提升空天领域复杂巨系统工程管理能力

李明华

【摘要】火箭的运载能力决定着中国航天的高度，而运载能力的提升面临的是复杂巨系统的难题，这不仅涉及科学问题，而且属于工程技术问题。复杂巨系统工程管理能力的提升有赖于对工程规律的掌握和构建科学完善的科研生产管理体系。科学完善的科研生产管理体系主要包括基于模型的精细化流程管理方法体系、基于目标的创新性试验验证体系、基于并行工程思想的模块化组织管理体系和基于协同的产业和创新生态体系。我们可以从工程模因的维度对科研生产管理体系是否完善进行判断，从而更加清晰地探寻工程规律，为航天复杂巨系统难题的解决指明方向。

【关键词】复杂巨系统  科研生产管理体系  工程模因

【中图分类号】F425                             【文獻标识码】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2020.16.006

2013年6月24日，习近平总书记与航天员进行天地通话时说：“飞天梦是强国梦的重要组成部分，随着中国航天事业的快速发展，中国人探索太空的脚步会迈得更大、更远。”[1]中国太空探索的高度和深度是由火箭的运载能力决定的，而运载能力的提升面临的是复杂巨系统难题，这也是当今科研和管理领域的热点和难点问题。区别于一般的系统，复杂巨系统具有复杂性、巨型性、高风险性、开放性、技术与管理紧耦合等诸多显著特征[2]，不仅涉及科学问题、工程技术问题，而且还涉及统筹协调管理问题。长征五号运载火箭系统具备以上诸多特征，是知识高密度、科技高难度和产品高质量的典型的复杂巨系统。

复杂巨系统问题的解决有赖于对工程规律的掌握和构建科学完善的科研生产管理体系。在以长征五号运载火箭为代表的复杂巨系统难题的解决过程中，中国航天逐步形成了具有中国特色的以系统工程和项目管理为标志的科学技术与工程管理的理论和方法。当前，对这些方法论与实践的研究，不仅对我们破解复杂巨系统工程难题具有非常重大的理论意义，而且为确保中国航天重大型号的成功和实现中国航天的高质量、高效率和高效益发展具有十分重大的现实意义，也为我国太空战略的持续发展积淀理论和实践基础能力。

太空战略和航天复杂巨系统的概念特征

中国太空战略的基础。2019年2月20日，习近平总书记在北京人民大会堂会见探月工程嫦娥四号任务参研参试人员代表时强调，太空探索永无止境。我国广大科技工作者、航天工作者要为实现探月工程总目标乘胜前进，为推动世界航天事业发展继续努力，为人类和平利用太空、推动构建人类命运共同体贡献更多中国智慧、中国方案、中国力量。[3]《2016中国的航天》白皮书指出，中国航天事业的发展宗旨是：“探索外层空间，扩展对地球和宇宙的认识;和平利用外层空间，促进人类文明和社会进步，造福全人类;满足经济建设、科技发展、国家安全和社会进步等方面的需求，提高全民科学文化素质，维护国家权益，增强综合国力。”[4]我国的太空战略，是以探月和深空探测、高分辨率对地观察、载人航天工程、北斗导航等系列重大项目为依托不断推进和稳步建设的。由于工程的庞大，每一个重点工程的成功推进都离不开举国体制优势下优秀的组织管理技术的实施，离不开众多科研院所、高校公司的参与支持，并且又涉及热、力、电、磁等众多专业，以及设计、试验、试制、集成等阶段。新时代，随着重大航天工程的推进，越来越多的新问题不断出现，需求的复杂性、问题的繁杂性、组织人员的庞大性、多单位多专业的协同性等，使得诸多航天重大型号具有复杂巨系统特征，涉及创新发展能力、工程组织技术、试验试制计划、配套产品模块化能力、环境资源应对水平等众多方面。所以，太空战略的实现和稳步推进，正是以破解复杂巨系统难题为基础的。

