跳转到内容

通用工程导论/工程艺术

来自维基教科书,开放书籍,为开放世界

在许多工程学院中,艺术被理解为一种无用的、边缘化的、软弱的学科,缺乏硬科学的严谨性。但实际上,工程和艺术之间没有太大的区别。

艺术与工程

[编辑 | 编辑源代码]

经济相似性

[编辑 | 编辑源代码]

工程项目的经济学发展自赞助、委托和拨款,就像艺术一样。约瑟夫·B·斯特劳斯花了八年时间为金门大桥争取资金和政治支持,但最终没有成功。直到他将方案从升降桥改为悬索桥,才被任命为金门大桥的首席工程师。即使在今天,工程师也依赖政府拨款/合同、商业投资或雇佣工作来为项目融资。

绘画相似性

[编辑 | 编辑源代码]

视觉艺术是工程的重要组成部分。工程师会构思和绘制。最初的工程师都是图形艺术家。斧头的使用者会有改进的想法。工程师/艺术家会倾听并绘制。然后工程师/艺术家会将图纸带给铁匠。一把新的斧头就会被制造出来并进行测试。

直到 60 年代,第一门工程课是工程制图。托马斯·E·弗朗西斯的教科书“工程制图手册”为工程制图设定了 50 多年的标准。该书直到 1994 年才出版(第 14 版)。它仍然是教授 K-12 制图的最佳方法。如今,大多数工程学院都希望工程专业的学生学习 3D 建模软件,如 ProE Wildfire、SolidWorks、AutoDesk 123D 或 Google Sketchup 来进行项目。他们不会教 3D 建模,就像他们不会教打字一样。最好的艺术家无需正式指导。最好的工程师会根据需要自行学习工具技能,而无需正式指导。

成功的艺术家不是任性、奇想或缺乏纪律的。艺术家不能任性,否则他们无法获得经济支持。工程师也希望不受他人的束缚。艺术家不能奇想,否则他们永远无法发展出独特的风格。同样,工程师也会在特定技术方面树立起成功的声誉。艺术家不能缺乏纪律,否则艺术永远无法完成。工程师和艺术家都拥有“风格”。

最好的艺术家并不孤军奋战。灵感来自与其他人的尖锐边缘的摩擦,以及在单调乏味的平庸中创造边缘。这在工程中也是如此。看到工程师意见相左,然后达成共识,管理者会感到最自信。工程师,就像艺术家一样,学会了将活动混合起来。工程师了解到,音乐、运动、交谈、改变媒介(纸张、白板、电脑)都将帮助完成家庭作业或项目工作,就像艺术家一样。

多种解决方案

[编辑 | 编辑源代码]

艺术并不比工程更开放。工程师从定义不明确的问题开始,这些问题没有一个“正确”的答案,而是很多。有些问题约束过度(太多相互矛盾的请求/要求)。另一些则约束不足(请求/要求太少,不知道从哪里开始)。有些问题没有解决方案。如何证明没有解决方案?有些解决方案比其他解决方案更好。做出错误的选择与做出正确选择一样是一种游戏,因为通常两者都没有做过。没有人知道正确或最佳的设计,因为还没有人知道最佳是什么。例如,自行车在一个维度上略微不稳定。这使它易于转向。莱特兄弟首次实现动力飞行后,花了 30 年时间,飞行员和工程师才找到飞机最佳的稳定性/不稳定性。

工程师的工作看似精确,但隐藏在背后的却是信息选择、含糊不清的判断、直觉行为以及对世界运作方式的假设。工程师传达的信息是压倒性的视觉:不是口头的,也不是数字化的。在图纸和屏幕截图的背后是数字、指令、程序和工具使用故事,就像视觉艺术一样。

当艺术家站在作品旁边讲述关于作品的故事时,视觉艺术就会被销售。这些故事可以是关于他们的想法、意义、创作过程中的感受、以及现在作品带给我的感受。艺术是艺术家的一部分,当它被出售时,艺术家会感到失落。对于工程师来说也是如此。与叙述不同,有一种演示可以销售项目、产品和解决方案。每个工程师在结束时都会感到悲伤,就像视觉艺术家一样。

