# 工学設計知識 Navigation: [[index]] | [[overview]] ## 定義 工学設計知識とは、工学者(engineer)が設計という活動を遂行するために保持し生成する知識のことであり、科学的知識から演繹的に導かれる派生物(応用科学)ではなく、独自の生成過程と構造を持つ自律した知識体系だとする立場を取る。この立場は Walter Vincenti が Edwin Layton の論文「Technology as Knowledge」から引き継いだもので、技術(technology)一般を「科学から派生した知識」ではなく「科学的知識と相互作用しつつも識別可能に異なる、自律した知識体系」として捉える技術史学の見方に基づく(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 1 Introduction - Engineering As Knowledge]], p.4)。 科学と技術の関係を「技術は科学に階層的に従属する」と見る旧来の応用科学モデルは、技術に独自に論じるべき性質を何も残さない点で、複雑な歴史記録に適合しないとして退けられる。代わりに、科学と技術は自律した文化の形態として互いに複雑な仕方で作用し合うとする「相互作用モデル(interactive model、Barry Barnes による整理)」が採用される(Source: ch.1, p.6)。 Vincenti はこの広大な工学知識のうち、工学の3つの目的――設計・生産(construction)・運用(operation、G. F. C. Rogers の定義に基づく区分)――の中から**設計**に対象を絞る。理由は、実務上の分量の制約に加え、多くの工学者にとって技術的要件が具体的な焦点を結ぶのが設計のレベルだからである(生産・運用にも同等の考察が必要だが、それは「完全な工学の認識論」に残された課題だとされる)(Source: ch.1, p.7)。「知識」の概念自体は、哲学者 Gilbert Ryle の「knowing how(やり方の知識)」と「knowing that(事実の知識)」の両方を含む広い意味で用いられ、設計の遂行の仕方に関する知識と、新しい知識(アイデアや情報)を生成する仕方に関する知識の双方が対象になる(Source: ch.1, p.13)。 > [!note] 本 concept は書籍 *What Engineers Know and How They Know It* 全体のハブとして育てる。 ## 6カテゴリ×7活動という解剖学(第7章) 第7章「The Anatomy of Engineering Design Knowledge」は、第2〜6章の5つの事例研究から得た証拠を一般化し、工学設計知識を**6つのカテゴリ**に、それを生み出す**7つの知識生成活動**に分類する。両者の対応は要約表(表7-1)に集約される。 6カテゴリ(知識の中身の分類): 1. **基本設計概念(fundamental design concepts)** — [[動作原理]](operational principle、Michael Polanyi 由来)と通常形態(normal configuration)。デバイスがどう働くか・どういう形であるべきかについての、しばしば意識されないまま設計者の心の奥に前提される知識。 2. **基準と仕様(criteria and specifications)** — デバイスの定性的・功利的な目標を具体的な数値的技術要件へ翻訳する知識。 3. **理論的道具(theoretical tools)** — 純粋数学的な道具から科学由来の理論、Polanyi の言う「体系的技術」、デバイス限定理論、現象論的理論、計算上の便宜のための粗い仮定まで、科学的性格から工学的性格への連続的なスペクトルをなす。 4. **定量的データ(quantitative data)** — [[記述的知識と規範的知識]]の二分法がここに現れる。物理定数・物性値等の記述的データと、工程仕様等の規範的データからなる。 5. **実践的考慮事項(practical considerations)** — 理論化・表化になじまない、経験に由来し現場(設計・生産・運用)で学ばれる知識。 6. **設計の手段(design instrumentalities)** — 構造化された手続き(部分システムへの分割、最適化/満足化、並行作業、反復技法)、思考の様式(制御体積思考のような概念由来の様式、類推、非言語的な視覚的思考)、判断力(judgmental skills)からなる、「知る(knowing)」ではなく「為す(doing)」ためのやり方の知識。視覚的思考・判断力は[[暗黙知]]に属する。 7つの知識生成活動(知識を生み出す活動の分類): A. **科学からの移転(transfer from science)** — 既存科学(Joukowsky の等角写像、control-volume analysis の元になった熱力学・力学)や現在進行中の科学(Buckingham の次元解析定理)からの転用。多くの場合、単純な転用ではなく工学的目的への再定式化を伴う。 B. **発明(invention)** — 動作原理・通常形態そのものを考案する創造的活動。通常設計の外側にあるが、本書全体の前提として言及される。 C. **理論的工学研究(theoretical engineering research)** D. **実験的工学研究(experimental engineering research)** — パラメータ変化法・相似則・破壊試験など、工学に固有の実験様式を含む。 E. **設計実務(design practice)** F. **生産(production)** G. **直接試行(direct trial)** — 意図的な証明試験と、日常運用の双方を含む。 