复杂巨系统概念的提出。中国航天事业的发展已历经60余年，伴随着一个个航天型号任务的成功，以钱学森为代表的一代代航天人不仅在工程实践中走出了中国的航天道路，更是在航天型号发展的过程中提出了一系列理论，这些理论被统称为“航天系统工程理论”。航天系统工程是利用现代科学技术的一切成果，以系统全生命周期的综合效果为目标，对航天工程项目的全过程进行合理筹划、设计、试验、实施和控制的一门专业工程技术和组织管理技术。[5]作为系统工程理论、方法与技术在航天领域的具体应用，其成功实践证明了系统工程的科学性和有效性。随着研究的不断深入，钱学森等老一辈航天人认为科学技术的社会化引发了层出不穷的工程复杂性问题，将系统工程理论延伸至“开放的复杂巨系统”理论。他指出，一个系统如果子系统种类很多并具有层次结构，它们之间关联关系又很复杂，这就是复杂巨系统。[6]与美国主要偏重定量研究和英国偏重定性研究有所不同，钱学森等学者坚持发展综合定量和定性方法，而不是偏颇于某个极端，以此来解决现实中组织管理或更大的经济社会发展问题。

航天复杂巨系统的主要特征。新时期，落实建设航天强国的重大战略部署要求航天系统全面提升能力。大规模空间开发和空间科学探索需要航天系统提升外层空间的拓展能力和规模;技术革命和军事变革对新型新质航天型号装备研制提出新要求;中国特色社会主义市场经济条件下的新型举国体制，要求在战略导向方面兼顾国家重大需求和国计民生落脚点，在资源配置方式上做到计划和市场两种手段并重，在协同攻关方面加强国内外合作、实现开放创新。随着社会环境的不断发展，人的价值理念和诉求呈现多元化特点。这些时代背景的变迁催生了航天复杂巨系统的出现，并使其呈现出如下特征。

一是复杂性。包括客户需求复杂，技术复杂，研制过程复杂，系统构成复杂，试验验证复杂，管理复杂，跨部门、跨领域、跨学科协同复杂，工作环境复杂，特别是涉及科学问题复杂或其他多个未知方面的复杂性。二是巨型性。不仅子系统数量巨大，且型号研制跨领域、跨系统，工作链条长，参与人员多，研制周期长，航天内外部多学科、多专业协作广泛。三是高风险。航天运输系统的成败性特点和为了克服地球引力必须采取的小裕度设计要求决定了航天复杂系统本身的高风险特征，包含对系统可靠性和安全性要求高所带来的高技术风险，以及由于研制周期长、涉及单位多带来的管理风险。四是科学研究、技术攻关、工程实施、协同创新高动态紧耦合。五是开放性。与环境互动互应，是系统产生复杂性的必要条件。从最初局限于国有军工系统的全国大协作，到如今立足国内、国际两个市场，与政府、用户、高校科研院所等密切互动，与民营企业优势互补，呈现出开放融合的态势。[7]

长征五号运载火箭系统是典型的复杂巨系统。长征五号大型低温运载火箭采用全新的5m直径箭体结构和全新的低温液体火箭发动机，采用90%以上的新技术，火箭涉及力、热、电磁、机械、流体、控制等多个学科和上百种专业，还存在着未知的科学问题，全箭飞行达2204个动作，配套单机1349项、2350台套，其中1700余台套为新研产品，仅1次外协外包就涉及零部组件产品22423种，涉及配套单位1215家，民营企业、外企占比达到44.7%，使其研制和管理呈现出与以往不同的特性。长征五号的复杂性毋庸置疑，从飞行动作数量、配套单机台套数量、参研参试单位数量以及首次碰到的问题数量等，多专业交叉性、多组织协同性、技术需求复杂性等问题，无一不体现着长征五号的特殊性和复杂性。长征五号的箭体长度达到56.97米、起飞质量更是达到859吨、运载能力超过14吨，是中国目前运载能力最大的火箭，组成长五系统的子系统数量也是历来之最。自重载重大、太空环境复杂等情况，都决定着长征五号的高风险性。众多属性和特征的存在，表明长征五号运载火箭系统是典型的航天复杂巨系统。

以构建科学完善的科研生产管理体系破解复杂巨系统难题

航天重点型号复杂巨系统项目正式启动以来，以精细化流程管理体系构建为牵引，针对航天科研生产的现行流程体系和组织体系特征，基于系统论和流程再造理论、并行工程和协同性及目标性等理论，着力解决航天科研生产管理体系中存在的问题。[8]相关做法主要体现在以下四个方面，如图1所示。

构建基于模型的精细化流程管理理论方法体系。以针对性、通用性和体系化为原则，立足航天科研生产现行组织体系、流程体系和产品体系，面向解决制约质量、效率与效益提升的根本问题，构建精细化流程管理理论方法[9];指导实现对航天科研生产各机构、各专业、各岗位、科研生产流程全面覆盖的精细化过程控制。提出包含一个闭环管理体系和三个模型的方法论框架，如图2所示。

