吳崇建

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

科學意識是艦艇創(chuàng)新的重要維度

吳崇建

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

創(chuàng)新具有巨大的不確定性與風險。據統(tǒng)計，在發(fā)現（Discovery）、發(fā)明（Invention）和創(chuàng)新（Innovation）三者中，只有不到1%的發(fā)現和發(fā)明能夠轉化為創(chuàng)新并最終得到應用。推動創(chuàng)新思維成功轉化的核心要素是創(chuàng)新者的科學意識，這對艦艇之類開放的復雜巨系統(tǒng)工程尤為重要。許多優(yōu)秀的創(chuàng)新思維之所以沒能走向成功，是因為缺乏該維度的認知預警。增強科學意識就是為了識大體，形成整體的視野與慣通的眼光，保證創(chuàng)新設計走大道正途，在前進中把控風險。

科學意識；創(chuàng)新；艦船設計；減振降噪

0 引 言

“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”是當前國家創(chuàng)新發(fā)展的重大舉措，也是艦艇實現跨越式發(fā)展和“彎道超車”的根本推動力。當今國家重大工程創(chuàng)新群體持續(xù)年輕化，他們學歷高、基礎理論扎實、思想活躍，也積累了一定的工程經驗，但部分人的科學意識較為缺乏。

人們習慣將工程經驗與科學意識畫等號，認定科學意識也是自然積累的過程，其實正好相反。在西方國家，高學歷人士缺乏科學意識的亦不在少數，盡管工作經驗日漸豐富，卻降格為科研團隊中的“藍領”，甚至不能成為創(chuàng)新團隊的技術骨干；倒是許多領軍人物，未必學歷高，但有較高的科學意識。這種現象哪個國家都有，但歐美國家表現得更為顯性。

1 什么是科學意識

人們對意識并不陌生，比如質量意識、品牌意識、就業(yè)意識和創(chuàng)新意識等?？茖W百科中對意識的定義為［1］：“意識是具體事物的組成部分，是人腦把世界萬物從具體事物中抽象出來的絕對抽象事物或元本體，是具體事物存在、運動和行為表現的普遍性規(guī)定和本質，是每個具體事物普遍具有的自主、自新、自律的主體性質和能力?！?/p>

意識還有許多別名：中國人稱它為道、天道、靈感、方向感；外國人稱它為必然性、絕對精神、意志等。當代還有很多人稱它為規(guī)律、法則。意識的目的是為了實現有序化和條理化。

比經驗更重要的是工程研究的方向感［2］：一種帶有些許神秘，對創(chuàng)新超前感知和判斷的能力，這便是“科學意識”，它使創(chuàng)新更具指向性，同時又能把控創(chuàng)新中的風險。錢學森等［3］高度概括了科學意識下的方法論：“由于系統(tǒng)（導彈）的復雜性，要把科學機理和經驗知識結合起來，把人對客觀事物的星星點點知識綜合集中起來，解決問題?！?/p>

2 科學意識決定成長高度

著名數學家周海中［4］指出：“機器人在工作強度、運算速度和記憶功能方面可以超越人類，但在意識、推理等方面不可能超越人類。”許多科學家都談到科學意識是人類最寶貴的財富，它決定青年設計師未來的成長高度！

科學意識和推理是人類獨有的（圖1），是科研創(chuàng)新的重要維度，一種更加寶貴的潛能，要有意識地養(yǎng)成?！芭懦龣C遇因素，科學意識基本劃定了您是機器人水準、藍領、白領、大師級別或領袖級別”。如航空母艦或其他水面艦艇一樣，潛艇減振降噪［5-10］也是“開放的復雜巨系統(tǒng)”。從簡單到復雜、從量變到質變，巨系統(tǒng)設計師尤其要養(yǎng)成科學意識，找準宏大科研攻關的方向感，發(fā)現持續(xù)改進的要素，掌握體系貢獻率，從而把控風險。

圖1 科學大腦和科學意識決定了遇到新事物或困難時的第一反應Fig.1 Scientific brain and scientific consciousness determine the first reaction when new phenomena or difficulties are appearing

