第二章 工程思维与工程理念

第一节 工程与科学技术、产业的关系

一、工程与科学技术

事实上，工程、科学、技术各自具有不同的性质、特征和本质，因而三者是三种不同类型的行为活动。虽然三者之间存在区别，但同时也具有内在的相互关联。一项工程的设计、施工、运行必然受到其所在历史条件下的科学、技术水平的限制而无法逾越；反过来，科学、技术的快速发展必然会对某项工程的性质、规模、用途产生深远的影响，促进其不断发生变革。总而言之，工程与科学、技术三者之间存在着辩证统一的关系。

因此，立足当今科学、技术的发展水平，能够开展一系列工程活动。同时，通过不断地改革创新，可以达到不断促进科学、技术进步，不断提高工程水平的重要现实意义。

（一）工程与科学

1．科学的含义与特点

科学，本质上指的是某种知识或学问。具体而言，科学既是一种理论化、符合逻辑的知识体系，也是一种探索世界、认识真理的实践活动。

概括地说，科学的突出特点和集中体现是“探索发现”。从科学与生活常识、日常经验的区别来看，科学具有“精确性”、“解释性”以及“目的性”三个特征。从科学的活动过程来说，因一个完整的科学过程主要涉及主体、客体和工具三者之间的相互作用，所以科学具有独立于人的“客观性”与不断继承变革的“发展性”两个特点。

2．科学与工程的关系

1）科学是工程的理论基础

工程是一种物质存在，而科学则是一种知识形态。因此，从表面上看，二者并不具有直接的联系，科学似乎无法直接构成工程。实际上，科学是工程活动得以进行的基本要素，是工程的理论基础，也是开展工程必须遵守的原则。

因此，无论是工程的整体，还是工程过程的某一具体环节，都必须以科学为指导，符合科学理论的基本规律。历史实践证明，凡是与科学相违背的工程都无法避免失败的命运。

2）科学是“探索发现”，工程是“集成建造”

虽然，一项工程的顺利完成代表着一个新鲜事物的诞生，但是，构成某项具体工程的基本要素却是已经存在的，并蕴含一定的科学理论。从这一角度来说，科学是独立于人的意识而存在的，工程是通过一系列的集成过程而建造的。因此，科学是一种“探索发现”，工程则是一种“集成建造”。

作为一种集成建造，工程活动的进行必然需要符合一定的科学规律。所以，科学对工程的发展具有积极的促进作用；反之，开展工程活动的过程中出现的新问题、新思路，又会对科学的进步带来正向的影响。正是二者之间的这种双向作用，使得科学、工程始终处于一种动态的变化发展之中。

总而言之，具有“探索发现”特点的科学与具有“集成建造”特点的工程，二者既相互独立，又相互作用，共同构成了一种辩证统一的关系。

3．工程科学

随着科学与工程的联系越来越密切，工程活动越来越复杂，人们在自然科学的基础上分离形成了“工程科学”。工程科学指的是以自然科学中的基础科学为基础，将基础科学与工程技术联系起来而逐渐形成的。与基础科学相比，工程科学具有较强的实践性和特殊性，而抽象性和普遍性较弱。因此，工程科学具有系统科学的特点，是一种复杂的科学，也是一种多学科交叉的综合性科学。

目前，工程科学主要包括系统集成性理论、协同性理论、最优化理论、权衡选择理论以及开放耗散理论。

（二）工程与技术

1．技术的含义与特点

技术指的是通过运用科学的知识理论，在实践活动中形成的方法、工艺、技能的总和。

通常而言，技术主要由三个方面组成，即操作形态、实物形态、知识形态。其中，操作形态指的是主体掌握的、应用于实际操作的主观技术，包括手艺、经验、智能、技能、方法等。实物形态指的是技术得以实现的客观存在与物质手段，例如工具、机器等。知识形态指的是在科学的基础上发展而成的一种新的体系结构。其中，实物形态是技术最直观、最生动的体现；知识形态是技术的基本组成部分。

因此，作为一种利用科学规律、改造自然的方式，技术具有双重属性，即自然属性和社会属性。技术的自然属性指的是任何技术均遵循科学的规律；技术的社会属性指的是技术的产生、应用、发展都要受到社会的具体限制。

