通用工程介紹/設計
工程設計與建築、工業或環境設計完全不同（參見 工程藝術。）
初學者知道如何玩。玩耍是關於先做事情。目標是新增設計。這是透過放慢速度來實現的。先思考。計劃。在做任何事情之前先寫下來。思考、計劃和寫作被稱為工程設計。沒有工程設計，就沒有紀律。大一實驗室變成了混亂的爛攤子，所有東西都被拆開，工具散落得到處都是，鋒利的邊緣變得遲鈍，同質物質混合在一起，新零件與壞零件混合在一起，捐贈的物品與垃圾混合在一起。
工程設計創造了讓問題顯現的機會，也讓學生過渡到解決問題。
工程設計可以分為三個領域
- 1. 限制範圍內的藝術，例如利潤、形式、功能、複雜性、壽命和時間。
- 2. 一個科學過程，透過計算、使用手冊和實踐規範準確地預測成功。
- 3. 一個商業流程，產生可交付成果，例如：問題陳述、甘特圖、圖紙、測試程式、簡報、原型、進度報告、操作理論、說明手冊、軟體、文件。
這些主題在論文 工程藝術、工程科學 和 工程企業家 中進行了介紹。以下是您在工程課程中可以期待的內容、靈感的來源以及關於不要被複雜性嚇倒的鼓勵。
世界上每一個物體都不是按照一個既定的、成熟的過程設計的。設計規則的發現不是工程的起點。但對於已知物體，已經出現了一些設計概念。象棋棋手會學習命名開局和防禦，但沒有已知設計規則來解釋 1043 種可能的象棋位置。相反，工程師首先學習象棋棋子或人工製品是什麼。然後，工程師將它們組織成不同的命名開局和防禦或遊戲（製造的物體）。
工程師將一個複雜的問題（贏得象棋比賽）分解成更小的部分（人工製品），然後創建制造的物體（命名遊戲）。工程師在學校學習的是與不同、古老、已經制造的物體相關聯的人工製品。這些包括
這個過程讓工程師能夠使用標準人工製品來製造獨特物體，並發現新的人工製品。
工程教育的一個重大問題是觀看教授在白板或黑板上亂塗亂畫。複雜性令人望而生畏。教授腦海中是未言明、未命名、簡單的人工製品。目標是自己使用它們。肢體語言會提供關於這些人工製品到底是什麼的情感線索。正是這些人工製品使觀看別人寫作比閱讀教科書好得多。如果你能說出人工製品的名稱，就寫另一本工程設計書籍併成名。試著認識到它們在你心中是如何演變的。一週後看看你的作業題。對你自己作品的複雜性感到驚訝。
看看汽車的引擎蓋下面。檢查電路板。參觀一家制造工廠。讓複雜性的全部重量激發敬畏。非工程師會感受到這種敬畏，然後他們會感到害怕，然後自卑，然後沮喪，然後他們會躲避工程師。相反，尋找模式、邊緣和連線。將其分成更小的部分。對每個部分做一個假設，假設以“如果我是設計工程師，我會 _____________。”開頭。
大多數工程專案的首要任務是弄清楚大型問題的哪一部分將得到解決。這就是與客戶、主要研究人員或導師協商的內容。建立人工製品的方式完全相同。只看汽車引擎的一個部件，只看電路板上的一個走線或元件，只看一段經過測試的程式碼。不要一次檢視所有內容。任何人都可能被複雜性或問題所淹沒。
建立人工製品涉及隱藏問題/複雜性。拍攝你想要理解的複雜性的照片。繪製一個從未建立過的完整複雜物體的圖片。在腦海中圍繞整個物體繪製圓圈或球體。什麼東西穿過圓圈？
從解決方案或複雜性中切掉部分。你切掉了什麼？切開的 橫截面 中有什麼？什麼東西穿過由切割建立的圓圈/球體的邊界？穿過自由體圖邊界的物體是力。穿過控制體積邊界的物體是熱量和功。穿過節點邊界的物體是電流。穿過雲或演算法邊界的物體是資訊。
建立人工製品的目的是隱藏內部和外部的複雜性。剩下的只是穿過圓圈或球體邊界的東西。這就是工程設計的起點。
1495 年，法國用 40 門輕便機動大炮佔領了那不勒斯王國。炮彈穿過了圓圈。必須設計一種新型的堡壘。如今它們被稱為 “星形堡壘”。200 多年來，深奧的堡壘設計藝術吞噬了各國。最終，“理想堡壘”的概念引發了辯論。是否存在一個理想的麥當勞，可以在任何地方建造而無需修改？或者場地需要它自己的理想？
當找到理想時，設計就會停止。理想的餐具已經設計出來了嗎？一旦某樣東西開始銷售，工程通常侷限於增量式變化。這並不意味著它很理想。但儘管如此，大多數工程都處理沃爾瑪沒有的東西。大多數工程都處理獨特的、一次性的裝置，這些裝置出售給其他工程師。例如，世界上大約有 55 個 長壁採煤。這個數字正在減少。每建造一個新的長壁採煤都是對獨特性和大量工程的慶祝。
