zoumouyan的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zoumouyan

博文

理论非无用,唯需精和深 精选

已有 7454 次阅读 2010-8-22 23:34 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记| 数学, 基础理论, 基础研究, 应用研究, 工科研究

理论非无用,唯需精和深

                                                                                        邹谋炎

 

工科研究者容易凭经验和技巧做事。时间长了,可能放松对数学和专业基础理论的积累,渐渐变成实验员、程序员、协调员、百事通等等。当然,如果你的人生定位就是如此,也无可厚非。如果你仍然有科技创新的愿望,数学和基础理论积累就不可缺少。另一方面,我国数学和基础理论研究对应用的贡献太少,学界和应用方面多有微词,工科研究者可能对此缺乏信心。

事实上数学和专业基础理论对工程非常有用。我是搞电子信息的。比如电子电路设计,无论在大学和研究所,都可以找到一批专家、高手,信手捡来就可解决问题。在这方面基础理论还有用吗?就说说这个例子吧。

高手归高手,有一个事实大家是承认的:中国造电子产品成品率低、可靠性差,怎么一直没办法?

其实不是没有办法,是没有人好好去研究和实施。虽然影响可靠性的因素很多,电路设计对可靠性的影响具有基础性。“电路参数中心设计”这个概念是80年代早期国外研究者根据IC产业需求提出来的。由于相关的文献是概念化的,如果缺乏消化就不知道如何应用。事实上,这个概念不仅仅对IC设计重要,对所有电子电路设计都重要。其基本思想是:最佳的电路设计,它的各个参数必须取在容许的参数空间的中心点上,使得当各参数按概率模型在参数子空间中随机变动时,电路产品的合格率达到最大。按照这种概念,你设计出一个可用的电路是不够的(可惜的是,大多数设计人员只到此为止)。在你的设计基础上,还必须进行电路参数中心设计的优化。这涉及到:建立所有有源和无源元件的参数离差-温度-特性的统计模型;专用电路分析程序;参数的Monte Carlo 分析试验;估计参数空间的中心;最坏情况分析检验并确定各元件值的容差。应该说,涉及到的理论和方法不深,只是需要耐性。这种方法容许使用常规误差等级电子元件,保证电子产品在宽温度范围满足特性要求,如频率、延时、幅频特性、逻辑关系等等。一项技术方法决定产品品质,从而可能决定在应用中的成败,这是不是值得学习和研究?

另一个例子是雷达天线设计。还在60年代,某雷达制造厂生产大型柱状抛物面天线合格率很低,这不是一个小的技术经济问题。天线理论设计不复杂,问题出在加工误差该如何控制。设计人员必须给出一个概念:各种加工误差(如曲面误差、铆钉引起的不平度等)容许量是多少。解决重要的科学技术问题必须有理论依据。翻翻书籍和文献,难以找到可参考的资料。航天部二院的陈敬熊院士当年基于自己在天线和电磁场理论的方面的深厚功底,给出了答案,大大提高了天线设备合格率。如果没有理论依据,从试验去摸索,要花多少时间、多少劳动、多少钱?

类似的例子可以说不胜枚举。

我自己在产品发展中有深刻体会。使用“参数中心设计”技术,使得某产品中关键的微波振荡器能承受宽温度变化。无元件筛选,也可达到高成品率。微带阵列天线设计缺乏文献资料,需要自己发展理论方法。如果对电磁场理论和微波电路理论缺乏理解,就会束手无策。现在可以做到按特性需求,使用国产材料和国内的制作工艺,设计投板一次成功,并达到优良的性能。深入的理论基础意味着设计方法不能简单地被仿效,这对于维护独立自主的知识产权很有意义。这些经验使我感觉数学和专业理论太有用,自己掌握太少,还需不断学习。

一部分从事理论研究的学人对应用和产品有排斥心理。认为数学推理可以解决一切基本问题,以无用为“高雅”,这其实是作茧自缚。应用始终是理论的源泉和归宿。近代或现代最有影响的数学大师,如KolmogorovSobolev, TikhonovVon Neumann 等,对纯数学的分析技巧游刃有余,而研究重点无不放在应用数学上。人们广泛承认,他们的工作推动了现代科学和技术的进步。现代数学和专业基础理论能够解决的问题只是现实世界和应用中提出问题的一个很小的集合。理论能处理的只是一些高度简化的问题。实际问题要复杂得多。对实际问题的深入研究能够有力地推动理论进步。

以图像处理技术为例,这一直认为是一门技巧。当偏微分方程法用于图像复原、重建、去噪、修复、特征提取等工作,实践证明计算上非常有效,效果非常好时,人们对数学的看法又有了进步。而这一技术领域的发展,吸引了大量的数学研究者,又产生了一系列理论成果,如数学物理反问题的理论发展;各向异性扩散问题的表达和解;关于不连续解的粘性解理论等。值得强调的是,不连续解和拓扑上变化的解在数学理论和算法处理上都是难题。随着应用研究的进展,出现了关于粘性解的新理论、水平截集的概念和方法,使得这些难题的理论和实际处理都得到了重要的进步。

一个数学研究者如果不愿意从应用研究中吸取灵感和思路,他将来的出路一定很有限。同样,一个工科研究者如果不能适时地吸收数学和专业理论的成果,他也难以成为一个创造者。

给工科研究者的一个参考:“谈谈工科学生如何学习数学”,引用地址:

http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=243368

谈谈工科学生如何学习数学.DOC

https://blog.sciencenet.cn/blog-4909-355426.html

上一篇:研究脱离产业使中国科技界难以摆脱困局
下一篇:跨专业和跨学科:有志者的选择
收藏 IP: .*| 热度|

22 任建 韩枫 周可真 武夷山 茹永新 刘全慧 赫英 向峥嵘 邵伟文 刘进平 陈绥阳 王涛 贾利军 李泳 齐霁 李毅伟 林涛 秦川 xyqin dunkelblau zengfeng micalhe

发表评论 评论 (15 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-28 16:00

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部