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韩方元,2011年博士毕业于吉林大学
韩方元,1955年3月生,北京航空学院四系77级燃气涡轮发动机设计专业,1982年1月毕业。后在空军第二航空学院(现为空军航空大学)二系任教,1999年退役。
“我本科的专业是喷气发动机设计,1977级,毕业于北京航空学院四系。大学毕业后一直在空军院校任教,再没有读博士的愿望。2004年,我已经退休,突然产生读博士的动议,多少有些冲动。”
以下为韩方元的博士学位论文致谢部分。
一个极其偶然的机会,我走上了读博之路。
2004年,妻子准备报考教育学博士。那一年3月临近考试,妻子拿着一份博士英语入学试卷,自言自语地说,这份试卷我恐怕都不能及格。我顺手拿起试卷,翻了一遍,说了句:“这试卷,我能答70分。”妻子遂说:“那你去考博吧!”
我本科的专业是喷气发动机设计,1977级,毕业于北京航空学院四系。大学毕业后一直在空军院校任教,再没有读博士的愿望。2004年,我已经退休,突然产生读博士的动议,多少有些冲动。
冲动过后,就是紧张的筹备。感谢宋玉泉院士的热情推荐,感谢赵丁选教授愿意接收我这个老学生。确定方向、找导师、复习、备考……2004年3月,我踏上了7年的博士生求学之路。
选择并联机器人作为研究方向,源于20年前执行的一次任务。1989年,我在部队接受一项历时一年多的研制飞行模拟器6自由度运动系统的任务。虽然因经费问题没有鉴定,但6自由度运动系统(那时尚不知道叫并联机构)的美感给我留下了深刻的印象。我自己动手制作了一些6自由度运动系统模型放在家中,它的简洁、对称和完美的性能让我产生无限的遐想,并制作了一个步行并联机器人模型。1990年,我与浙江大学联系,路甬祥教授愿意接收我到浙江大学做访问学者,并委托骆函秀教授寄来了申请表格。遗憾的是,因身为军人,结果没能如愿。事隔多年,机器人模型早已锈迹斑斑。但制作步行机器人的宿愿仍然没有泯灭。选择并联机构作为研究方向,也是为了未能完成的研究。
接下来的两年,上课、修学分;经营公司;接送女儿上下学。其中,女儿读高中,接送女儿上下学是最重要的任务,放在首位;其次是上课;公司放在第三位。2006年,女儿考上北京大学;我的博士生课程学习虽收获不大,但拿到了学分;公司的经营基本正常。按照常理,可以安心做论文了。然而,接下来的诸多事件,忽然冲散了潜心做论文的计划。2008年春,我因急性心肌梗塞而手术,是重要原因之一。
如果不是下列几个事件,我的博士学习生涯早于2008年就已以肄业告终了。
2009年,好朋友杨莉夫妇力劝我们夫妇游泳,历数游泳之优点,并采取“胁迫”措施:每天早上到我家门口接送,并赠予游泳票。如此逼下泳池。坚持数月,身体、精力大见好转。另外,几年来我自学了一些中医保健知识,择优落实,亦见成效。这是基础。
多年以来,我时常去看望宋玉泉院士。宋院士总是给我鼓励,鞭策,尤其当我在病榻之中,给我信心和勇气。宋院士以年近80岁高龄,新开课题,研究高速铁路,实地考察,潜心研究的精神,为我树立了榜样。宋院士的影响与督促,是我走上论文答辩之路的动力之一。
2010年,眼看六年的学习期限已到。博士论文,写还是不写;博士学位,拿还是不拿,成为一个必须解答的问题。
经过深思熟虑,妻子向我喊出的口号是:为女儿树立一个榜样!我的座右铭是:烧开一壶水!
遂向学校提出延迟答辩申请,重新做学生。
身份一变,我在家中的地位立时发生了巨变:公司不管了,家里的事情也不管了,真正获得了一个高中三年级学生的待遇。每天除游泳外,余下的时间就是阅读文献,写论文。导师指派4名同学与我一同做课题,他们都是我的同门师弟师妹:一位博士生,三位硕士生。书房、学校、游泳馆是我书写论文生活中经常去的三个地点。条件自然是十分优越的,但无形的压力也是很大的。
俗语云:种瓜得瓜,种豆得豆,这在农作物的培育上是千真万确的。但是,当引申作某种因果关系时,却显得过于呆板。我的原意是通过毕业论文,做出一个步行并联机器人,这也是我二十年来的愿望。我是学喷气发动机设计的,属于机械专业。我念大学时,文革刚结束,根本没有机电一体化一说,我的知识背景中也没有任何自动控制方面的知识,这是一个缺憾。弥补这个缺憾,也是最初读博的动因之一。可惜世事无常,2008年的病榻遭遇,迫使我放弃了以步行机器人作为我博士论文课题的初衷。总的想法是,选择一个相对难度较低的课题,速战速决。能够毕业,画个句号就好。
经导师同意后,我选择了一个新的研究方向——源于1989年一个未能实现的构思。然而,新的领域还没有一个眉目,情况又一次发生了变化。2010年,我阅读了导师的一篇关于3-RPS并联机器人运动学位置正解数值算法的论文。这篇论文带给我很大的启发,成为我博士生研究方向的第3个重要转折点。
