Инженерная деятельность. 3

Введение

В XVI-XVII вв. идеи инженерии и развития техники на основе инженерной деятельности были всего лишь замыслом и воплощались в отдельных практических образцах. Но по мере развития новой науки и инженерии, а в XIX-XX вв. - индустриального производства, целиком опирающегося на инженерию и проектирование, - облик нового технического мира становится все более ощутимым.

Среди источников, определяющих функционирование и развитие техники, важное место занимает научно-инженерная картина мира, сложившаяся в конце XIX - начале XX в. Картина мира представляет собой образ той действительности, из которой исходит специалист. Существует природа, мыслимая в виде бесконечных процессов, энергий. Ученые описывают в естественных науках законы природы и строят соответствующие теории. Опираясь на эти законы и теории, инженер изобретает, конструирует, проектирует инженерные изделия (машины, механизмы, сооружения). Массовое производство, опираясь на инженерию, производит вещи, продукты, необходимые человеку и обществу. В начале этого цикла стоят ученый и инженер - творцы вещей, в конце - их потребители. В соответствии с традиционной научно-инженерной картиной мира считается, что познание и инженерная деятельность не влияют на природу, из законов которой инженер исходит, что техника как результат инженерной деятельности не влияет на человека, поскольку является созданным им средством, что потребности естественно растут, расширяются и всегда могут быть удовлетворены научно-инженерным путем.

Эффективность инженерной деятельности проявилась при создании как отдельных  инженерных изделий, так и более  сложных технических систем. Если Гюйгенс сумел создать инженерным способом часы, то сегодня таким  способом создаются здания, самолеты, автомобили и бесконечное количество других необходимых человеку вещей. По сути, самолет есть сложная техническая система, но еще сложнее АЭС, ускорители или космические комплексы. Во всех этих случаях инженерный подход к решению проблем демонстрирует свою эффективность. Инженер должен уметь нечто такое, что нельзя выразить одним словом «знает», он должен

 обладать еще и особым  типом мышления, отличающимся и  от обыденного и от научного. Инженер, особенно сейчас, обязан быть всесторонне образованным, высококультурным человеком, имеющим передовое научное мировоззрение. Без этого невозможна реализация его основной цели - быть проводником прогрессивных научных идей, без этого невозможно его нравственное отношение к технике и работающим с ней людям.

1. История возникновения профессии инженер 

1. Техническая деятельность в эпоху Древнего мира и античности.

Что означает слово «техника»? Как и когда возникло слово  «инженер» и сама инженерная деятельность как профессия? Чем отличаются техническая  и инженерная деятельности?

Слово «техника» (греч. и  лат. tehne- искусство, мастерство) имеет  несколько значений. Оно может  быть истолковано как мастерство, умение, сноровка, т.е. как система  определенных навыков, выработанная для  любого применения. В более узком смысле техникой называют орудия труда, с помощью которых человек оказывает воздействие на природу (изготовление разнообразных предметов, процессов и явлений). Техника рассматривается как специфическая человеческая деятельность - техническая деятельность, посредством которой человек выходит за пределы ограничений, налагаемых его собственной природой. Техника - это также система технических знаний, включающая в себя не только научные, но и различные конструктивные, технологические и другие подобные знания, выработанные в ходе технической практики (технологии). Современная техника тесно связана с наукой.

Родственным слову «техника»  считается слово «инженер». Оно  произошло от латинского корня ingeniare. Что означает «творить», «создавать», «внедрять». Слово «ingenious» было впервые применено к некоторым военным машинам во II в. Человек, который мог создавать такие хитроумные устройства, стал называться - ингениатор (изобретатель), также и слово «механик» в первом своем значении применялось к умельцу, создателю машин.

Инженерная деятельность вначале носила военный характер, т.к. инженер руководил созданием  военных машин и фортификационных сооружений. Таким инженером был, например, Леонардо да Винчи. До этого  времени инженер и архитектор практически не различались - это  тот, кто 

руководит созданием сложных  искусственных сооружений.

