計(jì)算基礎(chǔ)概論 13

v計(jì)算機(jī)學(xué)科概論（第3版）第9章

工程思維【情景問題】聞名世界的港珠澳大橋【情景問題】聞名世界的港珠澳大橋

港珠澳大橋（HongKong-Zhuhai-MacaoBridge）是中國(guó)境內(nèi)一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程，位于廣東省珠江口伶仃洋海域內(nèi)；

東起香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)附近的香港口岸人工島，向西橫跨南海伶仃洋水域接珠海和澳門人工島，止于珠海洪灣立交；

橋隧全長(zhǎng)55千米，其中主橋29.6千米、香港口岸至珠澳口岸41.6千米；橋面為雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)速度100千米/小時(shí)；

工程項(xiàng)目總投資額1269億元。港珠澳大橋于2009年12月15日動(dòng)工建設(shè)，2017年7月7日實(shí)現(xiàn)主體工程全線貫通，2018年2月6日完成主體工程驗(yàn)收，2018年10月24日開通運(yùn)營(yíng)。【情景問題】聞名世界的港珠澳大橋港珠澳大橋的藝術(shù)構(gòu)思？【情景問題】聞名世界的港珠澳大橋港珠澳大橋闡釋的工匠精神、大國(guó)制造精神？

超大的建筑規(guī)模、空前的施工難度和頂尖的建造技術(shù)。

項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師是孟凡超，總工程師是蘇權(quán)科，島隧工程項(xiàng)目總經(jīng)理、總工程師是林鳴。9.1什么是工程工程的概念

工程：是利用已知規(guī)律，創(chuàng)造出全新的裝置或者系統(tǒng)，解決人們生產(chǎn)生活中遇到的各種問題。

英文Engineering：來源于古拉丁語ingenium，意思是“發(fā)明”“改進(jìn)”。

我國(guó)古代的工程：主要指大型修筑工事活動(dòng)，特別是城墻、運(yùn)河、房屋、橋梁、廟宇等土木水利工程的建造。

現(xiàn)代漢語詞典對(duì)工程的定義是：是指土木建筑和其他生產(chǎn)、制造部門用比較大而復(fù)雜的設(shè)備來進(jìn)行的工作，如土木工程、機(jī)械工程、化學(xué)工程、采礦工程、水利工程、航空工程。9.1什么是工程工程的概念

從哲學(xué)的角度看，工程就是造物，工程活動(dòng)的核心標(biāo)志是構(gòu)建一個(gè)新的存在物，這個(gè)新的存在物應(yīng)該是在一定邊界條件下優(yōu)化構(gòu)成的集成體。

工程具有如下特征：

（1）工程是有原理的。

（2）工程是有目標(biāo)的。

（3）工程是通過建造實(shí)現(xiàn)的。

（4）工程是在一定邊界條件下的集成和優(yōu)化。9.1什么是工程科學(xué)、技術(shù)與工程

科學(xué)：是研究自然界和社會(huì)的構(gòu)成、本質(zhì)及其運(yùn)行規(guī)律的系統(tǒng)性、規(guī)律性的知識(shí)體系。

技術(shù)：是解決問題的方法及原理，是利用現(xiàn)有事物形成新事物，或是改變現(xiàn)有事物功能、性能的方法。

工程：是以一種（或幾種）專業(yè)知識(shí)以及相關(guān)配套的專業(yè)技術(shù)所構(gòu)成的集成性知識(shí)體系，創(chuàng)造一個(gè)新的實(shí)體的過程。9.1什么是工程科學(xué)、技術(shù)與工程

科學(xué)活動(dòng)的最終價(jià)值是“求真”，技術(shù)活動(dòng)的最終價(jià)值是“求用”，現(xiàn)代工程是大規(guī)模的造物活動(dòng)，其價(jià)值追求是多元化的，追求的是科學(xué)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、軍事價(jià)值、生態(tài)價(jià)值等。

科學(xué)家面向?qū)W術(shù)世界，工程師面向商業(yè)世界；科學(xué)家發(fā)現(xiàn)已有的世界，工程師創(chuàng)造還沒有的世界；科學(xué)家的成果主要表現(xiàn)為科學(xué)論文，工程師的成果主要表現(xiàn)為客戶滿意的產(chǎn)品。

