“大电机”下的弱电进程

发布者:东大校史馆发布时间:2018-03-28浏览次数:655

江正战

一、根深叶茂

1902年三江师范学堂到1921年著名教育家郭秉文先生创建国立东南大学,致使东大成为当时国内仅有的两所国立综合性大学之一。“北大以文史哲著称,东大以科学名世”。东大仿美国教育体制,设文、理、农、商和教育五科,以培育师资为先,立志创办现代综合大学。

1923年,著名桥梁专家茅以升先生倡导创立土木工程系和电机工程系,加上机械工程系,从而奠定了东大工科最早的三根基石。众所周知,第一次工业革命以蒸汽机的发明为标志;第二次工业革命则以电能的利用为标志;至于造房、筑路和建桥这些工程千百年来古已有之,无处不在。机械、土木和电机是工科的“根”,由它们衍生出繁枝和茂叶。因此,可以毫不夸张地说,它们是“大机械”、“大土木”和“大电机”。

电机工程研究和实施的是电能的产生、利用和转换。19世纪中后叶和20世纪初期,电灯、电话和电报等相继发明。物理学的伟大成就之一就是探知物质的分子和原子结构,原子中包含原子核、质子和电子等。电能的本质是电子运动。由于时事变迁几经易名,1928年东大定名为国立中央大学。1932年电机工程系下设电力工程组和电信工程组(193710月随学校西迁重庆,194611月回归南京,这时的系主任是陈章先生)。直到1952年院系调整,成立南京工学院,将原电机工程系分设为电力工程系和电信工程系(1954年更名为无线电工程系)。按照通俗的习惯说法,“强电”和“弱电”在一个系内至少已共存了20年。共存的基础与纽带则是电磁场。

根据电压等级,约定俗成的是,通常将220/110kV—10kV称为电力(发电、变电、输电、配电);380V称为动力用电;220/110V称为照明用电、设备用电;50V以下,如36/24/15/12V称为安全(区)用电、控制用电;9/6/5/4.5/3.3/3/1.5V称为小装置用电、(数字)集成电路用电、微电子用电。从20世纪50年代初至今已过去60年,电能的产生已从燃煤/水力发电拓宽到核能/风力/潮汐/太阳能等发电,新能源层出不穷;而电能的利用和转换则更是大踏步地向更加“弱电”化方向发展。因此,原本同属于电机工程系的电力工程系和电信工程系,分别演变和派生出许多新的系、专业和学科。例如,电力工程系→动力工程系→自动控制系→计算机系→仪器科学与工程系……;电信工程(无线电工程)系→电子器件系→生物医学与仪器系→集成电路学院……。追本溯源,可以说东大的所有电类专业都是同根的,叶茂源自根深。(顺便指出,国内的电机工程系与美、英等国对应的则是Double E,即Electric and Electronic Engineering Department,此处“电机”的含义不局限于具体的发电机或电动机,亦即Electric Machine)。


二、“莫洛托夫动力学院”

1954年,电力工程系新设工业企业电气化专业,并将机械工程系的热能动力装置专业并入,更名为动力工程系(系主任先后为吴大榕、范从振先生)。这样做离不开当时的时代背景。从1949年到1956年这七年的时间里,全国一切都围绕着两个主题:“巩固政权”和“学习苏联”。以莫洛托夫动力学院(莫洛托夫是当时的苏联外长)为模式,建立“一条龙”的综合体系。它们是,燃煤(化学能)使锅炉出蒸汽(热能),推动汽轮机轴转(机械动能);装在与汽轮机同轴的同步发电机发出电(电能),经升压从高压电力网输电,再经降压,配送至各目标位置;工业企业通过供电系统(工厂供电),得到380V动力用电(和220V照明用电),驱动各类生产机械,实现电气化(和自动化);工业企业还需要通过供热系统用热。与之相对应的则分别设有以下4个专业:热能动力装置;发(输)配电;工业企业电气化(简称工企电或企电);工业热能学(1957年正式成立)。“莫洛托夫动力学院”只是“学习苏联”的一个缩影。