В XIX в. с развитием машинного  производства появились многочисленные инженеры-механики. В ХХ в. инженерия разделилась на множество групп и подгрупп: физическая (электрическая, оптическая, механическая и т.д.), химическая, биохимическая инженерия, информационная и вычислительная техника представляют собой лишь некоторые ее разделы. Но они имеют характерную черту: инженер - это не тот, кто действительно делает искусственный объект, а тот, кто управляет процессом его создания, планирует или проектирует сложную техническую систему.

Инженерная  деятельность выделилась на определенном этапе развития общества из технической деятельности, которая присуща человеческому обществу на самых ранних его стадиях и связана с изготовлением орудий труда. Она возникает тогда, когда изготовление орудий уже не может основываться только на традиции, ловкости рук, смекалке, а требует ориентации на науку, целенаправленное использование для этого научных знаний и методов. Теперь именно инженерная деятельность занимает промежуточное место между исполнительской технической деятельностью и наукой.

Предыстория инженерной деятельности разворачивается в недрах технической  деятельности длительного периода  ремесленного творчества (первобытного, античного рабовладельческого, средневекового феодального обществ). Но только в  условиях раннего капиталистического общества создаются условия для  того, чтобы она постепенно стала  особой профессией, имеющую ориентацию на научную картину мира и целенаправленное применение в технической практике научных знаний.

В древности не было сознательной ориентации техников на науку вплоть до эпохи Возрождения. Тем более  не было и не могло быть профессиональной организации инженеров. Современная  культура, начиная с эпохи Возрождения, ориентированна на создание, изобретение  нового, на научно-технический прогресс.

Выделившись из природы, человек  создал вокруг себя «искусственный мир», «вторую природу», без которой  немыслимо существование современной  цивилизации. И все это было бы невозможно без знания, без науки. Именно на пересечении знания, науки  и практики возникла профессия инженера.

Современный человек склонен  оценивать явления далекого прошлого с точки зрения сегодняшнего дня. И с этой точки уже у древних  вавилонян можно найти зачатки  дифференциального исчисления, а  в древнем Египте - инженеров. Знания вавилонян об окружающем их мире были созданы практической необходимостью. Многие из этих знаний так и остались в области чистой практики и передавались из поколения к поколению только устно (например, как большинство ремесленных приемов, навыков и рецептов). Нет данных о том, что древние строители занимались техническими расчетами. И хотя человечество до сих пор удивляется красоте и грандиозности египетских пирамид, вряд ли можно назвать создателя первой из них инженером в современном смысле этого слова.

Создание пирамид основывалось на традиции, в течение многих веков  выработанной культовым зодчеством. Планировка часто осуществлялась по определенному древнему образцу - канону. Поэтому в культовых зданиях  этой эпохи прослеживается связь  с определенными элементами подобных зданий более древних культур. Такая  преемственность облегчалась тем, что в храмовых архивах хранились  рукописи с описанием святилищ.

Американский философ  и историк техники Льюис Мемфорд  считает, что уже в этот период сложилось представление о машине, которое затем через иного  веков стало основой механистического мировоззрения и прообразом современных  состоящих из механистических элементом  машин. Но это была машина, которая  целиком слагалась из человеческих элементов, подчиненных выполнению единственной, грандиозной цели - например, созданию пирамиды.

Еще до возникновения современной  проектной культуры в культуре канонической можно предположить существование  некоторых пока неразвитых потенциальных  проектных функций. Эти функции  по отношению к технической ремесленной  деятельности древности выполняло  мифическое сознание. В древних мифах  о создании мира Вселенную «строят», «ткут», «лепят», «куют» - все это  в примитивном смысле отражает реальные процессы первобытного производства. И хотя в них еще нет какой-либо механической аналогии, но такое мифологическое видение с разнообразными природными объектами приучает первобытное  сознание к мыслительным операциям  еще до выполнения конкретных технических  действий, предварительной их имитации в идеальной мыслительной форме.

В период античности отношение  к мифу как к господствующей форме  общественного сознания начинает постепенно меняется. Из безусловного участника  реальности он превращается в художественный образ, способ выражения мысли и  чувств художника или поэта.

