工程知识的性质与特征——从工程哲学的视野看

黄正荣(重庆建工九建公司,重庆 400080)



工程知识的性质与特征——从工程哲学的视野看

黄正荣
(重庆建工九建公司,重庆 400080)

[摘要]通过对工程知识的哲学问题的研究,分析了工程知识与科学知识的联系与区别,从实践理性和技术逻辑层面揭示了工程知识的性质与特征,认为工程知识是与造物活动(操作、建造和使用)相关联的知识,包括规则系统、理论分析与技术装置涉及到的技术性和非技术性要素的知识。本质上讲,工程知识是一类建构性知识,包含了理性、逻辑和事实三重属性。

[关键词]工程知识;科学知识;认识论;性质;特征;工程哲学

一、引言

长期以来,正像工程在哲学版图上的缺失一样,工程知识在哲学分析的领域里难寻踪迹,理论的研究严重滞后于工程实践活动。但工程是人类社会存在和发展的物质基础,随着工程的领域、分支、范围、学科和专业逐渐增加并不断扩大,诞生了土木、农业、机械、化工、电气、生物、电子、航天等几乎遍及所有行业的工程,各种不同类型的工程广泛而深刻地影响着社会生产和生活的方方面面。由此可见,工程的演化、发展是一个复杂的过程,它整合了技术性与非技术性的要素,有自己的知识传统和增长模式。世界工程组织联合会等机构在联合国教科文组织报告《工程:发展的问题挑战和机遇》中指出:“工程与技术知识的发展与应用,支持和推动了经济社会的可持续发展。工程与技术在满足人类基本需求、减少贫困、实现可持续发展和缩小‘知识鸿沟’等方面发挥着关键的作用。”[1]工程知识的生产、积累和创新表现为一个不断发现、解决工程与经济社会问题的过程,问题是工程知识的出发点和归宿点,其知识增长模式是渐进的、开放性的。哲学界和工程界人士已经认识到,“在工程哲学中,对工程知识的哲学研究是一个重大问题。”[2](P145)那么,何谓工程知识?工程知识的意义何在,它与科学知识有何联系与区别,又具有哪些性质和特征?工程知识以什么样的形态表现出来?如此等等多的知识论问题,都有待作出理论上的解释和分析。为此,本文试图从哲学视角对工程知识的性质、特征等问题进行探讨,以推动工程知识问题的哲学分析与研究。

二、工程知识的性质

工程与自然界之间有着不可分割的联系,是人与自然发生关系的中介,表现为人类改造和合理利用自然的创新过程,即建造人工自然的实践活动,反映了人对自然的主观能动性关系,并且也体现着人与社会的关系。自从人类社会诞生以来,工程作为一种实践(造物)活动,一直存在和发展着,这当中始终离不开工程知识的发掘、运用和创新。追溯工程史,无论是古代工程,还是现当代工程,任何一项工程活动,从工程决策、工程建造(包括设计、施工),到工程运行及拆除(含工程评价),实质上是工程的知识化过程,都反映和蕴涵了大量的工程知识的内容。然而,在航天工程和相当一些大科学工程中,工程知识和工程师的作用被大大低估了。在当前工程哲学的研究中,哲学家和工程师们已开始关注工程知识的哲学问题。关于工程知识的定义,美国技术哲学家皮特(Pitt J.)在其所著《技术思考——技术哲学的基础》一书中写道:“工程知识是为了操纵人类环境的目的,而进行的工艺的设计、构建以及操作。”[3]工程通过要素整合与集成建构新的存在物(或系统)这一造物活动,有属于自己的一类知识体系,知识包含了理性、逻辑和事实三重属性,本质上讲,工程知识是一类建构性知识。工程知识不是纯粹的“科学知识的应用”,虽然它与科学知识有交集,甚至说现代工程与科学知识(也包括一些相关的人文社会科学知识,如伦理学)的联系可能会更紧密,但这丝毫不能说明工程知识是科学知识衍生出来的,何况说工程早于科学,实际上它们两者在很多方面具有互补性,特别要提到的是,工程科学让人注意到科学与工程越来越相互依赖,形成了基于科学的工程与工程导向性的科学——生物工程、航空技术、材料科学、工程力学等前沿性知识领域,科学与工程的边界似乎变得模糊起来。

