錢學森院士與創(chuàng)建交通運輸系統(tǒng)工程學

錢學森院士與創(chuàng)建交通運輸系統(tǒng)工程學一、錢學森院士創(chuàng)建系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程新學科享譽海內外的杰出科學家、我國航天事業(yè)的奠基人、我國系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程學的創(chuàng)始人——錢學森院士，于2009年10月31日在北京逝世，享年98歲。在眾多的科學技術領域，他都做出了卓越的貢獻，他是我國火箭、導彈和航天事業(yè)的先驅者，更是我國近代力學和系統(tǒng)工程理論與應用研究的奠基人和領導者。在錢學森的科學理論與科學實踐中，有一個集成方法貫穿于工程、技術、科學直到哲學，形成了一套綜合集成體系，這就是他的系統(tǒng)思維和系統(tǒng)科學思想。早在錢學森院士歸國之初，發(fā)展系統(tǒng)工程的心愿就已縈繞在他的心頭。組織我國“兩彈一星”研制的過程中，錢學森所用的就是“系統(tǒng)工程”的方法。航天系統(tǒng)工程的成功實踐，證明了系統(tǒng)工程理論與方法的科學性與有效性。1978年以后，錢老便在全國作報告，宣傳“系統(tǒng)工程”。1978年9月27日，錢學森以第一作者的署名，在《文匯報》上刊發(fā)了長達三萬字的文一一《組織管理的技術——系統(tǒng)工程》，全面闡述了對系統(tǒng)工程的思考。自此，“系統(tǒng)工程”便在全國范圍內蓬勃發(fā)展起來?！斑@是我國系統(tǒng)科學發(fā)展歷史上的一篇里程碑式的文章?！?001年3月20日，《文匯報》上一版頭條刊發(fā)了錢學森接受記者姚詩煌與江世亮專訪的報道——《以人為本，發(fā)展大成智慧工程一一談系統(tǒng)工程與系統(tǒng)科學》。這篇凝聚了錢老多年研究心血的稿件，也成了他關于系統(tǒng)科學的最后一篇具有重大意義的文章，這對系統(tǒng)科學的發(fā)展，乃至對整個科學技術的發(fā)展都有深遠的指導意義。為構建系統(tǒng)科學的基礎理論體系，從1986年起，已經75歲的錢學森辦起了系統(tǒng)學討論班。從1986年到1992年約7年時間里，每次討論班錢老都會參加，可謂雷打不動。錢學森認為：系統(tǒng)學的建立是一次科學革命，它的重要性不亞于相對論和量子力學。從現(xiàn)代科學技術發(fā)展趨勢來看，量子力學是微觀層次上的科學革命，相對論是宇觀層次上的科學革命，那么系統(tǒng)學則是宏觀層次研究上的科學革命。宏觀層次就是我們人類生活的這個世界，在這個層次上出現(xiàn)了生命和生物，產生了人類和人類社會。復雜巨系統(tǒng)的研究以及國際的復雜性研究，都是著眼于這個層次上的。每次溫家寶總理去看望錢老時，錢老總會問：“我們國家這么多年，為什么培養(yǎng)不出杰出人才呢？”是啊，繼承錢老的事業(yè)，完成系統(tǒng)科學理論的體系構架，切盼大師級人物。二、系統(tǒng)科學與交通運輸業(yè)的融合：創(chuàng)建交通運輸系統(tǒng)工程學我們長期從事交通運輸教學與科學研究，一直存在著感到困惑的問題，即對交通運輸、綜合交通以及鐵路、公路、水運、航空與管道等交通運輸部門的基礎理論、研究方法和工程建設實踐深層的理論根據不清楚。長期以來，我們對它們的分析一直停留在馬克思的《剩余價值學說史》第一卷上所說的“除了開采業(yè)、農業(yè)和工業(yè)，尚有第四個物質的生產部門，那也會通過手工業(yè)經營，制造業(yè)經營和機械經營這三個不同的階段。