ТЕ́ХНИКА
-
Рубрика: Технологии и техника
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ТЕ́ХНИКА (от греч. τέχνη – искусство, мастерство, ремесло, наука), совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства, а также обслуживания непроизводственных потребностей общества. В Т. материализованы знания и опыт, накопленные человечеством в ходе эволюции обществ. произ-ва и проведения науч. исследований, основанных на использовании технических наук (инж. наук), в которых описываются и изучаются закономерности «второй природы», т. е. технич. мира. Технич. науки обеспечивают перенос знаний человека в физич. среду посредством создания Т., которая составляет искусственную, сознательно созданную среду обитания для человека – техносферу. Осн. назначение Т. – по мере развития технич. наук и создания новых орудий труда освободить человека от выполнения разл. функций, связанных как с физически тяжёлой, так и с рутинной (однообразной) работой, предоставить ему больше времени для творч. занятий, облегчить его повседневную жизнь, чтобы повысить результативность труда. Объекты изучения Т. не только материальные, существующие объекты, но и объекты ещё не существующей Т., которые требуется создать. Поэтому осн. методами технич. наук являются моделирование (см. также Компьютерное моделирование) и проектирование. Т. позволяет на основе познания законов природы существенно повысить эффективность трудовых усилий человека, расширить его возможности в процессе целесообразной трудовой деятельности; рационально использовать природные ресурсы, осваивать и исследовать недра Земли (в т. ч. для развития горной пром-сти), Мировой океан, возд. и космич. пространство, создавать информац.-коммуникац. средства, поддерживать и развивать обороноспособность государства и др. Нередко термин «Т.» применяют также для совокупной характеристики навыков и приёмов, используемых в к.-л. деле или в искусстве (напр., Т. владения мячом, Т. танца, Т. игры на фортепиано и т. п.).
Т. применяется для воздействия на предметы труда при создании материальных и культурных ценностей; получения, передачи и преобразования энергии; науч. исследований; развития разл. отраслей пром-сти и нар. хозяйства (материального произ-ва); средств сбора, хранения, обработки и передачи информации. По функциональному назначению различают Т. производственную и непроизводственную. По масштабам применения осн. часть технич. средств составляет производств. Т.: машины (рабочие, технологич., транспортные, энергетич., контрольно-управляющие, вычислит. и др.), механизмы, инструменты, аппаратура управления машинами и технологич. процессами, производств. сооружения, средства транспорта, коммуникации, связи и т. д. К непроизводственной Т. относятся средства коммунальной и бытовой Т., передвижения; Т. образования и культуры; спортивно-туристическая Т. Особую группу технич. средств составляет военная Т. (артиллерия, танки, ракетные установки, летат. аппараты, надводные и подводные суда и др.).
Универсальной классификации Т. ещё не создано. Наиболее часто её классифицируют исходя из отраслевой структуры произ-ва (напр., Т. пром-сти, Т. с. х-ва, Т. транспорта) либо применительно к отдельным структурным подразделениям произ-ва (напр., авиац. Т., мелиоративная Т.). В некоторых случаях исходят из естеств.-науч. основы видов Т. (напр., ядерная Т., вычислит. Т., холодильная Т.).
Основные этапы развития техники
Т. прошла исторически длительный путь развития – от примитивных орудий первобытного человека до сложных автоматизир. производств. комплексов технологич. оборудования. В эпоху палеолита вслед за примитивными рубилами из камня появились кремнёвые резцы, скребки, костяные орудия, копьё, лук и стрелы с кремнёвыми наконечниками. Помимо произ-ва орудий, сделаны первые шаги в строительстве (создание жилищ). Отличит. чертой неолита, завершавшего каменный век, стало производящее хозяйство (земледелие и скотоводство), приведшее к появлению орудий труда (топор, нож, пила, долото, мотыга, кайло, соха, плуг, глиняная посуда, гончарное колесо), а также изготовление первых медных изделий, глинобитных и свайных построек и др. В эпоху позднего неолита возникло ткачество, как эволюция плетения, примитивные ткацкие станки. Важной вехой развития цивилизации стало получение и применение металлов (меди, а затем железа), начавшееся в разных странах в период от 5-го до 1-го тыс. до н. э. Широкое использование железа открыло возможности изготовления новых видов изделий, ремесло окончательно отделилось от земледелия, труд становился более производительным.
