序
西安航天动力研究所陈祖奎研究员在2014年完成《超越工程社会如何塑造技术》翻译初稿时，来找我交流书中的主要观点。阅读初稿后，我认为这本书通过核能、电力、计算机、航空航天、生物制药等技术的发展脉络，以一种独到的视野描述政治、社会制度、社会团体、个人和商业模式等因素是如何影响技术发展的。
工业革命以来，尤其是随着20世纪科学技术的发展，人们创建了汽车、大型化工、航空航天、核电、计算机产业，人们的生活方式和物质生活水平提高到了100多年前难以想象的程度。由于技术复杂程度大幅提高，使得技术的本质发生了变化，技术系统中的组件和参数的关系，从简单的线性关系，变成了复杂难解的非线性关系，各组件的参数耦合性强，技术越复杂，不确定性越大，出现故障的风险也就越高。虽然基于数据库的建模仿真技术取得快速发展，但仍然难以预测技术系统所有出错方式。为了管控系统的使用风险，必须进行能反映实际使用环境裕度的大量的、充分的试验验证，使不确定性降低到可接受的水平。
大型复杂技术，需要高可靠性组织进行研发和使用。高可靠性组织的特点是既有严格的规章，也有灵活的应对危机的方式；既有开拓进取的创新精神，也有持之以恒改进现有技术的毅力；既有学习经验的气氛，也有挑战经验中瑕疵的勇气。另一方面，高可靠性组织必须是一个学习型的组织，知其然，还要知其所以然，并强调团队成员之间的不断交流，以产生思想碰撞的火花，使技术决策更加科学、合理，使终的产品具有本质可靠性。
这是本带有哲学思维的著作，提供了20世纪重大科学技术的发展脉络，崭新的认识技术发展的视野，可以作为认识技术本质、如何提高本质可靠性的参考书，也可以作为青少年的科普读物。
这本译著经过多年的反复修改，用词准确、精美，可读性强，在此特意推荐给广大的读者。
2021年12月20日译者序
译者序
前些年，译者在编译《NASA工程中的经验教训》时，发现其中经常提到《超越工程社会如何塑造技术》这本书，于是，想办法获取了这本书的原版，阅读数遍之后，觉得其中的观点对大型研究机构的企业文化建设、技术研发和技术复杂性本质等方面的认识有所裨益，于是进行了翻译工作。
这本书是《斯隆技术系列丛书》分册之一，主要以核能发展为主线，生动描述1920世纪许多重要技术，诸如核能、电力、计算机、航空航天、生物制药等，为什么会成为今天这个样子？在发展的过程中，到底是什么在起关键的作用呢？技术发展给人们带来了繁荣的物质生活，但造成了严重的环境问题，20世纪60年代，人们不再对高风险技术毫无保留地接受，要求对技术的发展路线拥有更大的发言权，例如质疑核电站、转基因、动物器官或组织移植给人类的安全性。
书中描述，由于技术越来越复杂，以致一个人无法完全了解一项复杂技术的本质，技术开发的主体也由个体转变为大型组织。这些组织有自己的发展目标，也有适合自己的行事方式，个人在组织中的作用非常渺小。爱迪生建立的发明工厂，是现代技术开发实验室的雏形。
对许多工程问题而言，技术路线往往并不是的。从技术竞争层面看，优秀的技术往往会胜出。可是，在今天看来，在动力与照明应用上，相比于直流电，交流电的优势十分明显，为什么竞争持续将近半个世纪，而且那么惨烈？在蒸汽机车和内燃机车的竞争中，又是什么让内燃机车取得彻底的胜利呢？在个人计算机的发展中，施乐公司帕洛阿尔托研究中心创造了个人计算机局域网，以及个人计算机的款文字处理程序，还有鼠标、窗口、图标等与计算机交互尽可能容易的工具，引领了行业的发展潮流，但在商业上未能取得成功。苹果、IBM都不是技术开拓者，是什么原因让它们后来居上，后发展成行业的巨头呢？书中提出，完成相同功能的技术之间的竞争，胜负不仅取决于技术的优越性，还取决于研发模式和商业模式。要真正理解科技为什么如此发展，我们必须把它们放在其当时发展的环境下，看过去的想法和工程的选择。发明者是谁？他们的优点和缺点是什么，以及他们如何与同龄人和竞争对手交流？实验室之外的世界发生了什么？政府参与了吗？媒体呢？发明家在什么样的组织里？商业因素是怎么影响开发和创新营销的？
