【陕西科技报整版】管晓宏院士:潜心“系统” 诺言永恒

 

潜心“系统” 诺言永恒

——专访我国著名系统工程专家管晓宏院士

 

 

 

11月28日,中国科学院传来捷报——2017年中国科学院院士增选结果公布,陕西有四位科学家荣获。其中,西安交通大学电子与信息工程学院管晓宏教授,当选信息技术科学部院士。

管晓宏,西安交大电信学院院长,我国系统工程领域的知名专家,国家杰出青年科学基金获得者,教育部长江学者特聘教授,IEEE Fellow,长期从事系统工程理论与应用研究。

为了祖国系统工程跨步前进,管晓宏院士风雨兼程、喜忧畅怀,仅上过四年小学和一年多的小学初中班,却自学考上清华大学;虽自费出国留学,但不忘诺言,放弃美国优厚待遇,回国任教、搞科研;精心培养拔尖创新人才,成果枝繁叶茂……管晓宏的科学人生,演绎的是一部励志传奇大剧,就像网络背后的神秘“操手”,肩负神圣使命,潜心“系统”事业,充满新动能!

小学四年,跨过演艺界,当过工人,自学考上清华

12月7日下午17时,记者在西安交大彭康楼终于见到了管院士。简约的穿着,儒雅的气质,明快的语言,第一句话郑重道:“抱歉哦,7点我还有课,咱就抓紧时间。”

1955年出生于四川省泸州市的管晓宏,随父母工作调动来到西安,在陕西长大。“1966年前,父母工作的学院撤销了,我家从西安搬到了华县(现渭南华州区)莲花寺的一个工厂。求学就从莲花寺小学开始,可刚上完四年级学校就停课关门了。” 管院士回忆这段日子说:“到了该上初中的年龄,可当地没有中学,就在3个年级合并一起的一个附设初中班上,师资大多是来自周围生产队的小学民办教师,也根本没有教材。我就在这样的学校上了一年多,而且大部分时间是在生产队‘学农’。”

1970年7月,不满15岁的管晓宏参加了华县柳枝公社的民工队,到冶金部第十冶金建设公司参加三线建设。从小就喜欢吹笛子的他,无师自通,竟然成为当地小有名气的吹笛手。因此,作为“特长生”被招进“十冶”宣传队,从而有了正式工作。在宣传队好几年半专职的“演艺生涯”中,他经常上台独奏当时的名曲《牧民新歌》等。

“后来演出少了,就当工人,先后干过木工、钳工、车工。当工人的生活稍微稳定之后,我也渐渐懂事,开始严肃地思考人生了。”管院士感叹道,尽管那时候他很想转学长笛进部队文工团,但买不起新长笛,愿望只能搁浅。

人生的新目标在哪里?这时候,他想起一位后来影响他一生的老师,她,就是庄家玫,教化学,毕业于陕西师范大学,当时被下放到小学教初中班。在“中学”一年多,庄老师认真告诉他什么是正规的初中、高中课,包括哪些教材。她鼓励他,还让他找高尔基的《我的大学》看:你可能没有机会上完初中,也上不了高中,但不要灰心,你是个聪明的孩子,完全可以自学,可以借以前的中学、大学教材,不用进大学就能完成大学学业。

他开始借书自学数理化,并且凡是能借来的书,都如饥似渴地看。到了1977年,就自学完了初中、高中的全部数理化课程,还初步自修了微积分、理论力学、电工学等大学课程。1977年恢复高考,几经周折,他终于报上了名,1978年春节的前一周,未曾料到,竟收到清华大学自动化专业的录取通知书。

难忘恩师庄家玫,管院士曾写过17000多字追忆,题目是《迟到了四十年的汇报——寻找庄家玫老师记》。他告诉记者:“今年是恢复高考40周年,我为此也准备写篇纪念文章。”

