Анатолий Левенчук Системное мышление Учебник, 2018

3. Инженерия и наука

Системноинженерное мышление и деятельность — как нам их описать?! Их ведь нельзя пощупать, нельзя наглядно продемонстрировать. Если попробовать пронаблюдать, что делает инженер — он спокойно сидит на стуле и кликает время от времени кнопками мышки. Или спокойно стоит и смотрит на приборы сложной установки, иногда крутит какие-то ручки и нажимает какие-то кнопки. И в то же время понятно, что его мышление и деятельность отличаются от мышления и деятельности пианиста, который тоже спокойно сидит на стуле и кликает время от времени кнопками рояля.

Наша книга о способах мышления и способах действия. Для начала нам нужно найти способы, которыми мы будем описывать мышление и действие.

Инженерия занимается изменением реальности — двигает горы, создаёт спички и зажигалки, строит марсоходы и медицинские роботы Да Винчи. Пространство-время физического мира были устроены одним способом, пришли инженеры, пространство-время стало устроено по-другому.

Производством компактных описаний реальности занимается наука — придумывает диаграммы Фейнмана, теории мышления, понятия системы и деятельности. Пространство-время думали, что устроено одним способом, пришли учёные, пространство-время теперь думают, что устроено другим способом.

Обучить науке — это обучить тому, как строить компактные и понятные людям описания того, как устроен мир. Например, 4 уравнения Максвелла описывают все электромагнитные явления мира, а уравнение Шрёдингера описывает волновые функции элементарных частиц. Можно ли “выучить на учёного” — это отдельный вопрос, мы его тут не будем рассматривать.

Но для начала нам придётся заняться инженерной наукой: попытками компактно описать то, что делают лучшие инженеры мира.

Тут нужно учитывать, что само понимание того, что такое наука, исследования, инженерия непрерывно меняется, чуть ли не каждый десяток лет. Интересующиеся могут ориентироваться на следующую последовательность ключевых работ по истории и философии науки (подборка Антона Николаенко,

  https://www.facebook.com/nikolaenko.anton.9/posts/761402053939232):

в 1934 Поппер выпускает свою "Логику научного исследования",

в 1935 Флек публикует "Возникновение и развитие научного факта",

в 1937 Мертон - работу "Наука и социальный порядок",

в 1946 Полани - книгу "Наука, вера и общество",

в 1962 Кун - свою "Структуру научных революций",

в 1971 Бен-Дэвид - свою "Роль ученого в обществе",

в 1972 Тулмин - работу "Человеческое понимание",

в 1975 Фейерабенд - свою книгу "Против метода",

в 1976 Блур - свою "сильную" программу - книгу "Знание и социальное представление",

в 1978 Лакатос - свою "Методологию научно-исследовательских программ",

в 1978 Хюбнер - свою "Критику научного разума",

в 1979 Латур - свою "Лабораторную жизнь",

в 1979 Малкей - свою работу "Наука и социология знания",

в 1998 Шейпин - свою "Научную революцию",

в 1998 Коллинз - свою "Социологию философий",

в 2008 Деар - свою книгу «Событие революции в науке".

Всё из перечисленного переведено целиком на русский язык.

Инженерия не научна

Разница между инженерами и учёными

Нельзя путать инженеров и учёных. Учёные ровно обратны инженерам: если инженеры делают реальные материальные вещи, опираясь на мысль, то учёные делают мысли из реальности — получают компактные, понятные и формальные описания действительности. Конечно, инженерия и исследования тесно связаны:

● когда инженер получает инженерный объект, поведение которого не отвечает его замыслу, он исследует проблему: пытается найти наиболее компактное описание работы этой инженерной системы, из которого было бы понятно, в чём он ошибся при замысле и его воплощении. Затем исправляет ошибку: меняет систему.

● когда учёный придумывает новый способ описания, более компактный и лучше объясняющий мир, чем предыдущие способы, то он проводит эксперименты. Отнюдь не все эксперименты “мысленные”. Некоторые из них требуют создания весьма и весьма сложных инженерных объектов (например, ускорители — это одни из самых сложных на Земле инженерных объектов). Когда эксперимент проведён, учёные корректируют свои теории в зависимости от результатов эксперимента.

Тем самым инженерная и исследовательская деятельности оказываются связаны в цикл, и в каждом исследовательском или инженерном проекте обычно приходится много раз повторять цикл:

Главное тут — цель объемлющей деятельности, а не собственно сама работа “исследований” или “разработки” (“науки” или “инженерии”): целью является либо появление какой-то материальной системы, приносящей пользу пользователям, либо появление какого-то компактного описания/объяснения того, как устроен мир. В любом случае, либо инженерия оказывается спрятана в исследованиях, либо исследования спрятаны в инженерии.

