實 踐 性 研 究 的 工 程 思 維 方 法

周光發, 盧天鳴

(1.江蘇警官學院 基礎部,南京 210031;2.南京理工大學 機械工程學院,南京 210007)

0 引 言

工程思維是人們在進行工程活動和工程研究過程中所形成的一種思維方式，是最具實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，遵循一定的規范或標準進行設計，進而通過造物活動形成產品服務社會。實踐性研究以實踐活動準備和實施過程中的規律為主要研究內容，具有鮮明的實踐性和籌劃性，適合采用工程思維方式加以研究[3-4]。信息化時代使實踐性問題求解的復雜性大大增強，更需要研究人員將科學、技術、藝術完美地結合起來，按工程思維方式把復雜的實踐問題中的矛盾與沖突轉化成籌劃設計與工程構建活動，從而便于實踐中加以靈活應用[5]。

1 工程思維的含義與特點分析

工程是人類為了改善生存、生活條件，并根據當時對自然的認識水平而進行的各類造物活動。工程不是簡單的技術活動，更不是簡單的科學應用。從知識和活動層面看，工程位于“科學—技術—工程—產業—經濟—社會”的“知識鏈條”和“活動網絡”的重要位置，它架起了科學發現、技術發明與社會發展之間的橋梁，是促進產業革命、經濟發展和社會進步的強大“杠桿”，是創新活動的主戰場。科學的本質在于發現規律，技術的本質在于發明工藝和方法，而工程的本質在于改造世界，它要回答“應該怎樣做”，其主要范疇包括目的與計劃、時機與條件、決策與優化、材料與組織、制度與規則、工具與操作、程序與控制等[6]。

工程思維強調將若干層面的理論非邏輯性地整合，通過知識固化、理論化、規范化，建立可重復使用的最優活動過程。工程思維是“造物導向”的思維，其基本內容是“工程問題”的求解。“工程問題”在來源、性質和指向上都不同于“科學問題”“工程問題求解”,也不同于“科學問題求解”。工程思維高度重視對特定的約束條件下制定出一個能夠從初始狀態經過一系列中間狀態而達到目標狀態的操作程序。與理論思維相比，工程思維具有設計性、建構性和實踐性的特點[7-8]。

(1) 工程思維是價值定向的思維。科學思維是一種真理定向思維方式，它為設計師或工程師的工程思維提供一定的理論指導，劃定了工程活動的“可能目標”“不可能行為”等嚴格限制。工程思維有別于科學思維，其目的是滿足社會需要、創造更大的價值。

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

(3) 工程思維是一種“當時當地性”的思維。科學思維是超越具體時空的對象或問題的一種思維。工程思維必然與具體的時間或具體時段聯系在一起，在工程的“選址”、“工期”的確定，甚至在工程思維的所有環節，都具有“當時當地性”。

(4) 工程思維是一種邏輯思維和超協調邏輯相統一的思維。在“板塊內”堅持普通邏輯思維原則，遵守矛盾律、排中律等邏輯思維規律；在“板塊外”，決策者、設計師、工程師常常不得不面對“矛盾的要求”，采取“權衡協調”的立場和態度。

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

(6) 工程思維是具有工具理性和集成性的思維。工程活動需要運用一定的設備、通過一定的工藝流程或一定的工程手段才能實現活動的目的。因而，工程思維成為了“目的—工具性思維”“設計—運籌性思維”，具有工具理性。此外，工程活動是技術因素、經濟因素、管理因素、社會因素、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險，決策者、設計者和管理者必須對此保持清醒的認識、明確的自覺和防范意識，通過魯棒性設計使工程項目具有較高的可靠性。工程思維必須面對工程活動中的可錯性、安全性、可靠性之間的矛盾，堅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，使工程活動具有容錯性。