2．技术与工程的关系

相比较于科学而言，脱胎于科学的技术与工程之间具有更为密切的联系。在时间上，三者之间存在着“科学—技术—工程”的递进发展规律。

1）技术是工程的基本要素

对于技术而言，工程是将多种不同的技术，即核心技术与支撑技术，进行有序地集成建造的结果。因此，技术是工程的基本要素，技术存在于物化的工程活动中。

作为工程的基本组成要素，技术具有个别性、多样性以及不可分割性的特点。构成工程的多种不同技术要素之间是一种相互独立、相互联系的关系。每一种技术要素都具有各自的特点和作用，对整体具有不可或缺的作用，并处于相对静止的不断发展过程中。多种技术要素之间的这种相互独立、影响、变化、发展的关系，共同构成了工程的统一整体。

在某一项具体的工程活动中，可以进行多种技术选择方案。但需要切实考虑所处的时代背景、技术发展的水平以及技术本身的特质。通过一定的对比取舍，达到对技术要素进行优化组合，并形成工程整体的最终目的。目前，工程主要朝着单一化和集成化两个方向发展。单一化指的是工程逐渐发展成为单一的技术；而集成化指的是工程由数量众多、功能强大的技术集成而来。

2）工程是技术的优化集成

工程的技术优化集成，一方面是指构成工程的技术要素之间存在核心技术与辅助技术的主次之分；另一方面是指技术的集成过程是一种有序地系统组织过程。因此，这种由优化集成的技术构成的工程具有整体的统一性、要素的协调性以及相对的稳定性三个主要特点。

工程是技术的优化集成，还包括在工程活动中对技术这一基本要素进行相应的创新、改造和发明。即通过不断变化发展的技术，达到促进完善工程活动的目的。

值得注意的是，工程是技术的优化集成不是说工程就是技术本身。工程的进行不仅包含了自身所需的技术要素，还涉及其他相关的非技术要素，如经济要素、政治要素、文化要素、环境要素等。所以，工程是自然科学、社会科学与人文科学的综合产物。

3）工程是技术由知识形态向物质形态转化的过程

从本质上说，技术是一种能力体系，工程则是将这种能力体系转化为现实的过程。因此，工程是技术由知识形态向物质形态转化的过程。

3．工程技术

工程技术是一个完整的概念，并无严格区分工程与技术的边界。即工程技术指的是某一特定具体的工程中使用的技术集合以及与工程相关联的技术集合的统称。

与作为工程集成理论状态的工程科学相比，工程技术更侧重于工程集成建构活动的展开与进行。虽然工程技术与工程科学具有一定的区别，但是二者之间也存在着某种关联。二者日益密切的联系，使得工程技术和工程科学相互影响，互为指导。目前，工程技术向着科学化的方向逐渐发展，而工程科学也日趋技术化。通过一定的科学理论，将已有的技术转化为相应的技术科学，并形成系统化、理论化的技术科学体系，再反过来完善提高已有的技术。科学、技术、工程三者相互作用，相互促进，共同完善和发展。

二、工程与产业

（一）产业的相关概念

概括地说，产业是一种社会经济的表现形式。而产业形态指的是某种行业的专业生产与社会服务的总和。产业生产活动是指同类工程的活动过程、运行效果与投入产出，其目标是经济效益和社会效益。

（二）产业与工程的关系

1．工程是产业的物质基础

目前，作为现代社会生产实践活动的主要内容，工程早已成为国家产业发展的基本形式，是产业得以发展的物质基础。

首先，产业类型与工程分类具有相关一致性。一般大型工程活动，如土木工程、化工工程等，均形成了相关的产业。而某些新兴的工程项目则成为了推动产业形成与发展的基本条件。其次，工程的建造和运营构成了产业的表现形式。因此，工程的质量、规模以及水平从侧面反映着产业的发展程度。再者，工程的结果会对产业的格局产生深远的影响。一般而言，工程的施工建设可以推动区域产业结构的快速发展。

2．产业是标准化、可重复性的工程活动

工程活动是一种富有创造性的集成活动。与工程活动不同，产业的本质特征是标准化与可重复性，以达到获取经济效益和社会效益的目的。即通过标准化提高生产效率，通过可重复性不间断地持续生产。在当代，产业的标准化与可重复性的重要体现，就是具有固定生产模式的生产线。

在产业的本质特征中，标准化处于核心地位，也是产业可重复性得以实现的基础。在现代化大生产过程中，标准化对促进科学技术发展与产业进步有着极其重要的作用。需要注意的是，某一具体标准的产生是在实践中产生的，而非一种自然存在。