工程知识

出处：按学科分类—自然科学总论 北京理工大学出版社《科学技术论手册》第130页（5029字）

实际上，所有关于工程的研究都要找到关于工程知识内容的某种概念性立场。这并不是一项简单的任务，因为那些把工程知识贬低为简单的应用科学［参见布尔斯廷，1978；多尔夫，1974；劳利斯，1977］的传统模型表面上往往很醒目，它对批判者提出挑战，要求他们提出同样清晰的其他选择方案。许多直接关注工程知识的研究事实上试图表明，工程不单是运用科学以制造技术，它有其独立的内容。研究者对下述问题持有不同的观点：应该如何解释工程科学与工程设计的差别呢?

美国工程教育协会(ASEE)在1955年的会议上把工程科学划分为六部分：(a)固体力学，包括物质静力学、动力学和强度；(b)流体力学；(c)热力学；(d)速度机制，包括热、质量和动量的转移；(e)电学，包括场、电路和电子学；(f)物质的种类和性质。美国工程教育协会的分类带有某种政治维度：它有助于使那些依照这些科学——超越了化学、物理学和数学这些“基础”科学——对工程师进行教育的方案合法化。对工程科学的大多数研究都以类似的方式把它与自然科学、物理科学和生物科学区分开来，并主张工程科学是一种与众不同的科学。这一“划界”方法所服务的重要的政治目标是，使人们对工程的直接的学术关注合法化。

技术史家做了大量的划界工作，对他们而言，详尽地规定技术知识的品格还有助于技术史的合法化——技术史是与科学史并肩齐行的独立活动。这一运动的领袖人物是埃德温·莱顿。早在1971年，当时他撰写了一篇文章“镜像般的孪生兄弟：19世纪美国的科学和技术组织”，他就沿袭巴恩斯［1982a］的做法，对他所说的科学与技术的“互动模型”做出了系统的辩护［莱顿，1971、1974、1976、1984、1987、1988a、1988b］。

作为科学的镜像兄弟，技术是一个“自主的、平等的组织”，它与科学的关系是“共生的、平等的和互动性的”［莱顿，1987，第598页］。作为技术知识的典型拥有者——工程科学代表了这一点，工程师对这个模型颇感兴趣。在莱顿看来，工程科学分为“两种稍稍不同的类型”：(a)“不那么理想化的自然科学”，比如流体力学，它通过研究黏性而改变了水力学这门经验科学；(b)试图“科学地理解人造仪器之运转”的科学，比如用以发展理想的热机模型的某些热力学［莱顿，1984，第10页；也可参见波姆等人，1978，第240页］。

在莱顿从事最持久的研究工作的同时，最彻底而详尽地讨论工程科学的知识内容的努力可以在沃尔特·温琴蒂［1979、1982、1984、1986、1988、1990］的工作中发现。温琴蒂［1990，第207～224页］把理论知识看做是工程师的设计知识的组成部分，因此他在莱顿的区分中一方面添加了纯粹的数学方法和数学理论，从解析几何到计算机运算，另一方面添加了一组与仪器有关的理论工具，其中包括特定仪器的近似化［射线理论，晶体管模型］、现象学理论［湍流模型］和定量假设［铆钉如何负载重荷］。

有些研究探讨了工程科学的起源及其在19世纪的早期发展。关于应用力学、热力学和热传递以及流体力学，大卫·查内尔［1989］全面列举了核心着作和历史材料。查内尔［1982、1984、1986、1988］还描述了19世纪中叶兰金是如何有意识地把工程科学定位在理论和实践之间的，这一定位方式“不仅不会威胁科学家……它还可以避免与土木工程师或者机械工程师发生冲突，可以避免对学生或学徒的正常教育实践的任何侵犯”［查内尔，1982，第45页］。爱德华·康斯坦特［1983］已经指出，测量涡流的测力计的发展和使用通过把科学理论与水力实践联系起来，推动了工程科学的发展。埃达·克拉纳克斯［1982］认为，解决喷嘴——19世纪蒸汽机的供水装置——的概念反常问题为工程热力学的发展做出了关键性的贡献。罗纳德·克兰［1987］探讨的是，为了提出关于电力设备——感应发电机——的工程理论，电学工程师是如何改造麦克斯韦的电磁理论的。最后，罗森伯格和温琴蒂［1978］勾画了参量变化方法的发展；温琴蒂［1982］勾画了控制体积理论的发展；莱顿［1988b］论述了无维变量之运用的发展。

