欢迎您登录科学中国人官方网站!!
新浪微博|网站地图|联系我们|旧版回顾
韩非:用极致打磨人生
——记大连理工大学工程力学系教授韩非

作者:陈 璐    发布时间:2020-02-10

导读:  “要想进步得快,一定要在自己现有的水平上做到极致。”十几年如一日,韩非不断用“极致提高法”打磨自己。搞研究、写文章,他从不放过一个标点符号的校对,也曾用两年多的时间雕琢一篇尽善尽美的论文……
  
  极致是什么?每个人对它的定义有所不同。
  在大连理工大学工程力学系教授韩非看来,“写科研文章也好,编计算机程序也好,要想进步得快,一定要在自己现有的水平上做到极致”。为此,他可以因为一篇论文,反复地论证、修改两年多,连一个标点符号的错误都不放过。结果很喜人,论文顺理成章地被固体力学领域的顶级杂志收录。
  这样的精益求精,便是韩非当时能够做到的极致。
  
稳扎马步练基本功,接受成功的延时性
  大多数时候,播种“极致”耗费的精力巨大,收获的过程却十分漫长,5年、10年甚至更久,耐下心才能等到时间浇灌的果实。这一点从韩非的研究历程中也可见一斑。
  如果说,一架飞机是人们对宏观世界的认知,那么机身和机翼、起落架装置、滑行轮胎等则是细观世界的组成部分,复合材料、钛合金材料、橡胶材料更像是微观角度下的另一番审视。在这三个不同尺度的世界之间,充斥着各种物理模型与计算方法的碰撞,材料如何设计并加工成结构、结构怎样组合成工业装备,这些是工程师们需要一一考量的。
  传统的工程方案经过“千锤百炼”,以不断的试验确保材料选用、结构设计的安全性。但如今国之重器的崛起,面对的是“等不及”“试不起”“没法试”等难题。“‘等不及’是说,选择新材料再制作成部件、测试性能的周期太长;‘试不起’是因为有些先进材料成本过高,制作一批试验件就需要上百万元的成本;‘没法试’主要指模拟极端服役环境极其困难,比如说高超飞行器在高速飞行时的表面温度局部高达2000℃,在地面上复现这种试验环境不现实。”
  随着韩非的一一解读,他的工作性质逐渐明晰。凭借数学、力学、工程的知识背景,他搭起了一座“跨尺度”的桥梁,协助结构工程师们尽快锁定既经济又实用的材料,以优化、安全的方式达成结构设计。简单来说,是综合利用力学模型、数学方法和计算机程序等手段辅助结构及其材料的一体化设计。
  “辅助”两个字听起来容易,但其实仅推导公式、编程序代码这道高门槛,足以让很多业内人士都望而却步。
  2019年,在第二届国际先进材料和结构力学会议结束后,韩非在与业内专家交流过程中,介绍了自己13年前的一项研究成果——核壳颗粒随机分布复合材料微结构三维几何建模与有限元网格生成研究,引起了产业界人士的关注。混凝土建筑领域的专家找到他,特地称赞了一番,说“这样细致的三维几何模型与网格剖分结果,很多市面上的商用软件都还做不到”,还抛出了合作的橄榄枝。这让韩非打心底里感到自豪。然而,倘若将时间倒退13年,这项令人自豪的研究却险些让正在读研的他无法顺利毕业。
  2003年,韩非从西北工业大学信息与计算科学专业毕业,被保送到崔俊芝院士课题组,攻读应用数学硕士、博士学位。崔院士是我国著名的计算数学与材料工程研究专家,在计算数学、计算力学和软件工程方法的研究和应用方面颇有造诣。“崔老师高瞻远瞩,告诉我们一定要做实实在在的事情。”所以,作为被学校保送的高材生,韩非被委派负责几何建模与网格剖分的研究。编写代码,进行试验数据对比,修正再对比……细化、高难度的工作占据了他的绝大部分时间,包括撰写论文的时间。“2006年,跟我同届的学生,论文都发表三四篇了,我还一篇没发。等人家都硕士毕业了,我才终于发了第一篇文章。”
  韩非坦言,当时自己的内心十分焦灼,但现在回想起来,那几年的锻炼一是提升了自己的业务能力,二是造就了这个程序更长远的价值。“微结构三维几何建模与网格生成的程序,我们大概于2006年完成,十几年过去了,现在我的师弟、师妹们还在用。当年几百万元的商用软件做不成,我们却成功了。”这份骄傲的背后,有着多年磨砺的深刻记忆,也有着对恩师的感激之情。
  “啃”下了几何建模与网格剖分这块硬骨头后,韩非陆续参与到“材料及制品性能预测的多尺度模型和计算方法”“高性能科学计算研究-材料物性的多物理多尺度计算研究”等国家级课题项目中,持续深入地和数学建模、计算机程序开发打交道。他表示,建模使用的是数学方法,代表着数学语言,编程则需要使用计算机语言。但语言的差异让两者不能实现自由转换。这样的境况下,如何快速、精准地将精确的数学语言转化为准确的数值算法,再开发出正确的计算机代码实现算法,并和已有的工程试验结果进行比较,需要他一一考虑和推演。
  “那时候主要做两件事,先是推公式,大篇幅的数学公式,一推就是好几页;然后就是编程序,一点一点敲上去,一个字符也不能出差错。这个程序是实现方法的手段,只有程序计算结果被验证,我才有底气说‘我的数学模型好,计算方法是正确的’。”丰富的数理知识和实践经验为韩非奠定下坚实的基础,也为他日后在海外站稳脚跟埋下了伏笔。
  
