作者:胡璇子 付嵘 来源: 中国科学报 发布时间:2019-12-19
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繁荣工程科学 发力工程创新主战场
——首届中国工程科学高峰论坛在京举行

11月29日,由中国科学院大学(以下简称国科大)和中国科学院力学研究所联合主办的“中国工程科学高峰论坛”在京举行。来自科技部、工业和信息化部、中国科学院、中国工程院、国科大、清华大学、天津大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学等单位以及中航工业、航天科技、中国交建、西门子等企业的院士专家共计200余人参会。

据悉,这是国内首次以工程科学为主题召开的高峰论坛。

主办方表示,这一论坛是科学家、工程师、企业家、哲学家和社会各界跨学科交流的学术平台,致力于繁荣和发展中国的工程科学,呼唤涌现一批战略工程师和工程科学家,应对“卡脖子”技术瓶颈,进一步发力工程创新主战场,推进中国经济的高质量发展。

 


 

路甬祥

我们迫切需要重新思考什么是工程科学

论坛开幕式上,国科大党委副书记高随祥宣读了全国人大常委会原副委员长、中国科学院原院长路甬祥院士的贺信。

路甬祥在贺信中指出,基础自然科学以自然界为研究对象,以追求真理为目的;工程科学以人工物为研究对象,以追求人类福祉为目的。随着现代经济与社会的飞速发展,在基础自然科学迅速发展的同时,以人工物为研究对象和人类福祉为目的的工程科学更成为了现代科学的主体内容。

当前,我国正在大力推进《中国制造2025》,这既是一项造物的自然工程,也是一项强国的社会工程,其中就包括要解决工程设计、技术创新、工程创新等方面提出的许多重大工程科学问题。

路甬祥认为,目前的中国不仅是一个工程大国,而且正阔步走在建设工程强国的道路上。加强工程科学研究绝不仅仅只是一个单纯的理论问题,而且具有重要的现实意义和政策意义。

“早在中华人民共和国成立之前,钱学森先生就提出了工程科学这个概念。然而随着理论研究的不断深入、应用范围的持续拓展和工程实践不断提出新任务和新需求,我们迫切需要重新思考究竟什么是工程科学,它的基本特征、研究对象、主要内容、体系结构、研究方法,以及它同基础自然科学和工程技术之间的关系等一系列基本理论问题。”路甬祥在贺信中写道。

路甬祥希望与会各个不同学科领域的专家、学者、工程师、企业家能够从各自不同角度畅所欲言、集思广益、增进共识,丰富与深化关于工程科学的理论研究,让工程科学等一系列相关概念和理论以更加清晰的轮廓、更为明确的内涵与外延,服务于国家的经济建设与社会发展。

 


 

李树深

工程科学是连接基础科学和工程实践的桥梁

中国科学院副院长、党组成员,国科大党委书记、校长李树深院士出席论坛开幕式并致辞。他指出,纵观人类社会发展史,科学始终提供着基础性的原动力和普惠性的推动力。当前,新一轮科技革命和产业变革正在加速推进,人类又一次迎来跨越式的发展契机,然而受人类认知水平的限制,当前人们对科学的认知在某些领域已经达到了极限,全人类共同面临着制约科技发展和社会进步的瓶颈问题。我国与世界科技强国相比,不少领域差距依然明显,特别是核心技术的短板依然突出。

李树深指出,聚焦有望形成颠覆性创新及引领产业技术变革方向,影响产业未来发展态势,抢占未来产业制高点的领域;着重突破国家经济社会发展的瓶颈制约,能够产生显著经济社会效益的领域;解决涉及国家安全和重大利益,关系国计民生和产业命脉的“卡脖子”问题,需要我们励精图治,奋发有为。

在他看来,工程科学是基础科学和工程实践的中介和桥梁,是引领原创性工程创新的直接领域基础和关键环节之一。在当前复杂多变的形势下,为了贯彻建设创新型国家战略,实现创新驱动发展,对工程科学的基本理论和发展战略问题进行深入研究和探讨,显得尤为重要。

