四、工程设计的过程和原则
工程设计是十分复杂的过程，一般来说，可以分成可行性研究、初步设计、技术设计和施工图设计四个阶段：（1）可行性研究。其任务是：提出一组对设计课题有价值的设想或构思，对完成设计课题需要解决哪些问题，成功的设计方案应满足哪些标准和要求并进行分析、论证和评价。（2）初步设计。根据可行性研究确定的初步方案进行概略的总体设计，对设计对象的整体结构和功能以及需要采用的关键技术进行研究。（3）技术设计。又称细节设计。指将初步设计阶段确定的总体方案具体化，确定产品的主要性能参数、主要构件和零部件的规格、材料和相互配合的方法，对主要部件进行试验研究。（4）施工图设计。编制零部件、配件的全部工作图和工艺要求的说明书，制定工艺流程和施工方案，为实际生产提供具体可靠的依据。经过这些阶段，工程设计的内容不断由概略到详细，由不确定变为确定，由抽象上升到具体。
工程设计的目的是根据特定项目的需要，提供尽可能多的备选方案，并从中选择在特定条件下最可行的方案，因而可以说设计过程就是决策过程。为了作出合理的决策，工程设计一般应遵循以下的原则：（1）满足需求原则。社会生产和生活对技术的需要是工程设计的动力。只有面向社会需求，把满足用户对产品功能的要求作为首要任务，才会目标明确，设计出适合社会需求的产品。（2）经济合理性原则。在设计中经济因素具有重大意义，设计者要有经济头脑，从设计方案的选择到最小的细节设计都要从经济的角度来权衡利弊，合理地协调功能与成本，生产成本与使用、维修费用的关系，以尽可能少的消耗取得尽可能大的经济效果。（3）技术先进性原则。采用先进技术是获得较大经济效益的一项条件，设计者应在满足需求的前提下，尽可能采用先进技术，提高产品的技术性能。（4）综合优化原则。在工程设计中，技术要求与经济、安全和法律等方面的要求常常会发生矛盾，设计者应善于在各种约束条件下找出最优方案，使各种因素相互协调，这样才能创造第一流的工程产品。
第三节工程技术方法
工程技术方法是创造和改进人自然系统的手段和途径。它是工程技术知识的自觉应用。工程技术方法有多种层次和类型：有用于特定的工程技术领域的专门方法；有用于某类工程技术活动的共有方法；有与某方面工程技术要素相关的通用方法；有适用于一切工程技术过程的普遍方法。
工程技术方法是工程技术知识的直接应用。人们认识到使铁成为钢需要脱碳、脱硫，就用喷吹氧气的方法炼钢。有了金属形变的知识，就用压力加工的方法使金属成型。确立了关于技能的观点，就有技能培训的方法。而懂得了工程技术总体特征和工程技术发展的一般规律性的理论，并用以指导各种工程技术活动，就是工程技术的普遍方法。对工程技术缺乏必要的知识，或虽有知识但不去自觉地应用，就不可能有正确的工程技术方法。
一、工程技术方法的发展历程
工程技术方法的探索由来已久。中国古代的《考工记》就提出“工者巧”，希腊哲学家亚里士多德认为“形式因”（指设计方案，形成产品的构想）是技术的要素，但对此均未作展开的论述。古代人更加关心的是特定对象的加工制作程序和配方，如织造、建筑、酿酒、制糖、造纸的方法及其改进。随着近代科学的发展，工程技术方法也逐渐科学化。科学原理的启示，科学实验的“放大”，常常成为技术发明的源泉，工程设计使工程技术活动更加规范化，并且可以分工合作地进行。18、19世纪的产业革命兴起以来，工程技术疗法在设计研究、设计工程、发明学、创造学、设计方法论、工程设计原理、技术革新方法等名称下得到发展，其中工程设计方法论是最有影响和有代表性的。1920年，德国建筑学家w.格罗波乌斯创立了专门培养人才的学院。
