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工程学——无尽的前沿(已出版的译著摘选)

已有 5868 次阅读 2009-2-18 09:38 |个人分类:工程学|系统分类:科研笔记

2 技术起飞

 

2.1从实用技艺到技术

 “夫以铜为镜,可以正衣冠;以古为镜,可以知兴替;以人为镜,可以明得失。朕常保此三镜,以防己过。”(注:此处译文采用原出处引文,转引自《旧唐书·魏征传》)这一名言出自公元七世纪一位皇帝(注:唐太宗李世民)的笔下,当时他所统治的中国达到了古代文明与繁荣的巅峰。这个有关镜子的隐喻强调了“反思”的重要性。特尔斐阿波罗神庙的神谕“认识你自己”,不单单只限于在古希腊和古代世界流行。依据现时有一篇关于商务管理的文章的说法,这一句话是“领导者的首要戒律”。1认识你自己的一个很好途径,就是反思你自已过去的一切所作所为。在一个项目结束以后,工程师们常常都要进行回顾分析,总结从中学到的经验教训,而他们的同事随后也会在接手新项目时将此考虑进去。基于同样的原因,我们当下研究历史并非作为一种学术消遣,而是作为吸取以往经验、理解现在和筹划未来的一种方法。

当今,工程师在研究领域是自然科学家的同事,在开发领域则是先导者。工程学(不包括计算机科学在内)获得了美国联邦基金中的基础研究基金的大约十分之一,应用研究基金的大约四分之一,以及发展研究基金中的最大份额。鉴于工程学的实用性,它在工业投资研究中的地位尤为看好。美国的大学授予工学博士的学位总量要大于数学和物理学的博士学位总和(见图2.1)人们不禁要问:工科到底发展了什么能力,能上升到这种地位?

 

 

             2.1 美国大学每年所授予的博士学位数:(E)学和计算机科学(E&CS)理学(PS)

资料来源: Census BureauHistorical Statistics of the United States1975),p.387;National Science FoundationScience and Engineering Degrees2002),tables.19,46

技术是生产活动发展的产物

工程师的聪明才智是不断提升的,但是这点很可能从未使苏格拉底叹服过,他曾向他们的先驱者即工匠请教之后承认:“诚然他们懂得我所不懂的事情,只限于在他们的专长领域,他们才比我更有智慧,仅此而已。”恰如我们现在往往把科学和技术相提并论一样,古希腊人通常也同时提到epistēmē(狭义的是指科学,广义一般指知识)和téchnē(技艺),有时这两个术语还可以互换使用。2

柏拉图声称:“我决不会把没有逻各斯logos内涵的任何东西称为技艺téchnē逻各斯一词在古希腊哲学中是一个重要的概念,从广义上讲,是指语言规则、逻辑推理和理性判断。我们通过阅读拉丁文写的古代文献知道亚里士多德的格言:“人是理性的动物”,按其字面意思便是“一种具有逻各斯的动物”。柏拉图解释说,正是由于拥有逻各斯,像医学这样的技艺(téchnē,才有别于诸如烹饪这样的经验或技巧(empeiria3

亚里士多德阐明了技艺和经验之间的区别。他注意到人的心智可分为两大部份,一种是没有逻各斯的非理性部分,一种是具有逻各斯的理性部分。并进一步分析表明,理性思维至少展示了三种重要的能力。知识epistēmē)致力于研究恒常存在的主题,并以沉思的理论活动theōria)为基础;技艺téchnē致力于形成事物的存在,并以生产活动poiēsis)为基础;思考phronēsis致力于指导,并以行动praxis基础。所有这三种智力都能够产生知识,而不仅仅是意见。在理论活动和思考活动中清晰明了而前后连贯的原理和知识,就是我们一般所说的科学和伦理学。可是直到19世纪技术出现之前,关于生产活动的原理和知识则不存在一个通用的名称。

