二、应引起重视的几个问题
　　以上主要从技术的发展线索上，概括论述了当代工程技术的发展趋势。 工程技术要得以顺利发展，除了技术本身的不断进步外，还有社会的、经济 的因素在起作用。因此，在持续不断地推动技术进步外，还应注意考虑并解 决好以下几个问题。
1．可持续发展与保护全球生态环境
　　1972 年，国际上著名的未来学研究团体罗马俱乐部发表了一篇叫做《增 长的极限》的研究报告。报告的一个结论是：“如果在世界人口、工业化、 污染、粮食生产和能源消耗方面按现在的趋势继续下去，这个行星上增长的 极限有朝一日将在今后一百年中发生??”，“工业的增长，最迟在下一个 世纪内一定会停止”。
然而，70 年代中期以来，美国、日本和西欧发达国家的经济并没有沿着
《增长的极限》所预言的轨迹发展。按不变价格计算，1980～1990 年，美国、 日本和西欧国民生产总值（GNP）年增长率分别为 2.97％、8.53%和 1.02%。 其中，工业产值年增长率分别为 2.66％、4.07%和 1.61%。而同期能源消耗年 均增加分别为 0.49％、1.65%和 0.17%。
下面让我们来简单分析一下其中的原因。传统的工业化经济，表征经济
增长的 GNP 的增长与每单位 GNP 使用的能源量呈平行增长的趋势。《增长的 极限》一书也是遵循这一基本思路的。然而，在信息化经济时期，伴随 GNP 持续增长的是：单位 GNP 的能耗不再增长。因此，可以将 GNP 的持续增长以 及同时期单位 GNP 能耗降低作为经济发展新时代的一个参考性标志。美、日 等发达国家的这个转折点大致发生在 70 年代末，其产业结构的特点是 GNP 中服务业产值开始超过物质产品业产值。进入 80 年代后，美、日、西欧 GNP 迅速增长，而单位 GNP 能耗则大幅度降低。目前信息技术无论对采掘业、制 造业、建筑业和农业等物质产值，还是对商业、运输、邮电、金融等服务业 产值都起着重要作用。一些发达国家已将信息技术逐步形成一个最庞大的产 业体系，其产值的增长速度已大大超过 GNP 的增长速度。据报道，1984 年美 国信息类产品占非农业国内生产总值的比例已超过 60％。1982 年，全世界信 息产业的产值为 2370 亿美元，1988 年上升到 4700 亿美元，预计到 2000 年 可高达 35000 亿美元。
　　当代工程技术的发展，特别是信息技术革命，改变了《增长的极限》的 预测，展现了一种与之不同的增长趋势。在稍后几年，罗马俱乐部的观点也 有所变化。在其 1977 年发表的研究报告《超越浪费时代》中就得出了比较乐 观的结论：在日益膨胀的世界人口的需要不断增加的条件下，只要适当地利 用科学技术的最新成就，人类在能量、原料和食物三个方面遇到的大多数问 题都能得到解决。
　　罗马俱乐部创始人奥莱里欧·佩切依博士后来也表示，微电子学的出现 “可能是人类历史上最伟大的革命”。罗马俱乐部主席亚历山大·金前不久 指出：1988 年是历史上的转折点。事实上，这时各国领导人已认识到邓小平 同志英明论断“科学技术是第一生产力”的正确性。
改革开放 18 年来我国经济建设已取得重大成就，为举世瞩目。但目前还

处于工业化阶段，第一、二、三产业整体素质仍较低，经济增长在很大程度 上是靠资源消耗推动。能源有效利用率，中国约 30％，发达国家已达 40～
50%；水重复利用率，中国只有 20～30％，发达国家近 70%；钢材利用率，中 国不到 60％，而发达国家大于 80%。从单位国民生产总值（GNP）的能源消耗
（折合为吨标准煤／百万美元）看，美国为 633，日本为 399，印度为 1548， 而中国为 3165。
　　我国也是水资源贫乏国家之一，分布极不均匀，节水措施又很不得力。 有些地方大量开采深层、难于再生的地下水资源，后果将是严重的。
　　就全球范围而言，能源的合理开发、利用，仍是非常重要的课题。一次 性能源——煤、石油、天然气仍将占主要地位。但必需采取措施，保护生态 环境。同时，要积极开发核能以及太阳能、风能、海洋能、生物能等新能源。 在核能利用领域，要大力改进现有成熟反应堆型的安全性能，实行模块 式制造生产以缩短建设周期、降低成本和建设费用；同时还要积极研究、开 发“洁净”核能系统，使它所产生的放射性废物、特别是其中的长寿命裂变 产物和少量锕系元素在系统中被“嬗变”为短寿命或稳定核素。其中由不少 科学家再次提出有发展前景的一种，是加速器驱动的次临界装置，由中能
（1-1.5Gev）、强流质子加速器与次临界装置（热中子或快中子）相耦合， 结合“原址”的放化分离流程所构成。
对有效利用能源、实施可持续发展等课题，各国科学家已有许多论述。
在这里仅举一两例。
　　美国科学家 Robert A.Frosch 在《21 世纪的工业生态学》一文中提出： “一种干净而有效的工业经济，将是能模仿自然界具有材料（原料）再循环 利用能力、同时又产生最少废弃物的经济。”因而，不仅在设计一种产品时 要考虑制造、装配工艺，还应加上分解、再循环、适应环境等的设计。
这种思路，不仅是个设计、制造技术问题，而且也是个综合集成问题（例
如企业集成）。 从自然界的生态系统看，一种生物体的废弃物，常常是另一种生物体的
可用原料与能源。例如，微生物消化、分解工业有害废物，种庄稼施有机肥。
　　德国环境保护部部长 Henrich Von Levsner 认为，21 世纪的科技进步， 对全球生态环境保护至关重要。能源的产生与转换是其中主要问题之一。德 国可能在这方面作出重要贡献。例如，即使在欧洲中部地区，住房所需能源 也可全部从太阳能获得。
在淡水的高效利用方面，德国的纺织工业已采用设备对工业废水过滤，
经过滤后的水和过滤器内收集的化学添加剂均可再循环使用。不仅对改善环 境有帮助，而且一年半时间就可回收设备投资。
　　有鉴于过去忽视环保、污染后再处理，既浪费钱又有害于社会的教训， 德国 21 世纪的战略是：尽最大可能防止这种状况的出现。不得不产生的废物 将受到严格限制，不允许对子孙后代构成危害。例如，对废物进行低温炭化 热处理和高温下焚烧的处理方法，很快将在德国应用。
　　同时，制造商要将产品生产过程中发生的废弃物减到不可再少的程度， 采用“接近最后尺寸的制造”。制造商要从法律上和经济上负责其产品的最 终可处置性。
2．经济可承受性与效费比高，是开发高技术产品的重要条件
（1）民用商品，正在实现这一要求

