книги / Основы научных исследований

ческом уровне производятся логическое исследование со­ бранных фактов, выработка понятий, суждений, делаются умозаключения. В процессе этой работы соотносятся ран­ ние научные представления с возникающими новыми. На теоретическом уровне научное мышление освобождается от эмпирической описательности, создает теоретические обобщения. Таким образом, новое теоретическое содер­ жание знаний надстраивается над эмпирическими зна­ ниями.

На теоретическом уровне познания широко использу­ ются логические методы сходства, различия, сопутствую­ щих изменений, разрабатываются новые системы знаний, решаются задачи дальнейшего согласования теоретиче­ ски разработанных систем с накопленным новым экспе­ риментальным материалом.

К методам метатеоретического уровня относят диалек­ тический метод и метод системного анализа. С помощью этих методов исследуются сами теории и разрабатыва­ ются пути их построения, изучается система положений и понятий данной теории, устанавливаются границы ее применения, способы введения новых понятий, обосно­ вываются пути синтезирования нескольких теорий. Цент­ ральной задачей данного уровня исследований является познание условий формализации научных теорий и выра­ ботка формализованных языков, именуемых метаязы­ ками.

При изучении сложных, взаимосвязанных друг с дру­ гом проблем используется с и с т е м н ы й анализ, полу­ чивший широкое применение в различных сферах науч­ ной деятельности человека, и в частности в логике, мате­ матике, общей теории систем, в результате чего сформировались такие науки, как металогика и метама­ тематика. Металогика исследует системы положений и понятий формальной логики, разрабатывает вопросы теории доказательств, определимости понятий, истины в формализованных языках. Метаматематика занимается изучением различных свойств формальных систем и ис­ числений.

В основе системного анализа лежит понятие системы, под которой понимается множество объектов (компонен­ тов), обладающих заранее определенными свойствами с фиксированными между ними отношениями. На базе этого понятия производится учет связей, используются количественные сравнения всех альтернатив для того, чтобы сознательно выбрать наилучшее решение, оцени­

61

ваемое каким-либо критерием» например измеримостью, эффективностью, надежностью и т. п.

Так как системный анализ носит общий, междис­ циплинарный характер, т. е. касается образования, раз­ вития, функционирования, синтеза любых систем, то не­ которые буржуазные идеологи считают, что системный анализ заменяет философию, является новой всеобщей методологией науки. Такое восприятие системного ана­ лиза неверно, так как сводит функцию философского зна­ ния лишь к методологии научного исследования. Во всех, науках существуют философские основания, использу­ ются философские категории, но это не повод принятия основания теории за саму теорию. Системный анализ, с одной стороны, позволяет применять ряд общефилософ­ ских положений к решению частных задач, а с другой — обогащает саму философию развитием конкретных наук в полном соответствии с указанием В. И. Ленина крепить союз философии с передовым естествознанием1. Чем дальше развивается системный анализ, тем совершеннее развивается его язык, тем он дальше удаляется от своей первоначальной философской основы. Таким образом, отождествление системного анализа с диалектическим методом, с философией неправомерно и может привести к мировоззренческим и методологическим ошибкам.

Системный анализ используется для исследования таких сложных систем, как экономика отдельной отрас­ ли, промышленного предприятия, объединения, при пла­ нировании и организации технологии комплексных строи­ тельных процессов, выполняемых несколькими строитель­ ными организациями, и др.

Системный анализ складывается из основных четырех этапов: первый заключается в постановке задачи — оп­ ределяют объект, цели и задачи исследования, а также критерии для изучения и управления объектом. Непра­ вильная или неполная постановка целей может свести на нет результаты всего последующего анализа. Во вре­ мя второго этапа очерчиваются границы изучаемой сис­ темы и определяется ее структура: объекты и процессы, имеющие отношение к поставленной цели, разбиваются на собственно изучаемую систему и внешнюю среду. При этом различают замкнутые и открытые системы. При ис­ следовании замкнутых систем влиянием внешней среды на их поведение пренебрегают. Затем выделяют отдель-

1 См.: Ленин В. И. Философские тетради//Полн. собр. соч. Т. 29.

