【摘要】北京大学王选科研团队研制的汉字信息处理与激光照排系统，瞄准世界科技前沿，跨越相关领域流行的二代、三代技术，直接研制国外尚无商品的第四代激光照排，发明了汉字信息的数字化存储和输出等引领性原创技术，实现了汉字信息处理的关键核心技术突破，引发了我国报业、印刷出版业以及全球华文报业的技术革命，并出口到世界非华文领域，实现了成果转化和产业化，是自主创新和用高新技术改造传统行业的典范。
【关键词】汉字激光照排 颠覆性技术 产学研结合 【中图分类号】K82 【文献标识码】A
实现颠覆性技术创新，牢牢把握创新和发展主动权
1997年，美国哈佛商学院的教授克莱顿·克里斯坦森（Clayton Christensen）在《创新者的困境：当新技术使大公司破产》一书中，首次提出了“颠覆性技术（Disruptive Technologies）”一词。颠覆性技术是相对于“渐进性技术”而言的。渐进性技术又称维持性技术，指的是已立足于市场的现存技术。颠覆性技术，是一种另辟蹊径、对已有传统或主流技术途径产生整体或根本性替代效果的技术。
王选发明的汉字信息处理与激光照排技术这一跨越式、引领性原创成果，实现了激光照排对铅排印刷的全面替代，是典型的颠覆性创新技术。
瞄准世界科技前沿，实现技术跨越式发展
王选认为：“科学研究有时可以采取迂回策略，用创新的设计，绕过按常规方式发展会遇到的巨大困难，实现技术发展的跨越，往往能够走一条高效益的、事半功倍的捷径。”
印刷术是中国古代四大发明之一。但直到20世纪70年代，我国印刷业近百年来使用的一直是“以火熔铅、以铅铸字”的铅字排版和印刷。据统计，当时铸字耗用铅合金达20万吨，铜模200万副，价值人民币60亿元。不但能源消耗大，劳动强度高，污染严重，而且出版效率极低：普通图书从发稿到出版需要一年左右，报刊杂志数量品种也十分缺乏。
当时在美国等西方国家，计算机技术的发展突飞猛进，已被应用到印刷出版等多个领域。然而，计算机是西方发明的，它建立在英文基础上，要使计算机能处理汉字，就要解决汉字的数字化、汉字输入和输出以及字形在计算机中存储等一系列问题，也就是汉字的信息处理问题。英文只有26个字母，大小写也不过52个，而汉字字数繁多，《康熙字典》收入的汉字达47000多个，常用字就有6700多个。庞大的信息量使得汉字进入计算机成为世界性难题，甚至有语言学家预言，“计算机时代是汉字的末日”，“要想跟上信息时代的步伐，必须要走汉语拼音化的道路”。
为了改变我国落后的铅排印刷面貌，让汉字跟上信息时代的脚步，使中华文明得以传承与发展，1974年8月，在周恩来总理亲自关怀下，我国设立了“汉字信息处理系统工程”，简称“748工程”，包括三个子项目：汉字精密照排系统、汉字情报检索系统、汉字远传通信系统。该工程被列入国家科学技术发展计划，由原电子部设立“748工程”领导小组，开展具体工作。
1975年初，王选的夫人、北京大学数学系教师陈堃銶得知“748工程”，回家转告王选。王选被其中的子项目“汉字精密照排系统”的巨大价值和难度强烈吸引，开始自行设计和研究。
为了掌握国外照排领域的研究现状和发展动向，王选拖着病弱的身体，挤公共汽车到中国科技情报所查阅外文资料。他经过调研发现，日本当时流行的是光学机械式二代机，采用机械方式选字，不但体积大，而且功能差；欧美流行的是阴极射线管式三代机，所用的阴极射线管是超高分辨率的，对底片灵敏度要求很高，国产底片不易过关；英国正在研制激光照排四代机，但尚未成为商品。当时我国有五家科研班子在研制汉字照排系统，分别选择了二代机和三代机方案，并采用模拟方式存储汉字字模，但一直没能取得实质性突破。
