钱学森院士与创建交通运输系统工程学—对钱学森院士的追思
2014-04-21 09:53:16   来源：tranbbs.com      作者：张国伍 顾佳    评论：0 点击：

   摘 要：享誉海内外的杰出科学家——钱学森院士，于2009年10月31日在北京逝世，享年98岁。在众多的科学技术领域，他都做出了卓越的贡献，他是我国火箭、导弹和航天事业的先驱者，更是我国近代力学和系统工程理论与应用研究的奠基人和领导者。由张国伍教授带领的综合交通运输研究所团队，在钱学森院士及其助手宋健院士的直接关心和指导下，通过三十多年的努力在北方交通大学(现为北京交通大学)创建了“交通运输系统工程学”这一新学科。本篇论文介绍了“交通运输系统工程学”创建的全过程，它包括：系统科学和系统工程学的引入，系统工程学与交通运输学的融合，交通运输系统工程学的定义、定位和定性，交通运输系统工程学的基础论，交通运输系统工程学的功能，交通运输系统的生产过程与服务，交通运输系统工程学创建的几个阶段，交通运输系统工程学硕、博士学位点的建设与人才培养以及交通运输系统工程学的理论体系与方法等。最后又介绍了交通运输系统工程学的社会实践、应用和推广。论文表达了对钱老所给予的关怀和指导的感悟与追思。

　　一、钱学森院士创建系统科学与系统工程新学科

　　享誉海内外的杰出科学家、我国航天事业的奠基人、我国系统科学与系统工程学的创始人——钱学森院士，于2009年10月31日在北京逝世，享年98岁。在众多的科学技术领域，他都做出了卓越的贡献，他是我国火箭、导弹和航天事业的先驱者，更是我国近代力学和系统工程理论与应用研究的奠基人和领导者。在钱学森的科学理论与科学实践中，有一个集成方法贯穿于工程、技术、科学直到哲学，形成了一套综合集成体系，这就是他的系统思维和系统科学思想。

　　早在钱学森院士归国之初，发展系统工程的心愿就已萦绕在他的心头。组织我国“两弹一星”研制的过程中，钱学森所用的就是“系统工程”的方法。航天系统工程的成功实践，证明了系统工程理论与方法的科学性与有效性。1978年以后，钱老便在全国作报告，宣传“系统工程”。1978年9月27日，钱学森以第一作者的署名，在《文汇报》上刊发了长达三万字的文章——《组织管理的技术——系统工程》，全面阐述了对系统工程的思考。自此，“系统工程”便在全国范围内蓬勃发展起来。“这是我国系统科学发展历史上的一篇里程碑式的文章。”2001年3月20日，《文汇报》上一版头条刊发了钱学森接受记者姚诗煌与江世亮专访的报道——《以人为本，发展大成智慧工程——谈系统工程与系统科学》。这篇凝聚了钱老多年研究心血的稿件，也成了他关于系统科学的最后一篇具有重大意义的文章，这对系统科学的发展，乃至对整个科学技术的发展都有深远的指导意义。

　　为构建系统科学的基础理论体系，从1986年起，已经75岁的钱学森办起了系统学讨论班。从1986年到1992年约7年时间里，每次讨论班钱老都会参加，可谓雷打不动。钱学森认为：系统学的建立是一次科学革命，它的重要性不亚于相对论和量子力学。从现代科学技术发展趋势来看，量子力学是微观层次上的科学革命，相对论是宇观层次上的科学革命，那么系统学则是宏观层次研究上的科学革命。宏观层次就是我们人类生活的这个世界，在这个层次上出现了生命和生物，产生了人类和人类社会。复杂巨系统的研究以及国际的复杂性研究，都是着眼于这个层次上的。

　　每次温家宝总理去看望钱老时，钱老总会问：“我们国家这么多年，为什么培养不出杰出人才呢?”是啊，继承钱老的事业，完成系统科学理论的体系构架，切盼大师级人物。

　　二、系统科学与交通运输业的融合：创建交通运输系统工程学

　　我们长期从事交通运输教学与科学研究，一直存在着感到困惑的问题，即对交通运输、综合交通以及铁路、公路、水运、航空与管道等交通运输部门的基础理论、研究方法和工程建设实践深层的理论根据不清楚。长期以来，我们对它们的分析一直停留在马克思的《剩余价值学说史》第一卷上所说的“除了开采业、农业和工业，尚有第四个物质的生产部门，那也会通过手工业经营，制造业经营和机械经营这三个不同的阶段。那就是运输业，那或是运输人或是运输商品。……在这个部门，是和其他的物质生产部门完全一样。并且，在运输业上，劳动对象上也会发生物质的变化——即空间的或场所的变化。就人的运输而言，这好像只是一种服务，是企业家供给乘客的服务。……在运输业，劳动对象(商品)也会在劳动过程发生一种变化。它的地位将会改变，并由此在它的使用价值上发生了一种变化，因为这个使用价值的地位将会被改变。……商品一经达到它的目的地，它的使用价值的变化就会消减。”摘自马克思《剩余价值学说史》第一卷(第405—406页，三联书店，1951年版)。我们对交通运输业内部各种运输方式的特点的认识则一直停留在20世纪50年代前苏联提出的所谓各种运输方式的技术经济特征的理论上。综合交通运输学就是把这五种运输方式进行简单叠加和组合，并通过简单的技术经济评价而形成的，但从交通运输业发展的基础理论上来说则认识模糊。在我们的教学和科学研究中，也只是就交通运输部门作业管理和操作上进行静止的孤立的死记硬背，对其承担的运输任务进行教学和研究。由于没有其基础理论的支持，因而不能全面深刻地认识和理解交通运输业，这就造成了交通运输业规划上、建设上、使用上以及管理上的效率和效益不高。

