钱学森和他的系统科学思想与方法(2)

http://www.sina.com.cn  2008年12月11日 13:34  科技日报
一位美国专栏作家这样评论《工程控制论》：“工程师偏重于实践，解决具体问题，不善于上升到理论高度；数学家则擅长理论分析，却不善于从一般到个别去解决实际问题。钱学森则集中两个优势于一身，高超地将两只轮子装到一辆战车上，碾出了工程控制论研究的一条新途径……”
“工程控制论已不完全属于自然科学领域，而属于系统科学范畴。自然科学是从物质在时空中运动的角度来研究客观世界的。而工程控制论要研究的并不是物质运动本身，而是研究代表物质运动的事物之间的关系，即这些关系的系统性质。因此，系统和系统控制是工程控制论所要研究的基本问题。”原航天部710所副所长于景元认为。
1955年，在钱学森即将离开美国返回中国时，他将《工程控制论》送给自己的导师冯·卡门。冯·卡门对钱学森说：“我为你感到骄傲，你创立的工程控制论学说，对现代科学事业发展是巨大的贡献。你在学术上已经超过了我。”
这年冬季，钱学森返回祖国后，任刚刚建立的中国科学院力学所所长。他在中关村化学所礼堂，讲授了一门全新的课程———工程控制论。《工程控制论》(中文版)翻译者之一戴汝为院士回忆道，以前很少听过讲得这么好的课。
1957年，《工程控制论》获得中国科学院自然科学奖一等奖。同年9月，国际自动控制联合会(IFAC)成立大会推举钱学森为第一届IFAC理事会常务理事。他也成为该组织第一届理事会中唯一的中国人。
在《工程控制论》的第18章阐述了一个很重要的观点———“通过工程控制协调的方法，即使用不太可靠的元器件也可以组成一个可靠的系统。”
这个思想已远远超出了自动控制领域，进入到系统科学的范畴。
二、“两弹一星”的系统实践
唯一见过导弹的钱学森，领导着一支不识导弹为何物的队伍，白手起家，造出了中国自行设计的导弹，并在实践中促成了总体设计部和两条指挥线的形成50年代的中国，一场系统科学的工程实践———“两弹一星”正酝酿着……
钱学森回国不久，马上投入到中国导弹研制的工作中。
1956年2月17日，一份关于建立我国国防航空工业的意见书，放在了周恩来总理的写字台上。在这个报告中，钱学森对发展我国的导弹事业提出了长远的规划。
这个意见随即被中央采纳。不久，周恩来、聂荣臻筹备组建了火箭导弹研制机构———国防部第五研究院(注：简称“五院”，是后来第七机械工业部的前身，1982年七机部改称航天工业部)。钱学森于1956年10月出任院长。
创建中国的导弹航天事业是一项艰巨而复杂的工程。钱学森清楚，它的难度不仅仅在技术层面，而是在中国这样一个特殊环境下———薄弱的工业基础设施，没有专门的科学研究机构，专业技术人才匮乏，缺乏懂得现代国防尖端技术研究组织的管理人员等等，如何把成千上万人组织起来，并以较少的投入在较短的时间内，研制出高质量可靠的型号产品来，这就需要有一套科学的组织管理方法与技术。在当时这是一个十分突出的问题。
1957年，新中国100多名大学毕业生来到五院，参加了导弹专业教育训练班。
刚刚从原北京航空学院毕业的钱振业就是其中的一员。当时才20岁出头，大学是飞机专业，他和其他同学一样，对导弹研究一无所知。
不仅对年轻的学生，导弹研制对于全中国来说，还是一张白纸。整个五院唯一见过导弹的就只有钱学森。钱学森给学员们开设《导弹概论》一课，从零开始教授相关知识。
而国际政治背景也带来了利好。1957年10月15日，中苏两国签订“国防新技术协定”。按照协定，苏联向中国提供了几种导弹、飞机和其他军事装备的实物样品和相关技术资料，并派出专家来华指导。