　　民用商品一方面要适应社会的需要，另一方面也必须以适当的、消费者 可能承受的价格向社会提供。在商品投放市场初期，由于尚未被消费者所认 同，一般产品批量不是很大，生产费用较高，因此效费比较低；但随着市场 的开拓，必须以最大的努力来提高其效费比，把价格降到广大消费者能接受 的水平。这里，市场预测及经济核算在开发高技术产品之前是至关重要的工 作。
　　Motorola 公司称已研制成功迄今为止世界上最小的和最轻的移动电 话，这就是该公司的 StarTAC。它仅有目前的寻呼机的大小，重 3.1 盎司， 使用者可连续通话一小时。但它的价格很高（2000 美元），因而目前使用的 人并不很多。
　　轿车是支柱产业之一，应否尽快发展，在我国尚有争议。从技术上看， 发展方向可能是有利于环保的电动或电动／小功率内燃机驱动组合。上海科 峰电动车公司和连云港江苏省太阳能研究所联合研制的“中国一号”太阳能 电动轿车，用 10 个蓄电池和太阳能电池驱动，最高时速达到 88 公里。北京 有色金属研究总院与北京工业大学、清华大学等单位共同研制的固体镍电池 安装在小轿车上使用，时速可达 112 公里，充一次电可行驶 121 公里。但由 于成本太高，经济上目前还未能达到消费者所能承受的地步，因此还不能大 量推广。
可以预期，随着技术水平的不断提高以及广大消费者的日益认同，这几
种产品终究可以达到经济上的可承受性及合理的效费比，从而占领市场。
（2）某些高技术的开发也从过去只重视水平和能力转向强调经济可承受
性
这方面在航天产品研制中尤为突出。航天技术既是综合性的高技术领
域，也是耗资巨大的技术领域。一方面运载火箭是一次性使用，卫星发射费 用巨大，另一方面卫星的技术越来越复杂，造价越来越高，且研制周期长， 风险大。因而限制了航天技术本身的发展。
冷战结束后，各国政府迫于财政困难，对本国航天的经费投入呈减少趋
势。在这种新形势下，过去那种由政府投资、单纯强调产品性能、忽视经济 效费比的传统做法正被逐步抛弃。要继续发展和应用航天技术，就必须从观 念上强调效费比，实现实在的产业化。
这种观念的转变，反映在以下三方面：
　　①改变卫星的传统设计思想，发展经济实用的小卫星。随着微型计算机、 微电子、微机械、高精度机械加工、轻型材料、新工艺等高新技术的发展， 小卫星应运而生。所谓小卫星是指重量小于 500 公斤的卫星，其设计思想是 简单化、功能单一化，其基本意义在于增加容量、确保性能、减少体积和重 量、降低成本和风险。它具有重量轻、体积小、研制周期短、成本低、性能 好等特点，政府、公司、大学和研究所等单位都可以参与研制和经营，因而 易于实现卫星应用技术的产业化，并且正在实现产业化。
　　小卫星所具有的优点，决定了其特别适于在局部战争和突发事件中用于 对战场和事发地区进行短期监视、跟踪与通信。俄罗斯已经把小卫星作为实 用型战术通信卫星，每年至少发射 15～20 颗。美国继海湾战争期间应急发射 两颗低轨道通信小卫星之后，目前正抓紧研制这类小卫星，供美国三军通信 指挥使用。战术成像小卫星（如“观测镜”-［Eyeglass］）的地面分辨率可 以到米级，覆盖宽度几十到几百公里，相当于过去大型侦察卫星，而整星重
　　
量在 200～300 公斤，工作寿命可长达 5 年。
　　②变革卫星制造方法。美国 Motorola 公司以其高度竞争性的电子生产线 而知名于世，该公司正在通过“铱”星计划推进卫星制造方法的革命。“铱” 星系统由 66 颗低轨道卫星构成，准备从 1998 年开始提供世界范围内点对点 无线通信服务。该计划完全是一种商业风险计划。按照传统的单件生产方式， 同一时间只能制造两颗卫星，每颗卫星的生产周期大约为一年；Motorola 公 司采用流水线作业方式，在同一总装生产线上制造 60-70 颗卫星，每颗的生 产周期仅为 21 天。国外分析认为，“铱”星计划所采取的卫星制造方法如果 获得成功，其意义就像亨利·福特当年发明汽车自动生产线一样重大。
　　③发展更经济的卫星运载工具。高额的航天运输费用是制约航天技术发 展的另一个重要因素。因为对任何实用型航天系统的基本评价原则是可靠性 和费用——它决定着商业服务的成败。用户首先感兴趣的是可靠性和合理的 发射费用，其次才是有效载荷容积和技术先进性。目前的航天运输系统主要 是一次性使用的运载火箭，操作复杂，费用昂贵，发射准备时间长达数月， 所需地面工作人员成千上万。在设计思想上，传统的做法是优先考虑性能， 追求最大有效载荷，仅在运载器设计完成以后才对每次发射费用作最后的测 算。而现在则不一样了，费用变得比性能更为重要。以降低费用、谋求像飞 机那样运营为目的，以简化操作、硬件重复使用为手段的可重复使用航天运 输系统，在一开始设计时就把每次发射费用作为运载器概念设计和选择的主 要准则，吸引了众多的私营公司竞相参与，为航天产品的产业化铺平道路。 预计这种转变在不久的将来可开始实现。
总之，小卫星设计概念、卫星制造方法的变革，以及可重复使用的经济
的卫星运载工具，正在打破过去航天产品单纯追求性能而不重视效费比的传 统观念，给整个航天技术的发展注入了新的活力。
（3）重视发展两用技术，以实现国家对技术投资的高收益率
　　在工程技术迅速发展的今天，“军用”、“民用”的界线已变得越来越 模糊。一方面，现有绝大部分军用技术都有潜力用于民品生产，为发展经济 服务；另一方面，随着工程技术的发展，民用市场上也有更多的质优价廉的 产品适合军事装备的需要。这表明，过去那种把为军事目的发展起来的新技 术完全禁锢在军事应用的做法，已变得越来越不可取；现在则要求军事部门 在开发新的军事工程技术之初，就应当考虑到该技术的民用前景，使之尽快 转化为两用产品。过去那种什么都得从头做起、另起炉灶搞一套的做法同样 也变得越来越不可取，现在越来越有可能充分利用民用技术的成果及其产 品。正是这种观念上的转变促使世界各国越来越重视开发军民两用技术。
　　当前，科学技术实力已经成为决定国家综合国力强弱的重要因素，加速 科技发展，提高科技竞争力，已成为各国普遍采取的战略性措施。在此形势 下，许多发达国家（如美、日、英、法等）竞相把发展两用技术作为国防科 技发展的重要技术政策。加强两用技术的发展，可以促进国防和经济的协调 发展，既有利于加强国防科技工业基础，又有利于增强国家经济实力，也是 我国需要长期坚持的一项重要技术政策。
　　美国先期研究计划局（ARPA）1994 年 4 月提交众院预算委员会的报告中 称：几年前我们的计划都毫无例外地集中于先进的能力。今天，我们的重点 主要集中于经济可承受能力，着重发展制造技术和工艺以降低费用。
3．深化改革，重视发挥人和管理的作用

　　江泽民总书记在 1995 年 5 月全国科技大会上的讲话指出：科技工作要始 终把经济建设作为主战场，把攻克国民经济发展中迫切需要解决的关键问题 作为主要任务。党中央、国务院《关于加速科学技术进步的决定》中提出： 当前，要大力加强农业科技工作；要加快传统产业的技术改造，特别要重视 用现代技术武装基础产业和支柱产业，加速实现经济和社会管理的信息化、 自动化和智能化；要积极发展高技术，实现产业化；要十分重视解决环境保 护、资源合理开发利用等社会发展领域的科技问题。
　　八届全国人大四次会议审议通过的《纲要》又一次明确提出：加大科技 体制改革力度，加快改革和建立科研、开发、生产、销售紧密结合的机制， 特别是切实“加强科研院所、高等院校和企业之间的联合与合作，推动以技 术开发为主体的科研院所进入大型企业集团或转化为高技术企业，??努力 使企业成为技术研究开发的主体。”
　　现代科学、技术、生产日益结合为统一体系，促进了科研、设计与生产 部门的结合，产生了一种新型的组织形式——科研生产联合体。其主要任务 是不断创新科技产品、提高产品的科技含量，缩短新技术的研究与应用周期， 加速产业部门的科技进步。它一般包括从理论研究到生产应用各个环节的科 研、设计和生产部门。它们通常以工业研究机构为核心，根据担负的不同任 务选择组成单位，如科研、设计、工艺机构、实验室、实验厂、批量生产厂、 调试和安装部门等。这些单位通过共同的目标联合在一起，完成理论探索— 新技术研究—生产应用的全过程。为促进这种结合，国内已有不少城市组建 了起“孵化器”作用的工业科技中心。
1993 年组建的香港工业科技中心公司（HK Industrial Tech-nology
Center Corporation）就属于这种性质，它在实现科技转移、转化及服务方 面进行了积极的实践，取得了良好的效果。该公司的宗旨为协助香港工业界 从劳动密集转型为科技密集。两年来已进行 3 项计划：（1）培训，即孕育从 事开发高技术的企业，提供多种商务服务，以降低其开支成本，并提供有关 市场扩展，财务、科技与管理的专业顾问与中介服务；（2）科技转移，产、 学、研结合；（3）研究与开发的支援及服务（应用软件开发、多媒体、集成 电路芯片设计等）。
要发展科学技术，加速科技进步，关键在于人才。谁培养并拥有最优秀
的人才，谁就能在未来的竞争中取胜。西方各国都十分重视科技人才的培养 及引进，在世纪之交，纷纷对 20 世纪、尤其是二战以来的国内教育体制进行 认真的总结，学习其他国家在教育上的优势与经验，研究改革的方向与措施， 以达到优化人才培养机制的目的。我国也有许多教育界、科学技术界的人士 十分关心这个问题。
　　在工程科技人才培养与教育改革方面，有以下几点应引起注意并认真进 行探讨：
　　（1）当今的科学技术发展十分迅速，新技术、新设备不断涌现。人才培 养尤其是工科教育必须适应这种情况，学校教育要注意不断用新的知识和理 论来武装学生；但又切不可忽视学生对基础科学课程的学习和掌握，因为这 是培养自主创新能力所不可缺的。另一方面，知识的更新、新技术的掌握， 也不可能全都依赖学校，而应通过对于工程技术人员继续教育和在实践中自 学来解决。
（2）当今科学技术的发展，不同学科相互渗透的趋势日益明显，在教育

及人才培养中对复合型人才的需求也在增长。例如，为发展分子器件、纳米 生物学等，要求骨干人才既懂得生物技术又懂得微电子学；在开发 CIMS 及 FMS 时，要求主要人员既是机械制造与自动控制方面的专家，又熟悉和掌握 生产管理的知识。教育界要为企业与科研部门培养更多的各类复合型人才， 以适应这方面的需要。另一方面，即使复合型人才具有较宽的专业知识面， 也不可能对新技术所涉及的各有关领域的知识都掌握，还必须提倡各种不同 专业类型人才的配合与互补，实行科研人才上的综合集成，大力倡导并积极 创造有利于人才结合的机制。
　　（3）在培养人才中，要重视利用信息技术创造出来的新的教育媒体与工 具。比如，多媒体的计算机辅助教学系统（CAI），INTERNET，交互式广播电 视网等，以提高教育的效率、效果。
　　另外，当代工程技术的发展与现代科学管理和管理科学的发展息息相 关。它们相互渗透，相互促进，相辅相成。
　　人类在从事生产斗争的漫长历史进程中，从早期的经验管理，到 20 世纪 初的科学管理的理论和方法在实际中应用，发展到今天，把科学管理原理与 战略、战术、方针、政策等的研究结合起来，加上利用电子计算机等最新的 科学技术成就，逐步形成了一门新的科学，即管理科学。工程技术的发展需 要科学的管理，更需要对复杂的系统工程进行科学的综合性的管理。
邓小平同志在南巡讲话时指出：“社会主义要赢得与资本主义相比较的
优势，就必须大胆吸收和借鉴人类社会创造的一切文明成果，吸收和借鉴当 今世界各国包括资本主义发达国家的一切反映现代社会化生产规律的先进经 营方式、管理方法。”江泽民同志号召“我们不但要大力培养各类科学技术 人才，还要注重培养善于进行现代经营管理的各类专家”。朱镕基同志在 1997
年 7 月召开的管理科学学科发展座谈会上讲话，对国家自然科学基金委员会
管理科学组升格为管理科学部这一举措给予了很高的评价，并强调指出：科 教兴国，包括自然科学和社会科学两个方面，当然也包括了管理科学；要大 力宣传加强企业的经营管理，要大力提倡振兴中国的管理科学，要总结中国 管理实践的经验。遵照这些重要讲话指示精神，在走向 21 世纪的今天，需要 我们各级领导干部在努力学习现代科学技术知识的同时，积极学习并逐步掌 握现代科学管理方法，用现代管理理论来指导实践工作，以进一步提高管理、 决策水平。
当代工程技术的发展，已改变了人们生产和社会生活的许多方面。可以
预期，随着工程技术的进一步发展，人类将创造一个更加美好的明天。我们 相信，在党中央、国务院的正确领导下，我国工程技术界将努力拚搏，提高 我国工程技术水平，为实现我国跨世纪的宏伟蓝图作出更大贡献。

