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學術研討>>學者傳真

程耿東:“力”的學以致用

吳琳 呂東光  2019年04月08日08:40  來源:光明日報

【學人小傳】

程耿東,1941年生于江蘇蘇州,1964年北京大學數力系畢業,1968年大連工學院研究生畢業,1973年起在大連理工大學任教,1978年至1980年赴丹麥訪問,1980年10月獲丹麥技術大學博士學位,1995年當選為中國科學院院士,1999年及2000年分別獲丹麥阿爾堡大學及比利時列日大學的名譽博士,2011年被選舉為俄羅斯科學院外籍院士。長期從事工程力學、計算力學和結構優化設計研究。20世紀70年代參與完成了水塔支架的標準設計及汽輪機基礎強振分析程序,被多家設計院所采用。提出了結構靈敏度分析的半解析法,為很多結構優化程序采用。在結構拓撲優化研究中指出奇異最優解可行域的正確形狀,并提出求解奇異最優解的松弛算法,被認為在該研究領域具有里程碑意義。近年來,他帶領團隊結合國家需求,在航天領域多種運載器的輕量化設計等方向開展工作。著有論文200多篇、著作5部、譯著2部,曾兩次獲國家自然科學二等獎。

【求索】

冬日的大連,海風刮人臉上似柳條抽打,陣陣發痛。就在這樣的天氣里,大連理工大學1號實驗樓前,總能看到一位白發老人步履輕快、單肩挎著公務包走進樓內,他就是大連理工大學原校長程耿東院士。

“我是幸運的,趕上了改革開放的好時代”

程耿東有一個很多人羨慕的“標簽”——他是改革開放后我國首批派出的訪問學者中第一位獲得博士學位之人。這件事留傳至今,在大連理工大學已不是一條“信息”,而是一則“故事”。

1964年,程耿東從北京大學畢業后來到大連理工大學(時為大連工學院)讀研究生,1968年研究生畢業后去北大荒軍墾農場勞動一年,之后又在沈陽八十八中學當了三年半教師。

程耿東的才華,早就因其優異的研究生考試成績闖入了大連理工大學第二任校長錢令希院士的視野。錢令希經常寫信給程耿東以鼓勵和關懷,他出差和開會到沈陽,也要來中學看看程耿東,叮囑他業余時間鉆研學問,不要荒廢專業知識。

1973年,我國高等學校科研和教學開始恢復,錢令希抓住國家允許為科技專家配備助手的短暫機會,把程耿東和林家浩兩位力學基礎扎實的學生從外地調回了大連理工大學。

“發展科學事業就要有人才。”在這樣的堅定信念支撐下,錢令希頂住壓力,匯集、保護了包括程耿東在內的一批人才。

群賢畢至,群星璀璨。沐浴著改革開放的春風,在錢令希“力學要服務國民經濟發展建設”的感召下,大連理工大學大力開拓計算力學事業,強調將力學與工程相結合,在用計算力學解決重大工程關鍵結構的力學分析問題上,發揮了重要作用,奠定了大連理工大學計算力學在國內的領先地位,并在國際上產生影響。而這段經歷也為程耿東日后投身服務國家重大需求打下了基礎。

1978年,對當時37歲的程耿東來說,他迎來了人生的第二個“春天”。國家選拔人才,除了恢復高考以外,還有一項措施就是首次實行通過考試選拔公派出國人員。

接到參加英語考試的通知時,程耿東正在機房里算題,他“像做夢一樣不敢相信”。1978年6月通過留學英語考試后,他成功入選,于1978年年底以訪問學者的身份被派往丹麥技術大學固體力學系學習深造。

回顧過往,程耿東說:“我是幸運的,趕上了改革開放的好時代,搭上了改革開放后出國留學的首輛列車,一方面學到了很多知識,另一方面也改變了命運。”而這則“故事”已成為大連理工大學重視人才、愛惜人才的一段“美談”,作為立德樹人、人才培養的“佳話”代代流傳。