那就是運輸業(yè)，那或是運輸人或是運輸商品。......在這個部門，是和其他的物質生產部門完全一樣。并且，在運輸業(yè)上，勞動對象上也會發(fā)生物質的變化一一即空間的或場所的變化。就人的運輸而言，這好像只是一種服務，是企業(yè)家供給乘客的服務。在運輸業(yè)，勞動對象（商品）也會在勞動過程發(fā)生一種變化。它的地位將會改變，并由此在它的使用價值上發(fā)生了一種變化，因為這個使用價值的地位將會被改變。商品一經達到它的目的地，它的使用價值的變化就會消減?！闭择R克思《剩余價值學說史》第一卷（第405-406頁，三聯(lián)書店，1951年版）。我們對交通運輸業(yè)內部各種運輸方式的特點的認識則一直停留在20世紀50年代前蘇聯(lián)提出的所謂各種運輸方式的技術經濟特征的理論上。綜合交通運輸學就是把這五種運輸方式進行簡單疊加和組合，并通過簡單的技術經濟評價而形成的，但從交通運輸業(yè)發(fā)展的基礎理論上來說則認識模糊。在我們的教學和科學研究中，也只是就交通運輸部門作業(yè)管理和操作上進行靜止的孤立的死記硬背，對其承擔的運輸任務進行教學和研究。由于沒有其基礎理論的支持，因而不能全面深刻地認識和理解交通運輸業(yè)，這就造成了交通運輸業(yè)規(guī)劃上、建設上、使用上以及管理上的效率和效益不高。上世紀60-70年代，計算機進入生產和社會各領域。隨著交通運輸部門的發(fā)展，交通運輸業(yè)也進入了計算機時代的運營管理時期，于是我也開始了對計算機的學習。當時我正從事鐵路列車牽引力計算的教學，列車牽引力的計算非常煩瑣。它是運用微分方程來進行機車牽引力與列車阻力（由輪軌摩擦阻力、空氣阻力、坡道阻力和氣候天氣阻力等合成）的計算，而且列車運行又是一個動態(tài)的隨機的過程，列車在線路上連續(xù)的移動，而機車拉動列車的牽引力也就隨著列車在線路上運動而隨時發(fā)生變化。為此，我們對機車提供的列車有效牽引力要進行每時每刻的反復計算。過去，我們對這種煩瑣的計算采用計算尺和機械計算機等工具進行，它們既不精確又需要大量反復重復的計算，因此我于1975年開始運用電子計算機來完成這一作業(yè)。電子計算機是一個由幾千個部件的系統(tǒng)整體集成，也是一個復雜系統(tǒng)對象，為了學習計算機我開始接觸系統(tǒng)理論，從而開始學習錢老的博大精深的系統(tǒng)思想。錢老對系統(tǒng)科學全面而又深入淺出的闡述，使我對他所提出的系統(tǒng)理論有了初步的認識，我認識到了復雜系統(tǒng)實質的深刻性、復雜性和實體可操作的現(xiàn)實性。系統(tǒng)科學的學術思想涉及多方面的學科和技術知識：從橫的方面來看，它橫跨自然科學、數學科學、計算機科學、社會科學、系統(tǒng)科學、行為科學和地理科學等大學科門類各領域;從縱的方面來說，由理論的最高層次辯證唯物主義，經過部門哲學、經濟科學、技術科學、管理科學等層次，縱貫全過程。總的來看，它是個開放的矩陣式的縱橫交錯的復雜系統(tǒng)。橫向聯(lián)系啟示我們，研究學問要運用大跨度思維方式。錢老曾教導我們“跨度越大，創(chuàng)新程度也越大，而這里的障礙是人們習慣中的部門分割、分隔、互不通氣，大成智慧系統(tǒng)學教導我們要總攬全局、洞察關系，所以能促使我們突破障礙，從而做到大跨度地觸類旁通，實現(xiàn)創(chuàng)新'。縱向聯(lián)系具體的基礎哲學來自哲學，哲學是科學發(fā)展的基礎，哲學給出具體科學的向導。錢老強調“要從整體上考慮并解決問題”。他的整體觀不是主觀隨意的猜測和虛構，而是與現(xiàn)代科學技術體系熔鑄在一起的。