CC BY
326
Акимова К.С., Бородина Н.В., Данилова Н.А. Краткая история развития инженерной деятельности // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. - Спецвыпуск №2. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/spetsvypusk-2/31-spets02/396-00146. - ISSN 2413-4066
УДК 551
Акимова Карина Сергеевна
Студентка
БПОУ ОО «Омский колледж транспортного строительства», г. Омск [email protected]
Бородина Наталья Владимировна
Преподаватель математики первой категории
БПОУ ОО «Омский колледж транспортного строительства», г. Омск
Данилова Наталья Александровна
Преподаватель математики
БПОУ ОО «Омский колледж транспортного строительства», г. Омск
Краткая история развития инженерной деятельности
Аннотация: Эта статья кратко описывает этапы развития инженерного образования с древних времён до нашего времени. Данные взяты из литературных источников. Автор рассматривает вклад учёных физиков, математиков в развитие инженерии. Кроме того статья даёт ценную информацию об основных технических изобретениях каждого этапа.
Ключевые слова: инженер, механика, математика, ученый, развитие, техника
Возникновение и развитие цивилизации невозможно без технического прогресса, также, как и технический прогресс не возможен без цивилизации. Известно, что человеческая цивилизация основана на преобразовании природного мира с помощью орудий труда, а создание разнообразных технических средств, история их создания и появления -одновременно есть и история инженерной деятельности.
Математика же относится к числу тех наук, которые определяют развитие и ускорение научно-технического прогресса. Известно, что без достаточной математической подготовки невозможно осуществлять решение практических задач в любой сфере профессиональной деятельности человека, в том числе инженерной, ведь математика является языком техники.
В развитии инженерной деятельности можно выделить три основных этапа. На первом (Древний мир) техника создавалась на основе знаковых средств (чисел, чертежей, расчетов) и технического опыта, причем осмыслялась не рационально, а сакрально. Техническая деятельность понималась как совместные усилия человека, духов и богов.
Заметный след в развитии этого вида деятельности оставил Архимед (287-212 гг. до н.э.), древнегреческий математик, физик и инженер из Сиракуз. Он занимался арифметикой и геометрией, вплотную подошел к созданию интегрального исчисления, был автором многих технических изобретений, в том числе винта и винтовой передачи, усовершенствовал
зубчатые колеса, на принципе винта построил водоподъемное приспособление («архимедов винт»), применив его впервые для осушки долины, залитой Нилом.
Было бы несправедливо не вспомнить о другом крупном ученом. Византиец Лев Математик (ок.815 - ок. 870), армянин по происхождению, прекрасно знал математику, физику, механику и философию. В математике Лев систематически применял буквы как арифметические символы, предвосхищая становление алгебры; он значительно упростил сложную символику и сделал дальнейший шаг в развитии алгебраического направления в математике. Его механизмы-автоматы: статуи рычащих львов, поющих и порхающих птиц и другие приводимые в движение водой механические фигуры для тронного зала византийского императора,- изумляли иноземных послов, утверждая их в мыслях о могуществе государства. Лев Математик изобрёл систему световой и звуковой сигнализации, посредством которой передавались сообщения о событиях в соседних странах.
В Европе ещё в XIII веке философы и естествоиспытатели Роберт Гроссетест и Роджер Бэкон призвали к созданию экспериментальной науки, которая на математическом языке сможет описать природные явления, однако до Галилея в реализации этой идеи не было существенного продвижения: научные методы мало отличались от теологических, и ответы на научные вопросы по-прежнему искали в книгах древних ученых.
Второй этап развития инженерной деятельности формирует собственно инженерную деятельность. Первые открытия на этом этапе принадлежат Галилею (15 февраля 1564 — 8 января 1642), итальянскому физику, механику, астроному, математику и философу, оказавшему значительное влияние на развитие науки своего времени. Для проектирования эксперимента и для осмысления его результатов нужна некоторая предварительная теоретическая модель исследуемого явления, и основой её Галилей считал математику, выводы которой он рассматривал как самое достоверное знание: Галилей своими экспериментами заложил фундамент классической механики.
