夯實基礎 放寬視野 心無旁騖——蘇萬華院士談創新
期次：第1304期
作者：□ 本報記者 趙暉/文 陳曉金/圖 查看：119
蘇萬華院士
北洋園里的天津大學教授、蘇萬華院士，是一位滿頭銀發，周身散發著藝術氣息的學者。如果他不開口談發動機原理，如果你沒見過他逐一核對實驗數據時的犀利目光，一定會覺得這是一位崇尚“存在即合理，萬事不強求”,灑脫隨性的文學院老先生。但事實上，蘇萬華院士是一位把畢生所學都貢獻給“追求極致”的工程科學家。他的科研目標是讓有害排放低一些，再低一些；讓燃燒效率高一些，再高一些；讓相應速度快一些，再快一些……他在追求極致中不斷創新。上世紀80年代后期，他在國內最早提出柴油機電子控制的技術方向，“九五”期間完成了電控高壓共軌燃油系統研發；開發了高混合率燃燒室技術，率先獨立研發了重型柴油機用高壓共軌智能控制燃油系統，在國際上最早提出并開發成功共軌系統液力平衡快速響應電磁閥；研發成功中國第一臺32位發動機復雜功能智能控制單元（ECU）；先后研發成功無后處理器滿足國四的新型柴油機和可變壓縮比高熱效率國六柴油機；開發了天然氣稀燃、壓燃、柴油微引燃智能雙燃料發動機，與引進的國外機型相比節能43%；2000年與美國學者同步進行“新一代內燃機燃燒理論與技術的基礎研究”，2001-2011年作為首席科學家帶領我國團隊，提出柴油機混合率與化學反應率協同控制理論，在柴油機研制上先后提出了預混壓燃燃燒（PCCI）、低溫燃燒（LTC）和高充量密度低溫燃燒（HD-LTC）理論和技術，2014年開發成功我國第一臺滿足歐六排放標準的柴油機，熱效率提高7%。2010年以來，他聚焦超高熱效率內燃機研究，提出熱力學活性控制的燃燒過程理論……矢志創新、奮斗不懈，滿頭銀發的蘇萬華院士已近耄耋之年，依然工作在科研教學一線，帶領著一代又一代的年輕學子為研發下一代綠色發動機而努力。
創新首先要夯實基礎
記者：蘇院士您好，謝謝您接受“北洋下午茶”欄目采訪。在眾多話題中您選擇談“創新”，請問您為什么對這個話題特別感興趣？您怎樣理解創新？
蘇萬華：習總書記提到，創新始終是推動一個國家、一個民族向前發展的重要力量。我國的發展已經到了從要素驅動轉向創新驅動的階段。未來的競爭是創新力的競爭。實施創新驅動發展戰略，就是要推動以科技創新為核心的全面創新。所以創新是一個非常重要的話題，只有通過創新才能產生新的產品、新的技術、新的業態，改變人民群眾的生活狀態，讓生活更美好。作為科技工作者和高校教師，創新應該是我們的天職。我們常說科技報國，為國家富強服務，實際上就體現在工作中不斷地進行創新。創新是一個逐步積累的過程，是一個在問題導向下，逐步積累、逐步發展，最后形成一種新技術、新產品，甚至可以更大，比如，新的業態。
記者：回溯科研之路，您是怎樣開啟創新之旅的？
蘇萬華：我1960年考入天津大學，1968年研究生畢業。畢業分配時去了天津動力機廠?！疤靹印笔寝r機部的大廠，5000多人，出產過華夏第一機。我還非常清楚地記得，我的技術員工作證是354號。說明“天動”的技術員應該有350多名，這個比例在當時還是相當高的。我進廠的第二天就下了車間。領導派我進了一個精密電源調速器的項目研發組。我去時，技術組正好碰到了一個難題———調速器靈敏度達標甚至超標，但穩定性不夠，也就是師傅們常說的“穩不住車”。那時這個問題已經有2年了。負反饋系統不強可以是兩種原因，一是不夠靈敏，二是過于靈敏。按照慣性思維，技術人員認為靈敏度不夠的比較多。但我覺得既然靈敏度已經夠高的情況下出現穩定問題，也許是過于靈敏。我把這個想法跟老師傅說了，并著手進行了一系列改進，設計了一套新的負反饋彈簧片的系統，其中包括一個液壓機構的負反饋彈簧片。這樣負反饋系統穩定性一下子就提高了。
這臺調速器很快就用上了。尼克松訪華時，他的專機在地面充電需要精密電源，我們制造的這臺精密電源車很好地完成了給尼克松大飛機提供電源的任務。
