自然辩证法第四章.ppt

第四章 工程观与工程方法论,东北大学科技与社会研究中心 郑文范,本 章 要 点,对“非常态”引入“常态”的活动，其中最重要的一种形式是通过对地表状态的改变实现的，这就是建筑或工程。建筑物、工程对创造人工自然和人类文明的发展有特殊重要的意义。建筑物最能反映人工自然创造的特点，建筑的合理性不仅是要有力学的、经济的尺度，而且还一定要有宜人性和艺术性。 从工程是通过造物形成人工自然的手段的理论前提出发，把工程理解为是应用科学、技术及各种非技术的因素实施造物的实践活动，属于直接生产力。工程的对象是满足人类社会的各种需要的某一特定人工物。工程也属于实践范畴，是应用科学、技术及各种非技术的因素实施造物的实践活动，其结果是建造出某种特定人工物。工程活动成果的主要形式是物质产品、物质设施，一般来说，它是直接的物质财富本身。工程效果的标准在于能否建造出合乎人的实际需要的某种特定人工物。讨论工程共同体的社会规范，还应包括对人工物本身以及它所带来的自然、生态环境、社会、经济、政治、文化、人文、科技、宗教、习俗、审美等诸多方面影响的价值评价。 工程方法的系统属性和集成属性越来越突出，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主要是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。要由工程是形成人工自然的手段的理论前提出发，理解技术怎样通过造物才能发挥形成人工自然的功能。,第一节 工程的本质与特征,在人工自然的形成过程中，存在大量需要造物或需要通过地表改变来创建人工自然的问题，这就需要通过工程来加以解决。和技术一样，工程同样是形成人工自然的重要手段。因此从人工自然的形成上对工程进行反思显得十分必要。 一、工程的内涵与特点 （一）工程的内涵 从工程是通过造物形成人工自然的手段这一特点出发，可以将工程定义为：工程是为了创建人工自然，在科技及经验集成的基础上，在特定的自然环境和社会情境中，有计划、有组织地建造某一特定人工物的活动。,（二）工程的特点 1、系统性与集成性 由于工程是通过造物形成人工自然的手段，所以工程活动中包含众多的要素，具有明显的系统性。工程活动中必须强调系统协调，除了内部的系统协调，还要求与其环境中的其它系统相协调。 由于工程系统性的创造产生了集成性。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。 2、场域性与情境性 由于工程是通过造物形成人工自然，所以工程活动总是在特定的自然环境与社会环境之中进行，具有明显的场域性与情境性。如通过航天航空技术建立恒星人工自然时，实质上都是把适于人生存的“常态环境”推向外部空间，因而要求相应的工程活动具有场域性与情境性。工程人工物是在工程行动中逐步建造出来的对象，工程人工物往往处在特定自然与社会环境里，不可能象一般产品一样可随意移动，也别于一般生产物品批量、定型的特点，具有 “不重复性”的特点。,3、不确定性与风险性 由于工程活动是特殊的创建人工自然的活动，充满的不确定性和风险性，包括： 工程中的各种要素本身存在不确定性；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；由于工程主体认识、实践能力的有限性；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； 已完成的工程在其运行中，也存在不可预见的不确定。 4、工程结果的双刃性与评价的多维性 由于工程活动是特殊的创建人工自然的活动，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，工程结果表现出的双刃性。同时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。,工程是特殊的人工自然的创造，这可以从以下方面得到反映： 1、满足人类社会的各种需要是开展工程活动的根本目的，从而赋予人工自然有意识性与目的。； 2、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，反映了人工自然的探索性、创造性。 3、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，体现了人工自然的空间性、时间性、鲜活性、探索性与创造性。 4、工程活动的有计划、有阶段、有组织性，深刻地反映了人工自然的有意识性、组织性与社会性。 5、工程活动的成果某一特定人工物的建造，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，因而体现了工自然的物质性与社会性。,二、工程与人工自然的创造,按照工程是通过造物形成人工自然的手段的特点不同，当代工程大致可以分为农业和林业保护和建设工程、土木工程、机械工程、化学工程、宇宙探测工程等。 农业和林业保护和建设工程是通过农田保护和建设工程、天然林保护工程、经济和能源速生林建设等,为发展农业和林业提供基础设施保障，保护生态环境，发展生物能源，本质是建立生物人工自然。 土木工程是通过造物对地表进行改变，形成地表人工自然，如房屋、道路、铁路、港口、飞机场的修建等。这些工程设施要能满足人们使用要求，同时要能安全承受各种荷载，并与周围环境相和谐。机械工程是通过造物和维修等为机械产业发展提供基础设施和生产保证，使其产业化活动得以顺利进行的工程活动，也是形成地球人工自然的活动。 化学工程是通过造物和维修等为化工产业发展提供基础设施和生产保证，使其产业化活动得以顺利进行的工程活动，本质上是形成恒星人工自然的活动。 宇宙探测工程等是通过发射各种宇宙探测器、建造天文望远镜，进行“反物质”实验等探测宇宙空间的活动，本质上是形成宇宙人工自然。,三. 工程的类型,四、工程活动的过程,工程活动是特殊的创建人工自然的活动，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，表现为计划、设计、实施和运行。 1、工程的计划，表现为创建人工自然的模型。 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。 3、工程的实施，工程的实施过程不仅是按计划、按设计实施造物的过程，而且是通过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。 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。,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。 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。人类第一个历史活动就是生产满足人类需要的资料，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。