What Engineers Know and How They Know It: Analytical Studies from Aeronautical History (The Johns Hopkins University Press, 1990) es una reflexión histórica sobre la práctica de la ingeniería en la aeronáutica estadounidense de 1908 a 1953 escrita por Walter Vincenti (1917-2019), un consumado practicante y instructor. [1] Este período representa los albores de la aviación, que estuvo plagado de incertidumbres y numerosos caminos hacia muchos mundos posibles . El libro captura dos conclusiones principales de este período. La conclusión de primer orden de este libro trata sobre "lo que saben los ingenieros". Se utilizan cinco estudios de caso de la historia de la ingeniería aeronáutica para argumentar que la ingeniería a menudo exige sus propios descubrimientos científicos. Por lo tanto, la ingeniería debe entenderse como una actividad generadora de conocimiento que incluye las ciencias aplicadas pero no se limita a las ciencias aplicadas. La conclusión de segundo orden de este libro se refiere a "cómo saben los ingenieros" utilizando los mismos estudios de caso para revelar patrones en la naturaleza de toda la ingeniería. Estos patrones forman una “ epistemología ” de la ingeniería que puede señalar el camino hacia un “método de ingeniería” como algo distinto del método científico . [2] : 169, 256 Walter Vincenti finaliza el trabajo con un "modelo de selección de variación" general para comprender la dirección de la innovación tecnológica en la historia de la humanidad. El libro está lleno de numerosas observaciones e historias adicionales contadas por un practicante e instructor. Esta puede ser la razón por la que el Dr. Michael A. Jackson , autor de Diseño estructurado y marcos de problemas , concluyó una vez un discurso de apertura ante ingenieros con la siguiente afirmación: "Lean el libro de Vincenti. Léanlo con atención. Léanlo cien veces". [3]
Walter G. Vincenti (comúnmente pronunciado " vin-sen-tee " en EE. UU. o " vin-chen-tee " en italiano) (1917-2019) fue profesor emérito de ingeniería aeronáutica y aeroespacial en la Universidad de Stanford . [4] En 1987 fue incluido en la Academia Nacional de Ingeniería , "por sus contribuciones pioneras a la aerodinámica de los aviones supersónicos y a la comprensión fundamental de la dinámica física del gas del flujo hipersónico ". [5] Su libro de texto importante de la primera parte de su carrera es Introducción a la dinámica física de los gases (1ª edición de 1965, segunda edición de 1975). [6] Vincenti, en efecto, tuvo dos carreras enteras: una como ingeniero aeronáutico de vanguardia y otra como destacado historiador de la tecnología. Esto le dio una doble perspectiva para pensar en cómo funciona la innovación tecnológica. Además, amplió la relevancia de la ingeniería para la sociedad al cofundar una disciplina en Stanford llamada Valores, Tecnología y Sociedad en 1971, ahora llamada Ciencia, Tecnología y Sociedad. [7] A la edad de 90 años publicó su trabajo más reciente con William M. Newman , "On an Engineering Use of Engineering History" que aparece en Technology and Culture . [8]
What Engineers Know se publicó por primera vez en 1990, cuando Vincenti tenía 73 años y había completado sus carreras en ingeniería aeroespacial , historia de la tecnología e instrucción. Los cinco estudios de caso utilizados como evidencia en este libro provienen de la primera mitad del siglo XX, 1908-1953. Durante este período, el autor trabajó en el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) de 1940 a 1957. [9] Cuatro de los cinco estudios de caso utilizados como evidencia en este libro se publicaron por primera vez de forma independiente en Tecnología y Cultura entre 1979 y 1986. [ 2] : 10 Durante esta época, otros autores comenzaban a refutar la visión de la ingeniería como únicamente ciencia aplicada. [10] Luego, en 1990, los cinco estudios de caso de Vincenti apoyaron indirectamente este nuevo discurso sobre la ingeniería como disciplina generadora de conocimiento.