第一，以“流程闭环管理体系”推进流程管理持续优化。精细化流程管理体系构建是一个动态过程，需要持续开展。依据循环迭代的闭环管理工作框架，将面向“产品-过程-组织的流程梳理模型”、基于“过程+岗位二维度流程构建和优化模型”、与岗位高度耦合的制度规范体系六类规定性模型融入其中，指导流程梳理、流程优化、精细化控制等。主要步骤和内容包括：一是动态监测影响科研生产流程管理的内外部因素变化，提出优化工作需求;二是按照产品-过程-组织三个维度，逐级逐层梳理和分解科研生产流程直到不宜再分解的工步（或环节），并与岗位关联起来，形成覆盖全部产品层级、过程、组织的流程清单和对应的岗位清单;三是针对存在的问题，提出流程构建、优化和再造，组织变革，优化岗位设置，完善节点控制要求，精细化制度规范体系等操作性方案;四是结合工程实践，评价方案的实施效果，将有效改进作为常态管理措施，借助技术平台和制度规范加以固化。

第二，以“产品-过程-组织的流程梳理模型”指导开展流程梳理分析，以“二维度流程优化再造模型”指导开展流程优化再造。构建面向“产品-过程-组织的流程梳理模型”，提出重点关注科研生产过程的逻辑关系、控制要素及节点要求，对流程开展四个方面的梳理，即：一是对复杂产品系统的结构进行梳理，发现各个产品层级上支持科研生产效率提升的流程再造、优化空间和途径;二是对科研生产的过程进行梳理，发现各个过程环节上流程细化分解和优化再造的空间和途径;三是对各任务环节上的专业协作关系和岗位组成进行梳理，发现进一步明晰专业协作关系、提升控制有效性的岗位设置和组织结构优化的空间和途径;四是对全部流程节点上的岗位控制要求、配套设备设施保障要求、环境条件要求等进行梳理，提出过程控制有效性的制度规范体系建设要点。构建“过程+岗位二维度流程构建和优化模型”，对科研生产所涉及的全流程进行分层细化分解，形成贯穿机构-专业-岗位的三级流程体系。将科研生产活动的任务目标分解、细化，并落实到各个专业化岗位，形成清晰明确、简洁高效、约束性强的岗位规范和操作要求。

第三，以“1H2B3W六类规定性模型”指导构建与岗位高度耦合的精细化制度规范体系，如图3所示。全面覆盖航天型号全部产品研制各阶段，突出反映航天产品质量管控关键环节，统筹考虑设计、生产、质量及管理之间的关联性和协调性，将全部规章制度、技术标准规范等的所有规定性，凝练为1H2B3W六类规定性模型，指导形成与岗位高度耦合的制度规范体系。[10]即“谁来做（who）”“做什么（what）”“怎么做（how）”“如何更好（better）”“底线清单（bottom）”“目标导向（why）”等。

构建基于目标导向的创新性试验验证体系。航天系统工程试验验证的基本要求是地面试验覆盖飞行状态和飞行产品（系统）要经过地面试验验证。相比一般的工程技术问题，复杂巨系统重大工程问题的解决需要经历原理突破、技术攻关和总体集成的递进过程，具有原理的探索性、工程设计的窄域性、系统工程的匹配性等特点，在多个环节都可能产生由认识偏差带来的迭代反复，技术改进方案从原理到工程实践存在较大不确定性。同時航天型号一旦在飞行过程中出现重大故障，将面临数据获取难、故障取证难、问题定位难等困难局面，充分有效的地面验证试验是确保方案成立和设计正确的有效手段。针对重大工程问题改进技术方案的实施，需要采用实物试验和仿真试验相结合的解决思路，以技术验证流程为主线，创新试验理论和试验方法，建设重大试验设施，构建与重大技术问题相适应的系统性试验验证体系，才能化解技术方案风险、提升设计的可靠性、增强系统的匹配性。

第一，构建分步骤试验验证流程。针对复杂系统重大工程技术的难题，在研究过程中需要根据工程总体方案和关键技术的具体途径，在系统策划、逐级分解的基础上，遵循由简到繁、循序渐进、逐步推进的研究思路，试验过程中采取从原理到工程，从单项到综合，从局部到系统，从缩比到全尺寸，并采用实物试验和数字试验手段进行研究。机理研究试验围绕原理可行性、相关科学问题和研究方法，抽象出需要深入研究的机理问题，有针对性地设计专门的试验项目，发现物理现象，揭示物理机制，获得相关机理解释。关键技术专项试验是为研究和考核关键技术方案而进行的试验，它在系统级试验、全尺寸试验之前针对单项关键技术进行地面试验和考核，确保单项技术方案的可行性，为系统级试验考核奠定基础。同时，利用关键技术专项验证试验解决在系统级试验中发现的相关问题。

