论技术人工对象结构描述与功能描述的推理关系_逻辑结构论文

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       [中图分类号]N031

       结构与功能的关系是技术人工物研究的“难问题”。结构与功能之间并没有一个简单的逻辑推理关系，因此，如何实现结构与功能之间的推理的形式化成为分析技术哲学的重要问题。为此，本文试图提出技术人工物的系统模式，探讨通过增加限制条件，使得结构与功能之间有更大的确定关系，并寻求可能容纳这一不确定性的多值推理关系，从而实现结构与功能之间推理的形式化。

       一、结构与功能的概念

       探讨结构与功能的推理关系，我们首先要探讨技术人工物的结构与功能的概念。

       技术人工物(technical artifacts)不是自然物和社会人工物，它是在一定材料或要素的基础上制造出来的人工物，它具有一定的功能。贝克认为：“人工物是有意被制造(made)出来达到给定目的的客体(object)。”(Baker，p.99)该定义强调了人工物的一个共性：它涉及到人的目的或意向，而且是一个实实在在的客体或产品。而技术人工物强调人工物中有技术的渗透，特别是现代技术人工物往往是技术知识或科学知识的应用。技术人工物可以被定义为被制造出来实现一定目的的技术实体。它是人类有目的制造出来的具有一定技术含量的物理实体。

       如何研究技术人工物呢?克劳斯(P.Kroes)与梅耶斯(A.Meijers)提出用结构与功能来描述技术人工物。他们认为：“对于技术人工客体，这两种概念化都是不可缺少的：如果一个技术人工客体只用物理概念来描述，它具有什么样的功能一般是不清楚的，而如果一个人工客体只是功能地进行描述，则它具有什么样的物理性质一般也是不清楚的。因此一个技术人工客体的描述是运用两种概念来进行描述的。在这个意义上技术人工客体具有(物理的和意向的)二重性(dual nature)。”①克劳斯将技术人工物的物理性质、几何性质的描述，称之为结构描述，即把几何的、物理的、化学的性质称之为结构。比如，物质具有的质量、颜色、形状等，属于结构描述。而把技术人工物的功能性质的描述，称之为功能描述。(cf.Kroes，2006，p.139)如吹风机的功能是吹干头发。霍克斯(Houkes)与梅耶斯也持同样的观点。(cf.Houkes & Meijers，p.119)

       可见，将技术人工物只是分为结构与功能两个方面，这意味着凡是不能划为功能的东西，都必然划分到结构中，反之亦然。于是，克劳斯将技术人工物的“颜色”纳入结构范围就不足为奇了。荷兰学派对于结构与功能概念的界定是不明确的，其分析并不彻底。米切姆就对“技术人工物的二重性”提出疑问：为什么技术人工物的性质(nature)仅是两个，而不是三个或四个，或更多个。人工物呈现出物理的、化学的、结构的、动力学的特点，这些并不都是物理特点；类似地，对非物理性质来说，就有意向性、功能、使用、适应等。(cf.Mitcham，pp.9-12)

       面对上述的诘难，在笔者看来，可以从人工系统论的角度来回答上述问题，即技术人工物是一个人工系统。

       第一，要素、结构与功能是描述技术人工物系统的三个相对独立的因素。钱学森从技术科学层次给系统下了一个定义：“所谓系统，是由相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。”(钱学森，序)这一定义明确提出了“部分”即要素与功能概念，因为人们研究、设计、控制系统都是要通过要素去获得预定的功能。从系统论来看，功能仅是描述技术人工物的一个方面。要素是构成技术人工物系统的基本单元。基本单元形成更大的高一级单元。基本单元的划分取决于工程技术实践的需要。技术人工物的各个要素处于相互联系之中。这些要素之间具有物质、能量或信息的关联。这些要素构成的相对稳定的物理关系的总和就形成了系统的结构。结构不是纯粹的数学结构，而是物理结构或化学结构等。

