【工程師怎麼解決問題?】所有的工程師都會計算,只有好的工程師能做到溝通

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【為什麼我們挑選這本書】許多工程學科的學生在大學期間花了不少時間研讀物理、數學、化學,但卻失望地發現,這些跟現實世界的距離卻沒想像中接近,因為在教學上,這些學科是分開學習的,學科間的連結並不多。

本文作者約翰‧庫本納斯(John Kuprenas)執業工程師與綠能建築專業工作者,也是 STV Group 公司的資深的副董事長與代理董事。他認為每個工程學間都有一致的脈絡,日常生活終究可以推導出來!因此他寫了《工程師的思考法則:擁有科學邏輯的頭腦,像工程師一樣思考》這本書,不只幫助想投入工程學科的新人,也幫助一般人更了解工程師眼中的迷人世界觀。(責任編輯:鍾佳瑀)

你認知的工程師,是什麼工程師?

「在每一個大問題裡,都有一個小問題等待優先解決。」―東尼 霍爾

*譯註:霍爾(1934-)英國計算機科學家,圖靈獎得主,開發了霍爾邏輯、交談循序程式、快速排序演算法等。

工程師認為他們的專業迷人、有創造力並充滿有趣的挑戰。然而行外人卻經常認為工程學是重複性高、機械性而且讓人感到挫折。

兩種觀點都明顯為真。因為工程是門複雜的學問。工程學需要在大學課程的前兩年密集地學習數學、物理與化學。儘管聚焦在這些重要學科上,大學課程往往並沒有展現學科間的連結。

《工程師的思考法則》試圖翻轉這一點。藉由強調基本概念背後的常識、各項工程學專業主題之間的關聯、簡單的抽象概念如何從日常生活中推導出來,這本書展現了工程學背後的脈絡,相信能讓讀者一瞥工程學的林與樹。

工程的核心不是計算,而是解決問題

學校可能側重於教導計算的方法。但 計算並不是工程的階段目標或最終目的,計算只是用來找到問題解決方案的許多手段之一。 而藉由計算所找到的解決方案,其所提供的有效改良方法將能被客觀量測。

工程師如何找到問題?

每一個問題都深深緊扣著一個我們熟悉的基本概念。這個概念可能來自靜力學(statics)、物理學或數學。

當我們遇到複雜的問題而無從下手,試著從那些問題中找出能以熟悉的原則或工具掌握的部分。 我們可以直覺地、或是系統性地掌握這種拆解問題的方式,只要最終用來解決問題的方法在科學上是可靠的就行。

從熟悉處開始下手,就能指出通向解決方案的途徑,或者能指向有待發展的新工具或新見解。

以下是工程師在解決問題時,採用的思維:

1. 檢查過多或過少都會產生更多錯誤

有時,檢查會淘汰良品,或沒有準確地辨識出瑕疵品。假陽性(false positive,誤將良品辨識為瑕疵品)除了替換產品的成本外沒有太嚴重的後果。但假陰性(false negative, 誤將瑕疵品辨識為良品)則可能會有嚴重的後果,因為產品可能無法發揮應有的功用。

然而,更多的檢查不必然能解決問題。從統計學角度來說,無限的檢查將使幾乎每個產品都會被找出某些瑕疵。 最理想的檢查頻率,能在不小心淘汰良品所造成的損失以及沒有測出真正瑕疵品所造成的後果間,達成平衡。

2. 不要假定解決之道

設計者在進入到產品設計的階段時,便已對問題的根本、其導致原因、以及可行的解決方法做了許多假設。

一個有智慧的設計者會用倒吃甘蔗的方式思考,先調查問題的成因,以及造成問題成因的成因,以及這些成因的成因。 這可能會帶來與末端用戶期待截然不同的可能性,但這最能有效滿足真正的需求。

3. 工程師會從整體、系統性的角度來思考

系統必須被視為一個整體來分析,然而分析整體並不是分析部分的加總。部分的表現取決於它與所在系統間的關係;而系統如何表現則取決於系統內的關係網絡,以及系統與其他系統間的關係。

「系統性地思考」意味著一致而徹底地採用某種特定的思考方法。「像系統一樣思考」則意味著對系統及其相關連結進行思考―系統內的關係網絡、系統間的關係以及那個包含了所有系統的巨大系統。

4. 工程師能拓展問題的維度

幾乎所有問題都比一開始看起來的還要龐大。

把這點放在心上,並在一開始就拓展問題的維度―你不用多做什麼,因為問題的各個面向幾乎都會自動向外開展。 比起從解法有限的狹小維度起頭,而後再來拓展維度,不如一開始就拓展維度,而後再來縮小範圍。

5. 所有的工程師都會計算,而好的工程師會溝通

科學概念、分析技術與數學計算等解決工程問題的方法都已發展了數百年。在早期,工程師有一套奠基於數學、化學、物理學的共同語言,這使得世界各地的工程師能有效率地瞭解彼此工程上的突破與發展。

隨著更多工程專業領域的出現,工程師「對話」的需求也變得更迫切。現在的工程師不但需要注意領域內高度專業化的術語與概念,同樣地,工程師必須要能夠將這些專業術語轉換成能被客戶、使用者及其他工程師瞭解的日常語言。

6. 當你解決一個問題後,請再解決更多問題

工程學是一門專業,工程師們則被要求解決各種特定問題。

解決問題時,別被其他可能的問題分散注意,而忘了原本應該解決的問題。但也不要過於專注同一問題, 而讓你無法在能力之內處理更多問題。

7. 清楚說明「為什麼」,而不只是「要做什麼」

當你將一個概念傳達給其他設計師、以繼續發展設計構想時,讓每一個決定背後的理由都能被知曉,無論是技術上的、人體工學上的、個人因素上的,或是其他。藉由闡明你的意圖,你能讓他們瞭解並保留計畫中最關鍵的目標,同時給了他們探索你未曾想過的可能性的空間。

同樣,當一個設計師請求你的幫助時,請他/她解釋先前各個決定的理由,以及他 /她的目標。這樣就算你的回答不是對方預期的,也不會讓這場討論演變到令人失望的地步。

8. 通常來說,工程學並不發明輪子,而是改良輪子

偉大的發明,通常是在過往各項成就的逐步進展中催生的。1917 年,吉登昂 森貝克(Gideon Sundback)發明了現代拉鍊。然而,惠康 朱德森(Whitcomb Judson)早在森貝克發明拉鍊的十八年前就發明了「鉤子扣鎖」(clasp locker),而平縫機發明人艾利亞斯 浩威(Elias Howe),則在桑貝克發明拉鏈四十年前就取得了「使衣物自動連續閉合」的專利。桑貝克以一顆顆「勺狀」的鍊齒,取代了過往的鉤子與鉤眼的扣鎖構造,每英吋的扣鎖密度增加,為我們提供了熟悉的開關拉鍊的滑動機制。桑貝克取得「可解開的扣鎖構造」的專利六年後,B F顧里區(B. F. Goodrich)推出了應用桑貝克扣鎖裝置的膠鞋,他以開關拉鍊發出的聲音「Zipper」稱呼拉鍊。

工程是在深刻的人類問題與日常的人類活動所串連出的連續性間進行的。 那些未意識到連續性的工程師,會傾向於機械式地完成工作。而那些意識到連續性的工程師,將會更能適應時代的變遷、突來的挑戰與未知的狀況。而那些對連續性了然於心的工程師,則最有可能貢獻出創新的事物。

(本文書摘內容出自《工程師的思考法則:擁有科學邏輯的頭腦,像工程師一樣思考》,由 原點出版 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題;首圖來源:pexels。)

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