在高端制造裝備領(lǐng)域，“中國制造”面臨嚴峻挑戰，如何“臥薪嘗膽”建立“產(chǎn)品自信”，進(jìn)而樹(shù)立“文化自信”，是時(shí)代大課題。

在國家自然科學(xué)基金創(chuàng )新研究群體項目持續資助下，中國工程院院士、華中科技大學(xué)黨委書(shū)記邵新宇團隊十多年來(lái)，在高端制造裝備領(lǐng)域深耕細作，從“基于幾何的制造”到“基于物理的制造”，再到“基于信息的智能化制造”，一步一個(gè)腳印地邁入高性能數字制造的領(lǐng)先方陣。

項目執行過(guò)程中，群體成員獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎等國家獎勵6項，兩位成員被評為院士。今年3月，該項目結題驗收時(shí)獲評優(yōu)秀。今天，我們走近這支推動(dòng)中國高端制造裝備嬗變的“背后力量”，看看這個(gè)優(yōu)秀群體是如何“煉”成的。

焊接技術(shù)：從“紐扣”到“拉鏈”

如果你是個(gè)老司機，可能會(huì )發(fā)現以前車(chē)身和車(chē)頂結合處，不少品牌都有的“裝飾條”不知何時(shí)消失了。

這其實(shí)并非廠(chǎng)家省掉了裝飾條，而是焊接工藝進(jìn)步了。在汽車(chē)焊裝生產(chǎn)線(xiàn)上，傳統的點(diǎn)焊技術(shù)不但讓焊接處凹凸不平，而且存在焊接縫隙，因此焊接后需涂膠并裝上裝飾條。

“類(lèi)似我們穿的衣服，點(diǎn)焊就像扣紐扣，激光焊接像拉拉鏈?！鄙坌掠罡嬖V《中國科學(xué)報》，“紐扣之間不可避免存在空隙，同樣，點(diǎn)焊的焊點(diǎn)間也有縫隙，其剛度、強度、密封性、表面光滑度等無(wú)法和激光焊接相比?！?/p>

但激光焊接集成了材料、工藝、控制、裝配等多項技術(shù)，是復雜的光、機、電一體化系統，門(mén)檻極高。由于我國這方面基礎研究薄弱，關(guān)鍵工藝、成套裝備與系統集成的核心技術(shù)缺乏，長(cháng)期以來(lái)，我國的激光焊接裝備高度依賴(lài)進(jìn)口。

“激光焊接是高能束加工，激光要聚焦到車(chē)身拼縫中心，焦點(diǎn)和拼縫中心的重合度小于0.1毫米?！鄙坌掠钫f(shuō)，“轎車(chē)的頂蓋焊縫2米左右，商務(wù)車(chē)達到4米以上，對0.6毫米至1.5毫米厚，又有一定弧度的車(chē)身板來(lái)說(shuō)，焊接到中間時(shí)后面已經(jīng)變形，需要用機器視覺(jué)、測量跟蹤、力學(xué)補償等手段來(lái)保證焊接精度?！?/p>

經(jīng)過(guò)十多年基礎研究和“學(xué)研產(chǎn)用”攻關(guān)，該群體首創(chuàng )了形性可控的三維薄壁曲面白車(chē)身激光搭接填絲熔焊工藝與成套裝備，將拼裝允差由0.3毫米提高到0.8毫米，單條焊縫長(cháng)度由1.8米提高到4.5米。他們發(fā)明了曲線(xiàn)切割圖形刀補測控方法，研發(fā)了拼焊束流能量均衡調控技術(shù)，在國際上首次研發(fā)曲線(xiàn)不等厚板激光切—焊一體化復合工藝與成套裝備，研發(fā)了白車(chē)身激光焊接、不等厚板曲線(xiàn)拼焊、激光非穿透精密切割等一系列成套裝備，一舉突破國外壟斷。

“車(chē)身頂蓋—側圍激光焊接生產(chǎn)線(xiàn)目前已達到43秒/輛，為全球最高節拍?！鄙坌掠钫f(shuō)，“該成套工藝裝備屢次在與國際知名裝備公司的競爭中獲勝，已在一汽紅旗、上汽通用、東風(fēng)雪鐵龍、廣汽本田、江淮、江鈴（福特）等龍頭車(chē)企中廣泛應用?！?/p>

