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可拓学:一门中国人原创的学科

2023年07月19日

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图2-12:蔡文

蔡文,研究员,1964年毕业于中山大学。可拓学创立者,中国人工智能学会可拓学专业委员会荣誉主任,广东工业大学可拓学与创新方法研究所荣誉所长。先后被评为国家级有突出贡献专家,广东省优秀中青年专家,并享受国务院颁发的政府特殊津贴。主持完成国家自然科学基金项目5项。主要专著有:《可拓集与可拓数据挖掘》《可拓逻辑初步》《可拓营销》(简繁体)、《可拓工程》《EXTENSIONENGINEERINGMETHODS》(中文简繁体和英文版)、《物元模型及其应用》《物元分析》等。

“中国的科学研究基本上是跟踪式研究,原创性研究少而又少。”杨振宁、李政道两位教授曾在中央电视台上尖锐地批评道。在中国少而又少的三个原创学科中,广东工业大学蔡文研究员创立的“可拓学”是其中之一。

2001年12月2日,北京大学英杰交流中心。中国科学院、中国工程院、中国管理科学研究院、中央党校、国家自然科学基金委员会等部门及北京大学、清华大学、浙江大学、广东工业大学等高校的学者和台湾学者120余人汇聚一堂,参加中国人工智能学会可拓工程专业委员会的成立大会。时任中国管理科学院院长田夫、国家自然科学基金委员会管理科学部常务副主任陈晓田等领导和专家亲临大会现场,中央电视台于次日报道了这一消息。这标志着中国人创立的新学科——可拓学,从基础研究步入了以应用与推广为重点的新阶段。可拓学的创立者,就是广东工业大学研究员、国家级有突出贡献专家蔡文。

“可拓学”的第一篇文章“可拓集合和不相容问题”发表于1983年。它从一个想法变为理论体系,一步步演变成为一个完整的学科。如今,它走出国门,登上世界舞台,为我国发展原创科学迈出可喜的一步。

这里,让我们走近蔡文研究员,听他讲述可拓学这些年的故事。

南华古寺潜心钻研

战火纷飞的1942年,蔡文出生在广东澄海的一个农村家庭。艰苦的生活磨练了他坚毅的性格,也培育了他勤奋好学的精神。他自幼酷爱数学,对这门别人视为枯燥的学问甘之如饴。1959年,蔡文成为当地第一个考入中山大学数学系的学生。毕业后,被分配到广东工学院(广东工业大学前身)当一名数学教师。

"文化大革命"的10年岁月,蔡文大多数时间是在农村、干校、工地、工厂度过的。然而,坎坷的命运并没有磨灭他对数学的痴爱。在业余时间,只要有一张纸、一支笔,他就会立即进入神奇的数学王国,并且用他那被数学训练得周密而富有逻辑的大脑思考日常生活中遇到的问题,用数学知识去解决这些问题。有一天,当他设计一个小工厂的平面配置时,他发现了经典数学的不足:一处长80厘米的地方要放长30厘米的电机和60厘米的变速箱。正当他发愁时,厂长点拨说:把两件东西叠起来放不就行了。蔡文茅塞顿开。这件事引起了蔡文的深思。他发现在日常生活和社会实践中,人们经常会碰到"条件"和"目标"相矛盾的问题,按通常的办法是解决不了的。但许多聪明人脑袋转个弯,就把"不行"变为了"行"。那么,这些"转弯"有没有规律可循?能否用类似数学的方程式来表达?蔡文若有所思,一个想法逐渐在他脑海里形成,尽管还十分模糊。

1972年底,蔡文重返校园。这时学校已改名为广东矿冶学院并迁址至粤北南华寺。蔡文苦读经典数学著作,试图从中寻找解决不相容问题的方法,但他发现,经典数学大多研究解决现实世界中互不矛盾的相容问题,却很少研究或回避那些相互矛盾的问题。他想,矛盾的问题在大千世界里是大量存在的,他下决心在这个充满矛盾的世界里,探索出一条解决矛盾问题的可拓之路。