“我是個經常會有不同想法的人”

臨行前錢令希的深切囑托,國家力學事業對人才的急切渴望,使程耿東倍加珍惜這次難得的學習機會。他一到丹麥就發奮讀書,時間精確到分分秒秒,不到兩個月,眼睛就累得紅腫發炎。

“從骨子里說,我是個思想不安分、經常會有不同想法的人。”程耿東說。在丹麥技術大學期間,他的博士論文題目最初是導師奧洛霍夫教授給確定的。但隨著研究深入,程耿東產生了新的想法,基于這一想法也取得了新的研究結果,只是這一研究成果與導師的預期完全相反。

也就是說,程耿東“反彈琵琶”,推翻了導師的思想。

令程耿東敬佩的是,奧洛霍夫對這名顛覆了他思想的學生非但沒有生厭,反而非常高興地讓程耿東作為第一完成人發表論文,把自己的名字署在了程耿東的后面。“第一完成人對我來說很重要。丹麥博士論文的研究工作,是我后來當選院士、獲得國家自然科學二等獎的主要工作。”

奧洛霍夫和程耿東同歲,他們至今保持著友好交往。2015年,這位令人敬仰的導師寫信,建議程耿東競選國際結構和多學科優化協會主席,結果程耿東成功當選。

1988年,丹麥學者Bendsoe及美國學者Kikuchi提出了結構拓撲優化的均勻化方法,開創了結構拓撲優化的新方向。在這一新方法中,很多基本思想和方法跟程耿東當年博士論文的研究內容有著密切聯系。

程耿東的博士論文被認為是結構拓撲優化領域的先導性、開創性工作,引領了近30年結構拓撲優化的發展,影響深遠。

從1979年4月正式注冊攻讀博士學位開始,程耿東僅用一年半時間就通過了五門課程的考試,完成了博士論文,獲得了博士學位,成為改革開放后國家派出留學人員中第一個獲得博士學位之人。

當年在丹麥的中國留學生非常少,程耿東有很多機會和丹麥社會接觸,但面對良好的學術環境、優越的生活條件,他“沒有一閃念有不想回來的想法”,而且這種信念很堅定,從未動搖。問其原因,程耿東表示,國家經濟正在全面復蘇,現代化事業需要人才,這一直激勵著他發奮學習、報效祖國。

回國后,程耿東在原有的研究基礎上繼續探索,在他擔任副校長的十年間,為保持科研工作的持續性和創造性,大連理工大學校領導支持他每年都抽出一段時間去丹麥,繼續與那里的科學家進行密切的科研合作。

程耿東的學術研究一直保持著旺盛的上升勢頭,多項研究工作受到國際同行的廣泛認可。他對實心彈性薄板的研究被稱為近代布局優化的先驅。他提出半解析法靈敏度分析法,運用此理論開發的軟件,在機車車輛和航空航天領域得到了廣泛應用。

從20世紀90年代起,程耿東歷經十年探索,解決了結構拓撲優化設計中一直被困擾的“奇異解”難題,被認為具有里程碑意義。

由于程耿東在結構優化領域的先導性工作和開創性貢獻,1995年當選中國科學院院士。1992年、2006年兩次榮獲國家自然科學二等獎。1999年及2000年分別接受了丹麥阿爾堡大學和比利時列日大學授予的名譽博士學位。2011年被選舉為俄羅斯科學院外籍院士,2015年當選國際結構和多學科優化協會主席。

“制度枷鎖被打破,人的活力被激發”

2018年12月18日,收看完慶祝改革開放40周年大會后,程耿東難抑心中的激動:“改革開放40年來,制度枷鎖被打破,人的活力被激發,我的追求在祖國日新月異的發展中得到了實現。我真心感謝改革開放,改革開放提供的大環境使我們有了發揮自己才干的機會,我們這一代生逢其時。”