62

ньге составные части системы — её элементы, устанавли­ вают взаимодействие между ними и внешней средой. Именно так строится, например, такая фундаментальная наука, как термодинамика.

В последнее время все большее внимание в технике уделяется изучению замкнутых систем, имеющих закры­ тые технологические циклы, так называемую «безотход­ ную технологию». Такие технологические процессы перс­ пективны как с позиций экономики, так и экологии: «чем меньше отходов, тем выше уровень производства».

Третий, важнейший этап системного анализа заклю­ чается в составлении математической модели исследуе­ мой системы. Вначале производят параметризацию сис­ темы, описывают выделенные элементы системы и их взаимодействие. В зависимости от особенностей процес­ сов используют тот или иной математический аппарат для анализа системы в целом.

Следует при этом отметить, что а н а л и т и ч е с к и е ме т о д ы используются для описания лишь небольших систем вследствие их громоздкости или невозможности составления и решения сложной системы уравнений. Для описания больших систем, их характеристик не только качественных, но и количественных используют­ ся дискретные параметры (баллы), принимающие целые значения. Например, твердость материалов оценивают баллами по шкале Мооса, энергию сейсмических волн при землетрясениях — баллами по И. Рихтеру и др. Ме­ тоды операций с дискретными параметрами излагаются в теории множеств и прежде всего в таких ее разделах, как в алгебре множеств и в алгебре высказываний (ма­ тематической логике), составляющих основу математиче­ ского обеспечения современных ЭВМ.

Наряду с аппаратом алгебры множеств и алгебры вы­ сказываний при исследовании сложных систем широко используют вероятностные методы, поскольку в них пре­ обладают стохастические процессы. Поэтому наиболее часто исследуют развитие процессов с некоторой вероят­ ностью или же определяют вероятность протекания изу­ чаемых процессов.

Если исследуются сложные системы, именуемые как обобщенные динамические системы, характеризуемые большим количеством параметров различной природы, го в целях упрощения математического описания их рас­ членяют на подсистемы, выделяют типовые подсистемы, производят стандартизацию связей для различных уров­

63

ней иерархии однотипных систем. Примерами такого под­ хода к изучению сложных систем, например управления, являются типовые возмущения, типовые звенья системы с определенными статическими и динамическими свойст­ вами. В результате третьего этапа системного анализа формируются законченные математические модели сис­ темы, описанные на формальном, например алгоритмиче­ ском, языке.

Важным этапом системного анализа является четвер­ тый. Это анализ полученной математической модели, оп­ ределение ее экстремальных условий с целью оптимиза­ ции и формулирование выводов.

Оптимизация заключается в нахождении оптимума рассматриваемой функции (математической модели ис­ следуемой системы, процесса) и соответственно нахож­ дения оптимальных условий поведения данной системы или протекания данного процесса. Оценку оптимизация производят по критериям, принимающим в таких случа­ ях экстремальные значения (выражающие, например, максимальный съем продукции с единицы объема аппа­ рата, минимальную стоимость продукции при определен­ ной производительности, минимальный расход топлива и т. д.). На практике выбрать надлежащий критерий до­ статочно сложно, так как в задачах оптимизации может выявляться необходимость во многих критериях, которые иногда оказываются взаимно противоречивыми. Поэтому наиболее часто выбирают какой-либо один основной кри­ терий, а для других устанавливают пороговые предельно допустимые значения. На основании выбора составляет­ ся зависимость критерия оптимизации от параметров мо­ дели исследуемого объекта (процесса). Такой результат исследования чрезвычайно важен для практических це­ лей, дает определенную последующую опытно-конструк­ торскую проработку задачи.