表7-1は、この7活動(行)と6カテゴリ(列)の対応を「どの活動がどのカテゴリへ直接寄与するか」というXの配置で示す。著者はカテゴリも活動も互いに排他的ではなく、この分類は「厳密な区分ではなく議論のための見取り図」だと繰り返し断っている。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 7 The Anatomy of Engineering Design Knowledge]], p.208, 213, 216-222, 229-235) ## 横断的知見 (第1章のみを起点として立ち上げた concept のため、複数ソースの突き合わせによる横断的知見は未収載。第2章以降の事例研究、および第7・8章の追記を待つ。) - 第5章(Durand-Lesley のプロペラ研究)は、第1章が予告する「設計知識」のうち**定量的データ(quantitative data)**というカテゴリの具体像を提示する。工学者は理論的道具に加えて数値情報を必要とし、理論が不十分な領域ではこの数値情報を[[パラメータ変化法]](systematic な実験・理論計算による性能データの体系的生成)で得る。第5章の事例は、この定量的データの生成が単なる測定の集積ではなく、相似則・次元解析・模型-実機相関を伴う複合的な知識生成活動であることを示しており、第1章が述べる「knowing how(データを得るやり方の知識)」も知識の一形態であるという立場を具体的に裏づける。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 1 Introduction - Engineering As Knowledge]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 5 Data for Design - The Air-Propeller Tests of W. F. Durand and E. P. Lesley, 1916-1926]]) - 第2章(Davis 翼型の事例)は、第1章が述べる「工学知識は科学的知識の単純な演繹的応用ではない」という立場を、設計判断のレベルで裏づける具体例を提供する。Consolidated の技術陣は Davis 翼型に流体力学的な理論的裏づけが無いことを認識しながら、GALCIT 風洞での経験的な比較試験結果という別種の知識だけを根拠に採用を決断しており、理論知識と経験的・実験的知識が並列に、時に理論の欠如を補う形で設計判断を支えることを示す。また不確実性(experimental / theoretical の2種)を抱えたまま「不十分な証拠で正しい決定を下す」ことが工学設計知識の実践に本質的に含まれる点も、第1章の knowing how の議論に具体性を加える。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 1 Introduction - Engineering As Knowledge]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 2 Design and the Growth of Knowledge - The Davis Wing and the Problem of Airfoil Design, 1908-1945]]) - 第4章(制御体積解析の事例)は、第1章が予告する「設計知識」のうち**理論的道具(theoretical tools)**というカテゴリの具体像を提示する。理論的道具は、既存の科学的知識(Newtonの運動量法則・熱力学のエネルギー則)を工学者の需要に応じて再定式化・組織化することで生まれるが、その過程は単純な演繹的応用ではなく、教育上の組織化の要請や経済性・誤り回避という工学に固有の要求も動因として働く独自の知識生成活動である。第2章が示す理論的裏づけの欠如を経験的知識で補う設計判断とは対照的に、第4章の理論的道具は科学の法則に立脚しながらも「人工物の創造」という目的によって科学から区別される――工学知識が科学の単純な応用ではないという第1章の立場を、理論的道具というカテゴリの内部からも裏づける。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 1 Introduction - Engineering As Knowledge]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 4 A Theoretical Tool for Design - Control-Volume Analysis, 1912-1953]]) - 第3章(飛行品質仕様の確立)は、第1章が予告する「設計知識」のうち**基準と仕様(criteria and specifications)**というカテゴリの具体像を提示する。第2・4・5章が「与えられた要件をどう満たすか」に関する知識を扱うのに対し、第3章は「そもそも何を要件とすべきか」自体が知識生成の対象になる事例であり、その要件がパイロットの主観的知覚という、他章には無い人間的要素を含む点で特異である。この事例は、工学知識が設計解だけでなく設計解を評価する基準そのものにまで及ぶこと、そして基準の確立が理論(dynamic stability の数学的分析)・実験(飛行試験・計器開発)・経験の蓄積(パイロット意見の集積)の反復的相互作用によって進むことを示す。