Научное познание в этот период отождествлялось с созерцанием  природы, всматриванием, вслушиванием в нее. Подлинная цель науки виделась в усмотрении истины в природе, а  всякое практическое действие с природными объектами рассматривалось как мешающее ему, затемняющее истину. В античности теоретическая и практическая деятельности были четко разграничены. Именно  в античной культуре были впервые сформулированы ценность и реальность чистой науки. Получение «знания ради знания» рассматривалось как высшая форма человеческой деятельности. Так сложилось противоречие теории и практики.

Но  это вовсе не значит, что античная философия и наука никак не были связаны с практическими нуждами общества. Так, Сократ, будучи сыном скульптора, имел также некоторое количество обще признанных работ в этой области. Философ Анаксимандр создал солнечные часы с устройством указывающим равноденствие и солнцестояние. Платону приписывают изобретение водяного будильника, который собирал ранним утром учеников академии на лекции и занятия. Даже в биографии первого древнегреческого философа Фалеса, одного из мудрецов, деятельность которого Платон и Аристотель ставили как образец «созерцательной жизни», имеется интересный факт. По свидетельству Диогена Лаэртского, желая показать силу знания, он однажды в предвидении большого урожая оливок снял в наем все маслодавильни и этим нажил много денег. А перевод войск Креза через реку Галис (при соответствии этого действительности) говорит о высокой квалификации Фалеса в чисто инженерных вопросах.

Архимеда соотечественники считали отрешенным от земных проблем  геометром-мудрецом. Такое представление  не совсем соответствует действительности. Архимед начал свою деятельность как механик и закончил ее как  механик, ведь даже в его математических произведениях механика является важным средством решения математических задач. К ранним механическим работам  Архимеда относится создание механической модели «небесной сферы», в которой  при помощи вращательного движения водяного двигателя, получались различные  вращения небесных светил. На ней также  демонстрировались солнечные и  лунные затмения. Его заслугой также  является усовершенствование машины для  поливки полей, более известной  сейчас под названием «винт Архимеда», при помощи которой можно было выкачивать из реки большие объемы воды с малой затратой сил.

Иногда удивительные достижения Архимеда  в практической области подвергаются сомнению. Например, сообщения древних авторов о том, как он один с помощью  механических приспособлений (системы блоков) сдвинул с места полностью груженый корабль, или легенда о сожжении им неприятельского флота с помощь зеркал.

Можно ли утверждать, учитывая заслуги Архимеда, что он был инженером? Ведь при всем этом он не считал эти  достижения для себя решающими и не стремился закрепить за собой их авторство. Как и другие античные философы и механики он следовал в своей деятельности идеалу построения научного знания. Работа Архимеда «О плавающих телах» построена строго в соответствии с научными нормами: выдвигаются аксиомы, на основе которых доказываются теоремы, при доказательстве которых используется знание предыдущих теорем. В этой работе не приведены описания практических моделей, наблюдений или опытов. Тем не менее, Архимед использовал практические знания о реальных жидкостях и телах, осуществляя действия схожие с постановкой современного опыта. Так широко известен ставший классикой случай с золотой короной царя Гиерона, когда великого геометра попросили определить количество золота, ушедшего на ее изготовление.

Архимед строго различает  доказательство определенного положения, проведенное математически (теоретическое  обоснование), и практическое усмотрение того же положения с помощью механических средств. По его собственному мнению, изучение при помощи механического  метода «еще не является доказательством: однако получить при помощи этого  метода некоторое предварительное  представление об исследуемом, а  затем и найти само доказательство гораздо удобнее, чем производить  изыскания, ничего не зная». Таким образом, механический метод рассматривается  Архимедом как вспомогательное  средство для решения некоторых  математических задач, но строгих доказательств  этот метод дать не может и поэтому  выносится им за пределы всякой науки.