严格地讲,工程知识有其独特的生成方式、路径和适用范围。科学知识的目的是发现,工程知识的目的是造物,它们组成了两种截然不同的知识形式,目的不同,知识的性质、内容、结构也就不可能一样,它们之间没有高下之分,那种把工程知识归结为科学知识的观点是站不住脚的。如果说规律是构成科学知识的重要内容,那么规则则是构成工程知识的重要内容。“可以在一定意义上认为工程知识是一个‘关于规则的知识系统’。在工程知识中,关于规则的知识是最重要的内容之一。”[2](P148-149)规则作为一种极其重要的工程知识,从一个侧面揭示了工程的规范性来源。在工程设计、施工、运行等实践活动中,工程标准、规程、规范、导则和条例等则是工程规则的实现形式,它们都是关于工程规则不同层级的知识形态。笔者以为,“从规范的价值论意义上讲,工程规则是工程主体(行为者)在基于理性(实践理性)原则下遵守和服从的行为规范,旨在为工程主体提供工程应当(或禁止)怎么做、以及如何去做的知识。”[4]在工程知识的内容中,除了工程规则外,还包括工程学原理、设计图纸(图集)、合同、材料制备、工艺流程、模型、技术方案、工序、检测报告、仪器设备及零部件说明、项目管理等显性知识以及设计意向、技术诀窍等反映在大脑中的隐性知识(或曰意会知识)。

工程知识与科学知识是两种性质不同的知识体系,两者既有联系又有区别。对此,美国技术哲学米切姆(Mitcham C.)认为:“至于工程学理论,尽管某些与科学理论相一致,但是模型参量和理想化的假设这两个方面总是与科学理论非常不同。”[5](P273)工程知识有其自己特殊的性质,归纳起来大致有:确定性、合目的性、合规律性、主客观统一性、可靠性、功用性。

确定性。确定性是工程知识区别于科学知识的基本性质。在科学研究和科学知识产生的过程及结果中既有确定性的因素,也有不确定性的因素。由于自然界、思维和人类社会的不断变化和发展,科学始终在探索和发现,尽管如此,也无法穷尽对客观规律和自然现象以及社会现象的认识,必然存在科学知识的确定性与不确定性、真理与谬误、科学与伪科学的纠结和厘清,所以,科学实验允许失败甚至无数次失败,这是因为其科学的不确定性所致。徐长福认为,“通过引入工程因素,思维方式从可能变成了现实,这使我们得到了两种至为重要的思维方式,即工程思维和理论思维。”[6]工程思维的任务是对工程进行命题与求解,与工程知识有着密切的联系,但它不等同于工程知识。

由于工程本身存在的风险性(危险性)超出了公众和社会的风险识别及认知范围,而工程不允许失败(外部环境因素如地震、海啸等除外)的要求与科学和工程思维自身可错性(或容错性、试错性)之间又存在尖锐的矛盾,因此,如何认识、处理和解决好这类矛盾,就成为一个非常重要的工程知识问题。应当看到,工程知识的任何一种不确定性,哪怕是很微小的不确定性细节,都极有可能给工程酿成隐患、损失和事故,严重的情形将导致工程报废,特别是在航天工程、核电工程等领域尤甚,工程史上诸如此类事件不胜枚举。由此而言,确定性成为工程知识产生、应用的本质属性和内在要求,当属题中应有之义。工程知识不带有猜测或假说的性质,不允许有含混不清、歧义和似是而非,作为一种实在,是确然的、无可置疑的。工程知识的确定性意味着工程系统规定了一定的行为与一定的结果之间稳定的因果关系和工艺技术逻辑关系,将工程行为模式、次序和流程固化,形成一条明晰的工程进路,其重要标志是具有可检验性与可实现性。并且,工程知识的确定性还意味着工程知识是一种不可朝令夕改的规则系统,它的修改、更新是有严格程序的,不能存在随意性。工程知识的确定性使工程控制机制具有了稳定性、鲁棒性(robustness)、客观性和可预见性。正是工程知识的确定性,才奠定了工程成功的坚实基础。