经过分析研究，王选结合我国国情，做出了一个大胆决策，跨过二代机和三代机阶段，直接研制尚无商品的第四代激光照排系统，采取了跨越式发展的技术途径。西方从1946年发明第一代手动式照排机，到40年后的1986年才开始推广第四代激光照排；王选的发明，使我国从铅排铅印直接跨入激光照排，一步跨越了西方走过的40年。
这一选择，使王选立足高起点，敢于走前人没走过的路，从而抢占先机，引领前沿，为实现关键核心技术的自主可控奠定了基础。
发明颠覆性创新技术，实现关键核心技术突破
王选认为，高新技术的关键领域要有自主创新的核心技术，才能不断提高国家的核心竞争力。王选用京剧中的“一着鲜”来作形象比喻：名演员在保留剧目中常有一些绝招以吸引观众，因而经久不衰，叫“一着鲜，吃遍天”。王选强调，在科研中也应该发扬自身长处和特色，也应该有“一着鲜”，甚至“几着鲜”，从而出奇制胜，长远发展。
王选正是发明了独特的“几着鲜”，解决了汉字信息处理的技术难关。首先是汉字字形信息的高倍率压缩技术。针对汉字字形信息十分庞大（数千兆）、当时国产计算机容量极为有限（不足7兆）、难以存储的难关，王选发明了“轮廓加参数”的高倍率信息压缩技术：对横、竖、折等规则笔划，用起点、长度、宽度和头、尾、肩等描述笔划的特征参数来表示；对于撇、捺、点等不规则笔划，用折线轮廓表示，后来又改为曲线描述。这一方法不但使信息量大大减少，同时能保证变倍后的文字质量，只存入一套字号的字模，就能产生各种大小的字号，从而使汉字信息总体压缩达500-1000倍，达到当时世界最高水平；其中使用控制信息（参数）描述笔划特性、以保证字形变倍和变形后质量的方法属世界首创，比西方提前10年左右。上述方法巧妙地解决了汉字信息如何存入计算机的难题。王选后来总结：“‘需要’和‘已有技术的不足’是创造的源泉。汉字字形信息量大、笔画多的特点，迫使我们比美国人早十年获得了十分宝贵的需求刺激，因而比西方更早选择了后来广为流行的技术途径。”
其次是汉字字形信息高速复原技术，王选先后发明了适合硬件实现的、失真最小的高速还原汉字字形算法，并编写微程序予以实现，后来又设计加速字形复原的超大规模专用芯片，在当时硬件条件下，创造了每秒生成710字的世界最快速度，并具有强大的、花样翻新的字形变化功能。
王选发明的上述颠覆性创新技术，开创性地突破了汉字信息处理的数字化存储和输出等世界难关，实现了关键核心技术的原创引领和自主可控，从而把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中，为日后激光照排系统的技术更迭换代、实现成果转化和在国际竞争中大获全胜奠定了关键基础。
研制成功原理性样机，输出首张样报和样书
1975年5月，王选的技术方案得到北京大学大力支持，成立了“748工程”会战组，由后来成为北大校长的张龙翔教授担任组长，王选为技术总负责人，负责系统总体设计和硬件设计，陈堃銶负责软件系统的总体设计。
由于王选的技术过于超前，他遭到了许多质疑，有人说他“玩弄骗人的数学游戏”，有的讽刺说：“你搞第四代，我还要搞第八代呢！”但王选坚信自己的技术是正确的，他带领课题组昼夜工作，顺利完成了将压缩的汉字字形信息复原成点阵的模拟实验。1976年9月，“748工程”领导部门正式将“汉字精密照排系统”的研制任务下达给北京大学。