2 實踐性研究的工程思維方法的主要步驟

工程思維適應了實踐性問題所具有的不確定性、集成性、藝術性等特點，是實踐性研究的一種新的思維方式。實踐性研究的工程思維方法的主要步驟如下。

(1) 采用系統分析的方法對研究進行總體設計。實踐性研究要通過明確問題、確定目標、制定方案、建立模型、實施評價、決策分析等步驟，真正搞清楚6個方面(6W)的問題：①What——研究什么問題？問題的相關要素是什么？②Why——為什么要研究該問題？目標狀態是什么？③Where——問題的邊界和環境如何？④When——分析的是什么時候的情況？⑤Who——決策者、行動者、所有者等關鍵主體是誰？問題與誰有直接關系？⑥How——如何實現工程的目標狀態？在系統分析時，要注意使用情景分析法等綜合創造性方法，來提高系統分析的有效性。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；②確定主題目標；③分析并構造影響區域；④確定描述影響區域的關鍵變量；⑤探尋各種可能的未來發展趨勢；⑥選擇并解釋環境情景；⑦引入“突發事件”檢驗其對未來情景的影響；⑧詳細闡明主題情景。

(2) 采用工作分解結構、網絡計劃方法對研究過程進行計劃安排。工作分解結構(Works Breakdown Structure,WBS)方法通過分級描述,將研究任務分解成具體的工作，為全體參與者提供對任務共同認知的基礎，便于明確各工作的責任人及相互關系，利于進行時間安排、費用估算。基于網絡計劃的關鍵路線方法(Critical Path Method,CPM)能夠以圖示的方式反映活動之間的邏輯關系和從屬關系，突出了前導關系，通過理論計算能優化任務完成的時間，便于任務進度和資源的管理。實踐性研究要采用WBS、CPM以及路線圖、特征因素圖、關聯樹圖、問題樹圖、目的功能樹圖、決策樹圖、缺陷樹圖以及工作一覽表、工作分配表、工作進度表(甘特表)等圖表法輔助手段，使對實踐性研究的過程調控易于被參與人員理解、便于執行。

(3) 采用軟件能力成熟度模型等標準化方法對研究活動進行動態管控。標準是為了一定范圍內獲得最佳秩序，共同使用的和重復使用的一種規范性文件。標準化脫穎于科學技術，匯源于現代管理，是社會發展全球化的必然結果。采用標準化方法，進行實踐性研究成果的動態梳理與過程總結，有助于研究人員更加容易使用工作積累的經驗、知識、技術和方法，提升個人的學習效率，也有助于提高研究團隊的科研創新效益。軟件能力成熟度模型(Capability Marurity Model,CMM)匯集全球軟件項目過程管理的經驗和智慧而提出的專門針對軟件項目開發的評估模型，也是對軟件開發過程改進的指導性模型。CMM主要關注軟件開發項目的過程調整和控制，提供了一套改進軟件開發過程管理工作的方法。CMM認證和評估的5個成熟度評估級別，已成為軟件工業界權威認證評估體系。實踐性研究活動要充分利用信息社會軟件產業成熟的管理經驗，使研究活動從混亂的過程(初始級)逐步向已定義的過程(可重復級)、標準統一的過程(已定義級)、可預測的過程(定量管理級)、持續改進的過程(優化級)遞進。

(4) 使用定性與定量相綜合的方法對研究成果的價值進行系統評價。要突破傳統的單一評價指標視角，走向涵蓋應用價值、社會價值、人文價值、科學價值的整體性評價。要鼓勵更多的利益相關者參與評價，通過理性交流和平等協商，使評價更為全面、公正、客觀。定量評價要確保數據的真實性和可靠性，定性評價要通盤考慮所有利益相關者的主觀價值評價排序。既要有項目實施前的事前預估，又要有項目研究過程中的事中評價，還要有項目完成后的事后評價。最后通過價值評價檢驗環節，確保綜合價值評價的結果符合客觀實際。

3 實踐性研究的工程思維方法需要重點關注的幾個問題

基于工程思維的實踐性研究，需要揚棄“沖突論”的矛盾分析理念，樹立“和諧論”和“協調論”的新理念，正確處理理性與非理性、共性與個性、繼承與創新之間的辯證關系，靈活運用各種思維方式研究解決實踐性研究出現的新問題。