国际研究者的世外桃源,中国留学生的杏花山村
  韩非于2010年博士毕业,随之做出了一个重要决定——出国深造,借助国际视野看一看世界格局下的领域发展势态。
  在一个力学同行普遍认可的知名网站,韩非看到了Lubineau教授发布的一则招聘信息。考虑到招聘信息要求内容与自身研究方向高度契合,他投递出自己精心准备的简历。30多页的简历内容包含了韩非数年来的研究经验、技能,这份难能可贵的用心,也让他收到了来自沙特阿卜杜拉国王科技大学的邀请。
  之后整理行装,韩非带着对未知的好奇搭上了飞往沙特的航班。一踏上沙特的土地,满目的戈壁滩,当地司机“疯狂”的车速,着实挑战了他的心理承受能力。不过,一路的疲惫在进入阿卜杜拉国王科技大学时,一下子就烟消云散了。韩非说:“那里可以称得上是国际研究者的世外桃源,是一个适合生活、做研究的地方。”
  从国际化研究学者引进到科研人员子女的教育安排,由完善的医疗设备到为保障校内安全的门禁制度,韩非介绍着学校的方方面面:在那里,来自世界各国的科研人员不用担心家人就业、子女教育、医疗、购物等生活问题,能够一心一意地钻研科学问题;能够随心所欲地使用科研、教学设施,可以自由地参加校内举行的各类学术研讨会;在相对宽松的生活氛围中,前往高尔夫球场、游泳馆、电影院等校内娱乐生活空间,放松身心……他把自己比作偶然闯到这片“桃花源”的人,还热切地表示,希望今后帮忙搭建起一条中国—沙特学术沟通的桥梁,让中国留学生在日趋复杂的国际环境下多一种选择。
  韩非眼中,学校有着特别纯净的自然和学术环境,就相当于一个与外界隔绝的“独立”小城。没有了为衣食住行奔波的烦恼,他可以毫无后顾之忧地开展科研工作,在几年间快速磨练自己。他加入了“探索下一代计算(力学)方法——近场动力学理论”项目,围绕耦合近场动力学与连续介质力学模型及其应用展开研究,与近场动力学理论的提出者Stewart Silling研究员直接沟通、交流,挑战着经典连续介质力学中“空间微分方程在求解不连续时面临奇异性”“对于损伤断裂、碎裂等问题难以有效模拟”等难题。
  当时,初出茅庐的韩非还面临着英语不过关等各种压力,但在强烈自尊心的驱使下,他想要做好,更希望让中国学者在国际上得到认可。“第一年的时候经常加班,知道自身的不足,也是在和自己较劲儿。但凡要和合作导师讨论课题、撰写论文、编写程序,或者进行汇报,我都要尽百分百的努力、花更多的时间,只为做到极致。”
  这样的效果自然也是立竿见影的。韩非作为核心研发人员,与合作导师Lubineau教授圆满完成了项目,由他们提出的耦合连续介质力学与近场动力学的相关方法,引起了国内外研究同行的广泛关注。以韩非为第一作者的、有关近场动力学“态型”本构耦合的论文,也登上了国际计算力学旗舰期刊CMAME。除此之外,合作者Stewart Silling研究员也表达了对韩非的高度赞扬,认为“他引领着自适应耦合方法的发展……”
  2015年,从参与者到自己主持科研项目工作,韩非晋升为研究型科学家,开始独当一面。用他自己的话说,“是从一个熟练的技术人员转型成为真正的科研工作者”,将近场动力学、导电纳米复合材料微结构优化等研究内容两手抓。说起自己的成长过程,韩非表达了诸多感谢,“Lubineau教授和我算得上亦师亦友,他在很多方面给了我启发,称得上是我科研道路上的加速器、助力器”。同时韩非还坦言,能够在沙特迅速进入科研状态,和在国内跟随崔院士读博士期间的基础知识和技能打得牢有着十分重要的关系。
  之所以这么说,是因为韩非当时开展的工作虽与材料和工程相关,但还需要过硬的数学背景。这一点从他讲述的细节中可以洞见。“开始做近场动力学耦合方法研究,我、合作导师及他的一位博士生分别用了两种不同的方法,相当于从两个途径做一件事情。但等到我将结果做出来,论文都投稿了,发现他们还在研究方法的一维程序编制。”韩非解释说,因为导师是做工程出身,比起编程序,更倾向于利用现有的软件去实现方法,然而“软件都是有条条框框的,即使是开源程序要看懂再做修改,也十分困难。”也正是这一次,韩非靠着编程技能得到了导师的初步认可。
  除此之外,关于数学公式推导的一件事情,韩非也实实在在地为中国学者在国际上挣足了面子。起因是在即将发表的文章中,他使用了一个没有注解推导过程的公式,引发合作导师的疑问,“没有过程,你怎么能证明这个公式是对的?”为了给公式提供正确性的支撑,韩非花了几天时间、用了三四页纸,把证明过程推导了出来。这让Lubineau教授由衷地对他赞叹道“你数学真好”,甚至还希望他推荐更多的国内学者去沙特任职。
  这两件事情给韩非留下了深刻的印象,他直言:“如果没有推公式、编程序的那一套底子,我在沙特的研究会很艰难”。
  
