實(shí) 踐 性 研 究 的 工 程 思 維 方 法

周光發(fā), 盧天鳴

(1.江蘇警官學(xué)院 基礎(chǔ)部,南京 210031;2.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,南京 210007)

0 引 言

工程思維是人們?cè)谶M(jìn)行工程活動(dòng)和工程研究過(guò)程中所形成的一種思維方式，是最具實(shí)踐性的一種籌劃型思維方法[1-2]。工程思維要求按照某一特定的目標(biāo)，遵循一定的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過(guò)造物活動(dòng)形成產(chǎn)品服務(wù)社會(huì)。實(shí)踐性研究以實(shí)踐活動(dòng)準(zhǔn)備和實(shí)施過(guò)程中的規(guī)律為主要研究?jī)?nèi)容，具有鮮明的實(shí)踐性和籌劃性，適合采用工程思維方式加以研究[3-4]。信息化時(shí)代使實(shí)踐性問(wèn)題求解的復(fù)雜性大大增強(qiáng)，更需要研究人員將科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)完美地結(jié)合起來(lái)，按工程思維方式把復(fù)雜的實(shí)踐問(wèn)題中的矛盾與沖突轉(zhuǎn)化成籌劃設(shè)計(jì)與工程構(gòu)建活動(dòng)，從而便于實(shí)踐中加以靈活應(yīng)用[5]。

1 工程思維的含義與特點(diǎn)分析

工程是人類為了改善生存、生活條件，并根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)水平而進(jìn)行的各類造物活動(dòng)。工程不是簡(jiǎn)單的技術(shù)活動(dòng)，更不是簡(jiǎn)單的科學(xué)應(yīng)用。從知識(shí)和活動(dòng)層面看，工程位于“科學(xué)—技術(shù)—工程—產(chǎn)業(yè)—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”的“知識(shí)鏈條”和“活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)”的重要位置，它架起了科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明與社會(huì)發(fā)展之間的橋梁，是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革命、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的強(qiáng)大“杠桿”，是創(chuàng)新活動(dòng)的主戰(zhàn)場(chǎng)?？茖W(xué)的本質(zhì)在于發(fā)現(xiàn)規(guī)律，技術(shù)的本質(zhì)在于發(fā)明工藝和方法，而工程的本質(zhì)在于改造世界，它要回答“應(yīng)該怎樣做”，其主要范疇包括目的與計(jì)劃、時(shí)機(jī)與條件、決策與優(yōu)化、材料與組織、制度與規(guī)則、工具與操作、程序與控制等[6]。

工程思維強(qiáng)調(diào)將若干層面的理論非邏輯性地整合，通過(guò)知識(shí)固化、理論化、規(guī)范化，建立可重復(fù)使用的最優(yōu)活動(dòng)過(guò)程。工程思維是“造物導(dǎo)向”的思維，其基本內(nèi)容是“工程問(wèn)題”的求解?！肮こ虇?wèn)題”在來(lái)源、性質(zhì)和指向上都不同于“科學(xué)問(wèn)題”“工程問(wèn)題求解”,也不同于“科學(xué)問(wèn)題求解”。工程思維高度重視對(duì)特定的約束條件下制定出一個(gè)能夠從初始狀態(tài)經(jīng)過(guò)一系列中間狀態(tài)而達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)的操作程序。與理論思維相比，工程思維具有設(shè)計(jì)性、建構(gòu)性和實(shí)踐性的特點(diǎn)[7-8]。

(1) 工程思維是價(jià)值定向的思維。科學(xué)思維是一種真理定向思維方式，它為設(shè)計(jì)師或工程師的工程思維提供一定的理論指導(dǎo)，劃定了工程活動(dòng)的“可能目標(biāo)”“不可能行為”等嚴(yán)格限制。工程思維有別于科學(xué)思維，其目的是滿足社會(huì)需要、創(chuàng)造更大的價(jià)值。

(2) 工程思維是與具體的“個(gè)別對(duì)象”聯(lián)系在一起的“殊相”思維。科學(xué)思維是超越具體對(duì)象的“共相”思維。由于任何工程項(xiàng)目都是“唯一對(duì)象”或“一次性”，世界上不可能存在兩個(gè)完全相同的工程，于是，工程思維就成以“個(gè)別性”為靈魂的一種思維方式。