1956年,在“向科学进军”的号召下,国家鼓励各条战线上的干部职工以同等学历与应届生一起报考高等院校(前者考入后称为调干生)。笔者也是在这一年以不满18周岁的应届生,放弃保送清华核反应及装置,从杭高(杭州一中)考入南京工学院工企电专业(第2届五年制本科)。主要原因还在于列宁的名言:“共产主义就是苏维埃政权加电气化”,深深地印在脑海里(理想主义色彩很浓)。在之前的中学时期,非常崇拜苏联卫国战争时期的英雄们,诸如保尔柯察金、马特洛索夫、卓亚和舒拉,等等,他(她)们是我们青春的偶像。笔者1953313日加入新民主主义青年团,在各种活动场合,每当唱起苏联共青团团歌:“再见吧,亲爱的妈妈……”,无不热血沸腾,时常热泪盈眶。这也是“学习苏联”的成果之一。

工企电专业的技术基础课、专业基础课和专业课几乎全部采用苏联教材(中译本)。学习五年俄文,高年级时还局部地尝试着看俄文原版。上述课程和授课先生(年长的常称呼先生,年青的则称呼老师),如今已有不少作古,离我们远去。为纪念他们,现列出部分:杨海秋(电工原理)、吴大榕、周颚(电机)、娄良京(工业电子学)、钱钟韩 (热力机械)、杨简初(电加工)、赵家壁(电力拖动)、屠念祖(生产机械电力装备)、朱受天(工厂供电)、史维(自动调节原理)、许允义(汞弧整流器)、王跃德(电器)、曹大铸(机床控制)、万元康、黄光森(生产实习)、钱俞寿(电磁场)、黄慧娜、刘馨媛、邢汉承(电子模拟计算机毕业设计)……限于篇幅,这里还未将基础课和其他课程以及实验室的先生或老师一一提及,甚感歉意,但心里还是记着他们、感谢他们。所有的先生或老师都值得我们尊敬,正是他(她)们陪伴我们度过了岁月如歌的青春时光。


三、动力电子学和控制电子学

1961—1979(上世纪60年代和70年代),笔者毕业留校工作的前20年,一直从事电子技术的教学与科研工作,亲身经历了电子器件的革命性变化。国际上通行的计算机发展的划代如下:第1代为电子管时代(1946—1956年);第2代为晶体管时代(1957—1963年);第3代为中、小规模集成电路时代(1964—1970年);第4代为大规模和超大规模集成电路时代(1971年之后)。第4代后,不再按物理器件的发展划代。

参照上述划代,考虑非计算机的大量其他电子技术应用,结合我国特殊年代的国情,电子器件的普遍使用一般还要滞后8—10年。例如,1964年仍然讲授电子管电路,流行用散件组装电子管收音机;1968年“复课闹革命”时开始采用简本晶体管电路教材,流行组装矿石和半导体收音机,1975年实验室制作第1批晶体管直流稳压电源(张振海、江潼君等);1973年因科研需要采用中、小规模集成电路制成数字钟,开始流行组装采用显像管的黑白电视机(机内电路逐步由电子管向晶体管过渡,进而采用中、小规模集成电路)。直到19793月和12月方有电子技术全国统编教材(康华光主编电力类和童诗白主编自动化类)分别正式出版(以晶体管电路为主,内含线性集成运动和中、小规模数字集成电路)。(康华光主编的教材由李士雄先生主审,笔者和张志明、衣承斌等协助工作。)

1969年,动力工程系办了一个可控硅制造厂(20多人),同时成立可控硅应用组(6人)。这标志着实践动力电子学向前跨出了一大步。可控硅SCRSilicon Controlled Rectifier)又名晶闸管T(Thyristor),系1964年在日本问世,是一种大功率的可控器件,完全取代了笨重的汞弧整流器。动力工程系的电类专业特别是工企电专业以动力电子学和控制电子学并重、强电与弱电相结合为特色;而1959年由于形势需要从电类专业甚至热类专业抽调出部分师生新设立的自动控制、计算机两个新专业,于1962年分出成立自动控制系,对电子技术的要求则以控制电子学为主。

由笔者负责的可控硅应用组,成员有喻纯坤、史伯奋、刘馨媛等老师和学生。1969—1970年,在南京曙光机械厂和南京钟表厂等,进行了磨床直流调速、车床交流变频、龙门铇调速控制等项目的研制和投入运行。1970年上半年,可控硅应用组扩大到10多人,与半导体、化学、机械等专业老师合作在校内进行可控硅(50/100A,水冷)控制单晶炉拉单晶的会战。1973年上半年,在磁流体发电工程,作为主要参与者,参加了以方一麟老师为主的磁流体发电机大功率可控硅(200A,水冷)电源研制并投入使用。