亚里士多德阐述说:技艺Téchnē)是有能力运用真正的逻各斯从事生产的一种状态”。他还进一步解释了技师们是如何运用真正的推理过程而获得进行生产的能力的:“从经验所得的许多观念使人产生了对相似客体的一种普遍判断,技术也就应运而生了……。我们认为知识和理解属于技艺而非经验,与此同时我们也认为技师较之有经验者更聪明,这是因为前者知其所以然,而后者却不知道。经验者往往知其然而不知其所以然,而技师却知道物件“为什么”要这样加工的缘由……。一般说来,这是一个人拥有知识并且可以执教的一个标记,因此我们认为,与经验相比,技术才是更为真实的知识;技师能够教授他人,而只凭经验的人则不能。” 在古希腊人看来,技艺包括许多种类:数学、修辞学、医学、建筑学等等。建筑师即高明的建设者,由于他拥有建筑施工的原理知识而使其与劳工不同。亚里士多德将原因cause分作四个方面进行分析:质料因、形式因、动力因和目的因。学者们已经指出亚里士多德的所谓“原因”其实就是“因为”because,并且他的四因说回答了四个为什么的问题:因为事物是由某种特定的质料构成的;因为它的质料是以某种特定的形式组织起来的;因为它是由某种特定的动力所驱动的;因为它是为了某种特定目的而行动的4。亚里士多德期望技师能对他们的作品给出物质的、结构的、动力的以及功能上的正确解释。无论我们的工程师们是否达到了这样的期望,他们都在这样做。

作为创造性生产的能力,古希腊人所谓的技艺téchnē)不仅包括实用工艺practical arts),还包括美术和文学(此处具有理性思考的活动产生了绘画和诗歌)。同一个人可以同时从事美术和实用工艺,在文艺复兴时期这一现象表现得尤为突出。历史学家安东尼·格拉夫顿(Anthony Grafton)评述说:“他们(文艺复兴时期的工程师们)并不严格区分我们现在所称的美术(例如绘画和雕刻)应用性工艺(例如桥梁建造)。恰正相反,同一个工艺师傅往往从事所有这些领域之中的项目。”5他描述了诸如列奥纳多·达芬奇(Leonardo da Vinci)之类的工程师在美术和实用工两个领域是如何的出色,而且并不认为一方比另一方卑微。而在社会看来,实用工艺和美术分别获得了平民和贵族的形象,因为一个更多的隶属于普通大众,另一个隶属于上流社会。然而,古希腊的哲学家并非隐居在象牙塔里,而是走出去同市井中的凡夫俗子们进行交谈,他们已经意识到才智不分社会等级。尽管劳动生产和理论思考会因为社会差别的存在而区分为不同的话题,但是它们在智力品质上是平等的。对前面引用过的亚里士多德关于技艺téchnē)的论述稍加修正,也同样适用于科学概括和理论构成的场合,它所针对技术的概念现在仍为工程师和自然科学家所耳熟能详。

技艺蕴含着自身的逻各斯,而后者在技术中有着系统性的提升。生产生存工具,找寻工作中的生活意义,协调工作,变革工具,利用资源和改变自然使其更适合人类生存,这些构成了人类为谋求生存而必需拥有的能力。这些能力发展成为现代技术,犹如一粒橡子成长为一棵橡树一样;虽然技术也汲取来自自然科学和工业的信息并对其施加影响,但它的成长根基主要在于自身。技术绝非只是无意识的物理系统和社会系统的一种堆积,它本质上是属于智力范畴的,是对生产活动和创造性活动中所隐含的推理和知识进行阐述、概括、提炼和系统化的结果,而生产活动和创造性活动正是处于人类存在的核心。

拥有关联性的科学原理是技术的一大特点,这与传统的实用工艺不同,犹如现代物理学有别于古希腊天文学一样。毫不奇怪,技术概念的广泛传播,是伴随着现代工程师和应用科学家的兴起而相应产生的,这些人不断发展他们自己的推论,并将这些推论相互衔接起来1829年,植物学家雅各布•比奇洛Jacob Bigelow发表了一系列关于技术的演说,将技术界定为“具有原理、方法和术语的那些更显眼的工艺,特别是那些涉及科学的应用,被视为有用的、能增进社会利益又能让从事者获得报酬的工艺。6他是麻省理工学院MIT董事会的一员,1861年该校的成立有助于普及技术的观念。大学里的学生不像作坊中的学徒,仅仅接受一技之长的培训而缺乏融汇贯通的教育,大学生们在科学实验室获得经验,在那里不但接受了普适性的知识,同时也培养了独立的思考能力。一旦人们意识到系统性的通才教育在大众教育中的优势以后,就开始创建高等学府来取代作坊以作为培养实用工艺家后来越来越多的人所称呼的工程师的主要学习基地。

 

现代工程师的先辈

 现代工程师拥有一份值得骄傲的遗产。他们的先驱们为他们同时代的繁荣昌盛做出了很大的贡献。他们修建道路、桥梁、运河、水利设施、以及给排水和公共卫生系统,从而确保了物质资料的生产,让人们生活得更好。他们构筑颇有纪念意义的建筑物,把这种物质形式和灵感赋于他们的文明以群体想象和精神追求。他们的许多作品已经经历了时间的洗礼而至今巍然屹立,成了令人敬畏的奇迹:古埃及和中美洲的金字塔,中国的长城和大运河,古罗马的水道网和竞技场,以及印度的泰姬陵等等

