工程师思维的三大法宝
我把工程师思维模式的核心称为模块化系统思维。这种思维不是单一技能，而是将技术和原理结合起来的一种思维模式。 系统性思维不仅指要形成系统化的思维模式，而且要明白一点：人生起起伏伏，万事万物运动不止，且相互关联。系统内的各个模块相互作用，构成了整体，要理解这个整体，不能只简单分析它的各个模块。
例如，模块化系统思维包含一种特殊的技巧，它从功能的角度结合了解构主义（将较大的系统分解为多个模块）和重构主义（将不同的模块重新组合在一起）的概念。这种技巧旨在确定不同模块之间是否存在紧密的联系，弄清楚各模块如何产生作用、不产生作用或者可以产生的潜在作用等问题，同时应用这些知识来获得有效产出。这就产生了一种相关的设计理念，即逐步求精法
，这种方法主要被软件工程师所运用。软件工程师不断地改进产品或服务，显然这样做有助于产生更理想的结果或开发出替代的解决方案。这种方法还被用于开发产品，从而产生了一种自上而下的设计策略——分治法
，这是一种在实现最终目标的过程中单独完成各项子任务的方法。与这种方法相对的是自下而上的设计策略，这是一种将各个模块重新组合的方法。
美国中央情报局时任科学技术部副主任、国家安全专家鲁思·戴维（Ruth David）将这个问题表述为：“工程学既是系统思维的代名词，也是系统构建的代名词，它意味着从不同的角度认识问题的能力。人们不仅要理解系统的各个模块及它们之间的联系，而且要认识系统的真正内涵。”正因如此，工程师思维模式才会被应用到社会的各行各业，甚至对个人和群体都有效。
由于缺乏普适的“工程方法”，应用情境又各不相同，模块化系统思维就不应是铁板一块的。例如，建造迪拜哈利法塔（Dubai’s Burj khalifa）的工程方法与微软办公软件的编程方法就不同。无论是对世界杯足球进行风洞试验
，还是制造能够在飞行中击落其他导弹的导弹，工程学都发挥着各种各样的作用。就算在同一行业内，工程技术也会千差万别。例如，涡轮风扇发动机等产品的装配方法就与飞行器等庞大系统的装配方法不同。以此类推，也会有一些综合系统包含了若干子系统，譬如空中交通网络，它与上述产品的工程方式就更不同了。
我们周围的世界瞬息万变，工程学的本质也在变化。它不仅是“文化的硬件”，更是经济增长的动力。 例如，近期的预估数据表明，在美国人口中，工程师的占比不足4%，但他们为其余人口创造了超多的就业机会。尽管某些工程创新确实取代了人类的一些工作，但同时也有助于创造新的发展契机，拓宽就业途径。
工程师思维模式有以下三大基本属性。
第一，工程师思维模式能够帮助人们在没有结构的情况下“看到”结构。
我们的世界充满各种各样的结构，小到俳句
，大到高楼大厦。正如一位才华横溢的作曲家先“看到”声音后谱曲一样，卓越的工程师能够结合规则、模型和直觉将自己的想法转化为现实，并形成结构。工程师思维的侧重点不是冰山外露于水面的部分，而是隐藏在水里的部分。它不仅仅关注人们看得见的东西，还关注人们看不见的东西。
结构化的系统思维会涉及系统中各个元素之间的逻辑联系、时间联系、顺序联系和功能联系，以及各个元素在什么条件下会产生作用，在什么条件下不产生作用。历史学家可能会在事情发生几十年后才应用这种结构逻辑，但工程师需要先试先行，以确保细节日臻完美或者达到高度抽象的水平。这就是工程师建立模型的主要原因之一，这样他们才能基于现实进行结构化的对话。关键在于，在设想结构的过程中，工程师需要判断一个结构在什么时候具有价值，在什么时候没有价值。
从瓦利埃和格里博瓦尔的发明可知，军事系统以其结构化的创新方法著称。美国国防部高级研究计划局前局长乔治·赫尔迈耶（George Heilmeier）研发了现代视觉技术的重要组成部分——液晶显示器（LCD）。他的创新之处在于针对明确的目标和客户采用了类清单式的模板。