有些研究则探讨了20世纪工程理论与科学或设计之间的互动。特里·雷诺兹［1986］通过探讨生产化学家把自己的知识与分析化学区分开来的努力，描述了化学工程的发展。布鲁斯·西利［1984，1988］论述了公路工程师的失败尝试：在一战后崇尚科学的欢庆时期，他们试图完全按照科学的方式来重新确立关于公路的研究。通过追踪欧文·朗缪尔在通用电力公司的职业活动，伦纳德·赖克［1983］深入细致地描绘了工业研究者的边界问题，他们发现自己既不是科学家也不是工程师，但二者兼而有之。在理论从科学向工程的逆向流动中，琼·布朗伯格［1986］描述了电学工程师通过用电路分析来理解激光，是如何为物理学家提供概念帮助的，以及他们是如何在自己的职业生涯中提出边界问题的。

某些“内部”史已经详尽显示了工程理论的演化。比如，斯蒂芬·季莫申科［1953］探讨了物质强度理论；伊萨克·托德亨特［1960］探讨了与物质强度有关的弹性理论；查尔顿［1982］探讨了结构理论；卡德威尔［1971］探讨了热力学理论。至于把工程科学当作技术知识的子集而加以讨论的其他研究，我们可以关注施陶登迈尔［1985］、G．怀斯［1985］和A．凯勒［1984］所作的评论，斯拉多维奇［1991］的讨论会文集以及《技术与文化》的文章和书评。最后，关于工程实践和工程制度史的优秀而全面的文集，我们可以参考雷诺兹［1991］。

划界研究的另一个根源是技术哲学。至少从1966年的马里奥·邦格、约瑟夫·阿加西和亨利·斯科利莫夫斯基之争开始——技术是否应该被理解成应用科学，技术哲学就一直试图在工程理论中辨别出认知结构。在这场争论中，邦格［1966］严格区分了纯粹科学和应用科学；阿加西［1966］严格区分了应用科学和技术；斯科利莫夫斯基［1966］严格区分了科学和社会实践。作为工程科学的研究进一步走向技术哲学的起点，我们向读者推荐迈克尔·福雷斯［1988］对工程科学概念的批判以及莱顿［1988a］和查内尔［1988］的回应，乔·皮特［未注明出版日期］即将出版的技术理论，唐尼等人［1989］的评论，以及《技术哲学研究》的年鉴。最后，罗纳德·莱曼这位科学哲学家试图考察工程科学的概念结构。在其饶有趣味的表述中，莱曼［1989，第353～355页］考察了工程师运用“理想化”的策略来“控制必然的复杂性”的过程，这一复杂性来源于科学理论在设计问题中的应用。

关于工程设计的研究很庞杂，它们可以粗略地分为三类：划界性解释、建构论解释和行动者网络解释。关于视觉表象在工程知识和工程实践中的地位，每一类都给出了与众不同的解释方式。

划界学派的领袖人物温琴蒂［1990，第207～225］在前文所描述的理论工具之外区分了设计知识的五个范畴。它们包括：(a)以工程方式定义的基本的设计概念，比如静态结构的核心操作原理［桥梁］或动力机器［飞机］；(b)标准和规格，比如那些包含在工程标准中的东西；(c)定量数据，包括物理常量、物质的性质以及安全要素；(d)实践性考虑，比如从偶然事件中获得的知识；(e)设计手段，包括结构化的程序和最优化的策略。就划界进路的美学方式而言，大卫·比林顿主张工程结构具有与众不同的审美特征，拜内斯和皮尤［1981］则详细探讨了他们所说的工程师艺术。最后，E．弗格尔森［1992］批判了20世纪分析知识对工程的视觉知识的替代。