合目的性。就人类的工程实践活动而言,工程作为一种对象性存在(与自然物的存在不同),其现实性的基础是造物(目的)。换言之,工程作为人类与自然界发生关系、改善其生存环境的实践活动,是一种有目的的计划活动。工程知识的合目的性就包含着构建一个新的存在物(或曰人工物)的内在可能性依据,脱离了造物这一目的,工程知识就失去了它存在的意义。在工程知识中,把合目的性用来表示一切趋达工程目标的控制机制,通过专业性非常强的工程知识(规则、程序)和其他技术手段(如理论分析、试验研究),以及非技术手段(如合同)实施风险(包括工程危险源)的识别、规避和控制,排除技术(工程)故障和缺陷,通过控制(负反馈调节、纠偏)使目标差不断缩小而逼近目标、趋达目标,工程最显著的特性就在于它的控制性,没有无控制的工程。因而,工程控制作为一种工程知识被视为一种合目的性的行动方式。

合规律性。所谓工程知识的合规律性,是指导工程实践的认知符合客观规律,达到对客观事物的真理性认识。米切姆说:“工程实践与技艺不同,它是建立在知识基础之上,从而无疑也是建立在技术基础上的,即使用科学来指导人类制作的。”[5](P267)随着工程的运行、变化和发展,工程系统及环境越来越复杂,工程知识的产生和应用从过去依赖经验、技艺、手工工具等传统知识类型,逐步转移到更广泛地依靠和选择规则、工程学原理、技术手段、计算数学(如大数据、云计算)、机械与电气及自动化装置(智能系统、BIM技术)、项目管理等现代科学、技术和管理知识方面,不断提升真理性的科学认知,这是工程知识创新的使然,但这并不意味着对经验、技艺等传统工程知识的否定,而是扬弃。不言而喻,工程知识已蕴涵了丰富的工程科学、工程技术、工程管理等方面的内容,是人类知识宝库中数量最大、种类最多的一类知识。科学知识的应用为包括工程规则在内的工程知识奠定了理论基础,深深嵌入于工程的知识结构之中。

可以说,工程知识的生成是一个通过工程实践检验的理性-技术逻辑-经验的互动过程,作为理性的认识论旨在为不同的工程系统提供认知程序、创新进路和操作模式等工程思维方式,达到工程(规则)的控制目的,实现合目的性与合规律性的统一。当今以高新技术工程知识为代表的现代工程知识大都建立在科学知识基础之上,没有科学知识作为前提和基础,许多现代工程知识的形成是不可能的,更谈不上应用和发展。应该看到,无论是古代工程,还是现代工程,凡是成功的工程,都体现了工程知识的合规律性,即合乎人类社会进步和工程自身发展的内在要求和必然属性,按科学规律办事,如都江堰水利枢纽工程。而失败的工程,无一不是违反规律行事,如黄河三门峡水库工程。所以,坚持工程知识的合规律性是工程知识走向理性成熟、工程健康发展的必由之路。

主客观统一性。工程知识的产生和运用要遵循客观规律,按规律办事,实现人的意志(主观能动性)与客观规律的统一。工程是一种有理性、有意识的知识型实践活动,工程知识既是客观的,又是主观的,不可能脱离人的意识自主地发展,工程规则作为构成工程知识的极其重要的内容,集中体现了工程知识的主客观统一性。应该讲,相对于所有渗透在人类实践目的之中的主观随意性而言,工程规则存在着某种客观性、规范性或合法性,是人的意志在工程实践环节中主观性和客观性相统一的多维体现,包括与之相对应的工程领域的准则和法则。这同规律存在本质差异,规律是不以人的意志为转移的客观存在,在本质上是作为自在的概念而存在着的,正因如此才获得了一种必然的实存,成为科学观察的对象和科学知识的内容,人既不能创造规律,也不能消灭规律。而工程规则则是在工程活动中由人来制定和使用的,体现人的意志,规则不体现人的意志,就不成其为规则。这里,人的意志是区分规则与规律的一个试金石。但是,规则的产生又要遵循客观规律,按规律办事,实现人的意志(主观能动性)与客观规律的统一,这是包括工程规则在内的工程知识存在的内在要求。

