呂方梅 王新華 沈景鳳 李天箭

摘 要：工程設(shè)計(jì)學(xué)不但凝結(jié)了人類工程設(shè)計(jì)實(shí)踐活動的自然科學(xué)智慧，而且蘊(yùn)含了豐富的哲學(xué)思想。該文從哲學(xué)的視角思考工程設(shè)計(jì)學(xué)的基本研究要素，論述工程設(shè)計(jì)學(xué)中的系統(tǒng)論、矛盾論和辯證思維等哲學(xué)思想，為工程設(shè)計(jì)活動開拓了新思路，也為工程設(shè)計(jì)教育中的哲學(xué)思維培養(yǎng)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì)學(xué) ?哲學(xué)思想 ?系統(tǒng)論 ?矛盾論 ?辯證思維

中圖分類號：G633.66 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0081-02

人類在長期改造自然世界的實(shí)踐過程中，逐漸積累了相關(guān)學(xué)科的自然科學(xué)知識、設(shè)計(jì)理論和方法，形成了工程設(shè)計(jì)學(xué)的理論體系?？梢哉f，工程設(shè)計(jì)學(xué)來源于人類解決自然問題的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐積累，并致力于更好地解決工程設(shè)計(jì)問題。

在人類的工程設(shè)計(jì)活動過程中，離不了哲學(xué)問題的思考。工程設(shè)計(jì)學(xué)與哲學(xué)之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系。該文從哲學(xué)的視角分析工程設(shè)計(jì)的對象、過程與方法，分析機(jī)械領(lǐng)域工程設(shè)計(jì)學(xué)的主要研究內(nèi)容，闡明工程設(shè)計(jì)學(xué)所蘊(yùn)含的哲學(xué)思想。

1 工程設(shè)計(jì)學(xué)與哲學(xué)的關(guān)系

工程設(shè)計(jì)學(xué)又稱設(shè)計(jì)方法學(xué)，通常認(rèn)為其作為一門獨(dú)立學(xué)科形成于20世紀(jì)60年代。為滿足各應(yīng)用領(lǐng)域在工程設(shè)計(jì)方面的發(fā)展需求，在總結(jié)機(jī)械、建筑、化工、水利等工程設(shè)計(jì)方面的理論、方法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合系統(tǒng)工程學(xué)、價值工程學(xué)、創(chuàng)造工程學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和決策學(xué)等自然科學(xué)和社會科學(xué)的多種理論建立起來工程設(shè)計(jì)學(xué)。其理論發(fā)展經(jīng)歷了圖1所示的3個階段。第一個階段是人類社會早期的自發(fā)設(shè)計(jì)階段，又稱直覺設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)過程主要依靠直覺摸索和設(shè)計(jì)靈感，大大依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。第二個發(fā)展階段是16世紀(jì)后，隨著數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)自然科學(xué)的充分發(fā)展，人類在工程設(shè)計(jì)過程中開始自覺應(yīng)用自然科學(xué)知識，設(shè)計(jì)過程由自發(fā)階段走向自覺階段，工程設(shè)計(jì)學(xué)理論逐漸建立形成，設(shè)計(jì)的可靠性大大增加。第三個階段是計(jì)算機(jī)輔助的現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)過程面向制造、分析、工藝等，并向著智能化設(shè)計(jì)發(fā)展。

工程設(shè)計(jì)學(xué)理論研究領(lǐng)域廣泛，研究者對理論內(nèi)涵的認(rèn)識也不一樣。廣義上的工程設(shè)計(jì)學(xué)研究各種工程設(shè)計(jì)中所共有的問題，總結(jié)和探討各工程普遍適用的一般原理、規(guī)律和方法，而不局限于具體討論某個工程專業(yè)的設(shè)計(jì)原理和方法。但總的來說，工程設(shè)計(jì)學(xué)來源于人類長期的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐活動積累，其理論研究內(nèi)容也圍繞著如何指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)活動展開。在工程設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者不僅要解決自然領(lǐng)域的問題，而且常常需要面對如何處理人與自然的關(guān)系這一社會學(xué)問題，即解決人與自然的關(guān)系等社會領(lǐng)域的問題，也就是說，工程設(shè)計(jì)活動離不開哲學(xué)問題的思考和哲學(xué)思維的指導(dǎo)。工程設(shè)計(jì)學(xué)從雛形形成之初到不斷發(fā)展的過程都蘊(yùn)含著辯證唯物主義的世界觀和方法論，這些哲學(xué)思想及思維方式貫穿在工程設(shè)計(jì)學(xué)的理論研究中，體現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)學(xué)的研究內(nèi)容和要素中。