上世紀80年代以來，錢學森通過對系統(tǒng)科學及其應用的探索和研究，特別是在建立系統(tǒng)學的過程中逐步認識到復雜性研究的重要實踐意義。他說“復雜性的問題，現(xiàn)在要特別重視，因為我們社會的發(fā)展、大工程的建設都是復雜性的問題，解決這類復雜系統(tǒng)問題用還原論方法是不行的”。1990年他提出了一個科學新領域——開放復雜巨系統(tǒng)及其方法論。錢老經過多年的研究和實踐，把對事物各種系統(tǒng)的研究，深入到開放復雜巨系統(tǒng)的范疇，并提出了解決、處理開放復雜巨系統(tǒng)的方法論，使得他一貫倡導的系統(tǒng)科學獲得了重要的進展。錢老說：“在1990年提出了開放復雜巨系統(tǒng)的概念，它是再大的計算機和計算機網絡也處理不了的問題，需要有新的思想和方法。我們把處理開放復雜巨系統(tǒng)的方法起名為從定性到定量的綜合集成法，把運用這個方法的集體稱為總體設計部?！?0世紀50年代以來，信息技術、電子計算機、多媒體技術、靈境技術、互聯(lián)網技術等的高速發(fā)展與普及，為我們進行創(chuàng)造性的思維與工作提供了前所未有的良好條件，因而組成人一機結合的勞動體系勢在必行。綜合集成法的實質是專家經驗、統(tǒng)計數據和信息資料、計算機技術三者的有機結合，并構成一個以人為主的高度智能化的人一機結合系統(tǒng)。在錢老的系統(tǒng)學、系統(tǒng)工程科學的熏陶下，我開始把系統(tǒng)科學、系統(tǒng)工程學與交通運輸學結合起來對交通運輸對象進行再認識和分析研究，我逐步認識到交通運輸業(yè)是一個系統(tǒng)對象，而且是一個大系統(tǒng)，它又是在人的參與下的一個復雜大系統(tǒng)對象。在錢老和他的助手宋健院士的幫助下，我于1978年明確地提出把系統(tǒng)科學和交通運輸學科融合在一起，并提出了創(chuàng)建交通運輸系統(tǒng)理論，即把交通運輸與系統(tǒng)工程融合成一個整體構建成交通工程系統(tǒng)工程學。三、對交通運輸系統(tǒng)工程學的定義、定位和定性（一）首先要對交通運輸系統(tǒng)工程學下定義。首先要明確一個由多部門或多個部件所組成的有一個明確統(tǒng)一功能的組合體，我們稱它是一個系統(tǒng)對象。交通運輸業(yè)是由固定設備和設施（包括線路、軌道、港站等）、移動設備（包括機車車輛、汽車、輪船、飛機等運輸工具）、由人參與的組織管理（包括運輸組織、營銷組織、服務組織等）共同參與而組成的一個實體，為此我們把它稱作是一個交通系統(tǒng)，而且由于是有人參與進行的生產組織因而它又構成一個大系統(tǒng)。這個大系統(tǒng)部件復雜、結構復雜，又是通過網絡性、動態(tài)生產活動，按照錢老對復雜大系統(tǒng)的定義，它應當是一個復雜的大系統(tǒng)。我們應在復雜大系統(tǒng)的基礎上來認識交通運輸系統(tǒng)的實體。這與我們過去認為交通運輸業(yè)是一個由多部門組成的綜合性部門的認識在本質上是不同的。（二）交通運輸系統(tǒng)工程的基礎理論是什么。通過錢老創(chuàng)建的系統(tǒng)科學思想的指導，我們認為交通運輸系統(tǒng)工程的基礎理論應該是系統(tǒng)科學。系統(tǒng)科學是研究系統(tǒng)的形成、構建、變化、發(fā)展的特點及其規(guī)律性的科學。今天我們要研究交通運輸系統(tǒng)就是要研究交通運輸系統(tǒng)的構造、形成、完善和發(fā)展變化的規(guī)律，要根據它自身的規(guī)律性來構造和建設它。要使交通運輸系統(tǒng)得以健康、科學、有效的發(fā)展，就必須認識交通運輸系統(tǒng)本身的實質及其客觀發(fā)展的規(guī)律?