第四章工程观与工程方法论 东北大学 自然辩证法课件

第5章 工程观观和工程方法论论 胡振亚亚 本章要点 突破传统科学、技术二元论，建立科学、技术、工程三元 论。在“三元一体”的关系下，把工程作为相对独立的一元突 显出来，对其进行哲学反思，形成崭新的工程观。本章以工程 发展的历史为基础，通过对工程与科学、技术、生产之间划界 的分析，来界定工程概念的内涵。 2 工程系统方法论主要以系统观，统领工程预测方法、工程 设计方法、工程实施方法和工程评估方法。工程的综合集成方 法论，是从事物的宏观现象出发，以形象思维与逻辑思维、定 性与定量结合，人机互动的新方法来应对工程问题，主要介绍 从定性到定量的综合集成方法和从定性到定量综合集成研讨厅 体系的方法。 3 1 1 第一节第一节 工程的本质和特征工程的本质和特征 第二节第二节 工程活动的结构和类型工程活动的结构和类型 第三节第三节 工程活动的过程和发展工程活动的过程和发展 目录录 4 4 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 4 第一节节 工程的本质质和特征 一部人类社会的发展史，在很大程度上就是一部工程创新与发展 的历史。了解工程发展的历史梗概，是我们形成工程观的基础。 一、工程与工程观的历史演变 第一节节 工程的本质质和特征 1、工程的历史发展 （1）古代时期（文明开始18世纪工业革命之前） 军事工程 土木工程 水利工程 第一节节 工程的本质质和特征 （2）近代时期（18世纪下半叶至20世纪初） 18世纪中叶到19世纪上半叶，蒸汽机开始广泛使用，其它生产机械不断发明和 应用，随着大企业开始出现，机械工程得到发展。 1765年J.瓦特制作了一台试验性的有分离凝汽器的小型蒸汽机； 1776年瓦特与M.博尔顿合作制造的两台蒸汽机开始运转； 1783年，威尔金森工厂最早使用瓦特蒸汽机驱动蒸汽锤； 1785年，纺织厂开始采用蒸汽机做动力，随后织布厂、磨粉厂、 铁工厂等大量应用了蒸汽机； 1800年，英国已拥有了321台蒸汽机； 同期，生产机械也在蓬勃发展，主要表现为一系列纺纱机 、织布机、机床等的发明和应用上；机械工程理论也取得 了突破，主要表现为热力学和机构学的创立等方面； 1847年，在英国伯明翰成立了机械工程师学会，标志着机械工程 作为工程的一个独立领域得到正式承认。 第一节节 工程的本质质和特征 19世纪下半叶到20世纪初，在第二次技术革命中，电气工程逐 渐形成与发展，人类社会由此进入发电、配电与用电的电气化时 代。 1882年，爱迪生电器照明公司在伦敦建造了第一座发电站，安 装了爱迪生于1880年研制的110伏自激直流发电机“巨汉”号； 1882年9月4日，爱迪生在纽约珍珠街建立的“中央发电站”也 投入运行，该电站装有6台“巨汉”号发电机，对8000只白炽灯供 电。 1887年，伦敦电力供应有限公司成立，开始实施在德特福建立 一个大型发电厂的计划，目的是为了给伦敦的大部分地区供电。 虽然直到1891年，这个电站还没有正常运行起来，但它无疑是后 来大型的现代中央电站的先驱。 第一节节 工程的本质质和特征 与电气工程发展的同时，随着化学产品大规模生产的发展需 要，化学工程也逐渐形成。无机化工已初具规模，有机化学工业 也迅速发展： 1857年英国人W.珀金建立起生产苯胺紫染料的工厂； 1888年美国麻省理工学院设立以“化学工程”命名的四年制大学 课程，开始了培养化学工程师的尝试。 第一节节 工程的本质质和特征 在这个时期，传统的工程领域也取得大的进展。在土木工程 方面，首先是钢材的引入： 1851年英国伦敦建成水晶宫，采用铸铁梁柱，玻璃覆盖； 1867年法国人J.莫尼埃主持建造成第一座长16米的钢筋混凝 土桥。 第一节节 工程的本质质和特征 施工方法也开始了机械化和电气化的进程： 蒸汽机逐步应用于抽水、打桩、挖土、轧石、压路、起重等 作业。 内燃机和电机出现后，很快就创制出各种各样的起重运输、 材料加工、现场施工用的专用机械。 第一节节 工程的本质质和特征 主要成果是完成了一系列大的工程： 1869年苏伊士运河通航； 1914年巴拿马运河凿成； 1863年英国伦敦建成了世界第一条地下铁路； 1869年美国建成横贯北美大陆的铁路； 1890年英国福斯湾建成两孔主跨达521米的悬臂式桁架梁桥。 第一节节 工程的本质质和特征 在机械工程方面，主要是内燃机、汽轮机等动力机械的出现与 发展： 1860年法国人E.勒努瓦制造了第一台在工厂中实际使用的煤气 机； 1884年，英国人C.帕森斯制成第一台有实用意义的汽轮机，它 是多级反动式汽轮机； 1896年法国人A.拉托把几个单极冲动式汽轮机串联在一起，形 成多极冲动式汽轮机。 1897年德国人R.狄塞尔制成第一台压缩点火式内燃机（柴油机 ）。 第一节节 工程的本质质和特征 （3）现代时期（20世纪上半叶至今） 无线电工程 原子能工程 计算机工程 高分子材料工程 生物工程 航空航天工程 海洋工程 环境工程 。 20世纪50年代以来，人类社会的工程实践又发生了新的飞跃。