人人都该懂的工程学

good

你甚至可以把工程师想象为电信或软件专家,他们举行的电话会议或虚拟讨论区让火车旅行变得多此一举;或者是化学工程师,通过某种方式彻底消除了洗衣服这种琐事。 P8

或许正因为我并不是专注于某一特定领域或某一项目的工程师,所以我不会摒弃这种整体思想!本书从工程学以外的视角出发,从广义上看工程学,这或许只是泛泛而论,但其目的是捕捉工程实践对世界产生的巨大、广泛且包罗万象的影响。 P9

哲学也是如此,任何一个人,无论是像苏格拉底那样在市集上漫步,还是独自坐在浴桶中,只要他一天中的大部分时间都在认真思考生命的意义以及如何生活,就可以算是哲学家了。 P13

毕竟,如果没有技术娴熟的结构工程师参与的话,如今人们不会放心地把如此宏伟的建筑项目托付给建筑师和建筑工人。 P14

如今,“engineer”这个词所指的范围更广,不仅仅局限于那些在军队中工作的人了。 P15

然而,巴黎综合理工大学(école Polytechnique)才是第一所教授与如今的工程学最为相似的课程的学校,巴黎综合理工大学成立于1794年,当时名为“中央公共工程学院”(école Centrale des Travaux Publics)。 P16

帕尔默在开幕词中提出了以下观点:就像两个外国人之间的翻译必须理解两者的语言一样,工程师作为哲学家和技工之间的媒介,必须同时拥有实践知识和理论知识。 P17

作为一名工程师,马克在大规模生产流程方面取得了重大进展,他雇用儿子参与建造他最伟大的作品之一——泰晤士河隧道。 P18

人们存在争议的是:布鲁内尔在一些工作领域,并没有获得应有的成功。 P19

工程师大概不会被刻板地认为是出于对他人的仁爱而从事的职业,这种雄心壮志或许只限于医疗等行业。 P20

把工程学视为应用科学的观点,以及该观点所蕴含的关系,有时会让工程师感到难以接受。 P21

实际上,工程学与科学迥然不同,它们出于不同的原因,以不同的方式探索世界。 P22

技术是一个宽泛且具有包容性的概念。 P23

工业设计师的一项重要工作就是考虑如何生产产品,正是这种对生产过程的关注,把工程学引入了设计师的世界,使他们在设计过程中考虑生产过程的成本、效率和组织因素。 P24

? 17世纪后期,法国军队成立“精灵军团”,其中的士兵接受专门的军事技术培训,工程学由此成为一门专业。 P25

工程学分支的发展始于土木工程从军事工程中分离,随后,机械、电气和其他工程团体也从原土木工程师从事的各种工程项目中脱离。 P27

人人都该懂的工程学Engineering:A Beginner’s Guide 科技电子书 第2张

然而,土木工程师并不亲手挖掘隧道或铺设柏油马路,他们作为项目经理,负责管理庞大的工作队伍。 P28

结构工程:更高、更轻、更强土木工程和结构工程是紧密相连的专业,两者都将原本简单的建筑工程提升为规模宏大、雄心勃勃、组织严密的建设项目。 P29

纽约和东京等城市在许多方面展示了结构工程在塑造现代城市面貌方面所做的贡献。 P30

从设计到调试赛车的发动机,机械工程中的“engineer”(工程师)与“mechanic”(机械师)有着密切的联系。 P31

汽车也改变了世界上许多人的生活。 P32

这样的项目是高度复杂的工程,其复杂性不仅体现在技术方面,还体现在工程师和科学家团队的协调方面。 P33

电气工程师在发电、输电和电机方面打下了坚实的基础,电气工程的科学基础在于了解电磁学和物理定律,比如高斯定律把电荷与电场联系起来,弗莱明左右手定则描述了电动机和发电机中运动方向、电场方向和电流方向之间的关系。 P34

爱迪生在新泽西州建立了著名的门洛公园实验室(Menlo Park laboratory)。 P35

在虚拟世界中,人们可以通过制造和销售可用于多人在线游戏的物品来谋生,一些用户则通过为那些空闲时间少的游戏迷“屠龙”来赚钱。 P36

然而,软件现在已成为世界上大多数国家的重要基础设施的一部分,它支撑银行业、零售业和医疗保健行业,并能更好地管理电力和供水等公用事业。 P37

尽管万维网影响巨大,但伯纳斯-李并没有从中获利。 P38

医疗行业也是如此,药品已经从药剂师用杵和臼研磨而成变成了由大型制药厂生产,制药厂批量生产药品,服务于全球市场。 P39

例如,纳米大小的黄金粒子有不同的颜色,比如红色或蓝色,事实上,纳米粒子的这一特性无意中被用于制作彩色玻璃已有几个世纪了,而人们最近才获悉这些效果是如何产生的。 P40