高科技和基础科学的关系及 它们对国防和经济发展的影响

周恒 天津大学

　　周恒 力学家。1929 年 11 月 21 日生于上海市，1950 年毕业于北洋大学。 历任天津大学力学系主任、研究生院院长（现任该校教授），并任亚洲流体 力学委员会副主席、国务院学位委员会力学学科评审组召集人、国家教委工 程力学专业教学指导委员会主任、中科院非线性连续介质力学开放研究实验 室学术委员会副主任等职。1993 年当选为中国科学院院士（学部委员）。主 要从事流体力学的研究与教学并取得多项重要成果。
　　在当今暂时没有大战危险的情况下，国与国之间的竞争在很大程度上表 现在对人才的争夺及抢占科学技术的制高点。即使国家小到如新加坡，也在 这方面不遗余力地在进行努力。
　　科学技术包含的面很广：一头包含着数学、物理学、化学、天文学、地 学、生物学及力学等基础科学，另一头则包含着所谓的高科技。中间还有广 大的其它科学技术。
如果以“863 计划”包含的内容来看，高科技包括航天、信息、能源、
自动化、激光、材料及生物技术。但实际上不止这些，例如航空也是高科技。 研究这些高科技的最终目的，是要形成直接可以应用的产业。高科技产业的 形成，一方面将大大改变人类的生产及生活水平，同时也将产生巨大的经济 效益。因为高科技产业中包含着由于科技知识及手段带来的高附加值。例如 在生产过程中增加的附加值，科技含量在其中所占的比重，汽车行业是 25
％，钢铁行业是 29%，而航空业则达 44%。有资料表明，如果以单位重量产品
价值来比较，以船舶为 1，则小汽车为 9，彩电为 50，电子计算机为 300，喷 气式客机为 800，航空发动机竟达 1400。尽管这种比较有失全面，但也从一 个侧面反映了科技含量对产品价值形成的影响。
作为一种产业来说，高科技产品必将带来巨大的利益，因为其科技带来
的附加值高。但是，有高科技产业的地区或国家，本身并不一定能直接得到 这些巨大的经济效益。关键是看谁提供的科技含量，谁拥有这些高新科技的 知识产权。例如，我们可以从国外引进一条有高科技含量的生产线。十几年 以前的彩电生产线就属于这一类（现在彩电技术已不属于高新技术了，除非 是未来的高清晰度彩电）。但是，真正的高额利润是被掌握其关键技术的外 国公司拿去了，国内的厂家只能赚中国人自己的钱。美、日、法、德等国， 高科技产品出口占这些国家出口总值的比例，分别达 40％，40%，20%，20% 左右。所以，即使从经济角度看，也要有自己的高科技知识产权，更不用说 还应从国防上考虑，如果没有自己的高科技，往往要被动挨打。1991 年海湾 战争，西方国家在 38 天空袭中，就摧毁了伊拉克 1／3 的坦克大炮，瓦解了
10 万部队。只经过短短的 100 小时的地面战争，自己仅伤亡了 79 人，就战 胜了伊拉克。这其中的重要原因之一，是高科技发挥了很大作用。所以美国 即使在目前军费大量削减的情况下，仍继续实施耗资 588 亿美元的先进隐形 战斗机 F-22 的研制计划。

　　基础研究以认识自然规律为目的，不从事产品生产，看起来没有直接经 济效果。但实际上并非如此。日本东京在 1926 年由于关东大地震，在第二次 世界大战中又由于遭受盟军轰炸，房屋两次都大部被毁。由于东京是地震多 发区，战前不允许建高楼。但是力学研究的结果改变了这一观念。现在东京 高楼林立，其房地产的价值当以万亿美元计。没有这一改变人们观念的研究， 就不可能形成这么大的产业。又如石油开采，按通常的办法，即自喷、抽取、 注水等办法，只能将约 35％的储量开采出来。经过对多孔介质中油、气、水 在不同物理、化学条件下流动规律的研究（细观渗流力学的研究领域），现 已有可能采用注入有特定物理、化学性质的液体，多采出 10％储量的原油。 这也是一个有巨大经济效益的基础研究成果。
　　高科技和基础研究似乎是科技发展的两端，但事实上又是紧密相连的两 个部分。只要分析一下高科技的内容及其形成就会发现：（一）高科技都是 一种综合性很强的科技，需要多学科的支撑。例如航空、航天就至少要有力 学、材料、机械、自动化、电子、燃烧等学科的支撑。信息科学至少要有物 理、材料、精密机械、自动控制、数学（信息论）等学科的支撑，等等。（二） 高科技都是在基础科学的某一方面有重大突破之后产生的。例如，在有关高 速运动流体的规律上有突破性的新认识后（空气动力学、高速空气动力学、 稀薄气体动力学等），才形成了现代的航空、航天技术；在凝聚态物理（当 时固体物理）中没有对半导体的突破性认识，就不可能有今天的半导体器件， 包括大规模及超大规模集成电路的出现，也就不可能有现代的信息产业；激 光技术也是在凝聚态物理的突破性研究成果基础上形成的。（三）高科技不 但在形成时依赖于基础科学的突破，而且在其成长过程中，仍要不断依靠基 础科学的新成果。航空、航天技术的进一步发展，离不开力学的继续发展。 能多次使用的空天飞机，能超音速飞行的大型民航机，这些下一代的新技术， 已经向力学提出了许多新的问题。不解决这些问题，就无法实现上述目标。 集成电路的集成度已逐渐接近于其极限，计算机能力的进一步提高，也期待 着物理学上新的突破。
高科技和传统科技还有一点不同：传统科技的发展多少有点渐进式，其
发展在依靠经验的成份上远大于高科技；高科技是前所未有的产业，没有多 少经验可以依靠，几乎每一步进展都离不开科学的发展。由此可见，高科技 和基础科学看似两个不同的部分，实际上离开了基础科学的发展，是不可能 形成高科技的。当然，现代很多基础科学的研究已是“大科学”的研究方式， 需要大型、精密的仪器设备。而这些仪器设备则又是高新技术发展的成果。 没有计算机的发展，很多科学问题无法精确计算，甚至于一些经典的数学难 题，没有计算机的帮助也很难解决。所以基础科学的发展也离不开高科技的 发展。
　　高科技在战争中的作用，已经为海湾战争所证实。其实有些基础科学的 研究也能起很大的作用。例如，第二次世界大战中，盟军不断地破译了德、 日所用的通讯密码，对取得战争胜利起了重要作用。其中数学研究的成果是 关键，不少数学家直接参与了具体的工作；我国原子弹、氢弹的研制成功， 至少有一半的功劳要归于参加研制工作的物理学家、力学家等等。当然，这 些研制的过程，不是这些学科已有成果的简单运用，而是要不断解决新的问 题。未来的战争中，信息战是一个重要方面，相信数学家又将发挥重要作用。 由以上一些例子可以看出，发展高科技和重视基础科学是一个事物的两
　　
个方面，缺一不可。 为了发展高科技，还有一些概念要弄清楚。高科技综合了多学科的成就，
所以同时也是知识密集型的。但知识密集的科技不一定能称为高科技。因为 高科技带有某种突破性，从而在知识的某些方面具有垄断性。因此高科技是 买不来的。没有自己在知识技术上的突破，就只能永远跟在别人后面，买一 些过时的二手货。
　　高科技的发展，至少是其中某些方面的发展，例如自动化及信息技术的 发展及大量应用，是否会造成失业，是人们关心的问题。有人就不愿意“过 早”地用自动化替代劳动密集型生产。自动化和信息技术的发展，当然会在 某些方面减少对普通人力的需求，但是它们同时又会造成很多新的就业机 会。自动化要有必要的新设备、新仪表，这就需要新的行业。问题是这些新 的行业要求从业人员有新的知识和技能。所以作为领导来说，必须重视在职 人员的再教育，否则就不能适应科技日新月异的发展。美国现在的科技水平 远远高于它在二次世界大战前的水平，人口也比那时增加了约 1 亿，但现在 的失业率却低于当时的水平。这不仅证明了科技的发展会创造很多新的就业 机会，也说明了美国由于教育的普及和对再教育的重视，人们适应新工作的 能力相当强。反看我国，除了教育不够普及外，在很多工科大学教育中，还 沿袭着过去从苏联学来的以产品为纲的培养模式。例如为了发展汽车工业， 就兴办汽车专业等等。殊不知任何一种大的产业，都要依靠多个学科的支持， 一个人是不可能全面掌握全部知识的。而这种以产品为纲的培养模式，束缚 了人的思路，会妨碍新产业的形成，也不利于为适应新产业而对自己工作性 质的调整。
我们还可以举化工为例。不少人都以为化工主要是化学的问题。其实化
工的化学问题在实验室里就已经解决了，真正的问题出在：要在连续不断的 过程中大规模地、动态地完成指定的化学反应及其它物理过程，如分离、淬 取等。而这里正是因为物料的流动、混合等过程不清楚，妨碍了不经小试、 中试等过程就直接完成大规模生产。所以化工的发展很大程度上有赖于流体 力学的发展。同样地，未来生物技术运用于大规模产品的生产时，也会遇到 同样的问题。利用细胞工程来生产某些特定产品时就会遇到培养液流动时的 应力对细胞生长甚至生存的影响这一问题。这在国外已经引起了注意，不少 力学工作者正在从事这方面的研究。即使限制在生物本身，也同样有一个不 能仅仅限制于生物学领域的问题。例如人类骨骼的生长是在受力状态下完成 的，而骨骼的主要作用又是承受外力，研究这一问题不能不考虑到受力状态 的影响。
　　总之，我们的看法是：高科技和基础科学是不可分割的两部分。现代科 技，尤其是高科技，是综合性的科技，不是靠单一学科可以形成的。科学技 术的发展，归根到底要由高素质的人去完成，科技发展带来的生产上变化也 要求生产者有更全面的知识结构，教育和再教育的作用是不能低估的。作为 领导来说，必须对科技的发展有一个较全面的认识，能够制定出一个既有重 点，又比较均衡的科技发展政策，同时十分重视教育。只有这样，中国在 21 世纪才能在世界上取得其应有的地位。
　　
放射性“洁净”核能系统

