工程之書 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

☆☆☆☆☆

原文作者： Marshall Brain

圖書標籤:

• 工程學
• 工程設計
• 項目管理
• 技術創新
• 實踐指南
• 職業發展
• 問題解決
• 係統思維
• 案例分析
• 行業洞察

　　250則趣味故事＋詳解曆史＋精采圖片
　　從閱讀中學習工程知識的百科

　　圖文並茂的豐富百科．博古通今的中外曆史
　　趣味橫生的常識故事．條理分明的資料寶典

　　「我希望你能從本書找到250個令人驚嘆、可讓你看清全貌的工程典範，
　　這樣就能領會工程師為我們所做的一切。」──馬歇爾．布雷恩

　　工程師一手打造我們的現代世界。他們在各自崗位，多半隱身幕後，不會大張旗鼓。要是少瞭這些工程師，我們就會迴到石器時代。

　　工程師如何讓一棟大樓安全夷為平地？
　　哪三件過失造成車諾比核電廠爆炸？
　　人造衛星如何隨時朝著正確方嚮？

　　這些值得深思的問題，隻是這本圖文並茂的書中提及的幾個例子。現在我們就要跟著作者布雷恩展開一趟迷人的旅程，踏進工程的世界，探索250個最重要且耐人尋味的工程大事：弓箭（西元前3萬年）、狩獵採集工具（西元前3300年）、吉薩大金字塔（西元前2550年）、指南針（西元1040年）、拋石器（西元1300年）、比薩斜塔（西元1372年）、萬裏長城（西元1600年）、機械式擺鍾（西元1670年）、動力織布機（西元1784年）、高壓蒸汽機（西元1800年）、伊利運河（西元1825年）、拇指湯姆型蒸汽火車頭（西元1830年）、電報係統（西元1837年）、隧道鑽鑿機（西元1845年）、縫紉機（西元1846年）、大笨鍾（西元1858年）、電梯（西元1861年）、自由女神像（西元1886年）……

　　這些令人著迷的工程史涵蓋五花八門的主題，像是古羅馬輸水道、中國的萬裏長城、蒸汽火車頭、空調、巴拿馬運河、登陸月球、Prius油電混閤動力車、智慧型手機，以及哈利波特禁忌之旅的遊樂裝置。

　　本書內容依年代順序撰寫，每則史上工程大事包含一幅令人驚艷的全彩圖像，並附上圖說與參照條目，提供更深入的資訊，是工程知識入門的最佳讀物。
 
本書特色

　　‧豐富條目：250則工程史上重大裏程碑一次收錄。
　　‧編年百科：條目依年代排序，清楚掌握工程發展演變；相關條目隨頁交叉索引，知識脈絡立體化。
　　‧濃縮文字：每篇約700字，快速閱讀、吸收重要工程觀念和大師傑作。
　　‧精美插圖：每項條目均搭配精美全彩圖片，幫助記憶，刺激想像力。
　　‧理想收藏：全彩印刷、圖片精緻、收藏度高，是科普愛好者必備最理想的工程百科。

作者簡介

馬歇爾．布雷恩（Marshall Brain）

　　美國北卡羅萊納州立大學工程創業學程教授、HowStuffWorks.com網站創辦人，How Stuff Works係列書籍暢銷作傢，上過《歐普拉秀》、《奧茲醫生秀》（Dr. Oz）、《早安美國》節目、《現代奇蹟》（Modern Marvels）節目及CNN等許多媒體，嚮大眾闡述生命的奧祕。他也是《國傢地理頻道》The Factory Floor 節目主持人。

譯者簡介

畢馨雲

　　清華大學數學係畢業，曾任科普書編輯十多年，目前為業餘交響樂團團員。譯有《這纔是數學》、《科學酷媽的育兒大探險》、《氣候危機大預警》、《學數學，弄懂這39個數字就對瞭》，另有譯作刊於《BBC知識》雜誌。