不忘诺言,放弃美国优厚待遇,回国任教、搞科研

管晓宏在清华大学完成了本科、研究生学业。进校时,他外语成绩最弱,可后来他以庄老师故事写的英文小小说“My Chemistry Teacher”被中央电视台《星期日英语》节目看上,还刊登在期刊上。可见,他在清华7年时光,学习是多么努力勤奋。

1985年硕士毕业后,他主动要求到西安交大当教师。他说:“老一辈自动化和系统工程专家,像胡保生教授、万百五教授、李人厚教授等传帮带,教我如何当教师,对我帮助很大。但我很快觉察到博士水平将成为高校教师的必要条件,要成为合格的高校教师,我的基础不够了。”他想出国深造,申请到了美国康涅狄格大学电机与系统工程系的全额奖学金,自费公派赴美国攻读博士学位。

1988年至1995年,在美国学习工作期间,他的研究取得了重要理论研究成果,每年创造数百万甚至上千万美元经济效益,并在国际一流学术期刊发表多篇论文。他的导师、著名华裔科学家陆宝森教授,称他是“该系成立15年来最优秀的学生之一”。

1993年5月,管晓宏获得博士学位,被美国当时最大的电力公司PG&E(太平洋燃气与电力公司)聘任为高级顾问工程师。加上他研究的专业热门,各种机会接踵而至,待遇优厚,研究条件也优越。但他内心从来都没忘记祖国在这方面也急缺人才,面对抉择,他决定回国。

1995年7月,他回到西安交大工作。回国前,清华大学自动化系领导写信希望他回母校工作,被他婉拒,因为出国前他曾对西安交大表示过一定会回来,知恩图报,不忘诺言。

潜心系统工程理论与应用研究,解决多个公认难题

目前,系统工程已经历了半个多世纪的发展,但仍然是一门年轻的科学,还在不断地发展中,具有普遍适用性。

管院士对系统工程新领域、新问题的研究非常敏锐,是一位卓有远见的科学家。多年的不懈研究,他针对能源、电力和互联网等网络化系统,提出了系统优化、物理安全与信息安全的新理论与新方法,解决了多个公认难题,取得了系统性创新成果,为能源电力等系统的提效节能和保障安全做出重要贡献。

比如,优化能源、电力、制造等网络化系统的设计和运行能够取得提效节能的重大效益,但此类问题一般都是有限时间无法求解的困难问题,多年来备受关注且具有巨大挑战。对此,管院士率领团队,提出了系统优化和系统安全性分析的新理论与新方法,解决了海量安全约束下求解大规模系统的优化解、安全性解析判定等公认难题。

上述成果已经应用于国网西北电网、上海宝钢、美国东北电力、美国太平洋燃气电力等国内外企业的电力和能源系统优化调度、市场竞标策略优化等方面,取得了节能增效的显著社会经济效益。成果应用于电力市场博弈行为分析,发现多纳什平衡点特性,在美国加州电力市场崩溃前,曾预见了机会性投机和价格飚升等严重后果,加州政府能源委员会曾索取管院士与哈佛大学何毓琦院士即将发表的合作论文作为听证材料,这对我国正在进行的能源电力改革和电力市场设计有重要参考价值。

还比如,大规模网络化基础设施(互联网、智能电网、物联网)的网络信息安全和系统综合安全涉及国家安全,但面临安全监控误报率高、僵尸网络分布隐蔽、安全防卫缺少协同等重大挑战。管院士率领团队提出了网络安全监控新方法,通过可逆解析计算,解决了高速海量数据下网络异常定位难题,并通过多源关联分析减少了误报;提出僵尸网络检测模型和规模估计方法,解决了无流量数据估计僵尸网络全球分布的难题。在数百个政府部门和企事业部署,协助主管部门清除了多个威胁严重的僵尸网络。

