科學、工程與技術的關系

為什麼要談這個話題?

前幾天,戴老師轉發瞭一篇《中國科學創新四十年-可能還沒搞明白科學和技術的基本概念》,這篇文章談及瞭科學與技術的差異,其中談到瞭幾個誤區,誤區1是科學技術是獨立於經濟活動的系統,誤區2在於認為技術來源於科學,作者引用瞭復雜經濟學創始人佈萊恩.阿瑟在《技術的本質》中持有的觀點“科學和技術是兩個不同的概念,科學建構於技術”,認為“技術不是科學的副產品,而或許恰好相反,科學是技術的副產品”—這個觀點來自於經濟學視角。

人們總是談論科學與技術-其實,這兩者本身就是有差別的—即使是吳國盛教授《科學的歷程》中,我也註意到,吳國盛先生也是將科學技術混在一起來講述“科學史”。

想談及這個話題的原因在於,工程似乎是被忽略的一個領域,而另一方面,西奧多.馮.卡門說“科學傢研究世界的本來面目,而工程學則創造不曾有的世界”-關於西奧多.馮.卡門,知道的人應該瞭解他是我國著名科學傢錢學森先生、錢偉長和郭懷永的導師。

西奧多.馮.卡門教授

圖1-西奧多.馮.卡門

科學,工程與技術之間的關系

關於科學、工程、技術之間的關系,在著名的網站Quora上關於這個話題有數十個討論,但歸結起來,如圖2所示,“科學在於探索,發現自然界的規律,並形成系統的知識。而工程(Engineering)則是采用科學知識來構建/設計/創造,而技術則是所有工程工具、設備和過程的可用總和”

圖2-科學,工程與技術之間的關系

https://www.quora.com/What-is-the-relationship-between-science-technology-and-engineering

在Mark N Horenstein的《工程思維》中,作者認為設計是工程的核心,科學傢通過觀察具體現象並得出一般性的結論,而工程師則恰恰相反,在於由通用規律到解決特殊問題,另外,作者也談到“自然科學幫助工程師理解物質世界,而數學提供的通用語言則幫助架起瞭不同學科之間的橋梁”。這也如同在《工程師史-一種延續六千年的職業》中引用瞭亞裡士多德對於工程師的定義“解決復雜問題,並組織和使用工具”-這與“工匠”進行區別,工匠可能掌握某種技術,但,並非是一種刻意的設計過程。

工程與科學不同在於科學是發散的,尋找可能性,也正如吳國盛先生談及科學的兩個來源,一是好奇心,二是解決實際問題。記得有一次與一位企業傢聊天,他談到搞科研的提供瞭上千種解決他們工程問題的辦法,但是,沒有什麼實用的—我就說“正是如此,科學就是尋找可能性,而工程才是要去收斂到一個最經濟的道路上”—工程,在英文裡就是“Engineering”,眾所周知,英文裡以“ing”結尾的詞代表是一個過程,而工程即是如此。

圖3-一個產品的工程設計過程

工程是一個不斷的設計過程,借助於先驗知識和數學工具、方法,來解決一個實際中的復雜問題,而復雜問題則遵循嚴格的工程設計過程,並且,問題的解決不是隻有一個唯一解,但是,工程要把很多種可能性都給壓縮到其自身的評價標準上去:

(1).產品滿足技術需求嗎?

(2).產品能運行嗎?

(3).產品成本滿足要求嗎?

(4).產品安全嗎?

(5).產品需要大量維護嗎?

(6).設計的產品是否存在道德與倫理問題?

科學就是高級?而工程為何不被重視?

