5. Внутренние закономерности развития техники.
.5. Внутренние закономерности развития техники.
Развитие техники определяется действием ряда причин, обусловливающих закономерный характер этого процесса. Существует целый ансамбль таких причин различных по своему значению. Еще Аристотель писал, что "о причинах говорят в различных значениях, и среди самих причин одного и того же вида одна по сравнению с другой бывает первичной или вторичной"(27, 147). В связи с этим он отличал производящую причину, "то что делает," от формальной причины, "то, что заставляет делать". Это дает основание выделить непосредственные и опосредованные причины развития любых явлений в том числе и техники, или источники и движущие силы этого развития.
Источники развития - это непосредственные причины, например, труд и его технологическое разделение. Движущие силы - это такие причинные факторы развития техники, которые воздействуют на это развитие опосредовано, через источники развития, например, противоречие между старыми и новыми техническими идеями. Движущие силы играют роль своеобразных катализаторов, воздействующих на направленность и темпы технического развития. Между источниками и движущими силами развития нет непроходимой грани, те и другие являются причинами развития техники. Но источники этого развития вытекают из внутренних противоречий свойственных технике, а движущие силы- из внешних или побочных факторов.
Одними из таких внутренних противоречий является противоречие между совершенствованием техники и теми техническими принципами, на основе которых было создано данное техническое устройство.
Дело в том, что в процессе создания техники законы природы, открываемые естественными науками, трансформируются техническими науками в определенные технические принципы. После создания техники изобретатели и рационализаторы в процессе ее функционирования совершенствуют существующую технику. Пока до полного использования технического принципа еще далеко, существует большой простор для технического творчества. Однако постепенное совершенствование наличных технических средств приводит к тому, что происходит постепенное приближение к максимальному использованию тех законов природы, на основании которых были выработаны определенные технические принципы и функционирует существующая техника.Таким образом простора для технического творчества остается все меньше или его совсем нет в силу чего любые технические усовершенствования малоэффективны и даются все с большим трудом. В это время старые технические средства достигают своего полного расцвета, имеют по сравнению с техникой предыдущего периода развития больший КПД. Но в дальнейшем этот коэффициент растет все более замедленными темпами со все возрастающими усилиями. В силу этого целесообразность дальнейшей работы в этом направлении отпадает. Идут поиски новых технических принципов, которые бы открывали новые возможности для технического творчества. Таким образом, старая техника отмирает в момент своегонаивысшего расцвета. Следовательно, изучая КПД технических средств мы можем предвидеть момент их дальнейшей качественной замены более совершенной техникой.
В этом отношении представляется интересным исследование Е.И.Гагариным изменения величины КПД автомобильных двигателей с 1895 по1955 годы. Эти исследования показывают, что резкий рост КПД этих двигателей в первые два десятилетия, обусловленный усовершенствованием конструкций, постепенно стал замедляться, что объясняется моральным старением самих поршневых двигателей. Повышение их КПД требовало с течением времени все больших затрат и постепенно теряло смысл. Формируется необходимость замены поршневых двигателей другими, например, газовыми турбинами с более высоким КПД, меньшим числом деталей, весом и габаритом, более совершеной динамикой, возможностью применять любые виды жидкого и газообразного топлива, с легкостью запуска при низких температурах, простотой управления и другими преимуществами перед поршневыми автомобильными двигателями. "Примеры из истории техники показывают, - заключает Е.И.Гагарин, - что когда рост величины качественных показателей машины прекращается или становится ничтожным, а потребность в продукте, обеспечиваемая этой машиной, неуклонно возрастает, то назревшее противоречие разрешается введением новой, более совершенной машиной"(28,92). Общая закономерность развития КПД различных машин может быть изображена графически следующим образом ( рис.2).
Рис 2. Рост КПД машин.
На рис. 2 по оси абсцисс отложено время t, а по оси ординат- значение данной функции a (величины КПД). Производная от a по времени a , имеет тенденцию непрерывного уменьшения и стремится к нулю по мере приближения к полному использованию возможностей, определяемых познанными законами природы.
Подобная тенденция прослеживается в развитии целого ряда существующих ныне технических средств. Этим обстоятельством обусловлены переходы в технике железнодорожного транспорта от паровоза к тепловозу и электровозу, появление судов на подводных крыльях, замена винтовых самолетов турбовинтовыми, разработка пленочной электроники, МГД-генераторов и т.д.