建构论研究认为，工程师的设计方法是由社会要素以各种方式塑造的。比如，路易斯·肯普［1986］证明了城市规划者对公路工程师的设计方法做出了审美贡献。拉里·欧文斯［1986］考察了万尼瓦尔·布什关于微分分析程序的早期工作，并探讨了“［它］是如何体现本世纪前10年的工程文化的”［第95页］。L．L．布基亚罗里［1988］把工程设计的过程描述成无穷的迭代循环序列(iterative loops)——即工程师对不断变化的问题和情境的反应。弗雷德里克·莱特霍尔［1991］解释了莫顿—齐奥科尔公司(Morton Thiokol)的工程师为什么未能预测出O环不适用于挑战者号，这是因为他们接受的统计学方法的训练不足所致。黛安娜·福赛思［1993a、1993b］探讨了“知识工程”的文化建构——知识从专家那里转移到专家系统的实践。加里·唐尼［1992a、1992b、1992c，以及出版中a］考察了，CAD／CAM技术［计算机辅助设计和计算机辅助制造］的开发者是如何通过把设计工程师的活动“转写”成计算机编码，然后把这些技术嵌回到这些参与者当中，从而赋予这些技术以行动能力的。

最后，行动者网络研究［参见本书其他章节］认为，工程设计活动是情境性的实践，同时具有技术的和非技术的内容，这些实践相互结合，共同构成具有概念力量和政治力量的网络。约翰·劳的术语异质工程［劳，1986a、1987a、1987b］囊括了概念和政治的双重内涵，因为他主张，所有的工程都是异质性要素及其相关内容的产物，技术中所有的设计活动都是工程的某种形式。米歇尔·卡龙［1980a，1980b，1986a］描述了设计电动车的法国工程师是如何同时建构电动车运行于其中的整个基础设施的，从而开始了自己关于工程师的这条论证线索。劳和卡龙［1988，第284页；也可参见劳，1988］还认为，工程师是“工程—社会学家”，因为他们不仅坐在绘图室中设计机器，而且还从事“社会活动”——设计社会或社会制度，使之适用于机器。后面这些主张部分地从兰登·温纳那里获得了灵感，因为兰登·温纳［1986b，第19～39页］主张，核电站的技术指南或设计包含着关于社会结构、社会角色的性质以及这些角色应该如何分布的结论。

在其他对工程师的行动者网络解释中，布鲁诺·拉图尔［1987，第104页］追踪了鲁道夫·狄塞尔在与卡诺热力学、投资者和潜在的使用者建立联系的早期成功，以及后来的失败，从而重新解释了林恩伍德·布赖恩特［1976］对柴油机的发展史的描述。苏珊·利·施塔尔［1990］解释了工程师是如何通过对CAD［计算机辅助设计］表象之间的张力进行时间排序，从而把CAD程序运用到计算机芯片设计的。最后，凯西林·亨德森［1991a、1991b］考察了工程制图和计算机辅助设计程序是如何作为“征集装置”——它们对工人和工作结构进行社会组织——发挥作用的，并对工程师的视觉交流实践进行了刻画。

一个同时涉及工程科学和工程设计的可能的增长领域是研究工程教育的知识内容的新方法。诺布尔［1977］的经典主张是，工程教育的形式和内容一直都是“公司权力的主要渠道”，因为“它们满足了工业直接的人力要求和公司不断发展的长远需求”［第47、170页］。然而，卡尔森［1988］对麻省理工的学术商的研究表明，公司“不能简单地从工程学校订购初级工程师”，工程教育和工业之间的关联“打上了冲突的价值观和期望的烙印”［第396页］。同样，唐尼［出版中b］“在工程控制和公司控制的概念之间发现了一块理论的处女地”，他试图表明，工程课程通过把这些概念转换成人与机器之间的边界，从而授予了工程师以权力。在即将出版的着作中——对工程教育如何建构工程师的为期3年的研究，唐尼、赫格和卢塞纳［出版中］指出了解决工程问题的知识内容是如何造成性别、人种和阶级特性方面的身份冲突的。