实际上,自2000年起,管院士就认识到网络安全的重要性,率领团队开始网络信息安全的研究,近年来十分重视电力系统等关键基础设施的信息安全问题。2010年震网病毒攻击伊朗核电站,2015年底乌克兰电网在网络攻击下大停电,证明了他作为科学家的前瞻性。由此,管院士团队研发了网络场景存储、还原回放及态势分析系统,研制了专用硬件平台,对网络行为进行大数据分析,按需还原网络场景,发现各种异常行为。该系统能够帮助网络监管机构、运营商、设备制造厂商实现网络安全监控,现场取证,网络设备测试等重大需求。

2006年,他预见到信息物理融合系统的重要性,近年率领研究团队在该方向开展了深入研究。当前,信息物理融合系统被认为是新工业革命及工业4.0、中国制造2025等国家重大计划的基础。

还有,多年来,他坚持研究能源电力等系统的优化,研究成果对目前能源电力系统节能减排,降低雾霾,具有非常重要的意义。

培养拔尖创新人才,开设表达课,为学生就业铺路

西安交大电信学院拥有4个一级学科,近5000名学生,是全校学生最多的学院。如何培养拔尖创新人才,身为院长的管院士思维也很“独特”。

2012年9月,一场名为“艺术与科学的交汇”的音乐会在西安交大上演,他与西安音乐学院的长笛演奏家表演了长笛二重奏《帕赫贝尔的卡农》,引起轰动。

这场他亲自担任策划、解说和讲座人的音乐会,与西安音院艺术家的合作,后来形成了系列。从开始讨论“李约瑟命题”“钱学森之问”,到阐释“自然与工程系统中的幂律关系”“几何变换在作曲中的应用”等这些深奥问题。跳跃的音符搭载科学思维,引领观众进入艺术与科学交汇,启发同学们认真思考科学与艺术的关系和相互影响。

他说:“这个系列音乐会,是对钱学森倡导用艺术人文精神关怀学生、启发学生创新精神的实践,旨在从艺术形象思维对创新能力的影响出发,探讨音乐中的科学规律,开拓理工科学生的创新思维。”

如何将优秀生从应试学习模式引导到主动、创新学习模式?2009年,他与学院领导班子提出“信息新蕾”计划——选拔优秀本科生进入国家级、省部级重点实验室和工程中心,量身定制个性化培养计划,在科研工作中培养创新思维。如今,参加该计划的一批优秀本科生取得了一流学术水平和重要应用价值的科研成果,发表40多篇科研论文,包括以第一作者发表著名国际期刊论文20多篇,申报多项国家发明专利。

管院士调研发现,几乎所有世界一流大学都会开设表达与交流相关课程并提供咨询辅导,相比之下国内这方面的培养明显薄弱。经过一年多准备,2012年秋季学期开始,他担任课程组负责人并授课,联合十多位表达与交流能力强的青年教师,为2009级学硕班开设了40学时的“表达与交流”课,培养学生阐述、表达能力;同时传授论文写作与发表、演讲报告、求职信等规则和方法,为学子的职业生涯铺平道路。

管院士认为,这门课应成为必修课,在他的计划里要开设60学时,由专业院系教师讲授,面向科技应用,重点讲述科研工作中的交流与表达,并加强科研工作中的团队协作能力。

30多年的潜心研究,管院士获过许多荣誉,曾获国家自然科学二等奖、中国自动化学会自然科学一等奖,以及美国李氏基金杰出成就奖和多篇国际最佳论文奖等。在搞科研、教学的同时,他还担任国务院控制科学与工程学科评议组成员,IEEE智能电网汇刊编辑等。

30多年过去了,管院士的眼神依然坚毅笃定,记者明白他创新的动能仍强烈。目前,他率领团队以信息物理融合系统,包括智能电网、物联网等的优化、安全和大数据分析等为重点,紧密围绕国家重大需求进行原创性基础研究,关键技术的突破就在不久的明天!

原文刊载于陕西科技报2017年12月19日8版

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