工程哲学第八章

第八章工程技术研究的主要方法本章重点：技术预测与技术评估；技术发明创造、技术设计试验的基本方法论。第一节工程技术的研究过程一、工程技术研究的基本过程1、工程技术活动的全过程可粗略分为：应用研究－技术开发－工程设计－工程建造－生产运行－技术服务等若干环节。其中前面四个阶段是最主要的关键环节。2、工程技术研究的主要阶段工程技术研究的主要阶段：课题规划阶段；创造构思阶段；方案设计阶段；研制实施阶段。二、工程技术方法的特点与原则1、工程技术研究方法的基本特点社会性；实用性；经验性；综合性。2、工程技术研究方法的选择原则：需要性与可行性相统一的原则；自然规律与社会规律相统一的原则；技术先进性与经济合理性相统一的原则第二节工程技术预测评估方法一、工程技术研究的预测方法1、工程技术预测及其意义预测：即据已知推测未知，根据事物的过去和现在的状态对其未来发展的方向、趋势、状态和结果的推测。预测的重要性：没有必要的预测或者预测不准确，会导致决策失误而造成损失。准确、科学的预测，是提高政府部门、企业、科研机构决策质量的重要基础。正确预测所带来的不但有长远社会效益，也有直接经济效益。据估计，科技预测费一般只占科研投资的1%，但每元预测费可以获得约50元的经济效益。如：新建一个大型化工联合企业，从设计到投产需10年左右时间，如不能在设计时预见到化学工业10年后的发展状况，就可能使企业不等竣工便已过时。（比如“铱星”的辉煌与破产）例1：苏联在50年代把电子管的小型化作为电子技术的主攻方向，没有预见到半导体技术的发展趋势，微电子技术起步迟缓，造成计算机工业落后。例2:1954年苏联首先建成世界上第一座可控核反应堆，50年代末开始大规模兴建核电站（石墨堆），但后来技术的发展方向是轻水及重水反应堆。例3：上世纪90年代，日本致力于模拟电子技术的发展，缺乏对数字电子技术的预见，结果被美国抢得了先机。中国的情形：成功的预测：半导体与计算机技术，在新中国建立后不久即开始跟踪研究，因此跟西方先进国家相比落后时间并不算很长；不成功的预测：对工业发展速度和方向的错误估计，导致“大跃进”、大炼钢铁、深耕密植技术的发动；60年代火箭与飞机技术的争论；70年代末理论物理的发展趋向等。技术预测基本特点：概率推断特点；结论误差特点；可检验性特点。2、工程技术预测的理论基础技术具有很强的继承性；技术发展总要表现为一个过程；技术之间存在着密切的相互联系；技术预测中存在着两对矛盾：连续和突变的矛盾，随机与约束的矛盾。3、工程技术预测方法的逻辑类型逻辑上可把预测方法分类推、归纳、演绎三类：1）类推性预测：指两个技术系统之间具有相同或相似特征，已知其中一个技术系统的发展变化过程，推出另一个技术系统的发展趋势。例：军用与民用飞机的速度具有相关性，上世纪20年代，军用飞机的速度领先民用5年，50年代领先11年，70年代领先15年，据此可以由军用飞机速度类推民用飞机速度的变化趋势。类推预测方法的逻辑基础是类比推理，是一种从个别到个别的逻辑方法，虽然具有较大的创造性，但其结论的正确与否具有或然性。（原因：类比推理并非严格的逻辑通道）2）归纳性预测：从各种不同的个别预测判断和陈述出发，经过归纳推理的逻辑步骤，概括出关于未来普遍的判断和陈述的过程。但是由于归纳方法本身存在的局限，所得的预测结论肯定带有或多或少的或然性。3）演绎性预测：其逻辑基础是演绎推理。它是根据有关预测对象的历史及现状的资料数据建立相应的数学模型，并运用数学方法求解各种待定系数，从而得到一条预测对象发展趋势的曲线，并进一步外推获得预测对象未来特征的相关参数。比如：水坝水利工程中对水坝强度的要求，防洪排水量、发电量以及相关的经济效益等的预测。二、工程技术研究的评估方法1、工程技术评估的意义工程技术评估：按照一定的价值标准，预先从各个方面系统地对技术实践的利弊得失进行综合评价。