如果能找到理想，工程師就會讓自己失業。理想是在創造獨特之後出現的。在熱力學（熱力學第零定律）的理想概念被確定之前，存在著不同型別的固體、液體和氣體的不同溫標。存在著微不足道的理想和偉大的理想。大多數工程師發現微不足道的效率，微不足道的理想。然後，這些會創造技術工作，工程師必須繼續設計其他東西。
文物與希臘的形式理論有關。希臘人認為存在著理想的形式。這最初幫助希臘文明發展。但理想形式的概念扼殺了希臘的STEM。分數很醜陋。無窮大是邪惡的。開放式專案無法存在。
理想的形式並不像元素週期表那樣，以有限的、可知的集合形式存在於基本構建塊中。各種形狀和大小的文物需要不斷地被創造出來。
人們可以描述軟體的期望，但這並不能決定軟體演算法的形式。將兩件事連線在一起似乎很簡單。為什麼會有關於緊韌體的完整課程呢？因為形式並不遵循功能。功能可以從形式推斷出來，但形式不能從功能推斷出來。當期望的功能是輕質屋頂（除了茅草屋頂）時，就必須創造新的形式（例如靜體）。
原型
[edit | edit source]人類的集體恐懼/意見/偏好體現在文化、藝術和夢境中。卡爾·榮格在集體中發現了形式。他稱這些文物為原型。它們似乎是具有未知功能的形式。什麼跨越了界限？什麼定義了界限？這就是工程科學！
原型出現在夢境中。夢境有兩種型別：一種是重複白天活動，另一種是截然不同。目標是能夠區分它們並引導它們。從早上記錄夢境開始，晚上為夢境做準備。研究湧現。這將從兩個方面改善工程
- 首先，它有助於創意的湧現。
- 其次（假設），它有助於創造比那些從白天邏輯中湧現出來的解決方案更普遍接受的解決方案。
設計作業解決方案
[edit | edit source]大多數工程課程從簡單的科學開始。然後你被要求設計一座橋。你努力尋找捷徑（文物）來簡化橋樑設計。然後在下一章中，大多數工程師使用的知名文物（靜體）被揭示。一旦學生髮現了這種工程教育模式，他們就會喊：“為什麼一開始你不告訴我捷徑呢？工程僅僅是折磨嗎？”講師回答：“如果你的目標是成為技術人員，如果你的目標是成為遵守設計規則的專家，那麼……是的。工程是折磨。”每個工程學生和每個工作工程師的目標都是找到模式、形式、原型、棋子或圓圈。（提示：在準備考試時，閱讀下一章。）
目標不是為每個人設計一套規則。你的講師不會將每個問題都分解成步驟來消除挫折。管理者希望工程師以不同的方式解決問題。管理者希望工程師得出不同的解決方案並協調一致。管理者希望工程師以完全不同的方式得出相同的解決方案。當每個人都同意，每一步都一致時，就沒有管理者/講師/客戶/PI信心。
講師會像管理者一樣給未來的作業打分。如果每個學生的解決方案完全相同，那麼教學方式就存在問題。這很快就會變成一個倫理問題。
在你的筆記本上畫圖
[edit | edit source]畫簡筆畫。畫得不好。從列表開始，然後將它們變成圖表。嘗試。上一些藝術課。在社群大學上第一門CAD課程，那裡會教授手工繪圖的基礎知識。這些草圖的目標是提醒自己足夠的細節，以便能夠將它們變成電子文件。目標不是像過去那樣與他人交流。現在工程師透過電子文件進行交流。
設計歷史
[edit | edit source]在 Google 圖書中搜索“工程設計”。大多數書籍的目標是描述特定技術的
組織設計是一個有競爭力的商業秘密。有一整組“效率”或“團隊管理”工程師致力於企業內部的設計流程。本課程的目標是強調涉及少數工程師的小型設計步驟，而不是涉及整個班級或工程師群體的那些大型設計步驟。最佳實踐不會被公開發布或在本課程中教授……如果它確實存在。看來，每項技術、每個地方、每個時間，甚至參與的人員都會建立和重新建立設計流程。
設計的第一步包括區分工程與管理和技術專長。大多數工程師可以輕鬆地滑入管理職位或專家技術人員職位。雖然這些工作是需要的，而且很有意義，但它們不是工程職位。因此，非常有必要明確建立管理人員和技術專長之間的界限。工程師通常不會變成科學家，除非他們攻讀工程博士學位。因此，這裡的重點是工程師和技術，以及工程師和管理之間的界限。
