История становления инженерной деятельности

С художественным мышлением  сближает широкое использование  им графических средств для выражения  своих идей. Язык черчения - язык богатый  своими возможностями и международный. Чертеж для инженера - это не только средство общения с исполнителями  и коллегами, это идеализированная, но в тоже время поставленная в  четкое соответствие с практикой, плоскость  выражения его мысли. Именно по этому  инженеры предпочитают чертить схемы, а не писать формулы или текст. В отличие от художника это  графическое пространство служит инженеру не для художественного отображения  окружающего мира с целью вызвать  эстетическое наслаждение, а для  детализации и конкретизации  инженерной идеи в развернутую схему, научного обоснования и математического  расчета этой схемы, чтобы  впоследствии можно было выполнить рабочие чертежи - предписания мастерам и рабочим к реализации его замыслов [3, с. 58]. В современных технических школах студенты в процессе обучения значительную часть своего времени проводят в специализированных чертежных аудиториях, где усваивают этот графический язык.

Средневековые ремесленники и архитекторы тоже могли пользоваться и действительно пользовались чертежами и математическими пропорциями, но они выполняли тогда иную функцию. Между языками ремесла и современного проектирования, в структуру которого действительно входит наука, есть принципиальная разница. Пропорция для античного и средневекового мастера была не научным или даже не эстетическим средством, а живой методикой делания вещи, начиная с выбора материала, всей технологической последовательности выполнения работ и кончая определением строя вещи в целом и каждой ее части. Когда современный архитектор, желая придать фасаду здания эстетичый вид, расчерчивает его по так называемому "золотому сечению", то это совсем иной научно-рациональный подход, чем это было в прошлом. Не следует забывать, что сегодня техническое черчение — это воплощенная наука, применение начертательной и проективной геометрии к решению практических задач машиностроения, строительства и т. д. Одним из создателей этого графического языка инженеров был французский инженер и ученый Гаспар Монж.

Монж был математиком  и инженером одновременно. Он одним  из первых понял и создал строго научную, математически точную систему  графических изображений для  нужд техники. В этом смысле он был  продолжателем учения о перспективе  художников-инженеров эпохи Возрождения. Но Монж пошел дальше их, сделав язык чертежа, с одной стороны, более строгим и научным, а с другой - пригодным для решения практических инженерных задач [2, с. 103]. Очень скоро техническое черчение стало центральным пунктом инженерного образования, графическим языком инженеров. В других отраслях техники и технической науки также сложились свои особые графические средства для выражения инженерных идей, хотя и не всегда тесно связанные с геометрией, как, например, электрические схемы в электротехнике и радиотехнике.

Таким образом, на протяжении веков сформировались три особенности  инженерного мышления - художественная, техническая (практическая) и научная. И хотя инженеры более охотно рисуют чертежи и схемы, а ученые пишут  формулы и тексты (статьи, учебники), современное инженерное мышление глубоко  научно. И чертеж, и схема, эти  языки инженера, насквозь пронизаны  наукой, прежде всего математикой.

Научная картина  мира, вырабатывавшаяся на протяжении XVII-XVIII столетий, только в XIX в. начала медленно входить в повседневный обиход рядового инженера. В XVIII в. галилеева экспериментальная математизированная наука так и не дошла еще до всех «уголков» практической инженерной деятельности, продолжавшейся оставаться инженерным искусством. Подлинное проникновение науки в сферу инженерной деятельности и промышленности начинается лишь с развитием машинного производства.

4. Возникновение  профессии инженера.

Первые инженеры появляются в эпоху Возрождения. Они формируются из среды ученых, обратившихся к технике, или ремесленников, приобщившихся к науке. Именно в  это время на историческую арену  выходит фигура «техника-специалиста», одним из основных занятий которого является выполнение гражданских и  военных технических сооружений. Первые инженеры - это одновременно художники-архитекторы, математики, врачи, алхимики, естествоиспытатели и изобретатели. Таковыми были Леонардо да Винчи, Батиста  Альберти, Никколо Тарталья, Джироламо Кардано и другие. Тогда не было ни одного крупного человека, который бы не совершил далеких путешествий, не говорил бы на четырех или пяти языках, не блистал бы в нескольких областях творчества. Леонардо да Винчи был не только великим художником, но и знаменитым математиком, механиком и инженером. Он считается изобретателем парашюта и первым человеком, создавшим эскиз прообраза вертолета. Альберт Дюрер был живописцем, гравером, скульптором, архитектором и создателем систем фортификаций.  