随着科学 技术日新月异的发展，人类社会的工程活动愈加频繁，规模愈加宏大，如三峡 工程、青藏铁路工程等。 第一节节 工程的本质质和特征 从工程活动的对象看，现代工程活动呈现如下特点： 其一、从地面扩大到空间，产生了开发利用宇宙空间的航天工程 、航空工程。 1957年前苏联发射成功第一颗人造地球卫星“斯普尼克1号”； 1961年前苏联试飞成功第一艘载人飞船（“东方号”）； 1969年美国的阿波罗计划实现了人类登月； 1981年美国的“哥伦比亚”号航天飞机试飞成功； 1997年美国“火星探路者”航天器在火星着陆； 1998年阿尔法国际航天站计划启动； 2003、2005年、2008年中国分别成功发射载人太空船神州5号、神 州6号、神州7号，首次实现了中国人的太空漫步。 第一节节 工程的本质质和特征 其二，从陆地扩大到海洋，出现了开发利用海洋生物、矿物、能 源和动力的海洋工程。 如20世纪70年代海洋经济掀起的所谓蓝色革命，利用浅海水域 和滩涂发展海水养殖和栽培业等。 其三，从无机自然界扩展到生命自然界，出现了开发利用生命物 质的生物工程。 1973年P.博耶和S.科恩建立重组DNA技术； 1990年正式启动人类基因组计划； 1997年利用已分化细胞核克隆哺乳动物绵羊； 2002年人类基因微阵列（基因芯片）上市。 第一节节 工程的本质质和特征 其四，科技研究本身成为了工程的对象，出现了大科技工程。 1961年、1963年温伯格、普赖斯先后提出“大科学”概念 ，一方面，工程活动为科学、技术的研究建造了人工物的基础， 另一方面，科学、技术的研究活动采用工程化的方式来组织进行 。当代大科技工程在生物、信息、气候、航天、高能物理等许多 领域蓬勃发展。 其五，科学、技术、工程不仅出现了“三元一体”的发展，而且 它们已嵌入到“科学技术工程产业经济社 会环境”的“链条”和“网络”之中，形成了牵一发动全身 的整体过程，必须要从这样的整体过程来理解现代工程的特点。 第一节节 工程的本质质和特征 随着工程规模的日益扩大和复杂，随着工程规模的日益扩大和复杂， 负责统筹、协调和管理的系统工程也应负责统筹、协调和管理的系统工程也应 运而生。运而生。 第一节节 工程的本质质和特征 2.工程观的变迁 科学、技术二元论 科学、技术、工程三元论 在传统的科学、技术二元论的在传统的科学、技术二元论的 理论框架下，工程常常被理解理论框架下，工程常常被理解 技术活动在实践领域的延伸，技术活动在实践领域的延伸， 被理解为科学、技术在实践中被理解为科学、技术在实践中 的应用。的应用。 科学、技术、工程三元论被明确地提出了科学、技术、工程三元论被明确地提出了“ “ 所谓科学、技术、工程所谓科学、技术、工程 三元论三元论 ，其基本观，其基本观 点就是承认和主张科学、技术和工程是三点就是承认和主张科学、技术和工程是三 不同的对象、三种不同的社会活动，它们不同的对象、三种不同的社会活动，它们 有本质的区别，同时也有密切的联系。有本质的区别，同时也有密切的联系。” ” 第一节节 工程的本质质和特征 科学活动 发现为核心的人类活动 技术活动 发明为核心的人类活动 工程活动 建造为核心的人类活动 第一节节 工程的本质质和特征 在科学、技术、工程乃至于产业越来越一体化发展的当代，我在科学、技术、工程乃至于产业越来越一体化发展的当代，我 们在强调科学、技术、工程三元论的同时，必须要重视它们之间们在强调科学、技术、工程三元论的同时，必须要重视它们之间 的紧密联系。的紧密联系。 尤其是技术与工程之间联系，尤其是技术与工程之间联系，“离开技术谈工程，工程就没离开技术谈工程，工程就没 有了基础；同样，离开工程谈技术，则就把技术架空了。有了基础；同样，离开工程谈技术，则就把技术架空了。工工 程活动包容了技术活动，技术活动则是使技术不断嵌入工程的活程活动包容了技术活动，技术活动则是使技术不断嵌入工程的活 动，两者的互动促进了工程与技术的共同发展。动，两者的互动促进了工程与技术的共同发展。” 因此，在坚持科学、技术、工程三元论，强调它们之间本质因此，在坚持科学、技术、工程三元论，强调它们之间本质 区别的同时，更应该注重它们之间区别的同时，更应该注重它们之间“三元一体三元一体”的互动关系，需的互动关系，需 要从学理上对它们展开科学哲学、技术哲学、工程哲学彼此有别要从学理上对它们展开科学哲学、技术哲学、工程哲学彼此有别 又相互交叉的研究。当然，科学、技术、工程三者之间的联系是又相互交叉的研究。当然，科学、技术、工程三者之间的联系是 以它们之间的区别为前提的，没有区别，也就谈不上以它们之间的区别为前提的，没有区别，也就谈不上“三元一体三元一体 ”。 第一节节 工程的本质质和特征 二、工程的本质 1、工程的划界 （1）工程与科学的划界 科学活动是以发现自然规律为核心的理论认识活动，其活动 的最终目标是建构关于自然的具有普遍性与必然性的理论知识体 系。 工程活动则是以建造人工物为核心的、改造自然的物质性实 践活动，其活动的最终目标则是建造满足人类生存与发展需要的 人工物。 