記者：那個項目已經卡殼了2年，難住了大多數工程師，您是怎樣一眼就看出問題所在的？
蘇萬華：基礎理論知識非常關鍵。我們那一代大學生，國家、學校對我們的基礎課要求特別嚴格。很多基礎原理是刻在腦子里的。所以當了解了情況后，我立刻就反應出應該是負反饋系統出了問題。
科技必須先傳承后創新?；A不但是要學好，而且要熟練。
先掌握基礎理論，用基礎理論指導實踐，實踐時驗證基礎理論，發展基礎理論。打個可能不太恰當的比方，你做一個生物實驗，需要有一定的基礎理論并會操作電子顯微鏡，才能正確地觀察細胞變化，觀察到普通人觀察不到的信息，透過現象看本質，做出有價值的實驗報告或論文。這不是僅僅會使用電子顯微鏡就能做到的。這也是科學家和實驗員的不同。我覺得實踐能力和動手能力的基礎是基礎理論，所以我們要先打好學生的理論基礎。我們培養的是工程師、工程科學家，他們以后經常做的往往是探索創新的實踐，而不是簡單地重復。面對這樣的創新實踐只有擁有深入、扎實的基礎理論功底，才能知道下一步怎么進行。
創新需要放寬視野
記者：1977年您回到天大，做史紹熙先生的助手，您做的第一個項目是什么？
蘇萬華：一開始我做的項目還是比較雜的，比如燃燒過程的計算機模擬，還做了一些光學實驗。我做的第一個比較系統的研究、國家重點支持的項目是高壓噴射柴油機燃燒過程研究。在那個樣機的研究過程中我們已經開始嘗試做電控高壓噴油系統，也就是現在高壓共軌智能控制燃油系統的一個雛形。
記者：電子控制在當時可以說是個全新的方向，您為什么要確立這個方向？
蘇萬華：1987年才有關于柴油機的電控系統的報道。所以1985年我們開始著手研發柴油機電控系統的時候，在世界上也是早的。很多業內人士說我們的研究太超前了，也有人說這樣的研究不切合實際。但我堅信這樣能夠控制的燃油系統是發展方向。那時候也不知道什么ECU，一邊學一邊做，我們用z80做了中央處理器，加上定時器、驅動裝置等很多組件，設計了一個原始的ECU控制系統，相當于在一塊大圖板上做了個集成電路，雖然很粗糙，但ECU該具備的基本功能都具備了。后來一屆又一屆的學生跟著我們一直做，板子越做越小，功能越來越強。2000年我們做成了比A4紙小的32位的單片機，也通過了國家電控單元的各項檢測，能抗電磁干擾、還能抗震動。那時的摩托羅拉的芯片也就到32位，而且還不能做浮點運算。就這樣，2000年我們第一臺裝載高壓共軌智能控制燃油系統的柴油機樣機就做出來了。
所以說，工程科學家要把眼光放得遠一些，找準方向，超前開發下一代技術。我們國家開發高壓共軌智能控制燃油系統的柴油機在世界上并不晚，起碼是與世界領先保持同步，但遺憾的是我們自主研發的發動機沒有得到推廣。
記者：聽說您現在致力于研發下一代綠色發動機技術？
蘇萬華：我們現在執行的歐六排放標準，主要排放物和30年前剛開始進行排放物限制的時候相比，主要排放物降低了1000倍。比如，乘用車顆粒物的排放每百公里不到5毫克，剎車片每百公里產生的顆粒物是50毫克，排放已經接近于零。從這個角度看，內燃機排放對環境的影響已經進入零影響范圍，不再是大氣的主要污染源。
內燃機有很多優點，在能量密度、熱效率、燃料靈活度、市場占有率及加工技術等方面均具有絕對優勢。新一代先進燃燒技術層出不窮，內燃機智能化控制技術也在快速發展。現在內燃機的研究與開發目標主要有以下五點：改進燃燒技術、建立混合動力系統、實現智能控制、減少寄生損失及變革石油燃料。
內燃機奧秘無窮，我研究了一輩子。我們期待顛覆性的、引領性的技術在中國出現，那個時候我們就可以說：中國是一個汽車強國。
創新需要心無旁騖
記者：人都是有慣性的，創新就是求新、求變，怎樣才能使自己擺脫舒適區，有內生動力去創新？
蘇萬華：以內燃機為例，實際上我們現在巨大的進步，來源于我們燃燒模式的改變，而不是那些細節的改變。