С началом нашей (новой) эры Т. играла важную роль в развитии произ-ва и общества. В 14–16 вв. нужды торговли, мореплавания, крупных мануфактур потребовали теоретич. и эксперим. решения целого ряда вполне определённых задач. Изобретения компаса магнитного, часов, пороха и книгопечатания были великими открытиями, положившими начало прочному союзу науч. и технич. деятельности. Попытки использовать водяные и ветряные мельницы, механич. часы и др. для нужд расширяющегося мануфактурного произ-ва вызвали необходимость теоретич. исследования некоторых механич. процессов. Постепенно совершенствовалась металлургия: увеличивались размеры сыродутных горнов, повышалась мощность дутья. Горны превратились в небольшие печи – домницы. В сер. 14 в. увеличение размеров домниц привело к появлению доменных печей. Металлургич. процессы способствовали внедрению водяных воздуходувных труб, мехов с приводом от водяного колеса (с 15 в.), паровых воздуходувных машин (18 в.), использованию каменноугольного кокса (нач. 18 в.) и применению нагретого дутья (19 в.). Технич. достижения оказывали воздействие на развитие экономики и способствовали общественным преобразованиям.
Началом нового периода в развитии Т. стала промышленная революция 18–19 вв., ознаменовавшаяся изобретением паровой машины и переходом к машинному способу произ-ва. Исследования в области машин и механизмов теории, сопротивления материалов привели к созданию в нач. 20 в. машиноведения и потребности создания новой отрасли произ-ва – машиностроения, обеспечившего выпуск разл. видов оборудования. Абсолютное большинство изделий, машин, сооружений, которыми пользуется человек, изготовлено из металлов. Большое значение для развития металлургии в 18 в. имели тигельная плавка и пудлингование, в 19 в. – бессемеровский, мартеновский и томасовский процессы, во 2-й пол. 20 в. – кислородно-конвертерный процесс, являющийся до сих пор осн. способом получения стали. С развитием пром-сти совершенствовались конструкции, увеличивалась мощность и производительность технич. средств. При массовом выпуске изделия на должном пром. уровне необходимо было иметь подробное (пошаговое) описание процессов, протекающих на всём временно́м отрезке произ-ва. Для этих целей в 1772 нем. учёный И. Бекман использовал др.-греч. термин технология, смысл которого в совр. условиях заключался в составлении т. н. технологич. карты производств. процесса, т. е. его «алгоритмизацию».
В кон. 19 – нач. 20 вв. паровая машина стала постепенно вытесняться более экономичным и компактным двигателем внутреннего сгорания (ДВС), благодаря применению которого получили развитие новые отрасли пром-сти – авиация, автомобилестроение; стали создаваться рабочие и транспортные машины (автомобили, тракторы, экскаваторы, самолёты, теплоходы и др.). Были найдены новые способы преобразования энергии на основе использования паровых турбин и гидравлических турбин, соединённых приводом с генераторами электрич. тока. Совершенствование электродвигателей привело с сер. 20 в. к повсеместному использованию их в качестве индивидуального и группового привода рабочих машин (в металлорежущих, деревообрабатывающих, ткацких и др. станках, подъёмно-транспортных, кузнечно-прессовых машинах и т. п.). Были внедрены радиосвязь, телеграфия, телефония. Сер. 20 в. характеризуется развитием реактивной авиации (созданы турбовинтовые и турбореактивные двигатели), созданием электронных вычислительных машин (см. Вычислительная машина). Для разработки и произ-ва средств измерит. техники (радиоизмерит., электроизмерит. приборов; приборов, измеряющих параметры окружающей среды; и др.), испытат. Т., комплексного применения средств автоматич. контроля и регулирования и др. технич. оборудования создана новая отрасль машиностроения – приборостроение. Использование оборудования, предназначенного для выполнения разнообразных технологич. процессов, явилось предпосылкой для разработки комплексных машинных систем в виде поточных линий, широкого применения систем автоматизированного управления произ-вом, технологич. процессами, в которых многие осн. и вспомогат. операции выполняются системами автоматического управления (самостоятельно, без непосредственного участия человека). Автоматизир. техника обеспечила значит. рост производительности труда, позволила получать изделия с большой точностью, постоянством параметров и высоким качеством.
Самым значимым событием кон. 1950-х – нач. 1970-х гг., безусловно, является освоение космич. пространства: запуск в СССР первого ИСЗ, первый полёт человека в космос, первый выход космонавта в открытый космос, высадка людей на поверхность Луны, посадка на Луну первого в мире полуавтоматич. самоходного аппарата «Луноход-1» (СССР), управляемого с Земли (17.11.1970) и др. (см. Космонавтика, Гагарин Ю. А., Леонов А. А., Армстронг Н., Олдрин Э.).
Совр. этап развития Т. характеризуется тем, что вслед за автоматизацией произ-ва на более высокий уровень развития поднялись вычислительная техника, электроника, микроэлектроника, радиотехника, телевидение, робототехника и др. виды Т.; большое развитие получили информац.-коммуникац. технологии (см. Информационные технологии), а также методы передачи информации (см. Интернет, Канал связи, Компьютерная сеть, Спутниковая связь), применяемые при выполнении функций сбора, хранения, обработки, передачи и использования данных в самых разных областях человеческой деятельности. Создание микропроцессора, использование многопроцессорных многоядерных вычислит. систем привели к созданию суперЭВМ. И если первая универсальная ЭВМ ENIAC (1946, США) при массе 30 т и энергопотреблении 160 кВт, обеспечивала производительность в 300 флопс (1 флопс=100), т. е. 300 операций в секунду (оп/с) с плавающей запятой, то производительность суперЭВМ «Тяньхэ-2» («Млечный Путь-2»; Китай, 2013) достигла 33,8 Пфлопс (1 петафлопс=1015 оп/с, или 1000 трлн. оп/с) при теоретич. пиковой производительности ок. 54,9 Пфлопс (2015). Создание мобильного телефона с дополненной функциональностью карманного ПК привело к созданию смартфона. Помимо схем «классических» компьютеров, разрабатываются квантовые компьютеры и нейрокомпьютеры (реализуют алгоритмы решения задач на основе принципов работы нейронных сетей). В области энергосбережения и экологии развиваются работы по оптимальному использованию возобновляемых источников энергии и нетрадиционной энергетики – нового направления в создании альтернативной энергетики. Одновременно, с традиц. использованием нефти и нефтепродуктов, газа, развиваются технологии получения биотоплива из отходов лесного и с. х-ва, а также из мор. растений.
Основные показатели техники
Главными показателями действующей и вновь создаваемой Т. являются её функциональные характеристики (показатель технич. возможностей данного средства при его эксплуатации; напр., мощность, скорость, быстродействие, дальность и др.); производительность (количество продукции, информации и т. д., изготовляемой, обрабатываемой, перевозимой в единицу времени); надёжность и экономичность эксплуатации (количество материальных ресурсов, времени, энергии, затрачиваемых на произ-во единицы продукции, перемещение единицы груза и т. д. в нормальных условиях применения). Эти показатели могут быть повышены её модернизацией (усовершенствование применяемых технич. средств и технологич. процессов), позволяющей продлить период использования данного вида Т., обеспечить её соответствие требованиям науч.-технич. прогресса.
Помимо обеспечения функциональных и производств. показателей, совр. Т. должна удовлетворять требованиям эргономики, технич. эстетики, экологии. Критерии эргономики предполагают согласованность функционирования технич. систем с физиологич. и нервно-психич. особенностями человека. Оптимальное сочетание способностей человека и возможностей Т. в системе «человек и машина» существенно повышает эффективность произ-ва и управления. Технич. эстетика определяет осн. требования и направления формирования гармоничной предметной среды, создаваемой средствами Т. с целью улучшения условий труда, быта и отдыха людей. Одним из новых направлений Т. в кон. 20 – нач. 21 вв. стал технический дизайн (прикладная отрасль знаний на стыке Т., эргономики и эстетики), осн. задачей которого является стимулирование процессов модернизации и продаж технич. изделий, имеющих новые функциональные возможности. С расширением масштабов технич. прогресса, появлением и развитием новых отраслей Т. всё более возрастает значимость факторов экологии, связанных с сохранением и улучшением природной среды, оптимизацией условий жизнедеятельности человека, предотвращением техногенных катастроф и их вредных последствий на недра Земли, атмосферу, климат, флору и фауну. Т. о., функционирование совр. Т. и создание новых её видов обусловливает необходимость учёта человеческого фактора. Для оценки воздействия Т. на производительность обществ. труда используются показатели технич. вооружённости и энерговооружённости. Техническая вооружённость труда – статистико-экономич. показатель отношения количества технич. средств произ-ва к затратам труда рабочих. Энерговооружённость труда – показатель, характеризующий связь затрат живого труда с производств. потреблением энергии (тепловой, механич. и электрической). Повышение технич. вооружённости является важным фактором роста производительности труда и себестоимости продукции и услуг. Однако с развитием Т. и новых технологий у человека может развиться психологич. реакция на стремительные и радикальные изменения в его окружении, вызванные ускорением темпов технологич. и социального прогресса, которую амер. социолог и футуролог А. Тофлер назвал футуршоком (англ. Future Shock – шок будущего) в одноим. труде, вышедшем в 1970. Описанное Тофлером явление, возможно, следовало бы назвать шоком настоящего, поскольку шок вызван столкновением человека с изменениями, уже произошедшими в окружающей среде и к которым он не успел адаптироваться. Подобное несоответствие порождается усиливающимся давлением событий, лавинообразно увеличивающимся потоком знаний, разл. рода информацией. Перед обществом и человеком встаёт задача адаптироваться не только к происходящим изменениям, но и к ожидаемым (напр., столкновение с более совр. технологиями вызывает шок будущего). Технологич. новшества оказывают влияние на социальную структуру общества. По существу, рождается новый цивилизационный уклад, в котором принципиально иной будет сфера труда, управления, досуга.
Взаимосвязь науки и техники
Развитие Т. на основе широкого использования науч. знаний – главное условие прогресса. Технич. науки связаны с естеств. и обществ. науками, поскольку, хотя Т. является продуктом исключительно человеческой созидательной деятельности, но подчиняется она тем же объективным законам, что и естеств. объекты. Знания технич. наук оцениваются не только на истинность, но и на эффективность, поскольку создаются специально для использования в Т. и инж. деятельности. Науч. революция 17 в. ознаменовалась многочисл. исследованиями и открытиями в области математич. и эксперим. физики, магнетизма и электричества, механики и гидравлики, химии, биологии и др. науч. направлений. Этот процесс интенсивного накопления науч. знаний в 17–18 вв. ещё не был тесно связан с задачами развития Т. и пром-сти. Первоначально на этот период в инж. деятельности использовались знания из определённых естеств. наук, а также технологич. знания (описание конструкций, технологич. операций и т. д.), которые позволили определить в расчёте точные характеристики конструкций и устройств. Пока речь шла об отд. изобретениях, проблем не возникало. Однако начиная с 18 в. складывается пром. произ-во и появляется потребность в тиражировании и модификации изобретённых инж. устройств (парового котла и прядильных машин, станков, двигателей для пароходов и паровозов и т. д.). Резко возрастает объём расчётов и конструирования (возникает проблема унификации и стандартизации изделий), в силу чего всё чаще инженер имеет дело не только с разработкой принципиально нового инж. объекта (т. е. с изобретением), но и с созданием сходного (модифициров.) изделия (напр., машины того же класса, но с др. характеристиками – иной мощностью, скоростью, габаритами, весом, конструкцией и т. д.). На первых этапах своего развития и вплоть до нач. 19 в. Т. в осн. представляла собой аккумулированные в средствах труда эмпирич. знания и опыт (напр., паровая машина была создана на эмпирич. основе – техника парового двигателя на полвека опередила его теорию). Изобретение прядильных машин, коренным образом изменивших текстильное произ-во, по существу стали результатом применения опыта, накопленного при совершенствовании приспособлений и ручных станков, использовавшихся при изготовлении тканей.
Первым рос. технич. учебным заведением стала основанная в 1701 в Москве Школа математических и навигацких наук (первое рос. артиллерийское, инж. и мор. уч-ще). В 1804 в С.-Петербурге создано Николаевское инж. уч-ще, на базе которого в 1819 образовано Гл. инж. уч-ще. Одним из первых образоват. учреждений в Европе в области технич. наук стала Политехнич. школа Г. Монжа (Париж), основанная в 1794.
Для популяризации науки и Т. во многих крупных городах мира были созданы музеи: Политехнический музей (1872, Москва); Нац. консерватория искусств и ремёсел (1794, Париж) – самый старый технич. музей Европы; Смитсоновский ин-т (1846, Вашингтон) – крупнейший в мире музейный и науч. комплекс; Немецкий музей (1903, Мюнхен); Музей техники (открыт в 1918, Вена) и др.
На рубеже 19–20 вв. взаимодействие науки и Т. существенно расширяется – науч. открытия всё чаще находят применение при создании технич. приборов, материалов и сооружений; в 20 в. наука становится осн. источником новых видов Т. и технологич. процессов. Так, разработанная в 19 в. трудами М. Фарадея и Дж. Максвелла теория электромагнитного поля послужила основой развития электротехники. В кон. 19 в. разрабатываются генераторы и электродвигатели, трансформаторы переменного тока для передачи электроэнергии на дальние расстояния (в 1880 Д. А. Лачинов теоретически доказал возможность передачи любого количества электроэнергии на расстояния в сотни километров путём увеличения напряжения на линии электропередачи), создаются первые электровозы для железных дорог. Получивший развитие в нач. 20 в. новый раздел механики жидкости и газов – аэродинамика, значит. вклад в разработку которого внёс Н. Е. Жуковский, послужил решению важной практич. задачи – научно обосновать рациональную конструкцию самолётов. Теоретич. расчёты в сочетании с эксперим. исследованиями содействовали качественному сдвигу в авиации и стимулировали развитие самолётостроения уже в 1920-х гг.
Быстрое развитие Т. сопровождалось появлением технич. наук, ставших связующим звеном между естеств. науками, инж. знанием и произ-вом. В технич. науках исследования носят более прикладной характер, что позволяет разрабатывать технич. теории, создавать новые методы инж. расчёта и проектирования. По мере развития технич. наук во 2-й пол. 20 в. наука в целом также всё больше ориентируется на решение прикладных и пром. задач. Данный феномен даёт основания говорить об определённом слиянии науки и техники, в связи с чем в последней четв. 20 в. в науч. лит-ре стало употребляться новое понятие – технонаука. Если на протяжении осн. части 20 в. наука являлась гл. источником развития Т., то на совр. этапе такая зависимость перестала быть доминирующей и Т. во многом стала играть ведущую роль не только в совершенствовании произ-ва, но и в получении новых знаний. Т. вооружает учёных разнообразными науч. инструментами (от оптич. и электронных микроскопов, новейших приборов в области медицины до большого адронного коллайдера), расширяя возможности эксперим. исследований и содействуя новым науч. открытиям. Развитие радиотехники, в частности, способствовало рождению радиоастрономии, и исследования в этой области науки за неск. десятилетий расширили наши знания о строении и эволюции Вселенной в бо́льшей степени, чем прежние наблюдения и исследования за два тысячелетия. Нередкими стали случаи, когда к науч. открытию приводит технич. разработка или прикладное исследование. Так, в 1965 работа инженеров А. Пензиаса и Р. Вильсона из Bell Telephone Laboratories в Холмделе (штат Нью-Джерси) над усовершенствованием радиолокац. антенны для спутниковой связи привела к регистрации реликтового космич. излучения (предсказано Г. А. Гамовым) – крупнейшему открытию 20 в. в науке об эволюции Вселенной.
Деятельность по реализации программ исследования и освоения космич. пространства – пример плодотворного взаимодействия науки и техники, их взаимообогащения в процессе совместного развития. Создание и совершенствование космич. Т. явилось стимулом прогресса не только в области технич. наук и связанных с ними отраслей произ-ва (особенно радиоэлектроники, автоматики, точного машиностроения, материаловедения и др.), но также в области естеств. и обществ. наук, где возникли новые направления: космические физика, биология, медицина, психология, право и т. д. Исследования в области физики, химии, Т. привели к созданию нанотехнологии, биотехнологии. Точно так же развитие информационно-коммуникац. и вычислит. техники вовлекло в изучение процессов связи и управления большой комплекс наук, выдвинуло ряд общенаучных проблем (в т. ч. проблемы сбора, хранения, кодирования, предоставления, распространения информации, способы и методы применения средств вычислит. техники при выполнении функций обработки, передачи и использования данных, взаимодействия человека и машины). К сфере Т. относится не только использование, но и само произ-во научно-технич. знаний.
В совр. экономич. теории чередование деловых циклов, связанных со сменой технологий в произ-ве, получило назв. технологический уклад. Совр. наука, Т. и технология открывают возможность не только «покорять» и изменять окружающий человека мир, но и вторгаться в природу самого человека. В связи с этим возникает необходимость целостного конструктивно-критич. осмысления теории и практики развития и использования достижений научно-технич. революции с целью выработки новых мировоззренч. и методологич. императивов совр. цивилизационного процесса. Взаимосвязь науки и Т. – важнейшее условие осуществления не только науч.-технич. прогресса, но и обществ. развития в целом. Т. о., совр. Т., и прежде всего технич. знание, неразрывно связаны с развитием науки. О развитии техники и технич. науках см. также раздел Наука в томе «Россия».