Техника как средство деятельности

Важную роль в техническом прогрессе играют противоречия, возникающие между техническими задачами и техническими возможностями. Еще в глубокой древности возникла проблема сохранение пищи более или менее длительное время без потери ее качества, т.е. сохранение пищи, годной к употреблению. Как эту задачу решал первобытный человек ? Он копал для этого яму, засыпая пищу листьями. Позже люди стали устраивать погреба, которыми и сейчас с успехом пользуются в деревнях. Но теперь для решения этой проблемы возникло новое техническое средство - холодильник.

Противоречие между техническими задачами и техническими возможностями заключается в том, что одна и та же задача может иметь различные технические решения. Примеров, подтверждающих наличие этого противоречия, история содержит множество. Задача исследования Луны решалась нашими учеными с помощью автоматических приборов, а американскими - путем разработки программы, предусматривающей высадку людей на поверхность Луны. Увеличение скорости движения самолетов достигается повышением мощности двигателей или совершенствованием геометрии фюзеляжа.

В процессе развития техники возникают и разрешаются противоречия между овеществленным (прошлым) и живым (непосредственным) трудом, старыми и новыми идеями и теориями, решенной технической проблемой и возможностями ее реализации и др. Все они также определяют закономерный характер развития техники.

Существуют различные точки зрения на классификацию внутренних законов техники. В одних случаях выделяются законы конструкций и материалов, в других - законы структуры, функционирования и развития и т.д. При этом не обосновывается ( а порой даже не упоминается) по каким основаниям произведена предлагаемая классификация этих законов.

Пытаясь избежать подобной ошибки мы исходим из того, что для создания любого артефакта - от шельского рубильника до современного компьютера необходимы три фактора: материал, энергия и знания. В соответствии с этим видимо правомочно выделять три группы законов. Одни из них выражают те изменения в применении материалов, которые происходят в процессе развития техники. Другие отражают сдвиги в энергетике и других процессах, применяемых в технике на различных ступенях ее развития. Третьи фиксируют эволюцию реализованного в технике знания.

Однако ограничить систему внутренних законов развития техники этими тремя группами законов нельзя. Дело в том, что в процессе технического развития происходят закономерные изменения структуры и функций технических устройств и столь же закономерные взаимосвязи между отдельными отраслями и видами техники в составе совокупной технике. Поэтому можно выделить группу законов, характеризующих изменения структуры и функций техники и законы взаимосвязи отдельных отраслей и видов техники в процессе их развития. К рассмотрению этих пяти групп внутренних законов развития техники мы и переходим.

Законы, выражающие изменения в применении материалов вытекают из того, что возможности новых технических решений зачастую находятся в прямой зависимости от того, какие материалы имеются в распоряжении инженера, в какой степени они обладают необходимой надежностью, долговечностью и другими параметрами. Техника 20 века - техника высоких давлений и температур, больших скоростей - потребовала новых материалов. Так, развитие двигателей внутреннего сгорания, реактивных и авиационных газовых турбин стало возможным только с созданием и применением металлических жаропрочных и жароупорных сплавов. В реактивных двигателях жаропрочные высоколегированные стали и сплавы должны обладать высокими механическими свойствами при температуре свыше 550 С, а также противостоять окислению в газовой среде.

Изменения в использовании материалов в процессе развития техники вязано со следующими закономерностями.

Прежде всего, в процессе развития техники наблюдается неуклонное расширение ассортимента применяемых материалов. Начав с кости, дерева и камня, люди со временем стали пользоваться медью, бронзой, железом, сталью, получили различные сплавы. При этом масштабы вовлекаемых в техническое использование химических элементов неуклонно возрастали. До 18 века люди использовали всего лишь 19 химических элементов, в 18 веке - 28, в 19 веке - 50. в начале 20 века - более 60, а ныне и в недалеком будущем почти все 104 элемента смогут найти себе техническое применение.

Известно какую прогрессивную роль сыграло применение в технике металлов - железа, стали, цветных металлов, особенно титана. Электроника,играющая огромную если не ключевую роль в развитии современной техники, невозможна без применения германия и ряда других металлов. Большое применение получили редкие металлы. Без использования новых материалов было бы невозможно появление ведущих отраслей техники. В технике не только появляются все новые и новые материалы, но и находят свое применение до того неизвестные их свойства, возникают новые технологии их применения.

