現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)帶動(dòng)工程技術(shù)進(jìn)步并引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

■文/孫海鷹

作者：陜西省科技廳原廳長(zhǎng)

現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)對(duì)科學(xué)技術(shù)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展都具有巨大的帶動(dòng)和推動(dòng)作用。新時(shí)代要求以現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)帶動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)發(fā)展，通過提升工程技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速跨越發(fā)展。

一、現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)帶動(dòng)工程技術(shù)進(jìn)步并引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

（一）技術(shù)科學(xué)的本質(zhì)是“使工程技術(shù)活動(dòng)克服經(jīng)驗(yàn)的局限，建立有科學(xué)基礎(chǔ)的工程理論”

技術(shù)科學(xué)最重要的本質(zhì)是將基礎(chǔ)科學(xué)中的真理轉(zhuǎn)化為人類福利的實(shí)際方法的技能（錢學(xué)森，1948）。技術(shù)科學(xué)的目標(biāo)首先是為工程技術(shù)(廣義上泛指一切應(yīng)用和技術(shù)領(lǐng)域)提供有科學(xué)基礎(chǔ)的工程理論，進(jìn)而帶動(dòng)和領(lǐng)導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而自然科學(xué)的核心是為了理解和認(rèn)識(shí)客觀世界的規(guī)律（鄭哲敏，2001）。

實(shí)際上技術(shù)科學(xué)的概念從古希臘到美國(guó)都出現(xiàn)過。亞里士多德認(rèn)為，知識(shí)有三個(gè)類型、三個(gè)等級(jí)：第一類叫經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，它的特點(diǎn)就是知其然而不知其所以然；第二類是技藝知識(shí)，高級(jí)一點(diǎn)，知其然又知其所以然，但技藝還不是科學(xué)；第三類知識(shí)是等級(jí)最高的知識(shí)，其與技藝的區(qū)別在于，它是為自身的目的而存在的，因而是純粹的知識(shí)，無(wú)用的知識(shí)，追求為學(xué)術(shù)而學(xué)術(shù)，為科學(xué)而科學(xué)，是典型的希臘科學(xué)精神（吳國(guó)盛，2020）。亞里士多德所說(shuō)的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、技藝知識(shí)、純科學(xué)，與現(xiàn)代的工程技術(shù)、技術(shù)科學(xué)和自然科學(xué)類似。

馮·卡門的科研和教學(xué)實(shí)踐充分體現(xiàn)工程科學(xué)（按照我國(guó)習(xí)慣，錢學(xué)森翻譯為技術(shù)科學(xué)）的思想。錢學(xué)森在馮·卡門這一思想的影響下，自己總結(jié)二戰(zhàn)中雷達(dá)、原子彈等提高綜合國(guó)力的經(jīng)驗(yàn)，從中看到了技術(shù)科學(xué)是一個(gè)國(guó)家從貧窮走向富強(qiáng)的關(guān)鍵。這一學(xué)科的主要之點(diǎn)是，摒棄過去科學(xué)和技術(shù)分離發(fā)展的弊端，在科學(xué)和技術(shù)之間架起一座橋梁，把科研成果和工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合在一起，使之變成機(jī)器，如火車、汽車、飛機(jī)等現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力和戰(zhàn)斗力，這就是技術(shù)科學(xué)。技術(shù)科學(xué)思想通過馮·卡門帶到了美國(guó)加州理工學(xué)院，錢學(xué)森進(jìn)一步發(fā)展了這一思想（張勁夫，2001）。

錢學(xué)森的技術(shù)科學(xué)理論不僅從根本上改變了布什的科研線性模型理論，而且在實(shí)踐中引導(dǎo)技術(shù)走出經(jīng)驗(yàn)局限，在科學(xué)理論指導(dǎo)下盡快掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，在政策舉措上“抓中間帶兩頭”，以技術(shù)科學(xué)帶動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)，建立現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)快速跨越發(fā)展。