第二次世界大战结束后，研发原子弹的庞大基础设施、出类拔萃的人才队伍将来去做什么呢？美国政府、国家实验室在丰富的技术经验的基础上推动商业核能的发展。商业核能有两项主要关键技术，即中子慢化和冷却，有许多技术路线，例如石墨反应堆、重水反应堆、压水堆、金属钠冷却反应堆，为什么后压水堆成为商业核能的主流呢？本来，美国原子能委员会有很多机会和足够的时间，通过充分的试验对比，选择具有本质安全性和经济效益好的技术路线将核能商业化，但基于当时的世界政治局势和公众对核能的狂热未能如愿。
为了在冷战中取得战略优势，美国海军决定研制核动力潜艇，为了满足潜艇核反应堆必须具有安全、结构紧凑特性的要求，提出了轻水反应堆和金属钠反应堆的方案。这两种方案都得到了顺利实施，但考虑到金属钠泄漏与水蒸汽接触会发生爆炸，造成灾难性后果，轻水反应堆成为正式的方案。当时，苏联、英国都在积极研发商业反应堆，美国原子能委员会决定加速商业核能的研发以应对别国特别是苏联有可能超越的挑战，加之，美国民众对核能无所不能充满憧憬提供取之不尽的电力、提高采矿效率、建造核动力飞机和修建运河，等等，不仅如此，还能建造人造太阳，使生产各种农产品而不受天气的影响，让饥饿成为历史的记载……人类不会再为争夺资源而发动战争，让两极不再是冰封的荒原，沙漠成为绿洲，世界再一次变成伊甸园。在这种气氛的影响下，美国原子能委员会决定加速商业核能的发展。采取什么技术路径呢？就是当时投入力量的轻水反应堆。一旦一种技术建立起一个领先的发展势头，便很难被超越，即使该项技术没有什么优越性，这就是所谓的技术锁定。在航空航天领域复杂技术的研发中，通常会遇到的情景是，为实现某一个工程目标，一般先提出几个方案，在经费不充分的情况下，只能进行少量的试验，然后进行比对，由决策者根据自己的经验和偏好，选定一种自己认为有前途的方案进行工程研制。如果运气好，则一切顺利，但实际情况往往与愿望背道而驰。如果这项技术成熟度较低，不可避免要进行多次的设计迭代，花费了大量的经费和精力，在预期的进度内还是不能实现既定的工程目标。如果方案没有颠覆性的问题，设计迭代还会继续下去，因为，其他方案没有进行过深入研究，不能证明一定就没有问题，就比现在这个方案好，这样，这条技术路径就成了鸡肋。对于技术成熟度低于6级的工程研制项目，过早的路径锁定将不可避免地陷入紧行无好步的困境。
书中描述，挑战者号航天飞机、印度博帕尔化工厂和美国三哩岛核电站事故，尽管事故之前，已经有许多人对项目和技术提出过异议，那么为什么还会发生不幸呢？到底是技术还是其他什么原因呢？这是复杂技术本身固有的风险，技术越复杂，不确定性越大，风险越高。如果我们无法摒弃一项复杂而又有风险的技术，就不得不与狼共舞，我们能做的，就是提高设计的本质可靠性，进行充分的试验验证，使不确定性和风险降低到可以接受的水平，在收益和风险中取得平衡。
书中提出的知道为什么成功比知道为什么失败更难的观点，值得我们深思。近年来，我国发射失败的航天任务中，有成熟型号，也有新研型号，故障原因很多，因为失败了，事后总能找出事故的事件链。但成功了，很多情况下，我们只是知其然，不知其所以然。书中详细描述了挑战者号航天飞机、切尔诺贝利核电站、三哩岛核电站、博帕尔化工厂等科技史上重大灾难性事故，这些事故在发生后不久，就找到了导致事故的事件链。
书中描述，许多故障看似是由技术上的失败引起的，却往往是组织上的失败导致的。以航天动力系统为例，2008年以来，长征系列运载火箭发生过10余次发动机故障导致的飞行失败，我国新型固体火箭也因为动力系统故障出现飞行失利。航天动力系统，系统复杂，工况严酷，涉及流体、结构、传热、燃烧等学科高度耦合，发动机各部件要承受恶劣的环境考验，高压、高低温、高转速、大振动、高功率，加之参数耦合性强，是典型的非线性系统，因此，预期其所有的失效模式几乎是不可能的。只有通过多样品、多工况的科学、充分的测试，才能确定设计裕度、识别出主要的失效模式，考核确保动力系统在规定的服役条件下取得成功。然而，由于这些机构本身有自己的商业目标、要应对各种政治态势，使得动力系统研制过程中不能容忍失败，导致测试域过窄，不同次制造之间、不同发动机之间的差异和天地差异对性能、可靠性的影响考核不到，设计裕度无法识别。如果存在制造偏差，使用环境条件发生变化，发生故障的概率就会增大。