(3) 工程思維是一種“當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)匦浴钡乃季S?？茖W(xué)思維是超越具體時(shí)空的對(duì)象或問(wèn)題的一種思維。工程思維必然與具體的時(shí)間或具體時(shí)段聯(lián)系在一起，在工程的“選址”、“工期”的確定，甚至在工程思維的所有環(huán)節(jié)，都具有“當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)匦浴薄?/p>

(4) 工程思維是一種邏輯思維和超協(xié)調(diào)邏輯相統(tǒng)一的思維。在“板塊內(nèi)”堅(jiān)持普通邏輯思維原則，遵守矛盾律、排中律等邏輯思維規(guī)律；在“板塊外”，決策者、設(shè)計(jì)師、工程師常常不得不面對(duì)“矛盾的要求”，采取“權(quán)衡協(xié)調(diào)”的立場(chǎng)和態(tài)度。

(5) 工程思維是一種“藝術(shù)性”的思維。一般地，工程問(wèn)題存在眾多解決方案，工程思維通常采用啟發(fā)法，在眾多方案中選擇“最優(yōu)”方案。這種問(wèn)題求解的啟發(fā)法具有4個(gè)特點(diǎn)：①不能保證一定能給出求解方案；②一種啟發(fā)法可能與另一種啟發(fā)法相沖突；③啟發(fā)法要考慮減少必須的研究時(shí)間；④一種啟發(fā)法的可接受性依賴于直接脈絡(luò)而不是依賴于某個(gè)絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。工程師在特定時(shí)間內(nèi)使用一組啟發(fā)法解決一個(gè)特定工程問(wèn)題時(shí)，這種工程實(shí)踐是一種具有“藝術(shù)性”的活動(dòng)。

(6) 工程思維是具有工具理性和集成性的思維。工程活動(dòng)需要運(yùn)用一定的設(shè)備、通過(guò)一定的工藝流程或一定的工程手段才能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)的目的。因而，工程思維成為了“目的—工具性思維”“設(shè)計(jì)—運(yùn)籌性思維”，具有工具理性。此外，工程活動(dòng)是技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素、管理因素、社會(huì)因素、審美因素和倫理因素等多種要素的集成，具有集成性。

(7) 工程思維是一種“不確定性”的思維。由于客觀世界存在著許多不確定性因素，任何工程都存在一定程度的風(fēng)險(xiǎn)，決策者、設(shè)計(jì)者和管理者必須對(duì)此保持清醒的認(rèn)識(shí)、明確的自覺(jué)和防范意識(shí)，通過(guò)魯棒性設(shè)計(jì)使工程項(xiàng)目具有較高的可靠性。工程思維必須面對(duì)工程活動(dòng)中的可錯(cuò)性、安全性、可靠性之間的矛盾，堅(jiān)持不懈地找出一條盡可能好的處理這一矛盾的方法和途徑，提高可靠性和健壯性，使工程活動(dòng)具有容錯(cuò)性。

2 實(shí)踐性研究的工程思維方法的主要步驟

工程思維適應(yīng)了實(shí)踐性問(wèn)題所具有的不確定性、集成性、藝術(shù)性等特點(diǎn)，是實(shí)踐性研究的一種新的思維方式。實(shí)踐性研究的工程思維方法的主要步驟如下。

