为什么说科学院解决不了“卡脖子”的技术问题?

最近,科学院的领导表态,要把美国卡脖子的技术清单变成科学院的任务清单。这种态度虽然比较好,但恐怕不易落实。原因很简单:科学院擅长科学研究,但卡脖子的清单本质是技术、工程、产业问题,并不是一回事。


1/ 脖子“卡”在哪?


殷瑞钰院士是中国工程院首批院士,曾经担任工程管理学部主任委员。从十多年前开始,殷院士就反复强调:科学、技术、工程和产业的不同。殷院士是从技术一线做起来的,从工段长、厂长、做到公司的总工、冶金部的总工。他说:在不同岗位上,思维方式是不一样的。比如,做工段长时,考虑的是如何解决问题,而总工考虑的是从哪个环节入手解决问题。


科学研究,往往是解决“点上”的问题。也就是说,研究工作深入,但视野不广泛。而优秀的工程师、特别是总工,则要着眼于系统解决问题。系统复杂以后,技术难度会骤然上升。据说GPU的生产有1000道工序。假如每道工序的合格率是99.5%,整体的合格率也只有1%。很多问题,单靠点上的能力强是不行的。


科学研究和工程应用是不同的概念。科学研究主要针对技术出现的初期,而国外能够卡我们脖子的,都是发展了几十年的成熟技术。我国做不了这些技术,不是不懂得原理,而是在“持续改进”阶段掉队了。改进阶段是一点点的进步积累起来的,每一点进步可能都没有多少理论水平,但能对系统进行改善。


工程和技术对实践的依赖性很高。如果科技工作者远离企业的现场,就会被越甩越远。柯俊院士是我国钢铁企业的先驱。柯院士曾经说了一个笑话:如果冶金学教授造不了转炉、轧钢教授不会设计轧机就把他们杀了,中国差不多就没有几个冶金和轧钢教授了。我想,假如史蒂芬孙(又译乔治·斯蒂芬森,英国工程师,第一次工业革命期间发明火车机车,被誉为铁路机车之父。制造界注)活到今天,恐怕也不会造火车了。


对一个技术来说,科学家主要作用发挥在技术的前期而后期主要是技术和管理人员推动技术的进步。如果把前者比作接生婆、幼儿园阿姨,后者可以是小学、中学或大学的老师。让接生婆和幼儿园阿姨辅导中学生、大学生,一般是不合适的。


2/ 当工程师遇到科学家


科学和技术有着密切的关系。但是,真正认识清楚的人却不多。这些模糊认识,严重影响我国高科技的发展。


首先,从科学家和工程师的角度看问题,答案往往是不一样的:科学家常常发现自己的研究有用,工程师经常觉得前沿的研究没有用。为什么会有这样的差别呢?


某个科学家有了科学发现以后,就会发表出来。很多人会看到这个成果。假如科学家的论文发表在档次比较高的期刊上,成果就会传播较广。这时,会有人试图“用用试试”。其中,世界上总有几个人可能会发现应用效果不错,可能会发论文出来呼应。过了几年,科学家发现好几个人用到了自己的成果。这时,他一定非常开心:我的研究是有用的


但从工程师的角度看,情况就不一样了。面临的问题是具体问题。他的目的是尽快解决自己眼前的问题。为了这个目的,一般会选择自己熟悉的、成熟的办法。科学家的研究成果不一定成熟、多数人也不一定知道,工程师就不一定喜欢用。在工程师的一生中,用的可能都是大学里学的、许多年前就成熟的东西。这时,他就会觉得:科学研究的用处不大(当然,不同专业领域的感受是不一样的)。


解决技术问题时,应该多从工程师的角度考虑问题、多听听工程师是怎么说的。科学家的话语权过强的时候,会误导工程师的工作。如果领导分不清科学家和工程师,科技政策就会被误导,影响我国的技术发展。