；谏鲜龇治觯艺J識到要對交通運輸系統(tǒng)進行研究就必須遵循系統(tǒng)理論，離開了系統(tǒng)理論的指導，交通運輸系統(tǒng)就得不到正確的科學的建設與發(fā)展。過去由于我們對交通運輸系統(tǒng)認識不清，就交通運輸論交通運輸，把交通運輸這個復雜的整體進行離散的、分部門的、分部件的規(guī)劃、建設和投資，從而造成了交通運輸系統(tǒng)的不協(xié)調不匹配，無法形成系統(tǒng)最大能力，導致能力、設備的浪費，不能發(fā)揮交通運輸系統(tǒng)的最大效益和效率。因此，今天我們要建設的交通運輸系統(tǒng)，必須依托系統(tǒng)科學整體的、匹配的、協(xié)調的理論和綜合集成的方法，進行認識、規(guī)劃和建設。（三）交通運輸系統(tǒng)工程的功能。我們對于交通運輸的功能的認識一直是清楚的，交通運輸系統(tǒng)的功能就是完成客、貨運輸任務。但長期以來，我們對交通運輸所依據的基礎理論和系統(tǒng)理論認識不清，而只抓住了馬克思所闡述的“除了開采業(yè)、農業(yè)和工業(yè)，尚有第四個物質的生產部門，......那就是運輸業(yè)，那或是運輸人，或是運輸商品。......在運輸業(yè)上，勞動對象上也會發(fā)生物質的變化——即空間的或場所的變化。就人的運輸而言這好像只是一種服務，......但這種服務的買者和賣者間的關系，無關于生產勞動者對資本的關系。......”（馬克思，《剩余價值學說史》）由于人們對交通運輸部門的功能和地位認識不清楚，因而長期以來我們一直把運輸服務認為是交通運輸部門的基本任務。交通運輸業(yè)的基本任務是做好服務，這是不錯的，但交通運輸如何從綜合交通系統(tǒng)整體上實現(xiàn)最優(yōu)的運輸服務呢？由于缺乏交通運輸系統(tǒng)理論的支撐，致使交通運輸系統(tǒng)服務的手段、設施、工具、組織管理等都缺乏系統(tǒng)整體的開發(fā)，從而導致交通運輸系統(tǒng)不能得到科學、協(xié)調、整體的發(fā)展，產生了不必要的浪費，交通部門所應該完成的運輸服務任務亦不能得到應有的滿足。（四）交通運輸系統(tǒng)的生產過程與服務。我認為交通運輸系統(tǒng)的性質有二重性，它既是生產部門也是服務部門，它在社會發(fā)展過程中所處的地位不同，其部門性質也不同。這可以從幾個側面來看。1、如果它是在工業(yè)生產部門活動，就應該等同于生產部門。如鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，它自身由采礦、煉鐵、煉鋼、軋鋼等部門組成，并進行聯(lián)合生產，要把它們建成一個鋼鐵聯(lián)合企業(yè)則要靠企業(yè)的鐵路來實現(xiàn)。如果生產地和原料地不在一起，則只有依靠交通運輸把它們聯(lián)系起來進行生產，如我國的寶鋼要用澳大利亞的礦石，則需通過海運把澳礦運到上海寶鋼才能實現(xiàn)寶鋼的生產。對于煤礦企業(yè)而言，其生產過程就是一個運輸過程，即把地下的煤炭運送到地上，再把開采出來的煤炭運到消費部門。這些在工業(yè)部門的運輸我們也稱為工業(yè)運輸。2、如果它不是為生產過程服務，而只是為消費部門服務，此時的交通運輸業(yè)又是一個消費服務部門。它是用來滿足人們生活、工作的消費需要。當然如果是運送生產工人去工場生產，則它應該是屬于生產性運輸?？傊?，我認為交通運輸的性質應當依據不同場所、不同情況下所完成的運輸過程來確定。但總的來說，它都是為生產、生活所服務的，因此今天有的學者把它定位在服務行業(yè)也有一定的道理。