工程技术评估以社会总体利益最佳化为目标，不仅重视技术实践带来的直接利益，还同时注意潜在的、高次级的、不可逆的消极后果。它着眼于人与技术、社会与技术的关系，着力于长期的、重大的、全局性的问题。技术评估是系统的、有序的、期望指导行动和未来的一项活动，与局部的、单项的技术方案评价不同，受到不同国家和地区政治、经济、文化等社会因素的影响，表现出长期性、综合性、社会性、批判性的价值取向。比如，都江堰水利开发工程；澜沧江流域水利开发等，涉及不同地区民族文化传统、经济利益、政治因素的影响。2、工程技术评估的原则与程序基本原则系统性原则；客观性原则；可行性原则；动态性原则。工程技术评估的七个步骤明确评估目的；掌握技术概要；了解问题和环境；分析潜在影响（技术评估核心环节）；查明非容忍性影响；制订改良方案；综合评价。3、工程技术评估的常用方法矩阵技术法；效果分析法；多目标评估法；环境评价法；技术再评估法。例：三门峡工程半个世纪成败得失1955年7月，全国人大全票通过了《关于根治黄河水害和开发黄河水利的综合规划的报告》。1956年，苏联专家进一步完成了《三门峡工程初步设计要点》，建议水库的正常水位360米，这意味着必须淹没农田333万亩，移民90万。1957年，国家建委会同意了360米方案。中国水利史上第一座高坝大库———三门峡水电站开始修建。2003年秋，陕西渭河下游5年一遇的小洪水，导致了50年不遇的大洪灾。两院院士张光斗与水利部前部长钱正英对此发言：祸起三门峡！三门峡水电站是个错误，理当废弃。事实上，从三门峡水库规划起就一直存在的上下游利益的对立。如按陕西省的要求，三门峡水库全年敞泄，水位大跌后，库区形成已久的供水、灌溉链条就会中断，因此受损的将主要是山西与河南两省。可见，任何一项重大工程技术的决策，科学预测和评估是何等重要，但又是何等艰难。对比：埃及阿斯旺高坝以及我国西南地区近几年建坝与反坝的争论；荆江防洪大堤等。第三节工程技术研究的发明创造方法一、工程技术发明的一般过程技术发明的主要步骤一般包括：1、提出技术目的：实现某种技术目标、社会目标或经济目标等。技术发明创造的起点，首先是确定技术问题，其次是明晰技术要求，再次是分解次级目标。如提高通信质量和效率的光纤通信技术，可以分解为光导材料、激光发射、接收装置等若干下一层次目标，以利分别攻克技术难题。2、构思技术原理：如何从已知的科学技术知识来实现技术目标。是技术发明中最核心也最富创造性的环节。如瓦特提出提高蒸汽机热效率的分离式冷凝器原理，就是以潜热理论和纽可门机为基础的。3、物化技术构思：从原理构思到设计制造，最终形成物质形态的样品。这是一项技术发明最终完成的标志。物化过程同时也是对技术原理和技术方案的科学性、可行性的验证过程。如果最终不能获得实用的技术实体，就不能认为技术发明的实现。二、技术原理构思的常见类型1、原理推演型：从最基本的科学原理到具体的处理方法－技术原理。如受激辐射原理提出后，要经过微波波谱学更为具体的原理阶段，最后才形成微波放大器的技术原理。现代技术创造发明的一个重要特点是越来越依赖于自然科学的进步，因而原理推演也就成为技术构思中最为重要和普遍的一种方法。2、实验提升型：从实验室操作到应用。如电磁感应的实验，产生了电机技术的基本原理；爱迪生效应的发现，成了电子管技术原理的先兆等。现代技术的发明到应用大多经历从实验室向生产企业提升的转变。从实验中提升技术原理，关键是对实验现象的挖掘和提炼，因为实验本身所蕴含的技术原理，大多数情况下是以经验形态表现出来的，没有理论的洞察力和敏锐的创新意识，难以搞清经验现象背后的机理，也无法获得新的技术原理。（如古代凭偶然累积的“经验技术”到“汉芯1号”等。）3、原理改进型：对原有技术原理，根据不同应用条件的改进。如传统的材料力学原理对机械结构的强度计算是以材料内部没有缺陷为前提的。这一原理用于技术，在常规压力、温度等条件下不会发生问题，但在特殊的环境条件下内部的微缺陷会引起致命性脆断。