       第二，作为一个系统的技术人工物具有多种性质。技术人工物是由不同层次的许多部件(要素或元素)构成的实实在在的物理实体，它的性质不能仅仅归结为物理性质与意向(即功能)性质，还应当有其他性质，比如动力、整体、部分、质量、大小等等性质。从系统论的完备描述来看，除了技术人工物的结构与功能描述之外，还必须有要素与环境描述。即技术人工物总是处于一定的环境之中，各个要素的相互作用形成了技术人工物的结构和功能。恢复要素的独立作用之后，有关概念可以从要素、结构、功能和环境等因素来认识，或者是从这些部分因素的相互作用来认识。

       第三，技术人工物渗透了意向性。不同于自然物，任何技术人工物总是受到人的意向的影响。在技术人工物的设计过程中，即使当功能确定之后，仍然有多种结构和要素可以实现，需要人进行选择。在一定的环境条件下，意向将影响结构、功能与要素的选择。因为在同样的功能或结构要求下，有多种技术手段可以满足，人的意向要在多种选项中作出抉择。

       按照荷兰学派技术人工物的结构与功能描述，考虑到技术人工物是人的意向与物质基础共同形成的物质产品，那么，技术人工物的结构、功能与意向就形成了三角形关系。在这里，实际上把结构看作是物质基础，而功能是高阶对象，即结构与意向相互作用生成了高阶对象——功能。如果将包含在结构中的要素独立出来，那么在笔者看来，技术人工物的要素、结构、意向与功能就有如下相互作用的四边形关系。如图1所示。

      

       图1 要素、结构、意向与功能的关系

       二、结构与功能之间的关系

       要认识结构描述与功能描述之间的推理关系，我们需要讨论技术人工物的结构、功能在本体论上的关系。

       技术人工物的本体论早就受到了荷兰学派有关学者的重视。基于技术人工物的二重性，梅耶斯在2000年提出了关系实体论，即技术人工物是关系实体(relational entities)。在此基础上，2006年，霍克斯和梅耶斯从高阶对象(higher objects)和它们的物质基础(material basis)的关系的视角，讨论了技术人工物的本体论问题。基于人工物的两重性，他们提出了一个技术人工物的适当本体论(adequate ontology)的两个标准，即技术人工物必须满足的本体论标准。

       ①非充分决定(Underdetermination)标准(以下称UD标准)。“它是指技术人工物本体论应当容纳(accomodate)功能与其物质基础之间双向的非充分决定性。一个功能类型可以被物质结构或系统多重实现；而一个给定的物质基础可以实现多种功能。”(Houkes & Meijers，p.120。黑体为引者所加)

       ②实现限制(Realization Constraints)标准(以下称RC标准)。“它是指技术人工物本体论应当容纳和限制(constrain)功能与其物质基础之间双向的非充分决定性。从功能陈述到结构陈述，或相反，存在多种实践推理(practical inference)。”(ibid)

       那么，技术人工物的结构与功能的本体论标准是否是适当的呢?UD标准强调本体论要容纳结构与功能之间的双向非充分决定性，即结构与功能之间是一个多对多的关系；而RC标准强调本体论要限制结构陈述与功能陈述之间的关系，使结构与功能之间有更大程度的确定性。这两个标准实质上是讲，结构与功能之间不是充分决定的，而是有一定程度的不确定性。②

       在这两个标准中，UD标准强调要“容纳”结构与功能之间的多对多的关系，这是适当的，即是任何一个关于要技术人工物的理论都要满足这一标准，否则就不是一个技术人工物的理论。而RC标准应当仅仅强调“限制”，而不应当包括“容纳”，因为UD标准已强调了“容纳”，否则，这两个标准就不是独立的。以下我们主要从在“限制”的意义上理解RC标准。

       那么，是否有相关技术人工物的理论满足这一标准呢?霍克斯和梅耶斯具体考察了金在权(J.Kim)的随附性理论与贝克(L.Baker)的构成理论(Constitution View)(cf.Baker，pp.99-111)是否满足UD和RC两个标准。研究表明，随附性理论与构成理论并不能完全满足UD和RC两个标准，还有许多限制。于是，在技术人工物的本体论中，结构与功能的关系成为形而上学的“难问题”(hard problem)。(cf.Houkes & Meijers，pp.118-131)