现代工程项目仍然需要工程艺术家。随着工程越来越接近科学,结合工程元素的专业艺术职业应运而生。这些包括建筑师、工业设计和环境设计。1999 年 ABC NightLine 的节目“[深潜]”完美地捕捉了工程中的工业设计部分。

一名感到沮丧的工程师有几种选择。一是找到一个不同的起点。

第二种方法是重复做同一件事,直到感到厌倦。沉浸在无聊中,直到找到嬉戏的精神。

 .. just stare at the machine. There is nothing wrong with that. Just live with it for a while. 
Watch it the way you watch a line when fishing and before long, as sure as you live, you'll get a 
little nibble, a little fact asking in a timid, humble way if you're interested in it. Zen and the 
Art of Motorcycle Maintenance, Part III 26

第三种方法,对称、模式和匹配的方法,是艺术的方法。有些工程师在观察蛇的肋骨时会看到 Fink 支架。有些工程师在没有 QMC 设计方法的情况下创建电路,仅仅是受到美感的引导。

"Poets say science takes away from the beauty of the stars - mere globs of gas atoms. I too can see the stars
on a desert night, and feel them. But do I see less or more? The vastness of the heavens stretches my imagination
- stuck on this carousel my little eye can catch one - million - year - old light. A vast pattern - of which I am
a part... What is the pattern, or the meaning, or the why? It does not do harm to the mystery to know a little
about it. For far more marvelous is the truth than any artists of the past imagined it. Why do the poets of the 
present not speak of it? What men are poets who can speak of Jupiter if he were a man, but if he is an immense 
spinning sphere of methane and ammonia must be silent?" Richard Feynman Quote

当工程师直觉地知道交付成果是真实、美丽和好的时,他们就知道自己找到了赢家。这被称为“优雅”。在做家庭作业时练习这一点。跳过当时的設計規則。专注于美。测试结果是否满足所有技术要求。

这将导致对“形式追随功能”、“形状系数”以及最终的希腊哲学“形式”的研究。

真善美

[编辑 | 编辑源代码]

有些东西可能是真实的(做到了它声称的事情),好的(有助于改善世界),但因为丑陋而卖不出去。有些东西可能是骗局,毫无用处(宠物石),但因为美丽而依然可以卖出去。有些工程师以修复旧铁桥(艺术)为生。还有些工程师创建公司,生产和销售电子艺术用品奇特、昂贵的木工工具。他们会参与音乐视频商业广告的制作。有些工程学新生课程只鼓励进行鲁布·戈德堡式的项目。

工程实践

[编辑 | 编辑源代码]

工程实践包括学生和工程师的活动,他们阅读的书籍,他们获得的荣誉,他们投资的工具,以及他们提供的服务。

视觉艺术家有评审展和“悬挂展”,他们的作品在那里展示。自1700年以来,皇家艺术协会一直为特定问题的解决方案颁发奖项。在美国,解决这些问题被称为“竞赛”。竞赛由美国联邦政府(DARPA、NASA)、州政府和工业界赞助。其中一些竞赛从启动资金开始,为项目提供启动资金,并每年颁发足够的奖金,在全国范围内维持大约10支队伍的运作。其他竞赛需要筹集资金。竞赛由工程协会、当地博物馆和独立的非营利组织赞助。有如此多的竞赛,以至于拥有多个团队参加多个竞赛的学校总有机会赢得某些东西。

项目展示日

[编辑 | 编辑源代码]

所有工程学院都悬挂项目海报。有些悬挂持续几年,有些则仅持续一天。在一些学院,项目展示日从海报展示开始,然后过渡到演示。观众包括潜在的新生和父母,他们正在做出决定是否来该学院,所有工程系学生都站在他们的海报旁,准备解释他们的项目,教授们则接待潜在的项目客户(企业),这些企业将为在该学院进行的项目付费。

在社区学院,最起码要做的事情是在走廊里设置一个为期几天的海报展示。在走廊里摆放一些折叠桌,把一些泡沫板靠在墙上,然后开始宣传活动。

博物馆

[编辑 | 编辑源代码]

