Что знают инженеры и как они это знают -What Engineers Know and How They Know It
.gif) Обложка 1-го издания, мягкая обложка
| |
| Автор | Уолтер Дж. Винченти |
|---|---|
| Страна | Соединенные Штаты |
| Язык | английский |
| Предмет | История техники , история авиации |
| Издатель | Издательство Университета Джона Хопкинса |
Дата публикации |
1990 г. |
| Тип СМИ | Мягкая обложка |
| Страницы | 326 |
| ISBN | 0-8018-3974-2 (a1k. Paper) 0-8018-4588-2 (pbk.) |
Что знают инженеры и как они это знают: Аналитические исследования из истории авиации (издательство Johns Hopkins University Press, 1990) ( ISBN 0-8018-4588-2 ) - это историческое размышление об инженерной практике в аэронавтике СШАс 1908 по 1953 год, написанное Уолтером Винченти (1917-2019) опытный практик и инструктор. Этот период представляет собой зарождение авиации, которое было чревато неопределенностями и многочисленными путями во многие возможные миры . В книге сделаны два основных вывода из этого периода. Первый вывод этой книги касается «того, что знают инженеры». Пять тематических исследований из истории авиационной техники используются для доказательства того, что инженерия часто требует собственных научных открытий. Таким образом, инженерию следует понимать как деятельность по генерированию знаний, которая включает прикладную науку, но не ограничивается прикладной наукой. Второй вывод этой книги относится к тому, «откуда инженеры знают», используя те же тематические исследования, чтобы выявить закономерности в природе всей инженерии. Эти паттерны образуют « эпистемологию » инженерии, которая может указывать путь к «инженерному методу» как к чему-то отличному от научного . Вальтер Винченти завершает работу общей «моделью выбора вариантов» для понимания направления технологических инноваций в истории человечества. Книга наполнена множеством дополнительных наблюдений и историй, рассказанных практиком и инструктором. Возможно, именно поэтому доктор Майкл А. Джексон , автор « Структурированного дизайна и проблемных рамок» , однажды завершил основное обращение к инженерам заявлением: «Прочтите книгу Винченти. Прочтите ее внимательно. Прочтите ее сто раз».
Автор
Уолтер Дж. Винченти (обычно произносится как « vin-sen-tee » в США или « vin-chen-tee » на итальянском языке) (1917–2019 гг.) Был почетным профессором авиационной и аэрокосмической техники в Стэнфордском университете . В 1987 году он был введен в Национальной академии наук , «за пионерский вклад в сверхзвуковой аэродинамики летательных аппаратов и к фундаментальному пониманию физических газодинамики в гиперзвукового потока.» Его важный учебник из первой части его карьеры - Введение в физическую газовую динамику (1-е изд. 1965 г., 2-е изд. 1975 г.). Фактически Винченти сделал целых две карьеры: одну - в качестве передового авиационного инженера, а другую - в качестве ведущего историка технологий. Это дало ему двойную возможность подумать о том, как работают технологические инновации. Кроме того, он расширил значимость инженерии для общества, основав в 1971 году Стэнфордскую дисциплину под названием «Ценности, технология и общество», которая теперь называется «Наука, технология и общество». В возрасте 90 лет он опубликовал свою последнюю работу с Уильямом М. Ньюманом «Об использовании инженерной истории» в журнале «Технология и культура» .
Задний план
«Что знают инженеры» впервые было опубликовано в 1990 году, когда г-ну Винченти было 73 года после полной карьеры в области аэрокосмической техники , истории технологий и преподавания. Пять тематических исследований, использованных в качестве доказательства в этой книге, относятся к первой половине 20 века, 1908–1953 гг. В течение этого периода автор работал в Национальном консультативном комитете по аэронавтике (NACA) с 1940 по 1957 год. Четыре из пяти тематических исследований, использованных в качестве доказательства в этой книге, впервые были независимо опубликованы в журнале Technology and Culture в период с 1979 по 1986 год. другие авторы начинали опровергать взгляд на инженерию как на прикладную науку. Затем, в 1990 году, пять тематических исследований Винченти косвенно подтвердили этот новый взгляд на инженерное дело как на наукоемкую дисциплину.
Объем
Профессия «инженер» включает в себя широкий спектр практики. Таким образом, автор сужает рамки своих пяти тематических исследований по трем направлениям. Во-первых, при сквозном рассмотрении процесс проектирования состоит из трех этапов, включая проектирование , строительство / производство и эксплуатацию. Эти случаи в основном возникают на этапе проектирования. Одним из исключений является пятое тематическое исследование стыков, заклепанных заподлицо, которое включало тесную взаимосвязь между дизайном и производством. Во-вторых, дизайн можно разделить на нормальный и радикальный. Эти тематические исследования относятся к нормальному дизайну. В-третьих, нормальный дизайн сам по себе многоуровневый. Эти уровни простираются от определения проекта до общего дизайна, дизайна основных компонентов, подразделения конструкции компонентов и очень специфических проблем (таких как форма в плане, аэродинамический профиль и устройства с большой подъемной силой). Эти пять тематических исследований происходят в основном с этих более низких уровней. Таким образом, вместе взятые, объем этих тематических исследований - дизайн, нормальный дизайн и весьма специфические проблемы на самом низком уровне, «чтобы помочь исправить пренебрежение этой большой и важной областью».