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 1 Introduction - Engineering As Knowledge]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 3 Establishment of Design Requirements - Flying-Quality Specifications for American Aircraft, 1918-1943]]) - 第6章(沈頭リベット接合の事例)は、これまでの章が設計に絞ってきた対象を初めて生産(production)側へ広げ、**設計のための知識と生産のための知識とでは知識の性質そのものが変わる**ことを示す。第1章は工学の目的を設計・生産・運用の3つに分けたうえで設計に対象を絞ると宣言していたが(Source: ch.1, p.7)、第6章はこの限定の外側にある生産知識を扱うことで、そこが記述的知識ではなく主に規範的知識・暗黙知(procedural knowledge)からなる領域であることを具体的に示した。設計知識(特に強度要件由来のもの)が記述的知識を中心とするのと対照的であり、この違いは目的(生産/設計)による分類より[[記述的知識と規範的知識]]という性格による分類のほうが根本的だという第6章の結論につながる。詳細は [[生産のための知識]]・[[記述的知識と規範的知識]]・[[暗黙知]] を参照。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 1 Introduction - Engineering As Knowledge]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 6 Design and Production - The Innovation of Flush Riveting in American Airplanes, 1930-1950]]) - 第7章は、第2〜6章それぞれの事例研究をこれまでの担当が個別に対応づけてきた6カテゴリに加え、**知識生成活動**という第2の軸でも対応づけ直せることを示す。第2章(Davis 翼型)は動作原理の探索を伴わない基本設計概念の応用例というより、GALCIT 風洞試験という**実験的工学研究**によって基準(採用可否の判断材料)が生成された事例であり、第4章(制御体積解析)は**科学からの移転**と**理論的工学研究**の複合、第5章(Durand-Lesley)は**実験的工学研究**(パラメータ変化法)そのもの、第6章(沈頭リベット)は**生産**という活動が定量的データ・実践的考慮事項・設計の手段の3カテゴリに寄与する事例、第3章(飛行品質仕様)は**設計実務**(DC-4E の設計が動機づけ)・**実験的工学研究**(Gilruth の飛行試験)・**理論的工学研究**(Jones と Cohen の動的安定性理論)の反復的相互作用として整理し直せる。この再整理により、個々の章が示した「知識のカテゴリ」の具体例が、同時に「どの活動によって生成されたか」という第7章のもう一つの軸でも位置づけられることが分かる。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 2 Design and the Growth of Knowledge - The Davis Wing and the Problem of Airfoil Design, 1908-1945]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 3 Establishment of Design Requirements - Flying-Quality Specifications for American Aircraft, 1918-1943]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 4 A Theoretical Tool for Design - Control-Volume Analysis, 1912-1953]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 5 Data for Design - The Air-Propeller Tests of W. F. Durand and E. P. Lesley, 1916-1926]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 6 Design and Production - The Innovation of Flush Riveting in American Airplanes, 1930-1950]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 7 The Anatomy of Engineering Design Knowledge]]) - **本 vault は、この工学設計知識の6カテゴリ分類を扱う一次資料(第7章原典)より先に、それを二次利用した資料(SWEBOK Straw Man 版)を取り込んでいた。** [[SWEBOK Straw Man Version]](*Guide to the Software Engineering Body of Knowledge – A Straw Man Version*, IEEE Computer Society, 1998)第7章は、ソフトウェア工学の知識領域を分類する構造化枠組みとして Vincenti のこの6カテゴリ(fundamental design concepts / criteria and specifications / theoretical tools / quantitative data / practical considerations / design instrumentalities)の適応版を採用することを提案しており、その根拠として「確立した工学分野(航空工学)の歴史分析に基づくこと」「特定カテゴリにおける知識体系の空白とそれを埋める取り組みが可視化されること」「カテゴリが汎用的で各知識領域内の知識が進展しても枠組み自体は安定に保たれること」を挙げている(SWEBOK は原著 p.200 と p.236 を引用しており、p.200 は第7章冒頭、p.236 は第7章終盤の記述箇所にあたる)。