Важных результатов в области прикладной механики удалось достичь выдающемуся итальянскому ученому-энциклопедисту Джироламо Кардано (1501-1576). В особенности он прославился как математик и медик, но с воодушевлением занимался и астрологией. В области механики он изучал сопротивление среды движению тел. Известно его доказательство невозможности вечного движения. Кроме этого Кардано довольно основательно разработал теорию передач, к числу его достижений в этой области следует отнести идею определения передаточных отношений путем подсчета чисел зубьев зубчатых колес. Ему также принадлежат некоторые изобретения в часовом искусстве и в практической гидравлике. Занимался Кардано и мельничным делом, в частности опубликовал одно из первых описаний ветряной мельницы.
Соединение в деятельности следующих за Галилеем инженеров-ученых: Гюйгенса -одного из основоположников технической механики и теории вероятностей (1629- 1695), Гука ( 1635 - 1703) и др. - двух разных типов объектов (идеальных и технических) позволяет понимать деятельность по созданию технических устройств особым образом — именно как инженерную
Заметный след в истории оставило изобретение Джоном Непером (1550-1617) логарифмов, о чем сообщалось в публикации 1614 г. Его таблицы, расчет которых требовал очень много времени, позже были «встроены» в удобное устройство, чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления, - логарифмическую линейку. Она была создана в конце 20-х годов ХУ11 в. В 1617 г. Непер придумал и другой способ перемножения чисел. Инструмент, получивший название «костяшки Непера», состоял из набора сегментированных стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что, складывая числа в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах, получали результат их умножения.
Теории логарифмов Непера суждено было найти обширное применение. Однако его «костяшки» вскоре были вытеснены логарифмической линейкой и другими вычислительными устройствами, в основном, механического типа. Первым изобретателем их
стал гениальный французский математик Блез Паскаль (1623 - 1662). Суммирующая машина Паскаля, «паскалина», представляла собой механическое устройство - ящик с многочисленными шестеренками. Приблизительно за десятилетие он построил до 50 различных вариантов машины. Хотя «паскалина» вызвала всеобщий восторг, она не принесла изобретателю богатства. Основной недостаток «паскалины» состоял в неудобстве выполнения на ней всех операций, за исключением простого сложения. Тем не менее изобретенный им принцип связанных колес явился основой, на которой строилось большинство вычислительных машин на протяжении следующих трех столетий. Первая машина, позволявшая легко производить вычитание, умножение и деление, была изобретена в том же ХУ11 в. в Германии Готфридом Вильгельмом Лейбницом (1646-1716).
На третьем этапе складывается общественная практика и картина мира, в которых инженерная и техническая деятельность занимает важное место. Научно-инженерная картина мира включает в себя некий сценарий. Ученые описывают в естественных науках законы природы и строят соответствующие теории. Опираясь на эти законы и теории, инженер изобретает, конструирует, проектирует машины, механизмы, сооружения.
В 1688 г. математик Пьер Вариньон (1654-1722) представил Парижской академии наук доклад о проекте новой механики.
С развитием производительных сил инженеров требовалось все больше, и в разных странах Европы стали возникать технические школы. Россия одной из первых пришла к необходимости создания этих школ. Первые инженерные школы в России были организованы в начале восемнадцатого столетия. Император Петр Великий начал реорганизовывать русскую армию и строить русский флот, а для этой работы потребовались люди, имеющие инженерную подготовку. Несколько инженеров было выписано из Западной Европы, но очень скоро стало ясно, что необходимо готовить русских инженеров, знакомых с условиями работы в стране. Чтобы удовлетворить этим требованиям, в это время были организованы Морская и Артиллерийская академии.