每当为学生上完课,蔡文就带着馒头一头扎进图书馆。累了就闭目养神,饿了用凉馒头充饥。多少个日夜,在粤北山林里冥思苦想,在寺院昏暗的灯光下耕耘,与哲学家探讨,和数学家争辩……

1978年9月,通过对大量不相容问题的研究,一篇长达80多页、以不相容问题及其相互转化为中心的开创性论文《可拓集合和不相容问题》,终于在蔡文那简陋的斗室里问世了。他迫不及待地把它分别寄往中国科学院主办的《科学通报》和中国科学院数学研究所。在焦虑中煎熬了四个月,他收到的却是《科学通报》没有任何评价的退稿,而数学研究所更是音讯全无。

莫非自己的论文真是一堆废纸?还要不要继续研究下去?蔡文陷入了无边的苦闷彷徨之中。他把论文又拿出来,反复推敲,他发现论文的确存在欠缺,但数学工作者的直觉告诉他,这是一块荆山之玉,只要精心雕凿,定会发出灿烂的光彩。成功属于执着而不畏艰难的人。几载苦研,数易其稿,这篇论文终于在《科学探索学报》上发表。国内14名教授、专家写了书面鉴定,认为蔡文“提出了一个介于数学和实验科学之间的新的学科”。美国著名学者、诺贝尔奖金获得者西蒙教授写来热情洋溢的信,对他的研究表示赞扬。七载耕耘,一朝终有收获。

可拓学的创立是中国人的骄傲

尽管这篇论文得到了高度评价,但蔡文清醒地认识到:一门学科的发展,要经历“概念与思想孕育”“理论与方法的研究”“应用与推广”三个阶段。自己现在刚提出这门学科的概念与思想,而要构建一门新学科,还有很长的路要走,还要付出更多的艰辛。

因为可拓学是原创性研究,没有现成的成果、方法和经验可以借鉴,蔡文只能靠自己去探索,去开拓。谈起当时的心情,他比喻说:“我像是在一间黑屋里,不知从哪里走出去,只好到处摸索,不断碰壁,常常花费一、二年去研究,却因走错路,不得不重来……”

图2-13:中国人工智能学会可拓工程专业委员会成立大会

每当遇到烦恼和挫折,蔡文耳边就会响起1981年北京师范大学模糊数学专家汪培庄教授对他说的话:“全世界二、三千门学科,中国人创立的几乎没有。中国许多学科都是从国外学来的。但是中国人是聪明的,中国人也应该创造一些新学科,让外国人来学。”此时的蔡文感到肩负着一种使命:自己所从事的研究不仅仅是个人的事,而是关系着中国人的科研能力和水平。他立志要为中国人争口气,把可拓学发展成为一门能真正立于世界学科之林的新科学。

1987年,可拓学的第一本专著《物元分析》问世,它建立了可拓学的理论框架。1994年,总结性专著《物元模型及其应用》出版、明确了学科的范畴,建立起学科的理论支柱“物元理论”和“可拓集合论”。接着,《从物元分析到可拓学》、《可拓工程方法》、《可拓营销》等专著相继出版,并在国内外重要学术刊物上发表了一大批论文,使可拓学不断向纵深发展,建立起了初步的学科体系。我国著名科学家钱三强题名的《软科学手册》将可拓学列为中国人创建的新学科之一。

1985年以来,蔡文等先后在广州、上海、北京、大连、杭州、宁波等地召开了15届可拓学年会,在台湾举办了三期可拓工程讲习班,并到美国、西班牙、罗马尼亚、日本、意大利、香港等地讲学,组织了海内外一支千余人的研究队伍,使研究队伍从广东发展到全国(包括香港和台湾),又发展到美、日、南美洲等地。近几年,美、日等地不者不断前来学习可拓学。1999年,中国科学院等主办的《科学通报》发表了综述文章“可拓论及其应用”,介绍了可拓学的阶段性成果。目前,可拓学已培养了19期61位研究学者,他们来自20多个省市,形成了一支可拓学研究骨干队伍。