一次資料が入った今、この二次利用を原典に照らして検証できる。SWEBOK が採用したのは6カテゴリという**分類の骨格**のみであり、それを支える7つの**知識生成活動**の軸や、動作原理・通常形態という個々のカテゴリの内実、記述的/規範的知識との「直交」構造といった、原典が骨格と不可分に組み合わせている周辺の装置は継承されていない。骨格だけを取り出して別分野(ソフトウェア工学)へ移植するという操作が、原典の議論のどこまでを保存しどこを切り落としているかは、両ソースを併読して初めて見える論点である。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 7 The Anatomy of Engineering Design Knowledge]], [[@1998__IEEECS__SWEBOK Straw Man - Chapter 7 Summary and Next Steps]]) - SWEBOK 側は6カテゴリを「知識領域内のトピックを分類する道具」として使おうとする一方、原典第7章はカテゴリを7つの知識生成活動と対にして初めて「工学知識が科学から独立した認識論的種である」という主張の証拠として機能させている。SWEBOK Straw Man 版が採用提案の根拠に挙げる「カテゴリが汎用的なので知識が進展しても枠組み自体は安定に保たれる」という期待は、原典が示す「カテゴリも活動も互いに排他的でなく、6つの分類自体が20世紀工学に固有で歴史的に不変ではないかもしれない」という留保(Source: ch.7, p.224)とは緊張関係にある。骨格の移植可能性そのものを、原典の歴史的限定性を踏まえて再検討する余地がある。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 7 The Anatomy of Engineering Design Knowledge]], [[@1998__IEEECS__SWEBOK Straw Man - Chapter 7 Summary and Next Steps]]) - 第7章が示す6カテゴリ×7活動の構造は、いずれもある時点での工学知識の**静的な分類**である。これに対し第8章「A Variation-Selection Model for the Growth of Engineering Knowledge」は、この知識体系がどう時間とともに増大するかという**成長の軸**を [[変異選択モデル]] で与える。著者自身が第8章冒頭で、両章の関係を「第7章の知識カテゴリと知識生成活動のすべてに、程度の差はあれ現れる」モデルとして位置づけており、第7章の構造(何であるか)と第8章のモデル(どう増えるか)は本書全体で対をなす二部構成だと明言している(Source: ch.8, p.253-254)。第7章の7活動のうち「理論的工学研究」「実験的工学研究」「直接試行」は、第8章の語彙では代理選択(vicarious selection)と直接試行の使い分けとして再解釈でき、活動の分類軸と成長の軸は独立ではなく相補的である。(Source: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 7 The Anatomy of Engineering Design Knowledge]], [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 8 A Variation-Selection Model for the Growth of Engineering Knowledge]]) ## 未解決の問い - 設計知識と生産知識・運用知識との関係はどうなっているか。著者は本書で設計に限定すると明言しているが、第7章は6カテゴリ×7活動の枠組みが生産・運用にも(用語の変更程度で)適用可能だろうと推測するにとどまり、具体的な適用は示していない。 - 「相互作用モデル」における科学と技術の相互作用の具体的なメカニズムはどのようなものか。第7章の「知識生成活動のスペクトル」(図7-1)は科学と工学の連続性を図式化するが、両者の境界が「方法ではなく優先順位と目的の程度の問題」だとする以上の踏み込んだ分析はしていない。 - 6カテゴリ×7活動という分類は20世紀工学に固有だと著者自身が留保している(Source: ch.7, p.224)。この分類を工芸(craft)時代の設計や、ソフトウェア工学のような非物理的人工物の設計にそのまま適用できるかは著者自身が未検証と明言する論点であり、[[SWEBOK Straw Man Version]] の適応提案はまさにこの検証の最初の試みの一つとして位置づけられる。 - SWEBOK が継承しなかった「7つの知識生成活動」「記述的/規範的知識との直交構造」は、ソフトウェア工学の知識領域分類にも応用しうるか。SWEBOK 側の後継 concept([[ソフトウェア工学知識体系]])には、活動軸に相当する分類は今のところ見当たらない。 ## 関連 - 概念: [[通常設計と急進的設計]] — 本 concept が対象とする「設計」をさらに通常/急進の軸と階層構造で絞り込む対概念。 - 概念: [[人工物の科学]] / [[設計の科学]] — Herbert Simon の設計論との比較対象。 - 実体: [[Edwin Layton]] / [[John Staudenmaier]] / [[G. F. C. Rogers]] / [[Walter Vincenti]] - 概念: [[パラメータ変化法]] — 第5章が提示する定量的データ生成の方法論。 - ソース: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 1 Introduction - Engineering As Knowledge]] / [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 2 Design and the Growth of Knowledge - The Davis Wing and the Problem of Airfoil Design, 1908-1945]] / [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 3 Establishment of Design Requirements - Flying-Quality Specifications for American Aircraft, 1918-1943]] / [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 4 A Theoretical Tool for Design - Control-Volume Analysis, 1912-1953]] / [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 5 Data for Design - The Air-Propeller Tests of W. F. Durand and E. P. Lesley, 1916-1926]] / [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 6 Design and Production - The Innovation of Flush Riveting in American Airplanes, 1930-1950]] - 概念: [[工学科学]] / [[制御体積解析]] — 第4章が育てる理論的道具の詳細。 - 概念: [[設計要件の確立]] / [[飛行品質仕様]] — 第3章が育てる「基準と仕様」カテゴリの詳細。 - 概念: [[生産のための知識]] / [[記述的知識と規範的知識]] / [[暗黙知]] — 第6章が育てる生産知識と工学知識の性格分類の詳細。 - 概念: [[動作原理]] — 第7章が基本設計概念カテゴリの中核に据える概念(operational principle / normal configuration)。 - 実体: [[Michael Polanyi]] / [[Edward Constant]] / [[Herbert A. Simon]] / [[John Staudenmaier]] — 第7章が引用する理論的基盤。 - 概念: [[ソフトウェア工学知識体系]] / 実体: [[SWEBOK Straw Man Version]] — 本 concept の6カテゴリを知識領域分類の枠組みとして採用提案する二次資料。 - 概念: [[変異選択モデル]] — 第8章が与える、本 concept の成長を記述する時間軸のモデル。 - ソース: [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 7 The Anatomy of Engineering Design Knowledge]] / [[@1990__JohnsHopkins__What Engineers Know and How They Know It - Chapter 8 A Variation-Selection Model for the Growth of Engineering Knowledge]] ## 出典 - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 1, pp. 4-7, 13. - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 2, pp. 16-50. - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 3, pp. 51-111. - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 4, pp. 112-136. - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 5, pp. 137-169. - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 6, pp. 170-201. - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 7, pp. 200-240. - Walter G. Vincenti, *What Engineers Know and How They Know It*, The Johns Hopkins University Press, 1990, Chapter 8, pp. 241-258. - Bourque, P. et al., *Guide to the Software Engineering Body of Knowledge – A Straw Man Version*, IEEE Computer Society, 1998, Chapter 7.