Фактически сформулированное Архимедом основное уравнение плавучести нашло практическое применение только в XVII в. Тогда (в 1666 г.) английский корабельный  инженер А. Дин «предсказал» углубление корабля до спуска его на воду. Он был настолько уверен в своей  правоте, что приказал еще на стапеле  вырезать во внешней обшивке корпуса  отверстия пушечных портов, которые  после спуска корабля на воду возвышались  над ее поверхностью на расстоянии, которое было заранее вычислено  строителем.

Как видно на примере Архимеда, в период античности можно говорить лишь об отдельных «образцах» инженерной деятельности. Архимеда нельзя назвать  инженером в современном смысле этого слова. Архимед опередил свое время, и его потомки склоняют голову перед его светлым гением.

Сегодня кажется обычным  требовать от науки прикладных результатов. Да и сама современная наука без  технической практики просто не мыслима. Однако такое соотношение науки  и практики существовало не всегда.

Прикладные исследования, направленные на специальное исследование техники, по существу, отсутствовали, как  и многочисленные сегодня технические  науки. В них тогда просто не было необходимости. Кроме того, рабский  труд не способствовал развитию техники  и целенаправленному приложению к ней техники. Свободный же ремесленник  был заинтересован в высоком  качестве производимой им продукции. В  античности ремесленное производство - это прежде всего художественное производство. Оно не ориентировалось  на науку, хотя и использовало научные  знания. Различные механические изобретения  служили лишь демонстрацией мощи научного знания. Но повсеместного  применения в ремесленном производстве они не находили. Поэтому и не возникла в тот период профессиональная инженерная деятельность, без которой  немыслим современный инженер, а  сами изобретения зачастую служили  лишь украшением частных библиотек.

2. Техническая деятельность в Европе Х-XII в.

В это время в Европе зарождаются одни из первых профессиональных ремесленных структур - цехи. В момент своего зарождения цехи были прогрессивны. Они формировались как корпорации свободных ремесленников, занимающихся одним и тем же ремеслом. Каждый цех имел свой статут, в котором строго регламентировали тип и качество используемого материала, вид приспособлений и орудий труда, количество и качество выпускаемых изделий, поведение его членов и многое другое. При этом велся строгий надзор за выполнением предписаний этих статутов. Обычно статут начинался примерно так: «Тот кто хочет и знает ремесло может стать мастером с условием того, чтобы он работал согласно обычаям цеха, которые таковы: …». Далее следовал ряд запретов типа: «запрещается вырабатывать в неделю больше 110 кож», «переманивать друг у друга работников, предлагая им большее количество денег», «покупать больше сырья чем требуется без ведома старосты цеха» и т.д.

 Правила вступления  в цех были строго регламентированы: крупный денежный взнос, происхождение и др. Кроме того, необходимо было пройти испытание - теоретический экзамен и изготовить образцовое произведение, шедевр. К тому же переход из одного цеха в другой был затруднен, а часто просто невозможен. Строгая регламентация сопровождала каждого его члена от вступления в цех и до момента смерти.

Будучи в момент зарождения прогрессивными, постепенно цехи стали тормозом в развитии технической деятельности и ремесленного производства. Жесткая регламентация ремесленной технической деятельности,  слабая специализация ремесел внутри цехов, ограниченность рынков сбыта, отсутствие стимулов, заставляющих удешевлять и увеличивать выпуск изделий, не заинтересованность в развитии технической базы определяли тогда отношение к технике. Боясь конкуренции, цехи были противниками всяких новшеств и изобретений, которые воспринимались ими как нечто «отвратительное» и нарушающее их привилегии. Выдвигались даже запреты на использование не только самих изобретений, но и изделий изготовленных с их помощью, а изобретателей преследовали. В конце средних веков цеховая организация промышленности приходит в противоречия с новыми потребностями производства, рассчитанного на широкий рынок. Однако, не смотря на все это, у средневековых ремесленников были качества, которых часто не достает современному инженеру - озабоченность нуждами потребителя, ориентация не на усредненного, а на конкретного потребителя, стремление держать высокую марку цеха.

3. Инженерная деятельность в эпоху машинного производства.