(1) 采用系統(tǒng)分析的方法對(duì)研究進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。實(shí)踐性研究要通過(guò)明確問(wèn)題、確定目標(biāo)、制定方案、建立模型、實(shí)施評(píng)價(jià)、決策分析等步驟，真正搞清楚6個(gè)方面(6W)的問(wèn)題：①What——研究什么問(wèn)題？問(wèn)題的相關(guān)要素是什么？②Why——為什么要研究該問(wèn)題？目標(biāo)狀態(tài)是什么？③Where——問(wèn)題的邊界和環(huán)境如何？④When——分析的是什么時(shí)候的情況？⑤Who——決策者、行動(dòng)者、所有者等關(guān)鍵主體是誰(shuí)？問(wèn)題與誰(shuí)有直接關(guān)系？⑥How——如何實(shí)現(xiàn)工程的目標(biāo)狀態(tài)？在系統(tǒng)分析時(shí)，要注意使用情景分析法等綜合創(chuàng)造性方法，來(lái)提高系統(tǒng)分析的有效性。用于定性分析的情景分析方法的一般基本步驟為：①建立信息庫(kù)；②確定主題目標(biāo)；③分析并構(gòu)造影響區(qū)域；④確定描述影響區(qū)域的關(guān)鍵變量；⑤探尋各種可能的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；⑥選擇并解釋環(huán)境情景；⑦引入“突發(fā)事件”檢驗(yàn)其對(duì)未來(lái)情景的影響；⑧詳細(xì)闡明主題情景。

(2) 采用工作分解結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法對(duì)研究過(guò)程進(jìn)行計(jì)劃安排。工作分解結(jié)構(gòu)(Works Breakdown Structure,WBS)方法通過(guò)分級(jí)描述,將研究任務(wù)分解成具體的工作，為全體參與者提供對(duì)任務(wù)共同認(rèn)知的基礎(chǔ)，便于明確各工作的責(zé)任人及相互關(guān)系，利于進(jìn)行時(shí)間安排、費(fèi)用估算?；诰W(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的關(guān)鍵路線方法(Critical Path Method,CPM)能夠以圖示的方式反映活動(dòng)之間的邏輯關(guān)系和從屬關(guān)系，突出了前導(dǎo)關(guān)系，通過(guò)理論計(jì)算能優(yōu)化任務(wù)完成的時(shí)間，便于任務(wù)進(jìn)度和資源的管理。實(shí)踐性研究要采用WBS、CPM以及路線圖、特征因素圖、關(guān)聯(lián)樹(shù)圖、問(wèn)題樹(shù)圖、目的功能樹(shù)圖、決策樹(shù)圖、缺陷樹(shù)圖以及工作一覽表、工作分配表、工作進(jìn)度表(甘特表)等圖表法輔助手段，使對(duì)實(shí)踐性研究的過(guò)程調(diào)控易于被參與人員理解、便于執(zhí)行。

(3) 采用軟件能力成熟度模型等標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)研究活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控。標(biāo)準(zhǔn)是為了一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，共同使用的和重復(fù)使用的一種規(guī)范性文件。標(biāo)準(zhǔn)化脫穎于科學(xué)技術(shù)，匯源于現(xiàn)代管理，是社會(huì)發(fā)展全球化的必然結(jié)果。采用標(biāo)準(zhǔn)化方法，進(jìn)行實(shí)踐性研究成果的動(dòng)態(tài)梳理與過(guò)程總結(jié)，有助于研究人員更加容易使用工作積累的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、技術(shù)和方法，提升個(gè)人的學(xué)習(xí)效率，也有助于提高研究團(tuán)隊(duì)的科研創(chuàng)新效益。軟件能力成熟度模型(Capability Marurity Model,CMM)匯集全球軟件項(xiàng)目過(guò)程管理的經(jīng)驗(yàn)和智慧而提出的專門(mén)針對(duì)軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的評(píng)估模型，也是對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程改進(jìn)的指導(dǎo)性模型。CMM主要關(guān)注軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的過(guò)程調(diào)整和控制，提供了一套改進(jìn)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程管理工作的方法。CMM認(rèn)證和評(píng)估的5個(gè)成熟度評(píng)估級(jí)別，已成為軟件工業(yè)界權(quán)威認(rèn)證評(píng)估體系。實(shí)踐性研究活動(dòng)要充分利用信息社會(huì)軟件產(chǎn)業(yè)成熟的管理經(jīng)驗(yàn)，使研究活動(dòng)從混亂的過(guò)程(初始級(jí))逐步向已定義的過(guò)程(可重復(fù)級(jí))、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的過(guò)程(已定義級(jí))、可預(yù)測(cè)的過(guò)程(定量管理級(jí))、持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程(優(yōu)化級(jí))遞進(jìn)。