虽然X射线是由著名的物理学家兼化学家玛丽·居里发现的,但是,是工程技术研发了医用X射线诊断工具,并使它们变得更安全、更精确、更便携。 P41

这个领域取得的一个重大成就是仿生手的发明。 P42

? 电气工程负责设计和制造由电力驱动的设备,以及能够传输和分配这些设备的电力的系统。 P43

发明、创新与制造:从概念到现实人们对发明家的刻板形象是一个独自设计出创意性大过实用性的装置的人。 P45

亨利·莫兹利实现了马克的设计,他将这一方法付诸实践。 P46

这个过程的优点是可以快速创建原型,而不是在与有合适设备的制造商联系后,通过机械加工过程来构建原型。 P47

因此,公认的工程科学和数学分析方法是所有新工程工作的起点,为创建安全、实用的产品或系统提供指导。 P48

在工程学中,数学是一种工具,是工程师用来辅助设计和测试的一种方法。 P49

上面引用文字的已暗示,设计是为新的工程产品和系统而产生的想法和计划。 P50

制定规范之后就要进行可行性研究,其中包括对设计进行各种测试:使用上述数学模型或计算机模型的分析测试;在物理模型上进行实验;构建一个原型,根据初始需求对该原型进行测试。 P51

戴森是艺术学院的学生,后来成了工程设计师,以双气旋吸尘器及其他发明而闻名。 P52

其次是经验、物理原型和测试的重要作用。 P53

系统工程学就是要了解系统的本质,以便设计出所需的涌现性,并尽可能排除可能导致系统失败的交互作用。 P54

同样,系统设计阶段所描述的各个部分在构建过程中也是这样组合在一起的,如果有的部分不能正常工作或需要维护的话,是很难将它们取出来的。 P55

风险、不确定性与失败:把控未来“结构工程是一门材料塑形艺术,它把我们并不完全了解的材料塑造成不能精确分析的形状,由此,我们也无法正确评估其受力,这样公众就不会怀疑我们无知到什么程度。 P56

虽然在了解产生不良后果的事件发生的可能性的基础上,可以计算这些事件发生的概率,但是由于情况复杂,任何这样的计算都令人怀疑。 P57

工程师怎样才能避免工程系统的故障,降低其中的风险呢?工程师如何确定风险已经降低了呢?这些将涉及权衡的问题,因为降低风险通常会增加系统的成本,有时还会增加系统的复杂性,这种财务风险必须依据安全风险来权衡。 P58

我们能够容忍多大程度的风险?我们应该花多少钱来消除风险?这类极其困难的问题将在下一章中进行探讨。 P59

交通网络和通信技术使世界变小,这一观点实际上与人们的感觉有关,因为如今长途旅行用时大大缩短,所以人们感觉世界就像一个紧密的整体。 P61

这些下水道设计为向东下倾,利用重力将污水排出城。 P62

马克·布鲁内尔和亨利·莫兹利的创新所带来的发展致使家庭手工业走向衰落。 P63

但对于大多数音乐爱好者来说,音乐的体验可以直接或间接地通过工程产品实现。 P64

罗伯特·穆格——名字印在T恤上的工程师起初,罗伯特·穆格(Robert Moog,1934—2005)喜欢摆弄他父亲(一名工程师)存放在地下工作室的无线电设备,后来他对制作泰勒明电子琴产生了兴趣。 P65

如人类首次登月、“9·11”事件等人类历史上一些重大的事件使全世界人民的注意力集中到一起,在自己家里或办公室收听或观看这些事件的发展。 P66

结构工程师设计轨道及其支承结构,确保它能够承受各种因素造成的力和行驶在轨道上的过山车施加的力;机械工程师负责设计过山车,设计它的疲劳荷载,使它在没有悬架保护的情况下能够承受在硬轮上高速运行带来的应力。 P67

例如,尽管早些时候已有人证明,在知识经济时代工作的人,在技术上能实现远程工作,但在这方面并没有大的发展趋势。 P68

政治决策对于工程研究或开发进展至关重要。 P69

关于开发和使用此类工程应用的决定不能仅仅基于技术考虑,更广泛的公众接受度也至关重要,并且还必须对这项技术的所有方面进行辩论和公开讨论。 P70

在国防工程中,许多工程师会和军方合作,或在军队里工作,或者从事军方资助的项目。 P71

有确凿的证据表明,由于人类活动,大气中二氧化碳的增加会导致气温显著升高,这反过来又会导致海平面上升,造成气候模式的变化,使地球上目前有人居住的地区无法居住。 P72

如果建造风力涡轮机确实给鸟类带来了威胁,我们该如何权衡土著物种的利益与为解决全球气候变化问题做出一些微小贡献带来的价值呢?环境伦理学取得了长足的发展,不过我还没有真正接触到这个领域所讨论的诸多理论和立场。 P73