有人形容程耿東是“力拔山河”。他曾參與多項國家重要裝備的研制,帶領團隊通過結構優化設計給“長征”火箭減重645公斤,提升了運載效率,降低了發射成本。

在火箭關鍵部位的結構設計上,程耿東又是一枚“定海神針”,特別是火箭集中力擴散的共性問題,即在關鍵傳力部位的設計上,如何把助推火箭幾十噸、上百噸的巨大推力通過傳力點,傳遞給“大火箭”。

集中力擴散的共性問題,不只是在助推火箭與主火箭的連結處,在航天結構的其他部分,也都存在這樣的情況,即把一個很大的集中力合理分布到其他層面上,使其均勻受力,否則就是災難性后果。

由于火箭壁殼很薄,4個助推火箭與芯級聯結捆綁的傳力點周圍空間有限,火箭點火后,如何保證能把巨大推力通過傳力點在有限的空間中迅速擴散到薄壁殼上。這考驗著程耿東和他的團隊。

在程耿東的指導下,團隊終于找到了問題的癥結所在,在于集中力擴散拓撲優化設計的列式上。隨著對這一問題認識上的澄清,程耿東又指導科研人員逐一解決了優化列式模型建構、高效求解算法建立及拓撲優化結果的后處理等“卡脖子”問題。

從提出拓撲優化研究思路,到給出設計概念,到結合具體工程的設計完善,到形成真正的結構產品,再到1比1原尺寸的大型現場實驗,“爭奪高新技術制高點”,打造國之重器,程耿東不僅貢獻了自己的智慧,而且還帶出了大連理工大學力學系一支以李剛、王博、亢戰為代表的年輕團隊。

面對每一項攻關,這個肯于吃苦、甘于奉獻的集體少則3個月多達1年駐扎在研發基地,摸爬滾打。

“科研人員唯有不斷創新,才能在改革開放大舞臺上做好大文章”

由于長期管理學校與企業、科研院所的合作,程耿東逐漸認識到,在很多情況下,工廠有了一個問題,高校就去解決一個問題,一旦問題解決,合作關系也就結束了。高校教師與企業的對接關系不穩定,解決企業的問題零散,形成不了創新鏈條。

程耿東建議,建立校企穩定的合作機制,保證學校科技力量給企業長期“輸血”,提升企業核心競爭力,實現國家創新驅動發展。為此,他進一步提出,企業技術人員駐校合作,校企無縫對接。

后來,大連理工大學成立了沈鼓—大工研究院,后續發展成遼寧重大裝備制造協同創新中心沈鼓研究院,在全國高校校企合作模式上趟出了一條新路。從2005年運行至今,這套機制依然穩定地發揮著作用。

新的校企合作模式,激發了企業的科技創新活力。在程耿東持續數年的關心指導下,大連理工大學力學系在壓縮機葉輪破壞原因、全新葉輪應力分析規范制訂等方面發揮了重要作用,顯著提升了國內壓縮機行業的葉輪可靠性設計水平。力學、機械、材料等學科多方發力,集中攻關,為沈陽鼓風機集團成為我國重大裝備制造的領軍企業,為我國開發西氣東輸管線壓縮機等重大產品提供了強力支撐。

不僅如此,大連理工大學力學系與航空航天一院一部科研院所合作,形成以“結構優化”專業建設為合作主線,以雙方院士、總工程師組成的專家委員會,以學部、研究部組成的管理委員會,以力學系、研究室組成的技術委員會三級管理體制,實現了聯合技術攻關、聯合人才培養、聯合承擔國家重大項目進行科學研究的合作新機制。

通過承擔國家重大立項課題開展研發合作,不僅一批青年教師在這一過程中得到了鍛煉,同時也培養了170余名博士碩士研究生。這批人才畢業后,近半數進入航空航天單位。

對此,程耿東說:“創新是改革開放的生命,實踐發展永無止境,解放思想永無止境。科研人員唯有不斷創新,才能在中國大踏步趕上時代、引領時代發展中發揮作用,才能在改革開放大舞臺上做好大文章。”

“做科研的境界就是躺在被窩里都會笑”

程耿東常跟他的學生說:“做科研的境界就是躺在被窩里都會笑。其實,做科研就是捅破一層窗戶紙,關鍵問題的基本思想可能很樸素,只不過沒有被人認識,你認識到了,豁然開朗,就會很開心。”

程耿東特別注重學生創新能力的培養。他告誡自己的學生,做研究工作首先要“刻意創新”,“你要把創新放在自己研究的最重要位置,經常問自己,我是不是只做了個作業?還是我只不過重復了別人的東西?還是我有什么與別人不同的觀點?”