丁大钊 中国原子能科学研究院

　　丁大钊 核物理与高能物理学家。1935 年 1 月 12 日生于江苏苏州，1955 年毕业于复旦大学，1956 年至 1960 年苏联杜布纳联合原子核研究所进行高 能物理研究。现任中国原子能科学研究院学术顾问委员会委员兼中科院高能 物理所北京正负电子对撞机国家实验室副主任。1991 年当选为中国科学院院 士（学部委员）。主要从事核物理与高能物理等方面的研究并取得多项重要 成果。
　　能源是人类社会发展的最基本要素。自工业革命以后，一直以化石燃料 作为基本能源，利用燃料发电是现代能源供应的基本形式。在世界范围内， 燃煤发电大体上占 50％，在我国可能要达 80％强。燃煤是全过程污染的能 源；燃后小范围的粉尘直接危害人民健康、大范围的酸雨破坏生态平衡，由
于排放 CO2 而引起全球性的温室效应，后果更为长期。统计资料表明，工业
革命后，大气中 CO2 浓度的增加与全球平均气温的上升有正相关是确定的事
实。可持续发展战略把生态平衡、环境保护提到极度重要的地位，我们要为 后代留下一个洁净、协调、美好的地球，对“洁净”能源的研究与开发就成 为首要任务。所以说，“洁净”能源问题的提出是社会发展的需要。人类从 自然界获取赖以生存的一切，经使用与消费，又把其一切“剩余”返回自然 界，如处置不当，则会破坏自然界的平衡，影响社会的继续发展。
煤的洁净化燃烧技术正在研究、开发中。但值得注意的是煤的资源有限。
以我国为例，如果依报道的地质贮量 1 万 4 千亿吨为准推算，可采储量大体 折合五六千亿吨标准煤。我国人均能耗是世界平均值的五分之一。如果到
2030 年，我国人均产值要达到当前中等发达国家水平，取能源增长与 GNP 增
长比（弹性系数）为 1.5，在采取强有力的节能措施条件下，也需把能源供 应量从目前的十几亿吨标准煤提高到四五十亿吨煤！则煤的储量只够百余年 之所需。
可再生能源中水力当然是首选。水承担着发电、灌溉、航运等多种任务。
我国是一个水资源贫乏的国家，据报道一条河流合理开发、利用的水流量应 为总流量的三分之一。黄河上游开发了不少水利设施，但近 10 余年来，年年 在下游断流，且有越来越烈的趋势。这也许对我们有所启示。再则水源受环 境影响而不稳定，我国大部分水力资源在荒无人烟的横断山脉，开发难度大， 因此可以预期我国水利资源的开发规模比不上俄、美等国的水平。
　　风能、潮汐能、太阳能发电因其单位质量或单位面积的“出力”较小， 生物能的利用也只适于小规模的开发。因此，这类能源适于在某些条件合适 的地区作为补充。
　　下世纪“洁净”能源的优先选择将是核能、核能发电。核能有裂变能与 聚变能两类。裂变能是重原子核在中子轰击下分裂成两个中等质量的原子核 时有一部分质量转化成的能量，此过程中还生成几个中子。在一定条件下， 这些中子又引起其他重原子核的裂变，称为“链式反应”，因此，源源不断 地提供核能。示范性的核电站在 50 年代中期建成，到 70 年代，核能发电已
　　
成为一个重要的产业。聚变能是两种氢的同位素（氘和氚）原子核在高温、 高压的一定条件下，聚合成氦原子核，同时放出一个中子的反应。可利用这 个中子，从锂-6 生产聚变燃料氚。这反应中，也把一部分质量转化为能量。 不可控的聚变反应早已应用于军事目的，但可控地释放聚变能的反应装置， 从物理问题、技术条件、装置系统等方面都还在研究中。这项研究从 50 年代 开始，在美、英、日、俄等国均已花费了大量资金，但离目标仍然很远，目 前有各国进行联合研究的趋势。对于聚变能的商业化应用的前景有种种估 计，可能比较适当的估计是在下世纪中叶，所以近几十年间所谓核能仍然是 裂变能的应用。
　　释放核能的装置称反应堆。根据反应堆内引起裂变反应的中子能量，分 为热中子反应堆及快中子反应堆两大类，二者中子能量差千万倍。热中子反 应堆中只能利用占天然铀资源 0.75％的 U-235 同位素，因此资源利用率不 高；也可能用不可裂变的 Th-232 转换为自然界不存在的 U-235 可裂变同位 素，这个过程称核燃料增殖。但由于历史及技术原因，这条技术路线迄今尚 未充分研究及开发。快中子反应堆中每消耗一个 U-235 核，可从不可裂变的 占铀资源 99.25％的 U-238 中增殖 1.6 个自然界中不存在的 Pu-239 核燃料， 是充分利用铀资源的一种途径。
快中子反应堆有时又称增殖堆。经过 40 年的研究与开发，现在法、日、
英、美、俄等国已建成了相当规模的示范性发电站，但其安全性与经济性尚 待进一步论证。当前形成产业，发电成本低于煤电的有几种类型热中子反应 堆电站。已在我国运行的秦山核电站和大亚湾核电站是热中子反应堆中安全 性最佳、国际上积累运行经验最多的加压轻水堆核电站。我国的实验性快中 子增殖堆工程亦在“863”计划支持下开始启动。因此，我国核电技术已有了 相当基础和良好的开端。
核电有很多优越性。
　　首先，单位质量出力大是核能突出的优点。1 公斤 U-235 裂变所产生的 能量相当于 2800 吨煤的燃烧能。因此，同样功率的煤或核电站用于燃料运输 及其配套条件与运行费差别极大。虽然核电站基本建设价高于煤电站，但综 合起来，核电电价低于煤电。
其次，资源充分。按国外资料估计，在假设全球能耗要求相当于当前美
国耗能的 100 倍条件下，只计及陆上地壳中 U、Th 及可产生氚的锂贮量（理 论贮量）均可分别满足 500 万年左右的需求。这当然仅是个示意性的估计， 但核能资源比化石资源更能充分满足人类发展所需则是可肯定的。
　　再次，废物的绝对量少。因此，可以集中管理、处置，短期内对环境的 危害也相对较小（存在的问题将在下面谈到）。
　　据国际原子能机构 1995 年发表的统计表明，到 1994 年底，核电占全世 界发电量的 23.16％，其中几个大户是美-21.98%、日本-30.70％、法国-
75.29%、加拿大-19.07%、瑞典-51.13％、西班牙-34.97%、韩国-35.48%。这 说明核电已是世界主要发达国家能源构成中的支柱。据另外统计资料表明， 除韩国以外，这些电站大多数均始建于 80 年代初期之前。目前，核电站建设 似有一个“低谷”，在建电站的装机容量只占已建成数的十分之一弱。这可 能由多种因素综合而致。例如，石油危机的缓解；三里岛与切尔诺贝利两次 电站事故对公众及政治家的影响，某些国家中绿党势力的影响；核科技与工 业界对更安全的反应堆的开发周期等等。但从资料中可以看出，法、日两家