2 工程設(shè)計(jì)學(xué)中貫穿哲學(xué)思想

在工程設(shè)計(jì)學(xué)的理論與方法中，貫穿著系統(tǒng)論、矛盾論以及辯證思維等哲學(xué)思想，這些哲學(xué)思想貫穿在工程設(shè)計(jì)的各基本要素中，例如設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)過程的模式，設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新等。

2.1 工程設(shè)計(jì)學(xué)中的系統(tǒng)論思想

工程設(shè)計(jì)學(xué)中的系統(tǒng)論思想首先表現(xiàn)在設(shè)計(jì)對象的功能結(jié)構(gòu)是一個系統(tǒng)。例如，在機(jī)械領(lǐng)域，作為設(shè)計(jì)對象的機(jī)械產(chǎn)品通常是由若干機(jī)械要素組成，彼此間有機(jī)聯(lián)系，并能完成特定功能的機(jī)械系統(tǒng)。從功能結(jié)構(gòu)來講，機(jī)械系統(tǒng)主要由圖2所示的幾個要素組成，包括動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和支撐潤滑等輔助系統(tǒng)。不管是簡單設(shè)計(jì)對象還是復(fù)雜設(shè)計(jì)對象，設(shè)計(jì)對象的各個組成部分都相互聯(lián)系、相互作用，同時又有機(jī)地組成一個整體。

其次，從設(shè)計(jì)對象的功能屬性及其實(shí)現(xiàn)來看，機(jī)械系統(tǒng)的某些功能在實(shí)現(xiàn)過程中，必然與外界環(huán)境發(fā)生關(guān)系，因此，基于功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時，需要把人、機(jī)器和環(huán)境視為一個系統(tǒng)，從大工程的視角考慮人、機(jī)器及環(huán)境三者之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，即把設(shè)計(jì)對象從純粹的技術(shù)系統(tǒng)升級到人機(jī)系統(tǒng)后進(jìn)行全局設(shè)計(jì)。

再次，工程設(shè)計(jì)學(xué)中的系統(tǒng)論思想還表現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程和方法的系統(tǒng)性。所謂系統(tǒng)化設(shè)計(jì)即采用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行分析和綜合，把總的設(shè)計(jì)任務(wù)分解為若干子任務(wù)，并按照設(shè)計(jì)進(jìn)程有步驟地執(zhí)行各級設(shè)計(jì)任務(wù)，各子任務(wù)既相互獨(dú)立，又彼此聯(lián)系，綜合各子任務(wù)在一起完成總設(shè)計(jì)任務(wù)，表現(xiàn)出系統(tǒng)的層次性特點(diǎn)。在德國學(xué)者Pahl和Beitz合著的《工程設(shè)計(jì)學(xué)（Konstruktionslehre）》中按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想，提出工程設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程模式，把設(shè)計(jì)進(jìn)程分為明確任務(wù)、概念設(shè)計(jì)、具體化設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)4個階段，每個階段制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)步驟，按照這些步驟完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，制定工程設(shè)計(jì)的一般模式，規(guī)范設(shè)計(jì)過程的條理性，體現(xiàn)出系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的思想。

工程設(shè)計(jì)學(xué)中的系統(tǒng)性特點(diǎn)要求設(shè)計(jì)者能夠從整體觀和全局觀進(jìn)行分析、評價、完成工程設(shè)計(jì)。優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目也都是把人、技術(shù)系統(tǒng)和環(huán)境之間的關(guān)系納入到設(shè)計(jì)考慮要素，從而體現(xiàn)出人-機(jī)一體化設(shè)計(jì)的哲學(xué)思想。

2.2 工程設(shè)計(jì)學(xué)中的矛盾論思想

矛盾作為一種普遍現(xiàn)象存在于許多工程研究問題。例如，在機(jī)械生產(chǎn)線中生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量性能形成一對矛盾;在機(jī)械運(yùn)動與動力性能問題中，動力與摩擦阻力形成一對矛盾;在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，強(qiáng)度性能與輕量化性能形成一對矛盾，等等。在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也不可避免地要面對各種矛盾，綜合各種矛盾的影響進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時，凸輪的基圓半徑和壓力角之間構(gòu)成一對互相矛盾的設(shè)計(jì)約束參數(shù)。從凸輪輕量化角度出發(fā)，基圓半徑小更好，但是基圓半徑小會導(dǎo)致凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角變大，傳動性能變差;若是從傳動性能好角度出發(fā)，就要保證壓力角小，但會引起基圓半徑變大，導(dǎo)致凸輪結(jié)構(gòu)的尺寸和材料變大。因此設(shè)計(jì)凸輪時需要綜合兩種矛盾參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常在滿足壓力角設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上再減小凸輪基圓半徑。