孟子《滕文公章句上》中提出瞭“勞心者治人,勞力者治於人”,大概科學就是“勞心”而工程技術則是“勞力”,因此,我們的文化中,就似乎天生的把“治人”者作為上品。

還有就是“三教九流”,還分為上九流、下九流,凡是從事工匠技術這活計的,都是上不瞭臺面的,就算醫生也不過中九流罷瞭—當然瞭,這個科學傢在古代的三教九流裡是沒有排序的,畢竟這個詞它出來太晚瞭。

傳統上來說,我們的文化裡可能就缺乏對工程技術的重視。

從小到大,你看你聽到的都是關於“科學傢”的故事,國外有部《工程師史》,才有瞭國內的吳啟迪開始編寫《中國工程師史》—為工程師而編寫歷史基本上不存在。中國歷史上能夠編寫傳記的也的確不多,基本上都是王侯將相才有這個機會—因此,在歷史淵源上,其實,我們對於工程技術也就沒有當回事。

但是,這必須改變-因為,今天的世界,工程師創造的世界可能豐富著我們每天的生活-建築是最典型的,水利工程、防衛工事、攻城工具,這些都是來自於工程。

為什麼這個話題很重要?

因為如果純粹為瞭談個概念去討論問題沒有意義,那跟孔乙己說“回”有多少種寫法沒有什麼區別,因為,這會影響我們對世界的看法。

因為,這裡要解決幾個被忽略的問題:

對“科學、工程與技術”的認知厘清必要性在哪裡?

->現狀分析:工程科學化,而科學工程化都無助於其各自的有效發展

現在大量的科研被賦予瞭各種大學、研究所,而很多工科卻脫離產業實際,在進行科研,或為其工作尋找科學元素,這個現象很普遍,但是,實際上工程它一定是要去解決問題的,而不是尋找世界的規律。而另一方面,做科學研究的-卻沒有從事基礎理論研究,而又去創業,發展產業,因為科學與工程是完全不同的兩個方向的思維,這導致瞭這些科研的其實做不好創業或者產業的事情,但是,又拿著體制的資金在消耗。

其實,工程問題一定是解決產業實際問題的,而且,是培養工程師的,那麼,工科大學主要還是以為學生提供基礎理論知識,跨學科的知識,以及工程思維的訓練,而工程思維的訓練比知識更為重要—前幾天看到瞭李澤湘教授的一篇文章

->存在的問題分析

->如何去發展

科學,它經常是為世界尋找方向,尋找規律,基礎知識,指導工程與技術應用,但是,科學的見效是非常久遠的,因此,它必須是一種沉淀性的,就是說知識裡的有用來自於大量無用—科學不能采用KPI考核,也不能像應試教育一樣打分來考核,科學在於培養人的興趣,培養對探索世界真理的熱愛,而不是像辦公室裡或生產線的工人一樣的考核方式。

科學並不解決具體問題,但科學要為解決問題尋找規律,就像光刻機,不應該是科學傢來解決,但科學傢必須尋找光刻膠的成分各種組合極其特點,並尋找不同材料的特性,金屬離子激發態下的物理特性,這些都是通過大量的測試,形成知識,但是,這些知識可能大部分都沒有用,但是,必須研究,因為,這些知識不用於光刻這個環節,還能用於PECVD、離子註入環節。

工程就必須用工程師的方法來看問題,即,設計出光刻機,要考慮使用已有的知識或技術,在各種組合方案中尋找在品質上更好、材料更節省、效率更高的方法,並把它經過測試驗證,穩定下來。

技術人員,則在於解決應用中的問題,就算你有瞭光刻機,你也得在現場把它用好,這些都來自於技師-比如操作人員、維護人員-他們解決問題,有時候,借助於工具方法,但也有可能借助於“經驗”。

為什麼說要重視工程?

1.大部分問題依賴於工程設計與測試驗證

很多時候,我們對於工程缺乏認知,對於動態過程的迭代缺乏認知。能生產某種產品,我們就覺得自己牛瞭,世界第一瞭,但是,要知道,生產這些產品的設備、技術都來自於國外。而這些設備所對應的工藝、運營都來自於別人—這很關鍵,因為,真正的技術是技術背後的“工程過程”—而我們對工程認知不足,使得大部分人都以為“設計出某個產品”,“完成某個設備”-打破瞭國際壟斷,其實,設計出一個跟別人一樣的產品,才是萬裡長征第一步,它需要經歷長周期的工程與技術迭代,工程改進,以及現場技術人員的現場應用,也要找到Know-How,即竅門。因為,即使是工程設計出來的機器與設備,它也無法應對所有現場的問題-這就需要“師傅”,現場那些技術經驗豐富的老法師,來運行這些機器與設備,不斷的改善,迭代,才能把產品做好。