Со становлением машинного  производства происходит дифференциация инженерной деятельности, которая на первых этапах включает в себя лишь изобретательство, конструирование  и технологию производства. С возникновением технических наук к ним добавляются  еще инженерные исследования и проектирование.

Конструктор изменяет приемы своей работы в зависимости от каждого конкретного случая, но они  не выходят за пределы конструктивных вариантов и представляют собой  применение известных, уже выработанных искусственных приемов и простых  стандартных расчетов. Поэтому его  задача заключается в том, чтобы  произвести такое видоизменение, чтобы  получилась лишь новая конструкция, а не новое изобретение. Прогресс в технике как раз и заключается  в том, что нововведение усваивается  и переходит из разряда изобретений  в разряд конструкций. Конструкторская  деятельность становится особенно необходимой  с развитием серийного и массового  производства технических изделий. Проектирование же занимает промежуточное  положение между изобретением и  конструированием и более тесно  связано с научной деятельностью.

Полный цикл инженерной деятельности включает изобретательство, конструирование, проектирование, инженерное исследование, технология и организация производства, эксплуатация и оценка техники, а  завершает этот процесс ликвидация устаревшей или вышедшей из строя  техники.

Изобретательская  деятельность, как правило, начинает цикл инженерной работы. В изобретательской деятельности на основании научных знаний и технических достижений заново создаются новые принципы действия, способы реализации этих принципов или конструкции инженерных устройств и систем или же их отдельных компонентов. Сложности в изготовлении, конструировании и техническом обслуживании существующих технических систем, а также необходимость создавать принципиально новые инженерные устройства и системы стимулируют производство особого продукта — изобретений, авторство на которые закрепляется в виде патентов. Они имеют широкую сферу применения, выходящую за пределы единичного акта инженерной деятельности, и используются при конструировании и изготовлении новых технических систем или усовершенствовании старого оборудования.

Работа по изобретательству состоит из следующих четырех этапов:

1. Четкая постановка задачи. Правильно поставить задачу - это  часто означает решить ее наполовину.

2. Анализ задачи. Разложение  ее на составляющие элементы. Теория. Часть элементов окажется  известной. Неизвестное встает  более ясно.

3. Комбинаторика (творчество). Классификация решений и заполнения пустых классов. Аналогии. Смелые скачки мысли. Фантазии. Теория и наивыгоднейшие соотношения. Чем смелее, тем лучше!

4. Критический фильтр. Строгая  проверка п. 3. Проверка новизны, целесообразности и пользы. Чем строже, придирчивее, тем лучше»

Зарождение идеи.

1. От явления к применению. Узнав о каком-нибудь явлении  или открыв его, нужно попытаться  приложить его к практическим  целям. Списки не использованных  еще явлений природы.

2. От применения (задания)  к явлению. Наметив практическую  задачу, пытаться решить, подбирая  подходящие физические явления. Списки неудовлетворенных технических потребностей или удовлетворенных, но плохо.

3. Подражание природе.

4. Дикие фантазии с  последующим отбором. Неожиданные решения, делание наоборот. Рассуждения по аналогии.

5. Научные исследования  вопроса и нахождение оптимальных  величин (максимума, минимума, экстремума, вариационные задачи и т. д.). Сначала - перевод задания на  математический язык. Анализ формул. Практические выводы. 

6. Комбинирование известного  для получения нового эффекта»*

Конструирование. Инженерная деятельность направлена на создание нового, а не на слепое копирование имеющихся образцов, как это было свойственно ремесленной практике. Однако только сформулировать идею еще недостаточно. Идея изобретателя, даже воплощенная в виде опытного образца, требует работы целой армии конструкторов, меняющих детали и их расположение, упрощающих конструкцию и т.д. Результатом конструкторской деятельности является готовая конструкция технического устройства или системы, материализуемая затем в процессе изготовления. Эта конструкция, как правило, состоит из определенным образом связанных стандартных элементов, выпускаемых промышленностью. Если каких-либо элементов не достает или их параметры не соответствуют требованиям конструктора, они изобретаются и проектируются заново. Для целей массового производства и варьирования технических характеристик по требованию заказчиков на этой стадии проводятся дополнительные инженерные расчеты и учет ряда таких требований, как простота и экономичность изготовления, удобство использования, соблюдение определенных габаритов и возможность применения стандартных или уже имеющихся конструктивных элементов. Конструктор рассчитывает конкретные конструктивно-технические характеристики создаваемого устройства, учитывающие специфические условия его изготовления на данном производстве. Конструктор создает новые типы машин, имеющие общее устройство, но различающиеся характером отдельных деталей, их расположением, материалом и другими конструктивными особенностями.   