       出现这样的情况，无非有两个原因，一个是技术人工物的本体论标准有问题，另一个是有关技术人工物的理论有问题。在笔者看来，这里既有标准的问题，也有技术人工物理论中的问题。

       (1)关于技术人工物的两个标准

       UD标准是适当的，而RC标准太宽泛，并未使结构与功能之间有更大的确定性。已有学者发现上述两个标准的不完备性。潘恩荣与克劳斯认为，功能失灵不能作为一种RC现象，而应作为第三种标准，即关于技术人工物的双重属性及其关系理论不能解决功能失灵现象。(参见潘恩荣，第41页)

       之所以这两个标准没有使得结构与功能之间有更大的确定性，其根源是技术人工物的二重性理论，以及在此基础上提出的关系实在论。

       在梅耶斯看来，技术人工物不仅在于它是物质结构，而且还在于它的设计和使用的实践。他还将技术人工物的关系归结到本体论中。技术人工物的关系性质不能还原到非关系性质。(cf.Meijers，p.94)梅耶斯将技术人工物看作是关系实体，并将关系实体附随在物理结构上，显然，这样一种看法是有问题的。事实上，技术人工物所表达的关系必须依赖于技术人工物这一实体，没有实体就没有关系。因此，技术人工物的实在只能是其要素与关系相统一的实在。如果将技术人工物的本体仅仅归结为关系，而不考虑构成关系的要素(或部分)，那么，关系何以成为实在?

       为此，我们需将要素作为一个独立的限制因素，并增加环境标准，从而减少结构与功能之间的不确定性，使得RC标准更加确定，限制其宽泛性。

       ①要素限制(Constitution Constraints)标准(以下称CC标准)。结构与功能之间是非充分决定的关系，其根源在于不适当的建模抽象，只讲结构而不讲要素，即结构包括了要素。因此，在结构与功能之关系的研究中，要恢复要素的独立作用，通过要素(部件)来联系结构与功能，减少结构与功能之间的逻辑鸿沟。CC标准表明结构与功能的关系要增加要素来形成更确定的实践推理关系。CC标准，是技术哲学研究的内在进路。

       ②环境限制(Environment Constraints)标准(下称EC标准)。这里的“环境”不仅包括自然环境，也包括经济、政治、人文环境、人文历史等因素。在UD、RC和EC标准下，结构与功能之间仍然没有一一对应的逻辑关系，还具有相当程度的不确定性，因此，引入环境标准，在于说明现实的技术人工物，既受到自然环境的某种影响，还受到人文历史等因素，甚至设计者个人的人文素质等因素的影响。这里的环境实际上扩展到语境(context)范围。

       RC标准讲到了实践推理对于结构与功能关系的作用，但是，这并不能唯一地选择结构与功能之间的关系。我们只能说，在一定的科学技术和文化语境条件下，结构与功能之间有一个现实的确定关系，其关系具有现实性。EC标准，是技术哲学研究的外在进路，这可能为打通系统的内与外有重要作用，这也说明了技术具有实践特点。CC、EC标准实质上是对RC标准更加严格的限制，使得结构与功能之间有更大的确定性。

       (2)关于技术人工物的理论

       基于上述讨论，在笔者看来，对于现代技术人工物来说，一个合理的人工系统模型是：物质基础与意向(intention)共同作用，以突现(emergence)的方式生成了技术人工物。技术人工物是由许多要素组成的，这些要素构成多个层次，低层次组成高层次。在一定的环境条件下，要素、结构、意向与功能的共同作用，生成了技术人工物。技术人工物的系统模型，如下页图2所示。所谓突现，就是指由系统的各个要素相互作用所生成的原有单个要素所不具有的性质、行为、功能或结构。在人工物的制造情境下，当结构确定之后，不同的要素(零部件等)、环境仍然影响技术人工物的功能。在一定设计语境下，要素、功能、意向的相互作用，突现产生了结构。

      

       图2 技术人工物的系统模型

       按照技术人工物的系统模型，结构与功能之间具有多重关系，即无论从结构到功能，还是从功能到结构都是多重关系，满足UD标准。因为在不同的要素、环境和意向作用下，同一结构可以产生不同的功能；同样，同一功能，可以要求有不同的结构。

