关于工程科技创新的哲学思考

（中国石油集团工程技术研究院有限公司）

哲学是关于世界观的学问，是自然科学和社会科学的综合与总结。从客观世界包括自然界（指物）与社会（指人）的相应规律中抽取共同的部分升华形成哲学内容，反之，把哲学原理与自然界和社会分别结合并指导相应研究，从而形成和深化自然科学和社会科学。哲学内容包含规律与理念，理念是对基本规律的理解和阐释，也涉及对思想方法和研究方法的概括与总结。

古往今来，哲学家、思想家多矣，由此形成各种学说、各类门派。这些学术门派往往相反相成，既相互对立，又相互关联，目标相同（自然与社会），视角不同（立场与方法），所见相异（认识与结论）。老子的《道德经》是东方古典哲学的高峰，五千言囊括了对客观世界的认识与概括。庄子则是辩证思维的代表，他从运动和变化的角度揭示了客观世界的发展规律。马克思主义哲学辩证唯物论是数千年来中外哲学的高点，其三大定律即对立统一规律、量变质变规律和否定之否定规律，是指导自然科学和社会科学研究与发展的基本原理。

哲学对其下属的各个领域，大到自然科学和社会科学，小到再进一步下分的诸多领域，均有指导和应用，人们对某一领域的认识规律也往往被称为这一领域的哲学。从哲学理论到实际应用，可分为“道、略、术、行”4个层面：哲学为道，布局为略，方法为术，实践为行。以毛泽东革命与军事思想为例，“枪杆子里出政权”可谓之道（哲学思想层面），而“农村包围城市，最后夺取政权”可谓之略（战略布局层面），“游击战争十六字诀”可谓之术（具体战术层面），战争战役可谓之行（具体执行层面）。

笔者根据对哲学的初步学习和多年从事工程技术研究的实践，形成以下粗浅的感悟和体会。在工程科技领域，带有认识规律的哲学思考和理念属于“道”的层面，科研方向与布局属于“略”的层面，研究路线与方法属于“术”的层面，具体科研攻关活动属于“行”的层面。本文重点讨论工程技术哲学的理念（工程科技之道），而科研方法（工程科技之术）仅略有涉及，拟另文探讨。

1 客观世界的无限性和人类认识的有限性

科学是人对于客观世界规律性认识的总结。客观世界是无限的，人类只能通过科研实践逐步扩大和加深对客观世界的认识范围和深度，而不可能穷尽客观世界，人的认识也只能逐步接近客观真理，因此就有了认识的阶段性和相对真理，客观真理是相对真理的极限。就像从牛顿力学到爱因斯坦的相对论，而且相对论也并没有穷极真理，还有很多无法解释的现象，如暗物质和暗能量问题等。科学发展史上不乏先例，例如19世纪末，世界著名的物理学家们普遍认为，当时的物理学大厦已经十分完美，只不过上空还有“两朵乌云”（一是寻找以太的“迈克尔-逊莫雷实验”，一是黑体辐射的“紫外灾难”）。但正是这“两朵乌云”导致20世纪物理学的大革命，分别促成了相对论和量子论的发现。爱因斯坦和古希腊数学家、哲学家芝诺都曾说过：知识就像一个圆的面积，未知就像圆的周长，知道得越多则未知也就越多。

承认“客观世界的无限性和人类认识的有限性”，就要有开放性思维，正视未知现象和未知问题，用科学的态度去研究，而不是局限在自己熟悉的学科范围内，对未知现象进行贴标签式的解释。由于认识是逐步逼近绝对真理，所以认识过程是无限的，创新也是无限的。正视新现象，研究新问题，探索新知识，寻求新结论，这才是治学之道。

2 用系统论的观点认识和分析一切事物

自然界的一切事物，包括社会中的任何人，都不是孤立的存在，都处于系统之中。任何事物在一个大系统中占据一定的位置，上有上位，下有下位，构成系统链条的一环，存在于特定的背景之中。从物质的无限可分性来说，一个事物自身就可以构成一个系统，即大系统下的一个子系统。唯有用系统论的观点来看待和分析事物，才能做到真正的客观和全面。

根据个人体会，一个系统有“五性三则”，五性即物质性、能量性、信息性、统一性和运动性；三则即空间无限性原则、时间有限性原则和变化绝对性原则。作为一个系统，它是物质的、能量的、信息的、统一的、运动的。所谓的统一性就是协调性，协调的规则是此系统区别于彼系统的根本标志，运动就是变化、发展过程。

