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关于“试验优化与技术创新”

作者:张建方(中国科学院大学经济与管理学院)

摘要:产品的技术主要包括产品设计、工艺设计、质量控制等方面,试验优化对它们都有十分重要的作用。本文指出:试验优化是技术创新和质量效益的关键之所在,是技术中的技术,也是突破国外技术封锁和卡脖子技术的重要途径。

一、试验优化的重要性

??????? 任何一项技术(或一个产品、一个项目,或一个过程)必定具有某种功能,这种功能必定受到某些因素的影响。从系统论的角度,一项技术实际上可以看成为一个系统,系统由各子系统和其元素所组成,外部对系统的影响可看成是某种输入,系统对外部的影响可看成是输出,输出就是系统或该技术所具有的功能。

??????? 不妨把系统记作f,系统的输入和所有参数统一地记作x?,x?,…,x_n,系统输出记作y(y可以是多维的),则得到如下的因果示意图和数学关系式:

y=f(x?,x?,…,x_n)

??????? 所谓技术创新,通常是下列二种情形之一:

??????? (1)系统设计的结构与以前不同,即系统f改变了;

??????? (2)系统设计的结构与以前相同,但系统的参数x?,x?,…,x_n改变了。

??????? 对于系统设计的技术创新,其专业技术的要求较高,不懂专业的人通常是难以成功的。这类技术创新可以称之为专业技术创新,它通常是根据专业原理、理论和经验,按照某种目的对系统进行设计(包括创造和发明),然后对其功能是否符合要求进行验证,并初步确定系统的各种参数。

??????? 当系统或函数f在计算机上可以计算时(但有时f(x?,x?,…,x_n)不一定有表达式),则称之为可计算性问题。数学的任务就是要建立数学模型y=f(x?,x?,…,x_n),或者建立其计算的算法(例如集成电路设计等)。当系统f无法计算时,一般可以通过试验来获得系统输出y的估计值,此时我们就称之为试验性问题

??????? 对于参数设计的技术创新,其系统结构并未改变,只是改变了系统的各种参数(包括参数的误差变化),使得输出y达到某种设计要求。这种参数变化的定量研究就属于数学和统计学的研究范畴,已经与专业技术的关系不大,就称之为参数技术创新

??????? 必须指出,系统设计的优劣最后是由参数设计决定的,因为对于给定的系统设计,其功能的优劣表现取决于系统参数(包括误差)的取值。另外,在多个系统进行比较和优选时,考虑的是各个系统的最佳状态,而这取决于各系统的最佳参数(包括误差)的选优。也就是说,定性的专业技术的发挥好坏,取决于定量的参数技术的发挥好坏。所以,定量研究对专业技术的研究发展或技术创新,起着举足轻重、甚至是决定性的作用(这也正是任正非说的“华为真正的核心科技是数学(特别是统计学)”的道理之所在)。当然,若没有专业技术的定性研究,参数技术的定量研究也将无用武之地。

??????? 在技术创新或研发攻关中,遇到的问题通常是一个因素众多的复杂系统。对于复杂系统的研究,建立数学模型或算法是很困难的;但一旦建立,其作用是巨大的,即用计算机就可以做试验了。在实际中,可计算性问题毕竟是少数(且很多情况下还只是近似的),绝大多数都是试验性问题,只能用试验方法进行分析和优化。而且,试验优化的方法和技术对于可计算性问题也适用(即计算机试验)。也就是说,试验优化技术实际上是进行专业技术研究的主要方法和定量工具。相比较于数学技术常有假设前提等严格限制、使用范围窄的特点,试验优化技术是更加实用的参数技术,对几乎所有问题都适用(对极少数可求偏导数的可计算性问题,试验优化技术可能比不上某些数学优化技术的效率)。因此,试验优化技术是绝大多数技术创新和技术竞争的关键,是技术中的技术。

二、突破卡脖子技术

??????? 长期以来,我国受国际上技术封锁之苦,为此付出了极其巨大的代价,一直没有办法破解。其实,那些卡脖子技术(包括高强度或高纯度的材料、高精度的机械、仪器等设备、先进的芯片工艺、航空发动机,等)也并没有什么神秘,它们的创新、研发、设计和制造都跟试验优化技术有关,后者才是高技术的根本之所在和重要途径。

??????? 高技术的重要特征主要是在于对复杂性系统的参数及其误差的优化与控制,包括产品设计和工艺设计两个方面,其目标是追求产品的质量效益。因此,只要很好地使用试验优化技术,那些卡脖子技术是完全有可能破解,甚至超越。这已为大量事例所证实。六、七十年代日本的技术和产品质量超越美国,其秘密武器就是试验优化技术。1988年,莫托罗拉公司(当年唯一获得第一届美国国家质量奖,也是六西格玛(6sigma)管理的发源地)的质量与生产改善顾问Bhote K. R.发表题为“试验设计:通向质量的高速公路”。文中认为:“如果质量是带动公司前进的火车头,那么试验设计就是燃料。它能在一、二年内,不是以百分之五十或百分之百,而是成十倍甚至成百倍地提高产品质量。”

??????? 从技术构成的角度来看,所有的技术无非是由定性和定量这两部分技术所构成,两者相互依赖,但目前定量技术(包括数学和统计学,尤其是试验优化技术)的重要性已越来越凸显。定性技术主要是系统设计,通过文献、创新、模仿、购买样机或样品、专利等办法,多数不难获得。但是,定量技术的获得和使用其实是很难的,其高下常有天壤之别,这一点却往往不为人所知。定量技术是一般专业技术人员的弱项,也是他们的技术瓶颈。

??????? 我国技术创新研发水平不高的一个重要原因是由于科技人员和工程师往往没有很好地掌握试验优化技术(尤其是稳定性试验优化技术),很多甚至不懂试验优化技术及其重要性,因此在技术创新和研究攻关中,就处于低水平或低效率的状态中,使得那些卡脖子技术问题的解决一直难以突破或永久无法突破,就如同大海捞针一般困难。

??????? 只要我们不懈地努力,奋发图强,很好地重视和推广应用试验优化技术,去解决各种技术或产品(包括材料、零部件和设备)的参数优化和误差控制等问题,追求质量效益,那么我国应该迟早能突破那些卡脖子技术和国外的各种技术封锁,甚至超过他们,是大有希望的。

(此文系365体育投注手机网址多少_皇冠365体育投注体育在线_bet365体育投注 英超联赛独家稿件,引用和转载请标明出处)

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