Philosophie der Technologie und der Technischen Wissenschaften

Grundlegende Konzepte der Beziehungen zwischen Wissenschaft und Technik

Theoretisches und Empirisches in den technischen Wissenschaften

Betrachten wir nun genauer den Unterschied zwischen dem empirischen und theoretischen Niveau der technischen Wissenschaften.

Das empirische Niveau der technischen Theorie bildet das konstruktiv-technische und technologische Wissen, das aus der Verallgemeinerung praktischer Erfahrungen bei der Planung, Herstellung, Inbetriebnahme und im Betrieb technischer Systeme resultiert. Dies sind heuristische Methoden und Vorgehensweisen, die in der Ingenieurpraxis entwickelt, aber als empirische Grundlage der technischen Theorie betrachtet werden. Konstruktiv-technisches Wissen richtet sich vorwiegend auf die Beschreibung des Aufbaus (oder der Konstruktion) technischer Systeme, während technologisches Wissen die Methoden zur Herstellung technischer Systeme und deren Nutzung dokumentiert.

Das empirische Niveau der technischen Theorie umfasst jedoch nicht nur die Verallgemeinerung der Erfahrungen aus der Ingenieurarbeit, sondern auch besondere praxis-methodische Kenntnisse, die praktische Empfehlungen für die Anwendung theoretischer wissenschaftlicher Erkenntnisse in der Ingenieurpraxis darstellen. Dies sind im Wesentlichen dieselben technologischen und konstruktiv-technischen Kenntnisse, jedoch nicht mehr als Ergebnis praktischer Erfahrung, sondern als Produkt theoretischer Tätigkeit in der technischen Wissenschaft formuliert, und daher in Form von Empfehlungen für noch nicht realisierte Ingenieurtätigkeit dargestellt.

Das theoretische Niveau des wissenschaftlich-technischen Wissens umfasst drei Hauptschichten theoretischer Schemata: funktionale, Ablauf- und Strukturschemata.

Ein funktionales Schema erfasst die allgemeine Vorstellung eines technischen Systems, unabhängig von der Art seiner Realisierung, und ist das Ergebnis der Idealisierung des technischen Systems auf der Grundlage der Prinzipien einer bestimmten technischen Theorie. Funktionale Schemata gelten für eine ganze Klasse technischer Systeme. Die Bausteine dieses Schemas erfassen nur die Eigenschaften der Elemente, die für die Erfüllung des übergeordneten Ziels relevant sind. Jedes Element erfüllt eine bestimmte Funktion, und ihre Verbindungen und Abhängigkeiten werden durch allgemeine mathematische Operationen und Abhängigkeiten dargestellt. Mit Hilfe eines funktionalen Schemas wird der Ablauf der Systemfunktion erstellt und seine Konfiguration (innere Struktur) gewählt. Dies ist die Formel bzw. die mathematische Berechnung des technischen Systems.

Ein Ablauf- oder Funktionsschema beschreibt die natürlichen Prozesse innerhalb des technischen Systems, die seine Elemente zu einer Einheit verbinden. Die Bausteine solcher Schemata spiegeln die verschiedenen Aktionen wider, die auf den natürlichen Prozess von den Elementen des technischen Systems während dessen Funktionieren ausgeübt werden. Diese Schemata werden auf Grundlage naturwissenschaftlicher (z. B. physikalischer) Vorstellungen erstellt. Sie bilden die Gesamtheit der in einem technischen System genutzten Naturprozesse und -gesetze ab.

Für jeden Typ eines natürlichen (physikalischen) Prozesses wird der geeignetste mathematische Apparat verwendet, um die Analyse des Ablaufplans des technischen Systems in diesem Funktionsmodus zu ermöglichen. Für unterschiedliche Betriebsarten eines technischen Systems können mehrere Ablauf- und Funktionsschemata erstellt werden.

Ein Strukturschema eines technischen Systems erfasst die Knotenpunkte, an denen die Flüsse (Funktionierungsprozesse) enden. Es kann als System relativ unabhängiger Elemente (Bauteile) definiert werden, die auf der Grundlage natürlicher Prozesse oder Funktionen ausgewählt wurden. Beispiele hierfür sind die bereits erwähnten homogenen Bausteine technischer Systeme, wie Kapazitäten, Induktivitäten, Widerstände in der Elektrotechnik, Generatoren, Filter, Verstärker in der theoretischen Nachrichtentechnik usw. Allgemein handelt es sich um Geräteeinheiten, Bauteile oder ganze technische Komplexe, die konstruktive Elemente darstellen und sich in Funktionsweise, technischer Ausführung und weiteren Eigenschaften unterscheiden können. Diese Elemente besitzen neben den funktionalen Eigenschaften auch Sekundäreigenschaften, die durch die Art der Umsetzung ins System eingebracht werden, einschließlich unerwünschter Effekte (z. B. Verstärker – Verzerrungen des verstärkten Signals). Das Strukturschema legt die konstruktive Anordnung der Elemente und Verbindungen (d. h. die Struktur) des technischen Systems fest und impliziert bereits eine bestimmte Realisierungsweise. In diesem Sinne ist es der Praxis am nächsten, für die das technische Wissen entwickelt wird, weshalb Strukturschemata in der technischen Theorie eine führende Rolle spielen. Gleichzeitig sind diese Schemata Resultate gewisser Idealisierungen; sie spiegeln die Struktur des Systems wider, ohne ein exaktes Abbild für die Nachbildung oder ein technisches Konstruktionsprojekt zu sein. Sie stellen eine theoretische Skizze der zukünftigen technischen Systemstruktur dar, die als Grundlage für die Projektentwicklung dient.

In den klassischen technischen Wissenschaften spiegeln Strukturschemata die Konstruktion des technischen Systems und dessen technische Eigenschaften wider. Sie ermöglichen den Übergang von der natürlichen Betrachtungsebene des Systems (Ablaufschema) zur künstlichen Ebene. In diesem speziellen Fall bildet das Strukturschema in idealisierter Form die technische Umsetzung eines natürlichen (z. B. physikalischen) Prozesses ab.

So werden in der technischen Theorie für dasselbe System mehrere operationale Räume erstellt, denen unterschiedliche theoretische Schemata entsprechen. In jedem dieser Räume werden verschiedene abstrakte Objekte und deren Operationsmittel genutzt und spezielle Aufgaben gelöst. Gleichzeitig erlaubt ihre eindeutige Angemessenheit zueinander und zur Struktur des realen Systems, die gefundenen Lösungen von einer Ebene auf die andere sowie in die Ingenieurpraxis zu übertragen.