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从书说起:21世纪,搞飞机,最重要的就是人才 原创 从书说起21世纪,搞飞机,最重要的就是人才|2020-4-27

今天咱们继续来谈搞飞机的事!上一期余老师提到了怎么搞飞机(想回顾的同学请戳:搞飞机,这本书是专业的),这一期我们着重聊一聊如何成为搞飞机的人才。

没错,毕竟这本书名叫《工程师知道什么以及他们是如何知道的》,核心还不是教大家怎么搞飞机,而是讲如何成为搞飞机的人……

 

有人说工程师缺少人文关怀,他都是和物品打交道,整天想着怎么修理地球。但事实恰恰相反,工程是最需要和人打交道的,工程师最需要关心人,虽然有时候可能还关心不够,但是他要比想象自己关心人类,但是并没有真正做什么的文艺青年所想的可能关心得要更多。

 

之前有一部电影,我想很多人都去看了,叫做《决战中途岛》,其中有一艘美国的航母就叫约克城号。1937年某一天,在约克城号航母上进行了一次重要的测试飞行。这次飞行的测试结果,极大地影响了后来的飞行品质的设计。

 

 

飞行品质不光是一个飞机本身的性能问题,飞机是人开的,它是一个人机结合系统,飞行员的主观感受和飞机的客观性能,它要能够成为一个闭路的反馈系统。所以作者文森蒂提出来,工程师去做飞行员,亲自去体验开飞机的感觉,这是一件很重要的事情;当然反过来飞行员做工程师就比较难一点了。这个就有点像理工科的转行去学文科,可能要比文科的转行去学理工科,要相对容易一点。

 

工程师他需要思考,本来没有的概念,比如“每g驾驶杆力”,这句话什么意思?就是说我在开大飞机的时候,我要给这个飞机提供一个重力加速度,驾驶员要给驾驶杆提供多大的压力,这个都是在长期的试验中摸索出来的。物理学家发明了“g重力加速度”,可是工程师才能够发明“每g驾驶杆力”。

 

同样飞机如何和气流的震荡打交道,一开始工程师注重的都是长周期的波动,后来才发现短周期的波动才是更需要考虑的事情。所以这里我觉得有意思的是,工程师和机器打交道就有一点像心理学家或者心理医生和人打交道,你往往要发现,你要仔细去辨析它没有主动表达出来的东西。

 

成功的工程学的观点的增长,往往是潜意识地出现的,你要能够感受并抓住它。但这个不是通过搞心理灵修大法获得的,要反复地实践,反复地搞脑子。

 

虽然现在的大部分飞机已经不再用螺旋桨了,但是螺旋桨转啊转,你知道转出了多少知识吗?在本书里重要地讲了这样几个方面,一个是知识的移植,一个是知识的落地。

 

关于知识的移植,当时美国人因为飞行技术落后于欧洲,急于赶超。那么美国人就在找自己的优势,美国人研究海军舰艇的螺旋桨的知识比较丰富,超过了欧洲。他们成功地把这一块的知识移植到了飞行器上,这也是工程知识生产的一个模式。

 

第二点,知识的落地,螺旋桨当它装在飞机上的时候,它就不是原来的螺旋桨,因为它不是独立运作的,而是和一个整体在一起运作。这个时候你就必须评价工作在发动机和机身上的螺旋桨,它的性能和原先有什么不一样,你的整个的气流布局都会改变。

 

 

由此,工程师通过不断地测量,给出了这样一个知识,被称作推进效率。这种数据它没法通过公式预测出来,就是要不停地测量。有点像今天的大数据,它是通过风洞通过不停地测试,最后给出了一张不断增加的数据列表,上面显示不同的螺旋桨和不同的机身搭配会产生怎样的推进效率。

 

通过螺旋桨研究,他们还发明了新的参数,比如无量纲单位,这个无量纲单位纯粹是一个比较单位,它后面没有单位,几斤几两几g,没有。它是要解决一个什么问题?解决一个规模的问题。

