失败对工程学而言是至关重要的。在实施一项工程的过程中,工程师做出的每一种考虑,都是基于对失败的考虑——

对在杜克大学从事设计和建筑学教学的亨利 · 佩特罗斯基(Henry Petroski)博士来说,他似乎特别热衷于对工程中失败的案例进行追踪和分析。在谈到设计更加完美的建筑这个话题时,他以1940年在普吉特海湾的塔科马海峡吊桥坍塌作为例证,他说:在他的职业生涯里,成功“意味着理解事情是怎么被搞糟和失败的。”

亨利·佩特罗斯基

当然这不是佩特罗斯基的过错,但失败的恐惧使他在获得机械工程学学士学位后,没有去找工作,而是到研究生院深造。之后在学校从事设计和建筑的教学与写作工作。

佩特罗斯基乐观地认为,设计和建造中的失败会给教学的完美性带来更多的机会——它们是展示工程学历史、实践和美学的实物课程。在一次接受采访时他说:“失败对工程学而言是至关重要的。在实施一项工程的过程中,工程师做出的每一种考虑,都是基于对失败的考虑。”所谓成功的工程,就是了解了事物失败及出问题的过程。

不管话题涉及的是《三只小猪》故事中的建筑规模,还是易拉罐的研制或核废料的储存(目前是他关注的焦点),佩特罗斯基都是从失败的角度进行思考和写作。甚至在他的书籍《铅笔》中(该书着重描述了发明、进步、工艺制作以及写作工具的使用),其观点特别注重于事物的失败过程。令人意想不到的是,该书非常畅销。

现年64岁的佩特罗斯基已经把其失败的理念融进他的书籍、讲演稿和文章中,并发表在《财富》和《科学美国人》等杂志上(这些杂志有一个固定的专栏登载他的文章)。基于为追求工程设计上的完美而潜心研究失败案例的这段经历,他获得了许多荣誉称号和奖励,包括美国工程院院士的头衔。1985年,当他的第一本描述一系列灾难、失败的书《工程师也是人》出版后,《科学》杂志的一位评论家曾对他的未来发展进行了预测,事实证明他确实已经达到了那样的水准。

《工程师也是人》的封面上印有一幅典型的失败例证的照片——横跨普吉特海湾的塔科马海峡吊桥的坍塌画面。吊桥桥面如此狭窄和轻盈以至于吊桥在每小时40英里的风速中左右摇摆。它于1940年坍塌,即开通后的几个月遭遇一场暴风时被刮断(一部记录片记录了整个坍塌的场面)。佩特罗斯基认为,大桥给予人们的教训不在于它坍塌的事实,而在于它曾被认为坚不可催,不会有任何的故障——这通常是一种错误的判断。

塔科马海峡吊桥坍塌场景

由普林斯顿大学出版社即将出版的佩特罗斯基的新书中,他把弗兰克 · 盖里(Frank Gehry)设计的位于洛杉矶的沃尔特迪斯尼音乐厅描述为一次“经历失败后最终成功”的建筑物;并认为只有在使用时,设计的失误之处才会显现出来,是属于“潜在失败”的案例。该建筑物建成初,由于墙体表面过于光泽把太阳光反射到对面的公寓大楼上,致使公寓楼内的居民们遭受着强光的刺激,温度也随之提高。最终该墙体用一种柔和的不反光的材料重新贴面,才使这个问题得到了改善。

在书中,佩特罗斯基提到其妻子在一次旅行中购买了一个拉杆箱。当时之所以选择这个箱子,是因为它便捷的设计。但开始使用这个箱子时,发现箱子在装满东西时拉杆的收缩并不顺畅。这件事给人们的警示就是:哪怕设计中存在的一个小小疏忽,有可能导致整个设计的失败。

在工程设计中,工程师们要精心估算建筑物的构件是如何发挥作用的,包括其最大荷载是多少等,佩特罗斯基把这种分析运用到各种不同的任务中,例如卡车驶过大桥时其载重和应力对桥面产生的影响等,这是他在杜克大学讲授结构工程学概论时经常使用的。