工程設(shè)計(jì)學(xué)中的矛盾論還體現(xiàn)在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新過程。產(chǎn)品創(chuàng)新是工程設(shè)計(jì)的核心，在工程領(lǐng)域中矛盾推動了技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品創(chuàng)新。工程設(shè)計(jì)過程中，矛盾的產(chǎn)生和解決構(gòu)成了工程技術(shù)進(jìn)步的內(nèi)在驅(qū)動力，推動了工程技術(shù)系統(tǒng)的不斷發(fā)展和演化。

既然矛盾普遍存在于工程設(shè)計(jì)問題并貫穿于工程技術(shù)進(jìn)化的始終，在解決工程設(shè)計(jì)問題時，必須處理好矛盾體中的對立統(tǒng)一關(guān)系，應(yīng)用辯證思維方法分析和解決矛盾。

2.3 工程設(shè)計(jì)學(xué)中的辨證思維

恩格斯說：“一個民族想要站在科學(xué)的最高峰，就一刻也不能沒有辯證思維。”作為科學(xué)實(shí)踐活動中一種重要的思維方式，辯證思維在工程設(shè)計(jì)中也具有重要作用，并體現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)學(xué)理論中。

首先，設(shè)計(jì)者在工程設(shè)計(jì)過程要正確審視人與自然之間的對立統(tǒng)一關(guān)系，基于辯證思維宏觀考慮工程設(shè)計(jì)。無論是古人提出的“天人合一”設(shè)計(jì)理念，還是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論中的綠色設(shè)計(jì)，都要求設(shè)計(jì)者充分考慮工程設(shè)計(jì)活動對資源和環(huán)境的影響，并在工程設(shè)計(jì)、工程評價和工程決策中，自覺運(yùn)用辯證的、哲學(xué)的思維方式科學(xué)解決工程中的對立統(tǒng)一辯證關(guān)系。

其次，工程設(shè)計(jì)中的辯證思維體現(xiàn)在設(shè)計(jì)理論與工程實(shí)踐的統(tǒng)一。工程設(shè)計(jì)學(xué)中的理論來源于人類長期的工程實(shí)踐活動，并為更順利地展開工程活動為目的，設(shè)計(jì)理論的科學(xué)性也以工程實(shí)踐為衡量標(biāo)準(zhǔn)。在工程設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者要正確看待理論與實(shí)踐之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系，既要重視設(shè)計(jì)理論對工程實(shí)踐的指導(dǎo)作用，又要強(qiáng)調(diào)“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)性。

最后，辯證思維的一些基本方法如分析與綜合、抽象與具體、歸納與演繹等幾乎應(yīng)用到各個領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)中。例如，在機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者需要對設(shè)計(jì)資料、功能需求等進(jìn)行綜合與分析研究;在動作構(gòu)思與機(jī)構(gòu)選型階段，不斷應(yīng)用到抽象與具體的思維方法構(gòu)思產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)雛形。

3 工程設(shè)計(jì)教育中應(yīng)注重哲學(xué)思維的培養(yǎng)

工程設(shè)計(jì)學(xué)來源于工程設(shè)計(jì)實(shí)踐活動，并致力于解決工程設(shè)計(jì)問題。該文從哲學(xué)視角分析工程設(shè)計(jì)學(xué)的主要研究內(nèi)容，論述哲學(xué)思維與工程設(shè)計(jì)的研究理論之間具有密不可分的內(nèi)在聯(lián)系。哲學(xué)思維不但對于工程設(shè)計(jì)活動具有重要指導(dǎo)意義，而且為工程設(shè)計(jì)教育中的哲學(xué)思維培養(yǎng)提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] G.帕爾，W.拜茨.工程設(shè)計(jì)學(xué)—學(xué)習(xí)與實(shí)踐手冊[M].張直明.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2] 陳德志，張翔.設(shè)計(jì)方法學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù)，2009（S1）：20-23.

[3] 毛謙德，Gerhard Pahl.Wolfgang Beitz與工程設(shè)計(jì)學(xué)[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報，2009（4）：237-241，246.

[4] 雷慶，王敏.從課程視角看工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)[J].高等工程教育研究，2011（5）：152-156.

[5] 丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.