第一节节 工程的本质质和特征 任何现代工程活动都要应用一定的科学知识，但只有当普适 性的科学知识转化为适应工程特点的工程科学知识之时，它才能 真正成为工程知识的重要组成部分。 当工程活动遇到科学认识的困境，而现有的科学知识又无法 满足需要时，工程活动往往又会导致基础科学的研究。这样一来 ，一方面会创造出新的科学知识，另一方面则相应建构出解决工 程困境的新的工程科学知识。 对于工程活动来说，新的工程科学知识的建构，其根本的目的 并不在于这些知识本身的创造，而是利用这些知识达到建造出人 工物的最终目标。 第一节节 工程的本质质和特征 （2）工程与技术的划界 工程往往与一定的地域、环境联系在一起，具有特殊性，甚 至唯一性，通常不能“转移”； 技术则具有一定的通用性与普适性，因而可以“转移”、“ 传播”。 第一节节 工程的本质质和特征 工程和技术的区别和联系： 技术活动是为了实现人类的某种目的，导向实践的、“应当怎 样造物”方法与手段的发明创造活动，但并不是直接的造物实践 活动本身，也即工程活动本身。 工程不能仅仅归结于某种单一技术的纯粹应用，工程往往需要 综合集成多种多样的技术，同时还必须集成科学、经济、管理、 政治、文化、社会、环境等非技术的复杂因素，工程活动才能现 实地开展。 第一节节 工程的本质质和特征 技术知识是工程知识最重要的组成部分，但它并不能涵盖全部 的工程知识，必须与科学知识、人文社会科学知识、情境性知识 等一起服务于建造人工物的工程实践。 一般来说，工程活动所建造的人工物，总是嵌入在某个特殊的 自然和社会的环境之中来改造环境服务于人类社会的，因而，工 程建造活动的过程及其结果一般具有因此而带来的特殊性、唯一 性、不可复制性、无法转移性。 而技术作为改造自然实践活动的方式方法和各种手段的发明活 动及其成果，却具有一定的通用性、普适性、可复制性、可转移 与传播性。 第一节节 工程的本质质和特征 （3）工程与生产的划界 关于生产的定义： 我们可以把生产更具体地界定为：为了满足人类的各种需要 ，在一定的现实技术和经济核算的基础上，有计划地按照严格的 规范和固定操作规程，批量、重复、确定地创造定型的物质产品 的实践活动。 第一节节 工程的本质质和特征 与生产活动相比较，现实工程活动的特点可概括为： 现实的工程活动总是意向着某个特定的欲求建造的人工物对象 的。 这种特定的人工物总是嵌入在特殊的自然环境与社会环境之中 的，这些特殊的自然、社会因素不是工程的外部环境约束条件， 而是工程活动的内在要素，因此，工程活动必然具有明显的空间 场域性。工程的名称一般都冠予某某地名就是明证，而生产活动 的产品往往冠予品牌名。 第一节节 工程的本质质和特征 工程活动也具有很强的计划性，从目标的选择、项目的确定， 从设计、实施到人工物的建成与使用，整个工程活动的推进过程 都要受到计划的约束，但是，这种计划并不是一成不变的，往往 是计划赶不上变化；整个工程活动充满着不确定性。只有根据具 体情境的不断变化做出反应、调整与创新，才能确保把工程推向 成功。 工程活动的场域性、情境性、创新性、不确定性，使其过程、 结果及影响难以预期，从而加大了工程的风险。从自然、社会、 经济、政治、文化、伦理等多层次、多角度，对其事前事后的工 程风险进行价值评估与控制，是工程活动不可缺少的内在组成部 分。 第一节节 工程的本质质和特征 工程与生产之间的联系： 一般来说，生产活动往往以工程活动为前提、为基础。所谓先 搞工程建设，后投入生产。比如：先搞电视机厂的工程建设，建 成后才能大批量生产电视机。 工程的建造活动必然要使用多种多样的生产活动产出的产品， 否则，工程活动根本无法进行。 第一节节 工程的本质质和特征 根据以上对工程与科学、技术、生产之间划界的分析，我们 可以将工程更具体地界定为： 为了满足人类社会的各种需要，在综合集成科学、技术、社 会、人文等理论性知识及情境性知识经验的基础上，在经济核算 的约束下，调动各种资源，在特定的自然环境和社会情境中，通 过探索性、创新性、不确定性和风险性的社会建构行动，有计划 、有组织地建造某一特定人工物的社会实践过程及其成果。 第一节节 工程的本质质和特征 2、工程的实践本质 上述对工程概念的界定体现了马克思主义实践哲学的基本精 神，可以从六个方面突出工程的实践本质： 满足人类社会的各种需要是开展工程活动的根本目的，它体现 出实践活动的有意识性与目的性； 科学、技术、社会、人文、情境等多种知识经验在工程活动中 的综合集成与创造，反映了实践活动的探索性、创造性，反映了 理论与实践相统一的原则； 第一节节 工程的本质质和特征 工程活动过程中的场域性、情境性、创新性、不确定性和风险 性，更是生动地体现了实践的空间性、时间性、鲜活性、探索性 与创造性； 整个工程活动的有计划、有阶段、有组织性，深刻地反映了实 践活动的有意识性、组织性与社会性； 工程活动的成果某一特定人工物的建造，则体现了生产实 践活动改造自然的物质性与社会性。 第一节节 工程的本质质和特征 作为特定的物质生产，工程的本质也在于它是人类社会存在与 发展的基础，是人类生存的基本方式之一。 