La profesión de "ingeniería" abarca un amplio ámbito de práctica. Así, el autor reduce el alcance de sus cinco estudios de caso de tres maneras. [2] : 6–9 En primer lugar, visto de principio a fin, el proceso de ingeniería contiene tres fases que incluyen diseño , construcción/producción y operación. Estos casos provienen en gran medida de la fase de diseño de la ingeniería. Una excepción es el quinto estudio de caso sobre uniones remachadas al ras, que implicó una estrecha interacción entre diseño y producción. En segundo lugar, el diseño puede clasificarse como normal o radical. Estos estudios de caso pertenecen al diseño normal. En tercer lugar, el diseño normal en sí mismo tiene varios niveles. Estos niveles proceden desde la definición del proyecto hasta el diseño general, el diseño de los componentes principales, la subdivisión del diseño de los componentes y problemas altamente específicos (como la forma en planta, el perfil aerodinámico y los dispositivos de gran sustentación). Estos cinco estudios de caso provienen en su mayoría de estos niveles inferiores. Así, cuando se combinan, el alcance de estos estudios de caso es el diseño, el diseño normal y problemas altamente específicos al nivel más bajo, "para ayudar a corregir el abandono de esta área tan grande y esencial". [2] : 9
Los cinco estudios de caso están organizados por capítulos. El Capítulo 2 trata del diseño de perfiles aerodinámicos en general. Los primeros trabajos de Davis ilustran cuán útil ha sido la ingeniería realizada por personas que no tienen una formación formal en ingeniería. El ala de Davis fue fundamental a pesar de que Davis no tenía la base teórica para saber cómo ni por qué. El capítulo 3 trata sobre cómo los ingenieros diseñan de acuerdo con cualidades de vuelo satisfactorias para los pilotos. Este estudio de caso ilustra que puede existir una relación clave entre el comportamiento humano y los requisitos de ingeniería que pueden afectar en gran medida los resultados. Como tal, "el diseño de artefactos es una actividad social". [2] : 11, 237 El Capítulo 4 instruye la importancia de las situaciones de análisis de volumen de control en el diseño mecánico. El análisis del volumen de control no estaba presente en los libros de texto de física de la época. Así, los ingenieros tenían una exigencia científica que no era abordada adecuadamente por ninguna ciencia natural . Es importante destacar que estos estudios de caso son ejemplos de por qué existe la "ciencia de la ingeniería". El Capítulo 5 trata del problema dinámico del diseño y selección de hélices . El estudio de caso de la hélice ilustra cómo los ingenieros desarrollan métodos para dar cuenta de la ausencia de la teoría científica requerida. En este caso se utilizó la " variación de parámetros " para trazar y examinar un tema donde no existía una teoría científica integral (en física). [2] : 160–161 Finalmente, el capítulo 6 describe el problema del diseño de uniones remachadas al ras para aeronaves. Este estudio de caso transmite cómo los requisitos de producción pueden tener una influencia inversa en el diseño, impulsando así iteraciones entre producción y diseño. Este estudio de caso también ilustra cómo hay aspectos de la ingeniería que no pueden describirse adecuadamente como ciencia, como la mecánica de los remaches "sensible" desarrollada para determinar cuánta presión se debe aplicar al completar la estructura de aluminio de la aeronave (consulte la discusión sobre "conocimiento tácito" a continuación). ).
A lo largo del libro, Walter Vincenti realiza observaciones epistemológicas relacionadas con la ingeniería. Las siguientes son seis de varias observaciones realizadas a lo largo del libro. [11] Estas observaciones no constituyen un "método de ingeniería" per se, pero ofrecen una conjetura que puede señalar el camino para futuras investigaciones. [2] : 160-161 Escribió: "en el último párrafo del capítulo 5, también planteé la cuestión de si podría ser rentable buscar un "método de ingeniería" análogo pero distinguible del método científico que ha sido una preocupación fructífera. para la historia de la ciencia ¿Podría ser que el proceso de selección de variación descrito aquí sea ese método, con sus características distintivas radicadas en el criterio de selección y los métodos indirectos utilizados para atajar el juicio directo? [2] : 256
En primer lugar, existe un patrón en el proceso iterativo de descubrimiento de ingeniería que se observa en el desarrollo de especificaciones de calidad de vuelo. [2] : 102 Este proceso se conoce como "Siete elementos interactivos del aprendizaje de ingeniería" e incluye:
La negrita del texto original aísla los pasos de manera neutral en cuanto al tema.
En segundo lugar, existe un patrón en las propias categorías de conocimiento en ingeniería. [2] : 208 Estas seis categorías de conocimientos de ingeniería son:
En tercer lugar, Walter Vincenti ve un patrón en las actividades de ingeniería generadoras de conocimiento/ciencia. [2] : 229 Estas siete actividades generadoras de conocimiento incluyen:
Cuarto, al colocar seis categorías de conocimiento y las siete actividades generadoras de conocimiento en una tabla xy, estas actividades generadoras de conocimiento atraviesan las categorías de conocimiento de una manera parcialmente predecible. La tabla resultante sirve como una aproximación de qué tareas de ingeniería pueden producir nuevos conocimientos de ingeniería. [2] : 235, Tabla 7-1 El diagrama resultante "está destinado a la discusión más que a un conjunto de divisiones estrictas y rápidas". [2] : 225
En quinto lugar, reclasifica el propio conocimiento de la ingeniería. El conocimiento generado por la ingeniería normalmente puede clasificarse por fases como diseño, producción u operaciones. [2] : 195 Otra forma de pensar en las categorías de conocimiento de ingeniería es el conocimiento descriptivo , el conocimiento prescriptivo y el conocimiento tácito . [2] : 198 Agrega los términos de Gilbert Ryle "saber eso" y "saber cómo" [2] : 13 para ilustrar el objetivo de cada categoría de conocimiento. [2] : 198 "Saber qué o aquello" hacer en ingeniería es una mezcla de conocimiento descriptivo y prescriptivo. "Saber cómo" hacerlo es una mezcla de conocimiento prescriptivo y tácito. Por lo tanto, estos estudios de caso muestran la necesidad de los tres tipos de conocimiento en ingeniería.