藝術與實踐
[edit | edit source]工程存在於管理者和技術專家之間的裂縫中。工程學院在“車間”中花費多少時間讓工程師獲得實踐經驗方面各不相同。技術人員可以花兩年時間使用銑床，然後花兩年時間使用數控機床。經過總共四年的時間，技術人員就可以在一家公司工作了。大約十年後，他們將成為專家。一般工程入門課程的目標是體驗技術專長，瞭解技術人員需要的工作細節和程式，並將“實踐”熱情轉化為“設計”。技術人員不設計。
專業知識的生命週期從工程師開始，以技術人員結束。工程師首先進行，並建立了新專業知識的種子。技術人員在經濟繁榮時期，當需求量很大時接管。例如，看看CSI 節目。法醫專家是科學家、工程師還是技術人員？在大多數情況下，法醫角色似乎精通許多事物；對於技術人員來說太多了。然而，模式不斷發展……執行軟體，或操作機器。社群學院/技術學院開始培訓一批新的專家：犯罪現場解釋、質譜儀操作員、計算機取證資訊恢復、照片/影片增強等。最終，對特定專業知識的需求減弱。需求開始平衡供應。替代技術人員的培訓轉移到企業內部的“在職培訓”。
軟體起源於專有企業，手工藝在其中占主導地位。（手工藝是指只有一人參與專案從始至終。）沒有工程師。沒有技術人員。“開源軟體”和“極限程式設計”運動將這種醜陋暴露在陽光下。大學和高校試圖找到軟體工程的起點和文物，已經有好幾代人了。尋找能夠完成整個軟體包的終極天才人物的搜尋正在消失。然而，大一工程師仍然覺得從頭開始一個程式比重用別人的程式碼更容易。
現代的“藝術與實踐”問題是“大一工程師必須獲得多少經驗才能要求、利用和欣賞技術專長？”在一些國家，工程專業的學生要花一整年時間接受技術人員培訓。在工程、科學、農業或技術人員家庭中長大的大一新生不需要這樣做。本課程的目的是為學生提供選擇。如果學生想用鐵塊銑出錘子或斯特林發動機，那就讓他們做吧。許多大一新生不明白技術人員和工程工作之間的區別，因此走進課堂說：“我喜歡動手工作。”大一工程體驗的“藝術與實踐”目標應該是將他們過渡到工程或技術人員專案中。
在美國，“藝術與實踐”這個詞帶有負面含義。在美國1950年之前，大多數工程師的目標都是成為專家。但是，誰來制定最佳實踐步驟？科學家嗎？哪個科學家會想要弄清楚如何在自然條件下計算雨水/暴雨徑流，並在場地被建築物覆蓋時模擬相同的條件？誰來設計一個用於獨特、特定應用的電動機？老式（1950年之前）的“藝術與實踐”工程理念的問題在於，工程師學習了這些步驟，遵循了這些步驟，但沒有以一種持續的、不斷發展的方式改進這些步驟。現有的設計步驟應該被遵循。一半的人是為了成為管理者而學習這些步驟。另一半則轉向技術專長。改進是一個罕見的事件。在二戰期間，在美國，瓦內瓦爾·布什（美國國家科學基金會的創始人）報告說，軍隊更喜歡與科學家合作，而不是與工程師合作。工程和技術工作變得模糊不清。
較好的工程書籍通常會以類似的道歉開頭：“設計不像某些教科書所說那樣，是一個可以透過流程圖概括的正式、順序的過程。” 工程師能夠適應商業設計模型很重要。本課程教授的模型是CDIO，它正在成為工程院校的標準。CDIO不是一個正式的、順序的過程。CDIO是一個工程師特徵列表。它列出了工程師所做的事情。它是一個“從列表中選擇最適合專案/問題的選項”的列表。它是一個列出所有本科工程學生在畢業前應該具備的經驗的列表。
瞭解工程師在公司內部互相傳遞資訊的邊界很重要。一些工程師喜歡研究大型專案管理設計。他們通常希望成為管理者，並在獲得本科工程學位後獲得工商管理碩士學位 (MBA)。獲得此類工作的最容易途徑是透過軍事學院的工程學位或ROTC型別的專案。
工程師可以成為技術人員和管理者。他們可以比任何其他專業更容易地過渡到其他任何職業。他們甚至可以成為有效的醫生、律師或歷史學家。其他學科無法像工程那樣輕鬆地過渡到工程。例外包括“應用數學”或“應用科學”專業。也許有一天所有人都會主修工程，然後進入研究生院成為醫生、律師、歷史學家、傳教士、理療師或宇航員。