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。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。同时多维的社会需要推动了各种工程活动的具体发展。,五、工程活动的发展动力,2政府激励与控制力 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。 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。 3科学技术的支持力 第一，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。 第二，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 第三，技术的进步为具体工程活动的进步提供了现实的可能性。 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。,1、科学与工程的划界 工程与科学之间的区别甚为分明。科学活动是以发现自然规律为核心的认识活动，其活动的最终目标是形成关于天然自然的具有普遍性与必然性的认识。而工程活动则是以建造人工物为核心的,创建人工自然的活动，其活动的最终目标是通过造物形成满足人类生存与发展需要的人工自然。 2、技术与工程的划界 工程与技术都是创建人工自然的活动。但技术侧重于用打造“技术人工物”来创建人工自然，着重于各种发明手段的探索。“技术人工物”具有一定的通用性、普适性、可复制性、可转移与传播性。而工程侧重于用打造“工程人工物“来创建人工自然，着重于各种造物的探索。“工程人工物”则具有“特殊性、唯一性、不可复制性、无法转移性”等特点。,五、工程与科学、技术的划界,第二节 工程方法论,工程方法是指人们在创建人工自然实践活动中所采取的方式、规则、路线与程序等。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。工程方法主要有工程系统方法和工程集成方法。 一、工程系统方法 工程系统方法是在对一项工程的系统性认识基础上，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。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。,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。 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。,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。,2、工程系统分析 工程系统分析以下内容： 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。 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。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，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。 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。 工程系统分析约束； 工程系统的框架提供的成果主要以系统定义规格说明书形式表现出来,4.工程系统设计 工程系统设计，是运用系统思想，综合应用各学科知识、技术和经验，通过一系列的分析-综合过程，将以系统定义规格说明书形态存在的概念的工程对象系统逐步转化为合理的、最优的和可实行的系统配置创建人工自然过程。工程系统设计的特点是： 创造性：工程系统设计需要创造出那些先前不存在的甚至不存在于人们观念中的新东西； 复杂性：工程系统设计总是涉及到具有多变量、多参数、多目标和多重约束条件的复杂问题； 选择性：在各个层次上，工程设计都必须在许多不同的解决方案中作出选择； 折中性：工程设计常常需要在多个相互冲突的目标及约束条件之间进行权衡和折中。,5.工程系统实施 1）工程系统实施的含义 工程系统实施是把已经设计好的文件图纸变成真实可运行的工程物理系统，是一个由虚变实的建造过程。工程系统实施的基本任务是建造物理设备、协调建造中提出的与设计有关的问题、测试并鉴定物理设备等。 2）工程系统实施的项目生产体制 工程系统实施一般采用项目生产体制。与连续生产体制相比，项目生产体制有如下特点： 第一，活动过程的一次性。 第二，具有预定的目标，具有时间、财务、人力和其他限制条件。第三，项目组织的特殊性。 第四，专业化程度较低，对工人和技术人员的技术水平要求高。第五，采用非流水线生产方式，通用设备或大型设备用得较多，要求较高的柔性制造技术。第六、生产计划和控制复杂，生产率比较低。 3）工程系统实施的组织方式 第一，平行承发包模式。 第二，总承包模式。 第三，承包联营模式。 第 四，承包监理模式。,（一）从定性到定量综合集成研讨厅体系方法的含义 由于当代工程是创建人工自然特殊复杂活动，需要创新新的方法，从定性到定量综合集成研讨厅体系方法就应运而生。从定性到定量综合集成研讨厅体系不是一系列的公式的汇总，也不是以某几条公理为基础搭建起来的抽象框架。其实质是指导人们在处理复杂问题时，把专家的智慧、计算机的智能和各种数据、信息有机地结合起来，把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来，构成一个统一的、人机结合的巨型智能系统和问题求解系统。这个方法的核心在于人的心智与机器高性能的取长补短、综合集成。,二、从定性到定量综合集成研讨厅体系的方法,（二）从定性到定量综合集成研讨厅体系特点： 1.专家们同计算机和信息资料情报系统一起工作的“厅” 人机结合的智能计算机体系；是巨型人机结合的智能系统。不仅具有知识采集、存储、传递、共享、调用、分析和综合等功能，更重要的是具有产生新知识的功能，是知识的生产系统，知识发现的技术。 2.人机结合的方法。 从定性到定量综合集成研讨厅体系中，核心的是人，即专家们，整个体系的成效有赖于专家们；把人集成于系统之中，采取人机结合、以人为主的技术路线，充分发挥人的作用。 3.集大成来解决现实生活中的复杂问题。 通过研讨厅体系可把今天世界上千百万人的聪明智慧和古人的智慧(通过书本的记载，以知识工程中的专家系统表现出来)统统综合集成起来，以得出完备的思想和结论。 4.体现民主集中制和辩证思维原则。 通过研讨厅体系（可以是电子空间），参与者跨越时间和地域的限制，互相启发，互相激活，形成远远胜过一个人的智慧的集体创见。,（三）从定性到定量综合集成研讨厅体系方法的实行 一个实际的研讨厅体系应该由