3.3. Элементы теории и методологии научнотехнического творчества

Творчество — мышление в его высшей форме, выходя­ щее за пределы известного, а также деятельность, по­ рождающая нечто качественно новое1. Последняя вклю-

1 См.: Чус А. В., Данченко В. Н. Основы технического творчест­ ва. Киев; Донецк, 1983; Белозерцев В. И. Техническое творчестпп. Методологические проблемы. Ульяновск, 1975; Альтшуллер Г. С, Творчество как точная наука, М„ 1979,

64

чает в себя постановку или выбор задачи, поиск условий и способа ее решения и в результате — создание нового.

Творчество может иметь место в любой сфере дея­ тельности человека: научной, производственно-техниче­ ской, художественной политической и т. д.

В частности, научное творчество связано с познанием окружающего мира. Научно-техническое (или просто техническое) творчество имеет прикладные цели и на­ правление на удовлетворение практических потребностей человека. Под ним понимают поиск и решение задач в об­ ласти техники на основе использования достижений науки.

В течение всей человеческой истории ученые и изобре­ татели прошлого для создания нового использовали ма­ лопроизводительный метод «проб и ошибок». Бессистем­ но перебирая большое количество возможных (мысли­ мых) вариантов, они находили (иногда!) нужное решение.

При этом чем сложнее задача, чем выше ее творче­ ский уровень, тем больше возможных вариантов ее реше­ ния, тем больше «проб» нужно совершить. В связи с этим творческие находки имели преимущественно случайный характер. От первой повозки с колесами до изобретения колеса со ступицей и спицами (2 тыс. лет до н. э.) про­ шло около двух тысячелетий. Однако история человече­ ства показывает, что в целом период реализации творче­ ских идей имеет ярко выраженную тенденцию к сокра­ щению. Действительно, если от печатных досок до изобретения книгопечатания (1440) прошло «лишь» шесть веков и затем до создания печатной машинки че­ тыре века, то, например, транзистор, изобретенный в 1948 г., был реализован в 1953 г. В эпоху современной научно-технической революции потребность в новых тех­ нических решениях высокого уровня существенно возрос­ ла и продолжает увеличиваться, что постоянно повыша­ ет требования к производительности, эффективности и ка­ честву творческого труда.

Реализация этой задачи возможна только на основе качественной перестройки стиля мышления, разработки теории и методологии научно-технического творчества и их широкого практического использования.

Творчество представляет собой явление, относящееся прежде всего к конкретным субъектам и связанное с осо­ бенностями человеческой психики, закономерностями высшей нервной деятельности, умственного труда. Одни

65

ученые считают, что мышление начинается там, где соз­ далась проблемная ситуация, которая предполагает поиск решения в условиях неопределенности, дефицита информации. Другие утверждают, что определяющим ме­ ханизмом творчества является не логика, а интуиция. «Посредством логики доказывают, посредством интуи­ ции изобретают», — говорил А. Пуанкаре. И действитель­ но, интуиция нередко помогает в поиске правильного ре­ шения, однако при этом следует отметить, что если раньше явление интуиции относилось к чему-то мистиче­ скому и сверхъестественному, то в настоящее время до­ казали, что интуиция имеет материалистическое объяс­ нение и представляет собой быстрое решение, полученное в результате длительного накопления знаний в данной области и, следовательно, длительной подготовки. Это, скорее, итог умственной деятельности, чем начало. Таким образом, интуиция приходит в качестве вознаграждения за труд ученого и поэтому сложному механизму творче­ ского мышления присущи как интуиция, так и логика.

Специфический акт творчества — внезапное озарение (инсайт) — заключается в осознании чего-то, всплывше­ го из глубин подсознания, в схватывании элементов ситуа­ ции в тех связях и отношениях, которые гарантируют ре­ шение задач.

Поиск решения творческой задачи у заинтересованно­ го и квалифицированного ученого всегда продолжается в подсознании, в результате чего могут быть решены самые сложные задачи, причем сам процесс обработки информации при этом не осознается. В сознании отража­ ется лишь результат (если он получен). Поэтому иссле­ дователю иногда кажется, что на него ниспослано оза­ рение, что удачная мысль пришла неведомо откуда. Можно констатировать, что человек использует это яв­ ление каждый раз, когда он откладывает какое-нибудь дело, чтобы дать мыслям созреть, и, таким образом, рас­ считывает на работу своего подсознания.