В течение восемнадцатого столетия начинает развиваться горная промышленность, и Россия становится одной из ведущих стран по производству чугуна и стали. Для подготовки горных инженеров в 1773 году, во время царствования Екатерины Великой, была организована Горная школа. Во всех технических школах восемнадцатого века уровень научной подготовки был не очень высок, и необходимая техническая литература переводилась с иностранных языков. Значительный прогресс в российском инженерном образовании был достигнут в начале девятнадцатого столетия, главным образом под влиянием опыта Франции.
Во время Французской революции в Париже была открыта известная Политехническая Школа (1794). При её организации были внедрены некоторые новые идеи. Утверждалось, что целью школы является не только обеспечение преподавания различных предметов по программе, но и дальнейшее развитие инженерных наук с привлечением наиболее способных студентов в той или иной степени к этому развитию. Все эти начинания оказались очень ценными, и с самого начала Политехническая школа имела большой успех. Французские инженеры пользовались большим спросом, и другие страны начали организовывать инженерные школы по типу французских.
После Тильзитского мира в 1807 году русский император Александр I учредил план сотрудничества с Наполеоном, и группа французских инженеров приехала в Санкт-Петербург, чтобы принять участие в организации новой инженерной школы — Института инженеров путей сообщения (1809). В этом учебном заведении следовали французским идеям, и вначале там была осуществлена подготовка нескольких французских инженеров, а в аудиториях пользовались французским языком.
В 1820 году два выдающихся французских инженера Лямэ и Клапейрон прибыли в Санкт-Петербург, чтобы в новом учебном заведении преподавать математику, механику и физику. Кроме того, они работали в качестве инженеров-консультантов при правительстве. В это время в Санкт-Петербурге, впервые на континенте, было построено несколько висячих
мостов, и Лямэ начал изучение механических свойств русского железа, используемого в этих мостах. Для этой цели была сконструирована и построена специальная испытательная машина, и результаты, полученные с помощью этой машины в лаборатории института, были использованы при проектировании металлических сооружений в России, а позднее приводились во многих книгах по сопротивлению материалов.
В связи с тем, что организация Института инженеров путей сообщения имела такой большой успех, правительство использовало это учебное заведение как образец для дальнейшего развития инженерного образования в России. В 1828 году для подготовки инженеров-механиков и химиков в России, в Санкт-Петербурге был организован Технологический институт, а позднее (в 1868 году) в Москве открылось Техническое училище.
В Х1Х в. быстро развивается машинная промышленность, и возникают новые вопросы. Появляются исследования по теории упругости, теории сооружений, в значительной степени расширяются знания в области динамики машин, разрабатывается метод графического расчета ферм, в механику все больше и больше проникают графические методы расчета, начинается исследовательская работа в области теоретической математики, возникает интерес к задачам механики сплошной среды, сопротивления материалов, гидродинамики, теории колебаний, теории устойчивости, аэродинамики
В конце XIX и начале ХХ вв. в физике, механике, математике стали обнаруживаться факты, которые не укладывались в стройную систему классической науки. В первую очередь, это неевклидова геометрия Н. И. Лобачевского, которая была изложена в его труде «О началах геометрии» (1829 г.). На рубеже Х1Х-ХХ вв. появляется новый подход к решению задач механики - с использованием аппарата теории вероятностей и математической статистики.
Трудно перечислить все имена выдающихся деятелей российской науки и техники. Многие из них стали гордостью всего передового человечества. Одним из таких людей был гениальный математик и механик Михаил Васильевич Остроградский (1801-1862), который был учеником известного математика Огюстена Коши (преподавал в Политехнической школе и Сорбонне). Принцип Остроградского-Гамильтона - жемчужина теоретической механики. Все механические системы подчиняются этому принципу. Руководствуясь им, можно в математических уравнениях отобразить механические процессы. Уравнения, основанные на принципе Остроградского-Гамильтона, подсказывают инженерам пути наилучшего разрешения стоящих перед ними задач
Ряд важных публикаций в течение второй половины девятнадцатого века принадлежит ученикам М. В. Остроградского. Один из них — И. А. Вышнеградский (1831-1895), после изучения математики посвятивший себя работе в области прикладной механики. Его теория регуляторов получила известность во всем мире и послужила основой для развития важной отрасли механики, имеющей дело с регулированием скоростей машин.