第二，创新试验理论和试验方法。重大工程问题试验的有效性取决于试验理论的突破和试验方法的创新。针对试验验证的各个环节，需要构建系统的试验工况设计方法、试验基础理论、试验模拟技术、试验数据获取与智能分析方法，夯实试验的理论基础和技术支撑，提升试验验证的有效性。针对复杂重大工程问题试验验证环境复杂、要素工况组合多的特点，需要发展与重大问题相适应的试验设计方法，例如正交设计方法等，通过尽量少的工况数量、全要素覆盖等途径实现最大限度的验证，为试验的充分性提供支撑。由于新技术的采用，重大问题的技术验证试验通常面临试验基础理论缺乏的现实情况。需要针对技术验证流程中的试验理论问题，创新提出试验相似准则、相似数取舍判据、数据转换关系，为发展新型的试验技术提供支撑。在系统级试验之前进行技术验证，必须解决单项试验与系统试验模拟技术、地面试验与飞行试验天地差异性问题。通过环境的模拟、加载方式的变换、试验技术的创新，最大限度减小天地差异性，提高试验的模拟程度。试验数据的准确获取和深入挖掘是试验验证的关键环节。针对重大工程问题的数据获取和利用，要发展与物理过程相适应的测量测试技术，将光学、电磁、力学等多种测量手段并用，确保试验数据的完整性和准确性，同时发展试验数据智能分析方法，深入挖掘数据规律和本质内涵。

第三，布局并建设重大科研试验设施。试验验证流程的构建，试验技术和方法的创新，必然催生试验设施的建设。重大工程问题的出现，不仅能反映出在技术认识上的差距，同时也能牵引研制任务对国家重大试验条件的更高要求。需要通过关键技术试验验证体系论证和建设，辨识研制过程中的试验设施缺失，提出后续重点发展方向，全面提升实物试验支撑能力。以试验验证流程为线索，全面梳理已有试验设施，明确试验设施的定位和功能，对试验验证体系建设的现状、能力、不足进行系统梳理和全面分析，提出各试验项目的指标要求，形成完整的试验设施体系，根据研制需求和设施现状提出后续试验设施的发展重点。重大科研试验设施的论证和建设要着眼关键科研技术，保障长远发展，从顶层设计上对试验体系进行了系统梳理和规划，以“国家队”形式开展论证工作，在全国范围的优势单位中遴选设施承研单位，对试验能力进行合理、科学的布局和规划。

构建基于并行工程思想的模块化组织管理体系。并行工程思想是提升构成复杂巨系统的子系统联动协同运行的关键技术。复杂巨系统的稳定运行是以子系统稳定运行、人员操作有效等为基础的。由此，以模块化思想提升子系统通用性和稳定性、以规章制度落实精细化组织管理、以信息化平台固化作业流程，是并行工程思想推进模块化、信息化、精细化在复杂巨系统中的实际落地運用。

第一，针对航天复杂产品系统的特点，引入产品化、模块化和并行工程思想，通过提升部组件、单机等低产品层级上的通用性，来支持高产品层级的共用，从而在小批量科研生产模式下实现效率提升的目标。针对当前科研生产分工布局导致的组织界面多、活动界面多而带来的协同关系管理和过程控制问题，通过规划工艺方案优化升级路线图，在现有工艺方案基础上实现从人力密集型、技能型向机械化、自动化工艺过渡，从特殊工艺、独门工艺向通用化、标准化工艺转变，推行工艺标准化和去型号化。

第二，修订制度规范体系，提高组织管理体系的控制有效性。制度规范体系是保证质量、效率、效益目标实现的有效工具，其建设方向是与流程岗位高度耦合从而使管理责任具体化、精细化、明确化。将各类规章制度和技术标准规范文件的具体条目，按照六类规定性模型，细化分解，凝练形成设计和制造过程的精细化控制要素体系，将经过细化和量化的控制要素，落实到规章规范，形成对象明确、内容具体、标准清晰、方法科学的精细化制度规范体系。与岗位相映射，编成一本百科全书般的“岗位作业书”，以明确岗位的工作内容、控制措施等，大幅提升岗位操作精准性和控制有效性。