可靠性。与科学知识相比,可靠性更能体现工程知识的性质。试想,如若工程知识不可靠,象科学知识和工程思维一样存在试错性,工程的结果会是怎样?可靠性这个术语原先出现在产品标准中,指元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。在工程知识领域,可靠性则是指知识既具有逻辑必然性、又具有事实的可预见性,还具有过程的可验证性,三者缺一不可。工程知识的可靠性需要规则的技术规定性作为支撑构件,起到承载保障的作用。技术规定性从内容上要求,它要能够保证规则系统的技术体系所表达的内容不能有差错,即保证技术命题本身的内容为真,具备严谨的事实依据和科学确定性,合乎工程系统的技术规律性。工程有属于自己的一条工艺技术路线,技术逻辑作为工艺技术路线的导向性思维和知识形式,应用于不同类型的工程系统进行分析与计算,在此基础上确立工程系统(技术规定性)的推理与论证有效性以及工序的合规性。设计、参数选择、工序控制、建造(制造)、试验检测、故障(缺陷)处置等都是涉及到工程知识可靠性的关键环节,直接影响到工程的结构安全性、耐久性、可维修性和使用功能。

功用性。功用性是工程知识的特有性质,意蕴着工程存在的使用价值所在,旨在符合知识的内在价值属性要求:一是有实用价值和满足工程内在以及外部需求;二是具有结构安全和使用功能,如住宅要适宜居住,电厂要能够发电,大桥要达到通车条件,大坝要具备发电、防洪、航运等效能。所以,满足人类物质需求的优先性为其工程知识的价值取向。美国工程伦理学家戴维斯(Davis M.)说:“工程是制造一些对人类有用和可带来便利的东西。……工程伦理的历史提醒我们,伦理标准和其他工程标准一样,不是一系列发现,而是有用的创造。”[7]古往今来,没有无使用价值或功能效用的工程,工程要讲求效率和投入-产出比及经济性,追求一定约束条件下的极值,达到效用(福利)最大化,实现帕累托最优(改进)。非但如此,工程还蕴含着人对世界的认知、对生活世界的理解及呈现方式。这一切都非常明确地体现了工程知识的功用性。

三、工程知识的特征

工程知识的类型及特征是工程认识论研究的一个重要内容。工程知识的类型按照作用机制可以分为陈述性知识与程序性知识;根据表现方式划分,有显性知识与隐性知识。当然,还有其他一些划分方式,如价值知识与事实知识、理性知识与经验知识等。工程知识无论是以怎样的形态表现,都会呈现出不同于科学知识的一些特征:图示、操作程序、编码、可视化等。

图示。工程知识不像一般语境的科学知识,通过概念、公式、定理、公理等来表征,工程知识除了概念、公式等作为载体外,其大量的语言形式则是图示的方法,如工程的草图、设计图纸(图集)、构造作法、施工平面布置图、工期网络图、专项施工方案涉及的各种施工图(包括详图、大样图)、电路图、流程图等等。从思维方式来看,工程思维也是通过绘图、图示方法等形象思维来生成工程知识的,设计的过程就是工程思维转换为工程知识的过程,即一个把创造性构思进一步具象化、物化的过程。并且,相比文字而言,借助于图形、图示等符号语言往往更能准确、清晰地表达比例、结构-功能关系。以土木建筑工程为例,施工图设计是对建(构)筑物、桥梁、设备、管线、道路等工程对象的几何尺寸、选用材料、强度等级、构造、布置、相互关系和施工及安装质量要求的详细图纸和图说,是指导施工及安装的直接依据。图示的要素与工程世界的组成部分存在着相互的对应关系和一致性,图示就是一些符号语言按照一定的比例排列-组合起来描述工程实体的同构形式。

图示是工程知识的显著特征,工程领域中,离开了制图、图示等工程知识的语言形式,工程是无法实施的。米切姆说:“工程绘图有着独特的语言和用于抽象表达作用的体系,它不仅仅意味着通过内部行为交流而得到的结果;它们还是过程一部分,也是通过这一过程而达到结果的途径。同时,绘图可能是完成更为普遍的模仿工程活动的唯一方式。”[5](P302)工程的建造,其主要依据表现为设计图纸(图集)、工程规范标准等。图示方法的运用为工程的实施提供了方便、简洁、精准的知识形式。