3 “新紀元描述科學”是重要的科學意識

巨系統(tǒng)的認知方式不能等同于簡單系統(tǒng)。

錢學森對此有深刻的認知。在科學發(fā)展的歷史上，一切以定量研究為主要方法的科學被稱為“精密科學”，而以思辨方法和定性描述為主的科學則被稱為“描述科學”［11］，他們構成發(fā)展的兩個車輪，呈動態(tài)演進。自然科學多半屬于“精密科學”，而社會科學則多半屬于“描述科學”。

“描述科學”不斷演進為“精密科學”，從而推動科學技術不斷發(fā)展。吳有生院士關于船舶結構彈性力學向水彈性力學的演進，就是“精密”向“更精密”的演進。從不完整的定性到比較完整的定量，將實現從定性到定量的跨越。

“描述科學”處于時間坐標的前沿（圖2），總是先有“描述科學”而后演進為“精密科學”。面對重大創(chuàng)新或未知探討，我們總是在“描述科學”與“精密科學”之間切換并呈螺旋式上升。迄今，社會科學的大部分和工程科學的少部分仍停留在“描述科學”階段。在計算機、數值計算和商業(yè)軟件高度發(fā)展的時期，工程界似乎遺忘了“描述科學”的存在！

圖2 “描述科學”不斷演進為“精密科學”是科學技術的持續(xù)深化和進步Fig.2 Evolution from descriptive science to exact science indicates improving and progressing of science and technology

創(chuàng)新總是在未知中探索。在“新紀元”時期，“描述科學”也是重要的科學意識。誰掌握了“精密科學”，又對新認知的“描述科學”有一定的超前認識，誰就能領先一步成為創(chuàng)新的領袖。從事巨系統(tǒng)（如艦艇減振降噪）創(chuàng)新攻關的設計師，總是要面對無法獲得完整的“精密科學”描述的問題。不要為此感到遺憾，也不要因此而輕視“描述科學”，它不是“模糊”狀態(tài)，而是站在精密科學的臺階上向更高層級未知的創(chuàng)新探索。

4 科學意識的培養(yǎng)

關于科學意識的培養(yǎng)，喬布斯本人的描述頗有借鑒意義［12］：“當你的心能夠完全沉寂的時候，你的視野便擴展開來，于是你便看到了那些你原來看不到的東西，這就是創(chuàng)新，也是我認為的創(chuàng)新所能夠達到的最高境界。設計師如果能夠真正全心全意為客戶著想，以客戶為中心，全然地利他，依然可以調動內心深處的靈感，而不是抵觸甚至抵抗別人的創(chuàng)新和變化?！?/p>

4.1 意識不是經驗的自然延伸

經驗多當然好，但也有短板，一旦流俗，即因循守舊，得過且過，或機械模仿，或單純的經驗總結，便難以自我進階為科學意識。

案例1：“失敗是成功之母”，一定要分析敗因。

能夠從成功或失敗的經驗中凝煉有序思路，掌握其必然性，并總結提升成規(guī)律、法則和方法，人的悟性才會提高。

比如某潛艇的低頻強線譜，十年理論探索，不得其解。依靠傳統(tǒng)的傅里葉變換、譜分析，找不到對應的噪聲源。會不會是傳導波形發(fā)生了轉換？沿著新思路，發(fā)現了螺旋槳的水母模態(tài)。其作用機理——螺旋槳通過傳導在潛艇另一端滋生出新線譜及旁瓣，與傳統(tǒng)噪聲源頻譜識別不同——輻射噪聲與結構噪聲并不是精確的頻點對應。

案例2：既要勇于“逢山開路”，也要敢于“過河拆橋”。

要達到安靜型，中國潛艇有兩條追趕路徑：顛覆路徑和成功路徑。這里重點討論成功路徑。

“逢山開路、遇水搭橋”表現的是勇往直前、“天道酬勤”的豪氣。德國、俄羅斯等是潛艇減振降噪技術先進的國家，中國是追趕方。邏輯上沿著他們的技術路徑，直面問題、解決問題，我國潛艇也一定能到達“安靜的彼岸”。但經常的情況是，當理論解釋與試驗相悖時，我們習慣于繞道前行。在堅持實踐結果時，只靠繞道并不能解決問題，在繞過去之后還要敢于“過河拆橋”——尋求新理論、多路徑解釋上的突破。立志成為優(yōu)秀的減振降噪專家，不能靠自然進階，一條道走到黑，更不能把教科書上的理論當“悟道”，走向教條。