它不仅在改造自然的意义上改变着人与自然的关系，改变着人 类生存的自然环境，而且也深刻地影响甚至改变着人与人之复杂 的社会关系，影响社会的经济、政治、文化活动，进而可能导致 社会组织、制度安排、仍至于社会结构的变迁，从而改变着人类 生存的社会环境及人类的生活方式。可以说，工程作为直接的生 产力，打开了人的本质力量，实现着人作为人的自由存在。 第一节节 工程的本质质和特征 三、工程活动的特征 我们可以从六个方面来说明工程活动的特征： 1、工程决策的综合性与创新性 工程决策的过程就是不同的利益相关者之间所进行的合作、 搏弈、协商、竞争的过程。 决策者必须对各种因素及其冲突与矛盾进行分别体认、综合 考量，才能做到整体协调、整体筹划、综合决策。正如A西蒙所 说：“工程与综合有关，科学与分析有关。综合即是创 造。” 第一节节 工程的本质质和特征 2、工程活动的系统性与协调性 所谓系统，就是将多种相互作用的人、机因素结合在一起 ，通过对人力、材料、信息和能源的调配与控制，以实现某一理 想的目标。” 这几乎就是工程本身的定义。 除了工程活动内部的系统协调，还必须与其环境中的其它系 统相协调，工程的结构和功能要与生态的、社会的、经济的、政 治的、文化的等系统的结构与功能相协调。以系统协调的项目管 理方式进行工程管理，才能保证工程的成功。由此，我们必须树 立工程的系统协调观。 第一节节 工程的本质质和特征 3、工程知识的集成性与优化性 工程知识仅集成“自然科学”、“技术科学”和“人文社会 科学”这三大类知识还不够，还必须集成相关的已有经验，尤为 重要的是，必须集成在当下具体工程现实发生中，依赖特殊场域 、情境而产生的境域性知识与经验。 集成并不是上述四类知识的简单堆砌，而是把它们有机地结 合并转化为与当下工程现实境域相符合的，可行、可操作的知识 、方法、程序、规则、规范、指南。 可以说情境性是工程知识的重要特征，在许多方面、层次往 往以意会知识的形态存在。 第一节节 工程的本质质和特征 4、工程活动的场域性与情境性 工程行动欲建造的人工物系统总是嵌入在特定的自然环境与社 会环境之中的，工程活动必然具有明显的空间场域性。 同一类型的工程，会因为实施地域的不同，具有不同的场域性 ，导致同类工程之间存在较大差别，工程的唯一性、不可重复性 正是与此相关。 由于情境事件的不可避免的随机发生，最终建造完成的人工物 会可能会与预期的工程目标存在较大的偏差，甚至可能导致工程 目标不能实现。当然，情境事件也可能有利于工程目标的实现， 如果善于抓住时机，审时度势，可以利用它们来服务于工程行动 。 第一节节 工程的本质质和特征 5、工程活动的不确定性与风险性 可从五个方面说明工程活动的不确定性和风险性： (1)工程中的各种要素本身存在不确定性； (2)不确定的要素相互作用构成的工程整体往往具有更大的不确定 性； (3)由于工程主体认识、实践能力的有限性； (4)由于工程行动过程的场域性与情境性，不确定的情境事件不可 避免地随机发生，造成工程行动的不确定性，也可能带来风险； (5) 已完成的工程在其运行中，也存在不可预见的不确定，可能 使整个工程人工物给其嵌入的特定自然环境、社会环境带来灾难 性的风险，危及周围人群的生存。 第一节节 工程的本质质和特征 6、工程结果的双刃性与评价的多维性 必须强调工程主体的伦理责任，必须对整个工程进行价值估 价，从工程项目的决策、设计、实施的过程到工程的结果及其长 期的运行，都要进行全面的价值评价。 由于现代工程活动彻底地改变了现代社会的面貌，深刻地影 响着人类社会生活的方方面面，因此，对工程活动的价值评估必 然是多维的、多层次的，它包括经济的、政治的、军事的、生态 的、环境的、文化的、科学技术的、人文的、审美的等众多维度 的价值评价。 不仅要从工程活动的外部进行价值评价，而且要把价值评价转 化为工程活动内部的行为机制，这已逐步成为现代工程活动重要 的内在特征。由此，我们必须树立工程的生态观与伦理观。 40 1 1 第一节第一节 工程的本质和特征工程的本质和特征 第二节第二节 工程活动的结构和类型工程活动的结构和类型 第三节第三节 工程活动的过程和发展工程活动的过程和发展 目录录 4 4 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 第二节 工程活动的结构和类型 一、工程活动的结构 行动结构行动结构 场域与情境条件结构场域与情境条件结构 环境结构环境结构 第二节 工程活动的结构和类型 工程的行动结构工程的行动结构 工程主体工程主体 工程人工物工程人工物 决策行动决策行动 设计行动设计行动 实施操作行动实施操作行动 评价行动评价行动 决策者、投资者和直接参与工程的工程共同体决策者、投资者和直接参与工程的工程共同体 工程主体对自然的改造、变换、重组产生出来的客体工程主体对自然的改造、变换、重组产生出来的客体 工程决策行动的首要任务是制定工程目标工程决策行动的首要任务是制定工程目标 实现工程目标而搜索、研制、集成、实现工程目标而搜索、研制、集成、 创造可行的、可操作的工程知识与方案的活动过程。