第三，推进信息化平台建设，固化流程优化成果。精细化流程管理体系构建和信息化建设互为基础、相互促进。要升级知识管理模式，强化隐性知识管理，规避系统性质量风险。要基于信息技术手段，集成化、模型化科研生产的经验与过程数据，推动个人能力的组织化。要规范知识运用、固化流程控制成果。借助信息化平台，适时为员工推送相关知识与工具，提高工作的规范性;将制度规范的六类规定性和全部精细化控制要素嵌入信息化平台，实现对流程各节点上岗位作业的刚性约束，保证岗位人员执行标准一致、贯彻制度彻底，确保控制有效。

构建基于协同的产业和创新生态体系。传统意义上，国防工业企业一般独立自主地完成产品的研制，并自建全级次配套体系。在新时代环境中，以长征五号为代表的大型运载火箭这一复杂巨系统工程项目的研制，涉及多学科、多领域、深度耦合的复杂技术和重大基础科学问题，仅靠中国运载火箭技术研究院（以下简称一院）自身力量难以按要求完成国家给予的任务。一院作为联结国家意志和市场机制的桥梁，必须发挥核心机构的组织作用，充分发挥中国举国体制优势，通过组织机制创新，高效整合和配置全国优势资源，并通过提升自身的技术牵引和集成能力，系统提出工程技术需求，以顶层设计牵引模块化分工和各类组织的协同攻关，突破科学原理以及工程研制各方面的诸多瓶颈。为此，需要构建多元主体参与的、具有多层次协作关系的产业协同创新生态，支撑项目成功研制目标的顺利实现。以下对研制所创立的全新创新生态系统开展分析。在构建基于协同的产业和创新生态体系的过程中，一院拓展自身的角色定位，强化在航天运载和国防自主创新体系建设中的作用。

第一，作为基础研发的牵头单位，一院研究明确任务需求、组建职能机构，推进基础专业建设和自身人才培养，引导突破相关科学原理瓶颈。在技术攻关进程中，各类科研主体间需要开展大量跨学科知识的交互和集成，一院牵头打造保证知识共享的开放环境，组织各合作单位、相关专业领域人员围绕基础研究和理论分析开展交流，通过专题研讨会、进展通报会、技术协调会、机构间学术访问等方法强化技术联系，促进各协作方优势知识的互补、叠加和延伸，有效激励合作伙伴向创新网络平台贡献自己的知识，成为知识共享和组织学习的推动者。

第二，作为总体设计单位，一院在产业协同创新过程中，着重强化提升自身的技术牵引和集成能力，系统提出工程技术需求，以科学的顶层设计为统揽，通过签订研制合同或研制任务书、制定接口约束条件和标准规范等多种形式，化解各系统间对于技术问题理解的分歧和矛盾，将分散、独立的科研院所、高校、生产联合体等各类组织的优势资源充分整合。

第三，作为系统集成单位，一院通过确定模块集成的接口约束条件，选择各行业内的合作单位，协调分配承担相应的理论研究、技术攻关和模块化研制任务，利用市场机制实现举国力量联合、能力互补、资源共享，高效推进项目进程。

第四，作为项目的总承包单位，针对国家供给资源有限、供需矛盾长期存在的难题，一院形成了“小核心、大外围”的工作协调机制，统一工作思路并将其推广落实。在系统研制内部建立了核心组协调机制，在火箭、船舶、专业院、用户等大系统间建立了“两总联席”议事模式，秉承航天“有问题共同商量，有困难共同克服，有余量共同掌握，有风险共同承担”的“四有”传统，采取系统优化、适度差异性的协调配置做法，统筹主要资源的规模、布局、结构和投量，在保证自主可控的前提下，有力推进技术攻关、火箭产品研发生产的全面、协调和可持续发展。

第五，作为协作网络的核心单位，一院大幅度扩展组织协调手段，从传统垂直行政干预的管理模式，向战略联盟合作的协调模式转变。以一院为核心，围繞主线任务和工作目标，通过组织年度型工作会议、定期例会、过程监控等做法，实现合作共赢，不仅将自身的业务领域从专长研制拓展到基础研究和方案提供，也帮助合作伙伴实现了价值提升。