(4) 使用定性與定量相綜合的方法對(duì)研究成果的價(jià)值進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。要突破傳統(tǒng)的單一評(píng)價(jià)指標(biāo)視角，走向涵蓋應(yīng)用價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、人文價(jià)值、科學(xué)價(jià)值的整體性評(píng)價(jià)。要鼓勵(lì)更多的利益相關(guān)者參與評(píng)價(jià)，通過(guò)理性交流和平等協(xié)商，使評(píng)價(jià)更為全面、公正、客觀。定量評(píng)價(jià)要確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，定性評(píng)價(jià)要通盤(pán)考慮所有利益相關(guān)者的主觀價(jià)值評(píng)價(jià)排序。既要有項(xiàng)目實(shí)施前的事前預(yù)估，又要有項(xiàng)目研究過(guò)程中的事中評(píng)價(jià)，還要有項(xiàng)目完成后的事后評(píng)價(jià)。最后通過(guò)價(jià)值評(píng)價(jià)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，確保綜合價(jià)值評(píng)價(jià)的結(jié)果符合客觀實(shí)際。

3 實(shí)踐性研究的工程思維方法需要重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題

基于工程思維的實(shí)踐性研究，需要揚(yáng)棄“沖突論”的矛盾分析理念，樹(shù)立“和諧論”和“協(xié)調(diào)論”的新理念，正確處理理性與非理性、共性與個(gè)性、繼承與創(chuàng)新之間的辯證關(guān)系，靈活運(yùn)用各種思維方式研究解決實(shí)踐性研究出現(xiàn)的新問(wèn)題。

(1) 正確處理研究中理性和非理性之間的關(guān)系。實(shí)踐性研究具有有限理性性，工程活動(dòng)與決策需要以理性為基石，但理性又是一個(gè)復(fù)雜的哲學(xué)范疇。韋伯提出把理性分為價(jià)值理性和工具理性兩種類型，西蒙把理性的約束因素歸結(jié)為信息的不完備和不完全、問(wèn)題的復(fù)雜性、人類處理信息的能力限制、決策的時(shí)間限制和針對(duì)組織目標(biāo)的爭(zhēng)議等5條，提出了有限理性的概念和不同于“最優(yōu)”原則的“滿意”原則。實(shí)踐性問(wèn)題決策活動(dòng)受到先前的決策和行為、特定的信念、個(gè)人價(jià)值、社會(huì)和職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)知偏好、個(gè)性和特定環(huán)境的壓力等諸多因素影響，使得決策過(guò)程呈現(xiàn)出有限理性的特點(diǎn)。實(shí)踐性科學(xué)研究要注意情感和意志等因素對(duì)實(shí)踐活動(dòng)與決策的影響，慎重考慮理性、情感和意志的共同作用，做好研究中的權(quán)衡、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，最大限度地尋求社會(huì)效益與團(tuán)體效益的統(tǒng)一。

(2) 正確處理研究中的共性和個(gè)性的關(guān)系。既要體現(xiàn)研究人員對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的“獨(dú)特個(gè)性”的“獨(dú)特認(rèn)識(shí)”和“個(gè)性化”認(rèn)識(shí)與把握，更要遵循項(xiàng)目研究的一般規(guī)律；使研究人員的直覺(jué)、天分、靈感和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)“可說(shuō)的”“可編碼、的”甚至是“程序性”的知識(shí)為更多非專業(yè)人員、非設(shè)計(jì)人員所了解和認(rèn)可。把靈活性和規(guī)范性要求有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度面對(duì)新的時(shí)代背景，結(jié)合新的知識(shí)修訂原有的設(shè)計(jì)規(guī)范。要注重非專業(yè)人員的想法和需求表達(dá)，采用團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)溝通交流，使具有不同的專業(yè)背景和不同實(shí)踐背景的人員對(duì)問(wèn)題理解相互交融、互相碰撞，形成創(chuàng)新性的求解方案[9]。

