《李言荣院士:当前我国科技创新的关键是解决从1到0的问题》

  • 来源专题:数智化图书情报
  • 编译者: 于彰淇
  • 发布时间:2024-01-28
  • 科研活动大致分为3种类型:从0到1的原创性基础研究、从1到100的应用接力放大研究、从1到0的反向应用基础研究。


    第一种是极少数人从兴趣出发的自由探索,弥足珍贵;第二种是在他人发现、发明的基础上,科研人员根据自身实际,并结合各种应用场景需求进行的扩展应用研究,这是大多数人从事科研的主要驱动力;第三种是目标导向很明确、重大需求很急迫,研究人员通过攻关,突破核心指标、实现装备应用后,再回过头来的“细嚼慢咽”,就像牛羊等反刍动物的多胃消化过程一样。


    第三种是非常有意义却又容易被忽视和轻视的科研活动,是当前我国科技发展从几十年来的简单追逐模仿向并跑甚至领跑转变的关键一环,也是我国经济高质量发展和建设科技强国的重要一步。


    近年来,党和国家对加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强提出了明确要求。我认为,当前大学、科研机构应组织更多力量,集中攻关从系统、整机中梳理出来的从1到0的问题。


    一般来说,一个产品、一项技术往往要经过3次迭代才可能实现领先。首先是跟跑,虽然会跑得满头大汗,但这是不可缺少的学习过程;其次是等跟跑得差不多、关键参数都追上后,就要有组织地找出从1到0的问题,而不是一味靠应用场景驱动,要知其然且知其所以然,及时把跟跑时漏掉的“西瓜”“芝麻”捡回来,尤其是把埋在地下的“大萝卜”拔出来,经过这一过程后就可能实现并跑或局部领跑;最后是领跑,要想实现整体领跑,要么必须在技术上有Know-how的秘诀,要么在科学上有新原理、新现象、新工艺的发现和发明。经过这3次升级迭代,一个产品、一项技术就基本能实现创新发展和自主可控。


    那么,如何才能做到从1到0呢?


    首先要进行有组织的科研。对于定向性的基础研究,没有组织就会是一盘散沙,靠单打独斗很难坚持下去。一个大团队往往是靠应用起家、不断积累壮大的,要分一些人力、物力、财力做反向基础攻关,团队带头人的追求和视野起决定性作用。这很难是一个自觉自发的行为,更不是简单号召一下“要理工交叉、多学科交叉”就能解决的。


    目前,西北工业大学正从学校层面在10多个大团队中开展从1到0的有组织科研。长期以来,西北工业大学的系统、整机、型号研究能力比较强,也很有特色,这为梳理出从1到0的关键问题打下了很好的基础。


    其次,要鼓励做工程系统的人成为甲方,去当出题人和阅卷人,因为提出问题比解决问题更重要。同时,要鼓励擅长基础研究的人去做乙方,勇于“揭榜挂帅”,做好答题人。


    最后,要尽可能把从1到0与从0到1的人结合起来、把擅长“向下挖到根的”与“向上捅破天的”人结合起来。目的是让自上而下的需求牵引与自下而上的技术推动双向发力、上下对齐,而不是各顾各。否则,工程应用中的痛苦,搞基础研究的漠不关心,基础研究中好不容易取得的进展又对工程技术毫无帮助。只有上下对齐、各向同性,性能才高,效果才能最大化。只有这样,高校和科研机构才能更好地成为国家战略科技力量。