(1) 正確處理研究中理性和非理性之間的關系。實踐性研究具有有限理性性，工程活動與決策需要以理性為基石，但理性又是一個復雜的哲學范疇。韋伯提出把理性分為價值理性和工具理性兩種類型，西蒙把理性的約束因素歸結為信息的不完備和不完全、問題的復雜性、人類處理信息的能力限制、決策的時間限制和針對組織目標的爭議等5條，提出了有限理性的概念和不同于“最優”原則的“滿意”原則。實踐性問題決策活動受到先前的決策和行為、特定的信念、個人價值、社會和職業標準、認知偏好、個性和特定環境的壓力等諸多因素影響，使得決策過程呈現出有限理性的特點。實踐性科學研究要注意情感和意志等因素對實踐活動與決策的影響，慎重考慮理性、情感和意志的共同作用，做好研究中的權衡、協調和優化，最大限度地尋求社會效益與團體效益的統一。

(2) 正確處理研究中的共性和個性的關系。既要體現研究人員對項目設計的“獨特個性”的“獨特認識”和“個性化”認識與把握，更要遵循項目研究的一般規律；使研究人員的直覺、天分、靈感和經驗，通過“可說的”“可編碼、的”甚至是“程序性”的知識為更多非專業人員、非設計人員所了解和認可。把靈活性和規范性要求有機結合起來，以嚴肅認真的態度面對新的時代背景，結合新的知識修訂原有的設計規范。要注重非專業人員的想法和需求表達，采用團隊設計方法，通過溝通交流，使具有不同的專業背景和不同實踐背景的人員對問題理解相互交融、互相碰撞，形成創新性的求解方案[9]。

(3) 正確處理研究中繼承性與創新性之間的關系。實踐性研究要充分繼承已有的知識、技術和經驗，最大程度降低研究風險，提高研究成果的實用性、可行性。既要學習傳統的經驗、公理、形象、實證、計算等思維方式，又要學習模糊思維、數據思維、互聯網思維等思維方式；要突破傳統的思維定勢的羈絆，以開放、進取、創新的精神對待現有的研究成果；要學習西方發達國家標準化、精確化、工具化的思維方式，使實踐性研究向新的高度和境界發展[10]。

4 應用實例

美國國防部通過武器裝備系統研究的工程化方法，提升了武器裝備的背景魯棒性、環境適應性、響應靈活性、效能可信任性、經濟可承受性。美國國防部為使武器裝備研究系統建立起可信(trust)和可靠(assured)的靈活創新能力，將工程化的彈性系統(Engineered Resilient System)作為2013～2017財年的重點推廣應用領域，為轉型中的武器裝備研究的系統設計和開發提供工程方法、過程、技術和工具[11]。主要包括：①采用概念工程、設計工程以及高性能計算、移動互聯網等工程和技術的最新研究成果，提升武器裝備適應復雜系統的能力；②采用基于模型工程、基于平臺工程等先進的工程工具，通過模型的跨域耦合、數據驅動實現跨裝備壽命周期的、一體化的設計開發；③通過協同設計和決策支持手段，推進不同領域、地域和技術專長的工程人員、作戰人員、工業部門人員等利益共同體之間的廣泛合作；④增加系統設計試驗，提升不可信組件得到可信任的裝備系統的能力，提高裝備系統的可信任性。

5 結 語

2002～2003年，美國采用工程思維的方法，對旨在推翻伊拉克薩達姆政權的第二次海灣戰爭行動進行了籌劃，籌劃內容包括兵力的部署、打擊方案的論證、取得國際社會的支持等，采用工程項目管理的方式，對包括戰爭準備、戰斗實施、收尾、完成等整個項目進行1年多的精心設計，通過優化資源配置、訓練模擬、動態評估與實時控制等工程化手段，使之成為項目管理課程的經典案例。我國的郭其勝教授對裝備需求論證工程化理論進行了探討，提出了裝備需求論證工程化的基本技術思路，即“流程規范化、環節模型化、手段工具化、應用資源化”[12]；秦永剛對指揮工程化進行了研究，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，最終實現指揮模式工程化的發展思路[13]。他們的研究工作，為實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，它以系統科學為指導、以信息理論為基礎、以工程方法為手段。從事實踐性研究的工作人員，要掌握工程思維的特點與規律，重視工程思維“選擇—集成—建構”的特征和機制，使理論研究更加符合實際需求，大力培養具有工程思維的人才[14]，為全面提升我國現代化水平貢獻能用、管用、實用的研究成果和智力支持。

參考文獻(References)：

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