Мартишина Н.И. Вопросы истории и философии науки и техники: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

обобщаются различные теоретические описания и расчеты типовых схем

конструкции технической системы данного типа. Происходит постепенное

осознание этой системы как особого типа исследования, качественно отличного

от других его типов, изучаемых в базовой естественнонаучной теории, а также

общности структуры различных инженерных систем данного типа, разработка

ее новых блоков и схем, а затем и методов их анализа. И, наконец,

экспериментальные доказательства универсальности полученной

теоретической модели завершают формирование новой технической теории.

Если в базовой естественнонаучной дисциплине нет раздела,

соответствующего этой теории, то он специально строится заново. Затем в него

вводятся однородные идеальные объекты, которые должны иметь типовые

элементы с фиксированным набором связей между ними, т. е. с набором

правил сборки и разборки этих элементов. Далее устанавливается обязательное

соответствие идеальных объектов и конструктивных элементов реальных

технических систем, т. е. вводятся процедуры анализа и синтеза теоретических

схем. Затем фиксированный набор идеализированных блоков однородного

объекта исследования технической теории приводится в адекватное

соотношение с определенными математическими операциями и процедурами.

Таким образом, на выходе получается некоторая математизированная теория.

Апробация технической теории производится в инженерной практике.

Доказательством жизнеспособности и конструктивности данной теории

являются созданные на ее основе новые технические системы.

3.7. Системотехническое проектирование и компьютерное моделирование

Системотехника – это современный вид инженерной, научно-технической

деятельности по созданию сложных технических систем, в рамках которой

соответствующее научно-техническое знание проходит полный цикл

функционирования от получения до использования в инженерной практике.

У любого современного инженера-системотехника есть две главные

задачи: интегрировать части сложной технической системы в единое целое и

удержать управление процессом создания данной системы в своих руках.

Поэтому в списке нужных ему знаний значительное место уделяется

системным и кибернетическим дисциплинам, позволяющим ему овладеть

общими методами исследования и проектирования сложных технических

систем независимо от их конкретной реализации и материальной формы.

Однако системотехника может быть рассмотрена не только как вид

инженерной деятельности, но и как особая техническая наука об общих

закономерностях создания, совершенствования и использования технических

систем. В этом смысле системотехника позволяет устранить разрыв между

исследованием и проектированием. Она не имеет сколько-нибудь отчетливой

ориентации на какую-либо базовую естественнонаучную дисциплину, которая

бралась бы в качестве образца проведения научного исследования. Кроме того,

в ней используются самые различные научно-технические теории, знания и

методы, синтезируемые в целях наиболее эффективного решения практических

инженерных задач.

Можно назвать три причины появления (в середине ХХ в.) и развития

системотехники:

1) изменение структуры инженерной деятельности;

2) формирование нового типа технических систем;

3) расширение объема знаний, используемых инженером.

Одним из исследователей, стоявших у истоков теории системотехники,

был Г. Рополь. Он ввел понятие социотехнической системы, т. е. системы,

соединяющей определенную предметную иерархизированную сферу с

некоторым алгоритмом деятельности.

По его мнению, системотехника в отличие от классической технической

науки и традиционной инженерной деятельности направлена на изучение и

проектирование именно социотехнических систем. Таким образом, здесь любая

создаваемая техническая система включается в систему более высокого ранга –

социотехническую систему использования, т. е. систему, в которой данная

техническая система рассматривается как составная часть более широкой

структуры эксплуатационной деятельности, куда должны включаться

экологические и социальные перспективы. Кроме того, в системотехнике сама

инженерная деятельность становится объектом планирования, организации и

проектирования, и, следовательно, большие системные проекты требуют

организации и управления (проектного менеджмента), а значит  системного

представления и описания, в том числе и самой системотехнической

деятельности.

Можно выделить горизонтальную и вертикальную структуры

системотехнической деятельности, отражающие существующую в

системотехнике связь работ и специалистов: первая соответствует типам

компонентов и аспектов системы (создание машинных блоков, разработка

экономических и социальных аспектов системы и др.), вторая – общей

последовательности работ системотехнической деятельности (проектирование,

изобретательство, внедрение и пр.). В реальной инженерной деятельности

данные структуры должны быть соотнесены посредством четкого определения

состава и функций системотехнических групп специалистов.

Классиками в деле разработки теории системотехники являются Г. Х. Гуд

и Р. Э. Макол. Им принадлежит обобщенная теория инженерных задач и

научных орудий, которые используются при решении данных задач: они

выделили общие характеристики систем, дали описание в общем виде

последовательности этапов и фаз проектирования с фиксацией за ними

определенных инженерных задач и научных средств их решения, отметили

соответствие некоторых частей сложных технических систем и различных

теоретических дисциплин, которые используются для решения тех или иных

инженерных задач.