四、交通運輸系統(tǒng)學的學科建設中的幾個階段1978年以來，在錢老的系統(tǒng)科學、系統(tǒng)工程學的引導下，我們開始了交通運輸系統(tǒng)工程學的建設，二十年來先后經過了這幾個階段：（一）創(chuàng)建初期上世紀70年代，我因學習使用計算機而接觸到了錢老的系統(tǒng)科學理論，從而開始了系統(tǒng)理論的學習。我參加了中國系統(tǒng)工程學會的成立大會，會上聽取了錢學森教授和上海交大張仲俊教授的有關系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程學的報告。報告中，錢老談到了他在七機部（航天部的前身）主持兩彈一星的重大工程時，是如何將系統(tǒng)工程理論運用到巨大的國防工業(yè)上的。我于是開始把系統(tǒng)科學、系統(tǒng)工程學與交通運輸學科相結合，提出了創(chuàng)建我國的“交通運輸系統(tǒng)工程學”的構思。當時，交通運輸學科在一批老教授的控制下（我當時只是一位副教授），我對這種新思想是否能成立有些信心不足。此時，正好宋健教授（錢老的助手）的夫人王雨生同志和我同在機械系內燃機教研室進行教學研究工作，于是我通過王雨生同志見到了宋健教授，并向他請教。在和宋健教授交流探討之后，他就表示完全支持我的思想，同意建設交通運輸系統(tǒng)工程學的構思。后來他又和錢老研究后告知我，錢老明確指出“交通運輸是一個大系統(tǒng)，而且是一個典型的復雜大系統(tǒng)，完全可以運用系統(tǒng)工程理論來認識、分析和研究”，當時由錢老領導的中國系統(tǒng)工程學會也表示全力支持。錢老和宋健教授的肯定與支持，使我增加了信心和決心。與此同時，適逢我們交大邀請美國伯克利運輸研究所的卡里森教授來我校講學，他給我?guī)砹嗣绹谝槐娟P于“交通運輸系統(tǒng)分析基礎理論”的書籍，并介紹說美國麻省理工學院就是用“交通運輸系統(tǒng)分析”來講述系統(tǒng)科學的。我看到美國的這本交通運輸系統(tǒng)分析教科書（FundamentsofTransportationSystemsAnalysis,MarvinL.Manheim）后，再次對建立中國的交通運輸系統(tǒng)工程學增強了決心、意志和信心。我當時正處于學術思想迷蒙、摸索的狀態(tài)下，在得到錢老的思想支持和鼓勵后，使我明確了交通運輸系統(tǒng)工程學的發(fā)展道路。面對當時校內外的一些阻力，我排除一切困難，開始了交通運輸系統(tǒng)工程的創(chuàng)建工作。（二）如何建設交通運輸系統(tǒng)學科我們對交通運輸系統(tǒng)工程學科的建設采取了邊學習、邊實踐、邊總結的方法。應該說從1980年開始，我?guī)е?~8位研究生走出校門，去了深圳、海南等開放的前沿陣地。我們一邊在系統(tǒng)工程學會的引導下學習錢學森教授的系統(tǒng)工程理論，一邊就運用錢老提出的理論到我國最早的改革開放試驗地區(qū)——深圳和海南，實踐和大力宣傳交通運輸系統(tǒng)工程的思想，得到了這幾個特區(qū)交通運輸部門的支持。我們先后完成了以交通運輸系統(tǒng)工程理論支撐的7~8個重大的交通運輸開發(fā)、規(guī)劃以及戰(zhàn)略決策的項目，同時我們在每個項目完成后進行了運輸系統(tǒng)的總結。1988年，在錢老的支持下，我又在中國系統(tǒng)工程學會下成立了“交通運輸系統(tǒng)工程專業(yè)委員會”，對外名為“中國交通運輸系統(tǒng)工程學會”，學會成員包括長期在城市交通、鐵道部門、公路部門、航空部門以及長江等水運部門的官員、專家和學者，共有一百多位。大家認識一致，并一致同意把交通運輸系統(tǒng)工程作為我們的建設目標。