前言什麼是工程學

01 工程學的歷史與發展

工程學的悠久歷史

工程行業的出現

工程學與工程師

工程學與科學

工程學與其他技術

02工程的世界與世界的工程

土木工程:創建城市，改變鄉村

結構工程:更高、更輕、更強

機械工程:從火車到 1000 制動馬力

電氣工程與電子學:電力的普及化

信息與通信技術:策劃一場新的革命

化學工程、材料科學與納米技術

生物醫學工程:成像、修復與監控

03工程師的思維與方法: 工程學的核心要素

發明、創新與制造:從概念到現實

科學、數學與計算:建模、預測、測試

工程設計:從需求到解決方案

繫統和復雜性:湧現、不可預測性與人為因素

風險、不確定性與失敗:把控未來

04 工程學與社會

工程學如何塑造社會

娛樂業中的工程學

社會如何塑造工程學

工程學中的倫理責任

遵守規範:工程師的道德準則

05 我“修”故我在:工程學與知識

工程學所必需的非技術知識

追求知識:支持科學發展的工程學

哲學工程:了解我們的思想

工程知識的獨特之處

06 傳承與發展:工程學的過去與未來

基礎設施老化

工程能力

能源挑戰

調節氣候

結論:工程學的局限性?

注釋

推薦閱讀書目

參考書目

致謝

什麼是工程學

什麼是工程師?當你想像工程師時，腦海裡會出現什麼?是那個讓困在車站的火車開動的人嗎?還是那個修理不能排出污水的洗衣機的人呢?

或許這樣的想像更恰當:工程師是設計和監造在車站蓄勢待發的復雜機器零件的人，也有可能是設計和管理交通基礎設施的人，而車站或鐵路段隻是其中的一部分。工程師可能是復雜水泵的設計者，可能是洗衣邏輯控制程序的設計者，也可能是設計和制造大型家電的企業管理者。

你甚至可以把工程師想像為電信或軟件專家，他們舉行的電話會議或虛擬討論區讓火車旅行變得多此一舉;或者是化學工程師，通過某種方式徹底消除了洗衣服這種瑣事。實際上，工程師仍在努力實現後者，但目前還隻是一種希望。

工程學涵蓋了一繫列涉及範圍極其廣泛的活動。工程師負責汽車、電腦、電話和真空吸塵器等日常用品的設計、生產和維護，也負責航天飛機和腎透析機等非日常用品的設計和生產。他們還負責直觀上根本不是物品的事物:公路和鐵路繫統、輸送水電的管道和電線網絡、支持移動電話的蜂窩網絡，以及每天處理數百萬筆金融交易的 IT 繫統。從設計某種設備的小部件到管理整個設計項目，再到監督施工現場和生產線，工程師的工作涉及諸多層面。雖然並不是所有被稱為工程師的人都被這個行業認可為工程師，但“工程師”作為一個標簽，其廣泛性可能超越了“科學家”。

由於其廣泛性，寫一本工程學方面的書籍似乎是不太可能的。尤其是對於在工程學某一領域內工作(如廢水處理領域)，且對這一領域所有的細節和復雜性已了如指掌的工程師而言，用一本簡短的書介紹工程學的“全部”可能是不可思議的。或許正因為我並不是專注於某一特定領域或某一項目的工程師，所以我不會摒棄這種整體思想!

本書從工程學以外的視角出發，從廣義上看工程學，這或許隻是泛泛而論，但其目的是捕捉工程實踐對世界產生的巨大、廣泛且包羅萬像的影響。我希望以這種方式，來傳達一個雖尚未涉足工程學的實質，但卻與這一領域的從業者進行過合作的人對工程學的敬畏之心。

我的意圖是，讓非工程學領域的從業者從這本初學者指南中了解工程學在塑造生活方式、文化、社會、知識中所發揮的作用，讓大家知道，工程學或許與科學和藝術一樣，發揮著巨大的作用。我希望工程師閱讀本書之後會對工程學的全貌有全新的、啟發性的理解，並帶著這種理解處理日常生活中的細節和局部問題。工程師十分關心自己的職業，我希望這本書能夠傳達出工程師對自己所從事的工作抱有的信念。

本書還有一個目的，那就是體現工程師和工程學在提高人們生活品質方面所起的至關重要的作用。例如，氣候變化影響全球的每一個人，因而迫切需要采取措施以減緩其進程、減輕其影響，開發更清潔的能源生產方式，以更節能的方式進行供熱、制冷、旅行、計算等基本活動。盡管世界各地的政治家們達成了減少碳排放的目標，並訂立了應對氣候變化的協議，但是將這些承諾和良好意願變為現實方面發揮重要作用的是工程師。

下面的章節將帶領大家領略工程產品的許多成就，了解工程學給我們居住的世界留下的印記，以及工程師對現在和未來產生的影響，無論是好是壞。本書不是對工程學的介紹，而是對基礎工程實踐的描述。相反，本書試圖概述工程學的特點——如果有的話。本書著眼於工程師面臨的各種問題、工程學應對各種挑戰的方法，以及工程學在通過不懈努力改善人們生活方式的過程中對人類知識做出的貢獻。本書將歌頌常被忽視的工程成就，批判工程實踐可能造成的損害，也將指出工程師未來面臨的挑戰。工程師將在解決世界面臨的一些巨大挑戰上扮演主要角色。