即使是小型社区,也会有工程师展示他们的农业设备、马车、旧汽车、旧拖拉机、旧电子产品。有工业博物馆、科学博物馆、航空航天博物馆和历史博物馆。大多数老工程师都会收集他们项目的纪念品,这些纪念品可以作为学校的展示和讲述物品。有些只是飞行遥控飞机的俱乐部或练习灾难应对的无线电爱好者。这些博物馆最好的愿景是在科幻小说《上帝之眼中的微尘》中描绘的。博物馆总是有他们想要志愿工程师完成的工程项目。

描述事物工作原理的物理模型的重要性已经因游戏物理学和网站(如事物工作原理)而降低。然而,亲自体验模型可以激发工程直觉。某些博物馆专门收藏这些模型,例如罗德岛蒸汽博物馆。模型的重要性在18世纪得到了认可。瑞典有一个博物馆,收藏着412件在1800年之前建造的模型。它们包括“机械字母表”,其中包括杠杆、楔子、螺丝、滑轮、绞车等等。如今的塑料模型是孩子们很好的入门选择。

工具包

[编辑 | 编辑源代码]

如今的工具包是乐高DIY Arduino 世界。在80年代,旧的机械工具包被“高科技”抛弃了。旧的机械工具包与齿轮、皮带、对齐、发动机和一般的运动有关。下一波工具包是生物学的。

工程书籍/软件

[编辑 | 编辑源代码]

许多早期的“从草根到工程/科学致富”的故事都始于一个年轻人书店工作。

在1995年之前,工程师可以根据他们收集的技术手册和书籍来定义。《火工学》(1540年)包括85幅关于冶金的木刻版画。《机器剧场》出版于1724年至1739年之间,将当时的机械知识提炼成10卷,近500幅蚀刻版画。《论金属》由格奥尔格·阿格里科拉所著,首次出版于1556年,由赫伯特和露易丝·胡佛于1912年翻译,最近一次出版于1956年,描述了采矿艺术。《机械练习》(1683年)描述了印刷、锻造、木工、车床和砌砖等行业。在特殊图书馆中,保存着这些稀有古籍的收藏

《佩里手册》包含了化学工程师可能需要的几乎所有单元操作的配方。唐·兰卡斯特的“食谱”帮助许多电气工程师开始了他们的职业生涯。土木工程有如此多的经验设计书籍(土壤、海洋、交通等等),以至于许多其他工程学科认为土木工程师不够“科学”或“数学”。事实并非如此。参见本文中的科学部分。

大多数工程书籍和教科书一样昂贵。事实上,它们开始看起来像教科书。而且和教科书一样,它们也逐渐进入公共领域。许多书籍正在成为昂贵的仿真软件。较旧的版本正在转移到网络上。找到它们。阅读这些书籍。学习仿真软件,就像胡佛、法拉第和詹姆斯·伊兹在他们职业生涯的早期找到旧书籍并阅读了每一本一样。

工程书籍只是工具。锤子激发人们去敲打。画笔激发人们去绘画。工程书籍和仿真软件激发人们去做更多的事情。开始收集吧!

再利用

[编辑 | 编辑源代码]

许多工程师收集废旧物品。任何坏了的东西都会被拆开,也许还会被修理。一个好的废旧物品堆是鼓舞人心的。废旧物品堆在工程学新生课程中很有用,可以帮助学生从玩耍过渡到先做,再到设计。研究表明,5岁的孩子没有功能固着。但到了7岁,孩子们只将物体用于其预期用途。为什么会有那么多的肥皂?广告强化了功能固着。为什么会有那么多的牙膏?为什么会有那么多的不同薯片?废旧物品的再利用是演示中的一个卖点,因为观众已经对形式、功能和生命周期有了了解。

再利用在鲁布·戈德堡项目中得到了突出体现。例如,一个关于激光打印机的鲁布·戈德堡项目会暴露所有的电机、继电器、开关,并重新利用它们。激光会被一个明亮的LED灯取代,镜子会分散它的光线。鲁布·戈德堡项目是优秀的新生项目,因为它们是开放式的。这里的开放式意味着没有预期,也就是说艺术自由最大化。

He experimented further. In one class he had everyone write all hour about 
the back of his thumb. Everyone gave him funny looks at the beginning of the hour, 
but everyone did it, and there wasn't a single complaint about 'nothing to say.'
Zen and the Art of Motorcycle Maintenance, Part III, 16
华夏公益教科书