复杂系统的研制、运营需要高可靠性组织。高可靠性组织的特质之一是既有严格的规章，又有灵活的应对危机的机制。强调员工之间的交流，不断主动学习。高可靠性组织拥有有助于避免事故发生的另一个特征，强调不断的交流和讨论，其作用远远超出一般组织的认识。目的很简单：为了提高方案的本质可靠性，避免错误。除了沟通之外，高可靠性组织也强调主动学习，而不是简单照搬照抄前人留下的技术条件和设计图纸。员工不仅要知道设计文件为什么这么编的，还应该能够挑战它们，寻找方法来完善它们。与其说这种学习背后的目的是改善可靠性尽管这是通常需要的，不如说是为了防止组织退化。
书中描述，由于技术复杂性是不可避免的，那么我们选择什么技术路线、如何规避风险呢？技术问题通过技术本身是否可以解决呢？我们在建造复杂的工程系统时要怎么考虑余量呢？由于技术越来越复杂，人们无法预示全部的出错可能性，即使是技术成熟的汽车行业也做不到。许多微小的瑕疵，单个对系统的可靠性的影响都不大，但当这些小瑕疵以某种方式耦合、叠加，事态就会像滚雪球一样的发展，终造成灾难性事故。墨菲定律指出，凡是某一事件存在发生的可能性，不管这种可能性是多么微不足道，它总会发生的。鉴于此，本书提出了工程本质安全性的观点。
书中描述，技术革新是一群人朝着一个共同的方向不懈努力的结果。没有渐进式的技术积累，就没有增量式的进步，就更不会产生颠覆性的技术突破。有三个例子说明这个观点：个是天文学宇宙模型。从托勒密提出地心说模型起，1000多年中，天文学家根据观测的结果，对模型进行不断修改，直到无法吻合新观察。之后，哥白尼提出日心说模型，该模型经过开普勒的改进，与观察结果天衣无缝。第二个是飞机发动机。飞机起初采用活塞发动机，发展近100年之后，飞行速度提升遇到了瓶颈，无论发动机、飞机外形怎么改进，即使引入当时的材料技术，飞行速度提升就是达不到期望值，直到有人发明喷气发动机。第三个是蒸汽机到汽轮机的进化过程。纽克门发明只能产生往复运动的蒸汽机，流行于矿山长达60多年，直到1760年，瓦特将其大幅度改进，在活塞两侧交替创建真空，使输出功率翻倍，并能输出轴向功率。此后，很多人在提高效率和可靠性方面投入了大量的精力，但效果并不明显，费效比更是不堪，直到有人发明了汽轮机。
译者认为，本书在对技术发展的看法上，提供了一个新的视野，对处理复杂工程问题有借鉴作用。
特别感谢德高望重的中国航天动力专家、中国工程院院士张贵田老先生，在百忙中阅读译稿并为本书作序。
西安航天动力研究所为译者翻译这本书提供了很多便利条件，许多同事、好友仔细阅读译稿，提出了非常有益的修改意见，译者在此表示衷心的感谢！
特别感谢中国宇航出版社细致审阅了书稿，为提高本书的质量付出了辛勤劳动。
由于译者时间和水平有限，错误在所难免，请读者见谅。
2020年12月26日
《斯隆技术系列丛书》的序
技术是科学、工程以及产业组织创建一个人造世界的应用。在技术的引领下，发达国家在100年前已经达到了不可想象的生活水平。然而，过程并非没有压力，由于其本身的性质，技术带来了社会变化并颠覆了传统。它几乎在每一个方面影响人类活动：私人和公共机构、经济系统、通信网络、政治结构、国际关系、社会组织和人类生命的状况。影响不是单向的，正如技术改变社会，社会结构、态度和习俗等诸多因素也影响技术。但也许因为技术发展如此迅速并完全被吸收，在现代历史中，对技术和其他社会活动深刻的相互作用还没有足够的认识。
斯隆基金会对加深公众对现代技术及其起源，以及对我们生活的影响的理解有一个长期的兴趣。《斯隆技术系列丛书》（目前本册是其中一个部分），旨在向广大读者介绍20世纪各类关键技术发展的故事。本系列的目的旨在传达技术和人类两个主体维度：发明及将其改造成设计技术所付出的努力，以及将它们引入当代生活的喜悦和压力。世纪结束之际，希望本系列将披露这样的一个过去，能提供观察现在的视角并对未来有启示作用。