Так, сейчас необходимо весьма значительно ( в миллионы раз ) увеличить объем памяти счетно-решающих машин, быстродействие логических операций в ЭВМ. Решить эту задачу современными техническими средствами практически невозможно. Значит, к конструированию сверхмощных компьютеров должны быть найдены подходы, совершенно отличные от принятых сейчас. Одним из таких перспективных подходов является создание оптических ЭВМ (ОВМ) с голографической памятью и "картинной" логикой.
Следующее противоречие - это противоречие между достоинствами и недостатками данного технического устройства. Так, наряду с такими достоинствами как мощность, скорость, экономичность техническая система одновременно может иметь и такие недостатки как плохие эксплутационные качества, малая надежность и др. Эти недостатки часто препятствуют решению поставленной технической задачи. К примеру, станки с ЧПУ (числовым программным управлением) сочетают хорошую точность и скорость обработки деталей, хорошие эксплутационные качества с малой степенью надежности электронно-вычительных устройств.
В развитии техники существуют противоречия между противоположными тенденциями этого развития. Так, для того, чтобы выше поднять ракету или с ее помощью груз, необходимо больше топлива. Вместе с тем, увеличение количества топлива повышает вес ракеты и тем самым сокращает грузовые возможности ракеты.
Мы упомянули некоторые внутренние технические противоречия. Они являются источниками развития техники и имеют отношение к внутренним закономерностям технического прогресса. Эти внутренние противоречия или непосредственные причины технического развития связаны с движущими силами, которые выступают в качестве опосредованных причин развития техники. Они содержатся обычно во внешних противоречиях, т.е. противоречиях между техникой и другими факторами.
К числу таких противоречий можно отнести противоречие между конструктивными особенностями создаваемой техники и технологией. На основе использования законов природы и технических систем с учетом определенных технических потребностей инженерная мысль разрабатывает технологическое задание которое предшествует созданию технического устройства и в определенной степени определяет его. Таким технологическим заданием может быть, к примеру, обеспечение хорошего качества сварки в вакууме. Соответственно этому создается сварочный аппарат для сварки металлических швов в вакууме. Производственная же технология этого способа сварки, реальный технологический процесс сварки зависит от созданного сварочного аппарата. Таким образом, в первом случае технология (технологическая карта) определяет проектирование и конструирование техники, во втором она определяется функционирующей техникой. В определяющей своей роли техника и технология меняются местами.
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.
Аналогичную картину растущей интенсивности используемых в технике процессов можно наблюдать на примере развития паровых турбин. В начале 20 века новые турбины работали со средним давлением пара в 10 - 15 атмосфер при температуре 200 - 300 градусов С. В середине сороковых годов давление пара в турбинах уже достигло 30 атмосфер и температуре 400 градусов С. Ныне гидроэнергетика осваивает сверхвысокие параметры - 300 атмосфер и 650 градусов С и даже выше.
Растущую интенсивность используемых в технике процессов нельзя выдавать за единственную в технике тенденцию. Наряду с ней, все более прояваляется противоположная возможность - использование в технике процессов которые протекают в живой природе при весьма умеренных параметрах. Техника будущего, видимо, будет разумно сочетать эти противоположные тенденции в своем развитии. Создавая, к примеру, космические корабли с около световой скоростью движения, люди будут строить технические устройства работающие при обычных параметрах свойственных человеческому организму.
Наконец, закономерностью этого класса является постоянное увеличение степени целенаправленности используемых процессов. Техника создается людьми для того, чтобы как можно рациональнее, с меньшими усилиями и затратами направить определенный технологический процесс для достижения намеченных целей. На этом пути неизбежны определенные потери, связанные с несовершенством наших знаний и их конструктивным воплощением в технические устройства, с особенностями применяемых материалов и энергии, с условиями функционирования техники. Эффект полезного действия практически очень далек от теоретического. Образуется резерв повышения эффективности данного технического устройства путем его совершенствования. При исчерпании этого резерва возникает задача замены наличной техники новой, имеющей большую эффективность достижения поставленной цели. Так, производство электрической энергии как цель электротехники прошло длительный путь от тепловых электростанций с паротурбинными установками до современных электростанций, что позволило почти в 10 раз повысить их КПД. Ныне в энергетике разрабатываются новые схемы преобразования тепловой энергии в электрическую без промежуточных устройств, что позволит повысить КПД электростанций примерно на 15%.
