机器人控制世界的开拓者(二)--记通用汽车公司亚太地区首席科学家陈以龙博士

(五)首批中国留美研究生

1979年六月,以龙登上了去法国巴黎的飞机。以龙回首这些年走的路,仿佛像一场梦,他心潮膨拜,思绪万千。人生好像在大浪中不停地翻滚,在磨难与逆境中有人沉沦,也有人得到升华。以龙是后者。今天他在万米高空飞翔,要远离养育他三十多年的让他眷念的故土,而他的身上也肩负着重托和人们期待的眼光。

那时候中美之间还没有直航。以龙在巴黎机场小歇后,就转机向美国飞去。同机的共有二十五个人,而其中只有三个人是去攻读学位的研究生,其他是进修生。他们三个人是中国改革开放后,派往美国最早的研究生。到了美国首都华盛顿上空,从飞机上鸟暇美国大地,以龙十分新奇地发现,整个大地就象一片绿色的森林,镶嵌着一些彩色积木,高速公路象一根根银线把大地串起来。中国驻美国大使馆留学生处的官员来接他们,并告诉他们,要让黑人帮你们提行李,给他们两块钱小费。他们拿到行李一出门,接他们的汽车就停在马路对面。这批中国人一看这么近,

就自己拎着行李过马路去了,谁也不愿意掏这两块钱。上车后,官员训他们说:“你们多丢中国人的脸。”然后告诉他们在美国要提高警惕,以防美、蒋特务的破坏。

以龙在华盛顿呆了几天,他在大使馆里吃得很好,能吃上他以前从没见过的美国大芹菜和耶心绿花菜。驻足在国会山庄,美国政_治中心的气派和庄严令以龙咋舌。以龙到超级市场去转转,商品丰盛得让他瞠目。以龙到白宫参观更是让他疑惑,美国总统工作的地方随便让人进去,要是有个亡命之徒怎么办?在中国,中南_海可是一个神秘莫测的圣地。以龙在住宅区街道旁看见一个个松鼠在碧绿的草地上自由自在的跳跃,他感到就象刘姥姥进大观圆。一个从落后国度出来的青年人突然来到世界上最强盛国家的首都,他目不暇接,一股巨大的文化冲击波向他袭来。要知道那是在1979年。

还没有等以龙对这股冲击有所反应,他又登上了去圣路易斯市的飞机。以龙就读于著名的华盛顿大学,学习系统控制理论。他走进学生宿舍,在今天看来简陋的宿舍,在那时他的眼中却象高级宾馆,里面还有浴室。他忍不住在席梦思床上躺了一会,觉得十分舒适。晚上以龙给国内写信,告诉他们一路上的见闻,并特地嘱咐在英训班的精英们,在巴黎机场上厕所是免费的,用不着担心。

紧张的学业马上开始了。尽管有英训班的强化训练,但面对教授的讲课,以龙还是觉着跟不上,整堂课象“坐飞机”。他把录音机带到教室,想录了音,回家后再来听。但后来发现这种方法根本行不通。上课两个小时,可回家来回地听录音可能要七八个小时,他不可能有这么多的时间。他在科大读书的前三年,虽然打下了坚实的基础,但是有些课程没有学过,比如>。而在文_革中十年很多功课都荒疏了,一切都有一种陌生感。如果学不好、学不下去被赶回国何以见江东父老?

谈自忠和中科院自动化所有个约定,如果以龙和另外一个学生表现好,他将继续招收中国学生并给奖学金,如果不好,以后就不再收中国学生了。后来哈佛大学在招收中国学生的时候还打电话过来问谈自忠有关中国学生的质量情况。自己学得不好,断送自己的前程不说,还影响一大批后面出国的研究生的命运,这不成了罪人了吗?以龙感受到了从未有过的压力。以前他在科大读书很轻松,而现在他开始开夜车,每天都几乎到2点才睡觉。巨大的压力让以龙睡不着觉,从来不吃安眠药的以龙也开始吃安眠药了。

