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制造科學支撐“中國創造”—— 丁漢院士專訪

作者:徐新盛 趙歡編輯:吳仰天發布:2022-01-11點擊量:

丁漢,1963年生,中國科學院院士,華中科技大學學術委員會主任,機械科學與工程學院教授,國家自然科學基金“機器人化智能制造”基礎科學中心首席科學家。

2021年12月,丁漢院士牽頭申報的國家自然科學基金基礎科學中心項目——“機器人化智能制造”獲批立項,成為機械學科和制造領域首個、我校首個基礎科學中心項目,資助直接經費6000萬元,資助期5年。這是丁漢在數字化智能化制造長期研究的基礎上主持的又一重大項目。

基礎研究是科技創新的“源頭活水”

習近平總書記指出:“加強基礎研究是科技自立自強的必然要求,是我們從未知到已知、從不確定性到確定性的必然選擇?!倍h關于機器人化智能制造方面的研究工作,自他師從楊叔子院士、熊有倫院士攻讀博士學位期間開始啟蒙。三十多年來,他不斷探索機器人、數字化制造領域的深層次科學問題,實現機器人與制造的深度融合,初步形成了機器人化智能制造的理論與技術體系。

早在1986年,丁漢開始跟隨導師開展機器人方向的研究工作。承擔了中國科學院基金“手—眼系統”,1995年研究成果“基于微機的機器人離線編程系統HOLPS”獲得了國家科技進步三等獎;1997年,丁漢獲國家杰出青年基金資助,開展智能4M(建模、加工、測量、機器操作)系統的基礎理論與實踐研究;2001年開始,丁漢團隊開發出20余套工業機器人作業系統,廣泛應用于焊接、裝配、碼垛和機械加工等領域,研究成果“工業機器人作業系統的關鍵技術研究、開發與應用”獲得了國家科技進步二等獎;2016年,丁漢擔任國家自然科學基金重大研究計劃“共融機器人基礎理論與關鍵技術研究”指導專家組組長,在國際上率先開展共融機器人基礎理論與關鍵技術研究。

2005年,丁漢開始從事數字化制造的基礎研究,主持了數字化制造領域首個國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)項目并獲得滾動支持;2012年,丁漢團隊的研究成果“復雜曲面數字化制造的幾何推理理論與方法”獲得國家自然科學二等獎。2012年前后,丁漢敏銳地察覺到機器人化制造具備廣闊的發展前景,開始將機器人與數字化制造技術相融合,開拓了機器人化智能制造新方向,推動了“鐵打的機床,流水的工件”到“鐵打的工件,流水的機床”制造模式的變革。2017年丁漢主持國家重點研發計劃項目“大型風電葉片機器人智能磨拋技術與系統”,其研究成果“大型構件多機器人智能磨拋加工技術”入選2018中國智能制造十大科技進展,機器人與智能制造的交叉融合得到學術界和產業界的高度認可。

在丁漢看來,機械學科的發展,關鍵核心技術的突破,一定要扎根在基礎研究的土壤上。通過將基礎科學與技術科學深度融合,產生新的制造原理和技術,才能引發工程技術的重大變革,實現創造更高端、更智能產品的目標,為“中國創造”提供理論和技術支撐以及裝備保障。

核心技術攻關要面向需求“久久為功”

應用基礎研究是為了更好地解決實際工程問題。丁漢無論是作為兩期國家“973計劃”項目的首席科學家,還是擔任國家自然科學基金委重大、重點項目負責人,他都堅持以行業需求為導向,以解決行業痛點為首要目標。

航空發動機葉輪葉片和航空結構件等大型復雜曲面零件一直是高端制造領域的“明珠”,這類零件通常具有尺寸大、結構復雜、薄壁結構、材料難加工、材料去除量非均勻等特點,其制造能力與研發水平代表著國家制造業的核心競爭力, 屬于國家重大戰略需求。針對此類零件高品質加工所面臨的瓶頸問題,丁漢將機器人學和制造技術相結合,建立了復雜曲面寬行加工理論,揭示了刀具“空間運動-包絡成形-加工誤差”間的微分傳遞規律。他還提出高速加工穩定性分析的全離散法,突破了葉輪葉片數字化智能化加工技術瓶頸,開發自主知識產權的工藝軟件TurboWorks,形成了葉盤葉片高效高精加工成套工藝解決方案,在中國航空發動機集團所屬多家企業得到成功應用。此外,還研制出大葉片機器人“測量-操作-加工”一體化(3M)磨拋系統,在中國中車、中航工業等得到重要應用,解決了行業長期存在的難題。