荷兰设计理论家V.都斯勃格曾提出建立一种客观的技术方法体系的要求。第二次世界大战以后，工程技术迅速发展。一批哲学家、科学家、工程师和设计师注重于从一般方法的角度探讨工程技术活动和工程设计，德国有对机械设计一般过程的研究，美国人F.兹维基提出了设计形态分析法。20世纪60年代初，美国工程师M.阿西莫夫发表了《设计导论》一书，提出工程设计是一个独立的领域，应当创立工程设计哲学来专门考察工程设计的一般原理、概念和通用的没计方法。在英国召开了第一次设计方法讨论会，之后，又多次召开了研讨设计方法的国际会议。在英、美、联邦德国和加拿大等国，出版了《设计研究》、《设计方法与理论》、《设计工程》等杂志。创造学、发明学等也对工程技术方法的探讨作出了重要贡献。中国早在20世纪60年代曾开展了“设计改革”活动，提出了研究、试验、设计、制造、检验、安装和成批生产的“七事一贯制”。20世纪80年代以来为适应高技术领域的工程需要，工程技术方法的研究有了很大的进展，出版了一批专著和论文。
二、工程技术方法与自然科学方法的关系
工程技术方法与自然科学方法有密切的联系，二者都是人们有目的地探索和研究的手段，都要遵循客观世界的规律，都具有主体、中介、客体相结合的结构，在自然科学研究中，需要利用实验技术和实验技术方法，在工程技术研究中也要利用科学理论和理论思维的方法。二者在利用计量检测方法、创造方法、系统方法等方面是相通的。
同时，工程技术方法又在许多方面区别于自然科学方法，后者的主要任务是说明自然事物“是什么”和“为什么”，以增加人类的知识财富为目的。前者的主要任务则是创造、控制、改进和利用人工自然，解决“做什么”和“怎样做”的问题，以增加物质财富和社会实效的目的。自然科学方法着重于提示自然过程的奥秘，工程技术方法着重于考察实践过程的机制，除了科学上的合理性，还必须估计到成本、资源、社会物质需求、道德法律规范、环境、安全、可靠性和人体的生理、心理条件等复杂的因素，缺乏资金、机器设备、材料、人力资源、管理、市场，生产技术和工程技术就难以成为现实。自然科学方法的运用，要求日益准确、精密、深刻地反映自然事物的各种属性和关系，对客观对象的分析，是实现这一目标的前提。工程技术方法的应用，要求兼顾、协调、平衡人工自然系统中各要素之间的关系，在成本、功能、工期、先进性和安全可靠性等方面合理统筹，在综合、协调中实现最优化，在自然科学研究中也必须积累经验材料，运用经验方法，但核心是理性的方法，而在工程技术活动中，经验、技能则是必不可少的内在因素，经验的方法仍然占有重要地位。
三、工程技术方法的特点和内容
工程技术方法的特点和内容，从根本上说与人工自然系统相关，人工自然系统的创造和改进即工程技术活动的过程，一般说来可以划分为以下步骤：（1）设定目标，分析现有技术状态与新的技术目标之间的矛盾；（2）提出和选择技术课题，搜集情报，进行技术预测和技术评估；（3）构思新技术方案，方案设计、研制，作出新的创造发明；（4）试验探索和验证，技术鉴定评价；（5）实施，提出技术规范和工艺制度，明确检测标准等，与这些步骤相对应，要选择有效的技术预测方法、技术评估方法、发明革新方法、技术设计方法和技术试验方法。
工程技术方法的研究和运用，对于推动技术开发和技术进步，实现技术现代化和提高工程技术活动的经济效益与社会效益，都有十分重要的意义。工程技术人员学习有效地创造和改进人工自然系统的方法，可以增加自己的聪明才智，事半功倍地完成任务。
工程技术方法的研究要以人类改造自然的实践为基础。工业史、技术史和发明史为工程技术方法研究提供了大量实际资料，分析历史资料，从中作出正确的逻辑概括，是工程技术方法研究的重要途径和任务。必须总结历史上和现实的工程技术活动中成功的经验和失败教训，不断充实工程技术方法的内容。数学、系统科学、创造心理学、技术经济学、技术社会学和人体工程学等学科，是工程技术方法研究不可缺少的知识领域，工程技术方法的发展，还必须借鉴自然科学的研究方法。
第四节 当代世界科技中的典型
工程案例分析
阿波罗登月计划和人类基因组计划，代表了大科学时代的典型的综合科技工程。对这二项工程有个大略的了解，对于理解和把握当代工程的特点、理解科学与技术的关系，对于认识科学技术与社会的关系，都是很有帮助的。
一、“阿波罗”登月计划