断裂力学的原理取代传统材料力学原理就成为必然，并且直接影响新的技术方案形成。例：我国第二颗实验导弹发射的失败，是由于在第一颗导弹基础上加长加重而没有考虑到其结构的相应调整。4、生物模拟型生物模拟首先是根据生物的结构与功能特性建立生物模型，进而用数学形式将生物模型变换为数学模型，最后以电子线路、机械结构、化学结构把数学模型发展为具有某种功能的技术模型。5、移植综合型如激光技术就是微波技术、光学技术、量子放大技术、真空技术、自动控制技术综合移植的成果。6、要素置换型如时钟系统中有周期摆动器、联接装置、示数装置几个部分，而摆动器这一部分(要素)就有平衡摆轮、石英晶体，音叉、磁控摆动器等多种型式，虽然依据的原理迥然不同，但功能相似可以置换，最终新的要素与时钟系统组合，出现了不同技术原理的新颖钟表产品。三、常用的发明创造技法1、提出问题的技法提出问题方法在技术发明中常用的有列举法，有设问法等。2、解决问题的技法最具代表性的解决问题创造技法有智力激励法（头脑风暴法），联想创新法，类比创新法，组合创新法，等。3、程式化创造技法在创造中可以按逻辑程序加以编排、借助符号系统可以设计成为发明专家系统的方法为程式化方法。如前苏联发明家阿里特舒列尔提出的发明解题程序大纲——物场分析法，使得解决发明问题可以“按公式”进行，对发明创造的思维过程加以有效组织，以提高发明效率。四、利用专利文献的发明创造在确定研究主题后，通过检索相关的专利文献进行定性和定量的分析，了解该技术现在所处的发展阶段，未来的发展方向，与该技术相关联的技术领域，从而选择技术开发的方向。专利利用与发明案例例一：1946年美国制造照相和复制器材的小企业哈洛依德公司，从1944年发表的一件专利说明书中发现了静电复印技术，根据经验认识到它的广阔市场前景，立即进行更大规模的专利检索，并投入力量开发，结果研制出世界上第一台商业应用的静电复印机。例二：20世纪70年代，世界上发表了大量关于半导体无触点开关及相关技术的专利文献，黑龙江大学半导体敏感器件研究室组织力量，调查了国外从1971年到1980年长达十年的该技术领域的几乎全部专利文献，并根据国内的技术需要进行开发，研制成功了性能良好的3CCM硅磁敏晶体管。例三：日本的丰田佐吉为了寻找对企业有用的技术，订阅了登载全部技术类别发明和实用新型的日本政府专利公报，还购买了其它国家政府的专利公报，如购买从1867年开始的英国专利局专利说明书摘要等。通过持续不断的研读，发现了用蒸汽动力驱动织布机的各种技术手段，获得“蒸汽机驱动织布机”的发明成功。使当时以棉纺工业著称于世的大英帝国不得不向日本购买专利许可。例四：英国研究发展公司在1960年提出了一项材料增强剂碳纤维的发明专利申请，要求保护其由聚丙烯晴制作的碳纤维材料。这份发明专利文献由于申请保护的范围狭窄，为他人提供了进一步拓展发明的技术脉络。结果，许多同行企业竞相投入研究，并申请了用树脂、用人造丝等材料制作碳纤维的专利。利用专利文献调查分析有助于积极慎重引进先进适用技术案例：例一：我国曾计划引进一批联邦德国的矿用设备，预算订货费将达4亿美元。在谈判过程中，我方组织专业人员从专利文献中对德方的矿用设备现状及技术水平进行调查分析和评价，结果发现德方的设备并不先进，尤其是使用性能不适应我国矿区的实际需要。主管部门了解这一情况后，及时终止了谈判，避免了损失。例二：我国拟引进英国波尔金顿公司的浮法平板玻璃生产技术，英方开口索要的入门费是2500万英镑。我方为核实英方索价的依据对专利文献进行全面调查，掌握了该公司实际拥有的专利法律状态，发现我国需要引进的专利技术，许多已经超过保护期限失效了。我方据此与英方重新谈判，最后入门费降到52.5万英镑，前后相差近50倍。例三：天津石棉制品厂与美国斯坦高公司洽谈合资生产刹车块布。开始美方提出项目总投资700万美元