       具体说来，图2的结构说明了技术人工物的结构与功能的关系满足UD标准。以从结构到功能为例，结构与功能的关系是下述三条路径依赖关系的共同作用：一是直接从结构到功能；二是结构经过要素再到功能；三是结构经过意向再到功能，这就是说，从结构到功能有三条路径，而不是仅有一条路径，因此，结构并不能单因素地决定功能。同样，功能也不能单因素地决定结构。除此之外，环境也会影响功能的发挥。系统的环境是系统功能存在和得以实现的条件。不同的人工物质系统之所以具有千差万别的功能，只能从系统内部的组成元素、结构和意向去分析。

       同样，技术人工物的系统模型中的结构与功能的关系也满足了限制标准(RC标准)。以从结构到功能为例，当结构决定之后，当要素、意向和环境三个因素决定之后，功能就唯一地决定了，即从结构到功能的关系受到了限制；反之，当功能决定之后，当要素、意向和环境三个因素决定之后，结构也唯一地决定了。这里的“意向”不仅指意识所指向，而且还会发挥选择作用，因为当要素、环境确定之后，结构与功能之间的关系还不是唯一的，这就需要有意识的选择作用，即“意向”发挥作用了。

       可见，技术人工物的系统模型，不仅满足了技术人工物的本体论的UD、RC标准，而且满足新增加的要素限制标准(CC)和环境限制标准(EC)，这使得结构与功能之间有更大的确定性，这有利于我们在结构描述与功能描述之间建立推理关系。

       三、结构描述与功能描述之间的推理关系的形式化

       对于结构与功能之间关系的“难问题”，其常见的说法是，结构描述与功能描述之间具有不同的命题性质，前者是事实性的，后者是规范性的。但是，在笔者看来，在技术人工物中，功能描述不仅是价值性、规范性的，而且也是事实性的。比如，一台割草机的功能是割草，这里的“割草”是一种自然的物理性质的描述，而非价值判断。正是因为功能描述既是事实性的，又是规范性的，这才为探讨技术人工物从结构到功能，或从功能到结构的推理模式(inference patterns)提供了可能。

       克劳斯认为，工程实践中有一种十分有用的解释融贯(Explanatory Coherence)推理可用来说明结构与功能的推理，他说：“部分X有如此这般的物理性质，因为它的功能是Y。”以另一方式来说，“部分X有功能Y，因为它有如此这般的物理性质”。(Kroes，2006，pp.142-143)解释融贯理论表达为如下七个原则：(1)原则

：对称；(2)原则

：解释；(3)原则

：类比；(4)原则

：证据优先；(5)原则

：矛盾；(6)原则

：竞争；(7)原则

：接受。(cf.Thagard，Eliasmith，Rusnock & Shelley，p.107)易见，基于这七个原则，解释融贯推理并没有真正将结构与功能之间的关系连接起来，还不是一个真正的推理，而是一种技术设计或工程实践中的思维方式。

       霍克斯与梅耶斯在讨论技术人工物本体论的RC标准时提出，结构与功能之间的关系，存在多种实践推理(cf.Houkes & Meijers，p.120)，但并没有具体给出实践推理的模式。显见，霍克斯与梅耶斯的实践推理，仅是就事论事。

       早在1998年，克劳斯通过分析了纽可门蒸汽机案例，提出了纽可门机的操作的实践推理模式，即技术解释的图式。纽可门机的操作的解释有如下的图式Ⅰ(cf.Kroes，1998，p.27)：

       解释者：物理现象的描述；人工物的结构(设计)的描述；一系列行动的描述；

       被解释者：人工物的功能的描述。

       在图式Ⅰ的基础上，克劳斯对解释者与被解释者进行详细展开，给出了更具体的图式Ⅱ。(ibid，p.28)克劳斯对纽可门机从结构到功能的推理过程是：通过具体的物理现象的描述、具体发动机的组成部件的运动和行动的描述，最后得到纽可门机泵杆的上下运动——功能。可见，克劳斯对蒸汽机所作的技术解释是非常具体的，并未上升到更一般的技术推理模式。当然，1998年他提出的技术实践推理也自然没有考虑霍克斯与梅耶斯于2006年就技术人工物本体论所提出的UD和RC标准。