佩特罗斯基写道:对工程失误的分析可以给人们提供一些很好的教训,例如:

● 成功掩盖失败。一件事情越成功,人们就越有信心。所以我们会把一些小的失误(如宇宙飞船的绝缘瓦频繁丢失)看成是琐碎的小事,而不是看作灾难前的序曲。

● 要求完全不出差错的操作系统注定会失败。

● 计算机模拟的部件故障预测方法其本身就容易出问题。

● 设计可以做得十分安全,但不可能太安全。这是佩特罗斯基的座右铭。

● 今天的成功是明天的败笔,人们对技术的期待在不断提升。

● 当用于一种目的设计被用于另一种目的时,可能会出问题。

从某种意义上来讲,佩特罗斯基把他所从事的工程学职业生涯归功于某种失败感,即美国至今未能在空间技术方面全面领先前苏联的那种失败。

2004年5月23日,法国著名的戴高乐机场候机厅顶棚因设计缺陷发生坍塌事故,造成包括两名中国公民在内的4人死亡,3人受伤。该候机厅的设计者是法国著名设计师保罗 · 安德鲁。

当前苏联卫星“史泼尼克号”成为环绕地球的第一颗人造卫星后,美国的科学和工程界陷入了一片恐慌之中,其时他正在纽约皇后区读高中。

“工程师当时是非常受欢迎的”,佩特罗斯基回忆说。他于1963年在曼哈顿学院毕业,获得机械工程学学士学位。其时他承担着几份与工程有关的夏季工作,包括在纽约交通信号灯公司的工作时,担心其研制涉及人们实际生活中的一些实用装置时,他可能难以胜任。他说:“工程学担负着很大的责任,我总感到准备得不够充分”。

在这种情况下,佩特罗斯基报考了伊利诺斯大学的研究生院。1968年获得了理论及应用机械学博士学位后,在得克萨斯大学从事了几年的教学工作,然后供职于阿贡国家实验室。在那里,他致力于失败的研究——即核反应堆金属部件破碎机制的研究。

准确地说,核反应堆金属部件破碎机制的研究对佩特罗斯基来说是一个全新的领域,但他却视其为一种自我挑战。首先,这个领域相对比较新,许多人对它还比较陌生;其次,工程教育的信条就是做好准备去做从未做过的事情,去寻求新的方法,达到新的目标。

在阿贡实验室工作期间,佩特罗斯基发现自己对工程学工作的含义颇感兴趣,喜欢写这方面的东西。于是他开始广泛阅读,并且渴望从事更多的写作,包括诗歌和散文。但在阿贡实验室的工作使他几乎没有什么业余时间。他是这样描述在阿贡实验室繁忙的工作状况的:“早晨一大早,我们就进办公室,休息的时间就是吃晚饭的时间”。

三哩岛核泄漏事故发生后,在反应堆研究工作一度放慢之时,他开始考虑另外一份学术工作,即能够有时间进行写作的工作。于是他接受了杜克大学的聘请,1980年偕全家搬到了北卡罗莱纳州。

对佩特罗斯基来说,对不确定性和可能的失败的接受是科学家的“既有世界”和工程师的“创造世界”的区别所在,他称其为“征服不可预知的东西”。当他加入了由科学家和工程师组成的联邦政府核废料技术审查委员会后,承担了一项其一生最终可能难以完成的课题——对内华达州犹卡山作为核废料永久储存场地的利用进行评估。

佩特罗斯基说,对核废料储存的场地、水源经流的可能性等评估大部分已经完成。目前面临的挑战是:必须确定放射性废料储存在那里,将会发生怎样的情况,特别是否能满足安全储存100万年的设计标准。

“100万年的时间框架是个挑战,甚至是一个不切实际的挑战”,佩特罗斯基说:“而这正是我感兴趣的问题,关键是届时将会出现一个怎样的情况?”在考虑这类问题时,失败的知识尤为重要。佩特罗斯基认为,工程师应当用所有的失败案例武装自己,并且通过类比进行推理。