對于潛艇整體振動模態(tài)分析，20年前就有計算結果。很容易得到“呼吸模態(tài)”數值解。但實艇在低、中、高航速一直未測量到“呼吸模態(tài)”。是因為技術原因測不到，還是根本就沒有被激發(fā)？伴隨質疑的還有：

1）潛艇總振動模態(tài)是否已經成為輻射模態(tài)？

2）這些模態(tài)是否被激發(fā)并有效輻射噪聲？

3）低階、整體模態(tài)是否掩蓋了真正的聲輻射模態(tài)，從而導致誤判？

因此，單純依賴總結提高，科學意識的自然進階是小概率事件，悟性雖有所提高，然非大徹大悟，達不到相當層級。只有那些善于在實踐中不斷整理事物或事件之間的深度邏輯關系，同時有廣博知識量，對諸多矛盾點進行深度挖掘、廣泛邏輯推理，不武斷下結論，洞察事物背后的蛛絲馬跡者，方能不斷提高判斷能力，增強科學意識。

4.2 試驗對工程師認知的意義

眾所周知，理論要聯系實際。設計師參與試驗、設計試驗是理論聯系實際的最好方式。國內設計師不重視試驗能力的培養(yǎng)和對試驗的深度解讀，甚至不關心試驗過程只關心結果。

除了成熟和傳統(tǒng)的試驗外，創(chuàng)新試驗結果總是存在多重解釋。任何試驗都帶有與生俱來的缺陷。所以試驗要有強烈的指向性，以減少其“旁瓣”損失。試驗是設計出來的。聽起來讓人擔心試驗造假，其實大可不必，因為試驗后面還有實艇考核。對于試驗的考核，科學家靠重復性和科研道德，工程師則靠實艇。專業(yè)分工分家確實會將工程問題復雜化，這要靠體制改革來解決。

R.G.White指出：“理論計算都是工程的某種近似描述”。受“中庸”文化的影響，中國學者容易將書本理論當成真理，滑向教條。認為理論沒有錯，往往是應用出錯。創(chuàng)新是對現有理論的突破——包括深化、修正與演進。缺乏知識的廣泛性和多視角解讀與研判能力，就愛鉆牛角尖，就是體育界常說的“缺少閱讀比賽的能力”，容易釀成風險。不以試驗結果而以理論去教條地爭議，必然停留在淺表層無休止的轉圈。中國缺試驗，要牢記試驗驗證，經過體系化驗證的理論計算才可放心使用。

4.3 團隊的互補性和巨大張力

針對巨系統(tǒng)，錢學森指出：“這里提出的定性與定量相結合的綜合集成方法，是研究處理開放復雜巨系統(tǒng)當前唯一可行的方法……”［11］。

科研過程可以多樣性，可以“似是而非”。但工程創(chuàng)新結果只有“是”或“不是”。構成唯一終極結論的科研過程并非單一指向性，而是多通道。開放的復雜巨系統(tǒng)往往集復雜、矛盾于一身，甚至是無法全部自圓其說的統(tǒng)一體。中國的減振降噪如此，德國、俄羅斯也是這樣，我們要有思想準備。

巨系統(tǒng)的復雜性決定創(chuàng)新需要多維度判斷，不可能期盼單一、完整的精密解。有的設計師知識面寬而不深，有的深而不寬。團隊的專業(yè)融合、聯合攻關，正好可以彌補個體能力的不足。這是團隊對開放復雜巨系統(tǒng)固有的互補能力，達成新的知識平衡，產生“化學反應”，既能形成創(chuàng)新的巨大張力，又能更好地把控風險。否則，就有可能淪為守舊的堡壘，相互掣肘。

之所以有的創(chuàng)新變成“創(chuàng)退”，是因為在“懸崖”這個維度缺乏知識預警。探討科學意識，就是為了識大體，形成整體的視野和慣通的眼光。這樣搞設計、做創(chuàng)新，才是大道正途，才能在前進中把控風險。