3/ “当前的科学研究”和“当前的技术创新”关联度不高


进一步分析:工程师感觉科学研究的作用不大,本质上是“当前的科学研究”和“当前的技术创新”关联度不高,往往不是在同一个时间点上出现


工程师承认科学原理有用,但用到的科学原理往往不新鲜、往往不是当代科学家研究出来的。换句话说,在工程师看来,在同一个项目进程中,“通过某项科学研究,才解决了技术创新问题”的情况其实非常罕见。即所谓“一枪难打两只兔子”。人们经常发现:先进的技术往往不实用,实用的技术往往不先进


以上是工程师体会到的现实。但如果从论文、获奖项目的角度调查,是发现不了这个现实的。因为论文和获奖项目往往都存在“幸存者偏差”。为了发论文、申报奖项,即便是没有用到先进理论,也要包装出来。否则就没有办法发表或获奖。


所以,现实中“包装”出来的获奖项目,理论和应用往往是两张皮。这个项目中有理论研究,也有应用成果。但先进的理论对应用成果的作用其实不大。把两者绑在一起,只是为了满足评委的胃口、满足评奖的要求才扯到一起来的。


4/ 科学与技术的关系


下面,我从一个工程师的角度,进一步分析科学与技术的关系。前面提到科学研究和技术创新的分离,实质就是“科学研究”与相关的“技术创新”不同步。


有些技术出现在理论出现若干年之后。比如,牛顿提出人造地球卫星的原理,过了几百年才真正实现。还有些技术则是出现在理论出现之前。比如,瓦特发明了蒸汽机,才有人研究热力学;橡胶发明50年以后,才有了高分子科学。这就是“科学研究”与相关的“技术创新”不同步。这种“不同步”,导致工程师觉得科学研究的价值低。


人们把“科学”和“技术”并称为“科技”,体现了科学对技术的推动作用。如果以10年、100年的时间尺度衡量的话,这个答案显然是对的,科学研究明显地推动了技术的发展。但是,如果以年为时间尺度的话,新技术往往不是当前的科学发现推动的。所以,一线的技术人员倾向于强调科学和技术的不同。这样的道理,外行不一定需要知道,专门从事科技工作的人则需要明白。否则,考核机制和工作重点都会出现问题。


另外一个问题经常被问到:工程师是如何利用科学原理的


按照TRIZ的思想,科学发明本质是利用物质的属性。科学研究让我们认识了这些物质属性。但是,用好这些物理属性并不容易,需要有很好的组合。如果理论足够好,就能够把组合的效果计算出来。这是最理想的情况,也是未来发展的趋势。


但是,工程技术问题受到各种条件的限制,理想不容易实现。其中的一个原因是:科学原理是描述因果关系的,有因则必有果。而工程师从事的是“求逆”的过程:要达到特定的效果,应该怎么做?为了达到某一个目的,工程设计的结果不是惟一的,甚至可能没有“最优”。所以,设计工作往往是需要有经验的人来完成。这里需要的就是工程师的经验。当然,科学原理可以用来验证人类的设计是不是符合要求。


在实际应用过程中,科学原理的应用也会受到限制。比如,传热过程就需要知道物性参数、边界条件。但这些可能没有办法准确得到。这个时候,就需要试验来解决问题,找到最优点。


高技术往往体现在细节上。人类的设计总是在一定假设下开展的,否则复杂度太高就没有办法操作。但现实中总是会出现各种干扰,偏离理想状态。高科技的难点,最终往往就体现在在极端条件下抑制干扰、实现极端的精确和稳定。为此,需要解决很多问题。


工程师解决问题的时候,就像程序员找BUG一样:每一个地方似乎都是对的,但结果却不对。这个时候,必须回头检验自己的假设,到底哪里出了问题。这里凭借的往往也是经验:否则,每一个细节都考虑的话,几辈子都想不完,问题解决会遥遥无期。


