工程控制论在国内外的影响-戴汝为

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1、3 2科学中国人 中国论坛 前 言 E n g i n e e r i n g C y b e r n e t i c s 一书 是中国自动化学会第一位理事长钱学森 院士于1 9 5 4 年在美国加州理工学院喷 气推进中心任教时用英文发表的一本专 著。这本自动控制领域中的专著堪称自 动控制方面的经典著作。 1 9 5 5 年钱学森先生冲破重重阻碍从 美国返回祖国，回国后任刚建成的中国 力学所所长及中国自动化学会理事长， 历时2 0 年。他回国后就在中关村化学所 礼堂讲授工程控制论，听众来自中关村 中科院的一些研究所，北大、清华等高 校的教师与高年级学生约2 0 0 余人。本 文作者当时刚从北京

2、大学毕业，分配到 力学所，有幸参加听课并整理笔记分给 大家。在美国学习工作了2 0年的钱先 生，刚回国给大家讲工程控制论，给大 家很深的印象。他讲的完全是地道的北 京话，即流畅又清晰，没有一个英文字。 他是花了功夫才做到这一点的。记得他 多次向所里的一位副研询问所要用到的 英文术语中的中文译名，如r a n d o m 这 个字，花了不少功夫琢磨汉语应如何翻 译，在课堂上用了“随机”二字。他用 北京话的讲课令大家感到十分亲切。他 的讲课能够引人入胜，既有概括又有提 高，不带书，粉笔字写得非常秀丽。北 大的教师和同学反映，以前很少听过讲 得这么好的课。 工程控制论是继美国科学家维纳于 1 9 4

3、 8 年发表著名的控制论（关于在动物 和机器中控制和通讯的科学）一出后， 以火箭为应用背景的自动控制方面的著 作，充分体现了控制论的思想。而维纳 曾经在1 9 3 5 年在清华数学系与电机系 做过访问教授，所以后来有人认为“控 制论”的思想可能是作者在清华时开始 的。工程控制论是继控制论之后，对控 制与制导方面进行创造性论述的书，作 者成为推动控制论科学思想的代表人物 之一。当时前苏联哲学界，由于工程控 制论的问世，从原来对控制论的批判转 为后来加以赞扬，这一事实于1 9 6 0 年在 莫 斯 科 举 行 的 第 一 届 国 际 自 控 联 （I F A C ）大会上明显地得到证实。 工程控制

4、论于1 9 5 6年获中国科学 院自然科学一等奖。1 9 5 6 年该书的俄文 版问世，1 9 5 7 年德文版问世，1 9 5 8 年中 文版由何善育与戴汝为在整理钱先生在 力学所讲授工程控制论的笔记，参照英 文原书，并吸收俄文版添加的俄文文献 而成。 前瞻性的学术思想 该书以学术思想的前瞻性而闻名于 世，根据美国斯坦福大学的 D.G. L u e n b e r g e r 教授及哈佛大学何毓琦 （Y . C . H o ）教授认为工程控制论的学 术思想超前5 1 0 年，开辟了一系列控 制方面的新方向。前苏联的伊万赫年科 教授等则陆续发表了同名的专著，并明 确地介绍这是中国钱学森教授开创

5、的新 领域。我国自动控制专家、已故的高为 炳院士曾撰文论述过工程控制论是自动 控制领域中引用率最高的著作。另外工 程控制论可以说在国内培养了一代自动 控制方面的新人。据作者所知，如西北 工业大学原校长戴冠中教授、汕头大学 原校长戴景成教授、国防科技大学原校 长郭桂蓉教授都是受该书的影响而从事 自动控制的。 以上是国内的情况，在国际方面， 2 0 0 4 年1 1 月在清华大学举行的I n t e r - 戴 汝 为 E n g i n e e r i n g C y b e r n e t i c s （工程控制论）在国内外的影响 戴汝为 中科院院士， 中科院自动化所研究员， 学术委员会主任，

6、 中国自动化学会理事长。 现任中科 院学部主席团成员，信息技术科学部副主任，道德委员会委员。 长期从事自动控制、思维科学、 模式 识别、人工智能、系统复杂性等方面研究工作。 9 0 年代初， 通过人工智能的途径，跨入对 “开放的复 杂巨系统及其方法论” ， “人- 机( 计算机) 结合的咨询与决策支持智能系统” 以及在神经认知， 系统复 杂性等前沿领域进行学科交叉与整合的研究。 3 3 科学中国人 n a t i o n a l S y m p o s i u m o n I n t e l l i g e n t a n d N e t w o r k e d S y s t e m s 会

7、上瑞典科学院院 士、国际著名的自动控制专家 K a r l A s t r o m 在他的报告中介绍了自动控制 发展过程中的四本专著，一是詹姆斯. 尼克斯与飞利浦斯合著的伺服系统理论 ( H . J a m e s ，N . N i c h o l s ，R . P h i l l i p s ， T h e o r y o f S e n v o m e c h a n i s m s ) ，二是 维纳的控制论( N . W i e n e r ， C y b e r n e t i c s ， o n C o n t r o l a n d C o m m u n i c a t i o

8、n i n t h e A n i m a l a n d t h e M a c h i n e ) ，三是 钱学森的工程控制论( H . S . T s i e n ，E n - g i n e e r i n g C y b e r n e t i c s ) ， 四是贝尔曼的 应用动态规划( R . B e l l m a n ，A p p l i e d D y n a m i c P r o g r a m m i n g ) 。A s t r o m 还向 作者介绍了他当时在加州理工学院的情 况，工程控制论于1 9 5 4 年出版前后，该 校就开工程控制论的课，但当时不是钱 先生