（二）現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)革命和跨越發(fā)展

現(xiàn)代工程科學(xué)是既有科學(xué)又有技術(shù)，既有科學(xué)技術(shù)化又有技術(shù)科學(xué)化，是多學(xué)科融合的科學(xué)、技術(shù)、工程的一體化。在工程技術(shù)中有不斷的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明。

國(guó)內(nèi)外許多案例證明現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)在產(chǎn)業(yè)革命中具有極其重要作用。20世紀(jì)70年代至今，特別是90年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的結(jié)合，手機(jī)的普及應(yīng)用帶來(lái)了第三次工業(yè)革命（信息產(chǎn)業(yè)革命）。每一次工業(yè)革命都帶來(lái)新技術(shù)轉(zhuǎn)移并應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明都在應(yīng)用工程技術(shù)中不斷涌現(xiàn)。

德國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展比英國(guó)晚了一個(gè)多世紀(jì)，但德國(guó)人抓住了技術(shù)突破的時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。如1856年英國(guó)人鉑金發(fā)明了從焦油中提取苯胺染料，但這個(gè)技術(shù)并沒有引起英國(guó)人的重視，德國(guó)以霍夫曼為首的科學(xué)家在此技術(shù)基礎(chǔ)上繼續(xù)以苯胺染料為突破口，深入科學(xué)研究，發(fā)展染料工業(yè)，進(jìn)而發(fā)展醫(yī)藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、合成橡膠工業(yè)，以苯胺染料工業(yè)帶動(dòng)了整個(gè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，引起整個(gè)社會(huì)的變革。

1949年，美國(guó)發(fā)明了半導(dǎo)體，但是價(jià)格昂貴，一直不能產(chǎn)業(yè)化。日本索尼公司50年代起引進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)，建立半導(dǎo)體研究所，研究目標(biāo)是降低半導(dǎo)體的價(jià)格，經(jīng)過幾年努力解決了半導(dǎo)體的價(jià)格及其背后的科學(xué)問題，進(jìn)而形成電子表、電子照相機(jī)、錄音機(jī)、機(jī)器人等一大批新興產(chǎn)業(yè)。

在醫(yī)療實(shí)踐中，從發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞快速分裂增長(zhǎng)到發(fā)現(xiàn)基因突變，再到發(fā)現(xiàn)免疫逃逸，這些科學(xué)新發(fā)現(xiàn)讓人們有了新的認(rèn)知，從而在治療技術(shù)上分別從化療放療發(fā)展到靶向治療、免疫治療CAS-T。比如單克隆抗體從20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)，到用于許可治療的藥物Rituxan，經(jīng)過了20多年?！靶驴茖W(xué)”發(fā)展的過程就是不斷出現(xiàn)大難題并得以解決的過程。比如，阻礙單克隆抗體發(fā)展的是腫瘤的生物學(xué)特性，即使發(fā)現(xiàn)了腫瘤特異的蛋白質(zhì)靶子，但怎樣才能產(chǎn)生足夠的抗體到達(dá)腫瘤部位？如何克服腫瘤對(duì)抗體的排斥？怎樣避免患者的免疫細(xì)胞在抗體發(fā)揮作用前被吞噬掉（Roth，C.R.,2OO1）？單克隆抗體的發(fā)展經(jīng)歷了科學(xué)、技術(shù)、臨床應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的多次交替。技術(shù)科學(xué)是階梯式的、跳躍式的，經(jīng)驗(yàn)技術(shù)是漸進(jìn)的、長(zhǎng)期不斷積累的，只有科學(xué)與技術(shù)融合才能不斷取得成功。

伴隨著每一次的科學(xué)革命和工業(yè)革命，大批現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)發(fā)明不斷涌現(xiàn)，并帶動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)的巨大發(fā)展。近70年來(lái)，全球取得的重大進(jìn)展都是現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)的突破和進(jìn)步。

硅谷高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)開始了現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)發(fā)展新模式，其電腦、操作系統(tǒng)、芯片、軟件、互聯(lián)網(wǎng)在市場(chǎng)對(duì)資源的良好配置中成為完整的大系統(tǒng)，成為技術(shù)革命和工業(yè)革命的引領(lǐng)者。人工智能的應(yīng)用發(fā)展，是科學(xué)在不斷引領(lǐng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)同步發(fā)展的典范。