操作程序。工程是人与自然、人与社会之间进行物质、能量和信息变换的载体,其核心是将二维变成三维、方案(图纸)变为实体的造物活动,工程的目的必须通过操作(作业)才能变成现实,没有实际的、程序化的操作,工程就只能停留在工程思维阶段或工程设计阶段。可见,工程思维只有通过操作程序化,才能转化为工程知识;工程设计只有通过操作(作业),才能形成为工程实体。所以,操作行为是工程造物活动的基本内容。程序性知识是一套关于工程的操作步骤和过程的工程知识,主要用来解决“做什么”和“如何做”的问题,用来操作和实践。荷兰工程哲学家布希亚瑞利(Bucciarelli L.)强调:“工程知识的目的在于操作,在于制造,在于生产新的产品。”[8]工程知识作为操作程序性的一类知识类型,从工程的初始状态经过中间状态再到目标状态的操作过程,它遵循工程学原理和运作程序(步骤),其认识和操作过程呈现程序化、流程化特征。美国工程哲学家文森蒂(Vincenti W.)以飞机的埋头铆接工艺为例讨论工程知识的类型时说:“描述性知识是关于事实或实际情况的知识,根据真实性或正确性做出判断。规定性知识是程序知识或实践知识,根据有效性、成败的程度做出判断。……在技术和工程中知识比例如何变化大体上需要详细的研究。就生成的性质而言,它可能很大程度上依赖于各类程序知识。”[9](P246-248)

操作程序化意味着按照工艺逻辑和事实关系,对工作内容、操作方法进行衔接、递进并固化下来,形成规范的工程技术管理流程和工作标准。每一道工序的操作只有通过验收合格才能转序进入下道工序,明显存在对工程规则和工序控制的依赖性(或者依靠性)。工序的控制是保证工程质量、安全的过程控制,不合格的检验批、分项工程严禁转入下道工序,否则,就只有通过纠错、验算或补强、拆除重建合格后才能转序,其过程的控制是极其严谨和有章可循的。文森蒂强调:“标准自身是工程规范的关键所在,它构成了一般工程知识的重要组成部分。”[9](P271)在工程标准等程序性知识中,有强制性标准和推荐性标准以及标准中的强制性条文,标准条文因严格程度不同,用词语境是有明确规定的,例如,表示很严格,非这样做不可的:正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;表示严格,在正常情况下均应这样做的:正面词采用“应”,反面词采用“不应或不得”;表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;表示有选择,在一定条件下可以这样做的:采用“可”。上述这些用词说明表达了程序性知识的规范性要求。

编码。编码是符号学和计算机科学中的一个重要术语。编码是指信息(知识、数据、文字)从一种形式或格式转换为另一种形式的过程,人们在使用符号的时候,往往要对符号进行编码,将符号组合成代码,来表达事物(语言)的意义。迪利(Deely J.)说:“代码是一个可感知成分同一种按照与之相关去理解的客观性之间的关联和搭配活动。”[10]实际上,在工程规则(譬如规范、标准)、工程图纸等工程知识的表述中,大量使用代码、叙述、数值、信息等编码的形式,使得其清晰,有条理。

通过对工程学结构逻辑与功能条件进行编码,产生出标准化信息代码——技术代码、句法代码和语义学代码,应用代码联系各知识要素的方法建立起技术性要素与非技术性要素之间的联系。芬伯格(Feenberg A.)在《技术批判理论》一书中说:“技术代码结合了各种类型代码的要素。它是最基本的规则,在这种规则之下,技术选择得以根据保持操作自主性的需要而做出。”[11]技术代码是在工程领域用技术上连贯的方式解决一般因果关系、逻辑类型和控制形式的问题,这种解决方式为工程活动提供一个范式或样本。代码设计的原则包括标准化、通用性、唯一性、稳定性、便于识别与格式统一。无疑,编码在工程知识中具有重要的意义和作用,通过编码将程序性的知识按照一定的逻辑和事实属性进行编排、选择和组合,从而形成规范化、定制化、导向化的工程知识,用以指导工程设计和施工作业。