我们有必要比较不同机构的两套行为准则,以了解为其成员设定的道德原则之间的异同。 P74

5.提高对技术及其适当应用和潜在后果的了解。 P75

但不同的国家有不同的文化,文化和道德紧密地交织在一起,虽然各国对许多行为方式的看法一致,但在一些有争议的道德领域,不同的文化还是有不同的看法。 P76

除市场力量外,政治决策对工程研究或开发进展也至关重要。 P77

工程师并不是单方面地利用其他学科创造知识,这种关系并不是单向的,工程学对科学知识,以及人们对自然界的认识和理解也做出了重大贡献。 P79

要设计列车的控制系统,必须了解驾驶员如何操作列车,哪些控件易于操作,哪些控件难以操作或容易出错。 P80

谷歌如何成功地将一个数学过程转化为一个工程系统,这个故事在一定程度上已为人们熟知,但是,能够将数学函数的简单应用转化为一个大规模运作的过程,并不是谷歌成功的唯一原因。 P81

扫描电子显微镜是由剑桥大学的工程师们开发出来用于商业用途的,而如今已经成为各个科学领域的研究人员必不可少的工具。 P82

资料来源:钻石光源工程学在支持理论科学方面的作用由来已久。 P83

自人类基因组测序得以实现以来,我们就有了“潘多拉的盒子”,可以用来更好地理解个体的生物学特性,了解如何设计治疗方案才能更好地与个体匹配,还可以了解个体与特定疾病的对应程度,从而为积极预防疾病带来希望。 P84

而生物医学工程,也就是创造了像前文描述的仿生手那种装置的学科,做了进一步的工作。 P85

这里的关键概念是能力或技能,这是工程学领域的精髓。 P86

布鲁内尔父子所做的各种设计都很新颖,建造起来也并非易事,它们要求实施者懂得如何建造高效和高质量的机械,以及如何使这些知识适应新设计。 P87

工程师必须利用广泛的知识。 P88

相反,本章将探讨工程学所面临的挑战,这些挑战要么是由于它的遗留问题,要么是由于人们使用工程产品的方式而带来的。 P90

随着时间的推移,基础设施必须满足人口变化的需要,为特定规模的人群建造的系统最终往往要承担更大的用户群体的负担。 P91

例如,干扰一个国家的GPS系统(这对满足人们的日常需求似乎没有那么重要)也可能造成混乱,救护车和应急服务无法到达需要的地方。 P92

例如,在西方世界,通信网络是通过在相邻社区之间铺设电缆和电话线来创建的,这些方法不适用于像非洲这样社区小而偏远的地区。 P93

应对提供安全和清洁能源的挑战,对于解决气候变化问题至关重要。 P94

因此,生物燃料的开发受到严重限制,虽然生物燃料可能是比石油更可持续的资源,但它仍然不能自由使用,甚至不能大量使用。 P95

这里要解决的问题既是一个社会问题,也是一个工程问题,那就是核废料造成的长期风险是否大于气候变化带来的风险。 P96

地球工程是一场豪赌。 P97

章后总结? 工程学给各地区和全球都带来了环境的变化,造成了一系列亟待解决的新问题。 P98

3.Sunny Auyang, Engineering – an Endless Frontier, p. 3.4.Henry Petroski, Invention by Design, p. 2.5.“Who Is Jonathan Ive?” in Business Week, 25 September 2006.021.奥雅纳公司的芭芭拉·莱恩(Barbara Lane)因其在结构火灾分析方面的工作,于2008年被授予英国皇家工程学院银质奖章。 P99

5.这两种规范均于2008年8月从该机构的网站上检索得到。 P100

还有以下人员为本书的不同部分提供了有价值的评论,对此我深表感谢,他们是:伊戈尔·亚历山大(Igor Aleksander)、戴维·安德鲁斯(David Andrews)、布赖恩·戴维斯(Brian Davies)、迈克尔·戴维斯(Michael Davis)、克里斯托弗·埃利奥特(Christopher Elliott)、艾伦·福克斯(Allan Fox)、奈杰尔·吉尔伯特(Nigel Gilbert)、戴维·戈德堡(David Goldberg)、达梅·温迪·霍尔(Dame Wendy Hall)、伊恩·霍华德(Ian Howard)、尼克·詹金斯(Nick Jenkins)、克里斯托弗·肯特(Christopher Kent)、邓肯·迈克尔爵士(Sir Duncan Michael)、约翰·蒙克(John Monk)、拉法埃拉·奥科内(Raffaella Ocone)、理查德·普洛塞克(Richard Ploszek)、约翰·罗伯茨(John Roberts)、克里斯托弗·斯诺登(Christopher Snowden)、马丁·托马斯(Martyn Thomas)、约翰·特恩布尔(John Turnbull)、艾伦·沃克(Alan Walker)和约翰·耶茨(John Yates)。 P106

它从没有疑问之处生出疑问,打破了我们对科学抱有的刻板印象。 P110

除了能看懂它们,还能真正了解它们的美学和艺术价值。 P111

good

标签