工程师的先驱们来自不同的背景。像阿基米德那样的一些人,既是物理学家又是数学家。另外一些人则是学者型的官员,他们负责和主持建筑工程项目,研究他们从事的学科并做出贡献。其中一个例子就是弗朗蒂努斯Frontinus),他负责监管了古罗马水道网的建设,并著有一本讲述古罗马工程详情的著作,关于这方面的书籍,保留至今的仅有两本。此外,还有其他许多人都是各自行业中技艺顶尖的灵巧工匠。7

古代的建筑师傅都是知识渊博的人。古希腊的architekton或者古罗马的architectus都是“建筑师傅”的意思,他们设计和指挥港口、供水系统以及公共建筑的建设,也就是我们现在所说的擅于工程设计和功能划分的建筑师;在他们中间,土木工程师精于建筑测绘和整体建构;机械工程师熟悉物件起重和起重设备;监管者谙熟于组织工人。欧洲中世纪的石匠师傅也是如此。维特鲁威(Vitruvius)在大约公元前1世纪20年代所写的《建筑十书》De Architectura中,将当时理想的建筑师傅描述为精通书面语言、绘画、几何学、算术以及光学的人,同时也不忽略天文学、历史、哲学、音乐、医学和法律。因为天文学为测量提供了基础知识;历史有助于装饰的设计;医学有助于规划供水系统和城市布局;熟知当地的法律,能够使民用结构建设合理而又顺利地进行;而知晓音乐,则能够使人在呐喊劳动号子抬升重物时和旁人相协调,注意调整声高和音程,从而把握起重设备的绳索张力强度。8

维特鲁威在其论文的开头就声称那些建筑师傅都是些足智多谋的,或者说是拥有 “天才”(ingenium)的人物。从赋予他们的尊称美名中可以看出,人们对建筑师的聪明才智是何等崇拜了。从11世纪开始,那些精巧装置和防御工事的建造者——例如建造伦敦塔的艾尔诺思(Ailnoth,活跃于11571190年)——就曾被当时人用拉丁文称为“大师”ingeniator原意为“天才创造者”――译注)。该词又经由法文的“技师”(ingénieur最后演变为英文的“工程师”(engineer)一词。这一名称具有两方面的重要意义。首先,它有别于那些按工作者所用原料进行职业分类的惯例,诸如“面包师”、“银匠”之类称谓。Ingeniator一词以其“天才”(ingenium的词源内涵为特征,这意味着他既有创新才智ingenuity又具有新颖之作的双重含义。这些意思在英文的engine术语中都被保存下来,在它被“蒸汽发动机”这样的字面解释所掩盖之前,其实原来意指天才和新颖设计这正如那种“灯下黑”的情况,发明者总被他们创造出来的发明物的光辉所遮蔽。其次,“科学家”和“物理学家”之类称谓是由学者们创造出来称呼那些先前被称为自然哲学家的人的与之相反的是,“工程师” 的称谓起源于日常习语,表达了一种自发的赞叹。9如果你曾经对北欧的哥特式大教堂感到敬畏,并惊诧它是如何建造起来的,你自己也许也会发出同样的赞叹了。

大师”(ingeniator)的称号在文艺复兴时期变得十分流行,它是伴随着一种新型工程师的兴起而出现的,这些人不仅精通多种工艺,而且还将它们融汇贯通。格拉夫顿(Grafton)注意到意大利文艺复兴见证了“一场技术和社会的革命――它从根本上改变了创造建筑物和文艺作品的社会结构以及由此变革而生的各种产物。正如雅各布•布尔克哈特(Jacob Burckhardt)很久以前就说过的,这场革命的主角是工程师。10在文艺复兴时期的工程师之中,芬奇精通数学,研究过各种各样的机械,在他的履历表上可列出长长一串的工程技能项目,并一度享有“总工程师”(Ingegnere Generable,直译为“工程师总司令”――译注)的头衔。11

17世纪后期的法国,“技师ingénieur成了受过正规教育的技术官员的头衔。从那里开始,这个头衔很自然地被新兴的科学专家们所采用。首先出现的大都是从事建筑业的,他们自称为土木工程师。土木工程(civil engineering)开始是作为一个综合性的术语;“civil 一词是有别于军事的民用之意。随着非建筑类的采矿、机械以及其他工程学科分支的出现,它的含义逐渐变窄。现在的工程学有着许多的分支每一种类都是按其工作特性加以区分12



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