       在笔者看来，技术人工物从结构到功能的实践推理，必须考虑到技术人工物的本体论所满足的UD、RC、CC和EC标准的限制；同时，我们也要考虑逻辑学家对实践推理的已有研究。

       1963年，著名逻辑学家冯·赖特给出了实践推理的经典例示。(cf.von Wright，p.160)在此基础上，更一般来说，实践推理的基本结构可表达为：(1a)小前提：陈述主体的意向目标；(1b)大前提：陈述实现意向目标的必需手段/方式；(1c)结论：(非演绎地得到)采取必须手段/方式的行动、行动意图或行动信念。(参见吴国林、李君亮，第27-31页)

       对于实践推理，米勒(C.Miller)认为，主体的行为/行动总是有原因的。即是说，目的-手段链实际上暗含着一种因果关系，即引起与被引起的关系。(cf.Miller，p.4)冯·赖特特别指出，“特定的目标是行动的动力，离开它就不会有行动；因此关于有关(因果)关系的知识就以一种特殊的方式决定了活动的具体进行”。(拉普，第51页)

       因此，在实践推理中，大前提(1b)实质上可表达为：目的-行动的因果关系，于是，实践推理的结构表达为：(2a)小前提：陈述主体的意向目标；(2b)大前提：目标-行动的因果关系；(2c)结论：必须实践地采取的行动、行动意图或行动信念。

       我们将模式(2)用于技术人工物的制造，并用结构-功能语言来表达，就得到了关于技术人工物的结构-功能的实践推理模式：

       (3a)主体A想要有一个具有功能F的技术人工物x；

       (3b)主体A相信，在当前科学技术、经济等环境E条件下，要制造一个具有功能F的技术人工客物x，就必须用零部件C制造成结构S；

       (3c)因此，主体A必须用零部件C制造成结构S。

       (3b)为何能成立?主体(个人或一个团队)根据已有的科学技术知识和自己拥有的技术和工程制造经验所作出的推断，这是一种归纳的因果关系，因为在具体的技术人工物的制造过程中，总是用一定的零部件构制成一定的结构，从而形成具有某种功能的技术人工物。这里的“主体相信”反映了“意向”在技术人工物中的作用。技术人工物的结构-功能关系，即要实现技术功能应采取何种技术结构之间的这种推理是一个标准的实践推理。

       张华夏、张志林改进了克劳斯所关于技术人工物的结构解释，通过结构来解释技术的功能，其模式如下(笔者称之为张模式Model Zhang)：

       解释者：元素结构描述；元素结构规律语句集；环境描述；对应规则B；

       被解释者：物理性状与功能描述F。

       在该逻辑模型中包括了对应规则B。(参见张华夏、张志林，第72页)即通过对应规则，技术人工物实现从结构到功能之间的转换。张模式满足了笔者提出的CC和EC标准，但是，技术人工物进行技术推理的过程中，不一定需要有一个对应规则，而且有时并不存在一个对应规则。而应当通过技术结构-功能子(structure-functionon)来联接结构与功能的关系，这更加符合技术实践和工程实践。

       按照笔者提出的技术人工物的系统模型，技术人工物包括许多要素，一定数量的要素组成同一个层次，技术人工物包括了不同等级的多个层次，技术人工物也包含了许多子功能。任何一个要素本身都具有结构和功能，还可以再分为更低层次的要素。我们将技术客体的功能F逐级分解，根据工程技术的需要，可以分解到一个足够基础的功能，我们称之为原子功能

。与功能的逐级分解相对应，有技术人工物的结构的逐层分解。工程与技术实践的经验表明，与最小功能相对应，一定还有一个最小的结构，称之为原子结构

，原子功能与原子结构是统一在一起的，它表达了人工客体x的两个重要特征，即：

，为方便，将技术结构功能子记为

，它表示人工客体的原子功能与原子结构是等价的和相通的，它们是连接结构与功能的桥梁。比如，一个圆柱形的物体，就可以滚动。这是工程与技术实践经验总结。圆柱体就是一个结构-功能子，它有圆的结构和滚动的基本功能。结构-功能子总是通过实体来承担的。这个实体就是人工物的要素或部件，要素或部件是结构-功能子的承担者。