　　Email: vanessabee@hotmail.com
 

序文

條目
西元前3萬年／弓箭
西元前3300年／狩獵採集工具
西元前2550年／吉薩大金字塔
西元前2000年／因紐特技術
西元前1400年／混凝土
西元前625年／瀝青混凝土
西元前438年／巴特農神殿
西元前312年／古羅馬輸水道
西元前100年／水車
西元79年／龐貝
西元1040年／指南針
西元1144年／聖丹尼聖殿
西元1300年／拋石器
西元1372年／比薩斜塔
西元1492年／木造橫帆船
西元1600年／萬裏長城
西元1620年／甘特鏈
西元1670年／機械式擺鍾
西元1750年／耶茨磨坊的簡單機械
西元1773年／爆破拆卸
西元1784年／動力織布機
西元1790年／棉紡廠
西元1794年／軋棉機
西元1800年／高壓蒸汽機
西元1823年／桁架橋
西元1824年／壬色列理工學院
西元1825年／伊利運河
西元1830年／拇指湯姆型蒸汽火車頭
西元1835年／聯閤收割機
西元1837年／電報係統
西元1845年／大量生産
西元1845年／隧道鑽鑿機
西元1846年／縫紉機
西元1851年／美國杯帆船賽
西元1854年／水處理
西元1855年／柏思麥法
西元1856年／塑膠
西元1858年／大笨鍾
西元1859年／油井
西元1859年／現代下水道係統
西元1860年／路易維爾水塔
西元1861年／瓦姆蘇塔煉油廠
西元1861年／電梯
西元1869年／美國橫貫鐵路
西元1873年／纜車
西元1876年／電話
西元1878年／電力網
西元1879年／碳縴維
西元1885年／增壓器與渦輪增壓器
西元1885年／華盛頓紀念碑
西元1886年／自由女神像
西元1889年／艾菲爾鐵塔
西元1889年／霍爾－埃魯煉鋁法
西元1890年／蒸汽渦輪機
西元1891年／卡內基音樂廳
西元1891年／須德海工程
西元1893年／二衝程柴油引擎
西元1893年／摩天輪
西元1897年／柴油機車
西元1899年／去縴維顫動器
西元1902年／空調係統
西元1903年／心電圖
西元1903年／萊特兄弟的飛機
西元1905年／人造闆
西元1907年／專業工程師認證
西元1908年／內燃機
西元1910年／腹腔鏡手術
西元1912年／鐵達尼號
西元1913年／伍爾沃斯大樓
西元1914年／巴拿馬運河
西元1917年／雷射
西元1917年／鬍剋望遠鏡
西元1919年／婦女工程協會
西元1919年／下摩擦雲霄飛車
西元1920年／金索棧橋
西元1920年／無綫電颱
西元1921年／機器人
西元1926年／心肺機
西元1927年／電冷凍
西元1931年／帝國大廈
西元1935年／磁帶錄音
西元1936年／鬍佛水壩
西元1937年／金門大橋
西元1937年／興登堡號
西元1937年／渦輪噴射發動機
西元1937年／磁浮列車
西元1938年／一級方程式賽車
西元1939年／諾頓投彈瞄準器
西元1939年／彩色電視
西元1940年／塔科馬海峽吊橋
西元1940年／雷達
西元1940年／鈦
西元1941年／摻雜矽
西元1942年／展頻技術
西元1943年／透析機
西元1943年／水肺
西元1944年／直升機
西元1945年／鈾濃化技術
西元1945年／「三一」核彈
西元1946年／ENIAC：第一部電腦
西元1946年／上開式洗衣機
西元1946年／微波爐
西元1946年／輕水反應器
西元1947年／AK-47突擊步槍
西元1947年／電晶體
西元1948年／有綫電視
西元1949年／塔式起重機
西元1949年／原子鍾
西元1949年／積體電路
西元1950年／會下棋的電腦
西元1951年／噴射發動機測試
西元1952年／中樞灌溉係統
西元1952年／3D眼鏡
西元1952年／「常春藤麥剋」氫彈
西元1953年／汽車安全氣囊
西元1956年／硬碟
西元1956年／第一條跨大西洋海底電纜
西元1957年／冷凍披薩
西元1957年／人造衛星
西元1958年／機艙增壓係統
西元1959年／海水淡化
西元1960年／無塵室
西元1961年／T1綫路
西元1961年／綠色革命
西元1962年／SR-71偵察機
西元1962年／原子鍾無綫電波發射颱
西元1963年／開闔式體育場屋頂
西元1963年／輻照加工食品
西元1964年／頂級燃油直綫加速賽車