李树深认为,论坛通过专题研讨,分享不同领域工程科学与工程技术前沿的成果,研究与探索工程科学的理论、政策、发展、科技人才培养、工程人才培养、工程战略、工程创新等重大问题,有助于进一步坚持目标和问题导向,攻坚克难,为我国科技创新、工程创新和产业发展贡献力量。

 


 

胡文瑞

工程科学是破“两张皮”之利器

“2018年刘鹤副总理出席世界机器人大会开幕式时讲到了巴斯德象限,指出了基础研究与工程应用之间密切而深刻的联系,即工程科学。”中国工程院工程管理学部主任胡文瑞院士在致辞时说。

中国工程院工程管理学部是一个综合性、战略性学部。该学部承担的“颠覆性技术研究”“交通强国”“航天发展战略”“中国建造2035”“川藏铁路建设”“工程哲学”“工程管理理论”等重大研究课题,产生了重大影响。

他表示,进入新世纪以来,我国涌现出一大批成果,尤其在重大工程领域,令世界刮目相看。同时,我们也越来越深刻地认识到,我国在科学研究尤其是基础科学研究和工程科学研究方面,与世界领先水平相比还有一定差距。长期以来,在如何认识科技与工程、基础研究与工程实践之间相互关系的问题上,国内意见纷纭、观点不一,于是,频繁出现了“两张皮”和相互抱怨等现象。

胡文瑞指出,工程科学是基础科学和工程实践的中介和桥梁,是引领原创性工程创新的直接理论基础。工程科学的发展、繁荣将成为破解“两张皮”难题的有力武器。研究工程科学的基本理论和发展战略,对于落实创新驱动发展战略、建设创新型国家具有重大的理论和现实意义。

 

李家春

国科大要建世界一流工学院

中国科学院院士李家春这样总结工程科学的特征:“以工程技术应用为目标;借助科学认识,进行物理建模,采用理论或数值方法,经过验证,获得问题解答,直接解决工程技术问题;加速自然科学与工程技术的结合;带领工业前进。”

身为中科院力学研究所研究员的李家春目前兼任国科大工程科学学院(以下简称工学院)院长。

“工程科学可以促进技术变革、产业革命、经济发展和文明进步。”李家春说,工程科学是应用力学的拓展,需要进行学科交叉研究,适用于众多科学和技术领域,符合现代科学技术发展趋向。

在李家春看来,未来工程的三大趋势是规模庞大、系统复杂和学科交叉。他认为工程科学的发展主要有三个方向:首先是面向国家重大需求;其次是引领学科交叉前沿;再次是培养复合型领军人才。

2017年以来,教育部积极推进新工科建设,2018年首批“新工科研究与实践项目”发布,旨在使高校立足当前国家、国际发展,更新工科生培养理念、培养模式,创新教育、教学的方法和手段,更新传统工科课程的知识体系,制定出新的学生培养目标,最终培育出高质量的工科人才。

国科大工学院成立于2015年7月,以中科院力学所为主创建。工学院的建立有着先天优势——优秀的人才队伍,国家、院级实验室与先进实验设备,近60年的科研成果与经验积累,承担国家重大任务。然而,面对当今世界科技发展态势,以及新时代国家对人才的迫切需求,特别是在新工科建设的背景下,工程科学如何适应新形势发展的要求还需要进一步深入思考。

“工程科学人才培养目标不是一般的工程师、专业性人才,而是工程科学家、工程技术领军人才和复合型人才。”李家春说,“经过培养,这些高质量的工程科学人才既要懂得工程设计和实施原理、工程问题的科学基础,也要精通工程分析的数学方法,此外还应有工程项目实践经验。”

李家春这样介绍国科大工学院:以“工程科学”思想为指导,瞄准新时期“上天、入地、下海”国家重大战略需求中的关键科学问题,将原创性研究与工程科学人才培养有机结合,建立“以需求建基地,以基地办教育,以教学育人才,以人才促发展”的科教融合新机制。

“我们综合国内外一流大学经验,在制定工学院的人才培养计划时提出了‘坚实基础、通识教育、鼓励创新和重视实践’四大重点。在培养模式上,坚持科教融合战略,充分利用综合实力,加强国际学术交流。”李家春说。