5 科學意識決定第一反應

科學意識決定人們面對新生事物或創(chuàng)新時的第一反應。第一反應正確了，往往事半功倍；反之，則可能步入歧途。尤其重要的是，一旦形成思維定勢，改變總是很困難！

錯誤思維定勢的形成，往往是潛在邏輯支撐點少，形成“缺項自閉”。一些有天賦的年輕研究者，對“點”研究深，對“面”寬泛性不夠?？赡艽嬖?0個邏輯點，他只認識到5個，當自信遮蔽雙眼，自然就覺察不到風險。最終結果還沒出來，就堅信分析正確、技術路線已經洞察透徹，急于下結論。因此，年輕研究者要增加知識寬度與縱深，做有準備的大腦，警覺短板與風險點。

沒有量的積累、尚未歸納出變化規(guī)律，就不可能形成良好意識下的首次選擇，更多依賴現有知識，進行主觀或傳統(tǒng)邏輯關系判斷，出錯便可能成為大概率事件！

科學意識是良好的基礎功力“附體”實踐，不斷邏輯推理，隨時間流逝的產物［2］。基礎理論是軟實力，“科學意識”則是硬實力。如果沒有建立良好的科學意識，面對巨系統(tǒng)會迷失科學研究的方向。第一反應不正確，使蠻勁只會更加偏離正確方向?？茖W意識難培養(yǎng)，我們總結的經驗是：

1）加強多專業(yè)融合和互動；

2）多分析典型案例；

3）團隊在某段時間集中于一個話題或者共同研讀某本專著；

4）研究國際“大家”審視問題的視野和思維方式；

5）讓年輕設計師親歷創(chuàng)新全過程，包括成功、失敗和反復的過程。

案例3：在某型潛艇聲學改進中決定“減去”結構上約2 t的阻尼材料。當時大多數意見趨向認為風險和失敗的幾率大于成功的幾率。不同的視角產生不同的推論，問題的核心不是阻尼材料能否抑振，而是結構剛度與阻尼控制相比，哪種方式更合理，對體系的貢獻率更高。于是，將原先零散的4個邏輯判據增加到7～8個有序的因果邏輯關系，最終形成確切數據鏈，并導致了成功。

該案例具有普遍性。成功之后再回頭評價改進動因、分析錯誤原因，就是一本活的科學意識教案：有了正確的材料、在正確的地方還需正確應用理論。該案例的成功是在多專業(yè)融合下，對設計師觀念的一次成功“顛覆”。雖是一次大膽超前的預判，卻是10年積累形成的第一反應。在工程實踐中，因數據鏈不足導致分析錯誤、出現風險的例子比比皆是。

6 嚴謹與自由結合的果實

西方科研人員涉獵的知識面相對比較寬泛，而且尤其重視仿真數據、模型測量與工程實際之間的邏輯關系及符合性，體現出大局觀和總體把控能力，其實就是科學意識較強。

比較而言，中國科研人員基礎知識更好，尤其擅長數學、物理等基礎學科，本應成為深入研究的強項和保障。但是，中國學者的基礎優(yōu)勢并未轉化為技術領域帶頭人評聘的加分項，而降格為科研骨干甚至是“藍領”的現象比比皆是。許多中國設計師面對繁復的數學推演可以信手拈來，對數學、物理方程有天生的親切感，習慣于理論推導，骨子里認定試驗是“附加的”和“重復性正確”。不關心試驗的復雜性和多樣性，將成為最大的風險。理論研究不修正，好比射擊不瞄準！一旦形成思維慣性，便是天生短板、未來成長的“天花板”。

不是所有知識積累都對形成科學意識是正能量，也可能產生負能量！基于多年的工程實踐，作者認為：“科學意識是長期科學嚴謹與自由思考的產物。而關于邏輯關系的獨立思考和有意識的修煉是關鍵”，如圖3所示。

圖3 科學意識的4項基本構成要素，重點是建立邏輯推理能力Fig.3 Four essential elements of scientific consciousness，and the major of which is to construct logical reasoning ability