 

工程设计师设计螺旋桨,设计飞机的时候,他经常设计一个较小的模型,可是这个小的模型一旦放大,它的效率比率是不是成倍放大的?不一定,这时候就要参考无量纲单位和相应的表格来推算放大之后的效应到底是什么。

 

刚才我们说螺旋桨是要描述工程师如何获得数据。工程师的设计它也需要一定的工具。本书专门有一章,通过控制体积分析来讲工程师的工具,这听起来又是一个术语。简单地说,科学家比如物理学家,他重视控制质量分析,我分析一定质量的物质的变化;而工程学它重视控制一定量的体积,比如车流量。

 

如果我是进行质量分析,我就要盯着某几辆车或者一大批车,而如果你进行控制体积分析,我就是考虑一个路段上,在一定时间内,在这个路段的体积内通过了多少汽车,它更加容易分析。

 

 

作者要说明的是控制体积分析这一套原理和方法,它不是物理学的热力学带来的,反而是工程学的流体力学带来的,这就是工程学和科学不同的知识生产作用。

 

余老师花了很多的功夫把这本书啃下来,因为我觉得它真的不是只是讲给工程师听的。我觉得所有关心创新的人,所有关心孩子成长的人都应该了解一下,不要真以为进了辅导班能教多少创新的东西,我们要去从那些勤勤恳恳实际地一点一滴创新的人身上去学习。

 

那么工程师的创新意识从哪里来?一位叫做爱德华·康斯坦特的工程师认为,觉察到全新的可能性与预见到潜在的失效一起构成了假定反常。比如爱迪生他决定要发明出一套与现有的煤气照明系统相抗衡的新的照明系统。我们知道煤气灯是一个一个的,而在这种新的照明系统当中,他要求单个照明可以分别地开关,那么这就要求灯泡、配电网和发电机具有某种兼容性。它就促使你去研究电流,因为电流它是均质流动的,它能够提供这种兼容性和均质性。

 

知识生产本身包含了各种各样的层级,如果你需要这一层的知识,你可能就要向另一层的知识提出要求。比如要学习如何设计出合适的飞行品质,就要求学习如何根据飞行员的活动来表示,比如静态稳定,要为设计师提供合适的螺旋桨的数据,就要求找到如何能最好地表示出螺旋桨在机身前工作的性能。比如为了要求精确的气动数据,你就提出了实验问题,从而就产生了一个与运营相关的问题,比如风洞技术。所有这些与飞行品质相关的这一切组成了一个共同体,它们都可以纳入更大的叫气动力学共同体当中。

 

接下来我们来扒一下工程师的知识。那么作者把它分成这样几类。

 

第一点,设计的基本概念;第二点,标准与规范;第三,理论工具;第四,数据;第五,实践考虑;第六,设计手段。比如设计的基本概念,比如飞机,我们对飞机的样子要有一个基本的共识,这个共识是摸索得来的。

 

今天的飞机设计师,他很少会想飞机还有别的形状。比如一定是单层机翼吗?尾翼一定是在后面吗?就像汽车设计师,今天一讲到汽车设计,他脑海中想的一定就是四个轮子的汽车,要有一个前置的液冷式发动机,这个就叫首选构型。它是工程师的共同体,必须加以学习的知识,也是摸索出来的知识。

 

 

我们谈一下第三点,理论工具。工程师的理论工具不完全等同于科学家的理论工具。他除了数学方法、计算理论,还包括用于考虑设计的智力概念。这些智力概念,比如包括被广泛使用的来自科学的基本概念,如力、质量、电流,这都是人类构造出来的智力概念。

 

还有一些概念来自于工程学,比如效率,比如反馈,比如飞机的纵向震荡、长短周期,用于分析飞机纵向静稳定性的力矩曲线斜率,以及升降陀、偏转角与感力梯度。听起来很复杂,对吧?