创造可行的、可操作的工程知识与方案的活动过程。 人员组织、施工工艺、施工工序、原材料供应人员组织、施工工艺、施工工序、原材料供应 多方面对对上述行动进行评价，多方面对对上述行动进行评价， 注意评价主体、评价对象、评价尺度注意评价主体、评价对象、评价尺度 1、工程的行动结构 第二节 工程活动的结构和类型 场域与情境条件结构的特征场域与情境条件结构的特征 当下发生性当下发生性 主体间性主体间性 境域约束性境域约束性 随机的变异性随机的变异性 人工物在境域中建构性人工物在境域中建构性 工程主体当下产生的新的空间工程主体当下产生的新的空间- -时间结构的经验。时间结构的经验。 主体之间的交往行为带来了视界融合，主体之间的交往行为带来了视界融合， 形成了对工程行动共通共识的主体间性的境域。形成了对工程行动共通共识的主体间性的境域。 场域与情境条件一旦产生，又与工程行动者场域与情境条件一旦产生，又与工程行动者 已有的知识经验储备相结合，共同构成约束已有的知识经验储备相结合，共同构成约束 工程行动者视界及行为的境域工程行动者视界及行为的境域 随着工程行动的展开而不可完全预期地随着工程行动的展开而不可完全预期地 发生着变化，反过来又影响工程的行动发生着变化，反过来又影响工程的行动 结构及其子结构的变化结构及其子结构的变化 将来才能完成的工程人工物作为工程行动将来才能完成的工程人工物作为工程行动 建构的客体，也处于该境域之中。建构的客体，也处于该境域之中。 2、工程的场域与情境条件结构 第二节 工程活动的结构和类型 工程的环境结构工程的环境结构 自然环境自然环境 社会环境社会环境 地理位置、地形地貌、气候环境、生态环境、自然资源地理位置、地形地貌、气候环境、生态环境、自然资源 经济结构、产业结构、基础设施、政治生态、经济结构、产业结构、基础设施、政治生态、 社会组织结构、文化习俗、宗教关系社会组织结构、文化习俗、宗教关系 3、工程的环境结构 第二节 工程活动的结构和类型 按专业内容和性质的分类按专业内容和性质的分类 土木工程土木工程 机械工程机械工程 电气工程电气工程 化学工程化学工程 通信工程通信工程 海洋工程海洋工程 航空航天工程航空航天工程 生物工程生物工程 建造各类工程设施建造各类工程设施 研究、开发、设计、制造、安装、运用研究、开发、设计、制造、安装、运用 和修理各种机械和修理各种机械 把天然矿物或其他化工原料，利用化学反应把天然矿物或其他化工原料，利用化学反应 来改变物质结构、成分、形态而生产多种化学产品来改变物质结构、成分、形态而生产多种化学产品 处理电与磁的应用处理电与磁的应用 通讯设施的计划和实施，通信手段的电话机、通讯设施的计划和实施，通信手段的电话机、 程控交换机、大容量光纤、通信卫星等的研制程控交换机、大容量光纤、通信卫星等的研制 开发利用海洋的各种建筑物或其他工程设施。开发利用海洋的各种建筑物或其他工程设施。 航空工程和航天工程航空工程和航天工程 利用有生命物质作为手段来参与改造自然利用有生命物质作为手段来参与改造自然 现象的实践过程现象的实践过程 二、工程活动的类型 第二节 工程活动的结构和类型 按其它方法分类： 根据工程活动的对象：依此把工程分为：获取、变换和加工物 料的工程；获取、变换和加工能量的工程；获取、变换和加工信 息的工程 按照工程方法论：正向工程、反向工程、横向工程和重新工程 按照工程规模：大型工程、中型工程和较小型工程 按照复杂性：极其复杂工程、中等复杂工程和简单工程 按创新性：完全创新工程、部分创新工程和较少创新工程 按风险性：高风险工程、中风险工程和低风险工程 47 1 1 第一节第一节 工程的本质和特征工程的本质和特征 第二节第二节 工程活动的结构和类型工程活动的结构和类型 第三节第三节 工程活动的过程和发展工程活动的过程和发展 目录录 4 4 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 第三节 工程活动的过程和发展 一、工程活动的过程 工程的行动结构在其场域与情境条件及自然与社会环境中动态运行的过程， 它展开为计划、设计、实施和运行。 第三节 工程活动的过程和发展 1、工程的计划 Why-Why-为什么做？原因与目的为什么做？原因与目的 What-What-做什么做什么? ?活动与内容活动与内容 Who-Who-谁去做？人员谁去做？人员 Where-Where-在什么地方做？地点在什么地方做？地点 When-When-在什么时候做？时间在什么时候做？时间 How-How-怎样做？手段和安排怎样做？手段和安排 工程决策行动工程决策行动 确定工程目标确定工程目标 根据工程行动展开的实际根据工程行动展开的实际 过程中所发生的重要变化过程中所发生的重要变化 来对计划进行修订、调整来对计划进行修订、调整 第三节 工程活动的过程和发展 2、工程的设计 工程设计随着时间的展开分为三个阶段：初步(方案)设计、技 术设计和施工设计。 