西元1964年／滴灌技術
西元1964年／天然氣載運船
西元1964年／子彈列車
西元1965年／聖路易大拱門
西元1965年／集束彈藥
西元1966年／復閤弓
西元1966年／翼傘
西元1966年／球燃料床核反應器
西元1966年／動態隨機存取記憶體
西元1967年／汽車排放控製係統
西元1967年／阿波羅一號
西元1967年／農神五號火箭
西元1968年／C-5「銀河」運輸機
西元1968年／波音747巨無霸客機
西元1969年／登陸月球
西元1969年／ARPANET網路
西元1969年／太空衣
西元1970年／液晶螢幕
西元1970年／阿波羅13號
西元1970年／光縴通訊
西元1971年／防鎖死煞車係統
西元1971年／月球車
西元1971年／微處理器
西元1971年／加拿大氘鈾反應器
西元1971年／電腦斷層掃描
西元1971年／發電廠洗滌塔
西元1971年／剋維拉
西元1972年／基因工程
西元1973年／紐約世貿中心
西元1975年／路由器
西元1976年／協和式客機
西元1976年／加拿大國傢電視塔
西元1976年／VHS錄影帶
西元1977年／人力飛機
西元1977年／調諧質量阻尼器
西元1977年／航海傢號太空船
西元1977年／阿拉斯加輸油管
西元1977年／磁振造影
西元1978年／氧化亞氮加速係統
西元1978年／採礦車Bagger 288
西元1979年／「海上巨人號」超級油輪
西元1980年／快閃記憶體
西元1980年／M1戰車
西元1980年／體育場電視螢幕
西元1981年／大腳怪獸車
西元1981年／太空梭
西元1981年／V-22「魚鷹」鏇翼機
西元1982年／人工心髒
西元1982年／釹磁鐵
西元1983年／無綫射頻辨識標簽
西元1983年／F117匿蹤戰機
西元1983年／行動電話
西元1983年／吉姆利滑翔機
西元1983年／乙太網路
西元1984年／3D印錶機
西元1984年／網域名稱係統
西元1984年／外科手術機器人
西元1984年／貨櫃海運
西元1984年／伊泰普水壩
西元1985年／巴斯郡抽蓄發電
西元1985年／國際熱核融閤實驗反應器
西元1985年／虛擬實境
西元1986年／車諾比事故
西元1986年／阿帕契直升機
西元1990年／全球資訊網
西元1990年／哈伯太空望遠鏡
西元1991年／鋰離子電池
西元1991年／生物圈二號
西元1992年／省水型馬桶
西元1992年／暴雨管理
西元1993年／凱剋望遠鏡
西元1993年／「毀滅戰士」遊戲引擎
西元1994年／英法海底隧道
西元1994年／數位相機
西元1994年／全球定位係統
西元1994年／關西國際機場
西元1995年／動畫電影《玩具總動員》
西元1996年／Ariel Atom賽車
西元1996年／高畫質電視
西元1997年／Prius油電混閤動力車
西元1998年／國際太空站
西元1998年／大型強子對撞機
西元1998年／智慧電網
西元1998年／銥衛星係統
西元1999年／Wi-Fi
西元2001年／賽格威電動代步車
西元2003年／創新世紀
西元2004年／米約高架橋
西元2005年／布加迪威龍
西元2005年／喬治亞水族館
西元2006年／棕櫚群島
西元2006年／AMOLED螢幕
西元2007年／智慧型手機
西元2008年／四鏇翼飛行器
西元2008年／碳封存
西元2008年／工程大挑戰
西元2008年／馬丁噴射背包
西元2008年／三峽大壩
西元2009年／美國國傢點火裝置
西元2009年／耐震建築
西元2009年／美國總統座車
西元2010年／太陽動力號太陽能飛機
西元2010年／英國石油公司漏油事故
西元2010年／哈裏發塔
西元2010年／哈利波特禁忌之旅
西元2010年／阿爾塔風能中心
西元2010年／平闆電腦
西元2010年／X2和X3直升機
西元2011年／福島核災
西元2011年／無人自駕車
西元2011年／速成摩天大樓
西元2011年／超級電腦「華生」
西元2012年／好奇號火星車
西元2012年／人力直升機
西元2013年／北卡州立大學BookBot係統
西元2014年／伊萬帕太陽能發電係統
西元2016年／威尼斯防洪係統
約西元2020年／真空管列車
約西元2024年／復製人腦
約西元2030年／火星殖民地
約西元3000年／尚未設計齣來的東西
 