其中,所谓坚实基础,通识教育,就是夯实包括数学、物理等在内的与工程相关的基础知识,拓宽教育的知识领域,包括自然、工程和人文科学;而鼓励创新和重视实践,则是指工学院利用院所融合的特有优势,整合高水平师资、先进实验装备和国家重大项目条件,让学生跟随业务导师参与工程实践、开展课题研究。同时通过学术报告会、访学等形式,加强国际学术交流。

“我们将弘扬工程科学思想,实施科教融合方略,创新复合型人才培养模式,建设世界一流的工学院。”李家春信心满满地表示。

 


 

殷瑞钰

工程不是基础科学的简单应用和堆砌

“工程是人类有目的、有组织、有计划利用各种知识和相关要素构建人工实在的活动。”在此次论坛上,钢铁研究总院名誉院长、国科大跨学科工程研究中心学术委员会主任殷瑞钰院士提出了他对工程科学的认识。

他认为基础科学知识是探索、揭示、归纳自然物理世界客观存在的本质性的认知,追求其客观真理性。工程科学知识是研究人工物世界的建构性存在的集成、建构、运行的知识,追求集成、构建的真相和价值的合理体现。工程科学既重视工程过程的规律性揭示,又重视转化的情景性和价值的合理性、适应性。虽然可以承认现代工程是对基础科学某种形式的应用,但工程绝不仅仅是基础科学的简单应用和堆砌。“现代工程除了要懂得基础科学的基本原理和技术科学的理论和方法之外,还须善于处理诸如在多层次、多尺度、多因素命题条件下的多学科交叉的新知识的综合集成,这是工程科学问题。”

工程科学强调理论形态、实践模式和实践结果紧密贯通又相互反馈。强调真相与真理相互吸引,既重视实践中的事实真相,又重视工程思维、工程逻辑符合客观真理。工程科学——工程知识的源头是多元的、多样化的,工程科学是沿着工程的过程展开的,工程过程的合理性、合规律性、合目的性是其核心关注点。工程科学是“想”和“可行”并重,“理念(理论)”与“目标”贯通,“愿景想象力”和“现实生产力”紧密关联,“价值观”与“实践性”一致。

他总结到:工程活动涉及诸多相关的异质要素(技术要素、经济要素、社会、人文要素)、异质结构要素(装置、机器、工序等),要求按照系统特定功能的要求,组成一个高效的结构化的工程实体。而工程的开放、动态、复杂性,既面临着自然因素的动态、复杂性,也面临着社会因素、人文因素的复杂性。因此,“工程科学是属于研究、处理人工复杂事物及复杂系统的综合集成性科学,是引导和支撑工程技术的理论”。

殷瑞钰指出,工程科学要研究技术要素、技术群、过程群的集成与建构,揭示其技术集成、建构并融入工程系统的内在规律;可以归纳为具有对工程实体的集成、建构、运行以及价值体现,具有集成建构性、功能优化性、结构演进性、综合高效性的知识和方法体系;是集成、建构人工物的活动中,具有本质性、本构性、运动性、效果性的合规律性的知识。他还结合冶金学进行了许多具体深入的分析。

 


 

王 安

工程创新有规律可循

创新的产生究竟是偶发事件还是有规律可循?决定创新发展的关键因素有哪些?中国国际工程咨询有限公司董事长、党委书记、总经理,国科大跨学科工程研究中心主任王安院士分享了对工程创新关键因素的理解。

王安认为创新是一个发现问题、提出目标并解决问题的过程,有其内在规律。从个人创新来看,创新主体以使命和责任为驱动,以知识、经验、所见所闻和悟性为基础,在特定体制机制、市场需求、市场竞争等外部工作条件下去发现问题,视野越宽,发现的问题越多;通过集成创新解决问题,能组织的资源越多,创新效果越好。

与个体创新不同,团队创新的目标更重大,面对的系统更复杂(如高铁、深空探测),需要调动的各类资源更多(非个人能力所及)。因此,王安认为,团队的人员结构、组织能力、制度建设、文化氛围、资源利用,以及行业政策、市场需求、市场竞争等外部环境,都是决定创新活动的关键因素。所有要素在创新思维方式指引下汇聚融合,实现集成创新。