以龙拼命地努力着,每天的睡眠时间压得很少。他请教英语的美国老师把常用的专业单词录音下来,一有时间就反复地听。慢慢地英语反应过来了,跟上了上课的进度。第一个学期结束,他全部功课都得了A,这样以龙心里就有数了。心理负担一卸下来,就再也不用吃安眠药了。

当时以龙在华盛顿大学的学习是非常紧张的,每学期要修3门研究生主课,每门课都要做大量的作业和报告,尤其是碰上作计算机模拟程序,人就像铸在机算机的终端前,全神贯注,不眠不休。除此之外,以龙每周还要做20小时的研究助手(Research Assistant)的工作,这部分的工作实际上也与研究生自己的博士论文有关。与论文指导教授选定课题以后,要跟踪这个领域的最新研究成果,再千方百计创新搞出自己的成果。实际上这部分工作可能比修课更难,花费的时间也远比20小时要多。除了这两项已足以让每个研究生忙得团团转的修课与研究,以龙还承担了远比其他研究生更多的工作。比如,大学生“概率论”大班的教学助教(Teaching Assistaut,即TA)一个大班有多至150个的大学生,有4个TA,以龙是TA的头( Chief Grader),管着其他三个TA,改试卷,替教授代课,尤其到了学期末,考完试要在限定时间内把所有考卷改出来,更是忙的晕头转向。再比如,以龙还但任两个大学生的“自动控制”课的辅导,每个学生每周7个小时,这是一对一的补习辅导(Tutoring)。

还有,以龙的人缘好,被推选为中国留学生及学者联谊会的主席,这包括组织“十一”国庆庆祝活动、迎接新生、帮忙找房子、中国驻美使馆的联络工作、组织留学生聚餐和出外开车旅游,甚至留学生中有闹不愉快也找他帮助解决。在课余时间里,以龙还要帮房东老太太开车到超市买食品,打扫院子做卫生。到了秋天满院子的落叶要打扫干净,装进大塑料袋,每次都要花2至3个小时的时间。所有这些都足以让一个三头六臂的人忙昏头,但以龙读书做工作效率高,办事利索,忙而不乱。他当年在国内特别是在科大期间,当学生干部培养出来的组织能力在异国他乡又一次得到了发挥与升华。他以身作则,但又发动留学生大家公平合理的来分担任务。他在华大留学生中立了许多规矩。比如说,第一年受别人接机帮助,第二年就要轮到他帮助新生。以龙是华盛顿大学中国留学生中第一个学会开车的。许多人都要学开车,以龙就教一个人,但要求他以后要教会另一个人,依次类推。

以龙生活有规律,每天夜里两点睡觉,早上如无例外,9点半起床,喝一大杯牛奶,拿上自制的三明治午餐,半小时之内就出门到学校去了。中午无固定吃饭时间,碰到机会见缝插针,三两口就把三明治吃了,这样马不停蹄地忙到七八点钟到家,热一点饭菜,或下一碗面条,三天做一次菜,做一次吃三天。也是奇怪的很,也许是因为常年吃牛奶的关系,以龙的胃病到了美国之后竟不治而愈了。尽管每日从早到晚的忙,他的身体就象当年在科大一样,越来越好,精力充沛,充满了活力。

作为研究生来说,最重要的莫过于毕业论文了。他从资料上读了许多机器人控制的文章,这引起了他浓厚的兴趣。这时,世界机器人控制界的泰斗Bejczy博士来华大讲学。Bejczy博士在美国著名的国家喷气推动实验室(JPL)工作,是机器人控制的先驱。最早的机器人“动态模型”是他发现的。以龙很受启发,想跟Bejczy搞机器人控制,Bejczy也鼓励他去做这方面的研究。

1982年夏天,以龙回国探亲。他把自己的一些初步研究成果资料随身带上,在途径洛杉矶的时候,特地到喷气推动实验室找Bejczy博士,希望得到他的指导。以龙当时持中国护照,不能进实验室这样机密的地方。Bejczy就在门口会客室接待了以龙,两人讨论了三个小时。Bejczy教授给以龙指点,使他茅塞顿开,真有“与君一席谈,胜读十年书”之感。以龙提出想请Bejczy与谈自忠教授一起当自己博士论文的导师。面对这位思维敏捷而又勤奋的中国人,Bejczy欣然答应。