在以前阅读的文献中,我发现,并联机器人的理论研究需要一些高深的数学理论,例如螺旋理论、李群、李代数、位移流形理论等等。我曾自学过螺旋理论,但效果欠佳。我曾因此而畏难。在阅读老师的论文时,发现数值解即是一个重要的方法,又是一个研究方向。而数值解中迭代方法是我较擅长的方法。至此,我的研究方向逐渐偏向并联机构正解,最后完全脱离了原来的研究方向和课题。虽然,在博士延期答辩的过程中,频繁的转换研究方向,不是一个良策。但是,兴趣引导我转向了一个全新的领域。跟着兴趣走,未尚不是一件快事。虽然对我而言,时间更紧、压力更大。然而,塞翁失马。
老师的论文是研究3自由度并联机构的。我们从3自由度理想并联机构的正解开始,到理想4自由度、5自由度、6自由度并联机构;从理想并联机构又到非理想并联机构;从不变几何并联机构到变几何并联机构;从并联机构到并联机构多面体;等等。假设,求证;修正假设,再求证;从特殊到一般;又从较高层次的特殊到较高层次的一般;一个台阶,又一个台阶。在第N个台阶上,只看到第N+1个台阶,不知道第N+2个台阶在哪儿。登上第N+1个台阶,才看到第N+2个台阶。所有台阶,逐个解决,最终形成一套新的数值方法,可以解决所有并联机构的正解,而且优于现有的数值方法。这是未曾料到的。
在研究的后期,我通过阅读文献才知道,Stewart并联机构位置正解(包括符号解和数值解两个并行的难题)是“21世纪100个交叉科学难题之一”。真庆幸,早期不知道这是一个世纪难题,不然我一定会躲远点的。然而,在恰当的时候知道,又是一个促进和激励:明确了方向,增强了动力。全部实解、理想多面体等内容都是在这之后研究出来的。这对整个论文水平的提高、迭代方法的完善起了很大的推动作用。
回顾整个研究过程,几易研究方向。意欲避难就易,却在无意的探索中直奔难题;本想“种瓜得瓜”,结果却是“种瓜得豆”。足见思维路径之曲折,研究结果之难料。所以,在科学研究中,“种瓜得瓜”远不如“有播种,就有收获”更切合实际些。
在做论文的过程中,经常有人说,不要太用功,你这种情况,老师会考虑的。言外之意,对于年龄太大如我者,老师会降低要求。然而,这与我做事准则相悖,也于导师的要求不符。完成学业和撰写论文皆出于我的兴趣爱好,功利成分较少。导师以治学严谨,要求严格著称。2009年,导师在吉林大学机器人研究室成立十周年纪念会上的讲话,我至今记忆犹新。老师讲了三点:一要做真正的学问,二要有感恩心,三是目标要专一。这是老师对我们全体同学的要求。因此,踏踏实实的完成论文是我唯一的选择。
我的论文初稿形成后,导师说,还有较大差距,退回了手稿。在做论文的过程中,我一直担心两个问题。一是论文基础不牢;二是论文学术高度不够。既然有较大差距,就从这两个方面找差距。忙活了一周,论文学术高度方面找到了突破口,有了一定提升。第二次提交论文后,得到老师积极的评价,并指出数值计算,重点是计算速度。于是又在计算速度上下功夫,速度又有提高。
在导师的扶持和指导下,一步一步走来,竟然在一个小区间上,站到一个小高度。惊讶之余,又感到是一种必然。
衷心感激导师赵丁选老师的培育。导师学识渊博,思想深邃,学术思维活跃,治学严谨规范。他的学术风范和人格魅力影响着我,感染着我。我们既是师生,又是朋友。得益于导师的帮助和影响,我深感荣幸和并因此感恩。
由衷感谢宋玉泉院士,感谢他的推荐,他的鼓励,他的信任。
感谢所有帮助和关心我的老师、同事、同学和朋友。特别感谢博士生李天宇师弟,以及硕士生黄国平、施忠科师弟、硕士生王梦师妹,由于他们的大力支持和热心帮助才使论文顺利完成。我们经常一起探讨问题,分享学习的快乐和忘年的友谊,这成为我人生中一段美好的记忆。感谢机器人研究室的唐新星博士、张红彦博士、张祝新博士、艾学忠博士、侯敬巍博士、倪涛博士、崔功杰博士等同学。在论文写作中,他们给予我大力的支持和帮助。我们相互鼓励,共同在求学路上探索、并肩前行。
感谢长春大学的肖玉山教授,张晓雅教授,论文写作过程中,他们提供了有益的咨询与帮助。
感谢我的妻子和女儿,她们始终坚定地给予我鼓励和支持。特别是我的妻子,给予我一个高三学生的优厚待遇。想到此,我真想再晚毕业几年。如今我特向我的妻子预付祝贺:这一段操劳将要告一段落。
感谢母校吉林大学。感谢母校给我一份作为吉大学子和校友的荣耀。
感谢国家自然科学基金资助项目(50475011)的资助。
论文写作过程,用掉中性笔芯28只,打印纸六包计3000页。如果我在电脑屏幕前的思维像年轻人一样敏捷,也不至于造成这么大的浪费。真可惜了这些纸和笔。谨向这些做出贡献的纸和笔表示谢意!
我十分喜欢国学大师王国维的七律《晓步》中的颈联诗句“四时可爱唯春日,一事能狂便少年”。我从退休多年后作博士论文,冲动,执着,而且多少有些一发不可收拾的趋势,也算是狂了一把,少年了一回。愿人生多“狂”几把,多“少年”几回。
如此,是为后记。
韩方元
2011年8月1日
于好景山庄
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