Далее. В развитии техники все шире используются материалы, создаваемые искусственным путем. Природа подчас не имеет таких материалов, которые отвечали бы высоким запросам технического развития. На основе целенаправленного воздействия на природу человек создает искусственные ( синтетические) материалы с нужными ему характеристиками. Первым искусственным материалом была бронза, затем были созданы и нашли свое применение в технике различные сплавы железа. Машинная техника основывалась на сплаве черных и цветных металлов. Сплавы металлов являются основой машиностроения и сегодня. Известно, какую роль сыграла в технике легированная сталь. Ее производство и применение привело к революционным сдвигам в металлургической технике. Освоение производства стали в конверторах на кислородном дутье привело к применению ряда автоматических приборов и механизмов, установки для непрерывной разливки стали. Характерным для металлургии 20 века является развитие порошковой металлургии, синтез аммиака, спирта, жидкого топлива, использование искусственных материалов на неметаллической основе, особенно пластмасс, синтетического волокна. Ныне для синтеза материалов огромную роль играет полимеризация - особый тип химических реакций с образованием из низкомолекулярных веществ длинных цепных молекул-гигантов нового соединения - полимера. Это сделало возможным получение большого числа новых синтетических материалов с широким диапазоном свойств. Особый интерес представляют пластмассы, упрочненные стеклянным волокном, полиэтилен и полипропилен. Пластмассы позволяют по новому решать возникающие технические проблемы, повышают надежность технических устройств, снижают вес изделий. Сейчас известно 100 тысяч неорганических химических соединений в природе, число же известных органических веществ природных и искусственных превысило 3 млн. и продолжает быстро расти.

В процессе развития техники происходит постоянное совершенствование имеющихся материалов с использованием их новых свойств. Приведем такой пример. В начале 20 века на основе исследования структуры твердых тел было теоретически установлено, что прочность металла может достигать 2000 кг./ мм2. На практике эта прочность металла была значительно ниже, но постоянно повышалась. только за последние полвека прочность чугуна возросла с 12 до 80 кг/мм2. Значительное повышение прочности чугуна не закрывало перспективу дальнейшей работы в этом направлении. Создание композиционных сплавов, материалов с высокой степенью чистоты, применение новых методов перестройки их структуры открывало большие перспективы улучшения прочности металлов и сплавов. Так, разработана технология получения сталей с прочностью до 300 кг/мм2, получены сплавы на основе титана с прочностью 140-160 кг/мм2. Более того: в лабораториях получены монокристаллы металлов с прочностью до 1000 кг/мм2. Это создает принципиально новые возможности в развитии техники.

В электронике особую важность имеет повышение чистоты используемых материалов. Примеси, содержащиеся в исходных веществах, часто отрицательно влияют на свойства полученного продукта, исключают возможность создания сложных электронных устройств. Применение очень чистых исходных веществ (мономеров) содержащих не менее 99,8 - 99,9% основного вещества открывает дорогу бурному развитию электронной технике.

Наконец, для развития техники характерна растущая направленность в применении материалов из которых создаются технические устройства.При этом подбираются материалы которые по своим свойствам наиболее полно соответствуют конструктивным осбенностям и функциям создаваемым артефактам. Техническое творчество идет по пути уменьшения количества материалов используемых для создания техники. Например, такая тенденция ярко проявляется в станкостроении, где наблюдается стремление к уменьшению металлоемкости создаваемых станков. Ведутся работы по рациональному использованию металла и различных материалов в других отраслях техники, особенно в авиационной и турбостроении. Одновременно с этим уменьшаются производственные отходы: все меньше металла идет в стружку, обработка металла резанием заменяется технологией точного литья. Все это делает производственный процесс все более экологически чистым.

Такова группа внутренних законов, выражающих те изменения, которые претерпевает применение материалов в процессе технического прогресса.Однако материалы являются лишь одной из составных частей природной основы техники. Другую такую часть составляет применяемая энергия, которая приводит в движение технику.

Законы выражающие сдвиги в энергетике и других процессах используемых в технике составляют особую группу внутренних законов развития техники. Наиболее существенными из них являются следующие.