工程是將知識(shí)集成地轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出工程化的特征。9.1什么是工程信息化工程

信息化工程：是指信息化建設(shè)中的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息資源系統(tǒng)、信息應(yīng)用系統(tǒng)的新建、升級(jí)和改造工程。（1）信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：是指以信息技術(shù)為主要手段建立的信息處理、傳輸、交換和分發(fā)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（2）信息資源系統(tǒng)：是指以信息技術(shù)為主要手段建立的信息資源采集、存儲(chǔ)、處理的資源系統(tǒng)。

（3）信息應(yīng)用系統(tǒng)：是指以信息技術(shù)為主要手段建立的各類業(yè)務(wù)管理的應(yīng)用系統(tǒng)。9.2工程與社會(huì)工程文化與人文價(jià)值

文化：指人類創(chuàng)造的物質(zhì)成果和精神成果的總和，涉及從生產(chǎn)領(lǐng)域、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)到上層建筑、意識(shí)形態(tài)等社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，包括物質(zhì)文化、精神文化和制度文化三個(gè)層面。

工程產(chǎn)品體現(xiàn)了一定時(shí)期人類精神文化生活的需求。

工程與文化共存共生，并對(duì)工程活動(dòng)起到標(biāo)志、促進(jìn)或抑制等作用。

9.2工程與社會(huì)工程產(chǎn)品與公眾認(rèn)知

公眾認(rèn)知：是指用戶了解設(shè)備、產(chǎn)品或系統(tǒng)并掌握其功能，直至把產(chǎn)品的使用方式轉(zhuǎn)變成為習(xí)慣。

當(dāng)公眾對(duì)工程師設(shè)計(jì)的設(shè)備或系統(tǒng)懷有誤解時(shí)，工程師有責(zé)任進(jìn)行正確的引導(dǎo)和解釋。

工程師應(yīng)該意識(shí)到公眾認(rèn)知在工程產(chǎn)品中的重要性。

對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)來說，一個(gè)易于使用的應(yīng)用軟件應(yīng)該有一個(gè)友好的用戶界面。9.2工程與社會(huì)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展

協(xié)調(diào)價(jià)值沖突是當(dāng)代工程決策的關(guān)鍵。對(duì)于多元價(jià)值追求，只有在比較和選擇中才能實(shí)現(xiàn)合理的決策。

工程的核心問題是如何對(duì)各種資源進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，找到最優(yōu)的解決方案，并考慮可行性、可操作性、運(yùn)籌性等。工程活動(dòng)及工程產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)人與自然生態(tài)環(huán)境的和諧，在工程規(guī)劃和決策階段要進(jìn)行生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，建造過程要實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)，最后建成的工程產(chǎn)品必須是體現(xiàn)人與自然和諧的產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程涉及哪些環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展問題？9.2工程與社會(huì)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展

協(xié)調(diào)價(jià)值沖突是當(dāng)代工程決策的關(guān)鍵。對(duì)于多元價(jià)值追求，只有在比較和選擇中才能實(shí)現(xiàn)合理的決策。

可持續(xù)發(fā)展包括環(huán)境要素、社會(huì)要素、經(jīng)濟(jì)要素。9.3工程管理工程理念

工程理念：是從工程實(shí)踐中概括出來的理性認(rèn)識(shí)和觀念。

工程理念應(yīng)該從指導(dǎo)原則和基本方向上回答關(guān)于工程活動(dòng)是什么（造物的目標(biāo)）、為什么（造物的原因和根據(jù)）、怎么樣（造物的方法和計(jì)劃）、好不好（對(duì)物的評(píng)估及其標(biāo)準(zhǔn)）等幾個(gè)方面的問題。

和諧社會(huì)最核心的價(jià)值是以人為本，工程是人建造的，也是為人建造的，因此需要人本意識(shí)和人文關(guān)懷貫穿其中。南水北調(diào)的工程理念是什么？9.3工程管理工程設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)：是運(yùn)用工程原理和知識(shí)去滿足一種實(shí)際需要的活動(dòng)。