仍将持发展核电的政策，发展中国家及初步发达国家（或地区）也在努力开 发核电。
　　目前，我国核电占发电总量的 1.49％。如果根据上述的发展趋势看，“洁 净”能源以洁净煤燃烧技术、水电及核电为支柱的话，则我国核电必会有很 大的发展。
当然，我们也要看到，核能也存在一些问题，主要有以下四个方面。 一、热中子反应堆电站的资源利用度低； 二、反应堆燃后卸出的乏燃料中，含有放射性寿命极长、毒性大的废物，
其最终“处置”技术尚待解决； 三、安全性还应进一步提高； 四、要符合核不扩散的要求。 前三者属原理及技术问题，后者则还有政治因素。
　　几十年来，核科学技术工作者为解决这些问题，分别地进行了许多研究 工作，取得了相当的进展。
　　快中子增殖反应堆把 U-238 转化为 Pu-239，经二三十年运行后，系统即 可以用增殖所生的 Pu-239 自持运行，铀资源利用率将提高六七十倍。这是一 个技术上已验证了的路线。但快堆的启动要以大量浓缩 U 或 Pu-239 为依托， 在热中子电站乏燃料中未积累起足够的 Pu-239 库存前，快堆难以大量发展。 热中子电站燃后的乏燃料中，除含可经后处理回收的 U、Pu 之外，还有 两类“废物”留存在后处理的高放废液中。一是比 U 原子序数高的锕系核素， 记为 MA。二是裂变产物，记为 FP，属于β衰变核，其中一些核的寿命也相当 长。这二者成为难于最终处置的高放废物。以 MA 的 Np-237 为例（寿命 214 万年），一座 1000MW 压水堆电站年卸料中含量约 10 公斤，要用 6000 万吨水 稀释后，才能达到排放标准，长期贮存则有向生物圈泄漏之虞。FP 中以 Tc-
99 为例，年产量为 19 公斤，寿命为 21 万年，如稀释则需用水 3000 万吨！
从放射性强度讲 MA 的危害比 FP 更大，经 1000 年存放后，MA 比 FP 强四万倍。 目前，一般认为比较可行的处置高放废液的方法是：暂存-固化-包装-深埋。 即暂存一段时间，待其中短寿命核素衰变后，用玻璃或陶瓷使其固化，经多 层包装后，深埋入远离人群的稳定的地层中。其基本要求是多层包装在极长 时间内不被腐蚀且地层在数百万年间是“稳定”的，但这一点人类还不能判 断。因此，仍有泄入生物圈的潜在风险。
反应堆是个中子倍增系数等于 1 的自持系统，因此原则上仍存在发生核
事故的可能性。现在反应堆技术已经采取了多重保护、纵深设防的措施，核 安全是有保障的，且仍在不断改进、提高中。但由于三里岛、切尔诺贝利事 故后，公众对其关心成为一个热点。尽管这两次事故均非核事故，但要使核 能成为公众“放心”接受的一种平常的能源，最好构建一个“自动核安全” 的核能系统。
　　这就是近十年来发展的放射性“洁净”核能系统。这个系统将把提高资 源利用率、减少放射性废物量、根本上改变核能系统的安全性三个问题一并 解决。同时这系统也不会产生导致核扩散的敏感核材料。
　　要充分利用铀资源，必须使核燃料增殖。除利用快堆增殖外，从 60 年代 末，即有利用中能强流质子加速器产生的快中子，经一定慢化后，把 U-238 转化为 Pu-239 的设想。但按当时的概念分析，所要求加速器的功率为那时技 术上能达到的几万倍。因此，这条技术路线被搁置了许多年。80 年代中期以
　　
后，随着加速器技术的提高和增殖系统概念的发展，核科学工作者发现，从 加速器技术讲，功率与目前已达到的差 10 至百倍，而且增殖系统是一种在核 工程上相对成熟的堆型——次临界装置，因此重又开始把加速器转化核燃料 技术引入核能系统的研究。
80 年代以来，形成了一种新的技术路线以处理高放废液，称分离-嬗变
（P-T）法。即用放化方法从废液中高效率地分离、提取 MA 和 FP，经加工成 组件后，置入某种核装置中，用中子轰击，经核反应使 MA 变成可裂变核，这 样不仅“焚烧”了 MA，而且使 MA 成为附加的能源供应核素；FP 在吸收中子 后，嬗变为稳定核或短寿命核。高放废物经分离-嬗变后则成为相对较易处置 的低放废物。P-T 法是一条极有生命力的处理核废物的技术路线。至于反应 堆系统，如果它的工况处于中子倍增系数小于 1 的次临界状态，在无外源中 子作用下，它是不能维持链式反应的，所以次临界装置是一种“天然”核安 全的系统，在技术上是相当成熟的。
　　放射性“洁净”核能系统是集中以往核科技、工程界研究和开发的成果， 而形成的一个新型的核能系统构想，它具有的基本性能归纳为：
1．充分利用资源，系统具有转化核然料的能力，在系统中，把不可裂变
的 U-238 核素转化成一个稳定的 Pu-239“库存”，并为 Th-U 资源的利用开 辟新途径；
2．系统具有嬗变核废物的能力；
　　3．结合“原址”的放化处理装置，使核燃料循环过程尽少与环境接触， 系统排放的是低放、低毒的废物；
4．系统具有“固有”的核安全性；
　　5．系统有高的能量输出，并有长的运行周期。一次装料后，可以连续运 行若干年（例如 5 到 10 年），使系统有高的负荷因子。
简言之，放射性“洁净”核能系统是一个充分利用资源，不排放高放、
高毒废物且有自身核安全性，原则上不存在核扩散问题的新型核能系统。它 将填补聚变能在商业性广泛应用前对核能的需求，且易为公众接受的具有良 好资源效益、环境效益、安全效益、经济效益与社会效益的“新一代”核能 系统的技术途径。
放射性“洁净”核能系统的构成由四大部分组成。
驱动器：
　　提供外加中子源的中能强流质子加速器。1GeV 的质子在重原子核的靶上 通过散裂反应，可产生 30～40 个快中子，产生每个中子的平均能耗为 25～
30MeV，是迄今我们所知产生中子能耗最“经济”的一种中子源（实现点火后 的聚变反应除外）。
中子产生器： 是具有特定性能及构形的产生中子的靶。它是驱动器与系统的产能核心
——次临界反应堆的耦合部。它决定外源中子的产额、能谱、空间分布、质 子束功率的耗散等对系统性能至关重要的参数。
次临界反应堆： 这是系统的心脏。外源中子慢化到所需的能量及空间分布后，核燃料的
转化、核废物的嬗变、决定允许的燃耗深度、能量的产生及传输等过程都在 其中发生。次临界反应堆有热中子次临界反应堆及快中子次临界反应堆之 别，由系统设计的性能要求而定。

“原址”放化分离设施： 根据系统设计的具体结构，或是在线“实时”，或是“离线”处理次临
界反应堆排出的放射性废物，把其中长寿命的 MA 及 FP 经一定加工后，回送 到反应堆中被嬗变。
　　这个系统中，最关键的设备是中能强流加速器和次临界反应堆。不论系 统的具体结构如何，向系统输入的是电能及“原始核燃料”（天然铀、贫化 铀及一定百分比的 U-235 或 Pu-239），而系统输出的是电能与低放废物。这 就是所谓“洁净”的涵义。
　　放射性“洁净”核能系统所涉及的基本物理过程是熟知的，其中绝大多 数已有定量的数据，可以作为研究、分析的基础。例如，非裂变核在中子核 作用下转化为可裂变核，已在热中子堆、快中子堆中实现；长寿命核废料在 中子作用下，嬗变为可提供“附加”能量增益的裂变核（指 MA）或是稳定（或 短寿命）β衰变核（指 FP），在实验室内亦已常规地研究过。因此，根据核 素演化规律，这系统中的核过程是可以定量地计算的。
　　事实上，从 50 年代开始，核物理工作者已提出了嬗变这一概念，并分析 了光核反应、中能质子直接轰击等过程，最终一致认为利用中子核反应嬗变 是最有效的。在 80 年代的文献中，有称这过程为“灰化”或“焚烧”的，并 分析了利用反应堆来实现嬗变的可行性。在 90 年代前期，核科技界的多数人 认同于利用加速器驱动的次临界反应堆是最有希望的技术途径，近些年来举 办的系列国际会议称之为“加速器驱动嬗变技术”。因此，这一核能系统概 念是依托以往长期基础研究的积累而形成的。
从高放废液中，以极高的回收率分离 MA 的放化工艺流程是后处理回收
U、Pu 的自然延伸。美、日等一些国家于 70 年代即已开始进行研究，法、德、 意等国也开展了不少工作，现在发展湿法为主的流程，均各有特点。我国的 放射化学家也提出了一种流程，受到国际同行的重视。现在的问题在于要使 回收率达到 99.9％，甚至更高，则还要求做进一步的努力。
分离-嬗变的技术路线是有坚实的物理与放射化学基础的。
中能强流加速器及次临界反应堆是这个核能系统的关键装置。 根据不同设计，系统对驱动器（即加速器）的能量要求一般约在 1-1.5GeV
间，而束流强度要求则在 20mA-200mA 间，这一流强指标与目前运行近 20 年
的加速器有 1 至 2 个量级的差距，这在技术上及加速器物理上是个挑战。对 于这样强流的加速器有两个基本要求：1）高效率，即从电功率转换成束功率 的效率应达 40％-50%，比现在已达到的要求高 1 个量级；2）低束损，即束 流在加速器结构及输运过程中的损失要少，不然会在加速器中引起严重的感 生放射性，影响运行与维修。理论上要求束流传输 1 米的损失不大于千万分 之一，这比现在已达到的要求高 2 个量级。目前的技术在高效率转换电功率 方面已有很大进展，对于低束损问题正在开展理论及实验的研究。
　　次临界反应堆是比较成熟的技术。不同的系统设计对于次临界反应堆中 的中子注量率要求在 1014 中子／平方厘米-秒到 1016 中子／平方厘米-秒间。 一般处理 1014 或 1015 的中子注量率水平，堆工技术是成熟的，但对于 1016 则 会遇到一些新的堆物理、工程技术及材料等方面的问题。从更有效地嬗变 MA 的角度看，希望反应堆中的中子能量比目前技术上成熟的钠冷快堆更高一 些，因此有人建议用铅作慢化与载热剂，这当然是一项新技术。由于铅有低 熔点、高沸点、化学性能稳定的优点，所以有些国家正拟议在快中子反应堆
　　
中开发这项技术。 从总体上讲，放射性“洁净”核能系统是一个新的概念，一条新的技术
路线，但它是在过去长期核科学研究、核能开发、核工程建设基础上发展起 来的。
　　可以取能量增益因子 G（系统输出能量与加速器束能之比）作为衡量系 统效益的一个指标，而第二个指标是嬗变废物的能力（以被嬗变废物的等效 寿命或被嬗变核素的绝对量计）。当 G=1 时，可看作为物理上的“得失相当”； 但反应堆输出的热能转换为电能的效率一般为 33％，加速器效率取 45%，因 此技术上的“得失相当”应为 G≥7；此时并无实际可应用的电能输出；如果 以大于 80％电能上网作基本要求的话，则 G 必当大于 30。但根据系统设计的 要求，在 G 因子及嬗变能力之间将有所折衷。
　　国际上目前对放射性“洁净”核能系统的研究处于对系统的概念进行研 究的阶段；对某些必须解决的技术关键则在进行小规模的技术探索性预研， 例如强流加速器及放化分离流程等。
　　由于一些核能大国已积累了相当数量的放射性废物，其最终处置的问题 将影响今后核能的发展，因此美、俄、法、日等国都制定了加速器嬗变废物 的研究计划，并提出了目标性方案。在 1994 年底，西欧核研究中心的卡·鲁 比亚小组提出一个与分离-嬗变概念不同的概念，称为能量放大器。鲁比亚是 一位获得诺贝尔奖的粒子物理学家，他从在研制高能粒子探测器时发现的一 种能量增益的现象得到启发，进而发展了能量放大器这一新型核能系统的概 念，并提出了一个目标方案。
下面概略介绍美、日及西欧 3 个方案。
　　美国：由洛斯-阿拉莫斯国家实验室的核物理学家及加速器专家提出了一 个“加速器嬗变废物”（ATW）计划，由一台 1.5GeV、125mA（或 0.8GeV、250mA） 强流加速器，轰击铅靶与一座分成内、中、外 3 层同心柱状活性区的熔盐型 热中子次临界反应堆构成。反应堆外层用重水慢化，温度为 70℃，Th－232 在其中转化为 U-233，通过在线放化处理，把 U-233 燃料馈入中层，此处为 熔盐型堆，温度 600～700℃，此区内产生能量。中层产生的废物经在线分离 后，馈入重水慢化的内层嬗变，此区的温度亦为 70℃。这个系统要求的热中 子注量率为 1016 中子／平方厘米-秒。系统能量增益 G=15；嬗变能力以 MA 的 等效寿命计为 0.01 年，FP 小于 15 年。
日本：由日本原子能研究所及部分核工业企业合作，提出了一个“从锕
系核获得额外增益的选择”（OMEGA）计划。这计划的目的明确为嬗变 MA。 次临界装置取钠冷快中子堆，分别分析了熔盐型及固体组件型两种堆型，相 应加速器的要求分别为 1.5GeV、25mA 及 1.5GeV、40mA。能量增益相应为 21
及 14。嬗变 MA 能力均为 250 公斤／年，即一个系统可以嬗变 10 座 1000 兆 瓦核电站年产的废物。
西欧：顾名思义，这个方案是以获得核能为目标的，主要的分析重点在
于 Th-U 燃料循环，但分析结果表明，这系统还具有嬗变核废料的能力与产生 核废料少的优点。系统以一台 1GeV、20mA 加速器及一座铅冷快中子次临界装 置为主体设备，总装料为 27.6 吨 Th，并加入一定数量的 U-235 或 Pu-239， 系统的能量增益因子 G＝120。在 U-Pu 循环中，Pu 的等效半衰期约 10 年。 如用 Th-U 循环，则该系统是相当“洁净”的。下列估计值作为参考，取 同样功率的系统运行 40 年，并经 1000 年冷却后，其剩余放射性的比值为：