基金会一直在一个杰出的咨询委员会指导下创作《斯隆技术系列丛书》。我们对约翰·阿姆斯特朗、西蒙·迈克尔·贝西、塞缪尔·Y.吉本（已故）、托马斯·P.休斯、维克托·麦克尔赫尼、罗伯特·K.默顿、埃尔廷·E.莫里森和理查德·罗兹表达深深的感谢。基金会在委员会的代表是拉尔夫·E.戈莫里、阿瑟·L.小辛格尔、赫希·G.科恩、多伦·韦伯。
致谢
许多人对这本书提供了帮助，尤其是斯隆基金会的阿瑟·L.小辛格尔，没有他们，是不可能完成本书的创作的。
在这本书的创作过程中，有四个非常重要的人。麻省理工学院核工程系主任迈克尔·戈利，首先向我描述工程以外的其他因素是如何影响核电发展的；宾夕法尼亚大学历史和科学社会学梅隆名誉教授托马斯·休斯，教我（通过他的著作）如同一个历史学家一样来观察技术，寻找那些把技术推动到一条路径或另一条路径上的决定性事件；乔治梅森大学公共政策教授唐·卡什，让我对复杂性影响技术发展的重要性印象深刻；乔治梅森大学的罗宾逊教授1984年以来，乔治·梅森大学接受了克拉伦斯·罗宾逊教授的大量遗赠，使其有资本任命文、理学界的杰出教授来授课。这些杰出的教授被称为罗宾逊教授。、哲学教授塞尔玛·Z.拉文，让我知道了社会科学在认知我们世界方面的重要性和局限性。
许多友善人士通读整个手稿并发表评论，提出改进建议、指出错误和不准确的地方。特别感谢迈克尔·戈利，他通读手稿并提出许多深思熟虑的建议，给我提供帮助的人还有：加州大学伯克利分校政治学系的唐·卡什、托马斯·休斯、托德·拉·波特；《制造原子弹》和《黑暗的太阳：制造氢弹》的作者理查德·罗兹；圣达菲研究所的经济学家W.布莱恩·亚瑟；加利福尼亚州米奥克兰尔斯学院的政治学家保罗·舒尔曼；西安大略大学的经济学家罗宾·考恩，以及乔治梅森大学的政治学家詹姆斯·菲夫纳教授。
在我研究和写作这本书的四年期间，许多科学家、工程师以及商业界人士与我谈论了他们的工作。向提供帮助的人致谢的名单不可避免地有所遗漏，尽管如此，我必须提供我能想起的尽可能多的名字，因为他们慷慨分享他们的时间和知识，从而使这本书的出版成为可能。
感谢橡树岭国家实验室的查尔斯·福斯博格、阿尔文·温伯格、亨利·琼斯、霍华德·克尔、威廉·富尔克森、格劳德·普格、小约翰·琼斯、弗兰克·霍曼、伊丽莎白·皮尔；麻省理工学院的劳伦斯·里德斯基和亨利·肯德尔；电力科学研究院的特德·马斯顿、约翰·泰勒、昌西·斯塔尔和加里藤；ABB燃烧工程公司核电事业部的赫尔诺特·基辛格、瑞吉·马特齐、查尔斯·巴盖尔、保罗·克拉马契克；ABB瑞典韦斯特罗斯分公司的卡蕾·汉内兹、拉尔斯·尼尔森和杜尚·巴巴拉；巴黎核电国际的布鲁诺·鲍姆加特尔、迪特·施耐德和米歇尔·普雷沃；阿尔贡国家实验室的查尔斯·蒂尔、尹·I.常和鲍勃·艾弗里；佛罗里达电力和照明杰里·戈德堡、戴夫·萨格尔、汤姆·布朗克和雷·金；美国原子能委员会的爱德华·戴维斯；美国节能意识委员会的菲利普·贝恩和卡尔·戈尔茨坦；多伦多整体影响的凯瑟琳·赖尔；美国加州大学圣巴巴拉分校的哈罗德·刘易斯；史密斯学院的斯坦利·罗斯曼；得克萨斯州公用事业子公司德州电力公司的戴夫·奥雷利；全国奥杜邦协会的扬·贝伊；美国西屋电气公司的核集团顾问托尼·华莱士和彼得·穆雷；卡内基·梅隆大学的M.格兰杰·摩根和巴鲁克·费希尔霍夫；华盛顿州立大学的尤金·罗萨；通用电气的核电事业部的鲍勃·伯格伦德和通用电气核能退休副总裁伯特伦·沃尔夫；太平洋天然气和电力公司的威尔凯富、迈克·安格斯和吉姆·莫尔登；田纳西大学的罗伯特·乌里格；新墨西哥大学的汉克·詹金斯史密斯。特别感谢分别来自弗吉尼亚州的电力公司和核能研究所的图书馆馆员琳达·罗亚尔和安德烈·威廉姆森，他们对我开放他们的文件。
后，我要感谢我的妻子，艾米·邦杰·普尔，她阅读了本书的各种版本并在许多方面，尤其是有关法院和技术的那些方面磨炼了我的思想。
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