 Конструкторская деятельность  становится необходимой именно  с развитием серийного и массового  машинного производства технических  изделий и заключается в создании, испытании и отработке опытных  образцов различных вариантов  будущего инженерного объекта,  выборе из них наиболее оптимального  с точки зрения заказчика варианта  и разработке технической документации - руководства для изготовления его на производстве. За конструктором остается расчет конструктивно-технических и технологических параметров технического устройства, разработка же технологии изготовления - задача уже другого специалиста - инженера-технолога. Однако это не снимает с конструктора ответственности за создание технологичной конструкции. Конструктор должен быть хорошо знаком со всеми процессами изготовления и обработки проектируемых машин, сооружений или вообще всяких изделий. Без такого знакомства он может сконструировать детали, которые вообще невозможно изготовить или обработать либо которые окажутся неудобными, дорогими и чрезмерно долгими в изготовлении.

Технология и  организация производства. В результате конструирования рождается чертеж готовой технической машины или системы, который является посредником для передачи идеи изобретателя и описания конструкции, разработанной инженером-конструктором, не только исполнителю-рабочему, но и инженеру-технологу, который руководит изготовлением деталей и их сборкой. Исходным материалом этого вида инженерной деятельности являются материальные ресурсы, из которых создается изделие, а продуктом - готовое технически устройство и руководство к его эксплуатации. Функция инженера в данном случае заключается в организации производства конкретной типа изделия и разработка технологии изготовления определений конструкции этого изделия, а также, если это необходимо, орудий машин для его изготовления или отдельных его частей. Разработка и усовершенствование новой технологии в той или иной отрасли промышленности связана сегодня с научными исследованиями, например новых материалов, и созданием нового наукоемкого технологического оборудования.

Часто крупные инженеры сочетают в одном лице и изобретателя и  конструктора, и технолога, выполняя функции организатора производства какого-либо типа изделий промышленности. Однако современное разделение труда  в сфере инженерной деятельности неизбежно ведет к специализации  инженеров, работающих в научной  следовательских институтах, конструкторских  бюро, на заводах и фабриках преимущественно  либо в области инженерного исследований либо конструирования, либо организации  производства и технологи изготовления определенного типа технических  систем. Такого рода разделение труда  наметилось уже на первых заводах, хотя первые их создатели и руководители совмещали в своей деятельности почти все эти позиции одновременно. Однако в конце XIX в. на них уже действовал более четкий принцип разделения инженерного труда, выделяются в самостоятельные подразделения техническая дирекция, конструкторское бюро, мастерские и технический надзор за исполнением заказов. Инженер в мастерских уже ничего не изготавливает сам, как нередко случалось раньше, а лишь руководит сборкой по чертежам, полученным от инженеров-конструкторов, имея в распоряжении мастеров и старших рабочих. В дальнейшем ни изобретательская, ни конструкторская, ни технологическая инженерная деятельность не обходятся без тщательного научно-технического исследования.

Эксплуатация, оценка функционирования и ликвидация. В настоящее время в сферу инженерной деятельности попадает и эксплуатация технических систем, то есть операторская деятельность, и их техническое обслуживание. Для выполнения этих функций по отношению к сложным техническим, например компьютерным, системам требуется достаточно высокая инженерная квалификация. В процессе эксплуатации технической системы проводится также оценка ее функционирования, что весьма важно для постоянного совершенствования и разработки новых таких систем.