       基于原子结构-功能子，通过原子结构-功能子连接最低层次的结构与功能，逐渐增加层次，就将最高层次的结构与功能联接了起来，从而在实践上连接了结构与功能，消除结构与功能之间的鸿沟，这是从实践层次上解决的。

       基于张模式，考虑到技术的结构-功能子，我们将得到从结构到功能的技术推理模式，笔者称其为模式Ⅰ(Model Ⅰ)，可用符号表示为：(参见吴国林、陈福，第445页)

       解释者：要素描述C与结构描述S；要素与结构满足的技术规律或规则描述L；环境描述E；结构-功能子描述

       被解释者：技术人工物的功能描述F；

       写成逻辑表达式为：

。

       其中，“.”表示合取，“…→”表示实践推理，即在工程技术实践中这一推理是合理的，具有工具合理性或技术合理性。这样的表达方式更符合工程技术人员的实践活动。③对于模式Ⅰ来说，其技术人工物的本体论基础就是技术人工物的系统模式，同时也满足UD、RC、CC、EC标准的限制。

       在模式Ⅰ中，其技术人工物的“意向”如何体现呢?“意向”体现在主体的使用中：要素描述C与结构描述S；要素与结构满足的技术规律或规则描述L；环境描述E；结构-功能子描述

，进而通过行动产生了技术人工物的功能F。实际上，在技术人工物的系统模式中，“意向”总在与要素、结构、功能和环境发生作用，“意向”作用并不是独立的，而是渗透于它们之中。

       结构与功能的实践推理模式Ⅰ，能否用演绎逻辑将其表达出来呢?笔者发现这是可能的。技术不能用二值逻辑来描述，因为除有效、无效，技术还有无数的中间状态，它至少需要三值逻辑。正如哲学家邦格所说，技术规则至少有三个有效值，即有效、无效和不确定。(cf.Bunge，p.151)

       量子力学现象是一个十分奇特的现象，它也不能用二值逻辑给予描述，但可以用三值逻辑表达。科学哲学家赖欣巴哈提出了量子力学三值逻辑。(cf.Reichenbach，pp.150-160)通过考察量子力学三值逻辑的真值表的构造，笔者认为，赖欣巴哈三值逻辑中的直接否定(-)、标准蕴涵(

)适用于技术推理，并将技术的真值的“有效”、“不确定”、“无效”分别对应于量子三值逻辑真值的“真”T、“不确定”I、“假”F。于是，重新用赖欣巴哈的方法来表达技术推理模式Ⅰ(吴国林、陈福，第446页)，它可表达为技术推理模式Ⅱ(Model Ⅱ)：

       C.S.L.E.SF[，0]

F。

       这就是利用赖欣巴哈三值逻辑得到的关于技术人工物的结构的形式推理模式，它实现了从结构到功能的推理的形式化，根据这一技术逻辑我们就可以进行相关的技术推理。④模式Ⅱ符合工程技术的实践，利用这样的逻辑规则，从结构到功能的技术推理获得了形式上的逻辑推理的意义。

       注释：

       ①Introduction,in Research Project “The dual nature of artefacts”,by The Technè Group,http://www.dualnature.tudelft.nl/,2001,February.

       ②这里的“确定性”是指结构与功能之间不是完全决定的，也不是完全非决定论的，它有一定程度的不确定性。在理论上，结构与功能并不是同时具有确定的值，总有一个先后问题。比如，在设计情境下，先有功能的选择，然后才是结构的选择。在制造情境下，先有确定的结构，然后才有功能的出现。这就是说，在设计或制造情境下，结构与功能并不是同时具有确定的值，这类似于量子力学的“不确定关系”。

       ③在逻辑表达中，按结合力规则省掉括号。结合力规则为：最强结合力-.∨…→(或

)

最弱结合力。

       ④有关技术的三值逻辑的实例分析，请见拙文《技术解释研究——兼评皮特对哈勃望远镜的分析》(吴国林、陈福)。

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