以龙在机器人控制领域翱翔着,他惊奇地发现如果把微分几何引进到机器人控制中,那么机器人的控制精度与速度会提高很多。微分几何是十分深奥的数学工具,搞工程的人极少有人懂得这个领域。在机器人控制中,经常会遇到非线性的问题,而非线性求解是十分困难的事情。通常情况下,遇到非线性问题,就会在局部小区域内“摄动”将非线性问题线性化,这是一种近似解,这种方法很有局限性。可是引入了微分几何后,就可以设计一种非线性反馈,这就把过去复杂的非线性问题线性化了,而且是一种精确解。这在机器人控制领域是一个重大突破,开辟了一个全新的研究空间。以龙的研究很快引起控制界的注意,在他将论文初稿送到杂志还没有正式发表时,就有不少人来索取论文。等他毕业以后,美国搞机器人控制的很多大学向华大索取陈以龙的博士论文。后来,以龙遇到了不少工程界同行,他们开玩笑地告诉以龙说他们看以龙的论文象看天书。1984年,以龙以杰出的成就获得博士学位,博士论文的题目是>。1987年,这项突破的成就获得美国航空及太空总署(NASA)的新技术发明奖。

在华大期间,以龙分里分外做了许多工作。让留学生们佩服的是,以龙不仅门门功课得A、研究课题做得好,而且人缘好、威信高。不但在留学生中如此,以龙与美国房东老太太及美国邻居们也相处十分融洽。房东老太太十分喜欢以龙的诚实和勤奋,她自己不能开车了,就把自己的小汽车送给以龙。以龙当研究生的最后一年,房东老太太住到老人院去,以龙还经常去看望她。老房东的房子要卖掉,以龙没空找房子,美国邻居主动上门邀请以龙去住。以龙在第二个房东家住了一年,也与他们结下了深厚的友谊,并一直保持联络。以龙离开圣路易斯后的第十五个年头,房东老太太的儿子因病去世,以龙专程开了十个多小时的车子到圣路易斯去看望安慰她。以龙自己对华大的这一段留学生生活也十分留念。他觉得在这一段期间里,他身心愉快,强烈的求知欲望得到了极大的满足。中国的传统文化加上西方的现代知识与思考方式,让他的视野大为开阔。