惯性约束核聚变装置 1～20
Th—U 循环能量放大器 1（经嬗变）～100（废物未嬗变） 燃煤 33
磁约束核聚变装置 1000 快中子增殖反应堆 20000
　　由于这个系统所要求的加速器流强指标相对较低，结合西欧的技术贮 备，他们正利用瑞士已运行了近 20 年的 0.6GeV、1mA 加速器展开技术预研。 此外，俄、法等国也有各自的计划及设想；瑞典、韩国、捷克等国的核 科技界也开始关注这一系统的研究动向。国际原子能机构也介入组织有关的
专家会议。这些动态说明对这一新概念核能系统的研究在日益发展中。 由于中能强流加速器不仅在此核能系统中是必要的，而且具有广泛的应
用，所以美、日、俄等国都花很大精力对强流加速器进行预研。最近，从私 人通讯中了解到，美国在停止了对用于粒子物理研究的预期耗资 80 亿美元的 超级超导对撞机计划后，能源部已决定在橡树岭国家实验室建设一台指标为
1GeV、5mA 的加速器，作为多用途核研究设施，今年开始拨款进行预研。如 果这台加速器建成，无疑将是强流加速器物理及技术上一个里程碑性的工 程。
核能系统的研究、开发是个周期长、投资大、涉及学科门类多的巨大的
系统工程。尤其这一新技术路线把过去一直相对独立发展的加速器、反应堆、 放射化学等学科汇于一炉，涉及的问题更为复杂。
从我国的核电发展看，到下世纪初将会达到 8400 兆瓦的装机容量。将积
累起成吨的 MA 及 FP，对其处置的问题亦将提上日程。因此，在开始发展核 电的同时，主动地研究对废物的处置方案是必要的。
目前，我们的研究工作方针可以归结为：跟踪国际动态，深化概念研究，
适度技术贮备，加强国际交流。我们认为充分利用国际核科技界的研究成果， 促进我们对系统的概念（从物理分析到准工程性系统）的研究是一条有效的 途径。对必须的技术贮备（如加速器、放化流程）宜从小到大，从局部到整 体，从“冷”试验到“热”试验逐步开展，以期从总体上形成我们的方案。 我们认为这个新的核能系统是有生命力的，不仅可以填补下世纪前半叶 对核能的需求，也可能在相当长一段时间内与聚变能的利用并存。就我国资 源情况看，就目前已掌握的铀资源量而言，如采取这一技术路线，则可能提 供相当于前述可采煤的 1／5～1／4 能源供应，相应在发电能力中所占的比例
就更大。这样可确定核能成为我国下世纪能源构成中支柱之一的地位。

今日数学及其应用

王梓坤 北京师范大学

　　王梓坤 数学家。1929 年 4 月 30 日生于湖南零陵，1952 年毕业于武汉大 学，1958 年获苏联莫斯科大学副博士学位，1988 年获澳大利亚麦克里大学名 誉科学博士学位。先后任南开大学和北京师范大学教授（1984 年至 1989 年 任该校校长），同时任汕头大学（1993 年起任该校数学研究所所长）教授。
1991 年当选为中国科学院院士（学部委员）。专长概率论，并在随机过程等 方面的研究与教学中取得多项系统的重要成果。