建造材料计算和结构分析之间的“理论桥”
  2017年,对韩非来讲是极为重要的一年。
  那时候,他在完成中东最大石化产品制造公司SABIC的科研项目后,收到了来自大连理工大学的邀请。对于旅外近10年的他来讲,放弃国外优渥工作,受程耿东院士和郭旭教授的邀请加入工程力学系是一番深思熟虑后的决定。
  “大连理工大学力学学科的综合实力和学术地位在我国力学学术界处于一流水平,特别是计算力学学科在国际学术界也有重要影响。而且,东北是我国的老工业基地,辽宁和大连更是重心。在工程力学系老一辈专家的推动下,大连理工大学很早就成立了工业装备结构分析国家重点实验室,专门针对国家高端装备结构分析开展工作。”韩非说。他表示,自己在西北工业大学以“学”为主,已经打好了基本功,在沙特期间接触复合材料与工程,主要靠“练”,这次回国希望能够把所学、所练真正用起来,参与到国家前沿且亟需的课题研究中。“这是非常有成就感的一件事情。”
  而且在他看来,从需求程度来讲,工业装备、航空航天、土木建筑等各行各业对于复合材料的重视程度与日俱增,这也进一步赋予了材料的多尺度建模和计算力学方法更广阔的发挥空间。
  “还是以飞机做为例子。它承受动荷载,相对于固定不动的建筑物,会遇到不稳定气流、会发生震颤等。所以,它的受力分析极为复杂,每一个部件的选材、设计都不能马虎,需要更加精准的模拟测试。”此外,在飞机的检修过程中,韩非表示计算机模拟也能发挥大作用。他指出,一旦机体遭遇“鸟撞”等意外状况,工程师能够运用无损探伤的方式对飞机进行检测,找到肉眼不可见的损伤和微裂纹等缺陷,基于此他们通过模拟来评估使用风险,帮助工程人员进行决策。“很多装备,我们不可能拿去做试验,但使用久了,它们都有疲劳老化。什么时候需要维修,什么时候需要更换,这是模拟评估要回答的问题。”
  特别是在复合材料应用大繁荣的当下,国家装备更新换代的频率不断加快,依靠计算机模拟解决的不仅仅是“等不及”“试不起”“没法试”3个问题。韩非说,传统材料用于工程结构中,设计者还能够靠经验进行判断。先进复合材料的加入,让这种经验显得有些“捉襟见肘”。“复合材料由两种或两种以上的材料构成。它的性能和选用的材料有关,还和制备的微结构相关。”这就造成了其整体性能的覆盖范围广,给结构设计试验增加难度。“计算机模拟就不用担心这些问题,模型建好了,算法走通了,剩下的就是参数优选。比如像编织角度这样的工艺参数,试验只能做几组,计算机可以从0°开始,45°、90°等都能通过参数调整实现。”韩非对于研究有着充分的信心。
  他还表示,自己不仅想搭起材料设计与结构分析的桥梁,还想在“一带一路”倡议的影响下成为中国与沙特之间的纽带,依靠对双边的了解搭建起两国科技、文化沟通的桥梁,促进国际学术、工程、商业等合作。“无论是科技进步,还是合作交流都需要人,特别是科技工作者,尤其是对双边都比较了解的人。我希望在中沙科技文化的交流与合作上做些什么,依靠与沙特阿卜杜拉国王科技大学导师的合作关系进一步促进合作。”在他看来,沙特是石油生产大国,而石油除了作为能源也是化工原材料。沙特希望能对石油做二次开发,提高附加值,其中之一就是新材料的应用,特别是复合材料。而飞机、汽车上应用的纤维增强树脂基复合材料都是新型材料,普遍应用于高端装备制造,恰巧国内高端装备制造材料需求量大。“我们国家有广阔的市场和完备的新材料与工业装备设计体系,沙特有丰富的、有待开发的原材料,我和导师的研究方向之一就是复合材料力学性能,特别是损伤与断裂的性能。我们的研究可以在其中起到连接的作用。”
  