丁漢常說“要把論文寫在祖國大地上,寫在工廠車間里?!睘榇?,他推動不斷將機器人化智能制造技術的研究成果應用于實踐領域。研制出大型風電葉片/高鐵白車身多機器人協同加工裝備,實現了50m以上的大型構件現場打磨;研制出航空發動機葉片機器人磨拋裝備,實現了0.2m~1.5m葉片自動打磨;研制出多軸大負載機器人智能銑削加工裝備,應用于空天蒙皮、飛機壁板等大型復雜構件的機器人銑削加工。當前,機器人化智能制造技術已初步形成了行業影響力,為科學中心的實施奠定了基礎。

創新人才需要“萬馬奔騰”

習近平總書記在中央人才工作會議上強調,要深入實施新時代人才強國戰略,全方位培養、引進、用好人才,加快建設世界重要人才中心和創新高地?;A科學中心的一個重要功能就是進一步匯聚國內外智力資源,打造機器人和智能制造的人才高地,引領制造科學與技術學科的發展。

在創新人才培養上,丁漢結合自己的求學和研究經歷指出:“科學研究就是挑戰未知的工作,過程中充滿挑戰與艱辛,科研創新一定是在熟練掌握專業基礎知識之后,經過長期堅持才能實現的,沒有捷徑可走”。對于團隊合作,他說“做任何事情,特別是國家亟需的一些重大工程,僅靠個人力量是遠遠不夠的,還需要多學科知識的交叉和融會貫通,這需要整個團隊齊心協力來做”。在團隊中,他會發現每個成員的個性特點,鼓勵他們從事自己最適合的工作,為年輕人提供更好的條件做研究。截至目前,丁漢已培養博士生50余名,碩士生百余名,其中近10人入選長江學者特聘教授、國家杰出青年科學基金獲得者、國家優秀青年科學基金獲得者、國家級高層次青年人才、“長江學者獎勵計劃”青年學者等科研人才“國家隊”,4人成為德國洪堡學者。2018年,由丁漢主持的教學成果“研究型大學機械專業拔尖創新教育體系構建與實踐”獲得第8屆高等教育國家級教學成果獎一等獎。

同時,丁漢特別強調隊伍建設要注重傳承,機械學院在人才培養和梯隊建設上有著優良的傳統,從老一輩教師開始,學科帶頭人就率先垂范,影響和幫助下一代學術骨干成長。目前,形成了一支“院士、長江學者、國家杰青”領銜的優秀學術團隊,師資隊伍形成了多元和諧,開放競爭,學術引領,團隊集聚的良好氛圍?;A科學中心依托的數字制造裝備與技術國家重點實驗室在2013、2018年兩次科技部評估中被評為優秀實驗室,依托的機械工程一級學科教育部評估為A+學科,這次基礎科學中心項目成功獲批也是學校、學院領導和團隊成員無私付出、團結協作的結果。

丁漢表示在未來五年乃至更長時間里,將以“機器人化智能制造”基礎科學中心為平臺,集聚培養一批優秀的中青年學者,將針對國家戰略領域大型復雜構件高效高可靠制造的迫切需求,開展機器人化復雜曲面制造、機器人化大型構件制造、機器人化功能結構制造三個方向的研究工作,突破“靈巧、順應、協同”三大科學挑戰,創建機器人化智能制造理論體系,變革大型復雜構件制造技術和制造模式,開辟機器人化智能制造國際學術新前沿,形成“機器人加工30μm工程”成套技術,形成自主可控的核心工藝軟件、關鍵技術和重大裝備,為我國航空、航天、航海等領域的重大工程提供重要技術支撐。


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