具体到工程创新,王安指出,其规律可以概括成“系统思考、整体推进、主客观最佳结合”这样一种工程哲学思想。只有系统思考,整体推进,才能实现创新水平的全方位提升;只有主客观最佳结合,才能找到最优创新途径和创新方案。

王安说,善于运用这一工程哲学思想,才能实现多目标的协调统一,取得创新的成果。“在对客观透彻认识的基础上,主观上能够掌握的资源越多,改造客观的能力越强,创新的效果必然越好。”

 


 

周 琪

基础科学和工程科学相辅相成

“基础科学和工程科学是相辅相成、互为依托的关系。”中国科学院院士、中国科学院副秘书长、中国科学院动物研究所所长周琪强调,不要把基础科学和工程科学对立起来、割裂开来。

周琪在报告中阐释,基础科学以自然现象和物质运动形式为研究对象,是探索自然界发展规律的科学,包括数学、物理学、化学、生物学、天文学、地球科学、逻辑学等七门基础学科及其分支学科、边缘学科。基础科学的研究成果是整个科学技术的理论基础。

而工程科学是现代科学、历史经验、文化、艺术和祖传生存技能的选粹结晶,是科学的重要组成部分,是将数学、物理学、化学等基础科学的原理通过各种途径应用于人类的日常生活、探索实践中,从根本上改变人们的生活方式及生活水平。

周琪以自己从事的研究领域为例展开了分析。近年来,生命科学的研究进程不断加速,人们对生命本质的理解不断加深,同时生物技术与人工智能、材料科学等前沿领域交叉融合,促使颠覆性的工程生物技术不断涌现。工程生物技术的发展,可能会给人们的生活、生理、认知、繁衍带来各种改变,甚至影响人类的生活方式和社会发展进程。

周琪理解的工程科学,更多的是“一种思维、一种理念、一种组织、一种构架”。他认为,科学界不应走极端,不应把科学、工程、技术划分得泾渭分明,在评价时厚此薄彼,这样于创新无益。“谁说论文不重要?论文是我们作为科学家总结凝练自己工作最客观的东西,只不过‘唯论文’论是不对的。谁说工程技术不重要?没有技术手段的突破,没有工程理念的跟进,我们的科学在哪里体现?怎么去做突破?”

“基础科学和工程科学对应着两种精神。基础科学对应的是科学精神,而工程科学对应的则是工匠精神。”周琪说,“弘扬科学精神,就是要弘扬科学家钻研、解决未知科学问题的精神;弘扬工匠精神,就是强化工程科学领域大家集成完成一个共同使命的精神。”

 


 

李伯聪

“卡脖子之痛”和“钱学森之问”的工程科学反思

国科大跨学科工程研究中心学术委员会副主任李伯聪教授从工程哲学的高度对工程科学的理论和政策意义进行了反思。

他表示,从“直接对象”和“直接意义”看,“卡脖子技术之痛”直接涉及的是“技术问题”,“钱学森之问”直接涉及的是“人才问题”。但其中的深层次问题,却是应该如何认识和应对我国“科学—技术—工程体系”的动态关系和升级演进规律问题。

“工程是直接的、现实的生产力。工程不是纯科学的单纯应用,不是纯科学的附庸、派生物或衍生品。必须树立工程自觉、自立、自强的基本观点和认识。”他说。

工程科学是钱学森在1947年首先提出的重要概念。钱学森明确指出它是基础科学和工程技术之间的桥梁,后又称之为技术科学。李伯聪立足于工程哲学理论阐述了工程科学的对象、内容和意义。他认为,在认识“科学—技术—工程”关系时,要从“以基础科学为基本动力的线性模式”转变为“更加重视工程科学探索和发展”的“工程科学/工程技术/工程实践的立体网络模式”; 要更明确地意识到工程科学的独特地位、意义与作用,工程科学是工程技术发展的直接理论基础,是联系工程技术和基础科学的桥梁。

刘鹤副总理去年谈到了巴斯德象限问题。李伯聪认为,从实质上看,所谓玻尔象限和巴斯德象限的区分就是“基础科学象限”和“工程科学象限”的区分,而玻尔和巴斯德分别是基础科学家和工程科学家的“代表”。在我国从工程大国向工程强国转变的历史过程中,在一定意义上,发展工程科学是关键之关键;在实施创新驱动战略时,必须把工程科学创新、工程技术创新、工程制度创新密切结合起来。