Важнейшим условием успешного решения комплексных системо-

технических задач является применение компьютерного моделирования в

качестве специфического средства математизации и интеграции научно-

технических знаний. Именно компьютерное моделирование функционирования

технической системы позволяет уже на ранних этапах проектирования

представить систему как целостный объект. Анализируя такую модель, можно

выбрать наиболее подходящую реализацию отдельных компонентов с точки

зрения их взаимосвязи и взаимного функционирования, заранее учесть

различные факторы, влияющие на систему в целом, выбрать наиболее

оптимальную структуру и наиболее эффективный режим ее работы. На основе

полученных в результате моделирования данных разрабатываются

предложения по улучшению структуры существующей системы или созданию

новой структуры.

Имитационное компьютерное моделирование состоит из следующих

этапов:

1) формулировка целей моделирования (постановка проблемы);

2) системное обследование объекта моделирования (сбор исходных

данных);

3) построение модели, объясняющей поведение объекта моделирования (с

развернутой формулировкой гипотезы, которую необходимо проверить);

4) формализованное системное описание модели;

5) компьютерное экспериментирование с моделью, предсказание

поведения объекта моделирования для различных условий;

6) выбор наиболее пригодного для данных условий варианта модели, его

оптимизация и обоснование выбора;

7) интерпретация модели, т. е. перенесение знаний, полученных в

результате манипуляций с моделью, на проектируемую систему, формулировка

конкретных рекомендаций на основе результатов экспериментирования с

моделью. Любая компьютерная имитация часто рассматривается как сим-

волическая система, средняя между обычным языком и математикой.

Описываемые в рамках имитационной программы теории становятся более

точными, чем сформулированные на обычном языке (за счет использования

синтаксических структур языков программирования). Однако существенным

недостатком алгоритмических языков компьютерного моделирования является

отсутствие механизмов моделирования эволюции и развития сложных систем.

Языки в основном ориентированы на отражение функционирования этих

систем в рамках заданного неизменяющегося режима. Обычно развитие

анализируется лишь в процессе сравнения исследователем отдельных моделей

различных режимов функционирования данной системы. Однако только

моделирование динамики взаимных зависимостей между внутренними

элементами системы, с одной стороны, и связями данной системы с иными

подобными системами, находящимися с ней на одном уровне иерархии, с

другой, может открыть путь к единой модели развивающейся системы.

3.8. Социальная оценка научно-технического прогресса

Одной из важнейших характеристик научно-технического прогресса

является постепенная интеграция науки и производства, которая выступает в

качестве важнейшего фактора экономического и социального развития

современной цивилизации. В целом процесс интеграции осуществлялся в три

этапа:

1) от возникновения первых промышленных лабораторий до становления

промышленного сектора исследовательских разработок (конец 70-х гг. XIX в. 

10-е гг. ХХ в.);

2) от начала интенсивного роста промышленного сектора иссле-

довательских разработок до превращения его в одну из основных

составляющих национальных научно-технических потенциалов (10-е гг. ХХ в. –

40-е гг. ХХ в.);

3) от превращения интеграции науки и производства в обще-

национальную задачу государственного уровня до создания государственных

органов управления научно-техническим прогрессом и формирования научно-

технической политики как одной из важнейших функций современного

государства (с 40-х гг. ХХ в.).

В настоящее время четко проступает ряд относительно новых тенденций

в отношениях между наукой, техникой и обществом.

Во-первых, значительно усиливается роль государства при решении тех

или иных проблем науки и техники. Именно государство устанавливает

фундаментальные правовые основы функционирования научно-технической

сферы, является одним из основных источников финансирования научно-

технических разработок, координирует совместные действия по развитию

национального научно-технического потенциала, определяет отношение всего

общества к проблемам науки и техники, обеспечивает поддержку научно-

технического прогресса обществом.

Во-вторых, интегрируются естественные, технические и гуманитарные

науки. Этот процесс обусловлен тем, что объектами исследований сейчас

становятся комплексные, охватывающие живую и неживую, в том числе

искусственную, природу, системы, неотъемлемой частью и важной

составляющей которых являются сами человек и общество.

В-третьих, ученые и инженеры обретают статус наиболее авторитетной

социальной группы, чьей задачей в глазах общества является улучшение и

повышение уровня качества и комфортабельности его жизни.

Следовательно, правомерно говорить об интеграции науки не только с

производством, но и с социальной практикой в целом.