Эта путаница, отражающая связь инженерии и науки, весьма распространена:

● В большинстве мультфильмов “учёный” в белом халате меньше всего учёный, это “инженер-изобретатель”. Эти якобы “учёные” не ставят эксперименты: они придумывают какие-то необходимые для их целей системы, и воплощают эти системы в реальности. Это “лаборатории Эдисона”.

● “Прикладная наука” (applied research, прикладные исследования) тоже меньше всего наука, несмотря на слово “исследования”. Никаких “теорий” от этой науки ожидать не приходится, а результаты НИОКР (научных и опытно-конструкторских разработок) как правило — вполне себе инженерные объекты, а не способы описаний. Единственная их разница с результатами классической инженерной разработки, так это то, что результатом является прототип или опытный образец, а не идущий потребителю продукт (между “работающим прототипом” и “выпускаемым продуктом” могут быть годы и годы разработки, development — и результатом являются не “изобретения”, а “инновации”, определяемые как успешно выведенные на рынок изобретения).

● Очень часто прикладные исследования (research) и классическую разработку вообще не разделяют, отсюда устойчивое сокращение R&D (research and development). Есть ли разница? Есть: “лаборатория Эдисона” (лаборатория Bell Labs, лаборатория IBM и т.д.) всё-таки отличаются существенно по организации труда и проходящим в них работам от классической инженерной разработки. Но они не отличаются принципиально! Менеджментом R&D как раз и занимается technology and innovation management.

Настоящая наука — это “basic research”, которые ведутся в “лабораториях Эйнштейна”. На выходе не “опытные образцы” (inventions, “изобретения”, прототипы систем и идеи для этих прототипов), а теории — компактные и формальные описания природы. В отличие от R&D менеджмент и финансирование науки происходят совершенно другим образом, часто они происходят вообще вне рамок предприятий.

Системная инженерия — это тоже инженерия, не наука. Системная инженерия вполне может включать R&D, изобретения, создание прототипов.

Ещё одна связь науки и инженерии — это конструирование экспериментальных установок, в какой-то мере создание инженерных прототипов может быть отнесено к научным исследованиям (хотя речь может идти не о подтверждении научной теории, а подтверждении какой-то догадки или замеченной эвристики).

Если мы хотим создать формальное компактное описание самой системной инженерии — то это наука, “инженерная наука” (engineering science).

Предмет инженерии и научные предметы для инженерных объектов

Нужно различать предмет самой инженерии (engineering) и предметы, изучающие объекты инженерии — механику, электрику, компьютерную науку и т.д. Инженерия (в том числе системная инженерия) описывает то, как работают инженеры. Инженерная наука (engineering science) даёт описание того, что делают люди в инженерном проекте. Другие предметы и другие науки описывают поведение инженерных объектов, то, как работают они: механические устройства, электрические схемы, компьютерные программы.

Наиболее просто понять разницу между такой “наукой про инженерный объект” и самой инженерией можно на примере computer science (компьютерной науки) и software engineering (программной инженерии). В блоге http://gaperton.livejournal.com/ была замечательная история, как его автор, отличник по computer science, пошёл после ВУЗа покорять иностранную софтверную компанию. Но там ему буквально за два дня объяснили, что он (может быть) умеет программировать, но совершенно точно не умеет работать: нужно было разбираться с тем, как составляются требования, писать нужно было не столько какой-то хитрый алгоритм, сколько заплатку к уже написанному коду на миллион строк, и нужное место для заплатки в этом коде нужно было как-то найти, кроме этого нужно было разобраться в управлении конфигурацией (версионированием), системой управления изменениями, наладить отношения с менеджерами и тестировщиками, понять суть принятой в проекте методологии разработки и т.д. — при этом ничему этому в ВУЗе не учили. Работа оказалась совсем не тем, чему учили: огромное количество времени уходит на общение с коллегами, а не на “думание”, время решения задачи не “сколько нужно”, а “сколько отведено графиком”. Учили computer science (ключевые слова: алгоритм, оценка скорости выполнения алгоритма, нотация, грамматика, реляционная модель данных) и не учили software engineering (ключевые слова: требования, архитектура, тестирование, изменения, сопровождение). Точно так же инженера-механика могут научить работать с прочностью, формой, скоростями, трением с использованием всяческих теорий, но могут не научить работать с требованиями, архитектурой, испытаниями и инженерными обоснованиями. Именно поэтому хороший физик может быть хорошим специалистом по сопротивлению материалов, но не быть хорошим инженером — у него знания про инженерные объекты, но не про саму инженерию.

Обучить инженерному делу как таковому — это обучить тому, как устроен ход инженерной разработки, какие основные понятия предметной области самой инженерии (а не предметной области, описывающей физику и алгоритмику создаваемого инженерного объекта): как устроен инженерный проект в целом и как разворачивается во времени проектирование/конструирование/программирование, изготовление и разворачивание целевой системы, а не только как устроена создаваемая система.