 

我们科学家经常要描述,比如自然界是怎么回事,星球是怎么运动的。工程师要提供规范性知识,让一个新手拿到一本手册,也知道应该怎样去设计和操作。

 

第五点,实践考虑。这个是我们一向强调的,马克思主义就特别强调实践,实践是检验真理的唯一标准。作者给了很多有意思的例子,比如在设计有些组件的时候,必须考虑到工人是要动手去操作的,有些地方要伸手进去才能够触及某些组件。所以在设计的时候就要知道为工具和人手之间留出多大的空隙,比如对于成功的喷气式飞机而言,那么它的发动机推力与能够加载的飞机重量的比值最好维持在0.2到0.3之间。

 

好,最后一点设计手段,设计师需要大量公认的近乎结构化的程序,其中把整个系统分成子系统,是最基本的要求。比如一个飞机就包含了不同的系统,由于问题的复杂性与不确定性,那么工程师往往要做的不是最优化,而只是得到一个满意的结果,也就是所谓的没有最好,只有更好。

 

那么以上的几类知识密切关联,互相影响,构成了工程师的知识系统和思考系统。那么工程师如何产生这些知识呢?他有这样几种方法。

 

第一,直接来自科学知识的移植;第二,发明;第三,工程的理论研究;第四,工程的试验研究。有些工程的试验是科学试验,有些工程的试验是科学没有的,比如破坏性试验,造汽车的(工程师)反复地试验汽车的撞击性能,把一辆车给撞废,制作飞机埋头铆接的,它要不断地进行翅膀的破坏与试验强度,这些都是科学没有的。接下来还有设计的时间,还有生产以及直接试验。

 

工程学的知识是如何增长的呢?一位叫做唐纳德·坎贝尔(Donald Thomas Campbell)的提出了盲目变异和有选择保留的模型,这个非常类似于达尔文的生物进化论,类似于自然选择,作者认为任何导致真正的新知识的变异,它在超越预见或预知的界限的意义上,必定是盲目的。如果不是盲目的说明你已经知道了。

 

比如二十世纪初,法国的飞机设计师们主要是用盲目的试错方法,来进行飞机设计,他们几乎没有做过系统的研究和开发,这个与美国的莱特兄弟大不相同。法国人比较杂乱无序地制造了各种各样布局的飞机,比如螺旋桨在后面的飞机。所以为了得到这些变异,设计者必定通过头脑中的某种预先选择的过程,对那些数量巨大的变异进行辨别和扬弃。扬弃,一个黑格尔使用的词汇,一边抛弃一边发扬。

 

你要问它有可能会工作吗?有时候运气也会起到一定的作用。

 

好了,这本书它的具体的知识内容我暂时介绍到这里。说实话,其中有不少公式,我现在也看不懂,我只看懂了一件事情,工程师真是既平凡又伟大。美国人写的这本书,我觉得它是真的话语权,不是吹出来的话语权。它的语言又特别的朴实,朴实到很少有人去看,但又是真真切切值得我们真正学习的知识。

 

作者文森蒂还说工程师往往通过不易还原为语言的方式来思考,这句话什么意思?通俗地说,工程师他很聪明,但是不善表达,推广一点说就是不善于花言巧语,但是很善于解决问题。

 

这又回到我前面提到的关于工业党文化的讨论上来,经常有人会责怪工程师不善于表达,缺少情调。这里我要引用一下我的朋友,学社会学出身的安安同学的一句话,她说如果你遇到一个男性特别风趣幽默,有情调,他又不是渣男,那么他大概率会是一位基友。

 

当然了,我们工程师、我们理科生也要尽力地去学会表达,去学习表达艺术,不能只顾着改造物质世界,不要把感情世界都让给那些花言巧语的PUA人渣!理工科学一点文科不难,而且大有好处。好了,好累,下一本书我要继续讲文科的书籍了。

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