四、走向微电子

1980—1999(上世纪80年代和90年代),笔者工作到退休的后20年,一直从事微机技术的教学和科研工作,亲身经历了微型计算机、微电子技术和信息化时代的新局面。197111月,第1个微处理器Intel 4004破茧而出,开创了微型计算机的新纪元,从而标志着大规模集成电路和超大规模集成电路(微电子技术)时代的到来。微型计算机按其核心部件微处理器(CPU)的字长位数和功能划代入下:第1代为4/8位低档机(1971—1972年),指令执行时间(下同)为10—20μs;第2代为8位中档机(1973—1977年),1—10μs;第3代为16位中/高档机(1978—1984年),<1μs;第4代为32位高档机(1985年后),ns数量级。此后不再按字长位数划代。国内正值十年“文革”结束和改革开放初期,80年代主要推广使用8/16位机,90年代推广使用32位机,与国外相比,时间差大约在七、八年左右。

1979年,动力工程系新设立了宽口径、厚基础的电气技术专业(工企电专业在“文革”后期并入自动控制系)。经该专业徐德淦主任和系领导的同意与批准,笔者有幸于当年10月参加了一机部举办的“微处理器应用进修班”。来自全国各地有二、三百人(主要是高校教师)汇聚到合肥。直到19806月,白天听美国教授的课、看英文原版书,晚上在机房上机(系统机和单板机),“摸、爬、滚、打”猛补了8个月。1980年下半年,负责将发配电专业从国外购回的散装套件组装成1台个人计算机整机(合作者为史世文、吴建国、陆庭恕、邵素养)。1981年上半年,为江苏省自动化学会举办的微机应用学习班授课;1981年和1982年分别为动力工程系78级电工电子师资班、电子科学与工程系79级电子师资班讲授“微机原理及应用”;1983年开始为第1届电气技术专业讲授该课,直到2000年,从未间断(其间还有多次为电力系统及自动化专业授课)。1983—1984年编写了《微处理机技术》教材。电气技术专业有关微机的本科生课程还有“微机接口”(江潼君)、“单片微机控制”(赵秀菊)等。1987年开始为研究生讲授“微机应用系统”(微机测控系统)和“多处理器系统”,前者一直持续到2001年。

1985年,动力工程系的电类专业分出,单独成立电气工程系(周泽存为系主任)。1984—1985年,研制10吨东风半挂自卸汽车微机控制装置(合作者为蒋玉俊),通过南京市科委鉴定;与此同时,研制采用STD(标准)总线的小底板微机系统(合作者为胡仁杰、蒋玉俊),通过江苏省教委鉴定,并报送北京全国首届科技成果展览会,于1987年获国家科委重大科技成果(列入国家科技公报)。19872月,去美国出席ISMM举办的国际微型计算机硬件、软件和应用学术会议,宣读论文并当选为下届会议程序委员会委员。1988年,南京工学院更名为东南大学(韦钰为校长)。

1992年,小平同志南巡讲话之后,中国的改革开放和现代化建设事业踏上了高速发展之路。“发展才是硬道理”,听着《春天的故事》,迈着春天的脚步,从此,向着“与时俱进”和可持续地“科学发展”方向大踏步前进。1993年,英特尔(Intel)公司推出新的32位奔腾(Pentium)处理器;1995年,微软(Microsoft)公司推出新的视窗操作系统Windows 9590年代后期,因特网(Internet)即互联网在全世界范围得到广泛应用。这三件具有里程碑意义的重大事件,其变化影响深远。1992年和1993年,受学校委托,分别参与成立“江苏省计算机基础教育研究会”(专门针对非计算机专业)(担任第1届理事会副理事长兼秘书长)和设立“江苏省高校非计算机专业计算机等级考试”中心(担任三级考试大组组长)(2002年和2004年分别主编《三级偏软考试教程》、《三级偏硬考试教程》,东大出版社)。

如今执笔写作这篇纪念文章时,又为进入21世纪的这10来年的发展变化所震惊。处理器由Pentium 4到双核/多核的酷睿(Core)系列;操作系统由Windows XPWin 7;超级计算机天河一号A的涌现。信息技术、智能化、物联网(传感网)、微信(移动互联网)、云计算和大数据,等等,都是扑面而至。回首过往,一路走来,不敢懈怠,但终究还是一个赶路者。


2013.6.26于南京



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