Соответственно актуален вопрос о социальной ответственности науки и

техники. В частности, речь идет о проблемах оценки технологий в целях

предотвращения негативных эффектов их использования, свободы ученого и

инженера в выборе области научно-технических исследований и разработок

при общей непредсказуемости их последствий, разграничения моральной и

юридической ответственности исследователя за результаты своих изысканий,

влияния научно-технического прогресса на биосферу Земли и экологии в

целом. Вообще в последние десятилетия человечество все чаще сталкивается с

новыми, часто чрезвычайно масштабными и серьезными, вплоть до

глобальных, проблемами, которые порождает прогресс науки и техники.

Парадоксальным образом этот прогресс усиливает не только могущество, но и

уязвимость как самого человека, так и мира, в котором он живет.

В целях разрешения трудностей, связанных с вопросами социальной

ответственности науки и техники, во второй половине ХХ в. было разработано

специальное международное законодательство, в основе которого лежит

несколько принципиально важных документов: например, Нюрнбергский

кодекс 1947 г., регулирующий этические нормы проведения исследований с

участием человека в качестве испытуемого; Хельсинская декларация

Всемирной медицинской ассоциации 1964 г.; закон 2002 г. о временном

запрещении разработок в сфере клонирования человека и пр. 45, с. 387 – 512.

3.9. Информационно-технологическая парадигма

В философии науки существуют введенное Т. Куном понятие «научная

парадигма» и соответствующая концепция научных революций. К. Перес,

К. Фримен и Д. Доси адаптировали данную идею к проблеме развития техники

и технологии. Ими было сконструировано понятие «технологическая

парадигма». Они задали его как определенную степень концентрации

взаимосвязанных технических, организационных и менеджерских инноваций в

соотношении с динамикой структуры затрат на все возможные вложения в

производство. В каждой новой технологической парадигме именно уровень и

характер вложений в производство являются ключевыми факторами,

позволяющими оценить существо парадигмы в целом.

Сущностью современной технологической парадигмы Перес, Фримен и

Доси считают сдвиг от технологии, основанной на вложении дешевой энергии,

к технологии, использующей преимущественно дешевые вложения

информации, поэтому они называют эту парадигму информационно-

технологической. В качестве же основополагающих черт данной парадигмы

они называют следующие:

1) развитие технологий для воздействия на информацию, а не просто с

информации, предназначенной для воздействия на технологию, как это было во

всех предшествующих парадигмах;

2) всеохватность эффектов современных технологий. Поскольку

информация есть интегральная часть всякой человеческой деятельности, все

процессы нашего существования непосредственно формируются новым

технологическим способом;

3) организация любой системы или совокупности отношений, исполь-

зующей современные информационные технологии, в соответствии с сетевой

логикой;

4) основанность новой информационно-технологической парадигмы на

гибкости, на способности к реконфигурации, на обратимости всех процессов;

5) постоянно растущая конвергенция конкретных технологий в высо-

коинтегрированной системе, где старые, изолированные технологии становятся

неразличимыми (так, например, микроэлектроника, телекоммуникация,

оптическая электроника и компьютеры интегрированы теперь в инфор-

мационных системах).

Современная информационно-технологическая парадигма эволюцио-

нирует к состоянию открытой многосторонней сети. Социальное измерение

этой парадигмы, видимо, подчиняется закону отношений между технологией и

обществом, предложенному М. Кранцбергом: «Технология не хороша, не плоха

и не нейтральна» 15, с. 76 – 80.

3.10. Становление информатики как междисциплинарного направления

Информатика как особая междисциплинарная область исследования

возникла во второй половине ХХ в. на основе общей теории информации

К. Шеннона, кибернетических концепций Н. Винера, А. Тьюринга, Дж. фон

Неймана и других, а также на основе теории систем Л. фон Берталанфи.

Наиболее принципиальные идей общей теории информации могут быть

сведены к следующим 12, с. 9 – 44:

1) с информацией можно обращаться почти так же, как с такими

физическими величинами, как масса или энергия. Подобно им информация

может быть исследована, а количество ее измерено в соответствующих

единицах;

2) проблема передачи информации никак не связана с проблемой

истолкования ее содержания и должна рассматриваться отдельно. Содержание

информации несущественно при ее передаче;

3) с точки зрения передачи важным свойством информации является то,

что каждое частное сообщение выбирается из некоторого множества

возможных сообщений. Передаче всегда подлежит одно из частных сообщений,

выбранных источником информации. И первоначальное сообщение может быть

восстановлено в пункте приема в том и только в том случае, когда передается

именно такое однозначным образом выбранное сообщение;

4) любое информационное сообщение может быть закодировано в

стандартной форме в некоторую последовательность двоичных знаков в целях

наиболее эффективного использования существующих каналов связи;

5) всякое обратимое преобразование сообщений, создаваемых

стохастическим, т. е. вероятностным, процессом, следует рассматривать как

содержащее ту же информацию, что и первоначальное сообщение (например,

знание зашифрованного кодом Морзе текста телеграммы эквивалентно знанию

самого текста). Таким образом, информация источника – это эквивалентный

класс всех обратимых преобразований сообщений, создаваемых источником;

6) любой источник информации характеризуется естественной энтропией,

которая инвариантна относительно соответствующих групп обратимых

преобразований.