Таковы закономерности, выражающие сдвиги в энергетике и других процессах, используемых в технике. Но создание, развитие и функционирование техники невозможно без применения людьми определенных знаний об объективной реальности - природе и той второй форме объективной реальности, которая создана людьми - техносферы. Практическое использование знаний, воплощение их в технических устройствах на протяжении всей истории развития техники имеет определенные закономерности. Мы не будем здесь подробно останавливаться на освещении проблемы технического использования знаний, этому посвящена следующая глава. В аспекте рассматриваемой в данном случае проблемы мы выделим лишь две закономерности этого процесса, ярко проявляющихся на протяжении всего технического прогресса.
Одну из таких закономерностей можно сформулировать как неуклонное возрастание объема воплощаемого в технике человеческого знания. Человек всегда развивал технику используя определенные знания .Но объем знаний, используемых в технике, неуклонно повышался на протяжении истории. Орудия первобытного человека создавались и совершенствовались на том незначительном запасе знаний, которыми располагали люди первобытной общины. Появление сложных орудий зиждилось уже на опытном знании о различных явлениях и процессах. Крупное машинное производство потребовало практического применения огромного объема знаний. Компьютерная техника, автоматика и робототехника делает возможным техническое применение всего того объема человеческого знания, величина которого ныне удваивается каждые 20 месяцев против 50 лет во времена Маркса.
Вторая закономерность фиксирует изменение структуры и возрастание сложности воплощаемого в технике знания. На первом этапе технического прогресса - этапе ручных орудий труда люди создавали и развивали технику на основе использования своего производственного и вообще жизненного опыта. Технически воплощаемые знания были чисто эмпирическими, создаваемые путем метода проб и ошибок. С появлением крупного машинного производства начинается сознательное техническое применение науки, хотя производственный опыт продолжает играть заметную роль в развитии техники. На этапе автоматизации,роботизации и компьютеризации техническое воплощение опытно-производственных знаний отступает на задний план и главную роль играет техническое воплощение научных знаний, особенно его передовых областей- общей теории систем, кибернетики, теории автоматов, синергетики др.
Следующая группа внутренних закономерностей развития техники - это законы конструктивных особенностей, структуры и функций техники.
Исследуя эти законы следует прежде всего указать на исторически углубляющейся процесс специализации и дифференциации в развитии техники. Растущие потребности стимулируют создание новых образцов техники различных по своей конструкции и принципам действия. Для удовлетворения технологических потребностей производства необходимо выпускать большой ассортимент типов станков начиная от небольших настольных станков применяемых для изготовления мельчайших деталей различных приборов до тяжелых станков предназначенных для обработки деталей размером до 20 метров и весом свыше 250 тонн.
Дифференциация неразрывно связана со специализацией, так как различные технические устройства более высокого уровня создаются с учетом их приспособления к выполнению определенных функций и операций. Развитие техники в одних случаях может идти по пути функциональной специализации, которая включает в себя момент известной универсальности. Это повышает ее производительность но снижает гибкость технических устройств при необходимости изменения технологического процесса. В других случаях можно идти по пути предметной специализации когда техническое устройство имеет жесткую программу для выполнения узкой операции. Поэтому идеалом является оптимальное сочетание функциональной и предметной специализации и, более того, сочетание специализации с дифференциацией. Поясним сказанное примером.
Современные высокопроизводительные металлорежущие станки, построенные на широком использовании принципов многоинструментальности и многопозиционности, как правило специализированы и часто предназначены для выполнения определенной операции. Однако специальные станки узко целевого назначения трудно переключить на другие работы при смене вида продукции. Стремление устранить этот недостаток привело к созданию агрегатных станков конструируемых из набора различных нормализованных укрупненных узлов-агрегатов. Если раньше технологический процесс изготовления изделий строился в соответствии с наличным парком станков, то последнее время в зависимости от требуемой обработки деталей из унифицированных и взаимозаменяемых узлов создаются специальные многопозиционные агрегатные станки. При этом на смену принципа дифференциации операций обработки приходит принцип максимальной концентрации механической обработки на одном станке.
Если на ступени орудийной техники преобладала функциональная ее специализация, то на ступени мануфактурного производства увеличилась дифференциация орудий труда и быстрыми темпами развивалась их предметная специализация. На стадии машинной техники ярко проявляется закономерный процесс одновременной дифференциации и специализации. И хотя существует тенденция движения от функциональной к предметной специализации, со временем в технике из известного числа унифицированных элементов будет создаваться все многообразие технических устройств по мере утверждения унификации и нормализации.