Другим учеником Остроградского был Н. П. Петров (1836-1920), основоположник гидродинамической теории трения, впервые объяснившей действие смазки в подшипнике. Петров также известен своими исследованиями напряжений в рельсовом пути, и особенно — динамического эффекта, вызванного смятием колесных бандажей и выбоинами в рельсах. Это была первая попытка теоретического определения напряжений в рельсовом пути.
Следует отметить также деятельность Ф. С. Ясинского (1856-1899), профессора Института инженеров путей сообщения. Он внес очень большой вклад в теорию сооружений, особенно — теорию упругой устойчивости. Его труды по этому вопросу были собраны и опубликованы в виде книги в 1893 году. В то время эта книга была наиболее полным трактатом по проблемам упругой устойчивости, и впоследствии она вышла во французском переводе.
Этих примеров достаточно, чтобы показать, что научная деятельность русских инженерных учебных заведений в девятнадцатом веке была на очень высоком уровне, и что Россия в этот период внесла значительный вклад в развитие инженерных наук.
До середины ХХ в. почти все создаваемые человеком механизмы предназначались для выполнения хотя и разнообразных, но в основном исполнительных функций. Их конструкция предусматривала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое человеком, который должен оценивать внешнюю обстановку, внешние условия, наблюдать за ходом того или иного процесса и соответственно управлять машинами, движением транспорта и т.д. Умственная деятельность, психика, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными для автоматизации.
Современный уровень развития радиоэлектроники позволил ставить и решать задачи создания устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им. Появился новый класс машин - ЭВМ, которые могут выполнять самые разнообразные и очень сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта, т.е., образно говоря, «нажимать кнопки» вместо человека. Создание таких ЭВМ позволило перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов.
Интегративно-синтетическая и генерализующе-обобщающая функция кибернетики-информатики будет возрастать по мере того, как будут множиться успехи в учете человеческого фактора, выступающего и как важнейшая компонента сложных систем, и как объект исследования.
Главным в этом вкладе, по-видимому, станет выработка новых методов формализации человеческих знаний и информационно-кибернетическая их реализация - приобретение, накопление, распространение, поиск, использование.
Ссылки на источники:
1. Карпенков С. Х. Основные концепции естествознания. - М., 2002.
2. Корнилов И. К. Инновационная деятельность и инженерное искусство. - М., 1996.
3. Мартынюк И. О. Инженер в зеркале времени. - К., 1989.
4. В.М.Разин Новая философская энциклопедия: В 4 тт. М.: Мысль. Под редакцией В. С. Стёпина. 2001.
5. Тимошенко С. П. Инженерное образование в России. Перевод с английского В. И. Иванова-Дятлова под редакцией Н. Н. Шапошникова, предисловие В. Н. Луканина Люберцы: ПИК ВИНИТИ, 1997 .
6. http://biometrica.tomsk.ru/naukoved/mathem5.htm
7. http://nauka-pedagogika.com/pedagogika-13-00-08/dissertaciya-formirovanie-kultury-matematicheskogo-myshleniya-studentov-inzhenernyh-spetsialnostey-v-protsesse-resheniya-problemnyh-za#ixzz4PFgnYDLN.
Karma Akimova
Student
Omsk College Of Transport Construction.
Short History Of Development Of Engineering Activity
Abstract. This article is described short the stages of development of engineering education from ancient times to the present time. Data are taken from literary sources. Author examines the contribution of scientists- physicists, mathematicians to the development of engineering. Furthermore, the article gives a valuable information on main technical inventions of every historical stage.
Keywords: engineer, mechanics, mathematics, scientist, development, equipment