遇到这样的问题,科学研究可能也会有一定的作用:工程师猜出一个结果来的时候,要科学家去验证一下。但前提是“先有工程师的猜测,再有针对性的科学研究”。


5/ 工程技术经验,必须在实践中培养


宝钢有位德高望重的前辈,建国之初曾在清华读书。他给我讲过一个故事:毕业的时候,成绩好的同学留在了科学院,成绩中等的留在了大钢厂,成绩差的只能去小厂。但若干年后发现:科学院的同学水平最差、小厂的同学水平最高。他认为,导致这种现象的原因是:科学院的同学每天只能去看显微镜下的组织结构,视野太小,大厂的同学有机会管理一个车间,而小厂的同学则要管理一个厂子。实践的机会不同,就导致了后来的变化


陈经先生昨天写了一篇文章,支持科学院领导的观点,并且用两弹一星作为例证。对此,我也不敢苟同。美国、苏联、中国搞这些东西的时候,都有大科学家参加。这很正常,因为当时这就是科学研究的前沿。而且,两弹一星对科学理论的要求很高:因为实验成本和风险太高,必须要尽可能地算出来,而懂得这些计算的人特别少。我国当年的科技人才又特别匮乏,初中毕业就算知识分子了,建国之初甚至都找不出几个懂PID控制器的。于是,这些人成为社会仰望的“大科学家”。这些“科学家”其实主要是做工程师的事,是应用科学知识而不是科学研究。但普通人是分不清楚科学家和工程师的。


与当时相比,科技工作进入成熟期以后,侧重点发生了很大的变化。实践和实验的比例逐渐增加。于是,主要是技术和管理人员主导科技的进步。


技术的后期做什么呢?主要是质量、效率、成本等方面的工作。两弹一星可以不计成本,解决卡脖子的问题、进行商业化,则必须关注成本。而质量、效率和成本是互相矛盾的。技术就是在解决这种矛盾的过程中发展起来的。所以,技术越是发达,这种矛盾越是复杂。


我认为科学院不一定适合搞“卡脖子”的技术问题,就是因为科学家和工程师其实属于不同的专业。在高科技领域,必须强调这种差异。


打个比方,在水平比较低的单位主办的运动会上,一个人可能既是长跑冠军又是短跑冠军。但在奥运会这样高级的赛事上,长跑和短跑是两种不同的运动。必须有针对性的训练,才能培养出世界冠军。同样,在顶级的技术竞争中,也必须知道这种差别。工程师和科学家的专业是不一样的,必须让专业的人做专业的事。


有人提出:科学院的科学家为什么不能改行做工程师?这个当然是可以的。就像可以让刘翔跑100米短跑,肯定比绝大多数人跑得快。但这个做法好吗?另外,有人提出:科学院是有一些搞工程的人,他们为什么不能去解决“卡脖子”的问题?这里其实涉及到另外一个问题:什么样的组织适合做这样的事情?


对于这些“卡脖子”的技术问题,我国其实已经“重视”了很多年了为什么过去没有解决,甚至离解决越来越远?这个问题必须想透了再去做,否则还会是老样子:开始的时候决心很大,最后拍拍屁股走人。解决这些长期没有解决好的问题,就像下一盘困难的残局,必须想得深、想得细。如果想得不够深、不够细,结果一定是失败的。


对于卡脖子的技术,中国不是不懂原理,因为我们几乎都能造出来。我们最大的差距往往是质量不行或成本太高。这些问题,几乎都是靠长期积累,尤其是一线操作、技术和管理人员的积累才能做好的。要有一流的设备、一流的原料、一流的操作人员,更要有一流的管理。而管好这些东西,不是科学家擅长的。


华为、BAT都是我国典型的高科技企业。但我们注意到,这些高科技企业成名之前并没有院士。他们的成功不靠一流的科学家,而是有一流的领导人。他们是懂得管理和产业的人。这些人甚至不懂技术。


专业的事情,还是要靠专业人士来做。产业发展问题,还是要多听听产业人士的话才行。科学家可以去服务于他们,但不必做项目负责人和主导者。