“第二是追求完美。很多創新是在不斷完善過程中形成的。”程耿東要求他的學生在形成基本的創新思想后,從理論、方法、軟件實現及可能的應用等多個方面審視、豐富和完善自己的研究。

如今已是“長江學者”的郭旭教授在跟隨程耿東攻克“奇異解”的過程中深受啟迪:“程老師做科研力求完美,‘奇異解’的新發現就是在他不斷完善原有科研成果的過程中實現的。他精益求精,不會輕易放過任何一個問題,讓我感到搞科學研究也要發揚工匠精神。”

程耿東隨和,平易近人,即便當了校長,開會出差或到學校基層了解情況,也常是單槍匹馬。在大連理工大學的校園里,經常能看到他身穿便裝、肩挎書包,在學生食堂吃飯,晚上從辦公室出來,鉆進小賣鋪買夜宵。

程耿東的學生王博教授剛當老師時,為激發學生的求學志向和學習興趣,想請老師幫忙上一節課,“沒想到程老師爽快地答應了,他上一次課的效果頂我上無數次課。”

如今,70多歲的程耿東還在給本科生講授“力學導論”。

“一流大學的教師僅上好課還不行,科研是提升教學水平的手段”

1995年11月8日,程耿東被任命為大連理工大學校長。一走上崗位,他就提出“尊重知識,尊重人才,人才為本”的主張,把工作重點放在改善教師生活和工作條件、提高教師隊伍質量上。

程耿東不愛講什么大道理,但他善于發現問題,也在一個接一個地解決問題。

當年,大連理工大學的教師住宿條件十分困難。程耿東晚上10點左右從學校回家,發現住宅樓周圍一圈是亮的,中間則是黑的。經調查發現,樓四周房子位置和采光不好的住戶都是教師和技術人員,因為按那時的標準,他們往往被分配到這樣的房源。

這一發現讓程耿東很有感觸,一方面,他想辦法集資蓋房,緩解建房資金的嚴重不足,加快了住房建設速度。另一方面,他下大力氣解決住房分配中的不合理做法,把教師,特別是青年教師放在優先位置。

這一措施,程耿東一抓到底,“我要求有關職能部門在提出具體的計分方案時,給出分配結果預測,這樣就保證青年教師優秀人才能分到住房。”經過多方工作,一批中青年教師較早地解決了住房問題,改革深得人心。

程耿東說:“教師的研究工作帶有一定的保密性,我提出要盡快改變很多教師擠在一個大辦公室的工作狀況。”“這樣的想法現在看來很簡單,但在二十世紀八九十年代,我和整個班子東奔西走,爭取方方面面支持,才得到了較好解決。”

“‘摸著石頭過河’,以前的辦法現在可能不適用了,但那時確實起到了激勵作用。”程耿東較早啟動了學校一系列的政策調整,包括住房、崗位津貼和職稱評聘,并向中青年教師傾斜。那幾年當中,一批拔尖人才在大連理工大學涌現出來。

作為校長,程耿東親自坐鎮,實行“兩條腿走路”:一方面花大氣力引進高層次師資,一方面努力加強已有教師培養。這些辦法和政策一經推出,立即收到成效。大連理工大學很快聘請了177位兼職教授、7位海外學者特聘教授,并約請8位兩院院士每年短期來校指導教學和科研工作。

