在新千年里,工程和技术将如何发展?近 40 年前,Toffler(1971) 曾说过,资源无处不在,人类改变了与资源的关系,大幅度地扩张变化的范围,最重要的是,这个步伐还在加速,由此,人类已经无可挽回的与他们的过去决裂了。我们已经把自己从过去的思考、感觉和适应方式中抽离了出来。我们已经为一个全新的社会搭起了舞台,只等着我们向前进。
在 20 世纪70 年代,我们只能隐隐约约地明白这些,如今,由于技术的快速发展,比如计算、全球通信、生物医药工程和纳米技术(仅举几例)等,人们已经亲眼目睹而且有了深刻的理解。在 20 世纪末,我作为一名大学教师即将退休,我突然间意识到,我的事业不能在我 65 岁的时候就终止,而是应当持续到 2040 年,我教过的大学生也退休的时候。我们都知道,为了紧跟步伐,教师、研究者、政府和企业都应当目光长远。
认识到需要变化是进行改变的一个主要驱动力。工程行业受到政治、社会和经济趋势广泛的影响,但反之,目前工程对它们几乎没有影响。可持续性的概念遍布在这个行业中,影响深远。替代融资来源的增长(比如公共、私人的伙伴关系等)要求一个比我们从前做得更为积极的、以商业为导向的方法。
在满足社会需求方面,政局的变化也对工程角色的再评价和再创造提供了机遇。在各个有关方面之间建立共识已经成为了这个角色日益重要的元素。为了提高我们对社会的价值,在我们提供的产品和服务的整个生命周期内,我们也必须保持并参与其中。可持续性、道德和认可度成为我们工作中环环相扣的主题。因此,在我们的职责范围内,我们必须带头设置道德标准。
在设计和项目管理的互动中,我们可以发现富有创意和成功的工程项目。当然,设计一定不能降低到技术分析的程度,项目管理也不能沦为行政管制。风险管理已经成为寻找最优方案的核心内容,这不仅仅是因为人们对于财务风险的意识加强了。
工程活动
在 21 世纪,哪种工程将会带领人类前进?工程世界(RAEng,2000) 对该问题进行了全面的观察,先了解一下众多相关对象的定义是十分必要的(见下面的文本框)。
“工程世界”的称号是用来描述那些与工程有关的活动的。这比普遍认为的范围要大得多。除了那些纯财务公司每天只需从报纸的财经版面上摘录文章外,其他的公司中至少有一半依靠工程来竞争、生存和兴旺。工程过程已经创造了所谓的“新经济”,并且还将被继续创造。传统上认为,所有的经济活动都需要的三个首要投入是劳动力、资金和材料,现在,经济学家已经把技术加入其中了。创造技术是一个工程过程,并且使得技术对人类有益。
与工程相关的名词
科学: 基础知识的主体,想要解释所有自然和人造事物及其结构、特性和行为方式。纯科学纯粹为了知识而探索知识。应用科学会为了某一特定目的而探索知识。虽然科学行为和实践带有强烈的社会责任,但科学仍然是一种活动而不是职业。
工程科学: 在科学、工程和技术学科中,所需要的知识——知道是什么——涵盖了事实、经验和技能等,正在逐渐发展壮大;此外,还要对应用领域有所了解。
工程设计: 应用的过程——知道怎么样——是一个创造性的过程,为了满足需求、解决问题,它运用知识和经验来寻求一个或更多的解决方法,然后采取最明智的判断,实施一个最符合条件的方案。
技术: 为了一个特定的目标,建立的由一系列知识、设备、系统、流程和其他技能形成的可行的一组事物或工具。口语中,“技术”一词通常被用来描述一个完整的体系、一种能力或是一种特定的设备。
创新: 成功地引入一些新事物。在经济的背景下,创新与实用相联系,包含大量技术含量,取得商业上的成功。在社会的背景下,创新与生活质量的提高相联系。它可能是全新的,比如第一部移动电话的出现;也可能是在原有基础上的重大进步,产生了更好的变体。
在社会和经济中,工程的核心角色既不是广大市民有目共睹的,也不是媒体上特别呈现的那样。对工程普遍的看法局限于制造业和建筑业。不幸的是,很多人包括很多年轻人都认为工程行业是一种乏味、毫无创造力的活动,完全把它与“旧经济”联系起来。
工程界
工程界比人们一般认为的范围更大,可以被用来描述很多人,比如:工程师、科学家、冶金学家、程序员,以及其他很多在他们的专业活动中使用到了工程学的人,无论他们以一种形式还是多种形式,涉及程度是深是浅,他们都可被纳入工程界。例如:在英国大约有 200 万人把自己称为工程师,其中大约四分之三的人拥有专业的工程师资质,仅仅 16万人是正式“注册”的。在更广泛意义上的工程界中,很多人并不称自己为工程师,但是他们所做的工作确实运用着工程学。针对到这个广泛的群体,没有普遍认可的或是可信的指标来估算这群人的数量,哪怕在一些案例中也是这样。