  • 原文来源:https://mp.weixin.qq.com/s/qHyfZs8PinRMOj05eknhkA
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    • 科研活动大致分为3种类型:从0到1的原创性基础研究、从1到100的应用接力放大研究、从1到0的反向应用基础研究。 第一种是极少数人从兴趣出发的自由探索,弥足珍贵;第二种是在他人发现、发明的基础上,科研人员根据自身实际,并结合各种应用场景需求进行的扩展应用研究,这是大多数人从事科研的主要驱动力;第三种是目标导向很明确、重大需求很急迫,研究人员通过攻关,突破核心指标、实现装备应用后,再回过头来的“细嚼慢咽”,就像牛羊等反刍动物的多胃消化过程一样。 第三种是非常有意义却又容易被忽视和轻视的科研活动,是当前我国科技发展从几十年来的简单追逐模仿向并跑甚至领跑转变的关键一环,也是我国经济高质量发展和建设科技强国的重要一步。 近年来,党和国家对加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强提出了明确要求。我认为,当前大学、科研机构应组织更多力量,集中攻关从系统、整机中梳理出来的从1到0的问题。 一般来说,一个产品、一项技术往往要经过3次迭代才可能实现领先。首先是跟跑,虽然会跑得满头大汗,但这是不可缺少的学习过程;其次是等跟跑得差不多、关键参数都追上后,就要有组织地找出从1到0的问题,而不是一味靠应用场景驱动,要知其然且知其所以然,及时把跟跑时漏掉的“西瓜”“芝麻”捡回来,尤其是把埋在地下的“大萝卜”拔出来,经过这一过程后就可能实现并跑或局部领跑;最后是领跑,要想实现整体领跑,要么必须在技术上有Know-how的秘诀,要么在科学上有新原理、新现象、新工艺的发现和发明。经过这3次升级迭代,一个产品、一项技术就基本能实现创新发展和自主可控。 那么,如何才能做到从1到0呢? 首先要进行有组织的科研。对于定向性的基础研究,没有组织就会是一盘散沙,靠单打独斗很难坚持下去。一个大团队往往是靠应用起家、不断积累壮大的,要分一些人力、物力、财力做反向基础攻关,团队带头人的追求和视野起决定性作用。这很难是一个自觉自发的行为,更不是简单号召一下“要理工交叉、多学科交叉”就能解决的。 目前,西北工业大学正从学校层面在10多个大团队中开展从1到0的有组织科研。长期以来,西北工业大学的系统、整机、型号研究能力比较强,也很有特色,这为梳理出从1到0的关键问题打下了很好的基础。 其次,要鼓励做工程系统的人成为甲方,去当出题人和阅卷人,因为提出问题比解决问题更重要。同时,要鼓励擅长基础研究的人去做乙方,勇于“揭榜挂帅”,做好答题人。 最后,要尽可能把从1到0与从0到1的人结合起来、把擅长“向下挖到根的”与“向上捅破天的”人结合起来。目的是让自上而下的需求牵引与自下而上的技术推动双向发力、上下对齐,而不是各顾各。否则,工程应用中的痛苦,搞基础研究的漠不关心,基础研究中好不容易取得的进展又对工程技术毫无帮助。只有上下对齐、各向同性,性能才高,效果才能最大化。只有这样,高校和科研机构才能更好地成为国家战略科技力量。
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    • 一代产品需要一代工艺产品是带动产业链发展的关键因素,产业链中各企业的核心工作就是把产品做好。做好产品需要一代工艺,很多制造企业在工艺方面还有欠缺,主要存在两个问题。 第一,经典的优秀工艺面临失传的危险,很多制造企业的关键工艺岗位招聘不到年轻人,产业工人平均年龄逐步老化,特别是上海、杭州、北京这类城市。例如,数控机床的质量关键就是机床的切合面,切合面要保持良好的润滑性能和接触性能,需要刮、削、碾磨等工艺,这些工艺都面临失传的危险。第二,过去很多工业建立在劳动密集型基础上,而在数字化、自动化、智能化的今天,需要重组优化工艺。这两个问题需要产业链中各个企业加强联络,一起攻关并解决。 大批量的产品还涉及模具问题,如模具的可靠性、可用性、长寿性、耐磨性等,很多问题还没有完全解决。