第三节 工程活动的过程和发展 工程设计具有这样的时间结 构，即以想象的方式把未来 才能建造完成的人工物置于 当下的想象之中，并将其具 体化，以此为出发点，在现 有知识经验和当下场域与情 境条件下，去展开设计的过 程。 工程设计具有时间上的结构工程设计具有时间上的结构 第三节 工程活动的过程和发展 工程决策者的思路与意图、设 计主体的知识经验、场域与情 境条件及环境等等的随机变化 ，同样会造成工程设计过程的 不确定性。实际工程活动中设 计变更、反复设计、甚至重新 设计都是经常发生的事情。 设计的不确定性设计的不确定性 第三节 工程活动的过程和发展 3、工程的实施 不可预期的现场情境事件会在实施过程的境域中随机发生， 从而影响实施行动按计划的顺利进行，必须相应地调整、修订施 工组织设计的计划、方案与进度，或者采取一定的措施来保障工 程的顺利实施。 工程的实施过程不仅是按计划、按设计实施造物的过程，而 且是在当下情境不断的变化中，通过上手的反复操作展现出实践 智慧的过程，这种实践智慧也与集成了各种理论知识、经验的工 程知识一起，随着工程实施过程的完成，凝结于完成了的工程人 工物之中。 第三节 工程活动的过程和发展 4、工程人工物的运行 将完成了的工程人工物投入运行使用，考察与评价它在近期 、中期、长期运行过程中产生的正面和负面的效用，是工程行动 过程的更为重要的阶段。 由于人工物运行效用，尤其是其负面效用的不可完全预期性 ，人工物与其嵌入的自然与社会环境相互作用的不确定性，可能 会给自然、社会、周遭的人群带来危害，许多问题只有在人工物 的长期运行中才能显现出来。 第三节 工程活动的过程和发展 二、工程活动的发展动力 工程主体建造某种特定人工物以满足社会各种需要的“目的 动机”，与工程主体现有的知识经验储备、资源储备、环境条件 等“原因动机”相结合，构成了工程行动展开的根本动力。 第三节 工程活动的过程和发展 1社会需要的牵引力 从根本上说，社会需要是工程活动的源泉和动力，也是工程活 动得以进行并得到认可的条件和保证。 首先，从发生学角度看，人类第一个历史活动就是生产满足人 类需要的资料，它的发生必源于社会需要尤其是社会生存需要。 其次，社会需要的不断高级化推动了工程活动的整体历史变迁 。应该注意到人的需要具有无限性和广泛性。 第三节 工程活动的过程和发展 社会需要的时代趋势决定了每个时代工程活动的主导方向和风 格。 以当代为例，人类社会在发展的更高和更深的层面再次遭遇古 老的人类社会的根本问题，即安全与生存问题，因此，追求持续 发展、保护环境安全和开拓生存空间作为时代的社会需要，必然 要成为当代工程发展主要方向和任务。 第三节 工程活动的过程和发展 多维的社会需要推动了各种工程活动的具体发展。 在现代社会，消费资料需要和生产资料需要主要以市场需要的 形式出现，社会公共需要、军事需要和政治需要则主要表现为政 府需要。 社会物质需要总是具体的，总要表现为市场和政府对某种特定 的物质产品的需求，当这种需求达到了一定强度而形成一个紧迫 的社会问题时，一项具体的社会工程活动就会被启动。 也是由于社会需要的多面性，一项具体的工程在满足其基本社 会需要的同时，总还满足其他的社会需要，如文化需要、审美需 要、宗教需要、交往需要等。 第三节 工程活动的过程和发展 2政府激励与控制力 由社会需求到工程活动的具体发动往往不是社会自发的，而 要经过政府这个中介的激励和控制。 满足政府需要的工程无疑需要政府的直接领导和发起，即使 是满足市场需求的工程，政府也往往发挥着间接的不可或缺的作 用。 第三节 工程活动的过程和发展 第一，为满足社会公共需要，建设和维护相关工程设施历来是各 时期政府的一项基础性的社会职能。 古埃及的历代王朝都重视兴修水利，李冰父子主持兴建都江 堰与李冰任蜀郡守相关，罗马帝国大规模兴建道路和城市引水排 水工程。 第二，为满足军事需要和政治需要，直接组织和实施相关工程活 动是政府的直接任务。 第三，对那些依赖市场机制组织实施的满足市场需求的工程，政 府也发挥着重要的社会管理者的作用。 第三节 工程活动的过程和发展 3科学技术的支持力 基础科学理论突破为拓展工程领域提供了可能条件。 无线电工程、原子能工程、生物工程的开拓都与基础科学理 论的突破相关。 工程科学的发展为具体的工程活动提供了直接的理论根据。 如采煤学、桥梁工程学、炼钢学、采油工程学德发展 技术的进步为具体工程活动的进步提供了现实的可能性。 技术为工程提供直接的手段和方法，所以技术的进步在很大 程度上构成工程创新的前提条件。 离开了科学、技术的支持与推动，现代工程根本无法进行， 更谈不上发展。现代工程的科学化、技术化，反过来，科学技术 的工程化，已构成三者“三元一体”的发展模式。 62 1 1 第一节第一节 工程的本质和特征工程的本质和特征 第二节第二节 工程活动的结构和类型工程活动的结构和类型 第三节第三节 工程活动的过程和发展工程活动的过程和发展 目录录 4 4 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 一、工程方法概述 1、工程方法的内涵和外延 内涵： 工程方法是指人们在工程认识和实践活动中所采取的方式、规则、路线与 程序等。 