Одним из таких законов является последовательное техническое использование все более сложных форм движения материи. История технического прогресса в целом представляет картину использования в процессе технического творчества людей явлений и процессов все новых и новых форм движения материи. В основе орудийной (инструментальной) техники лежало использование механической формы движения материи.По мере развития орудийной техники появляются металлические орудия, человек перешел к использованию физических и химических процессов. Механическая энергия приводила в движение и рабочие машины до появления универсального парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания, когда на первый план выступает использование физической формы движения материи. Это тем более характерно для перехода к электродвигателям, которые произвели настоящий переворот в технике, существенно повысили ее эффективность. Так, если у паровоза КПД не превышал 6-8%, то КПД электровозов достигает 16-19%. Благодаря повышению экономичности работы ТЭЦ, улучшению устройств энергоснабжения КПД электровозов ныне достигает 85-88%.

В современной технике все чаще используется химическая форма движения материи. Химические процессы выступают в качестве технологических процессов непосредственно воздействующих на предмет труда. Аммиачный способ получения искусственной соды, создание нефтеперабатывающей промышленности, возникновение и использование в производстве электрохимии, производство синтетических веществ и пр. привело к тому, что химическая технология в той или иной форме проникает во все основные отрасли производства.

Ныне в технический прогресс вовлекается биологическая форма движения материи. Ускоренными темпами развивается бионика - одно из направлений кибернетики использующее биологические принципы при конструировнии технических устройств. Находят техническое воплощение многочисленные совершенные биологические механизмы, примером чему могут служить шагающие экскаваторы, манипуляторы.Одним из важнейших направлений современного научно-технического прогресса является биотехнология, основанная на техническом применении естественных и целенаправленно созданных живых систем ( прежде всего микроорганизмов).

Современный технологический переворот во многих отраслях народного хозяйства заключается в замене механических технологий химическими, энергетическими, биологическими. Преимущества новых технологий заключается в том, что они преобразуют структуру предмете труда в процессе изготовления из него определенной продукции. Возникают новые технологии - лазерная, электронно-лучевая, плазменная, высокочастотная. Естественно предположить, что в следующем столетии биология и техника будут находится в такой органической связи, которую сейчас трудно представить. Современный технический прогресс движется к универсализации используемых в нем процессов и форм движения материи. Все чаще используются комплексы процессов, связанные с самыми различными формами движения материи.

Важной закономерностью этого класса является техническое использование все более глубинных и мощных источников энергии, применяемых в технике. Последовательность в овладении энергетическими процессами имеет обратное направление сравнительно с эволюцией материи, характеризуется переходом от использования все более сложных видов энергии к использованию менее сложных. Действительно, если посмотреть на историю техники, то мы увидим, что вначале использовалась мускульная энергия человека и животных. Этот период, получивший название биоэнергетики, был очень продолжительным вплоть до использования энергетических процессов живой и неживой природы, таких источников энергии как энергии воды или воздуха. Техника ремесла, основанная на ручном труде, постепенно начинает применять водяную мельницу, водоподъемные машины, использующие силу падающей воды при помощи водяного колеса. Одновременно создаются мельницы на основе энергии ветра. Процессы использования энергии воды и ветра сформировали механическую энергетику.

Быстрое развитие в 18 веке мануфактурного производства стимулировало использование тепловой энергии с ее преобразованием в механическую. Начинается период развития теплоэнергетики, который получил огромные стимулы с появлением универсального теплового двигателя - этого великого преобразователя техники. Появление рабочих машин в текстильном производстве, изобретение паровой машины и суппорта произвели в конце 18 века промышленный переворот. Этап теплоэнергетики в дальнейшем обогатился появлением двигателей внутреннего сгорания.

Начало 20 столетия отмечается становлением комплексной энергетики - ускоренным развитием тепло- и гидроэнергетики в сочетании с использованием электрической энергии. Ныне человечество вступает в эпоху использования атомной энергии. Атомные электростанции преобразуют ядерную энергию в электрическую. Одновременно ведутся работы по созданию управляемых процессов ядерного синтеза, магнито-гидро-динамических генераторов.

Таким образом, прослеживаемая на протяжении истории техники энергетика имеет тенденцию перехода к использованию все более мощных энергоемкостей.

Закономерностью этого класса внутренних законов развития техники является также растущая интенсивность используемых процессов. Об этом свидетельствует рост различных показателей: давления, температуры, скорости, напряжения, интенсивности протекания химических процессов. К примеру, скорость самолетов в 1914 году не превышала 100 км/час а дальность их полета 240 км. В 1939 году скорость самолета уже достигла 550 км/час а дальность - 3000 км. В 1945 году соответственно 700 км/час и 5000 км. Современные самолеты обладают сверхзвуковой скоростью и могут облететь весь земной шар.