截至2020年，日本有27人獲23項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中有6項(xiàng)屬于基礎(chǔ)科學(xué)（基本粒子等），17項(xiàng)屬于技術(shù)科學(xué)。如化學(xué)反應(yīng)過程的理論研究、導(dǎo)電性高分子、手性觸媒之不對(duì)稱合成研究、多樣性抗體的生成和遺傳原理、治療蛔蟲寄生蟲感染的新療法、細(xì)胞自噬的機(jī)制、藍(lán)色發(fā)光二極管、開發(fā)鋰離子電池等。日本的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步是從戰(zhàn)后恢復(fù)期后的引進(jìn)、消化吸收技術(shù)開始的。特別是科研人員的嚴(yán)謹(jǐn)、深入，注重隱性知識(shí)與顯性知識(shí)的反復(fù)轉(zhuǎn)換，即從技術(shù)向科學(xué)深入中實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的轉(zhuǎn)型。

二、現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)是技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)

現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)源于應(yīng)用、源于工程技術(shù)，又高于應(yīng)用、高于工程技術(shù)?，F(xiàn)代工程技術(shù)科學(xué)是科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的結(jié)合部，是提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的主要切入點(diǎn)，是技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。中國(guó)的科學(xué)技術(shù)是全球科學(xué)技術(shù)的一部分，既遵循普遍的規(guī)律，又有中國(guó)的特點(diǎn)。

（一）現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)通過技術(shù)向科學(xué)的深入提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平

華為在全世界有26個(gè)研發(fā)中心，擁有在職的數(shù)學(xué)家700多人，物理學(xué)家800多人，化學(xué)家120多人。這些科學(xué)家有基礎(chǔ)和能力加快研究計(jì)算視覺、自然語(yǔ)言處理、決策推理、芯片使能、訓(xùn)練和推理、框架及應(yīng)用使能（Enable）等現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)。2020年3月29日“華為開發(fā)者大會(huì)”，華為將計(jì)算視覺領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果公開給業(yè)界，并發(fā)布計(jì)算視覺研究計(jì)劃，有三大方向和六大子計(jì)劃，均是現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)研究。

（二）現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)的突破促使工程技術(shù)取得重大發(fā)展

中國(guó)高鐵已成為我國(guó)科學(xué)技術(shù)和創(chuàng)新發(fā)展的典范。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士、車輛動(dòng)力學(xué)專家沈志云教授（2020）在分析中國(guó)高鐵的技術(shù)突破時(shí)指出，在科學(xué)指引下的技術(shù)發(fā)明才能成就技術(shù)上的重大突破。技術(shù)突破，成功研發(fā)350km/h運(yùn)營(yíng)速度的復(fù)興號(hào)動(dòng)車組；理論突破，高速列車耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建立和應(yīng)用；試驗(yàn)突破，建成并運(yùn)用高速列車再現(xiàn)實(shí)景的試驗(yàn)設(shè)備。中國(guó)高鐵技術(shù)就是這樣的重大技術(shù)突破！取得高鐵技術(shù)重大突破的主要原因就是通過建立國(guó)家創(chuàng)新體系實(shí)現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)的最佳結(jié)合！科學(xué)發(fā)現(xiàn)是建立在系統(tǒng)研究和專業(yè)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上。

貫穿于產(chǎn)品研發(fā)全過程的是工程科學(xué)Engineering Science（即技術(shù)科學(xué)）。高速列車耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立全局仿真計(jì)算模型（高速列車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，線路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，機(jī)電耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，流固耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型），仿真平臺(tái)+耦合器協(xié)調(diào)，耦合仿真計(jì)算（子系統(tǒng)仿真計(jì)算，耦合模塊計(jì)算，列車耦合大系統(tǒng)仿真計(jì)算），并全局優(yōu)化，設(shè)計(jì)過程中重要?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)都經(jīng)過上述過程反復(fù)核算，達(dá)到最優(yōu)。