一、数学科学、高新科技与国家富强
　　1．对数学的新认识之一 “国家的繁荣富强，关键在于高新的科技和 高效率的经济管理。”这是当代有识之士的一个共同见解，也已为各发达国 家的历史所证实。在我国，邓小平同志把科技对生产建设的重要性提到前所 未有的高度；在美国，科学院院士 J．G．Glimm 也曾幽默地说过：40 年前， 中国有句话说“枪杆子里面出政权”，而从 90 年代起，在全球应是“科学技 术里面出政权”。他的话反映了国外许多人士对科技重要性的新认识。从最 近海湾战争可以看出，高技术是保持国家竞争力的关键因素。“高新技术的 基础是应用科学，而应用科学的基础是数学”。这句话把数学对高新技术的 作用，从而对国富民强的作用，清楚地表达出来。当代科技的一个突出特点 是定量化。人们在许多现代化的设计和控制中，从一个大工程的战略计划、 新产品的制作、成本的结算、施工、验收、直到贮存、运输、销售和维修等 等都必须十分精确地规定大小、方位、时间、速度、成本等数字指标。精确 定量思维是对当代科技人员共同的要求。所谓定量思维是指人们从实际中提 炼数学问题，抽象化为数学模型，用数学计算求出此模型的解或近似解，然 后回到现实中进行检验，必要时修改模型使之更切合实际，最后编制解题的 软件包，以便得到更广泛的方便的应用。
2．新认识之二 数学科学对经济发展和竞争十分重要。好的经济工作者
决不止是定性思维者，他不能只满足于粗线条的大致估计，而必须同时是一 位定量思维者。数学科学不仅帮助人们在经营中获利，而且给予人们以能力， 包括直观思维、逻辑推理、精确计算以及结论的明确无误。这些都是精明的 经济工作者和科技人员所应具备的工作素质；大而言之，也是每个公民的科 学文化素质。所以数学科学对提高一个民族的科学和文化素质起着非常重要 的作用。
　　3．新认识之三 “高技术本质上是一种数学技术”。这种观点已为越来 越多的人所接受。许多西方公司意识到：利用计算技术去解决复杂的方程和 最优化问题，已改变了工业过程的组织和新产品的设计。数学大大地增强了 他们在经济竞争中的力量。无怪乎美国科学院院士 J．G．Glimm 不仅称数学 为非常重要的科学，而且说它是授予人以能力的技术。他说：“数学对经济 竞争力至为重要，数学是一种关键的普遍适用的，并授予人以能力的技术。” 时至今日，数学已兼有科学与技术两种品质，这是其它学科所少有的，不可
　　
不知。
　　由于对数学重要性的重新认识，在欧洲建立了“欧洲工业数学联合会”， 以加强数学与工业的联系，同时培养工业数学家去满足工业对数学的要求。 在一篇有关的报告中，列举了欧洲工业中提出的 20 个数学问题，其中包括： 齿轮设计、冷轧钢板的焊接、海堤安全高度的计算、密码问题、自动生产线 的设计、化工厂中定常态的决定、连续铸造的控制、霜冻起伏的预测、发动 机中汽轮机构件的排列、电化学绘图等等。
　　4．数学与诺贝尔经济奖 数学对经济学的发展起了很大的作用。今天， 一位不懂数学的经济学家决不会成为杰出的经济学家。1969 年至 1981 年间 颁发的 13 个诺贝尔经济学奖中，有 7 个获奖工作是相当数学化的。其中有 Kantorovich“由于对物资最优调拨理论的贡献”而获 1975 年奖，Klein“设 计预测经济变动的计算机模式”（获 1980 奖年），Tobin“投资决策的数学 模型”（获 1981 年奖）等等。在经济学中，用到的数学非常广泛，有的还很 精深。其中包括线性规划、几何规划、非线性规划、不动点定理、变分法、 控制理论、动态规划、凸集理论、概率论、数理统计、随机过程、有限结构
（图论、格论）、矩阵论、微分方程、对策论、多值函数、集值测度，以及 Arrow 的合理意图次序理论等等，它们应用于经济学的许多部门，特别是数 理经济学和计量经济学。
5．爱因斯坦的见解 在数学与其他科学的关系方面，培根曾说数学是
“通向科学大门的钥匙”；伽利略说“自然界的伟大的书是用数学语言写成 的”。物理定律，以及科学的许多最基本的原理，全是用数学公式表示的。 引力的思想早已有之，但只有当牛顿用精确的数学公式表达时，才成为科学 中最重要、最著名的万有引力定律。另一位物理大师爱因斯坦认为，“理论 物理学家越来越不得不服从于纯数学的形式的支配”；他还认定理论物理的 “创造性原则寓于数学之中”。他自己的工作证实了这一思想，正是黎曼几 何为广义相对论提供了数学框架。科学大师们的工作和思想，引导到如下的 信念：“我们生活在受精确的数学定律制约的宇宙之中”，正是这种制约使 得世界成为可认识的。世界可知是唯物认识论中的最重要的原理。
6．数学是什么？ 恩格斯说：数学是研究现实中数量关系和空间形式的
科学。虽然时间已过去一百多年，这一答案大体上还是恰当的，不过应该把 “数量”和“空间”作广义的理解。数量不仅是实数，而且是向量、张量， 甚至是有代数结构的抽象集合中的元；而空间也不是仅指三维空间，还有 n 维、无穷维以及具有某种结构的抽象空间。这样，恩格斯的答案已基本上包 含了数学的主要内容，尽管还有一些重要的篇章如数理逻辑等包不进去。
　　7．数学的特点 数学的特点是：内容的抽象性、应用的广泛性、推理的 严谨性和结论的明确性。数学虽不研究事物的质，但任一事物必有量和形， 所以数学是无处不在、无时不用的。两种事物，如果有相同的量或形，便可 用相同的数学方法，因而数学必然、也必须是抽象的。同一个拉普拉斯
（Laplace）方程，既可用来表示热平衡态、溶质动态平衡、弹性膜的平衡位 置，也可表示静态电磁场、真空中的引力势等等。数学中严谨的推理和一丝 不苟的计算，使得每一数学结论不可动摇。这种思想方法不仅培养了数学家， 也有助于提高全国人民的科学文化素质。它是人类巨大的精神财富。爱因斯 坦关于欧氏几何曾说：“世界第一次目睹了一个逻辑体系的奇迹，这个逻辑 体系如此精密地一步一步推进，以致它每一个命题都是绝对不容置疑的——

我这里说的是欧几里得几何。推理的这种可赞叹的胜利，使人类的理智获得 了为取得以后成就所必需的信心。”
　　8．数学的成份 数学大体上可分为三大部分：基础数学、应用数学和计 算数学。基础数学是数学中的核心，也是最纯粹最抽象的部分。它大致由三 个分支组成：分析、代数和几何。这三者又相互交叉和渗透，从而产生解析 几何、解析数论、代数几何等学科。此外研究随机现象的概率论、研究形式 推理的数理逻辑等，也属于基础数学。
　　应用数学研究现实中具体的数学问题，它既采用基础数学的成果，同时 又反过来从实际中提炼问题、探讨新思想和新方法以丰富基础数学。数学应 用的领域虽无边际，但大致也可分为三方面：经济建设（工、农、商等）； 科学与技术（特别是高科技）；军事与国防，详述见后。运筹学、控制论与 数理统计等学科中，大部分内容属于应用数学；而经济数学、生物数学等， 则是比较标准的应用数学学科。
　　计算数学偏重于计算，早期它致力于求出各种方程（代数方程、（偏） 微分方程、微积分方程等）的数值解。近 40 年来，计算数学有了极其迅速的 发展，这主要是由于电子计算机的出现。计算机的高速计算使得许多过去无 法求解的问题成为可解，从而大大扩展了数学的应用范围。例如，短期天气 预报、高速运行器的控制，离开计算数学和计算机是不可能的。近期，由于 计算机模拟、计算辅助证明（如四色问题的证实）在人工智能中的应用，以 及计算力学、计算物理、计算化学、计算几何、计算概率等新学科的诞生等 等，使得计算数学雄风大振。今天，人们已把计算作为与理论、实验鼎足而 立的第三种科学方法而引入科学界。
基础数学、应用数学与计算数学既有各自的特点又紧密相互联系。一个
重大的数学问题，特别是从实际中提出的数学问题，都需要上述三种数学的 内容和方法。建立数学模型，寻求解题方法，需要基础数学和应用数学，而 使解题方法得以实现，则离不开计算数学。这三种数学互相补充，互相渗透， 大大地促进了整个数学科学的发展。
9．现代数学的新特点 数学内部各分支间的相互渗透、数学与其他科
学（如控制论）的相互渗透、电子计算机的出现，正是当代数学三个新的特 点。由于相互渗透而导致许多新问题和古老难题的解决，其成绩往往出乎意 外而使人惊异。例如，对素数的研究以往认为很少有实用价值，却不料它在 密码学中受到重用。密码学认为，千位以上的整数的素因子分解，几十年内 在计算上不可能实现。但荷兰数学家得到了一个当前最好的因子分解算法， 这严重地冲击了上述想法和密码的安全性。又如泛函分析中的无穷维 Von Neumann 代数解决了拓扑学三维空间中打结理论中一些难题。描写孤立波的 KdV 方程用于代数中，解决了 Riemann 提出的一个重要问题。描写随机现象
的 Malliavin 演算给出了著名的 Atiyah-Singer 指数定理的新证明，并推广 了这一定理。更使人感叹的是物理中的杨振宁——米尔斯规范场与陈省身研 究的纤维丛间的紧密联系，二者间的主要术语竟可一一对应。例如，规范形 式——主纤维丛、规范势——主纤维丛上的连络、相因子——平行移动、电 磁作用——U（1）丛上的连络等等。无怪乎杨振宁说：“我非常惊奇地发现， 规范场说是纤维丛的连络，而数学家们在提出纤维丛上的连络时，并未涉及 到物理世界”。
学科间的相互渗透是当今各门科学技术高速发展的必然后果，也是重要

原因；只有置身于众多高新科技急剧发展的大背景中，数学内、外部的相互 渗透才是可能的，也是容易理解的。
　　10．数学发展的趋势 今后数学的发展必然比最近数十年更迅速，成绩 更巨大。科学技术越积累，人类认识、利用和改造自然的能力越增长，科学 技术便越快发展，形成一良性循环。作为其中的一部分，数学也必然如此。 总体上，高速发展是完全可以预言的；但至于哪些分支发展得更快些，更好 些，则既依赖于该学科本身的活力又依赖于科技大背景的波动和社会的需 要，难以肯定回答。不过从目前的情况看，非线性数学是一重要发展方向。
线性方程的特征是叠加原理成立：如φ1、φ2 是方程的两个解，则 a1φ1＋a2
φ2 也是解，其中 a1、a2 是常数。例如薛定谔方程



或拉普拉斯方程

都是线性的。线性数学比较成熟。但还有许多问题是非线性的，如牛顿引力 论中的基本定律是平方反比关系，粮食产量对肥料未必成正比等。引人注目 的冲击波、孤立子、混沌现象、n 体问题等都是非线性的。非线性问题，不 仅涉及面广，而且难度也大，这反而更能引发人们研究的兴趣。
除去非线性数学外，离散数学（涉及数论、抽象代数、数理逻辑、组合
论、图论、博奕论、规划论等），概率论与数理统计、计算数学以及数学对 生物学、经济学、语言学、管理学、控制论、复杂性等的渗透和应用，都会 有更大的发展。其它数学也同样会有迅速的进展；甚至会爆出新的、出人意 料的大冷门；晴空一鹤排云上，更引诗情到碧霄，这也是非常可能的。