海外的学术刊物和国际会议论文集陆续发表了一批可拓学研究成果:中国的科学出版社2003年出版了英文版的专著Extension Engineering Methods, 中国的科学出版社和美国教育出版社于2013年联合出版杨春燕教授和蔡文教授合著的英文版专著Extenics: Theoy, Method and Application。美国、日本、印度等国的学者多次撰文介绍这个学科,可拓学逐渐为海外学者接受和认可。美国、印度、德国、罗马尼亚、委内瑞拉、日本等国学者积极参与研究,形成国际可拓学科学共同体,他们发表论文、出版专著,开展了可拓学在各领域的应用研究。

媒体一直关注这门中国原创学科的成长:1985年7月21日,《南方日报》头版头条报道第一届物元分析学术讨论会;1985年9月21日、22日《羊城晚报》相继刊登连载“可拓之路”;10月3日《人民日报》海外版发表了《物元分析及其创立者》;光明日报、科技日报、经济日报等多家报社对可拓学进行了报道。新华社做了视频“采访可拓学共同体会议和蔡文研究员。”

2004年2月,以中国科学院院士吴文俊和中国工程院院士李幼平为首的鉴定委员会在对蔡文等的项目“可拓论及其应用研究”作出正式鉴定,鉴定书中写道:“经历20多年连续研究,蔡文研究员等人已经建立了一门横跨哲学、数学与工程的新学科——可拓学,它是一门由我国科学家自己建立的、具有深远价值的原创性学科。”

可拓学的应用与传播

一门学科的生命力在于应用。从1984年开始,可拓学在广东工学院举办了七个工厂厂长带队参加学习的培训班。从1988年开始,蔡文和同事们一起先后承接完成了国家自然科学基金项目“决策系统中处理矛盾冲突问题的规律研究”“转换桥的理论和方法”“关键策略的生成方法与协调问题”等,加速了可拓学的推广应用。1998年以来,他们先后在穗、京、津、沪、宁、鲁、港、台、澳和深圳、珠海等地多次举办“可拓营销”“产品创新的可拓方法”等培训班。

1997年,《可拓工程方法》一书出版,这标志着可拓学在应用方面取得了里程碑式的进展。目前蔡文和他的伙伴们广泛开展了可拓学在计算机、人工智能、管理、决策、控制、设计等领域的应用研究,并尝试制造一些应用可拓理论的产品,显示了可拓学极高的应用价值和广阔的应用前景,正如《科学通报》发表的"评《可拓工程方法》"一文指出:可拓学是一门充满生命力的学科,它的创立是中国人的骄傲。

2012年,蔡文开始招收国际研究学者,美国、罗马尼亚和印度等的教授和工程师先后到广东工业大学学习和研究可拓学。目前已招收5期国际可拓学研究学者。前三期在广东工业大学举办,第四期可拓学国际研究学者班于2013年5月在罗马尼亚科学院举办。“这就意味着可拓学真正地走出国门了。”2013年8月,首届可拓学与创新方法国际研讨会在北京成功举办,有9个国家120多名学者参加了会议,更是推动可拓学走向世界的科学殿堂。2013年和2014年,蔡文和他的合作者先后到欧美讲学,受到了热烈的欢迎。在匹兹堡讲学时,华裔人士在听完报告后十分激动: “过去,我们只知道欧美的科学和技术传到中国去。今天,看到中国的科学理论传到美国来,真了不起!”