什么叫“空间无限性原则”？任何一个系统都是更高一级系统和较低一级系统的中间级，系统的分级是无限成链成序的。如何解释“时间有限性”？任何一个系统都在发展变化，都要历经发生、成长、稳定、破坏和消亡全过程。研究一个产品投入到市场，可对应4个阶段：新技术研究，在没有出实验室以前属于生长期，亦称新生期、婴儿期；出了实验室之后在市场中不断应用、发展、完善，属成长期，企业家进行投资时一定要抓住成长期，在成长期的初期进行投入，将来会有更大发展；技术在市场应用了一段时间后进入平稳期、稳定期，不会再有大的发展；而后进入消亡期、淘汰期。从哲学层面认识技术发展规律，对准确把握技术的价值定位和市场动态、进行相应的规划和布局是有益的。

用系统论的观点看待和分析事物不仅是哲学理念，也是非常重要的思想方法和科研方法。坚持系统观点可以克服局限性，避免僵化思维，学会自觉、全面地看问题。以油气钻井工程领域井下动力钻具为例，20世纪30年代，涡轮钻具的出现推动了定向钻井的技术进步和大规模发展，但涡轮钻具的缺点也明显暴露，如转速高（工作转速可达1000r/min以上，会造成牙轮钻头过早损坏，合理转速应在200r/min以下），扭矩小（不利于切削地层），机械特性软（无过载能力，容易被压死），造斜率低（多级涡轮造成工具长，弯点离钻头太远），水力负荷大（压降与排量有关而与工况无关）等。由此低速大扭矩的螺杆钻具应运而生，很快取代了涡轮钻具，被广泛应用。

低速大扭矩的螺杆钻具取得了很大的技术进步，但从系统论观点来看，这次技术进步仅是一个方面，应该还有另一个方面。因为在这个系统中，包含着钻具和钻头两个部分，二者的特性尚不能达到合理匹配（不和谐），必须改进。改进可以有3个方向，即改进钻具以适应钻头，或改进钻头以适应钻具，或两者都进行改变以取得更好的相互匹配。螺杆钻具的出现遵循了第一个方向，后来着眼于第二个方向，钻头实现重大改进，发明了金刚石钻头和PDC（聚晶金刚石复合片）钻头。钻具和钻头不断发展完善，以求得二者的合理匹配，这正是技术进步遵循的第三个方向。掌握了系统论的思维方法，理性、清醒地看到3个发展方向，就不会拘泥于一端，并能更深刻地认识到，要组成一个稳定的系统，其中的矛盾必须和谐匹配，否则就会打破这一系统的平衡。这种打破本身是又一次的飞跃与发展。

3 凡是存在的都是合理的，也是不合理的

前半句出自德国哲学家黑格尔，笔者认为加上后半句才更完整。黑格尔的意思是“存在即合理”，但是“合理”并不意味着“正确”，只是“事出有因”。《西方哲学思维观》一书对此有这样的解释：“任何存在的事物都有其存在的原因，存在的一切事物都可以找到其存在的理由。”有了这一条，我们在考察技术发展过程和评价某一项已被淘汰的技术时会有更深刻的认识，而不是不加分析地否定一切，这样对思考创新会有帮助。

加上后半句话是想说明，任何事物都处在发展变化中，合理的存在依赖于其所处的背景，在这个特定时空背景中它是合理的，当时空背景发生变化后就可能不再合理。事物在发展，背景变了，条件变了，就要与时俱进，只有这样才能不断创新，才会做到持续发展。

4 否定之否定是科技发展的必然规律

科技发展验证了“否定之否定”规律的正确性。任何新技术的出现，都是对旧技术的否定，发展本身就是否定。这方面的例子不胜枚举，如上文已提及的低速大扭矩螺杆钻具的出现，就是对涡轮钻具的一次否定，后来涡轮钻具的自身改进也是对原有技术的一次否定。

又如，定向钻井中的有线测量系统曾对定向钻井技术进步起到了重要作用，后来出现的无线测量系统（MWD）是对它的一次否定。这个过程还没有完结，由于有线测量系统的高数传率比无线测量系统高出几万倍乃至十万倍以上，随着对钻井技术的要求越来越高，随钻测量最终会由无线传输再回到有线传输方式，近年出现的“智能钻杆”就是明证，这就又构成了一次否定。所以，在科技研究中要把握“否定之否定”规律，对旧事物、旧技术的否定就是创新的开端。