序文

　　隻要環視四周，不論你現在坐在哪裏，你的周圍多半會是經過工程設計的物品。假如你坐在普通的辦公椅上，這張椅子的誕生就要仰仗工程師。椅子的布料，布料底下的海綿，把布料和海綿組在一起的骨架，構成扶手的塑膠元件，讓椅子能上下調整前傾後仰的機械零件，椅子底座，讓椅子自由滑動的滾輪，這些都需要工程師幫忙設計製造。

　　你所在的室內，牆上的漆連同油漆覆蓋住的牆闆，也可能是經過工程設計。牆闆內的石膏可能來自發電廠，發電廠裏有工程師負責設計洗滌塔，可把煙囪內的硫轉變成石膏，利用這個方法為煙囪脫硫，其他工程師負責設計工廠，取石膏製成牆闆。你在房間裏呼吸到的空氣，很有可能經過空調係統中的空氣過濾器淨化，而空調係統又是受恆溫器控製，因此溫度可以保持適中。空調機件中的風扇從工程設計過的微電網獲得電力，微電網則連迴可能生産齣石膏的發電廠。

　　你身旁可能有一些電子産品，全都齣自不同領域的工程師之手。比方說，在你桌上可能有智慧型手機或平闆電腦，牆上有高畫質電視，還有自動與無綫電颱發射訊號對時的電子鍾。電機工程師、軟體工程師、工業工程師和機械工程師，讓這些事物化為現實。

　　走到室外，你會看見馬路上川流而過的車輛，也許正好有一架安全無虞的噴射客機以時速885公裏飛越頭頂。路麵底下是下水道、總水管、暴雨排水溝、電話綫及有綫電視纜綫、瓦斯管綫，這些也都經過工程師設計。

　　此外還有無綫電波，雖然完全看不見，但有成韆上萬的無綫電波訊號環繞在你周圍，也都是拜工程師之賜。你傢所在地區的每個調幅（AM）電颱、調頻（FM）電颱、電視颱，都正以不同頻率的無綫電波形式從你身旁流過，每支手機也正與當地的天綫塔保持連係。智慧型手機通常有提供語音通話的多重無綫電波，以及單獨提供給Wi-Fi和藍牙的無綫電波係統。附近其他的Wi-Fi熱點和藍牙裝置，以及使用Wi-Fi的每一颱平闆電腦、筆電、桌上型電腦，也會讓你籠罩在無綫電波之中。不僅如此，頭頂上還有很多人造衛星，傳輸GPS訊號、衛星電視訊號、銥衛星電話訊號、氣象衛星訊號等等。再加上外麵的一大堆無綫電波：警消無綫電波、水錶無綫電波、氣溫及雨水感應器無綫電波、車庫門開關遙控，以及汽車遙控鑰匙。如果認真想，你會甚為驚訝。倘若沒有工程師去實踐，沒有監管結構讓所有的無綫電波訊號不會互相乾擾，這一切都不可能成真。

　　工程師一手打造我們這個現代世界。在美國，約有兩百萬名工程師在各自的崗位上，多半隱身幕後，不大張旗鼓。要是少瞭這些工程師，我們就會迴到石器時代。

　　現在我們就要一起展開一趟迷人的旅程，踏進工程的世界。先想一想以下這個問題，或許會有些幫助：工程究竟是什麼？《蘭登書屋韋氏大詞典》（Random House Webster’s Unabridged Dictionary）可算是很好的起點，它是這麼定義工程的：「把物理、化學等純科學的知識拿來實際應用的技術或科學，例如建造引擎、橋梁、建築物、地雷、船舶和化工廠。」

　　以下則是齣自《韋氏大學詞典》（Merriam Webster’s Collegiate Dictionary）的定義：「應用到科學與數學，而使物質性質和自然能源對人有用。」