“近场动力学PD讨论班”诞生记
  说到连接,不得不提的是一个公众平台的建立——近场动力学PD讨论班。这是韩非在3年前开通的微信公众号,主要更新与近场动力学相关的内容。“近场动力学是目前国际上计算力学的研究热点,用于模拟结构及其材料从变形到断裂连续变化过程的新方法。”韩非如是说。从2016年9月22日到2019年9月22日,整整3年时间,180多篇推文代表着运营者的心血和坚持。
  “我基本上保持一周一篇的频率。在沙特的时候,时间比较有弹性,定在周五更新,现在基本是周末更新。”也有例外,每年的除夕和正月十五所在的星期,是韩非给公众号放假的日子,剩下的时间,不管是外出参会,还是节假日、寒暑假,他都会带上电脑及时更新。公众号内容一般是时效性强、专业特色鲜明的文献题目和摘要翻译,工作特别多的时候,也会找一些领域专著章节进行翻译。
  公众号发布的内容由于比较小众、专业性强,从阅读量来看并不惊艳,那么,让韩非持之以恒更新的原因究竟是什么?这还得从一场会议说起。
  2016年,韩非去韩国参加了每两年举办一届的世界计算力学大会。会议中间,他和国内的参会学生们聊天发现,很多人对近场动力学的研究感兴趣,但苦于没有参考资料或参考资料都是整本的英文专著,专业性太强,不得不放弃。“那会儿想到有同事做过综述类的博客、公众号,我就萌生了也开通个公众号的想法,定位就是帮助国内学生克服语言、专业体系翻译的困难。”
  第一篇推文,韩非采用了书讯的形式,介绍自己参编的一本专著。他表示,因为一开始想法不成熟,没有形成体系的概念,都是先从自己熟悉的工作着手,连贯性地讲解了近场动力学方法的应用等问题。“这样做了几期,发现没东西了,就开始打文献综述的主意,看看最近新发表了哪些好文章,介绍一下。”
  一期推文包括5~6篇的翻译内容,韩非起初要花上10个小时的时间整理。除了要翻阅资料寻找最通俗、恰当的专业名词翻译,他还需要调整语序,确保表达不出错且容易读懂。尽管被翻译占据大量的时间,但韩非甘之如饴。他说,这是一件有意思的事情,“教授是最好的学习方式,把内容融会贯通后写成东西讲出来,认识肯定也更深入一些”。的确,正是在这样日积月累的翻译中,韩非阅读文献的速度得到了质的提升,对领域前沿的发展变化也有了实时的把握。
  后来回国,韩非还做起了主编,让翻译这件事成为训练学生的一部分,促进他们对领域的了解。“以我自己的亲身经历来看,这是一件好事。认认真真翻译过100篇摘要,那种感觉是不一样的。”虽然把公众号交给学生,但韩非并不是要做“甩手掌柜”,而是做起了“把关人”。每一篇翻译,他都要仔细地看,和学生沟通语序、专业词汇等问题,让他们从中有思考、有认识、有长进。
  从学术网站的文献筛选到内容翻译,再到选插图、图注翻译及排版等,韩非事无巨细,特地列好了一张流程图,标注好注意事项。和做论文的严谨程度一般,他连字号大小、插图的比例及留白等也要统统考虑到。
  这种细致到“极致”的做法,让韩非的学生们印象深刻。“他有顶尖专家的光环却没有任何架子,几乎每件事情都会做到尽善尽美。他对国际上领域发展的方向和最新研究了如指掌,当我遇到困惑时,总能用很简洁的解释讲明白,并且推荐相关的文章让我加深认识……”学生王永卫与韩非相处时间最久,对他的了解也是最深的。
  