1969年7月20日，美国“土星一5”火箭成功地把“阿波罗一11号”载人宇宙飞船送上月球，飞船指令长尼尔·阿姆斯特朗向月面迈出了神圣的第一步，开创了人类空间活动的新纪元，创立了人类首次登上另一颗星的历史，实现了人类几千年来向往飞向神秘而美丽的月球的理想。
“阿波罗”计划的成功实施是全人类智慧的结晶，是人类勇敢向宇宙挑战的象征，呈现了人类无限的创造力和能动性。不论从人类文明发展方面，或从当代国际竞争的综合能力方面，或从高科技、社会经济发展方面来看，都有着重要意义。它是当代大科学工程技术决策成功之典范。
（一）“阿波罗”出笼的历史背景及组织实施过程中的决策经过第一、二次世界大战后，美国在社会经济、科学技术、军事实力等方面，已成为世界头号大国。“世界第一”的观念已牢牢地扎根于一般美国人的心中。
第二次世界大战期间，火箭技术渐臻成熟。德国战败后，他们研制的液体火箭技术及数百名火箭专家为美苏两国分割占有，并在此基础上奋力竞争。
苏联重点开发火箭技术，在组织、政策、资金、人力上采取了种种实际措施，取得了显著成绩。1957年8月26日发表声明，已成功地试验了多级超远程弹道导弹；1957年10月4日，发射成功世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克一工”；1957年11月3日发射了第二颗人造地球卫星“斯普特尼克一Ⅱ”，装载小狗上天，获得了大量的生理学资料。
本来与苏联站在同一起跑线上的美国，错估了导弹的价值，以为只有装上核弹头的导弹才会有力量，而当时核弹尚难以小型化。他们据此认为，应由喷气轰炸机来运载核弹，发展荷载核弹头导弹，“既不可能也无必要”。这一抉择，铸成了“导弹差距”。
美国导弹发射一再失败，试验屡受挫折，正如美国外交事务专家基辛格博士《选择的必要》一书中指出的：“导弹差距”无疑已成为事实。“导弹差距”使美国神经顿时紧张起来。一方面，苏联导弹的优势大大挫伤了美国“天下第一”的自尊心。美国朝野深感震惊和恼火，舆论为之哗然。美国公民和各界人士容忍不了这种对他们自尊心的“践踏”，纷纷指责政府为什么迟迟不能进入空间？
随着“导弹差距”而来的是“空间差距”。其实质是火箭差距。当时，苏联运输火箭能力大大超过了美国。比如，苏联发射第二颗人造卫星的运输火箭第一级推力就高出美国十几倍到几十倍。
“导弹差距”、“空间差距”，还有更重要的是苏联实现了核弹小型化，打破了军力的平衡，逼迫美国采取了着重加强发展空间计划的策略。
艾森豪威尔政府将美国“国家航空咨询委员会”改组为“宇航局”（NASA，就是决策的航标。
宇航局两大决断，肯尼迪紧锣密鼓。为了争回科学和技术上的长期优势，夺回“世界第一”的战略地位，宇航局采取了两个重大措施：一是，紧紧“追踪”苏联；二是，制定长远的空间活动计划，以实现美国在空间探险和应用方面的领先地位。
登月活动就是长期空间活动计划的一项重要内容。登月活动包括载人绕月飞行和月球表面着陆，这无论是从政治影响还是从空间技术能力考虑，登月都是美与苏较量最好的目标选择。选中月球作为美苏较量的竞技场，这无疑比苏联载人地球轨道飞行要技高一筹，它不仅可以向世人证明美国的空间技术水平和能力，同时还可以提高和恢复美国的国际声望。这就是后来称之为“阿波罗”的登月计划。
20世纪60年代初，肯尼迪就任总统之后，苏联在空间技术发展上又连连告捷。1961年4月12日，苏联第一颗人造卫星上天尚不到4年间，乘载人类第一位宇航员尤里·加加林的“东方1号”飞船成功地被送入太空，顺利地实现了举世瞩目的第一次载人太空飞行。这再次强烈地刺激了美国。
肯尼迪总统以惊叹的口吻对宇航局说道：“我们落后了，要在一段时间内追上去。”在空间开发方面屈居老二，即意味着美国在政治、经济、军事各方面受制于人。尽快进入太空，加强发展美国的长期空间能力，与苏联展开载人宇宙飞行的激烈角逐，夺回天下第一，这是美国出于政治动机，从当时和未来利益出发的必然选择。