理論計算或仿真研究不做試驗校驗，是程序性缺失。有的設計師不把試驗當成不可或缺的能力，最多也只當一項技能，以為可以沒有交叉驗證、復驗。一些中國研究人員甚至不認為自己應該學會使用測量儀器，所以主動、嚴格的試驗設計和測量能力也就無從談起。

產生上述現象的根源主要有3個：一是受“差不多”文化影響，缺乏嚴格的科研考核機制；二是以往科研經費匱乏，難以開展大型試驗，形成科研習慣，現在經費雖不那么緊缺，但碩、博培養(yǎng)已進入“批發(fā)模式”；三是數學基礎好的學生更容易進大學，重數學、輕試驗代代相傳。而邏輯能力強卻很難在學院和研究機構成為加分項，進階考核機制演變成了自廢武功的過程。

科研自由對科學意識的養(yǎng)成有著巨大的幫助。西方人學習聲學理論，教授和學生習慣于研究和解釋現實中的各種聲學問題。例如，直到今天，在JSV或JASA等頂級專業(yè)期刊上每年都會發(fā)表十數篇研究100多年前教堂鐘的發(fā)聲和鐘的聲波形態(tài)的論文。這在中國是不可思議的！因為這種自由、愛好、自我約束，全然不受功利裹挾，壓根就不是中國的科研文化。歐洲學者可以有興趣，可以沒有利益，他們追求的是工程科學中的樂趣！

這樣的探索，不僅沉淀嚴謹、形成文化，也能產生潛效應——對工程問題的解讀和邏輯理解方式大不一樣，成為興趣使然下的學以致用。而中國科研已進入“快餐”時代，科研人員急于讓知識變“成果”、變GDP。兩者“交叉裹挾”下的中國科研現狀與歐式興趣推動下的科研相比特點迥異！我們應該在科學的嚴謹與自由面前，重新考量并形成新的科研觀！

7 結 語

減振降噪和艦艇總體一樣，都是巨系統(tǒng)工程。科學意識是其創(chuàng)新的重要維度。設計師在強烈的創(chuàng)新欲望中，要注重解讀中外艦艇成功或失敗案例背后的技術秘密，建立科學意識，打造“中國好潛艇”，實現艦船跨越式發(fā)展、“彎道超車”。精品工程是科研“攻關”長期過程后的趨同性結果，也是“工匠精神”的實踐過程，不能一陣風吹過！

本文恐有不妥之處，作3點說明：其一，許多觀點雖從工程出發(fā)、或抽象或總結，仍希望從具體（點）到一般（面）；其二，文中摘錄人物經典語錄，若有爭議，斷不是“語錄”有錯，更無選擇性摘錄之主觀意愿，皆因本人學淺才疏、解讀不夠準；其三，“洋為中用”，或西方或國內，任何民族都有優(yōu)缺點，揭示“矯情”，乃望揚長避短，絕無貶損之意。

［1]科 學 意 識 的 定 義［EB/OL］.［2016-07-27］.http://baike.baidu.com/item/意識本體/6301140.

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Scientific consciousness:an important dimension in ship innovation

WU Chongjian
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

Innovation features huge uncertainties and risks.According to statistics,less than one percent of discoveries and inventions convert successfully into innovations and real applications.The key element in converting innovative ideas into applications is the scientific consciousness of the innovators,which is very important for such open,complex and large-scale system engineering as naval architecture.Due to the lack of early warning for the cognition of dimension,many innovative ideas fail to convert into successful applications.Thus,enhancing scientific consciousness is important for holding the general interest and forming an integral vision of innovation so as to lead innovative design to the correct roads and approaches,and control risks in advance.

scientific consciousness；innovation；ship design；noise and vibration reduction

U662.2

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.001

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170727.1008.002.html期刊網址：www.ship-research.com

吳崇建.科學意識是艦艇創(chuàng)新的重要維度［J］.中國艦船研究，2017，12（4）：1-5.

WU C J.Scientificl consciousness： an important dimension of ship's innovationg［J］.Chinese Journal of Ship Research，2017，12（4）：1-5.

2017-07-10< class="emphasis_bold">網絡出版時間：

時間：2017-7-27 10:08

吳崇建，男，1960年生，博士，博士生導師，集團公司首席技術專家。研究方向：潛艇總體研究與設計，噪聲與振動控制