2.好的產品經由工程設計

好的產品是設計出來的,前段時間看到一篇文章提到“工業工程”的重要性,其實,這裡的確如此,因為,產品不僅要設計出來,其實,這個設計不僅包括產品本身的材料、工藝,也包括制程管理的“可制造性”,而這個問題,就會牽扯到不僅僅是工程技術問題,也包括瞭現場運營的問題,即,產品設計出來,但是,你得到機器上去加工,也牽扯到人的參與,也牽扯到流程,這些都會影響效率,最終影響成本—而任何產品,其實,它的成本都來自於生產制造過程中的效率。

人們常說“人機料法環”,就是說任何一個產品,出現問題,都會去追溯是材料的問題嗎?人的操作問題?加工方法與流程問題?環境影響問題?

那麼解決問題就是:

->人的問題,是操作工序容易出現誤操作,比如防呆設計的參與,還是說需要對人員的熟練度進行培訓,好的設計,當然降低人的幹擾因素。

->機器的問題:那就牽扯機械、電氣還是軟件問題?

->材料問題:是否需要更換材料,而材料更換會牽扯到工藝和流程的調整嗎?

->環境影響-那是否可以被調節?

3.技術經由工程獲得

不要忘記,技術需要科學,但需經由“工程”來獲得,工程完成的是大量的收斂性工作,其實,消耗的成本也很高,而技術,隻是最終看得到的,顯性的,它最大的特征具有可重復性,依靠可復制性,才能降低成本,最終獲得市場的經濟性,即,物美價廉的效果。

->如何有效配置資源的問題

如何分配資源?

科學-極少數人即可完成,這個世界其實不需要那麼多科學研究者,或者稱為“科學傢”的人,因為,科學傢的首要驅動力是“好奇心”,缺乏好奇心的人不適合去做科學研究,其次,科學是非常燒錢的,而且,並不見得能夠很快見效—因此,這決定瞭,科學必須在整個人員配比中極少。

(1).僅少數人從事科學研究,且其考評方式不能依靠於“應試教育”的評分制度來進行;

(2).撒胡椒面的科研資金分配沒有意義,而應該集中力量辦大事,即,讓今天的大部分從事所謂科研的人員從科研中撤出,而將這些資金分配給極少數適合從事科學研究的人,如果有100億的資金,分配給10000個人,其實每個人也就分配到100萬,這個幹不瞭啥事。而是應該分配給100個,每個人分配1億的資金。

(3).工程和技術,來自於市場的驅動力,自身就可以賺錢,工程研發本身就是具有自我盈利能力的,大學裡工程專業的老師應該以市場的橫向課題為評價,或者以資本市場的投資為驅動力,這樣,他們獲得的資金不需要占用國傢的資金,而又不會讓他們知識無用武之地。

(4).技術-就是大量的技術人員,服務於企業的生產與日常改善,這樣的人,占比應該占大多數,但是,他們完全憑借自己的技術就可以獲得很好的生活。

而現在的世界,就是搞科研就在那麼點資金裡搞不出什麼成績,還得去依附於資源分配者,進而產生瞭爭名奪利的風氣。大學與企業之間是割裂的,一方面,大學自成一體,閉門造車,另一方面,企業缺乏技術而又無法獲得資源。

工程方法論與科學方法論具有相似之處,但是,科學與工程實際上是兩個思維方式,科學是發散,尋找可能性、發現新規律,它是一個發散的過程,而工程則不是,它是收斂,即,不斷把科學的發散性給收斂到“經濟性”這個目標上來。

工程收斂的方向基本上都是要讓產品更具可用性,高品質,低成本,快速交付與生產的能力,隻有規模化、標準化才能降低成本。隻有在技術上的可行性,經濟性,才能實現技術的可復用。

工程是在利用科學的思維、方法,結合技術,來創造性的解構問題,並重構以獲得整體,進而形成可復用的知識,產品,無論是硬件意義存在還是軟件意義存在。

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