此外，北方交大于1986年亦成立了“交通系統(tǒng)工程研究所”，由校長直接擔任所長。自此，我們有了交通運輸系統(tǒng)的隊伍和機構，通過近十年的努力，直到1990年，我們正式出版了《交通運輸系統(tǒng)分析》教科書和《交通運輸系統(tǒng)工程案例集》培養(yǎng)出了一批交通運輸系統(tǒng)工程的高級人員，應該說交通運輸系統(tǒng)工程學得到了社會的認可。（三）建立交通運輸系統(tǒng)工程博士學位點和交通運輸系統(tǒng)工程學科體系以及理論的創(chuàng)新階段1986年，國務院學位委員會批準了北方交大建立交通運輸系統(tǒng)工程碩士學位點。我們于1994年、1996年又先后兩次向國務院申請建立交通運輸系統(tǒng)工程學科博士點，通過我們不斷的努力以及政府部門和學術界的支持，最終于1998年，在學科無計劃無指標而且導師又超齡（當時我已61歲了，國家規(guī)定博士生導師年齡最高為60歲）的情況下，國務院學位委員會以“國家確實需要，水平確實較高，予以特別批準”的批文下達予以批準。于是在1998年，我校建立了第一個交通運輸系統(tǒng)工程博士點，開始了交通運輸系統(tǒng)博士生和博士后的培養(yǎng)。到目前我們已先后培養(yǎng)近三十多名交通運輸系統(tǒng)工程的博士生，多名交通運輸系統(tǒng)工程的博士后。（四）初步建立了“交通運輸系統(tǒng)工程學”的理論體系和方法通過實踐和理論總結以及人才培養(yǎng)，我們已明確交通運輸系統(tǒng)工程學的理論體系應包括五大部分（現(xiàn)只列出五部分的組成，詳細內容從略）。第一部分為系統(tǒng)科學的基本理論。第二部分交通運輸系統(tǒng)工程的基礎理論。第三部分為交通運輸系統(tǒng)工程的應用實踐理論。第四部分為交通運輸系統(tǒng)工程學的方法論。第五部分為交通運輸系統(tǒng)工程應用案例。三十多年來，我們在學習錢老的系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程學理論的過程中，特別是在我們與之結合進行交通運輸系統(tǒng)工程的實踐中，亦在錢老的學術思想指導下進行了交通運輸系統(tǒng)工程方法論的實踐與研究。我們在推行錢老總結出的“由定性到定量的綜合集成方法”的實踐中，引入了交通運輸系統(tǒng)的模擬、仿真與模型組合，引入了美國J.W.Forrester教授的《工業(yè)動力學》原理而構建了“交通運輸系統(tǒng)動力學”，研究了人—機結合的交通運輸決策支持系統(tǒng)、顧基發(fā)教授團隊提出的WSR方法（物理一事理一人理系統(tǒng)方法論）以及系統(tǒng)科學領域著名學者德國H.哈肯教授所提出的“協(xié)同學理論”在綜合交通運輸系統(tǒng)協(xié)調中的運用。此外，我們還引用了前蘇聯(lián)生產力布局專家、科學院通訊院士T.C,哈恰圖洛夫以及E.D哈努科夫博士的交通運輸系統(tǒng)布局方法等?？傊?，三十年來在錢老系統(tǒng)科學和系統(tǒng)工程理論與方法的指導下，通過我們多年的實踐和總結，今天交通運輸系統(tǒng)工程學科已建立起來！五、交通運輸系統(tǒng)工程學的社會實踐和推廣（一）于1986年，在錢老的支持下，我國建立了系統(tǒng)工程學會交通運輸系統(tǒng)工程專業(yè)委員會，先后已進行五屆的組建，學會已團結了分布在國家交通部門、研究院所、大學院校以及交通運輸領域的大中型企業(yè)的官員、專家、院士、教授和企業(yè)家等近100多位，他們經常在學會的支持下，相互交流、共同探