Следующей закономерностью развития техники является ее последовательное усложнение.Это усложнение происходит как путем увеличения числа элементов входящих в техническую систему, так и изменением ее структуры. Так, если в первых отечественных агрегатных станках действовало 455 шпинделей, то в станках выпущенных впоследствии их было уже 6657. Усложнение техники по мере ее развития ярко проявляется в эволюции компьютерной техники где находят себе последовательное применение транзисторы, интегральные схемы разной степени сложности, микропроцессоры и персептроны.
На стадии орудийной техники существовали разнообразные одноэлементарные орудия труда, усложнение которых происходило крайне медленными темпами. Топор, лопата, молот мало изменились и до наших дней. С появлением машинной техники последняя по мере все большего функционального замещения человека в процессе труда усложнялась. Первые рабочие машины с рабочим двигателем содержали уже довольно замысловатый комплекс различных деталей и узлов. С использованием индивидуального двигателя в рабочих машинах возникает сложное техническое устройство, состоящее из рабочей машины, передаточного устройства и индивидуального электрического двигателя. Таким образом возникает трехзвенная машина, которая все более усложняется с автоматизацией производства. Теперь к трем звеньям машины присоединяется четвертая - контрольно-управляющее устройство. Еще более сложную техническую структуру имеют компьютеры, которые уже замещают логические функции человека и , следовательно, имеют определенную аналогию с самым сложным объектом который создала природа . с человеческим мозгом. Аналогия эта не только по выполняемым функциям, но в определенной степени и по структуре, поскольку запоминающие ячейки компьютера напоминают нейроны головного мозга. По мере перехода от частичной к комплексной и далее к полной автоматизации структура технических систем еще более усложняется, включает множество элементов, между которыми возникают сложные взаимосвязи. Таким образом, в процессе развития техники формируются технические системы все более высокого порядка и степени сложности.
Развитие техники по пути автоматизации является существенной закономерностью изменения структуры и функций техники по мере ее развития. Как уже было отмечено выше - историю техники можно понимать как предысторию автоматики. Действительно, по мере технического прогреса техника усложнялась все в большей степени замещая трудовые функции человека - вначале энергетическую и транспортную, затем технологическую и контрольно-управляющую. В результате ныне на долю мускульной энергии человека приходится сейчас не облее 1% всей потребляемой энергии в промышленности и сельском хозяйстве. Если инструментальная и машинная техника замещала физическую работу людей, то появление автоматизации и компьютеризации приводит к замене автоматами и ЭВМ не только физических, но и умственно-интеллектуальных функций людей. Техника замещает не только работу человека по контролю технологического процесса, но и по управлению им. Необходимым условием такой замены является алгоритмическое описание деятельности. Автоматизация - это не самодовлеющая замена человека машиной, а средство рационализации человеческой деятельности. Она дает возможность человеку развивать в необычайных масштабах свою творческую деятельность.
В итоге развития техники по пути к автоматизации техника превращается в целостную систему для которой характерны:
- электронизация почти всех подсистем технических средств автоматизации физического и умственного труда.
- формирование интегрированной системы автоматизации производства, организационного управления и обработки информации.
- практическое овладение биологической формой движения материи, создание биотехнологии.
- качественный скачек в развитии элементной базы технических средств управления, создание безбумажной информатики.
- создание материальных предпосылок для достижения технологической свободы человека.
Последнюю группу внутренних законов развития техники составляют законы взаимосвязи отдельных видов и отраслей техники в процессе их развития.
Прежде всего, отметим в качестве важнейшего закона развития техники закон преемственности. Совершенствование ручных орудий труда, простой кооперации породили мануфактуру. Возникновение и дальнейшее распространение мануфактур подготовило необходимые технические предпосылки для перехода к машинному производству, Последнее на определенной ступени своего развития принимает автоматизированную форму.
Преемственность в развитии техники проявляется в том, что "каждая современная машина имеет свою родословную и ведет свое развитие от весьма древних орудий"(19,80-81). Совершенствование токарного станка часовщика 18 века через сложную цепь промежуточных многочисленных орудий завершается в современном крупном револьверном станке. Но создание револьверного станка требует особых приспособлений для литья металла и установки отливок на станках для их обработки. Все это должны были сделать машины которые были созданы при помощи других машин.