該成果獲2014年度湖北省科技進(jìn)步獎特等獎和2015年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。在此基礎上，他們進(jìn)一步攻克了新能源汽車(chē)鋁合金車(chē)身高質(zhì)高效激光焊接難題，研發(fā)了我國首條鋁合金車(chē)身激光焊接線(xiàn)，在上汽通用凱迪拉克、蔚來(lái)ES8/ES6等生產(chǎn)中應用。

高端制造：從“幾何”到“物理”

“中國制造正經(jīng)歷從‘基于幾何的制造’向‘基于物理的制造’的轉變?！鄙坌掠钫f(shuō)，“目前，還要同步向‘基于信息的智能化制造’邁進(jìn)?！?/p>

邵新宇解釋說(shuō)，我國在工業(yè)化進(jìn)程中，由于歷史原因，制造領(lǐng)域只能先向別人學(xué)習，以前制造業(yè)主要關(guān)注尺寸公差、表面粗糙度等外部幾何特征，只要樣子符合要求就可以了，沒(méi)有注意到材料的微觀(guān)組織、力學(xué)特性等內在性能。因此，做出的產(chǎn)品表面上看差不多，但真正用起來(lái)卻發(fā)現穩定性、耐久性、可靠性不足。

“這是我們以前仿造國外產(chǎn)品‘形似神不似’的根本原因?！鄙坌掠钫f(shuō)。

“所以，現在要真正深入下去，去研究加工對象的微觀(guān)組織結構、材料特性，看看它在加工過(guò)程中發(fā)生了什么性狀改變?！痹搱F隊成員之一、華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院院長(cháng)尹周平說(shuō)，“高端制造、高水平制造，最后比拼的就是性能?！?/p>

邵新宇認為，所有“卡脖子”問(wèn)題追根溯源都是基礎研究做得不夠扎實(shí)。這也造成我們制造業(yè)“‘依葫蘆畫(huà)葫蘆’都畫(huà)不好，更別說(shuō)‘依葫蘆畫(huà)瓢’了”。

通常企業(yè)只注重參數、節拍、質(zhì)量體系的控制，沒(méi)有能力也沒(méi)有興趣從基礎原理入手解決問(wèn)題，而這恰恰是大學(xué)和研究機構擅長(cháng)的領(lǐng)域。

“比如航空發(fā)動(dòng)機的渦輪葉片，材料去除量高達70%以上，整體厚度不到2毫米，如果工藝參數調控不好，葉片末端加工變形就會(huì )產(chǎn)生超差，而控制變形涉及材料、力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科，這些必須通過(guò)基礎研究來(lái)解決?！痹撊后w成員之一、華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院副院長(cháng)彭芳瑜說(shuō)，“我們針對復雜零件、薄壁結構、難加工材料的精密高效加工這一國際性難題，建立了復雜曲面零件高速數控加工動(dòng)力學(xué)模型與精度調控模型，提出了高速銑削穩定性分析全離散法，建立了基于驅動(dòng)電流的切削力和顫振監測新方法，成功應用于航空高溫合金整體葉輪等高效、精密加工，解決了國家重大需求?！?/p>

基于華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院自身的優(yōu)勢，該群體面向高性能數字制造裝備研制的國家重大需求和世界科技前沿，瞄準高表面完整性、高精度穩定性、高自律執行的科學(xué)目標，開(kāi)展基礎理論和先導技術(shù)研究。在基礎理論研究、技術(shù)研發(fā)和裝備研制方面取得了一系列突破性創(chuàng )新。

無(wú)縫銜接：從實(shí)驗室到生產(chǎn)線(xiàn)

成熟的裝備或工藝，往往要理論上反復推演，然后到生產(chǎn)線(xiàn)上檢驗，再反饋問(wèn)題研究改進(jìn)，經(jīng)過(guò)日積月累、不斷迭代優(yōu)化才能一步步臻于完善。

“但國產(chǎn)裝備發(fā)展面臨一個(gè)問(wèn)題，就是做出來(lái)東西沒(méi)地方用，很多企業(yè)不太相信你這個(gè)東西能用?！痹撊后w成員之一、華中科技大學(xué)教授陳學(xué)東說(shuō)，“這就形成了惡性循環(huán)?！?/p>

該團隊的第一條激光焊接生產(chǎn)線(xiàn)，也是在給某合資品牌車(chē)企維修國外生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，才逐步獲得企業(yè)的信任，并在江淮汽車(chē)進(jìn)一步完成技術(shù)提升的。

