как конструирование идеальной закономерности, идентификация элементарных компонент или проверка фундаментальных принципов.
___В XIX веке предложения науки производству состояли первоначально из синтетических процедур и приборов, сначала разработанных для научных целей. Иллюстрацией может служить изобретение телеграфа. Оно основывалось на научных процедурах и приборах, которые не создавались по образцу ремесленной техники, но вели к эффектам, которые невозможно было произвести исходя из практической технической стратегии.
___В 1820 г. датский профессор физики Христиан Эрстед открыл магнитный эффект токов. Технический потенциал этого открытия для передачи сигналов был понят немедленно, и роль ученых в разработке электромагнитного телеграфа была значительной. Вклад в решение этой проблемы был сделан Шиллингом, русским статским советником, и физиками Генри (Принстон), Якоби (Петербург), Гауссом и Вебером (Гёттинген). В 1837 г. Кук и Уинстон построили первый телеграф, который был введен в действие на железной дороге между Лондоном и Бирмингемом. Сам Кук не имел научного образования. Он зарабатывал на жизнь продажей самодельных анатомических моделей. Когда он начал свою работу над телеграфом, то столкнулся с электромагнитными проблемами и, чтобы решить их, соединил силы с Уинстоном, который был тогда профессором Королевского колледжа в Лондоне. Электрическая телеграфия была сначала обширной серией новых видов техники, являющихся результатом непосредственного использования принципов и научных открытий в области электричества. Другими примерами этого рода были беспроволочный телеграф Маркони, который вышел из результатов работ Максвелла и Герца , и телефон Белла, разработанный не только в развитие оснований электромагнитной индукции, сформулированных Эрстедом, Ленцом и Фарадеем, но также исходя из фундаментальных исследований Гельмгольцем физиологической акустики. Во всех этих случаях наука уже приобрела роль поставщика производству.
___Ориентация техники на науку. До сих пор мы анализировали ориентацию на технику, присущую развитию теоретических наук. Мы будем теперь исследовать тенденции согласования науки и техники, которые питались прогрессом в технике, не связанной с научными целями. Технический прогресс, первостепенный для научной революции, развивался без помощи научных теорий и без сколько-нибудь значительного переноса экспериментальных результатов из академической или университетской науки. Это верно для первых сберегающих труд машин (ткацкий станок), силовых двигателей (усовершенствованный двигатель), транспорта (локомотив) и металлургии (литая сталь).
___Взаимоотношения между наукой и техникой были видимы только в их частично совпадающих методах исследования. Экспериментальное варьирование, измерение и квантификация и геометрическое описание становятся процедурами, которые способствуют развитию техники. Многие достижения промышленной революции после 1750 г. происходят из такого методологического развития техники. С другой стороны, при абсолютизме государственное регулирование и контроль над производством тормозили нововведения и, соответственно, замедляли темпы технического прогресса в том, что касалось разработки специальных научных приборов. Промышленная революция, вызванная несколькими нововведениями ключевого значения, в свою очередь создала новые стимулы для технического исследования, как и спрос на научное знание и методы в технике.
___Следующие четыре пункта показывают растущую потребность промышленности в технической помощи, которая вызвала обращение техники к науке:
—1.) Дополнительное сырье. Во многих отраслях дефицит сырья ограничивал развитие промышленности. Наличие селитры, соды и стали определяло объем связанной с техникой продукции в химической промышленности и машиностроении. Были сделаны усилия, чтобы преодолеть эти ограничения с помощью научного анализа, часто через попытки синтетического производства соответствующего сырья.
—2.) Возрастающая эффективность. Низкая эффективность может сделать технику экономически бесполезной. Так, первая паровая машина Ньюкомена из-за потребления огромного количества угля могла быть использована только в области горного дела. То же самое можно сказать и о паровозах, используемых в начале XIX века, которые имели скорость несколько километров в час и, таким образом, не могли быть использованы для иных целей, нежели для перевозок в горном деле. Оптимизация эффективности парового двигателя стала задачей науки. Карно, французский инженер и физик, теоретически установил принцип теплового двигателя и определил максимум эффективности, достижимой в каждом случае.
—3.) Повышение критических порядков технических величин. Увеличение в размерах, массе, давлении, температуре и т. п. технических процедур вело главным образом к нелинейным изменениям в стабильности условий, в качестве материалов и в способах функционирования, которые невозможно было больше получать на базе существующей техники.
—4.) Большая точность технических процедур. Точность включает в себя гарантию чистоты продуктов и материалов (так, наличие чистых дрожжей для соответствующей ферментации было главной проблемой пивоваренной техники), точности и постоянства величины и качества материала частей машин и, наконец, точного контроля промышленных процессов и коррекции искажающих факторов.
___Эти проблемы не всегда разрешимы через постепенные улучшения существующих процедур. Замена естественных удобрений химическими, разработка специального конденсатора для парового двигателя, замена рабочего колеса турбиной в гидроэнергетике и т. п. часто начинаются с применения иных принципов, чем те, которые лежат в основании установленных процедур. Если социальные условия являются неизменными, ограничения улучшения традиционной техники часто ставят пределы техническому прогрессу как таковому. Технический прогресс выдыхается, сводясь к медленному улучшению уже известных принципов, как было с водяным колесом и ветряной мельницей. Только динамичные социальные условия оказывают стимулирующее воздействие и порождают спрос на науку.