二、大哉数学之为用
　　1959 年 5 月，华罗庚教授在《人民日报》上发表了《大哉数学之为用》， 精彩地叙述了数学的各种应用：宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、 地球之变、生物之谜、日用之繁等各个方面，无处不有数学的重要贡献。很 难比这篇文章写得更全面了。下面只举些 60 年代以后数学的若干重大应用， 以见一斑。我们会看到，有些重要问题的解决，数学方法是唯一的，也就是 说，除数学外，用任何其他方法、仪器、手段都会一筹莫展。
1．沙漠风暴与数学战 1990 年伊拉克点燃了科威特的数百口油井，浓
烟遮天蔽日。美国及其盟军在沙漠风暴以前，曾严肃地考虑点燃所有油井的 后果。据美国《超级计算评论》杂志披露，五角大楼要求太平洋-赛拉研究公 司研究此问题。该公司利用 Navier-Stokes 方程和有热损失能量方程作为计 算模型，在进行一系列模拟计算后得出结论：大火的烟雾可能招致一场重大 的污染事件，它将波及到波斯湾、伊朗南部、巴基斯坦和印度北部，但不会 失去控制，不会造成全球性的气候变化，不会对地球的生态和经济系统造成 不可挽回的损失。这样才促成美国下定决心。所以人们说第一次世界大战是 化学战（火药），第二次是物理战（原子弹），海湾战争是数学战。
　　数学在军事方面的应用不可忽视。再举三个例子，海湾战争中，美国将 大批人员和物资调运到位，只用了短短一个月时间。这是由于他们运用了运 筹学和优化技术。另一例是：采用可靠性方法，美国研制 MZ 导弹的发射试验
　　
从原来的 36 次减少为 25 次，可靠性却从 72％提高到 93％。再者，我国研制 原子弹，试验次数仅为西方的 1／10，从原子弹到氢弹只用了 2 年 8 个月， 重要原因之一是有许多优秀数学家参加了工作。
　　2．太阳系是稳定的吗？ 地球的前途如何？是一个虽然遥远却非常有 趣而重要的问题。将来太阳系是否会保持现状？是否有某行星脱离太阳系？ 行星间是否会碰撞？数学证明，太阳系在相当长时间内是稳定的，至少 10 亿年内如此。科学家还用计算模拟以研究恒星消亡过程。太阳最后变成一颗 白矮星；但一颗质量约为 8-10 倍于太阳的恒星则会发生超新星爆炸：由于热 源枯竭而收缩到一个小城市大小，密度达到原来的 100 万亿倍。这些物质产 生巨大的刚性反弹而爆炸，恒星外壳被炸掉而剩下的残余成为中子星。天文 学是数学的重要用武场所，1846 年勒维耶通过计算在笔尖上发现海王星，在 科学史上传为佳话。在多体问题的研究中，由于初始条件不同，多体系统的 运动或表现为规则的，或表现为混沌的。行星沿椭圆运动是规则运动的例子， 而小行星在 Kirkwook 窗口的运动是混沌运动的例子：与木星的共振相互作用 导致偏心率随机的变化，有时朝这一方向，有时朝另一方向；无规则变化的 偏心率可能变得很大，这时小行星便可能陨落，例如落到火星上。
　　3．石油勘探 这是数学取得重大经济效益的应用场所之一。石油深藏地 下，人们通过人工地震记下反向回来的地震波，波形随着地层地质的不同而 变化。用计算机处理所得的波形数据可以提供地下岩层、岩性以及有关石油、 天然气等的知识。1991 年 5 月，美国壳牌石油公司应用计算技术于新奥尔良 以南 39 公里的河流之下 930 公里处，探明了一个储量超过 10 亿桶的大油田。 我国在这方面也做了许多工作（见后）。在数据处理中，Wiener 滤波起到重
要作用。
　　4．DNA 与 CT 如果说二次大战以前，数学主要用于天文、物理，那么， 现在数学已深入到化学、生物和经济、管理等社会科学中。例如，DNA 是分 子生物学的重要研究对象，是遗传信息的携带者，它具有一种特别的立体结 构——双螺旋结构，后者在细胞核中呈扭曲、绞拧、打结和圈套等形状，这 正好是数学中的扭结理论研究的对象，北京大学姜伯驹教授对此深有研究。 下面两项有关生物、医学和化学的高技术中，数学起着关键性作用。X 射线 计算机层析摄影仪（简称 CT）的问世是本世纪医学中的奇迹，其原理是基于 不同的物质有不同的 X 射线衰减系数。如果能够确定人体的衰减系数的分 布，就能重建其断层或三维图像。但通过 X 射线透射时，只能测量到人体的 直线上的 X 射线衰减系数的平均值（是一积分）。当直线变化时，此平均值
（依赖于某参数）也随之变化。能否通过此平均值以求出整个衰减系统的分 布呢？人们利用数学中的 Radon 变换解决了此问题，Radon 变换已成为 CT 理 论的核心。首创 CT 理论的 A．M．Cormark（美）及第一台 CT 制作者 C．N．Hounsfield（英）因而荣获 1979 年诺贝尔医学和生理学奖。另一项高 技术是 H．Hauptman 与 J．Karle 合作，发明了测定分子结构的新方法，利用 它可以直接显示被 X 射线透射的分子的立体结构。人们应用此方法，并结合 利用计算机，已测出包括维生素、激素等数万种分子结构，推动了有机化学、 药物学和生物学等的发展；二发明人分享了 1985 年的诺贝尔化学奖。由此可 见在此二项技术中数学的关键作用。
　　5．飞机制造 制造业中广泛地用到数学，今以飞机为例，设计师必须考 虑结构强度与稳定性，这是用有限元来分析的，而机翼的振动情况则需解特
　　
征值问题；为了使飞机省油与提高速度必需找到一种最佳机翼和整个机体的 形状；如何为飞行员选择最优控制参数，也是必须考虑的问题。飞机设计在 极大程度上以计算为基础，人们研究描绘机翼和整个机体附近气流的方程。 工程设计和制造工艺主要靠计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM） 两大工具，而这两者又都以数学为理论基础。计算流体力学可以帮助人们设 计新的飞行器。数学模型已代替了许多的实验，如风洞实验，既便宜、省时， 又有适用性、安全性。以前利用风洞设计飞机某一部件，若要改变某一部位， 必须在机械车间建一模型；而今天设计一数学模型，只要通过键盘打进新的 参数即可。自动导航与自动着陆系统是根据卡尔曼滤波的方法设计的，而后 者主要又是数学。在涡轮机、压缩机、内燃机、发电机、数据存储磁盘、大 规模集成电路、汽车车身、船体等的设计中，也都用到了类似的先进数学设 计方法。
　　6．Hardy 的故事 G．H．Hardy（1877—1947）是英国著名的数学家， 他推崇数学的“纯粹”和“美”，认为数学是一种永久性的艺术品。他从不 谈（甚至轻视）数学的应用，他写道：“我从不干任何有用的事情，我的任 何一项发现都没有，或者说不可能给这个世界的安逸带来最细微的变化?? 他们（指某些数学家）的工作，也和我的同样无用”。但他万万没有想到，
1908 年他发表的一篇短文却在群体遗传学中得到重要应用。那篇文章可直观
地解释如下：人的某种遗传学病（如色盲），在一群体中是否会由于一代一 代地遗传而患者越来越多？20 世纪初有些生物学家认为确会如此，如果这 样，那么势必后代每个人都会成为患者。Hardy 利用简单的概率运算，指出 这种说法是错误的。他证明了：患者的分布是平稳的，不随时间而改变。差 不多同时，德国的一位医师 Weinberg 也得到同样的结论。这一发现被称为 Hardy－Weinberg 定律。
7．高超的数学工具——在宏观经济中的应用 宏观经济学研究经济综
合指标的控制，例如研究失业、价格水平以及收支平衡的控制等。而微观经 济学则针对买方和卖方，讨论消费与生产中的选择问题。1972 年以来，承担 调整美国经济的政府机构联邦储备局，以最优控制方法，特别是线性二次方 法为背景，提出了包括失业与通货膨胀平衡的政策建议。1973 年，《商业周 刊》登了一篇文章，概述了最优控制在经济学中的潜在作用，文章说：“你 如何努力地及时地刹住过于繁荣的经济，而又不至于滑入灾难性衰退的危险 之中？??美国的决策者们恰好面临这种情形，而从经济学家那里极少得到 明确的建议??对这种两难的情况，可从最优控制理论得到方法上的帮助”。 利用控制理论和梯度法，人们求解了南朝鲜经济的最优计划模型（参考 Economet－rica，Vol.33，May，1970，D.Kendrick 等的文章）。美国、加 拿大、智利等也有类似的经济模型。
　　8．提高产品质量——数字在微观经济学中之应用 数理统计学的应用 极为广泛，它的优势是从有限次的观察或实验中提取重要的信息。数理统计 中的篇章“实验设计”、“质量控制（QC）”、“多元分析”等对提高产品 的质量往往能起到重要的作用。一家美国电视机制造公司被日本人买下，这 家公司的废品率非常高。通过运用 QC 后，废品率下降到 2％。下面的例子说 明美国电话电报公司如何使用 QC 以提高质量。问题是关于自动化装配线，这 一装配线由几个机件组成，其生产率出奇的低，而人们又找不出原因。QC 方 法首先是收集数据以确定失败模式，很快找出问题的症结是生产线上所用的
　　
塑料成分的尺度变化太大；这些塑料部件过分弯曲；金属元件间的焊接点过 厚，使机件运行阻塞。经过一年的改进，生产率增加 121％，工作时间减少
61％，产品成功率从 90％增到 98%。 一般地，某产品的质量依赖于若干个因素（原料、工艺时间等等），每
一因素又有若干种可能的选择，如何挑出最优的选择搭配以求获得最佳的产 品，是统计实验设计（SED）的主要研究问题。SED 有一段发展史，20 年代， R．A．Fisher 在农业中运用 SED，取得前所未有的成功。20 年代中叶蒂皮特 运用 SED 于棉纺工业，随后又用于化学和制药工业。50 年代，美国戴明把 SED 介绍到日本，对日本制造业产生很大影响，日本工程师田口用此法以减小产 品性能异性从而提高产品质量。日本工业广泛运用统计质量控制，后又发展 成全面质量管理，这项措施大大提高了日本产品的质量，在国际上最有竞争 力，引起了巨大的反响。80 年代，许多美国工业公司通过田口把统计方法用
到设计和制造中，产品质量不断地得以提高。