Следующим законом развития техник является то, что проблемы, поставленные в технике, часто получают свое решение на более высших этапах технического прогресса. Так были реализованы многие технические идеи - создание парового двигателя, автомата, радио, телевидения, парашюта, подводной лодки и многие другие. Рациональные технические идеи живут в умах последующих поколений и рано или поздно находят свое техническое воплощение. Это обстоятельство является стимулом развития техники, одной из причин ускоренного ее развития.
Наконец, закономерностью развития техники является то, что развитие различных отраслей и видов техники протекает во взаимосвязи и взаимодействии. Любая новая отрасль техники своим появлением взывает своеобразную реакцию и влечет за собой последовательный ряд изменений во многих других отраслях. Повышение производительности машин на одном участке вызывает необходимость технического перевооружения других участков. Крупные качественные изменения в технике начинаются обычно с создания рабочих машин. Технический прогресс, вызванный появлением рабочих машин в одной отрасли производства, ведет к появлению передовых и отстающих отраслей производства. Взаимозависимость отдельных отраслей производства требует ликвидации различий в техническом уровне, что вызывает постоянную необходимость подтягивания отстающих отраслей до передовых. Эта взаимосвязь различных отраслей производства на основе новейших технических достижений происходит непрерывно.
Так, распространение водяных и ветряных мельниц в средневековье потребовало механизации некоторых приемов в процессе труда. Путь этой механизации открыли два важных изобретения. Первое - кривошип, позволяющий преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное и наоборот. Второе - маховик, позволяющий выравнивать неравномерное усилие двигателя, придавать таким образом равномерность вращению. Эти изобретения, в свою очередь, позволили приводить в движение механические решета для просеивания муки, молоты в кузнецах, машины в сукновальнях и сыромятнях. Распространение сукноделия потребовало развитие торговли, чему мешали не только замкнутость хозяйств, но и монетный голод. Возникает необходимость разработки серебряных рудников, развития техники горного дела, которое стимулировалось к тому же потребностями в железе.
Возьмем более позднее время. Вторая половина 18 века характерна для технического прогресса изобретением рабочих машин и созданием универсального теплового двигателя. Основной задачей дальнейшего помышленного развития стало техническое перевооружение машиностроения. Г Модель. создавший механический суппорт для токарного станка, положил начало изготовления машин машинами. Технический переворот в области машиностроения явился основным стимулом для развития металлургии. Черная металлургия переходит на новые методы производства металла - новую технологию получения чугуна и усовершенствованные способы переделки чугуна в железо. Это обстоятельство в свою очередь в огромной степени увеличивает спрос на самые разнообразные продукты горного дела, что влияет на ее развитие - вводятся паровые насосы прямого действия, поршневые вентиляторы, взрывобезопасные лампы, подъездные рельсовые пути. Опыт последних позволил начать работы по созданию конно-чугунных дорог для общего пользования что логически привело к идее паровой железной дороги.
Наконец, возьмем современность. Нет необходимости доказывать, что создание техники освоения космического пространства оказало огромное влияние на металлургическую и химическую промышленность, разработку технологий получения высокочистых веществ, способов получения новых видов жидкого и твердого топлива, стимулировало развитие робототехники, автоматики и компьютеров. Все эти процессы ныне называются космизацией производства.
Таким образом, различные отрасли техники взаимно поддерживают и стимулируют друг друга. История техники свидетельствует, что "никакие технические приспособления, никакие более совершенные технологии не получают распространения в хозяйстве, пока все звенья хозяйственной цепи, все элементы экономики не готовы принять его. Новые технические новшества пробивают себе дорогу только при условии реорганизации всей системы хозяйствования. Отдельные технологии могут существовать где-то задолго до того, как они стали взаимосвязанными и взаимоподдерживающими элементами новых технологических систем, но применялись в тех прежних условиях лишь эпизодически и не получали широкого распространения"(29,41).
Рассмотрение техники как средства деятельности людей позволяет сделать вывод не только о том, что развитие техники можно понять лишь в системе "человек-техника", но и о том, что это развитие является закономерным процессом, определяется совокупностью законов, среди которых важную играют внутренние специфические законы. Эти законы возникают на основе внутренних противоречий техники, которые формируются в процессе взаимодействия общества с природой. Поэтому специфические внутренние закономерности развития техники относятся к системе самой техники и не могут быть подменены какими-нибудь другими.