永葆科研热情,身体力行做楷模
  在学生们的讲述中,他们的韩老师博学多识,做事一丝不苟,待人热情。常常面对几页写满推导公式的纸,一伏案就是几个小时;从不急于否定他们稚嫩的想法,而是设法引导他们走向正确的思考方向;会邀请大家去家中做客,也会用月饼等礼品在节日送上问候……最重要的是,他似乎对科研有用不完的干劲,在工作中总是充满朝气。
  一般早晨7点40分左右,韩非会推开办公室的门。不外出开会的话,这已经成为他的习惯。他对学生们没有时间要求,但在这样的带动下,多数人也总是会早早地出现在办公室。办公室不大,在十几平方米的空间里,他还增加了三四张一米半长、半米宽的小书桌,是为学生准备的。这样的办公环境谈不上多么开阔,但四处洋溢着对工作的热忱。这足以说明了做科研环境如何不重要,重要的是将研究做出“仪式感”。
  韩非的科研“仪式感”体现在他对极致的追求,也表现在他对学生因材施教的方法上。
  在他看来,老师的作用是带着学生领略科研的风景,而不是用教鞭驱赶他们。他与学生们的年龄差距不算太大,从不用威严镇压,而是想办法调动每个人的积极性。对于初来乍到的学生,他会做好领路人,设定目标并把问题拆分成小节点,用讨论的形式输出知识内容;对于经验相对丰富的学生,他则会给予学生更多的自主权,让他们尽可能地自行摸索,并通过点拨、交流防止他们走弯路。“博士生偏重理论性工作,需要一点挑战。硕士生偏重动手能力强的工作,比如编程、应用软件等。”但是,不管每个人的任务是什么,韩非都会定期组织大家分享成果,让所有人多了解领域发展内容。
  他倡导“极致提高法”,常常和学生们说:“如果不做到极致,你怎么知道那个错误,你发现不了?这一次,如果你不用尽全力找出错误,你会觉得只要下次用全力就肯定能做对。但其实不一定,甚至还是会出错。”在他看来,要想快速成长,投机取巧是最不可取的。
  言谈中不难发现,韩非对于科研和学生有一颗不知疲倦的心。他一周工作6天,每天十几个小时,时不时还会“抱怨”一天的时间太短,自己来不及多做些什么就下班了。他讲起学生为了画好一张图,连夜赶工,神色动容、眼眶泛红。那个不服输的学生,让他刮目相看,那种不服输的性子,也是他自己身上的闪光点。
  作为新一代科研工作者,韩非在不断用他的“极致提高法”打磨自己。在进一步的规划中,他说要把研究成果做成软件产品,填补行业的空缺,为国家的工业装备发展保驾护航。
  
专家简介    
  韩非,大连理工大学运载工程与力学学部工程力学系教授,主要从事材料的多尺度建模与计算力学方法的研究。他在近场动力学理论、结构及其材料的损伤和断裂模拟等方面多有建树,提出了耦合损伤力学与近场动力学的新方法,近年来承担国内外重要研究课题多项,发表研究论文30余篇,其中两篇发表于领域内Top榜前三的学术期刊。
  
分享到:
资讯