显然，工程方法是在人们长期工程认识和实践活动中形成的，并随着工程 认识和实践活动的深入而不断发展。 外延： 按其普遍性程度，工程方法可分成特殊方法和一般方法。 特殊方法只适用于某个或某几个工程领域。如：金属冶炼中的氧化还原法 ，机械加工中的铸造、锻压、焊接、热处理等方法； 一般方法适用于各个工程领域，如选题方法、收集科技情报方法、试验方 法、设计方法等。研究这些一般方法，特别是研究处理工程问题的基本思想和 原则，则是工程方法论的主要任务。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 2、工程问题的特点 1）工程问题的系统性 一项工程系统包括9个基本要素和6个子系统。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 9个基本要素是： 用户： 期望使用工程产品的人或组织； 目标： 用户期望什么产品，应有哪些功能，如何工作，期望在什么条件下工 作，带来什么价值，不希望它产生哪些消极后果； 资源： 实现用户期望目标的可利用的基本物资条件； 行动者： 包括工程主承包商、子承包商、供应商、管理监督单位、后勤保障 单位等； 方法与技术：行动者使用的有效完成工程任务的手段和方法； 过程： 包括工程开始、中间经历的一系列阶段、工程结束； 时间： 整个工程的持续时间，每项工程活动起始和完成的时间，不同活动之间 的时序关系； 活动： 在工程过程的每个阶段，每个行动者做什么、做的依据、具体做法； 环境： 包括广泛的社会的、自然的背景。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 6个子系统是： 工程对象系统 它是用户所期望的一种产品。 工程过程系统 它是工程所经历的所有阶段或步骤及其所有活动的有序集 合，因而又叫做工程系统开发生命周期，还叫做工程项目 生命周期。 工程技术系统 工程技术活动及其所使用的全部原理和方法的有机集合。 工程管理系统 工程管理活动及其所使用的全部原理和方法的有机集合。 工程组织系统 它是为获取工程对象系统产品所涉及的所有组织、个人及 其技能、知识结构、组织准则、道德水准和行为规范的有 机集合。 工程支持系统 它是为正常而有效地进行工程技术活动和工程管理活动提 供保障的全部实体的有机集合。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 2）工程问题的集成性 工程活动的复杂性不仅需要系统思考，还需要综合集成。 集成：“集”是指会集、聚集的意思，“成”是指融合一体， 重铸，重生。所以，集成是将众多的知识、方法、工具和信息， 综合、重整、融汇在一起，实现协同的运作，从而创造工程的巨 大价值。 工程问题集成的第一个层次是技术要素层次的集成。 工程是多种技术的有效集成。工程科学可以看成是以一种核心专业技术或 几种专业核心技术加上相关配套的专业技术所构成的集成性知识体系。 工程问题集成性的第二层次是技术要素与其他要素的集成。 工程往往是复杂的，工程活动中包括了物质要素、技术要素、经济要素、 管理要素、社会要素文化要素等多种要素的集成。工程活动是人们改造自然的 活动，同时也是社会活动，工程决策、设计、施工、运行必须考虑民众的要求 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 二、工程的基本系统方法 1、 工程的系统方法论概述 1）概念 工程的系统方法论是指处理工程问题的系统思想和原则，即 把处理的对象视为一个系统，基于系统科学的观点和理论，运用 系统思维方式加以认识和构建的思想与原则。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 2）内容 第一、硬系统方法论 贝尔电话实验室工程师霍尔提出了系统工程三维结构，作为硬系统方法 论的经典，得到广泛应用： 逻辑维：某一系统工程，从逻辑顺序上可分为七个步骤： 问题的确定 选择目标 系统综合 系统分析 优化 决策 规划行动 时间维：一项工程，工作过程可分为七个阶段： 规划阶段（调研、工作程序设计阶段） 方案阶段（具体计划阶段） 研制阶段（系统开发） 生产阶段 安装阶段 运行阶段 更新阶段 知识维：它是完成上述工作阶段和步骤所需的各种知识和工程专业技术，包括 相关的社会科学（如商业、法律等），自然科学和相关的工程技术。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 第二、软系统方法论 软系统方法论是由英国学者切克兰德提出的，它主要适用于 没有明确目标和问题定义的所谓无良好结构的软问题。 这种方法论强调通过人的交流讨论，对问题的实质有所认识 ，逐步明确系统的目标，经过不断的反馈，逐步深化对系统的了 解，进而得出满意的可行解。 软系统方法论强调不断的反馈和学习。