如果一個(gè)問題有多個(gè)可能的解決方案，需要通過創(chuàng)造、選擇、測(cè)試、迭代、評(píng)估等過程來決定一個(gè)合適的方案，這個(gè)活動(dòng)就是設(shè)計(jì)。

工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是開放性，任何一個(gè)設(shè)計(jì)都不可能只有一種方案，設(shè)計(jì)者必須要對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較和權(quán)衡，從中選出最佳的方案。

設(shè)計(jì)是一個(gè)需要迭代的過程，工程中測(cè)試、評(píng)估和修改是非常重要的，有時(shí)整個(gè)前期的設(shè)計(jì)都要被拋棄，產(chǎn)品需要徹底重新設(shè)計(jì)。9.3工程管理工程設(shè)計(jì)

在工程設(shè)計(jì)的歷史中，很多工程失敗的原因是工程師在工程判斷上存在重大失誤，缺陷在設(shè)計(jì)階段沒有發(fā)現(xiàn)，而是在使用過程中暴露出來。工程反思錄——細(xì)數(shù)人類歷史上失敗的大型工程！9.3工程管理工程進(jìn)度

Gantt圖：橫坐標(biāo)表示時(shí)間（如小時(shí)、天、周、月、年等），縱坐標(biāo)表示任務(wù)，水平線段表示對(duì)一個(gè)任務(wù)的進(jìn)度安排，線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)對(duì)應(yīng)在橫坐標(biāo)上的時(shí)間分別表示該任務(wù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，線段的長(zhǎng)度表示完成任務(wù)所需的時(shí)間，重疊的時(shí)間段表示任務(wù)之間的相互依賴性。9.3工程管理工程進(jìn)度PERT圖：有向邊表示任務(wù)，邊上的權(quán)值表示完成該任務(wù)所需的時(shí)間，頂點(diǎn)表示事件，每個(gè)事件有一個(gè)事件號(hào)和出現(xiàn)該事件的最早時(shí)間和最遲時(shí)間，每個(gè)任務(wù)還有一個(gè)機(jī)動(dòng)時(shí)間。9.3工程管理工程成本

工程有著明顯的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)或社會(huì)目標(biāo)。

工程活動(dòng)必將涉及到市場(chǎng)、資源、資金、成本、利潤(rùn)、環(huán)境等基本要素，是將資金通過對(duì)技術(shù)知識(shí)、工程知識(shí)、產(chǎn)業(yè)知識(shí)的開發(fā)并轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。

工程成本：是在工程項(xiàng)目的壽命期內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)而付出的全部代價(jià)，包括決策成本、設(shè)計(jì)成本、采購(gòu)成本和實(shí)施成本等。

信息化工程的成本：是信息化工程開發(fā)、實(shí)施過程中所消耗的人力資源、物質(zhì)資源和費(fèi)用開支的總和。9.4工程素養(yǎng)個(gè)人與團(tuán)隊(duì)

工程問題本質(zhì)上屬于跨學(xué)科問題。一個(gè)學(xué)科的工程師必須學(xué)會(huì)與其他學(xué)科工程師溝通的方法，并與其他人一起配合工作。

團(tuán)隊(duì)：為實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的目標(biāo)，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的人員組成的合作單元。

成功的團(tuán)隊(duì)具有以下特點(diǎn)：

（1）有共同的目標(biāo)和責(zé)任；

（2）團(tuán)隊(duì)成員互相溝通，鼓勵(lì)共同學(xué)習(xí)、探索、提高；

（3）團(tuán)隊(duì)是高效執(zhí)行任務(wù)的載體；

（4）團(tuán)隊(duì)搭建了實(shí)現(xiàn)人際交流、獲得個(gè)人成就、滿足被認(rèn)可需求和實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值的平臺(tái)。你組織或參與的團(tuán)隊(duì)中，最成功的案例是什么？成功的原因是什么？9.4工程素養(yǎng)個(gè)人與團(tuán)隊(duì)