“當時(shí)江淮汽車(chē)的負責人非常有氣魄，給了我們一個(gè)試用的機會(huì )?！痹撊后w成員之一、華中科技大學(xué)教授蔣平說(shuō)，“我們非常珍惜那次機會(huì )，一點(diǎn)點(diǎn)用產(chǎn)品和實(shí)力說(shuō)話(huà)，慢慢地，企業(yè)發(fā)現國產(chǎn)裝備性能一點(diǎn)也不差，某些指標還更好，我們的市場(chǎng)才漸漸打開(kāi)?！?/p>

“我們這個(gè)群體，可以說(shuō)從基礎研究到生產(chǎn)實(shí)際是無(wú)縫銜接?！鄙坌掠钫f(shuō)，“不論時(shí)間上還是空間上，我們離生產(chǎn)一線(xiàn)的距離都非常近。在很多項目中，群體成員和企業(yè)員工‘同吃同住同勞動(dòng)’，從生產(chǎn)線(xiàn)到實(shí)驗室的反饋循環(huán)沒(méi)有時(shí)間間隔?！?/p>

該群體和多家企業(yè)聯(lián)合，組成了“學(xué)研產(chǎn)用”結合、光機電多學(xué)科交叉的研究團隊，建立了“高校研究者專(zhuān)心格物窮理，中試基地不斷提升核心技術(shù)，終端企業(yè)提高應用效能”的協(xié)同創(chuàng )新機制。

目前，該群體的基礎研究和技術(shù)研發(fā)成果得到了很好的轉化與應用，改變了汽車(chē)制造激光焊接、航空葉片高精高效磨拋等高端工藝與裝備被國外壟斷的局面，帶動(dòng)了國產(chǎn)裝備的跨越式發(fā)展，并推廣到航天、航海、芯片、能源等領(lǐng)域。

《中國科學(xué)報》：您認為團隊取得這樣的成績(jì)靠的是什么？

邵新宇：華中科大機械學(xué)科上一代科學(xué)家，像楊叔子、熊有倫、段正澄、李培根等院士，他們本身就是“大先生”，做人做事做學(xué)問(wèn)方面都是我們的楷模。先生們對我們的要求也是“學(xué)術(shù)第一、嚴謹踏實(shí)”。有一年大年初一，我和丁漢幾個(gè)人到熊院士家拜年，老先生正在家中用紙筆推導數學(xué)模型。2008年我申請“杰青”時(shí)，先生幫我改申請書(shū)到凌晨3點(diǎn)。有一次華工激光子公司生產(chǎn)線(xiàn)上出現問(wèn)題，段院士半夜帶隊去解決問(wèn)題，他說(shuō)“不解決問(wèn)題睡不著(zhù)覺(jué)”。

《中國科學(xué)報》：該群體最大的特點(diǎn)是什么？

邵新宇：一個(gè)群體必須有其內在的、精神層面的東西。我們從老一輩科學(xué)家那里傳承了一種開(kāi)放的學(xué)術(shù)交流機制，激發(fā)大家的科研靈感。華中科大機械學(xué)院有個(gè)“STAR（Striving、Teamwork、Agility、Responsibility）文化”即“自強不息、團結協(xié)作、快速反應、盡職盡責”幾個(gè)英文單詞的首字母，這幾個(gè)單詞很好地概括了我們的文化和精神。

《中國科學(xué)報》：您認為科學(xué)基金在科研人才培養方面起著(zhù)怎樣的作用？

邵新宇：基礎研究需要靜下心來(lái)，十年磨一劍，需要培養一種科學(xué)家精神?？茖W(xué)基金在這方面發(fā)揮了特別好的作用，它長(cháng)期穩定的支持可以讓研究人員真正地解決一些問(wèn)題?？茖W(xué)基金有一套嚴格的考評、交流機制，比如，項目答辯和驗收環(huán)節，很多同行專(zhuān)家都是現場(chǎng)打分。如果我們的工作沒(méi)做好，坐在下面壓力會(huì )非常大。

同時(shí)，通過(guò)這個(gè)創(chuàng )新群體項目，團隊中三代科研人員都成長(cháng)起來(lái)，形成了老中青結合的科研梯隊。

來(lái)源：《中國科學(xué)報》