所有这些问题都需要一代设计,只有通过一代设计才能真正做好一代产品,才能真正掌握行业和产业链核心的技术。 改革开放 40 多年来,我国制造业取得了很大成就,制造业对国民经济的贡献、对改善人民生活质量,对人们追求更美好的生活功不可没。但现在制造企业遇到了一定困难,其中最大的问题就是不适应市场的变化。市场变化主要有四个方面 : 一是由批量化生产向定制化生产方向发展 ;二是由单一化产品向多品种方向发展 ;三是过去研发、生产产品周期很长,现在产品更新换代很快 ;四是过去产品都是大众化的,现在市场需求高端化的产品,恰恰在高端化产品上我们的设计、研发、创新能力不足。 制造业创新发展包括三个方面 : 第一,要补短板强链发展。目前无论芯片、数控机床,还是工业母机等,产业链上存在着很多短板,科学技术部梳理了 35 项补短板技术,其中 34 项跟材料有关。第二,除了补短板还要扬长板,把优势发挥出来。第三,链主创新带动全链创新,制造业的链主是在市场经济中、市场竞争中自然形成的,要把它规划出来比较难,行业领头羊的产值、创新能力、研发能力、市场认可程度是关键内容,所以只有链主的创新才能带动全链的创新。例如,主机厂创新能力很强,可以推出一代又一代新产品,配件厂就要根据主机厂创新的产品不断更换自己的产品,不断更换工艺和模具,所以链主创新会带动全链创新。 通过创新设计实现创新发展 只有通过创新设计才能牵引创新发展,要不断推出新产品,产品创新设计是制造业产业链创新发展的龙头,制造企业要抓住这个龙头才能促进整个产业链发展。 创新设计的实现主要体现在三个方面 :一是材料,即制造基础 ;二是工艺,即核心技术 ;三是设计,通过产品自主创新设计,才能转换一代工艺。 产品研发、产品设计方面也经历了四个阶段,可以说是四种范式。第一,仿制设计。改革开放初期,很多企业的产品是仿制设计。第二,逆向设计,即反求工程。第三,正向设计。就是从市场需求分析进行研发,找到任务的源头,比如老百姓需要什么样的汽车新产品,企业需要什么样的新机床。改革开放过程中,中国的制造业已经由 1 做到了 100,现在很多地方热衷于把 100做成 200,GDP 要翻一番。这当然很好,也是必要的,但还不是关键,关键是如何从 0 到 1,如何推出新产品。正向设计包括设计概念正向生成、设计信息正向传播、设计性能正向预测。 正向设计的过程,大致可以分为概念形成、概念设计等环节,比如马斯克的特斯拉电动汽车就是颠覆性创新,他把机电产品做成了一个信息化的产品。原来汽车就是一个机电产品,即机械 + 电控,但现在汽车是信息化产品,成了互联网的移动终端。小米要造汽车、百度要造汽车,互联网的公司都来造汽车了,有些人质疑是不是跨界太大了?其实不然,这些企业是把汽车看成互联网控制的终端,是互联网的延伸,所以从概念上进行创新很重要。正向设计从概念形成、概念设计、功能设计、整机设计、布局设计、结构设计、装配设计、精度设计、性能设计、工艺设计等方面,实现全过程创新。 第四,创新设计。在正向设计的基础上,才有可能实现真正的创新设计。把创新的理念和设计过程融合,对机电产品来讲,包括新功能、新机构、新结构、新外观、新材料、新工艺、新原理,等等。其中最重要的是新原理的创新,包括产品需求、功能、结构、物理、工艺、工业设计、市场创新等。 创新设计有十大关键技术 :一是创新设计思维与设计智能的认知机理,创新既是一个技术问题,也是一个认知问题,包括认知的高度、视野、前瞻性、独创性等 ;二是创新设计概念的表达与正向传递规律 ;三是创新设计功能、机构与结构映射技术 ;四是产品多部机布局方案自适应匹配技术 ;五是产品结构轻量化设计与拓扑优化技术 ;六是产品精度均衡分配与虚拟装配技术 ;七是产品多学科耦合建模与性能预测技术 ;八是创新设计的快速验证与三维打印技术 ;九是创新设计知识工程与大数据搜索技术 ;十是创新设计 数字孪生 虚实映射与仿真技术。我们提出并且已经实现了这十大关键技术。 在超大型低能耗空分装备设计、高端数控机床正向设计、大吨位液压机、电梯产品等领域,我们帮助一批企业实现了正向设计和创新设计,并且进行了数字化、网络化、智能化的转型。 原文刊载于《企业管理》2023年5月 作者:中国工程院院士、浙江大学求是特聘教授 谭建荣