Finalmente, propone un modelo de selección de variación para el crecimiento del conocimiento. En todos los niveles de la jerarquía de diseño, el crecimiento del conocimiento actúa para aumentar la complejidad y el poder del proceso de selección de variación modificando tanto el mecanismo de variación como expandiendo los procesos de selección indirectamente. La variación y la selección añaden cada una dos principios realistas para el avance de la tecnología: ceguera a la variación e inseguridad en la selección. [2] : 249
Vincenti concluye que nuestra ceguera ante el vasto potencial de las variaciones de diseño no implica una búsqueda aleatoria o no premeditada. Una persona ciega en un callejón desconocido utiliza un bastón para proporcionar información y explorar las limitaciones de forma intencionada sin tener idea de adónde conduce el callejón. Del mismo modo, los ingenieros proceden en el diseño "a ciegas" en el sentido de que "el resultado no es completamente previsible", por lo que las "mejores" variaciones potenciales son hasta cierto punto invisibles. [2] : 243 Como resultado, encontrar diseños de alto funcionamiento no es la norma. Señala que “desde fuera o en retrospectiva, todo el proceso tiende a parecer más ordenado e intencional (menos ciego) de lo que suele ser”. [2] : 246
Sin embargo, Vincenti utiliza las diferencias entre los hermanos Wright y los franceses para mostrar que existe una variedad en la forma en que manejamos la ceguera ante las variaciones. Los hermanos Wright diseñaron una máquina voladora antes que los franceses, aunque comenzaron a experimentar aproximadamente al mismo tiempo. Los franceses 1) apelaron a lo poco que se sabía sobre los Wright/Langley, 2) imaginaciones mentales de lo que podría tener éxito, y 3) la guía de la creciente experiencia de vuelo. Pero “dado que [los números 1 y 3] eran escasos, el nivel de ceguera, al menos al principio, era casi total”. [2] : 244
¿Cuál fue la diferencia en el proceso entre los Wright y los franceses?
El proceso francés de prueba y error tuvo menos análisis teórico (o nuevos conocimientos de ingeniería). Dado que “los franceses no estaban inclinados hacia el análisis teórico, las variaciones podían seleccionarse para su retención y refinamiento sólo mediante rastros en el vuelo”. [2] : 244 [énfasis añadido] Para los Wright, el avance de los principios básicos en teoría a través del análisis proporcionó atajos precisos para dirigir los ensayos, haciendo que el proceso francés pareciera más exploratorio en retrospectiva. Por lo tanto, el proceso de selección cuenta con la ayuda de 1) análisis teórico y 2) experimentos (en, por ejemplo, túneles de viento) en lugar de pruebas directas de versiones reales (“expresas”) en el medio ambiente. El crecimiento del conocimiento aumenta el poder de los ensayos indirectos en lugar de los ensayos reales/directos. [2] : 247
A largo plazo, “todo el proceso de selección de variación (variación y selección juntas) está lleno de incertidumbre”. El nivel de incertidumbre se ve afectado por dos cosas. En primer lugar, “la incertidumbre proviene del grado de ceguera en las variaciones”. [2] : 248 La incertidumbre en todo el proceso disminuye a medida que la tecnología madura; señala que los diseñadores de aviones de hoy operan con más “piso seguro” que los franceses de principios del siglo XX o incluso que los de su época trabajando en la NACA. Sin embargo, existe una paradoja en la disminución de la ceguera. Si bien la ceguera disminuye con el tiempo, los avances se vuelven simultáneamente más difíciles de conseguir y más sofisticados... ¡lo que a su vez aumenta la ceguera! Por tanto, la tentación de ver una disminución neta de la ceguera "surge de una ilusión". El proceso de selección de variaciones puede crear tanta ceguera como reducirla; pregúntenle simplemente a “ingenieros talentosos que luchan por hacer avanzar una tecnología madura como la aeronáutica actual…” [2] : 249
El segundo factor de incertidumbre en todo el modelo de variación-selección es la "inseguridad" en el proceso de selección. Tanto los ensayos indirectos como los abiertos adolecen de inseguridad, lo que añade complicación al modelo de selección de variaciones. Pero a diferencia de la ceguera en la variación, la inseguridad en la selección disminuye con la precisión en ambos tipos de ensayos. [2] : 249
La ceguera y la inseguridad caracterizan la naturaleza difícil o ardua de la evolución tecnológica en el modelo de selección de variación. [2] : 248–249 Luego, el autor revisa los cinco estudios de caso retrospectivamente para demostrar cómo la selección de variación y la ceguera-inseguridad operaron en cada caso. [2] : 250-252 En total, "el crecimiento acumulativo del conocimiento de la ingeniería como resultado de procesos individuales de selección de variación actúa para cambiar la naturaleza de cómo se llevan a cabo esos procesos". [2] : 245