Краткое изложение тематического исследования (что знают инженеры)
Пять тематических исследований сгруппированы по главам. В главе 2 рассматривается конструкция аэродинамического профиля в целом. Ранние работы Дэвиса иллюстрируют, насколько полезную инженерию делали люди, не имеющие формального инженерного образования. Крыло Дэвиса сыграло важную роль , хотя Дэвис не имеет теоретические основы , чтобы знать , как и почему. Глава 3 посвящена тому, как инженеры проектируют с учетом летных качеств, удовлетворяющих пилотов. Это тематическое исследование показывает, что между поведением человека и инженерными требованиями может существовать ключевая взаимосвязь, которая может сильно повлиять на результаты. Таким образом, «артефактный дизайн - это социальная деятельность». В главе 4 рассказывается о важности ситуаций анализа контрольного объема в механическом проектировании. В то время в учебниках физики не было анализа контрольных объемов. Таким образом, у инженеров была научная потребность, которая не находила адекватного решения ни в одной естественной науке . Важно отметить, что такие тематические исследования являются примерами того, почему существует такое понятие, как «инженерная наука». В главе 5 рассматривается динамическая проблема конструкции и выбора гребного винта . Пример с винтом показывает, как инженеры разрабатывают методы, позволяющие учесть отсутствие необходимой научной теории. В этом случае « изменение параметров » использовалось для обозначения и обзора предмета, для которого не существовало всеобъемлющей научной теории (в физике). Наконец, в главе 6 описывается проблема проектирования соединений с заклепками для самолетов. В этом тематическом исследовании показано, как производственные требования могут иметь обратное влияние на проектирование, что приводит к итерациям между производством и проектированием. В этом тематическом исследовании также показано, как есть аспекты инженерии, которые нельзя адекватно назвать наукой, такие как механика заклепок «на ощупь», разработанная для определения того, какое давление прикладывать при завершении алюминиевой конструкции напряженной обшивки самолета (см. Обсуждение «неявного знания» ниже ).
Эпистемология инженерии (как знают инженеры)
На протяжении всей книги Уолтер Винченти делает эпистемологические наблюдения, относящиеся к инженерии. Ниже приведены шесть из нескольких наблюдений, сделанных на протяжении всей книги. Эти наблюдения не являются «инженерным методом» сами по себе, но предполагают, что они могут указать путь для дальнейших исследований. Он писал: «В последнем абзаце главы 5 я также поднял вопрос о том, может ли быть выгодно искать« инженерный метод », аналогичный, но отличимый от научного метода, который был плодотворным предметом озабоченности для истории науки. может быть, описанный здесь процесс вариационно-отборного и есть тот метод, отличительные черты которого заключаются в критерии отбора и замещающих методах, используемых для сокращения прямого испытания? "
Семь интерактивных элементов инженерного обучения
Во-первых, существует шаблон итеративного процесса инженерных изысканий, который проявляется в разработке спецификаций летного качества. Этот процесс называется «Семь интерактивных элементов инженерного обучения» и включает в себя:
- Знакомство с автомобилем и распознавание проблемы .
- Идентификация основных переменных и вывод аналитических концепций и критериев .
- Разработка приборов / методов пилотирования для измерений в полете .
- Рост и совершенствование в пилотном мнения относительно желательных летных качеств.
- Объедините результаты 2–4 в целенаправленную схему исследования качества полета .
- Измерение соответствующих летных характеристик для поперечного сечения самолета.
- Оценка результатов и данных о летных характеристиках с учетом мнения пилота для выработки общих технических требований.
Полужирный шрифт оригинального текста выделяет шаги нейтрально по отношению к теме.
Шесть категорий инженерных знаний
Во-вторых, существует закономерность в самих категориях инженерных знаний. Вот эти шесть категорий инженерных знаний:
- Основные концепции дизайна
- Критерии и характеристики
- Теоретические инструменты
- Количественные данные
- Практические соображения
- Инструменты дизайна
Семь видов деятельности, генерирующих знания
В-третьих, Вальтер Винченти видит закономерность в деятельности инженерии, генерирующей знания / науку. Эти семь видов деятельности по созданию знаний включают в себя:
- Перевод из науки
- Изобретение
- Теоретические инженерные исследования
- Экспериментальные инженерные изыскания
- Практика дизайна
- Производство
- Прямое испытание
Связь между категориями и видами деятельности
В-четвертых, если поместить шесть категорий знаний и семь действий по созданию знаний в xy-таблицу, эти действия по генерированию знаний частично предсказуемо пересекают категории знаний. Полученная в результате таблица служит приблизительной оценкой того, какие инженерные задачи могут привести к появлению новых инженерных знаний. Полученная диаграмма «предназначена для обсуждения больше, чем набор жестких и быстрых разделений».