（三）現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)通過深入研究，在科學(xué)前沿和關(guān)鍵技術(shù)上取得雙突破

西北工業(yè)大學(xué)劉東、張秋禹、張衛(wèi)紅、詹梅、李賀軍教授研究團(tuán)隊(duì)（2021）致力于發(fā)現(xiàn)和解決航空、航天產(chǎn)業(yè)中在機(jī)匣服役變形控制、吸附分離材料與分離技術(shù)、結(jié)構(gòu)減重、復(fù)雜構(gòu)件不均勻變形機(jī)理與精確塑性成形規(guī)律、碳/碳及構(gòu)件制備應(yīng)用的共性關(guān)鍵難題等方面的“科學(xué)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)”而取得技術(shù)突破，形成新理論、新方法，在科學(xué)前沿領(lǐng)域取得具有重大價(jià)值的成果，又為我國(guó)關(guān)鍵裝備高端制造解決了關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵材料和部件。

山東大學(xué)朱維群教授（2021）從現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)機(jī)理出發(fā)，解決原理科學(xué)，開發(fā)“用碳（化石能源碳?xì)浠衔铮┎慌盘迹ǘ趸迹?，?shí)現(xiàn)化石燃料能量和物質(zhì)成分的同時(shí)高效利用，從而將化石燃料在能源利用過程中所產(chǎn)生的CO2直接轉(zhuǎn)化為為CO2固定量最高、過程能耗最少的穩(wěn)定固體產(chǎn)品。

（四）現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合，共建共性技術(shù)平臺(tái)，提高研發(fā)和創(chuàng)新能力

共性技術(shù)平臺(tái)是在國(guó)家、行業(yè)、產(chǎn)業(yè)開發(fā)中普遍適用，以具有基礎(chǔ)性、原理性的技術(shù)科學(xué)研究為主導(dǎo)，由產(chǎn)學(xué)研和各類主體協(xié)同共建、服務(wù)產(chǎn)業(yè)企業(yè)的管理、服務(wù)機(jī)構(gòu)或研發(fā)組織。產(chǎn)學(xué)研深度融合是解決科技與經(jīng)濟(jì)的“兩張皮”的有效途徑。強(qiáng)化現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)，必將增強(qiáng)具有經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的企業(yè)和具有科學(xué)基礎(chǔ)的高校院所合作的動(dòng)力。產(chǎn)學(xué)研圍繞產(chǎn)品工程技術(shù)科學(xué)深度融合建設(shè)共性技術(shù)平臺(tái)，對(duì)大中小型企業(yè)解決普遍適用的核心關(guān)鍵技術(shù)都有極大作用。如由產(chǎn)學(xué)研結(jié)合成立的陜西MTO工程中心（2009）在取得煤氣化制取甲醇和甲醇制取低碳烯烴共性技術(shù)的突破后，才帶來(lái)一系列的新產(chǎn)品。中國(guó)的煤制烯烴、煤制乙二醇、加氫煤制油、煤制乙醇、中低溫煤熱解蘭炭、焦油煤氣分質(zhì)高效清潔綜合利用、煤制二甲醚、電石制PVC技術(shù)和產(chǎn)量均居世界前列。

（五）通過核心原理、核心算法、關(guān)鍵材料，提升裝備系統(tǒng)水平

企業(yè)需要解決的核心關(guān)鍵技術(shù)，難點(diǎn)往往是核心原理、核心算法、關(guān)鍵材料、關(guān)鍵零部件問題，這些都是現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)問題。

工業(yè)機(jī)器人伺服系統(tǒng)及控制器是工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)成本占比最大的單元，達(dá)30%～40%，其市場(chǎng)被國(guó)外壟斷。中科院海西研究院泉州裝備制造研究所報(bào)告（2019），汪鳳翔博士團(tuán)隊(duì)顛覆了傳統(tǒng)磁場(chǎng)定位控制算法的思維，設(shè)計(jì)了全新的平行式交流電機(jī)預(yù)測(cè)控制策略及三相電流均衡式控制方法，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)執(zhí)行程序并大大提升了系統(tǒng)的效率和動(dòng)態(tài)處理能力。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合市場(chǎng)出現(xiàn)的大功率碳化硅功率器件，自主研制基于碳化硅的永磁同步電機(jī)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際先進(jìn)的系統(tǒng)綜合性能，其中效率及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。