(六)“通用”英才崭露头角

毕业后,以龙想在美国做博士后研究,并取得一些实际工作经验。以龙申请了

AT&T的贝尔实验室、通用汽车公司和威斯康星大学。结果三个地方都要他。他不太

想到学校教书,就放弃了威斯康星大学,但在选择贝尔实验室和“通用”之间犹豫

了很久。贝尔实验室在学术上地位很高,而“通用”既研究机器人又生产机器人,

又是世界上使用机器人最多的地方。“通用”和贝尔实验室争着要他,对他在控制

领域的成就给予了高度评价。在以龙决定选择“通用”后,贝尔实验室人_事经理

还打电话到学校找谈自忠教授,希望他说服以龙去贝尔实验室工作。但谈教授让自

己的弟子选择。这样以龙最后选择了世界上最大的公司--美国通用汽车公司。

1984年,以龙来到通用汽车公司在底特律大都会的研究与开发中心,担任高级

研究员(Senior Research Scientist),负责机器人控制的研究。机器人用得最多

的地方是在汽车领域,比如焊接、喷漆、密封等等,这些地方对机器人精度要求很

高。传统的方法是用解析的连续数学模型去设计机器人的控制系统。但在实际的机

器人控制中,因为每一个数据采样期间传感器的反馈,计算机的计算等都需要一定

的时间间隔来完成,所以系统是离散的,而不是连续的。要作到精确地控制机器人

,其前提条件是要有一个精确的机器人离散数学模型。由于关节自由度大机器人的

数学模型是非常复杂的,离散模型推导更是十分困难。通过努力,以龙成功地推导

出了机器人离散系统模型,并基于这个模型采用了离散型的“滞后_超前”控制,

使机器人的速度及精度得到大幅提高。以龙成功地打响了到“通用”以后的第一炮

机器人的模型十分复杂,机器人控制的关节有几十个参数,怎样调节这些参数

很重要。但调节这些参数是非常复杂费时的。以龙潜心研究这个问题,发明了一个

自动调节参数的最优化的方法。这样把耗时耗力的参数调节变成了自动程序。由于

他杰出的成就,1988年,以龙被提拔为主任研究员(Staff Research Scientist,

即“通用”八级)。在“通用”里能够做到八级这一级的人不多,大多数工程技术

人员做到退休也达不到这一级。公司对这一级及以上的经理和高级技术人员提供很

优越的条件,比如提供公司的轿车作为私家车,而且每三个月换一次新车。

在汽车开发的过程中,经常要做泥巴模型来帮助设计汽车的外形。尽管现在汽

车的设计和分析很多都可以靠计算机来完成,可是真正对外形设计进行评估时,通

常还要做实体泥模。因为在计算机屏幕上看上去很好,但真正加工出来的模型不一

定是人们期望的那样。由于制作用于冲压的金属模具非常昂贵且费时,任何差错都

会引起巨大的经济损失,所以在汽车新车的开发设计过程中,制作泥模仍必不可少

。而传统的泥模制作是手工的,不但费时,且难以与计算机的数学模型相对应。

以龙发明并设计了一套机器人实时控制系统,利用这个系统,设计人员可以很

方便地在计算机终端上用CAD(计算机辅助设计)设计新车型,而这套系统能自动

控制机器人按照计算机的图像将新车型泥模制作出来。节约了大量的时间,人力及

费用,大大缩短了新车型的设计周期。这在当今世界上激烈竞争的汽车领域,为提

高公司的盈利及竞争能力影响极大。这种与CAD配合的实时机器人控制系统不但在

当今工业界是首创,而且在学术界机器人控制领域也是一项重大的突破,它将传统

的机器人有限点的示教控制法(Teaching by Doing,用于点焊及喷漆)提升到能直

接接受CAD数学曲面加工指令的智能型控制法。尽管“通用”出于保密竞争的需要

而限制研究报告对外发表,但通过在机器人及自动化年会上发表的一段短短的不足

三分钟的录象带及有限的专利资料,这一发明仍在机器人学术界引起了轰动。

1995年,以龙又进一步被“通用”提升为资深主任研究员(Senior Staff Research

Scientist, 即“通用”9级)。

以龙的另外一项成就是机器人实时喷漆智能控制。他发明的这套机器人喷漆控

制系统被“通用”授予公司的商业机密(Trade Secret)。这是公司为了保密而设

立的一种不对外公开的公司内部“专利”,因为公开的专利也可能被人模仿。这项

发明已经在通用的“卡迪拉克”及“别克”等高级车生产线上采用。

以龙的成就在“通用”内部是出类拔萃的。他于1997年获得“通用”总裁奖,

这是奖励对公司作出最重大贡献的团队及个人。2000年以龙获得“通用”McCuen成

就奖以表彰他在工业界创造了“喷漆智能设计的机器人”,McCuen奖是“通用”最

高的应用技术成就奖。同时,他还获得PMQH杰出质量贡献奖。2001年获得GM FHI技

术合作杰出贡献奖。以龙在工业界获得了巨大成功的同时,他也活跃在学术界。自

从他的博士论文有关机器人的非线性控制发表以来,他一直走在机器人控制领域的