它通过组织讨论，听 取各方面有关人员的意见，反复比较和学习，寻求可能的满意的 结果。它主要依靠定性的方法。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 收集尽可能多的问题情境，建立收集尽可能多的问题情境，建立 所研究情境的最充分的可能图像所研究情境的最充分的可能图像 作出系统的根定义作出系统的根定义 抓住问题的本质抓住问题的本质 系统的受益者或受害者；系统的受益者或受害者； 系统的执行者；系统的执行者； 系统从输入到输出的变换过程；系统从输入到输出的变换过程； 世界观；世界观； 系统所有者；系统所有者； 系统的环境约束系统的环境约束 建立概念模型建立概念模型 系统的概念模型描述系统必须做系统的概念模型描述系统必须做 什么才能是根定义所规定的系统什么才能是根定义所规定的系统 将概念模型与现实情境将概念模型与现实情境 相比较，发现差异相比较，发现差异 进行模型的修正，实施进行模型的修正，实施“ “可行可行 的和合乎需要的和合乎需要” ”的变革。的变革。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 3）工程的系统方法论原则 整体性原则 是基于系统整体性原理 层次性原则 工程的系统方法论要求采取层次结构的形式 来建构复杂的工程系统。 动态性原则 工程的系统方法论强调在运动和变化的过程 中来把握事物。 协调优化原则 在处理工程问题时，统筹兼顾，大力协同， 多中选优，在限定的条件下达到最优的效果 综合集成原则 工程目标系统与环境的综合 多种技术的综合集成 工程的组织管理集成 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 2、工程系统分析与决策方法 1）工程系统分析的含义 工程系统分析是在对一项工程的系统性认识基础上，为达到预期目标提 出可供选择的最优方案的分析研究过程。 工程系统分析是以工程的整体效益为目标，以寻求解决特定问题的最佳 策略为重点，运用计量分析方法，凭借价值判断来处理问题的。 工程系统分析为系统设计所提供的成果是： 工程建设的必要性和可行性； 工程的目标和约束； 工程系统的框架结构和评价基础； 可供进一步加工的工程系统方案等。 工程系统分析提供的成果主要以系统定义规格说明书形式表现出来 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 2）工程系统分析的要素 第一，问题 主要是分析问题情境和问题内容、明确问题性质和问题条件。问题情境是 问题得以构成的环境，人们常常因忽视对问题情境的准确分析而 “抓”不住 真正的问题。问题内容是问题本身的构成系统，分析问题内容就是辨识主问题 和子问题系列、问题的层次结构等。 第二，目标 目标是工程所希望达到的结果或完成的任务。目标分析就是确定和分析工 程系统的目的及其目标，分析和确定为达到工程系统目标所必须具备的工程系 统功能和技术条件。目标分析的核心问题是明确要做什么、相应的技术和使用 性能的要求等。 第三，可行方案 一般情况下，实现某一目标，可采取多种手段和措施。这些手段和措施在工 程分析中称为可行方案，或称备选方案。当目标明确后，就要通过系统分析， 提出多种可行方案。对方案的要求一般包括：方案的稳健性、可靠性、完整性 、适应性、可操作性等。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 第四，模型 模型是真实系统的替代物，作为真实系统的简化和抽象化， 可以在一定程度上清晰、形象、深入地反映真实系统的属性。所 以，模型比真实系统容易理解，便于操作、试验、模拟和优化。 在工程系统分析中常常通过建立相应的结构模型、数学模型或仿 真模型等来规范分析各种备选方案。 第五，评价 评价即评定不同方案对实现工程系统目标的达到程度。它是 在考虑实现方案的综合费用和方案实现后的综合效果后，按照一 定的评价标准，确定各种待选方案优先顺序，为决策提供依据。 比较有代表性的系统评价方法有：费用-效益分析法、评分法、关 联矩阵法、数据包络分析法、模糊综合评判法和层次分析法等。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 3）工程系统分析的准则 第一，系统与外部环境相结合。 第二，当前利益与长远利益相结合。 第三，局部效果与整体效果相结合。 第四，定量分析与定性分析相结合。 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 4)工程系统分析的逻辑程序 谋划 备选 方案 建模 和预 计后 果 评比 备选 方案 阐 明 问 题 约束条件 目标 方案 提供分 析后果 预测未来环境 评价指标 后果原始情况 初步分析规范分析综合分析 工 程 决 策 第四节 工程方法论（系统方法、集成方法） 5)工程决策 这里的工程决策是指选择方案的活动，是决策者最后做出决 定的过程。 工程决策具有重要的意义，其正确与否直接决定着工程的成 败，并由