“到1958年，仿制路线走到一半，钱老和大家就开始酝酿自行设计导弹并开始论证。”钱振业回忆说，到了1960年，经过对两个方案深入论证，计划在仿制基础上再提高，自行设计1200至1500公里的中近程导弹。
不久，中苏关系果然发生巨变，当中国导弹仿制工作到了关键时刻，苏联撤走专家。虽然1960年11月5日，中国第一颗近程导弹发射成功，但那只是苏式导弹的仿制型号。
1962年3月21日，由五院自行设计的第一个中近程导弹经过两年试制，生产出样品。
可是谁也没想到，这个被命名为“东风二号”的导弹却发射失败了。
“导弹飞离发射台后失稳，8秒失去控制，十几秒发动机着火，飞行了几十秒就坠毁爆炸了，在地上砸了20米深的大坑。”在场的钱振业对当时情景仍记忆犹新。
首飞失利，钱学森到基地调查事故原因。原因很快查到，一是没有充分考虑导弹弹体是弹性体，飞行中弹体会作弹性振动，与姿态控制系统发生耦合，导致导弹飞行失控；二是火箭发动机改进设计时提高了推力，但强度不够，导致飞行过程中局部破坏而起火。
“控制系统没问题，发动机系统都没问题，几个加在一快就出问题了。”时任五院导弹系统研究室主任的梁思礼院士说。
就是因为这次失败，钱学森提出了设计综合的概念。重视设计综合，就是从系统的角度来理解事物，从局部和整体的关系来把握问题。《工程控制论》和钱学森早期的系统学思想也在真正实践中得到了应用。
这也与他先前的研究积累有关。原来，二战初期，迫切需要把各项稀少的资源以有效的方式配置给各种不同的军事部门及在每一部门内的各项活动，所以美国及随后美国的军事管理当局都号召大批科学家运用科学手段来处理战略与战术问题，实际上这便是要求他们对种种(军事)活动进行研究，这些科学家小组正是最早的运筹小组。运筹学主要研究军事和经济活动中能用数量来表达的有关规划、管理方面的问题。
“这种基于军队后勤物资供应的学问，与控制论是相近的。”1954年，在郑哲敏离开美国即将回国之际，钱学森嘱咐郑哲敏：“回去，一定要给钱伟长(注：时任中国科学院数学所力学研究室主任，后与钱学森一起筹办力学所)介绍运筹学。”
在回国的船上他和许国志(注：许国志为我国著名运筹学家和系统科学家)相谈甚合，并一同把运筹学的“种子”从它的发源地美国带回祖国。运筹学为钱学森系统科学思想也作了很好的铺垫。
“以前设计人员是照猫画虎，没有消化吃透学习的技术知识，更没有掌握总体设计规律性的东西；而武器是非常复杂的系统工程，必须加强有机结合。”钱振业说，1962年5月，钱老在总结失败教训之后，提出了加强建设总体设计部，充分做好地面试验，把各个分系统关系协调好的观点。
“当时，控制系统和发动机系统两个部门都存在技术难点，因此要总体布局，技术协调，分散难点”，钱振业这样理解钱学森的思想，“要充分理解各个分系统的困难，这种理解不是加法，而是综合，通过设计严格控制产品状态”。
从一个纯科学家到工程应用的科技将帅，从单纯研究科研学术问题到生产出工业产品，钱学森和他的事业面临了新的挑战。
“他开创了一套既有中国特色又有普遍科学意义的系统工程管理方法与技术。当时，在研制体制上是研究、规划、设计、试制、生产和试验一体化；在组织管理上是总体设计部和两条指挥线的系统工程管理方式。”于景元介绍。
成立总体设计部，就是组织专门部门对各个分系统的技术难题进行技术协调，统筹规划，总体设计。钱振业概括钱学森的技术指挥路线为：不求单项技术的先进性，只求总体设计的合理性。
两条指挥线，就是技术、行政两条指挥线，技术专注研制，行政负责调度。“由于五院由老干部、工人、科技专家和刚毕业大学生等组成。干部不懂技术，科研人员不懂管理，大家焦头烂额。通过这种组织管理的顶层设计，航天工程的系统实践就井然有序了。”钱振业说。