　　上世纪60-70年代，计算机进入生产和社会各领域。随着交通运输部门的发展，交通运输业也进入了计算机时代的运营管理时期，于是我也开始了对计算机的学习。当时我正从事铁路列车牵引力计算的教学，列车牵引力的计算非常烦琐。它是运用微分方程来进行机车牵引力与列车阻力(由轮轨摩擦阻力、空气阻力、坡道阻力和气候天气阻力等合成)的计算，而且列车运行又是一个动态的随机的过程，列车在线路上连续的移动，而机车拉动列车的牵引力也就随着列车在线路上运动而随时发生变化。为此，我们对机车提供的列车有效牵引力要进行每时每刻的反复计算。过去，我们对这种烦琐的计算采用计算尺和机械计算机等工具进行，它们既不精确又需要大量反复重复的计算，因此我于1975年开始运用电子计算机来完成这一作业。电子计算机是一个由几千个部件的系统整体集成，也是一个复杂系统对象，为了学习计算机我开始接触系统理论，从而开始学习钱老的博大精深的系统思想。钱老对系统科学全面而又深入浅出的阐述，使我对他所提出的系统理论有了初步的认识，我认识到了复杂系统实质的深刻性、复杂性和实体可操作的现实性。

　　系统科学的学术思想涉及多方面的学科和技术知识：从横的方面来看，它横跨自然科学、数学科学、计算机科学、社会科学、系统科学、行为科学和地理科学等大学科门类各领域;从纵的方面来说，由理论的最高层次辩证唯物主义，经过部门哲学、经济科学、技术科学、管理科学等层次，纵贯全过程。总的来看，它是个开放的矩阵式的纵横交错的复杂系统。

　　横向联系启示我们，研究学问要运用大跨度思维方式。钱老曾教导我们“跨度越大，创新程度也越大，而这里的障碍是人们习惯中的部门分割、分隔、互不通气，大成智慧系统学教导我们要总揽全局、洞察关系，所以能促使我们突破障碍，从而做到大跨度地触类旁通，实现创新”。纵向联系具体的基础哲学来自哲学，哲学是科学发展的基础，哲学给出具体科学的向导。钱老强调“要从整体上考虑并解决问题”。他的整体观不是主观随意的猜测和虚构，而是与现代科学技术体系熔铸在一起的。上世纪80年代以来，钱学森通过对系统科学及其应用的探索和研究，特别是在建立系统学的过程中逐步认识到复杂性研究的重要实践意义。他说“复杂性的问题，现在要特别重视，因为我们社会的发展、大工程的建设都是复杂性的问题，解决这类复杂系统问题用还原论方法是不行的”。1990年他提出了一个科学新领域——开放复杂巨系统及其方法论。钱老经过多年的研究和实践，把对事物各种系统的研究，深入到开放复杂巨系统的范畴，并提出了解决、处理开放复杂巨系统的方法论，使得他一贯倡导的系统科学获得了重要的进展。钱老说：“在1990年提出了开放复杂巨系统的概念，它是再大的计算机和计算机网络也处理不了的问题，需要有新的思想和方法。我们把处理开放复杂巨系统的方法起名为从定性到定量的综合集成法，把运用这个方法的集体称为总体设计部。”20世纪50年代以来，信息技术、电子计算机、多媒体技术、灵境技术、互联网技术等的高速发展与普及，为我们进行创造性的思维与工作提供了前所未有的良好条件，因而组成人—机结合的劳动体系势在必行。综合集成法的实质是专家经验、统计数据和信息资料、计算机技术三者的有机结合，并构成一个以人为主的高度智能化的人—机结合系统。

　　在钱老的系统学、系统工程科学的熏陶下，我开始把系统科学、系统工程学与交通运输学结合起来对交通运输对象进行再认识和分析研究，我逐步认识到交通运输业是一个系统对象，而且是一个大系统，它又是在人的参与下的一个复杂大系统对象。在钱老和他的助手宋健院士的帮助下，我于1978年明确地提出把系统科学和交通运输学科融合在一起，并提出了创建交通运输系统理论，即把交通运输与系统工程融合成一个整体构建成交通工程系统工程学。

　　三、对交通运输系统工程学的定义、定位和定性

　　(一)首先要对交通运输系统工程学下定义。

　　首先要明确一个由多部门或多个部件所组成的有一个明确统一功能的组合体，我们称它是一个系统对象。交通运输业是由固定设备和设施(包括线路、轨道、港站等)、移动设备(包括机车车辆、汽车、轮船、飞机等运输工具)、由人参与的组织管理(包括运输组织、营销组织、服务组织等)共同参与而组成的一个实体，为此我们把它称作是一个交通系统，而且由于是有人参与进行的生产组织因而它又构成一个大系统。这个大系统部件复杂、结构复杂，又是通过网络性、动态生产活动，按照钱老对复杂大系统的定义，它应当是一个复杂的大系统。我们应在复杂大系统的基础上来认识交通运输系统的实体。这与我们过去认为交通运输业是一个由多部门组成的综合性部门的认识在本质上是不同的。