王选带领团队克服重重难关，在1979年7月27日，用汉字激光照排系统输出了第一张报纸样张《汉字信息处理》。1980年9月15日，又成功地排出了第一本样书《伍豪之剑》，北京大学把样书呈送中共中央政治局，方毅副总理10月20日批示：“这是可喜的成就，印刷术从火与铅的时代，过渡到计算机与激光的时代，建议予以支持。”10月25日，邓小平同志批示：“应加支持”。
1981年7月，汉字激光照排原理性样机通过了教育部和原国家电子计算机工业总局联合组织的部级鉴定。鉴定委员会肯定该系统“在汉字信息压缩技术方面居于世界领先地位；激光照排机的输出精度和排版软件的某些功能达到了国际先进水平。”至此，汉字激光照排实现了从技术方案到样机的实质性过渡。
坚持应用创新，实现科技成果产业化
原理性样机虽然技术先进，但由于使用的国产130计算机元器件不过关，很难投入实用。王选主张，应用性科技的成果要经得起市场的考验，才能对社会有实际贡献。即使是一个创新的、甚至于技术上有所突破的成果，也必须经过市场的磨练，否则很难改进和完善，也不可能取得效益。只有把应用和市场推到最前沿，才能获得十分宝贵的最前沿的需求刺激，而这是创新的重要推动力。
1981年原理性样机研制成功，有人就劝王选，现在已经证明你的科研原理正确，你是有能力的，应该做更多其它研究。1982年，国家经委印刷技术装备协调小组在考虑是否将北大“748项目”纳入全国印刷技术装备发展规划时，专门找王选谈话，询问他，许多高校的科研成果是为了“献礼”“评奖”“评职称”，对成果转化重视不够，转化能力也不强，你们能否坚持把科研成果实用化、商品化。王选明确表示：“我们一开始定的目标就是要使中国甩掉铅字，实现激光照排，用创新技术改造传统出版印刷行业。如果仅仅是为了报专利、评职称，目的早就达到了，不用再费这么大力气搞第二代。”由此，“汉字激光照排”项目纳入全国印刷技术装备“六五”“七五”发展规划，得到了印刷专项支持。此外，国务院进出口管委会也拨款20万美元外汇，支持王选团队购买了日本生产的NOVA计算机和一些元器件，以替代国产130机，从而一定程度上为加速激光照排更新换代的实用化进程提供了条件。
把一个科研项目从技术研发到打造成为有竞争能力的商品，进而占领市场，是一个十分艰苦、“九死一生”的过程。此后的十几年间，王选带领科研团队，在国家相关部门的领导下，与协作单位共同努力，与新华社、《经济日报》等用户通力配合，直面竞争，决战市场，先后研制出八代产品，在海内外市场广泛应用，使中文出版印刷领域的面貌得到了彻底改变。
研制华光Ⅱ型系统，新华社进行中间实验成功
1979年，王选开始进行第二代激光照排控制器TC83的研制。1983年底，以TC83为核心的华光Ⅱ型系统研制完成，它采用大规模集成电路和微处理器做照排控制器，体积缩小，输出速度加快；批处理排版软件跳过了当时国外流行的贴毛条排版，具有自动成页、整页组版功能，在各方面都比原理性样机前进了一大步。印刷技术装备协调小组决定，1984年在新华社进行Ⅱ型系统的中间试验，以检验其实用性。
当时正值80年代初，王选的科研开发遇到了最坎坷的时期：引进高潮袭来，美、英、日等国照排机厂商大举来华，用户和业内人士大多不看好国产系统，纷纷购买国外产品，国产系统遭遇冷嘲热讽：“搞出来也是落后的”，“748”不如叫“气死吧”！高校内部流行写论文、评职称、出国进修，而激光照排项目从事的又是繁重的软、硬件工程任务，开发条件很差，导致研发人员骤减。不断有协作单位退缩，提出撤走人员，否定技术方案。系统软、硬件稳定性差，出现错字、漏字、变字，照排机故障多，导致漏光、胶片卷角……可谓内外交困，阻力重重。