Одной из проблем творчества является его мотива­ ционная структура. М о т и в а ц и и (побуждения) свя­ заны с потребностями, которые делятся на три группы: биологические, социальные и идеальные (познаватель­ ные). Биологические потребности (например,' принцип экономии сил) лежат в основе житейской изобретатель­ ности и совершенствовании навыков, но могут приобрести и самодовлеющее значение, превратившись в лень. Сре­ ди социальных потребностей мотивами к творчеству мо­

66

гут быть стремление к материальному вознаграждению, к почету и уважению в обществе. Идеальные — состав­ ляют потребности познания в самом широком смысле. Они ведут свое происхождение от потребности в инфор­ мации, изначально присущей всему живому, наряду с по­ требностью в притоке вещества и энергии. Удовлетворе­ ние любой потребности требует информации о путях и способах достижения цели. Но существует потребность в информации и как стремление к новому, ранее не из­ вестному. Наиболее важным для творчества видом мыш­ ления является в о о б р а ж е н и е . Творческому вооб­ ражению, фантазии принадлежит решающая роль в со­ здании нового и развитии общества. Эта способность должна постоянно развиваться, стимулироваться и тре­ нироваться. Различают три типа воображения: логиче­ ское (выводит будущее из настоящего путем логических преобразований); критическое (ищет, что именно в со­ временной системе несовершенно, и нуждается в изме­ нении); творческое (рождает принципиальные новые идеи и представления, опирающиеся на элементы дейст­ вительности, но не имеющие пока прообразов в реаль­ ном мире).

Активизация творческого мышления предполагает знание факторов, отрицательно влияющих на него. К числу таких факторов относится отсутствие гибкости мышления, сила привычки, узкопрактический подход, чрезмерная специализация, влияние авторитетов, боязнь критики, страх перед неудачей, чересчур высокая само­ критичность, лень.

Противоположностью творческого воображения яв­

ляется	п с и х о л о г и ч е с к а я и н е р ц и я м ы ш л е ­
ния,	связанная со стремлением действовать в соответ­

ствии с прошлым опытом и знаниями, с использовани­ ем стандартных методов и т. д.

В связи с этим необходимо формулировать техниче­ ские задания таким образом, чтобы исключить возмож­ ность психологической инерции и ее отрицательного влияния на творчество, стремиться всемерно развивать творческое воображение.

Творческая личность обладает рядом особенностей и прежде всего умением сосредоточить внимание и долго удерживать его на каком-либо вопросе или проблеме. Это одно из важнейших условий успеха в любом виде деятельности. Вез упорства, настойчивости, целенаправ­ ленности немыслимы творческие достижения.

67

Получение значимого результата самым непосредст­ венным образом зависит от исходной мировоззренческой позиции автора, принципиального системного подхода к постановке проблемы и определению общих путей дви­ жения исследовательской мысли. В научно-техническом творчестве материалистическая диалектика как наука

онаиболее общих законах развитии природы, общества

имышления и системный подход составляют единое на­ правление в развитии современного научного познания.

Например, системное исследование технического объ­ екта требует рассмотрения среды, надсистемы (в кото­ рую среда входит) и ее элементов (подсистем) на раз­ ных иерархических уровнях, а также связей, структуры

иорганизации системы (управления, цели). При систем­ ном подходе решающее значение следует придавать внутренней организации системы, ее многоуровневости (рис. 3.1). Членение системы на подсистемы определя­ ется внутренними свойствами системы.

Рис. 3.1. Иерархические уровни технической сис­ темы:

/ — техническая система; 2 — составные части; 3 — сбороч­ ные системы; 4 — детали

Представляя технический объект как систему, нужно в первую очередь рассмотреть в нем такие свойства, ко­ торые не получаются «алгебраическим сложением» свойств элементов (например, биметаллическая пласти­ на при нагреве изгибается, что не свойственно мономе­ таллическим элементам).