Важнейшие положения кибернетики могут быть представлены

следующим образом:

1) кибернетика – это наука об общих закономерностях процессов

управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе,

т. е. в разного рода сложных системах;

2) степень организованности и сложности любой системы измеряется

соответственно количеством содержащейся в ней информации;

3) в любой функционирующей сложной системе присутствует некий

центр управления (например, нервная система в живых организмах),

обеспечивающий это функционирование на основе регулирования инфор-

мационными потоками;

4) существует возможность создания автоматических машин,

дублирующих различные природные организмы и процессы. Эти автоматы

могут быть встроены в окружающую человека техносферу в качестве средств

решения тех или иных технологических проблем. Правила действия таких

автоматов иногда могут самопроизвольно изменяться на основании обработки

данных, прошедших через их воспринимающие механизмы;

5) некоторые автоматические машины высокого уровня сложности могут

обладать способностью к обучению и самообучению (хотя в настоящее время

эта способность у любой конкретной машины ограничена);

6) существует вероятность того, что машины в конце концов будут

успешно соперничать с людьми во всех чисто интеллектуальных областях и

сыграют, таким образом, свою роль в глобальном процессе эволюции.

Основные принципы теории систем могут быть выражены в следующих

тезисах 2, с. 20 – 36; 27, с. 286 – 296:

1) теория систем – логико-математическая область исследования, задачей

которой является формулирование и выведение общих принципов функцио-

нирования и развития, применимых к системам вообще, т. е. к любому целому

как таковому;

2) порядок или организация у целого, системы всегда выше, чем у

изолированных частей;

3) описание отдельных частей целого не может дать вполне адекватного

представления об этом целом, поскольку такое описание не предоставляет

информации о координации частей и процессов, в которых они участвуют;

4) существует две разновидности систем – реальные и концептуальные;

реальные выводимы из наблюдения и независимы от наблюдателя,

концептуальные конструируются внутри сферы интеллекта (примеры

концептуальных систем – логика, математика и пр.). Однако однозначное

разделение реальных и концептуальных систем на уровне здравого смысла не

может быть проведено;

5) в целом реальность представляет собой иерархию организованных

ценностей, их порядок.

Таким образом, информатика сформировалась в качестве дисциплины,

синтезирующей обозначенные выше идеи в целях фундаментального

осмысления понятий «информация», «информационная технология»,

«информационная система» и пр.

3.11. Синергетический подход в информатике

В самом общем виде синергетику можно рассматривать в качестве теории

нелинейных динамик или, иными словами, теории самоорганизации

нелинейных динамических сред. Классиками синергетического подхода в

современных естественных и технических науках, а также в информатике

считаются Г. Хакен, Г. Николис, И. Пригожин, П. Гленсдорф и др. Синергетика

занимается изучением возникновения, развития и функционирования сложных

систем, находящихся за пределами границ состояния термодинамического

равновесия, и пытается установить универсальные аналогии, которые

проявляются между совершенно различными системами при прохождении ими

некоторых точек возникновения неустойчивости, неравновесности.

Основополагающая идея синергетики заключается в том, что на всех

уровнях структурной организации бытия именно неравновесность выступает

условием и источником появления любого порядка. Кроме того, следует

отметить, что все изучаемые синергетикой сложные системы являются

открытыми по отношению к окружающей их среде. Следовательно, каждая

точка такой среды представляет собой источник и сток энергии, т. е. системы

осуществляют постоянный и взаимный энергообмен с внешней по отношению

к ним средой. Также в фокусе исследовательского внимания синергетики

находится феномен самоорганизации, реализующийся в обозначенных выше

системах. В этом смысле синергетический ракурс видения всякого внутренне

сложного объекта основан на том, чтобы представить его в виде «облака

точек», соответствующих различным динамическим состояниям, совместимым

с той информацией о нем, которая нам известна. Соответственно все прогнозы

относительно возможных будущих состояний и конфигураций этого «облака»

будут носить вероятностный характер.

В последние годы синергетика находит все более активное применение

при исследовании тех или иных компьютерных систем, а также различных

информационных технологий. По самой своей сути информатика обладает

синергетическим смыслом. Это можно заметить хотя бы в следующих ее

характеристиках: