4.2. Методы научных исследований, используемые в творческой деятельности

"Метод должен разумно сочетать приятное с полезным"

Ян Амос Каменский

Предпринимателям, как и всем людям творческих профессий, необходимо владеть методологией исследований и решения практических задач. На пути их проведения или разрешения могут применяться различные методы. С некоторыми из них авторы сочли целесообразным познакомить читателей книги.

Сравнение и измерение. Сравнение — это операция мышления, посредством которой классифицируется, упорядочивается и оценивается действительность. В процессе сравнения производится попарно сопоставление объектов творческой деятельности в целях выявления их свойств и технических характеристик.

Сравнение имеет смысл только применительно к совокупности однородных предметов, образующих определенный класс, группу. Сравнимость предметов в заданном классе осуществляется по признакам, существенным для данного рассмотрения; при этом предметы, сравниваемые по одному признаку, могут быть несравнимы между собой по другому.

Измерение — это операция, посредством которой определяется отношение одной (измеряемой) величины к другой однородной ей величине (к эталону), обычно принимаемой за единицу. Число, выражающее такое отношение, называется числовым значением измеряемой величины. По сути дела, любое измерение двух или более величин сводится к их сравнению по выбранному признаку (по массе, длине, мощности, скорости и т.д.). Для точных наук характерна органическая связь наблюдений и экспериментов с нахождением числовых значений характеристик исследуемых объектов. Выдающийся ученый — химик Дмитрий Иванович Менделеев — по этому поводу говорил: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять".

Различают прямое и косвенное измерение. При прямом измерении результат получают непосредственно в процессе измерения (например, при измерении диаметра валика с помощью линейки или штангенциркуля; массы изобретенной мясорубки с помощью гирь на рычажных весах). Косвенные измерения базируются на использовании известных зависимостей между искомым значением величины и значениями непосредственно измеряемых величин. Так, например, усилия, действующие на конструктивные узлы машин и механизмов, измеряют по величине их упругих деформаций, поскольку согласно закону Гука, эта деформация (прогиб, отжим) пропорциональна приложенной силе. Итак, первичная стадия измерения — это преобразование силы в линейное перемещение. Последнее можно измерить с помощью пневматических, электромагнитных и многих других датчиков. Предположим, что мы использовали для вторичного преобразования индуктивный датчик, на выходе которого образуется электрическое напряжение, пропорциональное перемещению якоря магнитной системы этого датчика, жестко соединенного штоком с измерительным наконечником, соприкасающимся с каким-то конструктивным узлом машины. Если теперь к выходу датчика подключить электрический прибор (гальванометр), то его стрелка будет отклоняться пропорционально усилию, приложенному к узлу машины. Заранее градуируют (иногда эту операцию называют юстировкой) шкалу гальванометра в ньютонах (килограммах), последовательно нагружая машину и фиксируя (при соответствующих усилиях) положение стрелки гальванометра по шкале прибора.

После этого процесс косвенного измерения сводится лишь к фиксации положения стрелки. Если вместо гальванометра подключить электрический самопишущий прибор, то можно автоматически фиксировать измерение усилия на больших отрезках времени. Аналогичным образом, с помощью так называемых "черных ящиков", автоматически фиксируются режимы работы двигателей и других агрегатов авиационных лайнеров.

Следует учесть, что при измерении предполагается однозначное соответствие между значением измеряемой величины и ее количественным выражением в определенных единицах. Если этого нет, например, при визуальном нахождении значения величины, то имеет место не измерение, а оценка события или наблюдаемой величины.

Индукция и дедукция. Индукция — вид обобщения, связанный с предвосхищением результатов наблюдений и экспериментов на основе данных прошлого опыта. Это процесс перехода от знаний отдельных фактов и событий к более общим знаниям; это принцип "от частного — к общему", от фактов — к гипотезе, от опыта — к теории.

Процесс индукции обычно начинается с накапливания результатов наблюдений и экспериментов, с их сравнения и анализа. По мере расширения множества таких данных может выявиться регулярная повторяемость какого-либо свойства исследуемого объекта или какие-то соотношения между его параметрами.

Наблюдаемая в опытах многократность повторения при отсутствии исключений внушает уверенность в закономерности явления, приводит к индуктивному обобщению — именно так будет во всех сходных случаях. Например, ученые-астрономы, наблюдая в течение нескольких десятилетий за Луной, извлекли правило, по которому Луна регулярно обращается вокруг Земли, совершая в год около 13 оборотов, и, пользуясь методом индукции, пришли к уверенному выводу, что так будет продолжаться и впредь. Из обширных наблюдений лунных затмений они индуктивным путем вывели правило, согласно которому затмение Луны происходит несколькими регулярными сериями, причем в каждой из них затмения следуют одно за другим через постоянный промежуток времени, близкий к 18 годам.

Дедукция — это операция мышления, посредством которой новые знания выводятся на основании знаний более общего характера, полученных ранее путем обобщения наблюдений, опытов, практической деятельности, т.е. индукции. Принцип дедукции: "от общего — к частному", т.е. когда из общих положений и аксиом выводятся частные положения. При использовании дедуктивного метода мы исходим из общих правил или представлений, а путем логических рассуждений выводим из них частные следствия или предсказания. Индукция и дедукция тесно связаны между собой, дополняя одна другую.

Анализ и синтез. Анализ — процедура реального или мысленного расчленения объекта или явления на отдельные части, элементы в целях его исследования и изучения. При этом одновременно выявляется структура целого объекта, его отдельные части, соотношения и взаимосвязи между ними. В результате анализа устанавливаются наиболее значимые свойства объекта, наиболее существенные связи между его элементами, возможность пренебрежения второстепенными факторами; находятся более общие понятия и простые закономерности.

Очень интересное и эмоциональное описание процесса анализа предмета мы находим в драматической поэме А. С. Пушкина "Моцарт и Сальери". Один из самых загадочных и трагических героев этой поэмы — Сальери. По одной из исторических версий (кстати, не доказанной до сего времени), он, якобы из зависти, отравил гения музыки Моцарта, подбросив ему яд в стакан с вином. В начале повествования Сальери, рассказывая о своем нелегком опыте постижения искусства музыки, о пути к собственной славе и успехам, говорит:

"Труден первый шаг

И скучен первый путь. Преодолел

Я ранее невзгоды. Ремесло

Поставил я подножием искусству;

Я сделался ремесленник; перстам

Придал послушную, сухую беглость

И верность уху. Звуки умертвив,

Музыку я разъял, как труп. Поверил

Я алгеброй гармонию. Тогда

Уже дерзнул, в науке искушенный,

Предаться неге творческой мечты ".

В строках этого монолога в иносказательной форме содержится вся "технология" процесса анализа: в словах "музыку я разъял, как труп" усматривается операция расчленения предмета исследования на отдельные составные части, в словах "музыку умертвив" — прием абстрагирования и формализации знаний о реальном предмете, а в словах "поверил я алгеброй гармонию" — точные, научные оценки отдельных компонентов изучаемого предмета.

Синтез — это мысленное соединение различных элементов объекта в единое целое, в систему, которая осуществляется с помощью и посредством другой.

Наглядным примером методов анализа и синтеза может служить разработка системы автоматического регулирования температуры воздуха в жилом помещении. При создании такой системы надо иметь представление о составляющих ее элементах — объекте управления (объеме помещения), исполнительных органах (холодильном и нагревательном агрегатах), управляющем устройстве (приводной электродвигатель), чувствительном и преобразующем устройствах для контроля температуры в помещении (дилатометре и электромеханическом реле), т.е. нужно произвести анализ. На этом этапе выявляются отдельные функциональные и конструктивные элементы системы и их технические характеристики. Однако сиетема управления температурой воздуха (кондиционером) не является простой совокупностью ее элементов, она имеет собственную характеристику и свойства, отличающиеся от свойств и характеристик каждого отдельного элемента. Для того чтобы функционирование системы отвечало поставленным целям (диапазон и точность измерения температуры в помещении), необходимо определенным образом соединить ее отдельные элементы и выбрать конкретные численные значения их параметров (тип и мощность электродвигателя, типоразмеры электромеханических реле, дилатометр и т.д.), т.е. решить задачу синтеза. При этом получают ответы на вопросы о том, как взаимодействуют, согласуются и в каких отношениях между собой находятся элементы системы.

Научные идеи и гипотезы. Идея — форма отражения в мысли явлений объективной реальности. Научная идея обобщает опыт предшествующего развития знаний и практики, объясняет новые, ранее не известные явления и закономерности. Большинство научных идей рождается из эксперимента или связано с экспериментом. Другие области научного мышления — чисто умозрительные.

Гипотеза — научно обоснованное предположение о непосредственно наблюдаемом факте или о закономерном порядке, объясняющем известную совокупность явлений. В отличие от теории, которая отражает достоверные научные знания, гипотеза является формой предположительного научного знания. Гипотезы — это предположения или догадки, к которым прибегают при построении теории или постановке эксперимента, имеющего целью непосредственную проверку какой-либо теории. Одним из основных источников генерирования научных гипотез является использование аналогий. Умозаключение по аналогии — это процесс, когда знания, полученные из рассмотрения какого-либо известного объекта, переносятся на менее изученный объект, сходный с ним по каким-то свойствам и признакам. Гипотезы, как и идеи, носят вероятностный характер. На их основе осуществляются поиски новых научных результатов — в этом суть и назначение гипотезы как формы развития науки. Гипотеза выдвигается в надежде на то, что она, если не в полном объеме, то хотя бы частично, преобразуется в достоверное знание. Так, например, высказанные в свое время гипотезы о возможности превращения тепловой и электромагнитной энергии в механическую, построенные на базе закона сохранения и превращения энергии, стали достоверными знаниями после того, как были изобретены паровые машины и электрические двигатели.

Научные идеи, в зависимости от полноты охвата новых знаний и обобщений, могут приобретать форму и наименование правил, принципов, законов, теорий, концепций, парадигм.

Если для собранных в отдельные группы фактов определены характеризующие их общие свойства (например, все металлы хорошо проводят электрический ток, натяжение пружины меняется при изменении растягивающего ее груза), то полученные при этом соотношения или утверждения называют правилами, принципами или законами. Например, второй закон Ньютона утверждает, что "действующая на тело внешняя (результирующая) сила равна произведению массы тела на его ускорение". Научный закон — это отражение явлений природы, а не приказ, который она получает от человека. Причем, любой закон отражает лишь определенную (обычно одну) особенность рассматриваемого явления. В физике, например, большинство законов устанавливают соотношения между измерениями двух величин (усилием и деформацией, силой тока и сопротивлением, давлением и объемом и т.д.).

Концепция — это научная идея более общего характера, обобщающая ряд научных мыслей и понятий.

Под парадигмой понимают определенную совокупность научных идей, чаще всего исходную модель постановки проблемы, пути ее решения или исследования. Академик Б.М. Кедров [10] это понятие сформулировал так: "Парадигма — это господствующая в определенный период времени устойчивая система согласующихся между собой взаимосвязанных научных теорий, понятий, принципов и концепций".

Важно знать, что научные законы и теории отражают объективную реальность; являются методологической базой и инструментом открытия новых знаний, разработки новых технических объектов и очередных изобретений, но не являются абсолютной истиной. Они лишь отражают современный уровень науки и практический опыт, достигнутый человечеством, нынешнее представление научной картины мира.

Абстракция и обобщение. Абстракция — это метод научного исследования, основанный на том, что при изучении или анализе некоторого объекта человек мысленно выделяет наиболее существенные свойства и признаки этого объекта, отвлекаясь от менее значимых (в данной ситуации) признаков и связей. Предполагается, что протекающие в объекте явления и его свойства не зависят друг от друга. Такой подход позволяет упростить картину исследуемых явлений, отделить наиболее существенные и общие признаки от остальных, менее существенных и частных. Следовательно, часто применяемое в обиходе слово "абстрагироваться" — означает мысленное отвлечение от ряда свойств предметов и отношений между ними с целью выделения их существенных признаков.

Абстракции, в зависимости от целей их использования, могут быть трех типов: изолирующие, обобщающие и идеализирующие.

Изолирующая абстракция используется для вычленения исследуемого явления из некоторой целостности объекта с целью выявления и фиксации его качественных и количественных закономерностей. Предположим, что Вы решили разработать (изобрести) электрическую мясорубку новой конструкции, которая заменит обычную с ручным приводом. Очевидно, что для этого придется использовать высокоскоростной приводной электродвигатель, поскольку при заданной номинальной мощности двигателя его габариты обратно пропорциональны угловой скорости вращения. Для согласования весьма большого числа оборотов двигателя с числом оборотов вала шнека мясорубки между ними обязательно придется поставить редуктор с большим коэффициентом передачи. На этом этапе разработки Вы абстрагируетесь, не принимая во внимание то, что редуктор — это некая конструктивная совокупность насаженных на валы зубчатых шестерен; подшипников, в которых они вращаются; системы смазки трущихся частей; уплотнительных колец, исключающих попадание смазки в пищу; металлического корпуса, Вы акцентируете свое внимание лишь на одном его свойстве — редуцировании скорости вращения. И неважно, что затем при доведении этой идеи до реальной конструкции редуктора в металле придется определять тип зубчатых шестерен, число зубчатых шестерен, число и форму зубьев, подбирать конструкционные материалы для каждой из его деталей и технологию их изготовления. Такой прием изолирующей абстракции позволяет на данном этапе разработки объекта выявить его главную функцию — редукцию и рассчитать коэффициент его передачи.

Обобщающая абстракция используется для получения общей картины изучаемого явления. На основе одинаковости некоторого множества предметов, сходных по своим признакам, производится построение абстрактного предмета. Например, такое абстрактное понятие как усилитель, обобщает в одну функциональную группу великое множество усилительных устройств, аппаратов и механизмов, различных по своей физической природе, по энергоносителям, по областям техники и другим признакам. В то же время все они характеризуются одинаковыми свойствами — коэффициентом усиления, полосой пропускаемых частот, инерционностью, запаздыванием и т.п., которые являются первоочередными, наиболее значимыми при синтезе и конструировании новых технических устройств.

Идеализация — это представление реальных предметов или явлений упрощенными схемами для более эффективного использования методов и средств их исследования. Процесс идеализации сводится к мысленному конструированию понятий либо о несуществующих, либо о практически неосуществимых объектах, но имеющих прообразы в реальном мире. Например, в геометрии используется понятие "точка", под которым подразумевается пространственный объект, не имеющий размерности. Очевидно, что такое представление о точке является "чистейшей" идеализацией, поскольку в реальном мире не существует пространственных объектов, которые бы не были измерены. Даже диаметр ядра атома имеет размерность (он численно равен одному ангстрему).

Современный исследователь с самого начала ставит задачу упрощения изучаемого явления и построения его абстрактной, идеализированной модели. Идеализация при этом служит исходным пунктом в построении теории. Критерием же правомерности любой идеализации и принятых при этом допущений, отвлечений и упрощений служит эксперимент, практический опыт, степень сходимости теоретических и эмпирических результатов.

Обобщение — это переход на более высокую ступень абстракции через выявление общих признаков (свойств, отношений, тенденций развития и т.п.) и предметов рассматриваемой области. Это одно из важнейших средств научного познания, которое позволяет извлекать из огромного множества хаотических явлений общие принципы и закономерности, отождествлять и унифицировать в единой формуле множество предметов и событий. В результате обобщений в одних случаях появляются новые понятия, принципы, законы и теории, а в других — даются их новые версии, варианты, модификации.

Абстрактное и физическое моделирование. Моделирование — это исследование объектов познания на их моделях; процесс построения и изучения моделей реально существующих предметов, явлений и конструируемых объектов. Модель (в широком понимании) — это образ какого-либо объекта, являющегося оригиналом. Она воспроизводит наиболее характерные признаки изучаемого объекта, выбор которых определяется конкретной целью исследования и ограничен рамками поставленной задачи. Разумеется, модель должна быть адекватной (изоморфной, аналогичной, сходственной) оригиналу.

В процессе познания человек всегда (более или менее явно и сознательно) строит модели ситуаций окружающего мира и управляет своим поведением в соответствии с выводами, полученными им при изучении модели. Моделирование в конкретных науках производится с целью выяснения свойств какого-то объекта, процесса или явления — оригинала, с помощью другого (аналогичного, изоморфного, адекватного) объекта — модели, между которыми существуют и достоверно установлены определенные количественные соотношения. Различают три вида моделирования: абстрактное, физическое, моделирование на электронных моделях и ЭВМ.

Абстрактное моделирование основывается на аналитическом описании изучаемого процесса или явления, на языке некоторой научной теории, чаще всего — на математическом.

На первом этапе этого вида моделирования дается четкое словесное описание информационной модели: что происходит, почему так происходит и при каких условиях возможен изучаемый процесс. На втором, не менее важном, этапе словесное описание (чаще всего размытое, расплывчатое) переводится на соответствующий математических язык. На этом этапе информационная модель процесса преобразуется в логико-математическую модель, которая представляется в виде соответствующих правил и математических формул. Третий этап моделирования — это исследование функционирования модели — ее структуры, свойств и параметров, их сходимости со свойствами процесса — оригинала. Этот этап намного проще двух предыдущих (творческих) этапов, особенно при наличии у исследователя электронных вычислительных средств.

Физическое моделирование состоит в замене изучения конкретного объекта или явления экспериментальным исследованием его модели, имеющей ту же физическую природу. Особенно широко этот вид моделирования используется в технике, когда трудно провести натурный эксперимент. Например, при конструировании новых морских судов сначала изготавливают их модели (макеты с габаритами, уменьшенными в десятки и сотни раз по сравнению с проектируемыми), а затем испытывают поведение этих моделей в специальных испытательных бассейнах, воспроизводя в них ситуации, приближенные к действительности (приливы, штормы, тайфуны и т.д.)- При создании крупных и уникальных электрических машин их параметры, свойства и конструктивные особенности обычно отрабатываются на малогабаритных моделях. В основу физического моделирования положены теория подобия и анализ размерностей. При этом необходимым условием является геометрическое и физическое подобие модели и оригинала: в какие-то моменты времени и в каких-то точках пространства значения переменных величин, характеризующих явления, для оригинала должны быть строго пропорциональны тем же значениям для модели. Однако физическое моделирование, несмотря на его наглядность и высокую степень достоверности результатов, используется крайне редко из-за большой себестоимости.

В последние годы в практике инженерного проектирования, бизнеса, маркетинга, научных исследований и изобретательства широкое применение получило моделирование с помощью электронно-вычислительных машин и специализированных электронных моделирующих установок. Этот вид моделирования основан на изоморфизме явлений, имеющих совершенно различную физическую природу, но описываемых одинаковыми математическими уравнениями. Предположим, что мы моделируем на персональном компьютере процессы нагрева каких-то стальных деталей в газовой печи. Очевидно, что процессы, протекающие в этой печи, по своей физической природе совершенно не схожи с природой тех процессов, которые имеют место в электронных блоках компьютера. Однако оба эти явления описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями в частных производных, что позволяет с той или иной степенью достоверности исследовать на запрограммированной компьютером модели свойства процесса—оригинала.

Аналогии. Аналоги и прототипы. В практике творческой деятельности сравнение новых разработок (технических устройств, способов реализации новых технологий, новых применений известных устройств) производится с известными в мировой практике аналогами и прототипами. Слова "аналог" и "аналогичный" заимствованы из греческого языка и означают: сходный, соответствующий, соразмерный. Слово "прототип" — означает прообраз. Под прототипом понимается один из известного множества аналогов, который наиболее близок по своей сути и свойствам рассматриваемому объекту. Под аналогией понимают сходство предметов, процессов, явлений в каких-то свойствах или в каких-то других отношениях. Например, крылья самолета (один из его конструктивных элементов), крылья птиц и летучих мышей (видоизмененные передние конечности), а также крылья насекомых (складки хитинового покрова) совершенно различны по своему строению и происхождению, но аналогичны по своему функциональному предназначению — с их помощью создается подъемная сила и осуществляется управление полетом.

Не составит труда назвать ряд технических устройств, различных по своему функциональному назначению, но аналогичных по принципу действия — традиционный ртутный термометр (пустотелая стеклянная трубочка, наполненная жидкой ртутью) — для измерения температуры человеческого тела; дилатометр (конструктивная комбинация двух стержней из различных металлов) — для отключения или включения мотора в домашнем холодильнике при заданных температурах в его холодильной камере; тепловой движитель (конструктивное сочетание металлического стержня с нагревательным электрическим элементом) — для осуществления малых поступательных перемещений рабочих органов некоторых машин. Столь разные по своему применению и конструктивному оформлению, они аналогичны по физической природе своих первичных преобразователей: столб ртути, биметаллическая трубка, металлический стержень изменяют свою длину пропорционально температуре окружающей их среды.

Аналогии не являются истинными, поэтому они могут подвести исследователя при попытке применить их к новым условиям. Будучи полезными для одного человека, они могут служить помехой для другого. Но, несмотря на это, творческий человек — профессиональный предприниматель, инженер-конструктор или любитель-изобретатель -должен постоянно упражняться в аналогиях. Аналогия — важнейшее средство познания через комбинирование, соотнесение имеющихся ранее знаний с объяснением вновь открываемых явлений, свойств, признаков и их количественных соотношений.

Используя совершенно разные аналогии, можно получать различающиеся результаты, каждый из которых представляет собой определенный вклад в соответствующие области науки, в создание новых технических устройств, технологий, организационно-экономических структур.

Однако аналогичность — это еще не доказательство, а аналогия никогда не рассматривается как доказанное научное знание. Например, в истории науки было много случаев, когда принятые аналогии не способствовали ее развитию. Нередко на основе ложных аналогий строились физические теории, которые длительное время тормозили развитие научного знания. Из многочисленных примеров таких "аналогий" следует назвать теорию так называемого "теплорода". В середине XVIII века Д. Блейк нашел строгое соотношение между количеством тепла и температурой и построил теорию теплоты как некой жидкости (теплорода или флогистона), которая перетекает из горячих тел в холодные. Почти полвека многие ученые и исследователи искали и разгадывали физическую суть флогистона. И только благодаря трудам Б. Румфорда, Дж. Джоуля и других ученых, открывших общий закон термодинамики и доказавших, что теплота — это всего лишь одна из форм энергии, аналог "теплорода" был признан ошибочным, а потому был отвергнут. Работа исследователя, разработчика и изобретателя заключается в том, чтобы наиболее удачно осуществить выбор аналогий (интуитивно или с привлечением банка знаний) из большого числа возможных комбинаций [24].

В технической литературе, в средствах массовой информации (особенно в рекламе) иногда используется выражение "не имеет аналогов в мировой практике". Хотя такие утверждения следует подвергать сомнениям, тем не менее, в конструкторской и изобретательской деятельности встречаются пионерские изобретения, открытия и разработки, которые не имеют аналогов в мире. Это технические объекты и технологии нового происхождения, позволяющие удовлетворять такие потребности или качество потребностей человека, которые ранее не удовлетворялись.

Система и системный анализ. Слово "система" происходит от греческого systema — целое, составленное из частей, соединение. Система — это целостный комплекс взаимосвязанных элементов, имеющий определенную структуру и взаимодействующий с некоторой средой для реализации своего предназначения (выполнения какой-либо цели). Системы бывают абстрактные и материальные. Абстрактные системы — это понятия, гипотезы, теории, о которых уже шла речь в предыдущих разделах.

Не менее богат и безграничен класс материальных систем, к которому относятся системы неорганической природы (физические, химические, технические, геологические и другие), живой природы (начиная с простейших биологических систем, организмов и кончая биологическими популяциями), экосистемы, глобальные социальные системы.

Важнейшими характеристиками любой системы являются ее функции, цели и структура. Под функцией системы подразумевают действия системы, которые проявляются в изменении ее возможных состояний при выполнении поставленной цели. Процесс выполнения системой своих функций принято называть функционированием системы. Во время функционирования системы совершается ее переход из одного состояния в другие возможные состояния. Многообразие всех возможных состояний системы определяется числом ее элементов, их свойствами и разнообразием связей между ними. Поэтому функция системы характеризует ее как единое целое, как результат взаимодействия ее элементов между собой и с внешней средой.

Целью системы называется заданное извне или устанавливаемое самой системой состояние ее выходных переменных, то есть, некоторое подмножество значений функции системы.

Структура системы определяется составом входящих в нее элементов, их расположением и взаимными связями.

Большим и сложным системам присущи свойства целостности и эмерджентности (возникновения, появления нового). Целостность означает, что все элементы системы служат общей цели и способствуют достижению лучших (оптимальных) результатов в соответствии с принятым критерием эффективности. Эмерджентность же означает, что большая и сложная система может обладать свойствами, которые не присущи ни одному из ее элементов.

В практике творческой, предпринимательской и изобретательской деятельности, при изучении и исследовании различных объектов, процессов и явлений, очень часто и эффективно используются принципы системного подхода и системного анализа.

Принцип системного подхода — комплексное и всестороннее исследование больших и сложных объектов, их изучение как единого целого при непрерывном согласовании функционирования всех его подсистем и элементов. Исходя из этого принципа, нужно изучать каждый элемент системы в его связи и взаимодействии с другими элементами, выявлять влияние свойств его отдельных частей на поведение объекта в целом, устанавливать оптимальный режим его функционирования.

Системный анализ — это совокупность методов, позволяющих реализовать системный подход при изучении и исследовании любых, в том числе технических объектов. К таким методам, прежде всего, относятся рассмотренные выше методы сравнения и измерения, индукции и дедукции, анализа и синтеза, моделирования. Их использование позволяет максимально учесть взаимосвязи всех элементов системы. С усложнением задач и объектов исследования возникает необходимость деления (декомпозиции) системы на подсистемы более низкого уровня, которые могут исследоваться автономно, но с последующим согласованием целей каждой из подсистем с общей целью системы. По существу, декомпозиция — это операция анализа системы. Использование приема декомпозиции обусловлено не только невозможностью объять необъятное, но и разнородностью элементов сложной системы и, следовательно, необходимостью привлечения для решения задачи знаний из разных научных областей, а иногда и специалистов различного профиля. Естественно, что исследование менее сложных подсистем низшего уровня намного упрощает и облегчает работу исследователя. Однако следует иметь в виду, что последующее согласование функционирования подсистем (а это, по сути дела, будут уже операции синтеза) представляет собой более трудоемкую задачу, нежели исследование отдельных подсистем, выделенных в процессе декомпозиции сложной системы.

Формы мышления и законы логики. Логика — это не просто древнейшая и самостоятельная наука, а совокупность целого ряда наук (математическая логика, комбинаторная логика, диалектическая логика и др.) о законах и формах мышления [13]. Все составляющие ее науки исследуют человеческое мышление, имеющее своей целью истинное отображение объективной действительности, и различаются лишь тем, какие именно законы мышления составляют их предмет. Так, например, математическая (формальная) логика использует математические методы для изучения мышления. Правильное применение законов математической логики является необходимым, но не всегда достаточным условием достижения истины. Диалектическая логика содержит в себе всеобщие методы движения мышления к новым результатам, логические принципы перехода от известных знаний к новым знания

Ограничимся некоторым минимальным набором сведений о формах мышления и законах логики, которые необходимы предпринимателям и изобретателям, рассматривая такие первоначальные категории, как понятие, суждение, умозаключение и рассуждение.

Понятие — это результат отражения в сознании человека общих свойств (или признаков) какой-то группы предметов или явлений, существенных и необходимых для выделения этой группы. Так, например, понятие "электродвигатель" получено путем обобщения в единую группу великого множества машин, аппаратов и технических устройств, различающихся по своему функциональному назначению, принципам действия, виду электрического тока источника энергии, конструктивным исполнением, но имеющих общий существенный признак — способность преобразования электромагнитной энергии в механическое движение. Каждое понятие обладает содержанием и объемом. Множество признаков, отличающих одно понятие от других, — это содержание понятия, а совокупность отраженных в нем явлений или предметов составляет объем понятия.

Для их определения применяют соответствующие научные термины, словосочетания, которые строго фиксируют в общегосударственных стандартах и в нормативных документах данное научное понятие. Например, широко распространенный термин "автомат" отражает научное понятие группы самостоятельно действующих технических устройств, выполняющих по заданной программе (без непосредственного участия человека) процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материала и информации.

Суждение — это имеющее смысл языковое выражение или форма мысли, в которой посредством связи понятий что-либо утверждается об определенном объекте. Суждение может быть либо истинным, либо ложным. Примером истинного суждения является утверждение: "рели по металлическому проводнику протекает электрический ток, то он нагревается". Некорректно высказанное суждение может оказаться ложным. Например, кто-то говорит: "Металлический стержень, внесенный в магнитное поле, удлиняется". Да, существует эффект магнитострикции — изменения габаритов металлических предметов под воздействием магнитного поля. Да, большинство металлов (алферовые и пермалловые сплавы) обладают положительной линейной магнитострикцией, т.е. при увеличении напряженности магнитного поля, в котором находится металлический стержень, увеличивают свои габариты. И в этих случаях высказанное выше утверждение будет истинным. Но существуют металлы, которые обладают отрицательной магнитострикцией, т.е. с увеличением напряженности магнитного поля они сжимаются. В таком случае данное суждение окажется ложным. Если бы нам сказали, что "алферовый стержень, внесенный в магнитное поле, удлиняется", а "никелевый стержень, помещенный в магнитное поле, укорачивается", то оба суждения были бы истинными. При оценке суждений обычно отвлекаются от их внутреннего содержания и оперируют такими формальными понятиями, как истинное или ложное значение [12,13].

Существует целая наука — алгебра логики, предметом изучения которой являются логические операции над суждением.