从工程模因的维度探寻完善科研生产管理体系的方法

工程模因的概念和组成。航天复杂巨系统难题的解决不仅是科学问题，更是工程问题，而工程问题的解决离不开对工程规律的把握。工程规律是在工程实践活动中，在理解当前工程活动所涉及的各种要素之间相关性的基础上，协调各种规律综合作用的建构性规律。它直面的是在集众多技术的某种特定工程建构中“如何做”的问题，与揭示事物本质的“是什么”的科学规律不同，工程活动不仅涉及“是什么”，更重要的是要解决“如何做”的问题，即工程活动怎样实现合理性和有效性的问题。工程规律是揭示指向具体工程目标的规律群，是如何实现从对事物属性、关系的认识到新事物的功能设计、结构架构的建构性规律，是综合集成的规律。工程规律协调的是规则之间的联系，是关于规则制度、规则设计和规则变动的规律，具有建构性和综合集成性的特质。[11]

生物进化的基础是基因，而工程演化的基础是模因。工程模因是在工程活动中完成学习模仿创新等过程后遗传下来的工程理论、工程标准、工程模型、工程方法和手段等。工程模因的功能，是在特定的自然环境和社会情境中，通过建造工程人工物，使人类把自然界的“非常态”状态引入到人类存在的“常态”状态的载体，是在构建一个新的人工存在物的集成过程以难言或明言的形式存在的信息系统[12]。从工程模因维度，我们可以探寻航天复杂巨系统的工程规律，从而为航天复杂巨系统难题的解决指明方向。航天复杂巨系统由工程知识系统、工程技术系统、工程组织系统和工程环境系统等子系统组成，分别对应的工程模因是工程知识模因、工程技术模因、工程组织模因和工程环境模因，如图4所示。我们可以从工程模因的维度探寻完善科研生产管理体系的方法。

以提升工程知识模因的全面性与整合性为目标构建工程方法体系。工程知识模因是工程对自然界“非常态”向“常态”引进的“符号”试错，决定了工程知识系统的不断创新发展，作为其成果的工程知识系统是航天复杂巨系统难题得以解决的前提。我们要以提升工程知识模因的全面性与整合性为目标，构建工程方法体系。

第一，提升工程知识模因的全面性。随着人类进入工业革命时代，由物理化学原理所驱动的科学技术的变革，为人类在工程知识领域积累了大量知识财富并由此影响到了人类知识的各个方面，所以工程知识模因的第一个特征是全面性。工程知识中第一类是自然科学知识。自然科学知识是人类对自然界的认识，人类通过不断的自然实践，探寻自然规律和自然原理，并最终形成一系列科学知识方法，将自然按照人类的想法加以改造，从而形成“人化自然”。自然科学知识是整个工程知识体系的基础，科学价值库为工程问题的解决划定了边界。工程知识的第二类是工程技术知识。人类在创造“人工自然”的过程中要对自然施加目的性，所以工程技术知识体现的是合目的性的自然规律性。[13]人类以适合自己生存为目的，在认识自然、利用自然、改造自然的过程中，对自然的发展和进化朝着有利于人类发展的方向不断选择、产生影响，最终在趋利避害的过程中形成的科学技术知识是对人类发展有益的知识，也就是对人类的有用之物。所以，技术知识也就等同于在人工自然的创建过程中积累下来的有用的、有效的知识。工程知识的第三类是人文社会科学知识。工程活动，是人类在自然认识、规律探寻、原理探索、技术应用整个过程中所进行的，是人、环境、技术这三大要素系统集成的工程活动。所以，在工程活动中还应包括经济学、管理学、社会学、政治学，甚至美学和伦理学等诸多知识。工程知识的第四类是经验知识。主要是在工程过程中积累的实践经验，如技术诀窍、工艺过程等。

第二，提升工程知识模因的整合性。工程作为改造自然的过程，起初的发展是以个体活动为基础的，随着知识的不断积累和认识自然的不断提升，人类的工程越来越趋向于大型化、复杂化，这就造成了个体工程向集体工程的不断发展，人类利用不同个体获取的知识进行整合，进而形成更大的工程知识集，所以工程知识模因的又一个鲜明特点是其整合性，也就是对各类知识进行有效集成。一般而言，数学知识作为背景知识是科学知识与技术知识等的联系和中介，科学知识和技术知识等需要通过数学知识的运算，转化为工程知识，然后才能进行工程集成。整合不是上述各类知识的简单堆砌，而是把它们有机地结合并转化为与当下工程现实境域相符合的、可行的、可操作的知识，使其成为指导该工程实践的实用性的工程知识。[14]