可拓学为解决林林总总的矛盾问题开启了一道“阀门”。这一历经30余年研究的可拓创新方法,与俄罗斯的TRIZ理论、美国的创造学并称为世界上比较成熟的三个创新方法。

2012年,罗马尼亚科学院机器人研究室主任Luige Vladareanu教授到广州学习、研究可拓学,与蔡文签订了国际协议,由Luige Vladareanu教授、蔡文研究员、杨春燕教授和李卫华教授等合作研究可拓学在机器人领域的应用。其后,合作项目“The Extended Hybrid Force-Position Control of the Robotic Systems”申报了罗马尼亚的专利,于2014年参加了日内瓦国际发明博览会,获得了金奖,其后又获得了罗马尼亚教育部和科技部的金奖。

可拓学的第7期研究学者、青岛大学杨国为教授与青岛双星集团合作主持国家863计划“鞋类产品和谐智能计算机辅助概念设计(CACD)系统研究”项目,促进企业年增利润约为427万元,已增利润1281万元,获得2012年吴文俊人工智能科学技术奖进步奖二等奖。

中国工程院谭建荣院士团队将可拓创新方法应用于机械设计领域,取得了令人瞩目的成绩。他在全国第13届可拓学年会上作专题报告,生动地展示了可拓学在制造业升级、绿色制造、节能减排等方面的应用成果及其广阔的前景。

2016年7月8日,在香港召开的第一届全球华人品质峰会上,蔡文研究员和杨春燕教授应邀发表可拓学的主题演讲,将可拓学引入华人质量圈。针对不同领域的矛盾问题,杨春燕教授、李卫华教授、李兴森教授等根据可拓策略生成的基本方法,开发了解决具体领域不相容问题的可拓策略生成系统,并申请了软件著作权。目前,可拓论的成果已经被众多学者成功应用于工程、信息、经济与管理等领域,包括用计算机解决一些行业矛盾问题的大批软件和专利。

可拓创新方法是一种新的方法论,对培养学生的创新思维能力很有作用。香港、深圳、宁波、茂名等地的可拓学研究者已开始把它变成易为少年儿童接受的可拓创造法,在中小学推广。在深圳,“可拓创造的奥秘”讲座使可拓创新方法进入福田小学、莲花中学、碧海小学、景鹏小学、下沙小学、梅山小学等学校。2016年7月4~10日,中国人工智能学会可拓学专业委员会副主任兼秘书长、浙江大学宁波理工学院管理学院副院长李兴森教授为宁波市中小学校长、骨干教师培训可拓创新思维与教育创新,引起了教师们的浓厚兴趣。课后,部分教师代表反映,可拓学在教师教学方法改革、提高课程有趣度和提升学生创新思维方面有巨大的潜力,建议在中小学素质提升课程中增加可拓学的内容或编写中小学版的可拓创新潜能开发教材。

图2-14:“可拓论及其应用研究”成果获中国人工智能学会首届“吴文俊智能科学技术奖”创新奖一等奖

三十多年来,蔡文和他的科研队伍做了四件事。一是建立了初步的理论框架——可拓论;二是发展了自己特有的方法体系——可拓创新方法;三是将这套理论体系和方法应用到诸多领域——可拓工程;四是建设可拓学研究队伍。可拓论、可拓创新方法和可拓工程构成了可拓学。

回首自己艰辛的科研之路,蔡文十分感慨:“1986年,在广东省政府支持下,建立了专职从事可拓学研究的机构,广工大特批我脱产专门从事可拓学研究,还给我配了助手。从1996年起,每年拨给4万元的科研经费。更重要的是,为我创立了一个非常宽松的研究环境。当年省科协的领导对我说,‘你不犯法,我们不管你',使我在自己的研究领域享有充分的自由。在中国,能为原创性研究提供这么好的环境,是极为罕见的。”

2017年8月,中国科学技术协会向蔡文发出聘书,聘请他为“全国可拓学首席科学传播专家”,吹响了在全国进一步传播可拓学的号角!

(原文刊载于《广东工业大学报》192期2版 文字:文志峰 林梓豪 供图:李剑明)

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