9、自己讲，而是他让另外一位年轻的 教授讲，他自己与学生坐在一起听，讲 得不对或不恰当之处他站起来发言加以 阐述，颇为生动有趣。另外， A s t r o m 等 于2 0 0 0 年编著的一本名为C o n t r o l o f C o m p l e x S y s t e m 一书中引用了工程控 制论一书中的观点：I t b e c a m e e s s e n - t i a l t o c o n s i d e r t h e i n t e r a c t i o n o f p a r t s t h a t f o r m a s y s t e m i n s t e a

10、d o f t h e p a r t s t h e m s e l v e s . T h i s l e d t o e m e r g e n c e o f n e w s y s t e m s o r i e n t e d d i s c i p l i n e s s u c h a s a u t o m a t i c c o n t r o l . A g o o d c h a r a c t e r i z a t i o n i s g i v e n i n t h e b o o k o f T s i e n 1 9 5 4 . 2 0 0 0年7月在美国马

11、里兰大学举 行了一个讨论控制领域现状及其未来 的机会的讨论，由 R i c h a r d M . M u r r a y 为首的一个五人专家小组提出 在“控制技术在信息丰富的世界中未 来的发展方向”中，有关机器人技术和 智能机械方面有下面一段话：控制论 工程的目标，在2 0 世纪4 0 年代甚至更 早就已经被明确表达，就是使系统能 展现出高度的灵活的展示或对变化的 环境作出“智能”反应。在1 9 4 8 年，麻 省理工学院的数学家N o r b e r t W i e n e r 给出了一个对控制论进行了广博的虽 然是完全非数学的描述。钱学森通过 与控制导弹有关的问题的驱动于 1 9 5 4

12、 年提出了可作更多数学解释的工程控 制论。这些工作及那时候其它的工作 的聚合形成了在机器人技术和控制的 现代工作中大部分智力的基础。 在工程控制论一书中对这门新的科 学的论述至今仍让人难以忘怀。 A d i s t i n g u i s h i n g f e a t u r e o f t h i s n e w s c i e n c e i s t h e t o t a l a b s e n c e o f c o n s i d e r a t i o n s o f e n e r g y , h e a t , a n d e f f i c i e n c y , w h

13、i c h a r e s o i m p o r t a n t i n o t h e r n a t u r a l s c i e n c e s . I n f a c t , t h e p r i m a r y c o n c e r n o f c y b e r n e t i c s i s o n t h e q u a l i t a t i v e a s - p e c t s o f t h e i n t e r r e l a t i o n s a m o n g t h e v a r i o u s c o m p o n e n t s o f a

14、s y s t e m a n d t h e s y n t h e t i c b e h a v i o r o f t h e c o m - p l e t e m e c h a n i s m s .（这门新科学的一个 非常突出的特点就是完全不考虑能量、 热量和效率等因素，可是在其它各门自 然科学中这些因素却是十分重要的。控 制论所讨论的主要问题是一个系统的各 个不同部分之间的相互作用的定性性 质，以及整个系统的综合行为。 ） 青出于蓝而胜于蓝 钱学森先生在美国东部的 M I T取 得硕士学位后就到西部的加州理工学院 师从应用力学大师卡门进行研究，在攻 读博士学位期间已经取得了优

15、异的成 绩，当时在可压缩气体方面所提出的卡 门- -钱学森公式，后来成为空气动力 学方面教科书的内容。1 9 5 5 年钱学森冲 破重重阻力，准备返回中国大陆之前曾 经由夫人蒋英、儿子和女儿永刚和永真 陪伴，并且带着在加州理工学院的的物 理 力 学 讲 义 和 不 久 前 出 版 的 E n g i n e e r i n g C y b e r n e t i c s 等材料和 书籍向恩师告别，卡门接过材料翻阅后 说了大意如下的一段话： “你在学术上 的成就已经超过了我。我因为有你这样 一位学生而感到骄傲” 。1 9 9 1 年钱先生 获得国家杰出贡献科学家奖时，有记者 采访询问他获得大奖是

16、否很激动？他出 人意料地回答是并不激动，因为自己一 生已经激动过三次了，第一次激动就是 与导师告别时导师所说的一段话，当时 自己感到在美国学习和工作了2 0年将 回大陆为祖国人民服务，在学术上国际 大师认为超过了他感到十分激动。实际 的情况是在此之前在应用力学方面，卡 门已经把自己所承担的工作大都交给达 到自己水平的钱学森了，而这位学生又 在物理力学及工程控制论等方面自己未 进行过的研究工作做出了卓越的成绩， 真是青出于蓝而胜于蓝了。 系统科学三个层次的杰出贡献 按钱先生关于现代科学体系的观 点，他自己对于工程控制论的工作是系 统科学技术科学层次的工作，其它层次 的工作如系统工程是工程应用层次，而 开放的复杂巨系统属于系统科学的基础 科学层次，概括起来为下： E n g i n e e r i n g C y b e r n e t i c s ， 1 9 5 4 年； “组织管理的技术 - 系统工程” ， 1 9 7 8 年； 论系统工程 ，1 9 8 2 年； “一个科学新领域-开放的复杂巨 系统及其方法论” ，1 9 9 0 年； 创建系统学