最前沿,成为著名的机器人控制专家。他几乎应邀到过美国所有研究机器人的一流

大学讲演,如麻省理工学院MIT,加州大学伯克利分校,密西根大学,卡内基梅龙

大学,洛萨拉摩斯美国国家实验室和圣地亚美国国家实验室等。1993年到1995年,

他担任了IEEE《机器人及自动化协会杂志》的编委。在1986,1990,1991、1993,

1994、1995、1999和2001年担任IEEE机器人自动化国际年会分组主席。他参与并组

织了许多国际学术会议。

1999年,由于以龙在机器人控制界的卓越成就,他当选为IEEE的院士(IEEE

Fellow)。在机器人和自动化领域,1999年全世界总共只有三个人当选。IEEE是著

名的电气及电子工程师学会,在全球有几十万会员。为此,“通用”特地发表了新

闻消息。在四十多万通用雇员中,九级以上的顶尖高级技术人员总共只有二百多人

,而其中有院士(Fellow)头衔的只有十几个人。而在机器人及自动化领域,“通用

”只有以龙一个人是院士。

(七)“通用”中国首席科学家

八十年代末,中国的许多学校、研究结构和企业知道了以龙在机器人控制及自

动化领域的杰出成就后,纷纷请他回国讲学。自从1991年以来以龙几乎每年都回中

国去。他应邀多次到清华、交通大学和其它国内一流大学及科学院相关研究所讲学

。他担任了华中理工大学的顾问教授、中科院系统科学研究所的顾问研究员和许多

企业的顾问。他到上海汽车公司及二汽去讲学,把美国及世界上的新技术介绍到国

内。国家科委、教育部、机械部等政府部门对他也很重视,这些对他以后接受“通

用”重任外派在中国工作奠定了良好的基础。

九十年代初期,“通用”在中国有了一个办事处,当时只有十几个人。到了

1994年“通用”发现了中国市场的的巨大潜力,决定启用对中国业务和技术都熟悉

的人选,这时以龙开始涉足中国“通用”在中国的业务。

1994年夏天,国家科委邀请陈以龙回国参加“第一届二十一世纪可持续发展高

级圆桌会议”。这个会议是由国家科委和计委联合主办的,邀请世界各界知名人士

讨论中国在二十一世纪的可持续发展问题和中国的未来。“通用”总裁杰克.史密

斯先生和陈以龙都在邀请之列。史密斯先生在会上发言,对中国做出了赠送电动车

、和中国共同开发先进汽车技术等承诺。同年11月,“通用”派了一个七人代表团

携带当时最先进的“大冲击”电动车到中国,以龙是成员之一。在与中方的交往会

谈中,“通用”对以龙对中国国情的了解、处理问题的能力及与各界人士的密切关

系留下了深刻的印象。

1995年通用最高层做出了战略抉择,大举登陆中国。“通用”决定将以龙调到

“通用”中国部,全面负责技术开发和协作。1995年8月,他来到北京被任命为“

通用”汽车公司中国首席科学家兼任技术发展及协作总监。在中国“通用”总裁施

雷思和“通用”副总裁杨雪兰的领导下,负责三个方面的工作:1)与中国的技术

合作及交流,包括众多的研究开发项目的合同谈判及技术管理;2)筹划、谈判并

建立“通用”在中国的技术研究院;3)建立及发展与中国政府相关部委、学术界

及工业界的友好技术合作关系。

具体来说,首先建立了“通用”与国内各重要部门的研究和开发机构的友好合

作伙伴关系。从1994年几乎是一张白纸到以龙1998年离任时为止,在与汽车工业有

关的各种学科中,“通用”已与几乎所有中国国内著名学府、科学院单位、各部委

的研究所及国弹23478家重点实验室等,建立起了各种不同形式的友好关系。其次

是建立及扩展了“通用”对中国政府进行技术交流及协作的路子及模式。这包括与

国家计委、国家科技部(原国家科委)、机械总局(原机械部)、环保总局、中国

汽车研究技术中心及重要省市部门所保持的友好关系。这也包括联合举办各种技术

交流及专题技术研讨会。与中国自然科学基金会联合设立“GM_中国科技成就奖”

以表彰中国杰出的中青年科技人才。

另外,经以龙筹划、谈判,在北方与清华大学,在南方与上海交通大学联合成

立了技术研究院,等等。所有这些,都对加强通用在中国形象,争取上海别克轿车

项目,及今后“通用”在中国的进一步发展起了积极作用。对以龙自己来说,他自

己觉得他的一大收获是加深了对“通用”整体的了解。过去做研究虽然钻得比较深

,但对整个公司的运作并不了解。经过这几年的对内对外打交道,他学到了不少协

调运作和谈判的技巧,同时也开阔了思路,对技术如何影响公司的运作与经营有了

整体的认识。

做为一个美籍华人,既要代表美国的公司利益,又要兼顾同胞之情,那么以龙

在代表“通用”与中方谈判时是如何把握这种微妙的关系呢?以龙觉得华人在中国

工作,既有有利条件,又要正确处理好这种微妙的关系。否则可能两边都不落好。

同胞骂你是“假洋鬼子”,而同事“真洋鬼子”又要问你屁股坐哪一边。“通用”

