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第一节
工程技术概论

一、工程技术概述

工程技术也称为生产技术,指在工业生产中应用的技术,是人们应用科学知识或利用技术发展的研究成果于工业生产过程,以达到改造自然的预定目的的手段和方法。2016年商务印书馆出版的《现代汉语词典》(第七版)对“工程”的定义是:“ (1) 土木建筑或其他生产、制造部门用比较大而复杂的设备来进行的工作,如土木工程、机械工程、化学工程、采矿工程、水利工程等,也指具体建设工程项目。 (2) 泛指某项需要投入巨大人力和物力的工作:菜篮子~(指解决城镇蔬菜、副食供应问题的规划和措施)。”我们这里讨论的主要是第一种定义中的“工程”。随着科学与技术的综合发展,工程技术的概念、手段和方法已经渗透到现代科学技术和社会生活的方方面面,发展出生物遗传工程、医学工程、土木工程、机械工程、电子工程、化学工程、信息工程、教育工程、管理工程、军事工程、系统工程等许多领域。

工程技术的基本特点包括实用性、可行性、经济性和综合性。人们改造客观自然界的活动,都是为了人类的生存和社会的需要,所以就要运用工程技术的手段和方法。人们创造和使用每一种工具和机器也都有明确的具体用途,而每一种工具和机器也都是以物质形态来体现人的用途。工具、机器等劳动资料已经不是以天然形态存在的自然物,而是人造的自然物。它们要按照自然规律而运动,然而这种运动必须符合人的一种特定用途。如果它们的运动不符合人的用途,就会出现工程事故;如果完全脱离人的用途,它就成为一堆废铁,会慢慢地腐蚀掉。因此,工程技术必须有实用性,离开了实用性,它就没有生命力。例如,水有多种利,也有多种害,水利工程建设的任务是兴利除害,水利工程技术就体现了这个实用性。

任何工程技术项目,都有具体目标,但这个目标的实现,要受许多条件的约束,即受工程技术项目的选择、规模、发展速度、资金、能源、材料、设备、人力、工艺、环境等条件的约束。某项工程技术在设计的构思阶段,都必须考虑国家经济和社会发展的需要和可能,往往可以形成几种方案;随后需要对各种方案逐一进行分析和评价,从中选出既满足实用性要求,又能满足上述约束条件的最佳方案。当然,工程技术的可行性,也是一个动态的概念,某项工程在一个时期是不可行的,到了另一个时期就是可行的。各种约束条件也是可变化的,通过采取各种措施,可以积极创造条件,也可以更改条件另辟蹊径。因此,一定要根据具体的实际情况,尽可能地确定适合经济、社会的最佳适用技术。

工程技术必须把促进经济、社会发展作为首要任务,力争取得好的经济效果,从而达到技术和经济效益的统一。因为工程技术的物化形态既是自然物,又是社会经济物。它不仅要受自然规律的支配,而且还要受社会规律,特别是经济规律的支配。某项工程技术,尽管符合最新科学所阐明的自然规律,如果不符合社会要求就不能提高劳动生产率,不能带来经济效益,缺乏竞争力,它就不能存在或发展。例如,设计机械工业产品时,就要运用科学的方法进行周密的、细致的技术经济的功能分析。通过功能分析,可以发现哪些功能必要,哪些功能过剩,哪些功能不足。在改进方案中,就可以去掉不必要的功能,削弱过剩的功能,补充不足的功能,使产品有个合理的功能结构。在保证实现产品功能的条件下,最大限度地降低成本,或在成本不变的情况下提升功能,使成本与功能得到最佳结合,这样才能为社会提供物美价廉、经久耐用的先进技术装备。

工程技术通常是许多学科的综合运用。不仅要运用基础科学、应用科学等知识,同时也要运用社会科学的理论成果,并根据相应的国情,采用多种水平的技术同时并举。随着工程技术的发展和进步,其综合性愈来愈显著。现代工程技术都综合运用多种物料系统(材料、设备,综合多种技术和技术手段等)、信息系统(指标、进度、数据、图纸、方案、决策等)和控制系统组成的复杂的综合系统。即使是单项工程技术,其本身往往也是综合的,而且往往也需要着眼于整个系统对其进行综合考虑和评价。