5 量变质变是科技研究中的基本理念

科技工作者必须树立量变质变的基本理念。任何事物的发展都有两个阶段，首先是量的变化，量变积累到一定程度导致质变。例如，在钻井轨道控制中，如果轨道参数得不到及时有效的控制，井斜角、方位角逐步变化，最后超过规定就可能造成井眼报废。任何事物的存在是以量的形式表现出来，并在一定程度上体现和影响本质。所以，科研工作者一定要有数量的概念，凡事做到“胸中有数”，养成观察数量、分析数量的习惯，自觉做到“优化参数”，特别要对临界参数和极限数量具有清醒的认识。

“胸中有数”的例子在科技研究、日常生活和工作中随处可见。例如大科学家费米在曼哈顿工程中用抛纸片测定风速从而判断原子弹的爆炸当量。笔者的导师谢竹庄教授生前常说：“工程师的眼睛要带着尺子。”笔者也曾在大庆树平1井轨道控制中把导向钻具的造斜率计算简化为经验公式，仅凭心算就可快速、准确地得出结果，等等。

6 “趋反求全”应是工程技术发展的一条规律

从多年的科研实践中，笔者得出一条认识：任何技术的发展都是在向对立面学习的过程中实现自我完善，简称“趋反求全”。根据辩证唯物主义原理，任何一个事物中都存在多对矛盾，其中主要矛盾决定事物的性质，即这一事物区别于其他事物的本质特征。在一对矛盾中包含着正、反两个方面，这两个方面相互依存同时又相互斗争，依存决定事物的性质，斗争推动事物的发展。在斗争和发展的过程中又存在相互学习，彼此取长补短而促使各自完善。

仍以上述井下动力钻具为例，涡轮钻具和螺杆钻具是一对矛盾，以“低速大扭矩”为特征的螺杆钻具是对“高速小扭矩”涡轮钻具的一次否定。在后来的发展过程中，涡轮钻具吸取了螺杆钻具的长度短、转速低、扭矩大、造斜率高（本体带有弯角）等优点进行改进，出现了短涡轮钻具、带有减速装置的涡轮钻具和复式涡轮、带有结构弯角的涡轮钻具等系列产品，加上自身不带橡胶元件可用于温度高的深井，实现了自身的相对完善，这些完善是对其自身的一次否定，也是向对手螺杆钻具学习的结果。由于钻头转速高有利于提高破岩效率，螺杆钻具的低转速并非是绝对优点，在金刚石钻头和PDC钻头出现以后，螺杆钻具开始向高转速大扭矩发展，出现了高转速螺杆钻具和长螺杆（大扭矩）钻具，同时也正在探索耐高温橡胶或去掉橡胶元件，以适应超深井钻井要求，这些改进是螺杆钻具向涡轮钻具学习而实现的自我完善。还有很多例子都在印证“趋反求全”这一规律。

7 “不满足”是实现创新发展的根本动力

技术的创新和发展就是对现状的否定，实现创新和发展的原动力何在？简言之就是“不满足”。2004年，笔者在接受某刊物记者采访时说过3个“在于”，即进步的起点在于追求，发展的关键在于创新，成功的秘诀在于坚持。“追求”的前提和动因就是“不满足”。管理学中有4个“决定”：企图决定版图，态度决定高度，思路决定出路，布局决定结局。一代天骄成吉思汗曾有一句名言：“你的心胸有多宽广，你的战马就能驰骋多远。”可以说，一切创新都是从不满足开始的。目前，国家强调“市场需求，创新驱动”，也是对这一规律的一种表述，因为“需求”本身就是不满足现状。

8 “成功、成本”是工程技术的根本要求

工程技术与基础科学研究不完全相同，它的根本要求可归结为“成功”与“成本”。也就是说，在实际的工程活动中，除了追求成功之外，还必须考虑成本，“不计成本”不是真正的工程。这就要求用于工程的技术，除了保证成功以外，还要追求效益（经济效益或社会效益）。对现代工程技术的根本要求可进一步表述为 “安全、优质、高效、环保” 8个字。其中，“高效”体现成本要求（经济效益），其他6个字体现了成功和现代社会的文明要求（社会效益）。