· 你想做什么？简单描述自己的目标，不要使用专业术语。
· 你目前是怎么做的？现行方法存在哪些局限性？
· 你的方法有什么创新之处？你为什么认为自己会成功？
· 谁关注你成功与否？如果你成功了，会产生什么影响吗？
· 这个过程有哪些风险和收益？
· 你的投入是多少？需要花费多长时间？
· 你采用哪些中期和期末“考核”来判断自己成功与否？
基本上，我们可以通过这类结构提出正确且符合逻辑的问题。
第二，工程师思维模式能够帮助人们在约束条件下熟练地进行设计。 现实场景具有各种约束条件，可以激发或破坏我们的潜能。由于工程学本身具有实用性，所以它承受的压力要比其他行业大得多。不管是自然约束条件，还是人为约束条件，都不允许工程师等到所有现象都得到充分理解和解释后才行动。人们期望工程师能在给定的约束条件下尽可能地获得理想的结果。就算约束条件不存在，优秀的工程师也知道如何通过施加约束条件来实现自己的目标。对工程师来说，时间约束可激发创意、提升智慧。常见的约束条件还包括财力约束、取决于自然规律的物理约束，还有人类行为等不可预知的约束。
奥利维尔·德韦克（Olivier de Weck）和他在麻省理工学院的研究团队指出：“试想一下，假如每次更新版本，苹果Macintosh操作系统或微软Windows操作系统都是从零开始的全新操作系统，那么个人计算机的发展早就停滞不前了。”为了逐步满足顾客偏好和商业需要，工程师经常对软件产品进行增补式创新，但实际上这些创新不外乎是作为需求的约束条件在产生作用。他们还补充说：“一些最初看似简单的改变往往需要改变其他方面才能实现，这继而又会引起更多的改变……所以，我们必须想办法既能创造新功能，但又能延续旧系统。”压力是无穷无尽的。
第三，工程师思维模式能够帮助我们在经过深思熟虑后对解决方案和备选方案做出判断，即权衡取舍的问题。 工程师确定设计重点，明确重点目标和次要目标并分配资源。以飞机设计为例，工程师往往需要权衡的是，在特定的性能指标约束下，如何平衡成本、重量、翼幅以及盥洗室尺寸等需求。这种选择上的压力还会慢慢传递到乘客的乘坐体验等问题。假如把约束比作走钢丝，那么权衡的过程就是一场拉锯战，工程师要使可行性、可能性、期望与约束等方面达到平衡。
科学、哲学和宗教致力于探究他们各自所谓的真理，而工程学则负责在约束条件下提高效用。结构、约束和权衡是工程师思维的三大法宝。这三大属性对于工程师来说至关重要，就如同时间、速度和节奏对于音乐家的意义一样。
工程师思维的跨界创新 阿波罗11号，将人类送上月球的工程学
1962年9月12日，阳光和煦，肯尼迪总统在位于休斯敦的莱斯大学体育场发表演讲时说道：“我的同胞们，让我们向那个距离休斯敦控制中心大约400000千米的月球发射一枚超过90米高、与这个橄榄球场长度相当的火箭。这枚火箭将采用新型合金材料，其耐热性与抗压性比现在使用的材料强好几倍，只是部分合金材料尚未发明出来。其装配的精密程度堪比最精确的手表。它运载着用于保障推进、导航、控制、通信和生存等的各种设备，肩负着前所未有的使命，登上那个未知的天体，之后安全返回地球。以约40000千米／时的速度重返大气层，由此产生的高温大约是太阳温度的一半……如果我们要在这10年间完全实现这些目标，那我们必须敢作敢为。”
肯尼迪愿景中最关键的部分并非科技上的雄心壮志，而在于“这10年内实现目标”的豪言壮语。虽然时间紧迫，但该项目的工程师们最终完成了任务。1969年7月20日，阿波罗11号成功登陆月球，早于原定截止时间。同时，在研发过程中，工程师们还创造了宝贵的副产品，其中包括碳纤维等新材料和先进的导航系统，该导航系统现在仍被商业航空公司使用。尽管工程学在人类成功登月并返回地球的过程中发挥了至关重要的作用，但人们往往将这些成果称为火箭“科学”。