Любая система представляет собой комплекс взаимо­

68

действий, посредством которых она проявляется как нечто определенное и целостное. Всякое взаимодействие представляет собой процесс обмена систем веществом, энергией, информацией и т. п., имеет переменный харак­ тер, противоречие (борьба) периодически чередуется с содействием (сотрудничеством). Роль и значение взаи­ модействий противоречия и содействия в мироздании не равноценны. Только диалектические противоречия выт ступают в качестве внутреннего импульса, источника движения и развития природы, общества, мышления, техники.

П р о т и в о р е ч и я в технических системах чрезвы­ чайно разнообразны по форме и проявлениям, имеют преходящий исторический характер, взаимосвязаны и взаимообусловлены. В процессе решения научно-тех­ нических задач последовательно выявляются вначале внешние, а затем внутренние противоречия на все более углубляющемся уровне. Внешние противоречия предше­ ствуют научно-технической задаче и создают мотивы для ее выявления и решения. Среди внутренних противоре­ чий (противоречий самой структуры системы) выделяют основные и главные1 технические и физические противо­ речия.

Технические противоречия возникают между элемен­ тами системы и их частями, между техническими пара­ метрами и свойствами. Они состоят в том, что, напри­ мер, увеличение мощности полезного агрегата может вы­ звать недопустимое ухудшение экологической обстановки или требуемое повышение прочности вызывает недо­ пустимое увеличение массы конструкции и т. д.

Физические противоречия состоят в наличии у одного и того же элемента системы (ее мысленной модели) взаимопротив.оположных физических свойств или функ­ ций. Например, элемент электрической схемы должен быть проводником, чтобы выполнялось одно действие, и одновременно диэлектриком, чтобы выполнялось дру­ гое. Это противоречие разрешает другой элемент — диод.

Путь к решению задачи, к созданию качественно но­ вой технической системы, лежит через выявление все

1 Основные противоречия складываются между определяющими, т. е. внутренними и необходимыми, сторонами в структуре системы. Радикальное разрешение основного противоречия приводит к корен­ ному изменению качественной определенности предмета.

Главным противоречием является такое, от разрешения которого в данный момент зависит дальнейшее развитие предмета.

69

более глубоких противоречий и нахождение способов их разрешения. В этом состоит одно из проявлений закона перехода количественных изменений в качественные. В то же время новая техническая система представляет собой органический синтез нового и некоторых элемен­ тов прежних решений в новом целом, демонстрируя тем самым действие закона отрицания отрицания как фун­

	даментального принципа диалектики,					определяющего
	всякое развитие.
	Уровень технического развития зависит непосредствен­
	но как от уровня естествознания				(от степени познания
			законов природы), так и от на­
			копленных человечеством						зна­
			ний в борьбе за покорение сил
			природы. Вместе с тем средства
			труда	(техника)		созданы чело­
			веком в процессе общественно­
			го производства			и	входят		не­
			отъемлемым элементом в						сис­
			тему	производительных					сил.
			В связи с этим техника нераз­
			рывно связана со способом про­
			изводства, включающим и про­
	Рис. 3.2. Развитие главных		изводственные				отношения.
			Только	экономические				законы
	показателей системы	во
	времени		данного		общественного			строя
			определяют истоки,				направле­
			ния и темпы развития техники.
	Жизнь любой системы (технической, системы живых
	организмов и др.)	можно изобразить в виде логической

кривой (рис. 3.2), иллюстрирующей изменения во вре­ мени главных показателей системы п (например, про­ изводительности, надежности и экономичности). Несмот­ ря на индивидуальные особенности, эта зависимость имеет характерные участки, общие для всех систем. Вна­ чале (участок /) система А развивается медленно, су­ ществует в виде модели, опытной установки, единичного образца. Затем (участок 2) она быстро совершенствует­ ся, начинается ее массовое применение. Затем темпы развития идут на спад (участок 3), система исчерпывает свои возможности. Далее техническая система дегради­ рует и сменяется принципиально другой системой Б, иногда долгое время сохраняя достигнутые показатели (участок 4).

Знание особенностей развития технических систем не­

70