在李伯聪看来,解决“卡脖子”问题,关键环节和核心内容往往是解决有关的工程科学问题。我国工程科技体系正面临转型升级的历史使命和任务,必须把大力发展工程科学作为我国实现工程科技体系转型升级的一项国家战略,一方面必须“攀登工程科学高峰”,另一方面必须在“走向市场过程”中应对“达尔文之海”的“市场风浪”问题。

 


 

檀润华

工程创新方法的本土化

国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心主任、河北工业大学教授檀润华在此次论坛上分享了其团队多年来的研究成果。

檀润华指出,工程创新的目标是为用户创造独特价值,而实现该类价值的过程通常要解决工程冲突,即一类“卡脖子”问题。因此,工程冲突的确认和解决便成为工程创新成功最大的需求。出现“卡脖子”问题的根本原因就是存在工程冲突,只要发现并解决该类冲突,“卡脖子”问题也会随之迎刃而解。“卡脖子”问题属于结构不良问题或发明问题,发现和解决该类问题成为独特价值创造的关键。

苏联科学家根里奇·阿奇舒勒通过对250万件发明专利的分析研究,总结归纳出了一套独特的发明问题解决理论(TRIZ),该理论在苏联军事、工业、航空航天等领域广泛应用并发挥了巨大作用。檀润华团队将TRIZ加以改进和本土化,创立了面向中国企业需求的工程创新方法(C-TRIZ)。该方法的目标是为各行业工程师开发与企业工程传统方法相融合的新的创新过程,特别强调了“创新工程师”和“创新适应性专家”在科学与工程的良性互动中扮演的关键角色。

 


 

戴兰宏

工程科学人才应“通百艺而专一长”

新时代下优秀的工程科学人才应该有哪些素质?中科院力学所研究员,国科大工程科学学院(以下简称工学院)副院长戴兰宏教授在报告中指出,首先要有家国情怀,爱国、有责任心;然后是对于工程科学理念有好的传承;在数、理、化、工等学科方面有深厚基础;在实验、计算方面有过硬技能;具备宽广视野,适应学科交叉等要求;最后在人文、哲学和管理方面还要具有一定知识素养。

2017年,国科大工学院开始招收理论与应用力学专业本科生。戴兰宏回忆说,国科大当时分管本科教育工作的副校长席南华院士提出,“不想再建另一个与北大或清华雷同的专业”。在这个思路下,他们广泛调研加州理工学院等欧美一流大学的课程后,结合实际提出了新的课程体系。

国科大工学院学生有10门专业必修课:工程科学概论、连续介质力学(流、固)、热力学与统计物理、设计与制造、热工基础、工程科学中应用数学方法、系统工程与工程管理概论、现代计算力学导论、综合实验(力、热、电部分)和化学原理。

“这10门课(的设置)当时请教了教育部力学类专业教学指导委员会的一些专家意见,他们觉得怎么和北大清华力学专业都不一样,有很多疑问,后来一听解释,觉得挺好。”戴兰宏说,这10门课程强调数理化及工科基础、实验与计算技能、系统管理和工程科学思想的传承。

今年5月,北京市教委公布了北京高校高精尖学科建设名单,入选的高精尖学科共99个,国科大工程科学名列其中。

他表示,国科大工程科学学科将从以下两方面进行创新和发展。第一,从传统以应用力学为主导的工程科学向力、热、电、数理化、生物、材料、信息、先进制造等学科前沿延伸,并与空天、能源、深海、环境、交通等重大工程需求紧密结合;第二,将工程科学与工程哲学、工程管理深度交叉融合,构建工科专业新结构,创新工程教育方式与手段。

“通百艺而专一长。”戴兰宏引用英国博物学家、教育家赫胥黎的话,总结了国科大工程科学人才的培养目标,“既要有广阔的知识面,也要有过硬的本领”。

本版稿件由本报记者胡璇子、见习记者付嵘撰写,杨天鹏、王腾龙供图。

《中国科学报》 (2019-12-19 第4版 专题)
 
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