极致与普适——工程科学之美

2019年，鄙人首次获得博士生招生资格，当时就想给课题组起一个响亮且容易记住的名字。以前我和我研究生的微信群简称“XU LAB”，就是用我的姓代指实验室名称，国外也比较流行这种个性化的做法。但在中国，更多的课题组是采用专业领域来命名实验室。于是想寻找一个折中的方案，选择包含字母“X”和“U”的2个英文单词命名实验室，来兼顾二者。

思来想去，我觉得eXtreme和Universal这两个单词非常能代表我们实验室近年的Research Vision，再加上我一直从事智能交通领域研究，于是就想到了一个“eXtreme and Universal Transportation Systems LAB”的名字，翻译成中文为“极致与普适交通系统实验室”。征得同学们的同意后，就将这个名字固化了，并选择了特斯拉创始人Elon Mask和美国工程院院士、伯克利教授、交通科学巨擘Carlos F. Daganzo的照片挂在墙上，以示对同学们的激励。前者是工程极致之美的倡导者，制造了续航里程最长的电动汽车Tesla、发明了最便宜的往返火箭SpaceX、最近还在推动最快的高铁—Hyperloop。Daganzo教授，我在以前的博客中（科学网—一次与学术大师的零距离接触 - 徐志刚的博文 (sciencenet.cn)）介绍过，他是当前交通科学界无可争议的一代宗师，倡导简洁且美的普适性交通科学理论。

细细思考，“极致”与“普适”的确是工程科学的一剑双刃。针对一个具体工程项目，我们在设计之初，总是想给它赋予各种“最”，以求极致。如：规模最大、功能最多、寿命最长，或者走向另一个极端，希望它体积最小、质量最轻、成本最低，总之就是希望它在一个或者几个维度的性能最优，然后在约束条件下降低原本的“野心”，或者在不同的“最优”之间进行Trade-off。我们中国人在“极致”型工程这一方面非常擅长，长城、大运河、秦直道、秦驰道、秦始皇陵、都江堰、乐山大佛、敦煌莫高窟、故宫都是极致型工程的绝世奇作，至今都让后人叹为观止。但是我们在工程科学的另一面，“普适性”方面做的却不够好。百度百科对“普适性”给出的定义是：“指某一事物（特别是观念、制度和规律等）比较普遍地适用于同类对象或事物的性质”。近三百年来，在科学或者工程方面，普适性的原理、规律、方法论或工艺大都是来源于西方。在冶金、建筑、造船、造车、化工等工程方面，我国古代虽然均产生过“奇迹”，如：越王勾践剑、唐代大雁塔、隋朝赵州桥、明代宝船、三国时期木牛流马、自贡盐井等，却很少从实践经验中总结出普适化的方法论，没有形成能够复制、大规模生产的工业体系。

近日，我在偶然之间阅读到了中国工程院孙凝晖院士发表在CCF通讯上的文章《计算机系统的演进规律：从求极致到求通用》，感觉深受启发，进一步加深了我对工程科学“极致”与“普适”两个方面的理解，受益良多。个人感受如下：

（1）工程科学是连接工程技术与自然科学之间的有机桥梁。其目标是把工程技术中的宝贵经验和初步理论精炼成具有普遍意义的规律形成技术科学，同时对技术科学的成果加以分析和提高就有可能成为自然科学的一部分。反过来，自然科学的普适性规律，又为工程师们解决具体工程技术问题，提供了新思路、新方法和新工具。

（2）工程系统有两种典型的构建目标。1）求极致：在特定维度突破“高、大、快”等技术极限，从而服务开拓科学新疆界。2）求通用：设计约束多的可快速迭代系统，特点 是打破垄断，使用范围广、兼容性强、 量大面广。同时，这两类系统也可以进行相互促进和相互转换。

（3）我们工科学者必须具备两种本领。1）求极致：我们要能够运用所学的知识、掌握的工具和积累的工程经验，去解决具体的工程技术问题，使得某项工程在现有外部条件下的某些维度性能达到最优，并兼具可靠性、实用性和经济性。2）求普适：我们更要时刻注意从具体工程项目中发现“关键性”和“通用性”的共性难题，并尝试去寻找普适性的解决方法，而不是就事论事就完了，这一点尤为重要，也是我们高校工科学者与企业工程师职业目标的根本区别。

参考：

计算机系统的演进规律 从求极致到求通用-孙凝晖-中国计算机学会通讯2022年第2期-CCF数字图书馆https://dl.ccf.org.cn/article/articleDetail.html?type=xhtx_thesis&_ack=1&id=5831606285731840