与中方政府,工业和学术部门既是合作伙伴关系,又是谈判对手。在谈判过程中,

又会有很多回合,峰回路转。再加上“通用”自身有很多部门利益集团。既要保护

“通用”的各方利益,又要与中方诚挚、坦率和友好协商把事情办成,有时确实难

度很大。但从某种角度来说,以龙的尺度又很简单,即保证所有的合作都是互利的

,即所谓“双赢”(Win_Win)。“通用”在资金、技术、管理方面有优势,而中方

有市场、资源、和人才,所谓优势互补。以龙认为任何损害某一方利益的合作都是

不明智的,也是暂时的。在合作的过程中,以龙与中方合作伙伴也结下了深厚的友

谊。

作为“通用”的一员,以龙引以为豪的是,投资15亿美元的上海“通用”别克

轿车制造厂高速高质地建成投产了,这个当今世界上最先进的汽车制造厂也是中美

间迄今为止最大的单项投资项目。1998年12月17日,第一辆“别克”在上海“通用

”汽车公司开下生产线。“通用”总裁杰克.史密斯先生和中国领导们盛典为此剪

彩。史密斯总裁脸上荡漾着欢快的笑容,高兴地与以龙合影。无数的镁光灯闪起,

记录了这激动人心的一刻。

(八)梦在继续

1998年底,“通用”在中国的业务已经进入正轨,以龙被调回到“通用”总部

在底特律的技术中心,同时被提升为“通用”研究开发及计划亚太区首席科学家,

负责“通用”在亚太地区的技术协作与开发,特别是与“通用”在日本的合作伙伴

的技术协作,利用联盟技术的优势和资源以便加强公司的竞争力。他象一个飞人,

穿越在美国和亚太地区之间。“通用”亚太区包括的范围很广,除中国、日本、韩

国、印度及东南亚多国,甚至还包括澳大利亚和新西兰等地。以龙工作面很宽,特

别是日本的汽车技术他需要很多的精力加以关注。但对于中国,以龙仍然倾注了一

份特殊的感情。

以龙对中国的汽车发展十分关注,当今中国汽车行业领导人的素养和近年来汽

车工业的发展给他留下了深刻印象,他看到了中国汽车工业光辉的前景。“通用”

汽车公司和上海汽车公司在上海联合成立了“泛亚技术中心”,以后新车型的开发

就期望“泛亚”来做。以龙希望在中国不仅能生产最好的汽车,也能设计开发出世

界上最好的汽车。

由于在学术上的成就和工作上的关系,以龙跟几乎所有的中国重点大学都有过

联系和某种合作,可惜前些年与科大母校的联系倒不多。一来科大没有汽车工程相

关学科,二来科大地理位置不是很方便,他非常遗憾没有与科大更多联系合作,为

培养自己的地方去回报一份赤子的心愿。前不久,科大校长朱清时院士向陈以龙发

来邀请,聘请他做“专家评议委员会”委员。以龙愉快地接收了邀请,他计划以后

每年都回母校去一次,去回馈那一片热土。

四个多小时的采访结束了,我们依然沉浸在以龙所走过的时空之中。窗外是一片淡蓝色湖水,这湖水通过底特律河,流向大西洋和太平洋,流向他生长的故乡。这位当年闽江畔的一个少年,即使在最困难的逆境里也没有放弃他的理想,凭着他的坚韧不拔与奋斗精神,现在已经成为机器人控制界的权威和“世界500强”(Fortune 500)最大公司的技术栋梁之才。他的梦一个个地在实现。但他还在遥望着故土和母校,在他的心中又升起了一个梦……