（六）通過解決零部件、器件極端環(huán)境下失效機(jī)理的科學(xué)問題，促進(jìn)產(chǎn)品走向高端

企業(yè)的部件、器件、零件產(chǎn)品要走向高端，就必須進(jìn)行極端環(huán)境下的精確性、可靠性、穩(wěn)定性試驗(yàn)，在試驗(yàn)中找到失效機(jī)理，解決性能改變中的科學(xué)問題。

西安炬光公司半導(dǎo)體激光器和光學(xué)器件技術(shù)水平居世界前列，為若干大公司提供高端器件。劉興勝博士通過實(shí)踐認(rèn)識(shí)到器件技術(shù)中有科學(xué)思考。原來(lái)多次不成功的原因是只知道工程技術(shù)，不知道背后的原理是什么。所謂“知其然不知其所以然”。他們?cè)O(shè)計(jì)了提升產(chǎn)品質(zhì)量的“三部曲”，即“挑戰(zhàn)—效應(yīng)—科學(xué)問題”。先對(duì)器件進(jìn)行高溫、低溫、高低溫循環(huán)、高溫高濕、高電流密度、沖擊振動(dòng)試驗(yàn)；第二步發(fā)現(xiàn)器件的性能有改變，如功率減低、壽命縮短、性能穩(wěn)定性減低、光束質(zhì)量降低、光譜展寬；第三步他們集中力量找出原因，如金屬界面浸潤(rùn)性、空洞形成和擴(kuò)展、電子遷移和電熱遷移、焊接的不匹配性、金屬擴(kuò)散性，用五年時(shí)間逐一解決。他們說(shuō)“理解失效機(jī)理，解決技術(shù)科學(xué)問題，才能設(shè)計(jì)和制備適合于極端環(huán)境下工作的器件?！?/p>

（七）通過現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)解決引進(jìn)技術(shù)背后的原理機(jī)理問題，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)

所有引進(jìn)的產(chǎn)品、技術(shù)和設(shè)備、裝備，即便是給你全套圖紙和樣機(jī)，都不可能買回作為商業(yè)秘密背后的原理機(jī)理。所以對(duì)于引進(jìn)的產(chǎn)品、技術(shù)和設(shè)備、裝備，我們要以更大的投入來(lái)下決心搞清背后的原理機(jī)理問題，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超越和跨越發(fā)展。

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是電力電子裝置的“CPU”。原南車株洲所收購(gòu)英國(guó)丹尼克斯半導(dǎo)體公司75%的股權(quán)（6英寸IGBT），再投資15億元建設(shè)國(guó)內(nèi)第一條8英寸的IGBT芯片生產(chǎn)基地，成功開發(fā)世界最高電壓等級(jí)的6500伏IGBT芯片。解決了芯片短路電流能力與關(guān)斷能力難協(xié)調(diào)的國(guó)際性技術(shù)難題，在IBGT芯片設(shè)計(jì)、封裝測(cè)試、可靠性試驗(yàn)、系統(tǒng)應(yīng)用上攻克了30多項(xiàng)難題，掌握該器件成套技術(shù)，總體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平（湖南日?qǐng)?bào)，2014）。

（八）通過技術(shù)科學(xué)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)和老產(chǎn)品質(zhì)量提升必須搞技術(shù)科學(xué)研究。山東如意科技集團(tuán)運(yùn)用高科技開發(fā)新產(chǎn)品、提高產(chǎn)品質(zhì)量，以技術(shù)科學(xué)引領(lǐng)找到新的加工技術(shù)、前處理和后處理技術(shù)以及新的材料等，從而成為全球紡織行業(yè)知名企業(yè)。