可视化。可视化技术最早运用于计算机科学中,并形成了可视化技术的重要分支——科学计算可视化。近年来,可视化技术已开始运用于工程设计和施工中,正在引发工程界的一次革命性的变革,可视化已逐渐成为工程知识的重要特征。工程可视化,利用现代计算机科学和技术,能够把工程数据,包括所获得的数值、图像或是工程设计、施工计算中涉及和产生的工程信息变为直观的,以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的工程具象或工程量呈现在工程人面前,使之能够模拟和计算,其目的在于工程场景的实时生成并显示。正是可视化的模拟和计算,极大地提高了工程控制的可预见性。从哲学上看,工程的可视化是工程现象的一种本质还原,把工程具象还原为一般本质,即把可能在现实中存在的事物还原为意向的本质,寻求虚拟世界与现实世界的关联性、一致性。从普遍意义上讲,工程的可视化知识是可通约的,能够跨越各个工程领域传播与使用。

其中,可视化技术在土木建筑工程得到最广泛应用的就是建筑信息模型(简称BIM),它可优化设计与施工,确保设计的可施工性和施工资源优化配置,通过五维技术——3D+时间+成本的模拟和计算(虚拟施工),可以发现不合理的施工程序、不合理的资源配置、设备(管线)交叉冲突、安全隐患、作业空间不足等问题,及时调整和优化技术方案,减少和根绝设计和施工缺陷(错、漏、碰、缺),有助于实现设计和施工过程中“零碰撞、零冲突、零返工”,从而建成满意的工程,无缺憾的工程。BIM技术通常包括建筑构件建模、施工现场建模、施工设备建模、施工方法可视化、施工方法验证过程、工作空间可视化等。可视化提供了工程思维与工程知识相互转化的现实可能性,使工程知识在人脑与计算机的互动中达到最有效的应用,是工程发展的管理现代化标志。

四、结语

综上,工程知识是工程认识论的一个核心范畴。如果说工程是造物活动,那么工程知识就是与造物活动(操作、建造和使用)相关联的知识,包括规则系统、理论分析与技术装置涉及到的技术性和非技术性要素的知识。工程实践是形成工程知识的源泉和基础。反过来,工程知识作为一种理论形态,又要指导、规范具体的工程实践。正像文森蒂所讲的那样:“工程知识不可能——而且也不会——同工程实践相分离。工程知识,工程知识产生的过程,以及知识所服务的工程活动,这三者的性质,构成一个不可分离的整体。”[9](P324)目前,工程知识的哲学地位、意义远未被充分认识,很多涉及到工程知识的哲学问题还有待探索和阐释。所以,当下需要的是要从工程的主体、客体与知识的相互关系和过程中来对工程知识问题加以分析和研究,揭示工程知识的本质、形态、价值、类型、结构、功能等规律性的东西,探讨工程知识增长与创新的选择、路径、模式、风险等实践问题。

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[11][美]安德鲁·芬伯格.技术批判理论[M].韩连庆,曹观法,译.北京:北京大学出版社,2005:93.

The Nature and Characteristics of Engineering Knowledge from the Perspective of Engineering Philosophy

HUANG Zheng-rong
(Branch No.9,Chongqing Construction Engineering Corporation,Chongqing 400080,China)

Abstract:Through the study of philosophical problems of engineering knowledge,this paper analyzed the links and differences between engineering and scientific knowledge,and revealed the nature and characteristics of engineering knowledge from practical rationality and technological logic.It turns out that engineering knowledge related with creation activities(operation,construction and usage),including rules system,theoretical analysis and technical installations related to technical and non-technical knowledge elements.Essentially,engineering knowledge is a kind of constructive knowledge,including the reason,logic and facts attributes.

Key words:engineering knowledge;scientific knowledge;epistemology;property;feature;engineering philosophy

作者简介:黄正荣(1963-),男,四川宜宾人,高级工程师,主要从事工程技术与项目管理、工程哲学和建筑哲学研究。

收稿日期:2016-01-28

DOI:10.16573/j.cnki.1672-934x.2016.02.003

[中图分类号]N031

[文献标志码]A

[文章编号]1672-934X(2016)02-0019-07