　　要理解工程，還有個好方法，就是去想一想會在工業界找得到的所有工程學科，或是找一找大型工科大學裏會開設的學科。比方說，如果我們看一下美國北卡羅萊納州立大學的工學院，會找到以下這些科係：

　　生物及農業工程　森林生物材料工程
　　生物醫學工程　整閤製造係統工程研究所
　　化學及生物分子工程　材料科學與工程
　　土木、建築與環境工程　機械與航太工程
　　計算機科學    核子工程
　　電機與電腦工程　作業研究
　　工業及係統工程　紡織工程、化學及科學

　　另外也有一些專業領域，譬如石油工程師負責鑽油及煉油，奈米工程師在奈米技術這個新興領域工作等等。

讀到這些定義和學科，你的腦袋裏可能會浮現工程師對社會有所貢獻的畫麵。好比設計橋梁的土木工程師，他們受過訓練，懂數學、軟體工具、最佳作業方式及法規，這些都與設計建造齣安全可靠、屹立不搖的橋梁有關。他們的成果處處可見，美國舊金山的金門大橋和法國的米約高架橋，都是大傢公認的工程傑作。不過，工程師偶爾會鑄成大錯，就像美國華盛頓州塔科馬海峽吊橋的案例，工程師從這些疏失吸取教訓，納入知識體係，應用到往後所有的橋梁新建工程。在工程這一行，每個人都會不斷交流，彼此學習，使技術持續進步。

　　有些經過工程設計的物品非常單純。舉例來說，鑄鋁車輪這個單件，要能應付汽車的負載，以及來自轉彎、緊急煞車、路麵坑洞的所有作用力。其他物品可就十分復雜，譬如汽車或飛機，有數不清的組成零件，要精準可靠地共同操作。還有一些係統，像防鎖死煞車係統或安全氣囊係統，是靠著彼此連結的組成零件，來完成操作或解決問題。

　　另外也有一些大型工程係統，我們稱之為架構。電腦工程師經常用「電腦架構」一詞，來代錶許多零件和其相互關係。或是想一想阿波羅登月任務。為數眾多的人員和組件聚在一起，為這項任務打造齣架構，許多組成部分彼此相關：農神五號運載火箭、指揮及勤務艙、登月小艇、太空衣、月球車，及其他一切東西。要是其中有任何一環無法正常運作，整項任務就有可能失敗，太空人命懸一綫，就像電影《阿波羅13》的情節一樣。同樣的，電力網的架構裏包括發電廠、輸電網、配電網，手機係統也有自己的架構，其中包含天綫塔、手持話機，以及把這些組件連在一起的復雜信號傳輸協定。

　　透過大量生産，以及運用技術節省不必要的材料、時間和程序，來使成本下降，在這方麵工程師也扮演重要角色。我們所穿的衣服就是很好的例子，以前的人做衣服，每樣工作都要自己來，種植棉花、鋤地、採收棉鈴，然後把棉縴維裏的棉籽去掉，一切都靠雙手。接著，他們清洗棉花、染色、梳棉、紡絲、在手工梭織機上織成布，再用針綫把布縫製成衣服。因為每件衣服都代錶幾百小時的人工勞力，所以價格昂貴。今天，工程師幾乎已經把程序裏的每個環節機械化瞭，同時讓大傢有各種閤成縴維可用，衣服也就變得物美價廉。各類用品都發生過同樣的轉變，所以我們現在纔買得起智慧型手機，大傢都能隨身帶著這些有高解析度螢幕和強大拍照功能、隨時能連上網路、從無數伺服器查到幾乎任何疑問解答的小小電腦。要是沒有工程師，這一切都不會發生。

　　科學傢和工程師有什麼不同？大傢寄望科學傢瞭解宇宙運作之道，他們做研究，解答與自然界有關的基本問題。舉例來說，可能有位科學傢發現弧形的玻璃會使光綫偏摺，後來找齣數學方程式描述這種偏摺，而從這項科學發現，我們就有瞭透鏡。接著，也許有某位科學傢或發明傢會把透鏡組閤起來，變成光學裝置，譬如顯微鏡或望遠鏡，終將邁齣下一步。如果你想以閤理的價格做齣一百萬架望遠鏡，或是想打造一架好幾公噸重的巨大望遠鏡，希望它能轉動自如，在地球自轉時依然能自動追蹤某顆恆星，這時就需要工程師接手。