本書從社會學和哲學的角度出發，就工程師的角色和責任提出了許多問題，同時也回答了許多問題。我希望本書能為非工程師(還有非數學家和非物理學家)所用，向讀者展示從工程學中可以學到的東西是多麼豐富。

這是同類書中*好的一本，對工程學進行了大膽而全面的介紹。

——史蒂文福勒

英國華威大學社會學教授

一本非常好看的書。書中充滿了有趣的故事，對創新與創造感興趣的人來說，讀這本書是一種享受。

——達梅溫迪.霍爾

英國南安普頓大學計算機科學教授、英國計算機協會會長

這本書對工程師的想法和行為講解得非常全面。

——伊戈爾. 亞歷山大

倫敦帝國理工學院名譽教授

不僅僅是對工程師，娜塔莎.麥卡錫向我們所有人提出了挑戰，要我們對越來越豐富的設計世界的方式負責。

——卡爾.米查姆

技術哲學家、美國科羅拉多礦業學院教授

什麼是工程學

什麼是工程師?當你想像工程師時，腦海裡會出現什麼?是那個讓困在車站的火車開動的人嗎?還是那個修理不能排出污水的洗衣機的人呢?

或許這樣的想像更恰當:工程師是設計和監造在車站蓄勢待發的復雜機器零件的人，也有可能是設計和管理交通基礎設施的人，而車站或鐵路段隻是其中的一部分。工程師可能是復雜水泵的設計者，可能是洗衣邏輯控制程序的設計者，也可能是設計和制造大型家電的企業管理者。

你甚至可以把工程師想像為電信或軟件專家，他們舉行的電話會議或虛擬討論區讓火車旅行變得多此一舉;或者是化學工程師，通過某種方式徹底消除了洗衣服這種瑣事。實際上，工程師仍在努力實現後者，但目前還隻是一種希望。

工程學涵蓋了一繫列涉及範圍極其廣泛的活動。工程師負責汽車、電腦、電話和真空吸塵器等日常用品的設計、生產和維護，也負責航天飛機和腎透析機等非日常用品的設計和生產。他們還負責直觀上根本不是物品的事物:公路和鐵路繫統、輸送水電的管道和電線網絡、支持移動電話的蜂窩網絡，以及每天處理數百萬筆金融交易的 IT 繫統。從設計某種設備的小部件到管理整個設計項目，再到監督施工現場和生產線，工程師的工作涉及諸多層面。雖然並不是所有被稱為工程師的人都被這個行業認可為工程師，但“工程師”作為一個標簽，其廣泛性可能超越了“科學家”。

由於其廣泛性，寫一本工程學方面的書籍似乎是不太可能的。尤其是對於在工程學某一領域內工作(如廢水處理領域)，且對這一領域所有的細節和復雜性已了如指掌的工程師而言，用一本簡短的書介紹工程學的“全部”可能是不可思議的。或許正因為我並不是專注於某一特定領域或某一項目的工程師，所以我不會摒棄這種整體思想!

本書從工程學以外的視角出發，從廣義上看工程學，這或許隻是泛泛而論，但其目的是捕捉工程實踐對世界產生的巨大、廣泛且包羅萬像的影響。我希望以這種方式，來傳達一個雖尚未涉足工程學的實質，但卻與這一領域的從業者進行過合作的人對工程學的敬畏之心。

我的意圖是，讓非工程學領域的從業者從這本初學者指南中了解工程學在塑造生活方式、文化、社會、知識中所發揮的作用，讓大家知道，工程學或許與科學和藝術一樣，發揮著巨大的作用。我希望工程師閱讀本書之後會對工程學的全貌有全新的、啟發性的理解，並帶著這種理解處理日常生活中的細節和局部問題。工程師十分關心自己的職業，我希望這本書能夠傳達出工程師對自己所從事的工作抱有的信念。

本書還有一個目的，那就是體現工程師和工程學在提高人們生活品質方面所起的至關重要的作用。例如，氣候變化影響全球的每一個人，因而迫切需要采取措施以減緩其進程、減輕其影響，開發更清潔的能源生產方式，以更節能的方式進行供熱、制冷、旅行、計算等基本活動。盡管世界各地的政治家們達成了減少碳排放的目標，並訂立了應對氣候變化的協議，但是將這些承諾和良好意願變為現實方面發揮重要作用的是工程師。

下面的章節將帶領大家領略工程產品的許多成就，了解工程學給我們居住的世界留下的印記，以及工程師對現在和未來產生的影響，無論是好是壞。本書不是對工程學的介紹，而是對基礎工程實踐的描述。相反，本書試圖概述工程學的特點——如果有的話。本書著眼於工程師面臨的各種問題、工程學應對各種挑戰的方法，以及工程學在通過不懈努力改善人們生活方式的過程中對人類知識做出的貢獻。本書將歌頌常被忽視的工程成就，批判工程實踐可能造成的損害，也將指出工程師未來面臨的挑戰。工程師將在解決世界面臨的一些巨大挑戰上扮演主要角色。

本書從社會學和哲學的角度出發，就工程師的角色和責任提出了許多問題，同時也回答了許多問題。我希望本書能為非工程師(還有非數學家和非物理學家)所用，向讀者展示從工程學中可以學到的東西是多麼豐富。