___Чтобы вывести технику за пределы этих ограничений, научный анализ хотя бы в конечном счете определяет лучшую стратегию. С одной стороны, теория дает технические принципы, которые не могут быть открыты на основе экстраполяции известных процессов. Теория может играть роль эвристики в изобретении. С другой стороны, научное исследование может открыть «черный ящик» функциональных взаимосвязей подчинением факторов, вовлеченных в причинный и элементный анализ. В этом случае становятся определимыми и теоретический оптимум технического процесса, и ограничительные условия применяемых материалов и процедур. Таким образом, теория дает технические прогнозы в некоторых случаях даже для нелинейных модификаций, к которым метод проб и ошибок неприменим.
___Два примера могут проиллюстрировать, как научный анализ служит решению проблем технического прогресса. Первый пример — улучшение производства стали с помощью базисного процесса Джилкриста — Томаса (1871 — 1879), изобретенного двоюродными братьями Перси Джилкристом и Сиднеем Джилкристом Томасом. В 1856 г. бессемеровский конвертер открыл решительный технический прорыв к более дешевому и быстрому производству стали. Бессемеровский процесс, однако, был не в состоянии удалить фосфор, который содержало большинство английских и европейских руд. За проблему изготовления стали из фосфорных руд энергично взялся Томас. Он работал в качестве младшего клерка полицейского суда в лондонских доках и продолжал свое обучение в Бэрбэк-колледже (своеобразном «открытом университете» для ремесленников и служащих) вечерами, сосредоточившись на химии. Он читал научную и техническую литературу и после четырех лет научного анализа и экспериментирования нашел решение проблемы путем поглощения окисленного фосфора и фосфорной кислоты в основной обкладке, сделанной из магниевого известняка.
___Вторым является пример «законов конструирования локомотивов» Фердинанда Редтенбахера (1855). Создание локомотива и разработка конструкторских проблем, связанные первоначально с именем Роберта Стефенсона, который заверял, что вес двигателя распределяется в равной степени на все колеса, так что они не должны были бы вертеться, и разработал непосредственный привод между цилиндрическим поршнем и приводящими колесами, не были результатом сколько-нибудь заметного содействия со стороны науки. Во введении в свои «законы» Редтенбахер заявил, что практика «с ее здоровыми инстинктами и восприятиями» достигла почти полного совершенства. Как и в отношении других видов конструкторской инженерной техники, все, что оставалось делать науке,— это имеющимися теоретическими объяснениями следовать за технической динамикой. Но был пункт, где создание локомотивов было связано с наукой, а именно в проблеме устойчивости локомотивов при высокой скорости. Несбалансированные взаимные веса поршней, ползунов, шатунов, которые первоначально ставились, чтобы сводить на нет лишь прямые продольные силы, на высоких скоростях вели к опасным вибрациям, которые могли привести к аварии и сбросить локомотив с путей. Инженеры пытались смягчить проблему с помощью более равномерного распределения веса на локомотивах (например, перемещением цилиндров назад), но было трудно спроектировать размеры и положение взаимоуравновешивающихся тяжестей. Редтенбахер, который был профессором Политехнической школы в Карлсруэ и одним из основателей научного конструирования, предпринял попытку дать фундаментальное решение этой проблемы с помощью теории нарушающих эффектов для курьерских локомотивов. Он определил различные формы нарушающих эффектов — движение резким толчком, качание, капотирование, раскачивание, вздымание — и сил, являющихся их причинами. Он разработал систему дифференциальных уравнений, определяющих эти движения, и изложил методы их решения, а далее определил и условия и ограничивающие факторы для устранения нарушающих эффектов дисбаланса взаимоуравновешивающихся тяжестей. Нет уверенности в том, стали ли формулы Редтенбахера пригодными для практики. Возможно, лишь теория баланса Ле Шателье (1849), который был более тесно связан с созданием локомотивов, чем Редтенбахер, действительно нашла применение. Тем не менее именно теория нарушающих эффектов окончательно разрешила проблему динамического уравновешивания, сделав возможным предсказывать с определенной уверенностью результаты вышеупомянутых эффектов. Эта теория даже сегодня является существенным элементом локомотивостроения.
___ 
___________________________________________
P.S.
___Уважаемый читатель!!! Уверен, что эта интересная информация будет очень полезна для Вас, избавив от множества проблем в повседневной жизни. В знак благодарности, прошу Вас поощрить скромного автора незначительной суммой денег.
___Конечно, Вы можете этого и не делать. В то же время подмечено, что в жизни есть баланс. Если сделать кому-то добро, то оно вернётся к Вам через определённое время в несколько большем количестве. А если сделать человеку зло, то оно возвращается в очень скором времени и значительно большим.
___Предлагаю сделать свой посильный вклад (сумму можно менять):
___
____________________________________________
:::
You can leave a response, or trackback from your own site.

Leave a Reply