　　科學傢發現，鐵加瞭適量的碳可造齣鋼，而工程師利用鋼建造橋梁、摩天大樓、汽車、超級油輪。鋼太重或是太脆弱，工程師還有許多其他的材料可用：鋁、鈦、碳縴維、剋維拉、塑膠等等。

　　你經常會聽到有人驚呼：「這設計真美！」或者「那真是一件設計周全的用具！」例子不勝枚舉，包括SR-71偵察機、Ariel Atom賽車，或巴特農神殿。但也可能是更加單純的東西，譬如汽車傳動係統裏的換檔裝置，甚至像是重量適中、如絲般順手的控製鏇鈕。當工程師的巧妙設計達到極高境界，重復利用和精簡的程度令人印象深刻，精細化的能力讓人初次使用就驚嘆不已，或是做到形式與功能完美結閤，這時就會引發眾人贊嘆。就像藝術品和大自然，我們在工程設計裏看見美。

　　工程師從這些不同的方麵，讓社會前進。他們發展新技術，讓我們生活得更舒適，他們讓成本下降，使更多人能夠參與，他們打造齣令人驚奇的事物，使我們以生而為人感到自豪，他們創造齣現代生活所依託的物品。
 

西元前3萬年
 
弓箭
 
如果我們盡可能迴溯人類史，會在哪裏遇到史上第一件工程？假如有人製作一件工具，這算是工程嗎？算。可是必須帶有某種方法。倘若某個人撿起石頭把堅果敲破，那是在使用工具，但不是我們所認為的工程設計。經過工程設計的物品，沒有這麼簡單。因此，有資格稱為第一件工程設計的物品，或許就是弓箭，而且人類自古就使用弓箭──始於三萬年前或更早以前。
 
弓箭是一項絕頂巧妙的技術。就我們所知，它是能夠把能量先儲存下來、隨後再釋放齣來的第一件器具。它也是第一個拋射武器，可以從自然界就地取材來製作。一根木條加上一條由縴維、獸皮或腱製成的弦綫，負責蓄積能量，一根尖端有獸骨或石塊、靠羽毛來保持平穩的木條，則充當投射物。
 
既然是人類的第一個拋射武器，可以想見弓箭多麼有用。如果有人要獵鹿或兔子，弓箭提供一綫希望。拿弓箭和扔石頭或擲矛來比較一下，石頭和矛隻有在距離短時行得通，不是特彆精準，準備丟擲的動作還會洩露獵人的位置，使用弓箭的話，獵人可以從隱密的位置悄悄射擊，不需做任何準備動作，可以十分精準，而且射程夠遠。弓箭為獵人改變遊戲規則。
 
到瞭1400年，弓箭有重大改良。英國弓箭手使用長弓，每分鍾可以發十枝箭。箭離開弓時的速度是每小時超過160公裏，飛行距離超過300公尺，在18公尺射程下，金屬箭鏃的箭可以射穿盔甲。
 
雖然槍砲改寫兵器的概念（從此就齣現像是AK-47突擊步槍這類高性能武器），但弓箭居主導地位長達三萬年，毫無疑問是技術史上最長紀錄。
 
西元前3300年
 
狩獵採集工具
 
冰人奧茨（Ötzi，約西元前3300年）
 
工程師和工程思維創造齣來的事物之一，是新技術──解決問題的有用物品。在野地生活的動物不會創造稍有復雜度的新奇技術──這個人類特有的特質，來自我們看齣問題然後想齣解決之道的能力。
 
許多文化中，很早就已經發展齣技術。多虧今天稱呼為奧茨的人類木乃伊，我們纔窺見五韆多年前可達到的技術。奧茨死亡於西元前3300年，但這具木乃伊非常完好地保存在冰川裏，1991年被人發現。奧茨身上帶著不少他那個時代的技術器物，舉例來說，他所穿的鞋子內裏是草，鞋底是熊皮，鞋麵是鹿皮，他的身上還穿著獸皮製成的衣服（帽子、外衣、褲子、腰帶），由腱製成的綫把獸皮固定在一起。