Быстрое развитие государственности  и торговли стимулировало совершенствование  военного дела, прежде всего укреплений и артиллерии, строительства гидротехнических и архитектурных сооружений. Совершенствование  артиллерии и фортификации было жизненно необходимо для существования самостоятельных  городов-республик Италии: от точности и дальнобойности их орудий зависела и их независимость. Одним словом инженеры-консультанты везде были нужны  и высоко ценились королями, герцогами  и горожанами. В молодые годы Леонардо да Винчи, нанимаясь к герцогу  миланскому Лодовико Моро, писал в своем письме к нему, что умеет делать легко переносимые и наводимые мосты, штурмовые лестницы, тайные подкопы, спускать воду из рвов осажденных городов, мортиры, катапульты и огнеметы оригинальной конструкции с превосходной баллистикой, а также знает способы нападения на неприятельские корабли без их повреждения выстрелами и т.д. Кроме того, пишет да Винчи, в мирное время он может с любым соперничать в постройке зданий и гидросооружений, скульптуре и живописи.

Список инженерных изобретений и возможных работ, предлагаемых в письме Леонардо, не является пустой похвальбой, или не выполнимой инженерной фантазией, хотя и неизвестно, что именно он успел  воплотить в действительности. В  процессе своей жизни он реализовал некоторые из них. Что же касается не реализованных проектов, то в его записках содержатся подробные описания  и рисунки, из которых можно уже понять, как можно воплотить их в конкретных сооружениях и устройствах. Эти записи являются своеобразными эскизными проектами.

Само существование  нереализованных проектов наряду с  реализованными - первый признак проектной  культуры, в которую вступило человечество в эпоху Возрождения. Для инженеров  этой эпохи характерно стремление не делать свои достижения недосягаемыми - достоянием узкого круга мастеров данного ремесленного цеха, а совершенствовать уже существующие образцы, улучшать их, вносить изменения и делать всеобщим достоянием,  обнародовать, опубликовать их под своим именем, которое эти изобретения, в свою очередь, могут прославить. Теперь хитроумные архимедовы машины стали создаваться многими и повсеместно. Им не просто удивляются, теперь они нужны, труд по их созданию оплачивается и есть многочисленные их заказчики и потребители.

Начиная с эпохи  Возрождения, появляется большое количество инженеров отстаивающих свои авторские  права и положение в обществе. Заново переоткрываются, но уже с именем, многие известные в древности изобретения, например порох, который давно применялся китайцами. Этот процесс обусловлен тем, что средневековые изобретатели, чтобы обеспечить распространение своего нововведения, часто скрывали свое авторство, приписывая его какому-либо авторитету. Теперь же клеймо Мастера становится значимым, а сам он - личностью. Изменяется социальный статус мастера и отношение к нему общества. Это хорошо видно на примере русского пушечного мастера Андрея Чохова.

Андрей Чохов  всю жизнь проработал на Московском Пушечном Дворе - крупном ремесленно-промышленном предприятии Руси того времени. Россия крупно преуспела ко времени Ивана  Грозного в этом искусстве. Крупные  литые орудия становились именными и выпускались с личным клеймом  мастера. Например, на одном из них  отчеканено: «Божею милостию Иван, царь и великий князь, государь всея Руси. Пищаль Волк. Делан в лето 7085. Делал Андрей Чохов».

Социальный статус такого Мастера был относительно высок. На Пушечном Дворе все мастеровые люди не платили налогов, им регулярно  выдавалось жалованье, выделялось жилье. А сам Чохов получал денежное жалование даже больше чем глава  Пушечного приказа. Жаловал его  царь и отдельно по выполнению крупных  работ [3, с. 70].

В эпоху Возрождения  сформировывается особое отношение  к Инженеру не просто как к технику  или ремесленнику. Он теперь Творец. В центре мироздания становится Человек, созданный отчасти божественным, он является высшим творением бога и ему подчинены все другие создания. А художник-инженер из рядового члена ремесленного цеха превращается в придворного «князя» искусств, во всеми ценимого творца, носителя божественного таланта, владеющим  великим даром, равного в искусстве  самом богу.

5. 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.

Изобретательство. 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.   

 Вот как, например,   в своих записках характеризует суть такой деятельности академик Борис Николаевич Юрьев, разработчик и исследователь вертолетной техники:  «Основные этапы изобретательской работы. Изобретения возникают лишь в результате долгой и систематической работы. Вдохновение, озарение и т. п. приходят лишь тогда, когда для них уже создан солидный фундамент.

Обычно 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»

Изобретение, по мнению Б. Н. Юрьева, - это открытие новых методов использования явлений природы для удовлетворения нужд человека, его потребностей наиболее рациональным или экономичным способом. И далее:

«Пути изобретательства.

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.