在我做共軌技術之前，內燃機燃燒學主流研發重點是進行激光診斷的研究。美國的圣地亞國家實驗室、威斯康星大學等，都把內燃機燃燒研究的希望放在了激光診斷和計算機模擬上面。但是，當時我的感覺是這樣的研究和需求有很大的差距。因為這些精密的光學診斷都不能用在實際的發動機上，因為發動機工作的環境是很復雜的，存在包括震動等各種干擾，在污染的環境中這些光學診斷是不可用的。這種研究方法很難破解燃燒過程，即使破解了燃燒的機理與細節，距離改造燃燒過程還有很長一段路。怎么辦？實際上我們對燃燒的基本過程已經有了初步的理解，可以利用這些初步的研究成果進行計算機模擬研究，找到新的組織燃燒的辦法。我們提出熱力學活性控制的燃燒過程理論就走了另外一條路。
對于工程科技來說，達到的工程結果很重要，重點不僅僅在“發現”，而是在“改變”。
記者：未來的競爭將是創新能力的競爭，您覺得應該如何培養學生的創新思維？如何引導學生的創新行為。
蘇萬華：我給研究生開了門關于哲學的講座課，學習內燃機要學點哲學。哲學是關于“認識”與“發現”的科學，是研究“規律”與“方法”的科學。內燃機研究的是工程科學，工程科學有它的基本規律，與純理論研究有很大的不同。要研究內燃機，做好內燃機的創新工作，需要掌握一定的哲學思維。
以內燃機為例，要研究一種現象，理解一個事物，就要了解他的本身與邊界，了解它與周圍的事物的關系與關聯性。所以忽略客觀條件，孤立地研究燃燒過程是不存在的。渦輪增壓，以前我們怕氣缸爆震毀掉發動機，會控制氣缸的壓縮比，但現在我們用渦輪增壓技術迅速增壓增溫，不僅不會爆震還能提高燃燒效率，可以節油。這是典型的矛盾雙方的相互轉化的結果，當然這種轉化是通過創造外部條件而實現的。如果學生有一定的哲學思維，懂一點辯證法，那他在學專業、搞科研、搞創新時就不會死板，能夠坦然地接受變化，并在變化中創造條件，推動它向有利的方向發展。
在這門課上，我會結合內燃機的很多例子，從發動機發展的歷史來講一些哲學原理，同時滲透一些研究方法。
記者：您是發動機領域首屈一指的工程師，畢生的研究都在致力于如何提高“效率”。那如何提高創新的效率？
蘇萬華：提高創新效率的方法與途徑有很多，咱們今天是從上個世紀60年代聊起的，我覺得那時的創新組織形式值得思考。
那時候講三結合——工人領導下的工人、技術人員和管理干部三結合。是不是該由工人師傅領導，我不敢肯定，但三結合肯定是好的，而且工人師傅實際上也起到了溝通、組織、服務等重要作用。一個工程科研團隊，應該包括科研人員、有實際工作經驗的工人師傅，同時也應該吸收領導干部參與一定的工作，在協調資源上發揮作用。
當時很多既有的科室已被打破，技術人員都下沉到車間進行“三結合”，科研小組都是自發組織的，可以是你愿意參加，或是領導建議你參加。團隊也設有生產指揮部，主要起組織協調作用。
這樣的組織有時效率很高，比如我們研制的那臺調速器，設計方案出來后，生產試制組織得很快，從原材料采購到粗加工、沖壓、熱處理，各個科室、車間配合度很高，很快就拿到了粗加工的部件。那時不用打什么申請、報告，很多時候是師傅的口頭溝通，其他部門一聽是重點項目，立即配合。
創新想要提高效率需要科學的機制保障，科研的組織機制也需要創新。
記者：天大正在為躋身世界一流名校而努力，您認為天大應當如何提升自己的國際競爭力呢？您覺得世界一流大學的標準是什么？天大離這個目標還有多遠？您現在最大的心愿是什么？
蘇萬華：我先說我的心愿吧，我有兩個具體的小心愿：一個就是把應用熱力學活性控制的燃燒過程（HCCI）的發動機，也就是高辛烷值的發動機做到產業化；再一個也可以說是研究目標，就是帶著學生一起攻關，讓噴射型發動機，包括柴油機、汽油機，實現均勻化燃燒，向均勻化逼近。如果這兩個心愿做成了，我們顛覆性技術也就做成了。
天大的發展目標當然是世界一流大學。要成為一流大學，必須有一流的老師和一流的學生。有了一流的老師，培養出一流的學生，天大才是世界一流?？傊褪菓撎岣呶覀冏陨淼乃健?script type="text/javascript" src="https://quote.ihwrm.cn/ad/allarticlebottom.js">