王选顶着压力，挤公共汽车往返于北大和新华社之间，带领科研团队解决了一个又一个技术难题，最终使系统达到了实用要求。截至1985年5月，共排印《新华社新闻稿》88期，《前进报》12期，约1200万字，并生产系统8套，为正式定型生产打下了基础。
1985年4月，华光Ⅱ型系统作为当时中国为数不多的高科技成果，参加了在日本筑波举行的万国科技博览会。
1985年5月，“华光Ⅱ型计算机—激光汉字编辑排版系统”通过国家经委主持的国家级鉴定和新华社用户验收，成为我国第一个实用照排系统。标志着系统正式迈出实验室，走上实用化道路。
《经济日报》采用Ⅲ型系统，全国首家告别“铅与火”
改造出版印刷行业的一个重要条件，是系统能够出大报、日报，而华光Ⅱ型系统存在很大局限，难当此任。因此，1984年，当Ⅱ型系统还在试用阶段时，王选便开始设计Ⅲ型系统，主机由小型机换为台式机，体积更小、稳定性更强，并具有先进的科技排版和大报排版功能。1985年11月，Ⅱ型系统通过鉴定半年后，Ⅲ型系统正式面试，交中国铁道出版社、国防工业出版社等用户使用。1986年12月，原电子部主持通过了系统鉴定，评价系统的科技排版软件“与国外同类软件相比，在功能、灵活性、方便程度等主要方面都处于领先地位，其中汉字化学式排版软件国外尚无商品出售”。国防工业出版社出版了我国第一本采用该科技排版系统排印的科技图书《矢量与张量分析》。据统计，当时我国积压了两年还未出版的科技图书多达3800多本，传统铅排技术严重限制着科教事业的发展，Ⅲ型系统的面世，解决了积压已久的科技书籍出版问题。
大报用户的第一家是《经济日报》。该报位于王府井地区，为了克服环境污染、地段限制等因素，提高印刷生产能力，厂长夏天俊在报社领导的支持下，在全国报社中第一个勇尝“螃蟹”，采用华光Ⅲ型系统，于1987年5月22日，出版了世界上第一张计算机屏幕组版、激光照排整版输出的中文日报。
但是，系统问题仍然层出不穷。重字、重行、丢字、丢行，标题移动困难；照排机、激光印字机抗干扰性能差，扫描抖动，暗盒不严，走纸不匀，上下胶片定位有问题，甚至螺丝松动、钢丝绳断……上述问题导致错误不断，延误出报，读者指责。报社一边登报致歉，一边发出最后通碟：必须在10天内排除故障，顺利出报，否则退回到铅排作业。王选、夏天俊与科研团队紧密协调，昼夜改进，终于在1987年8月实现了稳定出报。
《经济日报》使用激光照排系统后工作效率大显神威。1987年10月，党的十三次代表大会召开，经济日报印刷厂在收到传来的新华社3万余字大会工作报告电讯稿后，用华光系统排版，20分钟顺利完成。其它大报召集一批熟练的铅字排版工，3至4个小时才完成排版。
1987年12月，华光Ⅲ型系统在经济日报社通过国家验收，时任全国政协副主席周培源同志在会上激动地指出：“计算机能处理汉字，能排版了，意味着中华文化能够长久而深远地弘扬下去，其意义不亚于原子弹爆炸！”
1988年，经济日报印刷厂换装了Ⅳ型系统，1989年的年利润达243万元，比1986年铅排作业时增长了4倍。与同等任务的铅作业相比，减少厂房面积68％，用人减少60％，耗电量减少68.7％，成本下降17％。《经济日报》卖掉了所有铅字，在全国首家告别“铅与火”，也使激光照排系统实现了从实用化到产品化进程的关键冲刺。
直面国际竞争，决胜中国市场