作為團(tuán)隊(duì)成員，應(yīng)該在團(tuán)隊(duì)工作中努力做到以下幾點(diǎn)：（1）盡最大努力幫助團(tuán)隊(duì)成長(zhǎng)并實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)目標(biāo)，而不是基于團(tuán)隊(duì)過去的經(jīng)驗(yàn)；（2）看到隊(duì)友的優(yōu)勢(shì)和在團(tuán)隊(duì)中扮演的角色，和團(tuán)隊(duì)成員交朋友；（3）新加入團(tuán)隊(duì)時(shí)切記先入為主，看上去對(duì)工作內(nèi)容清楚了解的人很可能不會(huì)一直在團(tuán)隊(duì)，落后的成員也許有更高的積極性和更堅(jiān)韌的毅力；（4）通過持續(xù)性參加團(tuán)隊(duì)會(huì)議，提高自身能力和團(tuán)隊(duì)參與度；（5）幫助構(gòu)建團(tuán)隊(duì)風(fēng)格與團(tuán)隊(duì)文化，團(tuán)隊(duì)能激發(fā)出獨(dú)特化學(xué)反應(yīng)和強(qiáng)烈個(gè)性，每一個(gè)團(tuán)隊(duì)都與眾不同，成為一個(gè)充滿活力、個(gè)性鮮明團(tuán)隊(duì)的一員，是團(tuán)隊(duì)合作的回報(bào)之一；（6）促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成長(zhǎng)，致力于成為一個(gè)了解團(tuán)隊(duì)、充當(dāng)催化劑的人。9.4工程素養(yǎng)溝通與表達(dá)

工程師在工作中需要具備的最重要的非專業(yè)技能是溝通與表達(dá)。

溝通包括口頭和書面兩種方式，良好的溝通能力是職業(yè)和個(gè)人成功的基礎(chǔ)，工程師尤其需要與同事、客戶和其他利益相關(guān)者經(jīng)常溝通。9.4工程素養(yǎng)溝通與表達(dá)

溝通：是指能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或反饋等多個(gè)方面。

在某些情況下，還要求具備一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

通常來說，溝通分為非正式研討和正式會(huì)議。9.4工程素養(yǎng)溝通與表達(dá)

任何溝通的目的都是向聽眾傳達(dá)信息，在溝通的整個(gè)過程中要確保聽眾能獲得期待的相關(guān)信息，受眾的角色和動(dòng)機(jī)將決定如何組織有效的溝通。

工程師經(jīng)常需要為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、管理者、客戶或其他大眾群體做正式演講。

可以應(yīng)用多媒體等工具增強(qiáng)溝通效果，考慮肢體語言和其他非語言交流形式在演講中所起的作用。

工程師有時(shí)需要在技術(shù)會(huì)議上提交正式的報(bào)告文件。應(yīng)遵循以下基本原則：

（1）清晰性；（2）正確性；（3）簡(jiǎn)潔性；（4）完整性。9.4工程素養(yǎng)工程創(chuàng)新

創(chuàng)新：拋開舊的、創(chuàng)造新的。

創(chuàng)新思維的重要特征是獨(dú)創(chuàng)性，獨(dú)創(chuàng)性就是與前人、眾人有所不同，獨(dú)具真知灼見。創(chuàng)新至少包含以下內(nèi)容：

（1）獨(dú)創(chuàng)及創(chuàng)造新事物，想別人沒有想到的，做別人沒有做過的，獨(dú)辟路徑，善于發(fā)現(xiàn)；

（2）更新及除舊布新，勇于改革不合時(shí)宜的陳舊方法，迎接新事物；

（3）改變及更改事物，使事物變得和原來不一樣，形成切合實(shí)際的新做法。創(chuàng)新思維有哪些創(chuàng)新因子？9.4工程素養(yǎng)工程創(chuàng)新

工程本身就意味著創(chuàng)新，或者說，工程本身就是某種創(chuàng)新的體現(xiàn)。

工程創(chuàng)新的重要標(biāo)志是集成創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在兩個(gè)層次上：

（1）工程活動(dòng)需要對(duì)多個(gè)學(xué)科、多種技術(shù)在更大的時(shí)空尺度上進(jìn)行選擇、組織和集成優(yōu)化；

（2）工程往往有多種技術(shù)、多個(gè)方案、多種實(shí)施途徑可供選擇，工程創(chuàng)新就是要在工程理念、工程戰(zhàn)略、工程決策、