总之,上述这些特点反映了工程技术的本质特征,体现了客观和主观、自然规律和社会经济规律、局部和整体的辩证统一关系。

二、工程技术发展历史

“工程”一词最早出现于南北朝时期,主要指土木工程。《北史》记载:“营构三台,材瓦工程,皆崇祖所算也。”然而,工程技术的发展可以追溯到原始社会。当人类的祖先第一次用石头做成最原始的生产工具——石器工具,体现了人类最初的机械加工工艺。大约五十万年以前,原始人在对雷电和森林火灾的长期观察、实践过程中,逐步学会利用自然火,并保留火种,用它来取暖、照明、煮熟食物和防御野兽。后来人类在磨制石器和木器的过程中,经常发现有冒火花、冒烟、发热等现象,终于通过摩擦的方法实现了人工取火。恩格斯曾高度评价:“就世界性的解放作用而言,摩擦生火还是超过了蒸汽机,因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人同动物界分开。”约两万年前,人们开始使用弓箭、烧制陶器等等,这些都是属于萌芽状态的工程技术。

距今六千年到四千年前,人们在制陶的生产实践中,逐渐掌握了提高炉温的技术。后来在制造劳动工具的各种石料中又发现天然红铜,人类开始冶炼铜矿。青铜工具的使用促进了生产力的提升,最终导致原始社会的解体和奴隶社会的产生。这一时期的工程技术,除了兴修水利技术,建筑技术已达到了很高的水平。古埃及建造的金字塔,以及中国商周时期的精美青铜器,标志着这一时期工程技术水平发展的新高度,在青铜冶炼技术方面积累了丰富的实践经验。由于发明了风箱,冶铁技术也逐渐产生和发展起来,出现了最初的铁器。铁器工具代替石器工具,是工程技术上的又一次重大变革。冶铁技术的发明和铁器的广泛使用,是这一时期科学技术的最重要的成就,它大大提高了社会劳动生产率,不仅为奴隶社会向封建社会过渡提供了重要条件,而且也成为整个封建社会的主要技术基础。

工程技术的初期发展经历了原始社会、奴隶社会、封建社会三个历史阶段。这个历史时期的基本特点是,工程技术主要处在经验的物化阶段,生产技术基本上是手工的。早期工程技术的进步是相当缓慢的,生产力水平也较为低下,一方面是由于技术基础薄弱,另一方面是因为统治阶级并不关心技术的改善。进入资本主义社会之后,如何提高社会生产力、获取利益最大化成为资本家的主要目标。资本主义生产是以追求剩余价值为目的的商品生产,资本家之间的竞争是资本主义生产方式的内在规律。资本家要赚钱,要在竞争中战胜对方,就必须不断扩大生产规模,不断地改进生产工具和技术设备,用机器生产代替手工劳动,用新的机器代替旧的机器。

始于18世纪60年代的工业革命,是人类历史上使用铁器之后的第一次技术革命。它开始于纺织工业的机械化,以蒸汽机的发明和广泛使用为主要标志,从而促进了近代工程技术的产生和发展。19世纪70年代标志着电力时代的开始,电力的应用是继蒸汽机的使用之后的第二次技术革命。这次技术革命固然是大工业对动力提出的新的要求,但它的出现不是直接来源于生产,而是来源于科学实验,来源于对电磁现象研究的结果。从电磁学的实验和理论的发展到电力时代的出现,生动地表明在科学进入比较成熟的阶段后,科学不仅对生产的发展能起直接的推动作用,而且已经走在生产的前面,起着指导作用。工程技术从主要依靠劳动者的经验和技能的阶段,发展到了以科学在工业生产中的应用为主要特征的阶段。电机、内燃机的生产技术的迅速发展,不仅引起了大工业的日益兴起,而且大大改变了社会的落后面貌,加速了历史发展的进程。

20世纪四五十年代,出现以原子能工业、电子计算机和空间技术为主要标志的第三次技术革命。这次技术革命的内容比前两次技术革命更为丰富,影响更为深远。它还包括自动控制、遥感、激光以及合成材料等技术,同时又产生了新型的综合性的基础理论与控制论、信息论和系统论等等。前三次工业革命使得人类发展进入了空前繁荣的时代,与此同时,也造成了巨大的能源、资源消耗,产生了巨大的环境代价、生态成本,急剧地扩大了人与自然之间的矛盾。进入21世纪以来,人类面临空前的全球能源与资源危机、全球生态与环境危机、全球气候变化危机的多重挑战,由此引发了第四次工业革命——绿色工业革命,一系列生产函数发生从以自然要素投入为特征,到以绿色要素投入为特征的跃迁,并普及至整个社会。在大数据革命、云计算、移动互联时代背景下,利用信息通信技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统(Cyber-physical System)相结合的手段,对企业进行智能化、工业化相结合的改进升级,将制造业向智能化转型,形成“智能工厂”“智能生产”和“智能物流”。 CKD/7lKvOBKUzRVDmCi/Ftkwyh9LW3aVH45tr9agKDXwX088c8eOfN54esKKax8K

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