9 两个相关问题的深入思考

9.1 工程技术的本质特征

任何一项技术都有其本质特征。所谓本质特征，就是在所有特征中最重要的一个，其他特征都为其服务，换言之，如果把其他辅助特征一一删除，最后不能删除的那一个特征就是本质特征，因为去掉这一特征，该技术将不能存在。例如，钻井工程的本质特征就是钻井工具（如钻头或喷嘴）对地下岩石的破碎作用，其他诸如钻机、钻杆、钻井液、测量等附加技术都是为破岩配套服务的，去掉附加技术仍可称为钻井，但去掉破岩工具仅凭附加技术则根本不是钻井了。完善附加配套技术可以提高性能，是创新；而改进本质特征或改变其类别，则是具有颠覆性的创新。

9.2 工程科技和研究的“第一原理”

在科研活动中，笔者曾多次用过“第一原理”概念，其实在不同的场合，表达的内涵是不同的。称之“第一”主要是想强调其重要性或初始性。

9.2.1 第一原理A——完美理想（寻求差距）

把某一技术理想化，从各个方面追求最优，无论是技术功能、特性指标还是经济指标。当然，在现实中不可能做到面面俱到、无可挑剔，提出理想化原则的目的在于找到现有技术与理想化状态的差距，这一差距就是科研的新方向。例如，汽车的理想化状态是适应性强（可在城市、山地、极地、水面、空中行驶）、性能好（速度快、平稳、自动化、安全）、经济性好（节能、环保、价格低、寿命长）。以此考量，现有汽车都存在差距，只要解决其中一个差距，就是一次重要技术创新，汽车技术的进步就是这样实现的。如为了解决不能在山地行驶的差距，产生了越野汽车；为了解决不能在水面行驶的差距，产生了水陆两栖汽车；为了解决交通堵车的差距，产生了可以飞行的汽车；为了解决性能方面的差距，产生了大马力、ABS自动平衡系统和自动驾驶汽车；为了解决经济性方面的差距，产生了低油耗汽车、电动汽车，等等。

9.2.2 第一原理B——独立思考（实事求是）

笔者在接到一项科研课题时，不是先去做大量文献调研，而是在第一时间进行思考和判断，实事求是，形成自己的初步认识，然后再去开展深入调研，包括查专利和相关文献。这样做的好处是无论查阅过多少文献，都可以保留自己的一些想法，其中可能含有原始创新的成分。当今信息时代，文献资料浩如烟海，如果先看文献，他人的方案和做法往往先入为主，很难形成自己的原始想法，也就很难有所创新。如果自己先有想法，然后调研时把别人的方案和方法与自己的想法进行比照，并不断完善，这样就容易有创新的余地。

9.2.3 第一原理C——妥协折中（寻求统一）

任何一个工具和仪器系统，往往是多种技术和多个参数的组合，这些参数之间取值、排序的变化，都会引起系统构成的调整，因而存在妥协和折中的必要性。妥协也是协调，没有妥协就不是设计，没有协调就没有工程，妥协折中是为了寻求统一。笔者带领团队历时10年研发成功的CGDS-1地质导向钻井系统，是一个集测量、传输和导向功能于一体的大系统。要想确保测量的高精度，就要把传感器布置在近钻头处，但这样会使导向能力下降；而要想保持系统的高造斜率，也要把弯点布置在近钻头处，二者相争产生矛盾，合理的解决方案是在二者之间寻求统一，拿出一个兼顾二者的折中方案。当然，还有两种极端方案，一种方案是突出测量的高精度，一定程度上降低对造斜率的要求，这种系统可用于不要求高造斜率的场合；另一种方案是突出工具的高导向性能，主动降低对测量精度的要求，这种系统可用于要求高造斜率但可放松测量精度的场合。这两种极端方案产生两种有特色的技术系统，可在不同要求的场合选用。

10 结束语

俗话说“隔行如隔山”，但“隔山不隔理”。这个“理”就是哲学理念，它是自然科学和社会科学规律的综合和升华，是更高层面的普适性规律。第一原理A、B、C，不但包含了科研方法论的内容，也有工程哲学的普适性，对科研方向创新和科研方法具有指导意义。笔者根据上述理念和科研经历，将个人体会做了如下提炼与大家分享。

科技创新方法口诀：寻找矛盾，打破平衡；转换视角，正反纵横；第一原理，分层否定；检讨双方，妥协折中。

科研三字经：布大局，虑长远；探需求，勤调研；寻突破，拿产权；提方向，做可研；求创新，定方案；把总体，管路线；组团队，抓关键；掌进度，破难点；重基础，盯实验；做决策，担风险；鼓士气，稳大盘；让名利，举英贤；追实效，慎宣传；推产业，谋发展。