(3) 正確處理研究中繼承性與創(chuàng)新性之間的關(guān)系。實(shí)踐性研究要充分繼承已有的知識(shí)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，最大程度降低研究風(fēng)險(xiǎn)，提高研究成果的實(shí)用性、可行性。既要學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)、公理、形象、實(shí)證、計(jì)算等思維方式，又要學(xué)習(xí)模糊思維、數(shù)據(jù)思維、互聯(lián)網(wǎng)思維等思維方式；要突破傳統(tǒng)的思維定勢(shì)的羈絆，以開(kāi)放、進(jìn)取、創(chuàng)新的精神對(duì)待現(xiàn)有的研究成果；要學(xué)習(xí)西方發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化、精確化、工具化的思維方式，使實(shí)踐性研究向新的高度和境界發(fā)展[10]。

4 應(yīng)用實(shí)例

美國(guó)國(guó)防部通過(guò)武器裝備系統(tǒng)研究的工程化方法，提升了武器裝備的背景魯棒性、環(huán)境適應(yīng)性、響應(yīng)靈活性、效能可信任性、經(jīng)濟(jì)可承受性。美國(guó)國(guó)防部為使武器裝備研究系統(tǒng)建立起可信(trust)和可靠(assured)的靈活創(chuàng)新能力，將工程化的彈性系統(tǒng)(Engineered Resilient System)作為2013～2017財(cái)年的重點(diǎn)推廣應(yīng)用領(lǐng)域，為轉(zhuǎn)型中的武器裝備研究的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供工程方法、過(guò)程、技術(shù)和工具[11]。主要包括：①采用概念工程、設(shè)計(jì)工程以及高性能計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等工程和技術(shù)的最新研究成果，提升武器裝備適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)的能力；②采用基于模型工程、基于平臺(tái)工程等先進(jìn)的工程工具，通過(guò)模型的跨域耦合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)跨裝備壽命周期的、一體化的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；③通過(guò)協(xié)同設(shè)計(jì)和決策支持手段，推進(jìn)不同領(lǐng)域、地域和技術(shù)專長(zhǎng)的工程人員、作戰(zhàn)人員、工業(yè)部門(mén)人員等利益共同體之間的廣泛合作；④增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，提升不可信組件得到可信任的裝備系統(tǒng)的能力，提高裝備系統(tǒng)的可信任性。

5 結(jié) 語(yǔ)

2002～2003年，美國(guó)采用工程思維的方法，對(duì)旨在推翻伊拉克薩達(dá)姆政權(quán)的第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)行動(dòng)進(jìn)行了籌劃，籌劃內(nèi)容包括兵力的部署、打擊方案的論證、取得國(guó)際社會(huì)的支持等，采用工程項(xiàng)目管理的方式，對(duì)包括戰(zhàn)爭(zhēng)準(zhǔn)備、戰(zhàn)斗實(shí)施、收尾、完成等整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行1年多的精心設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化資源配置、訓(xùn)練模擬、動(dòng)態(tài)評(píng)估與實(shí)時(shí)控制等工程化手段，使之成為項(xiàng)目管理課程的經(jīng)典案例。我國(guó)的郭其勝教授對(duì)裝備需求論證工程化理論進(jìn)行了探討，提出了裝備需求論證工程化的基本技術(shù)思路，即“流程規(guī)范化、環(huán)節(jié)模型化、手段工具化、應(yīng)用資源化”[12]；秦永剛對(duì)指揮工程化進(jìn)行了研究，提出了以指揮信息工程化為突破口，以指揮手段工程化為抓手，最終實(shí)現(xiàn)指揮模式工程化的發(fā)展思路[13]。他們的研究工作，為實(shí)踐性研究的工程思維方法提供了有益的參考。

工程思維是工程師必備的一種思維方式，它以系統(tǒng)科學(xué)為指導(dǎo)、以信息理論為基礎(chǔ)、以工程方法為手段。從事實(shí)踐性研究的工作人員，要掌握工程思維的特點(diǎn)與規(guī)律，重視工程思維“選擇—集成—建構(gòu)”的特征和機(jī)制，使理論研究更加符合實(shí)際需求，大力培養(yǎng)具有工程思維的人才[14]，為全面提升我國(guó)現(xiàn)代化水平貢獻(xiàn)能用、管用、實(shí)用的研究成果和智力支持。

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