1995 年,英国木土工程师协会认为,在基础设施领域,工程师对现代生活的基本要素承担了很大责任:
·把我们的社会连接在一起的肌肉和筋骨(桥梁、道路、铁路、堤坝、机场、码头、隧道)。
·维护社会的心脏和肺(洁净水源、索取自然资源、排放废物)。
·出行中安全高效的交通。
·维持这一切运转的能源(近海的天然气和石油、核能、水力、潮汐和风力发电)。
我们知道一个工程项目完整的生命周期都必须要有保障,我们要做出理智的决定来处理一个项目的规划、融资、设计、采购、施工、调试、操作、维护和退役。过去一直有一种过分关注设计阶段的倾向。
为了建设一个成功的项目,工程师需要掌握这个项目所有物质属性的总和:操作、沟通和人力资源、财务和基金、组织和体制问题,以及环境影响。这些可以被总结为“五件”:硬件、软件、“资金件”、“组织件”和“生态件”。“五件”中的每一个因素不仅本身在一个工程项目中十分重要,而且它们之间的内在关系也是问题关键所在。几乎所有的工程,任何系统的设计、开发和运行,问题都会出现在交界处。更广泛地说来,最大的问题是出现在“五件”中五种元素的交界处。
技术是技能的主题,但是技术还关乎产品和流程。例如:土木工程依赖于科学,但是尤其依赖于以技术为基础的科学。在 20 世纪末 21 世纪初,生物和化学对未来的土木工程越来越重要,正如数学和物理一样。这反映了对这个行业更广义的看法,更适合未来发展。土木工程的大家族现在包含的一些学科,在传统上都不被承认是这个行业的一部分。
工程过程
技术改变是一个复杂的过程,必须从概念到市场全程进行管理。技术知识是逐步积累的,并且以路径依赖的方式增长着。
Ziman(1995) 曾指出基于技术的科学和基于科学的技术这两者的区别。基于科学的技术是指从基础的、基于发现的研究中发展而来的新技术,包括电子工业、核工程和雷达等。相反地,基于技术的科学是从实践技能当中发展而来,比如采矿和冶金就来源于古老的史前时代。
在 19 世纪,很多的古代工艺品转化成为工业化学基于技术的科学,而在 20 世纪,冶金家的实际技能知识已经融入了新的材料学之中。当我们在探索和理解世界时,在几乎所有的人类实践活动中,都会发现相同的过程。农业、土木工程、食品加工、建筑和很多其他领域都已经发展出了各自的科学领域,来指导进一步的技术发展。在这些情况下,工程并不是科学的一个子集,而是实实在在地为科学研究创造了新的机遇。
Morita(1992) 曾说过,技术来源于利用和操纵科学,使其向概念、流程和设备转化。能够真正掌握技术、使用技术来规划行业未来的人,他称之为“技术学家”,这些人对科学和工程有着透彻的理解,对社会需求的观察也具有广阔的视野和切实的责任感。技术驱动工业发展,工程师指导技术发展。
Krugman(1994) 认为,一项新技术要想对生产和生活水准产生重大影响,往往要花费很长的时间。这是由于,当技术单独使用时,往往不能完全发挥其影响。只有当技术被广泛应用,并与其他技术相互作用的时候,它真实的潜力才能够被发掘出来。在这些情况下,工程教育必须认识到综合、设计和更多常规分析的重要性。但是,它也必须认识到在设计、可持续性和创新中,迭代接近法(反馈)的重要性。
我建议技术研究者要时刻关注顾客、社会需求和市场需要,而不是仅仅为了研究而研究,或是为了探索技术本身而研究。因此,如果更加积极地探索优秀的相关研究,如果发展更多的工业或学术伙伴,技术就能够更好地为工业服务。之后,工业界和学术界合作,把研究任务纳入到商业流程的实践中去,在商业流程中,优秀的项目管理方法应该也可以得到应用。
于是,在每个案例中,研究人员和实业家可能都会问:社会问题是什么?技术挑战是什么?商业驱动力是什么?如何定义一个研究项目?哪里会有发明(存在的和潜在的)?有潜力的应用是什么样的?把研究转化为实践的机制(商业流程)是什么?这个过程是反复的。实业家或商人决定这个问题,技术挑战决定研究计划,但是研究同样会决定技术产生的可能性。
如果我们正在思考把研究转化为实践,对于政府、工业和科学研究委员会来说,仅仅坐在那里评判研究提案是远远不够的。他们必须主动地去寻找研究者,通过双方讨论,制订符合社会需求的计划。工程师为满足社会需求提供服务,创造力是我们最重要的贡献。拉丁语中“ingenerare”的意思就是“创造”。
新千年的工程界需要为自己创造新的愿景、新的目标和新的策略。虽然我们无法预测哪怕是 2020 年这个世界将会是什么样子,但是在这个愿景中,所有人生活质量都能真正提高,环境、社会和经济能够长期的可持续发展。工程的目标就是为了实现这个愿景而努力,它的策略就是:结构、技能和技术需要发展什么,工程就关注什么。