Классификация инженерных знаний
В-пятых, он переклассифицирует сами инженерные знания. Знания, полученные в результате проектирования, обычно можно разделить на такие этапы, как проектирование, производство или эксплуатация. Другой способ думать о категориях инженерных знаний - это описательные знания , предписывающие знания и неявные знания . Он добавляет термины Гилберта Райла «знать это» и «знать, как», чтобы проиллюстрировать цель каждой категории знаний. «Знание того или иного» в инженерии - это смесь описательных и предписывающих знаний. «Знание того, как» это сделать, представляет собой смесь предписывающего и неявного знания. Таким образом, эти тематические исследования показывают необходимость всех трех видов инженерных знаний.
Вариационно-селекционная модель технологических инноваций
Наконец, он постулирует модель выбора вариаций для роста знаний. На всех уровнях иерархии дизайна рост знаний увеличивает сложность и мощность процесса выбора вариаций, изменяя как механизм вариаций, так и опосредованно расширяя процессы отбора. И вариация, и отбор добавляют два реалистичных принципа развития технологий: слепота к вариациям и неуверенность в выборе.
Винченти заключает, что наша слепота к огромному потенциалу вариаций дизайна не означает случайного или непреднамеренного поиска. Слепой человек в незнакомом переулке использует трость, чтобы предоставить информацию для намеренного исследования ограничений, не имея представления о том, куда ведет переулок. Точно так же инженеры продолжают проектирование «вслепую» в том смысле, что «результат нельзя полностью предвидеть», поэтому «лучшие» возможные варианты в некоторой степени невидимы. В результате найти высоко функциональные конструкции - не норма. Он отмечает: «Со стороны или в ретроспективе весь процесс имеет тенденцию казаться более упорядоченным и преднамеренным - менее слепым, чем обычно».
Тем не менее, Винченти использует различия между братьями Райт и французами, чтобы показать, что есть разные способы управления слепотой к вариациям. Братья Райт разработали летательный аппарат раньше французов, хотя они начали экспериментировать примерно в то же время. Французы: 1) апеллировали к тому немногому, что было известно о Райтах / Лэнгли, 2) мысленным представлениям о том, что может быть успешным, и 3) наставлениями на основе растущего летного опыта. Но «поскольку [№1 и №3] были скудными, уровень слепоты, по крайней мере, поначалу, был почти полным».
В чем разница в процессе между Райтами и французами?
Французский метод проб и ошибок содержал меньше теоретического анализа (или новых инженерных знаний). Поскольку «французы не были склонны к теоретическому анализу, вариации можно было отбирать для сохранения и уточнения только по следам в полете». По мнению Райтов, продвижение основных принципов в теории посредством анализа привело к точному сокращению прямых судебных разбирательств, сделав французский процесс более исследовательским в ретроспективе. Таким образом, процессу выбора способствует 1) теоретический анализ и 2) эксперименты (например, в аэродинамических трубах) вместо прямого испытания реальных («явных») версий в окружающей среде. Рост знаний увеличивает силу косвенных испытаний вместо реальных / прямых испытаний.
Неопределенность в процессе выбора вариаций (слепота в вариациях и неуверенность в выборе)
В долгосрочной перспективе «весь процесс выбора вариаций - вариаций и отборов вместе - наполнен неопределенностью». На уровень неопределенности влияют две вещи. Во-первых, «неопределенность проистекает из степени слепоты в вариациях». Неопределенность всего процесса уменьшается по мере развития технологий - он отмечает, что современные авиаконструкторы действуют более «уверенно», чем французы начала 1900-х годов или даже его эпоха, работавшие в NACA. Тем не менее, в уменьшении слепоты есть парадокс. Хотя со временем слепота уменьшается, прогресс одновременно становится все труднее и изощреннее ... что, в свою очередь, увеличивает слепоту! Таким образом, искушение увидеть чистое уменьшение количества слепых «проистекает из иллюзии». Процесс выбора вариантов может создать столько же слепоты, сколько и уменьшить; просто спросите «талантливых инженеров, которые изо всех сил пытаются продвигать зрелую технологию, такую как современная аэронавтика…»
Второй фактор неопределенности во всей модели вариационного отбора - это «неуверенность» в процессе отбора. И косвенные, и открытые испытания страдают от неуверенности, что усложняет модель выбора вариантов. Но в отличие от слепоты в вариациях, неуверенность в выборе уменьшается с точностью в обоих типах испытаний.
Слепота и неуверенность характеризуют сложный или трудный характер эволюции технологий в модели вариационного отбора. Затем автор ретроспективно рассматривает пять тематических исследований, чтобы продемонстрировать, как в каждом конкретном случае работали вариационный отбор и слепота-неуверенность. В целом, «совокупный рост инженерных знаний в результате отдельных процессов вариативного выбора действует, чтобы изменить характер того, как эти процессы выполняются».