如果说科学的核心是发现，那么工程学的本质就是创造。人类历史的长河源远流长。逐本溯源，人类首先是工具的制造者，然后随着文化传承，变成了发现者。事实上，我们借助很多工程学工具提高了自身的能力，促进了科学的发展。现在，科学家们为了获得海量数据和成果，越来越离不开工程学，并依靠工程学提出、验证或推进他们的理论。反过来，工程学确实依赖自然规律和科学理论，但它也有助于催生新的科学知识体系。在人类将航空学确立为一门科学之前，飞机已经能飞上天了；蒸汽机催生了热力学科学；此外，工业革命也拓宽了人类进行科学探索的途径。正如理海大学教授汤姆·彼得斯（Tom Peters）所言，“只要有助于完成任务，工程师甚至愿意‘创造性地曲解’科学方法或成果。”
历史表明，“大多数时代是以工程学为标志的，”美国国家工程院院长丹·莫特（Dan Mote）指出：“石器时代……因人类手工打造石制工具而得名；青铜时代因人类通过冶炼锡和铜来铸造武器、工具与工艺品而得名；铁器时代因人类通过锻造铁来制造农具和工具而得名；而硅时代则反映出电子制造业的物质基础。”他还说道：“按照这种说法，冰河时代不属于人类创造的时代，而是一种自然现象，属于科学范畴。”
工程学自成体系，具有独特的理论知识和实践领域，与其他根植于哲学的传统知识学科相比，工程学更加安全、可靠，因此特别值得我们尊重，但一些学者们对工程学一直持有不同的看法。自柏拉图以来，西方学术界对工程学颇有偏见，他们强调“纯”知识的优势，忽视了工程学的作用。更糟糕的是，“科学”和“技术”几乎总是相提并论，虽然技术是科学和工程学相结合的产物，但人们对工程学只字不提。“科学是工程学的工具，就像没有人会说凿子创造了雕塑一样，也就不应该说是科学创造了火箭，”工程历史学家亨利·彼得洛斯基（Henry Petroski）写道，“工程问题的解决方案不能单单依靠科学知识来获得，否则难免会遇到挫折，甚至会导致方案失败。”
哈佛大学的化学家乔治·怀特赛兹（George Whitesides）改行研究工程学后，他用另一精妙类比阐释了科学和工程学：如果说科学的重点是“追踪从离子和神经递质到《勃拉姆斯安魂曲》的机制路径”，那么工程学则专注于提供“隔离无限量二氧化碳的可行方案，同时利用纳米比亚等地区尚不具备的设备提供无限电力和清洁水，并确保税后投资回报率达到30%”。为了知识而研究知识确有其用，但社会进步离不开实践。
神经科学家斯图尔特·法尔斯坦（Stuart Firestein）将科学探索比作在黑屋子里寻找黑猫，有时候屋子里可能根本没有猫。通常，在人们眼中，科学家的形象是“耐心地拼成一大幅拼图”，而法尔斯坦的比方与这个形象恰恰相反。科学知识总是与无知相互共存。正如法尔斯坦所说，这两者之间存在“集体知识的缺口”，从而能推动着科学不断进步。知识不是无所不能的，比如知识不能“用来预测或陈述某物或某事。这是人们在知识、感知、洞察等方面的无知”。他补充说：“这就是黑屋子里的黑猫，不是现实和准则。”
法尔斯坦在《无知：它怎样驱动科学》 （Ignorance ： How It Drives Science ）一书中引用过数学家安德鲁·怀尔斯（Andrew Wiles）的观点。怀尔斯曾对上述观点进行了引申：“一个人在黑屋子里摸索、试探和探究，跌跌撞撞，笨手笨脚。不一会儿，意外摸到了开关，灯亮了，所有人都说‘哇，原来如此！’。然后，他又进入另一间黑屋子，继续寻找神秘的黑猫。”
老师一直教导我们，科学的价值在于其客观性。在理想的情况下，科学会避开预设结果。工程学往往与此背道而驰：它的优势在于能够结合主观性。然而，对于工程师来说，客观性原则尤其重要，它有助于预防或分析故障。科学和工程学相互促进，共生共存，但又彼此存在差异和缺点。布鲁克林大桥的蓝图终有被敲定的一刻，但知识没有最终的边界。心之所想，力之所向。