Ⅱ型系统和Ⅲ型系统问世后，接连荣获中国十大科技成就、日内瓦国际发明展览金牌和国家科技进步一等奖，王选也获得了印刷界最高荣誉“毕昇奖”。但他却有一种“负债心理”，因为当时国外照排厂商正大举进军中国市场，先后有六家大报社、几十家出版社、印刷厂依然购买了美、英、日生产的照排系统。王选对同事们说：“国家前后给我们1000万元拨款，假如研究出的产品最后却在市场上被别人打倒，我们到底有功还是有过？一定要把科研成果变成商品占领市场，为国家创造财富，这比十个权威赞扬一百次都要实际得多。”
1989年，王选带领科研团队研制的以微机为主机、照排控制器为TC86的华光Ⅳ型系统通过国家级设计生产定型鉴定，与前三代相比，它有着脱胎换骨的质的飞跃：一是设计了超大规模专用芯片，使字形复原速度达到了710字/秒，居世界首位；二是具有强大的、花样翻新的字形变化功能，可以提供倾斜字、立体字、空心字等多种艺术字体，上百种花边和上千种网纹；三是实现了文字和图形、黑白照片的合一处理，从而成为真正意义的光栅图像处理器（RIP）。上述功能当时即使在国外的中文、日文照排系统中也闻所未闻，属于世界首创。
此外，王选在世界上第一个设计实现了一个RIP同时支持激光照排和普通纸大样输出的创新功能，并把相关逻辑设计放在两块专用芯片中，组成廉价的轻印刷系统。这一巧妙做法为中国广大中小印刷厂提供了一种过渡方案，使他们在购买能力有限的情况下，先购买轻印刷系统，日后再升级成激光照排。这是用户梦寐以求又不敢提出的要求，当时国外系统没有一家具有这一功能。
Ⅳ型系统在硬件方面达到完善的同时，还推出了两个强有力的软件——“大屏幕交互式报纸组版软件”“批处理书刊排版软件”。上述“杀手锏”功能组成的华光Ⅳ型机系统，在1988年世界银行的国际招标中连连中标，此后投入批量生产，在国内大规模推广使用。
1989年，国内某大报花费430万美元，引进了美国HTS公司的照排系统。美方却因解决不了汉字信息处理的难题，致使系统迟迟不能使用。王选带领北大科研团队，在原电子部的主持下与该报社签订了技术改造协议，半年不到就使系统改造成功投入了使用。美国HTS公司因此宣布破产。紧接着，来华销售的英国、日本等其它国外厂商也因解决不了汉字信息处理的技术难关，最终全部被国产系统取代，退出了中国。
此后，王选和同事们又设计出TC91、TC93等第五、六代照排控制器，功能更加强大，以此为核心的方正电子出版系统迅速占领市场。到1993年，国内99%的报社和90％以上的书刊印刷厂采用了国产激光照排系统，我国延续上百年的铅字印刷行业得到彻底改造，走完了西方四十年才完成的技术改造道路。截至20世纪末，累计产值达100亿元，创利润15亿元，出口创汇8000万美元，产生了极大的经济和社会效益。2002年6月28日，原国务委员、国家经委主任张劲夫在《人民日报》刊登了《我国印刷技术的第二次革命》一文，指出：“汉字激光照排技术在改造我国传统的印刷业中发挥了巨大作用。如果说从雕版印刷到活字印刷是我国第一次印刷技术革命的话，那么从铅排铅印到照排胶印就是我国第二次印刷技术革命。”
（作者为北京大学计算机科学技术研究所副研究员，王选纪念室主任）
【参考文献】
①[美]克莱顿·克里斯坦森著、胡建桥译：《创新者的窘境》，北京：中信出版社，2010年。
②纪念七四八工程廿周年工作组：《七四八工程二十周年纪念文集》，北京大学图书馆藏本，1995年。
③王选：《王选文集（修订版）》，北京：北京大学出版社，2006年。
④丛中笑：《王选的世界》，上海：上海科技出版社，2002年。
⑤张劲夫：《我国印刷技术的第二次革命》，《人民日报》，2002年6月27日。
责编/周素丽 美编/李月敏
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