教學與科研的關系,一直是中國大學討論的熱點。程耿東始終堅持:“一流大學的教師僅上好課還不行,科研是提升教學水平的手段。大學,就是要有大師級的教師,沒有一流的教師,難以培養出一流的學生。”“大學要讓教師能夠靜下心來坐住冷板凳,給教師搞研究、做學問創造一個良好的軟環境。”

我國的高等教育自1978年開始恢復,到“211”等重點建設工程大規模啟動,其間爬坡過坎,困難和問題頻出。那段歲月,程耿東每天忙碌至深夜,甚至躺在床上,還在想著學校的工作。國家實施“211”工程、“985”工程建設重點高校時,大連理工大學領導班子齊心合力,跨入兩個工程建設高校行列,學科建設、人才培養和基礎設施建設均取得長足進步。

“‘211’工程建設時期,學校辦學條件好了起來,首先就爭取到資金蓋起圖書館。由于學校多年沒有新建筑,圖書館的建設引起了很大關注,學校伯川圖書館正面中間位置至今懸掛的一幅抽象畫,寓意是‘知識大爆炸’。從這點可看出,教職員工關注學校發展的積極性非常高。”程耿東說。

回憶起這些往事,程耿東非常感慨:“隨著國家加大投入,一幢幢新樓拔地而起。改革開放給我國高等教育創造了前所未有的大好環境,從我當校長到從崗位上退下來再到現在,我國高等教育的形勢是一天比一天好。”

“在一些重要領域,我們一定要掌握關鍵、核心技術”

作為第九屆、第十屆全國人大代表,程耿東積極建言獻策,關注中國大學如何助力國家振興。“由于國家計委和發改委曾經分別批準過一批國家重點實驗室,不同的管理體制造成了國家重點實驗室的運行經費長期得不到解決,給它們的發展帶來很多困難。”程耿東曾經多次發起或參與,建議國家有關部門給國家重點實驗室投入穩定的運行和研發資金。這一建議最終被采納并一直延續執行。

程耿東希望政府對技術科學給予重視。“技術科學的基本思想是錢學森提出來的,中科院技術科學部也一直在組織人員研討技術科學的定位和發展方向。技術科學是聯結純基礎學科和工程科學的橋梁,是解決現實生產問題、實現技術創新突破、生產更新換代必然涉及的應用基礎科學,其研究成果往往在工程技術領域起到原始創新的關鍵作用。”

以程耿東為代表的一批院士,以高度的責任心和使命感,希望國家加強技術科學的建設。2009年5月25日,他組織完成了由路甬祥簽名、上報國務院的院士咨詢報告——《高度重視技術科學對建設創新型國家的重要作用》,得到中央領導的高度重視。

在此基礎上,作為“973計劃”的顧問組專家,程耿東聯合楊衛院士、白以龍院士等一同建議,希望科技部在“973計劃”中對力學等一批技術科學給以更多支持,這一建議得到了科技部響應,并最后和制造領域的鐘掘院士等一批專家,推動了將制造與工程領域列入“973計劃”之中。據悉,“973計劃”支持了140余項在制造與工程領域的重大研究項目。

“其實,任何一項技術都不可能完整地掌握在一個國家手里,世界經濟的發展呈現出的趨勢是,一個完備的產業鏈是世界性的、全球化的。但是,在一些重要領域,我們一定要掌握關鍵、核心技術。”程耿東說。

“正因如此,中國高校就應該更加開放,加大同對方‘掰手腕’的實力和底氣。傳統科技優勢國家不是鐵板一塊,只要我們堅持持續性的創新,我們的吸附力就會自然提升。”從改革開放至今,經過幾代人接續奮斗,大連理工大學進入了一流大學建設A類高校,程耿東欣喜地說:“改革開放的偉大成就給學校發展帶來翻天覆地的變化,希望學校繼續奮斗,實現新的騰飛。”

(作者:本報駐大連記者站記者 吳琳;呂東光,系大連理工大學黨委宣傳部新聞中心記者。)

(責編:孫爽、閆妍)


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