2008年，團(tuán)隊(duì)成員在一起籌備申請(qǐng)創(chuàng)新群體項(xiàng)目。受訪者供圖

在高端制造裝備領(lǐng)域，“中國(guó)制造”面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，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(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目持續(xù)資助下，中國(guó)工程院院士、華中科技大學(xué)黨委書(shū)記邵新宇團(tuán)隊(duì)十多年來(lái)，在高端制造裝備領(lǐng)域深耕細(xì)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(shù)字制造的領(lǐng)先方陣。

項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，群體成員獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等國(guó)家獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)，兩位成員被評(píng)為院士。今年3月，該項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收時(shí)獲評(píng)優(yōu)秀。今天，我們走近這支推動(dòng)中國(guó)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(jī)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)以前車(chē)身和車(chē)頂結(jié)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)線上，傳統(tǒng)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。

“類似我們穿的衣服，點(diǎn)焊就像扣紐扣，激光焊接像拉拉鏈。”邵新宇告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“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(qiáng)度、密封性、表面光滑度等無(wú)法和激光焊接相比。”

但激光焊接集成了材料、工藝、控制、裝配等多項(xiàng)技術(shù)，是復(fù)雜的光、機(jī)、電一體化系統(tǒng)，門(mén)檻極高。由于我國(guó)這方面基礎(chǔ)研究薄弱，關(guān)鍵工藝、成套裝備與系統(tǒng)集成的核心技術(shù)缺乏，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的激光焊接裝備高度依賴進(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。”邵新宇說(shuō)，“轎車(chē)的頂蓋焊縫2米左右，商務(wù)車(chē)達(dá)到4米以上，對(duì)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(jī)器視覺(jué)、測(cè)量跟蹤、力學(xué)補(bǔ)償?shù)仁侄蝸?lái)保證焊接精度。”

經(jīng)過(guò)十多年基礎(chǔ)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(zhǎng)度由1.8米提高到4.5米。他們發(fā)明了曲線切割圖形刀補(bǔ)測(cè)控方法，研發(fā)了拼焊束流能量均衡調(diào)控技術(shù)，在國(guó)際上首次研發(fā)曲線不等厚板激光切—焊一體化復(fù)合工藝與成套裝備，研發(fā)了白車(chē)身激光焊接、不等厚板曲線拼焊、激光非穿透精密切割等一系列成套裝備，一舉突破國(guó)外壟斷。

“車(chē)身頂蓋—側(cè)圍激光焊接生產(chǎn)線目前已達(dá)到43秒/輛，為全球最高節(jié)拍。”邵新宇說(shuō)，“該成套工藝裝備屢次在與國(guó)際知名裝備公司的競(jìng)爭(zhēng)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(yīng)用。”

該成果獲2014年度湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)和2015年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。在此基礎(chǔ)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(guó)首條鋁合金車(chē)身激光焊接線，在上汽通用凱迪拉克、蔚來(lái)ES8/ES6等生產(chǎn)中應(yīng)用。

高端制造：從“幾何”到“物理”

“中國(guó)制造正經(jīng)歷從‘基于幾何的制造’向‘基于物理的制造’的轉(zhuǎn)變。”邵新宇說(shuō)，“目前，還要同步向‘基于信息的智能化制造’邁進(jìn)。”

邵新宇解釋說(shuō)，我國(guó)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(xí)，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組織、力學(xué)特性等內(nèi)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(xiàn)穩(wěn)定性、耐久性、可靠性不足。

“這是我們以前仿造國(guó)外產(chǎn)品‘形似神不似’的根本原因。”邵新宇說(shuō)。

“所以，現(xiàn)在要真正深入下去，去研究加工對(duì)象的微觀組織結(jié)構(gòu)、材料特性，看看它在加工過(guò)程中發(fā)生了什么性狀改變。”該團(tuán)隊(duì)成員之一、華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)尹周平說(shuō)，“高端制造、高水平制造，最后比拼的就是性能。”

邵新宇認(rèn)為，所有“卡脖子”問(wèn)題追根溯源都是基礎(chǔ)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(shù)、節(jié)拍、質(zhì)量體系的控制，沒(méi)有能力也沒(méi)有興趣從基礎(chǔ)原理入手解決問(wèn)題，而這恰恰是大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。

“比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片，材料去除量高達(dá)70%以上，整體厚度不到2毫米，如果工藝參數(shù)調(diào)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(chǔ)研究來(lái)解決。”該群體成員之一、華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)彭芳瑜說(shuō)，“我們針對(duì)復(fù)雜零件、薄壁結(jié)構(gòu)、難加工材料的精密高效加工這一國(guó)際性難題，建立了復(fù)雜曲面零件高速數(shù)控加工動(dòng)力學(xué)模型與精度調(diào)控模型，提出了高速銑削穩(wěn)定性分析全離散法，建立了基于驅(qū)動(dòng)電流的切削力和顫振監(jiān)測(cè)新方法，成功應(yīng)用于航空高溫合金整體葉輪等高效、精密加工，解決了國(guó)家重大需求。”

基于華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院自身的優(yōu)勢(shì)，該群體面向高性能數(shù)字制造裝備研制的國(guó)家重大需求和世界科技前沿，瞄準(zhǔn)高表面完整性、高精度穩(wěn)定性、高自律執(zhí)行的科學(xué)目標(biāo)，開(kāi)展基礎(chǔ)理論和先導(dǎo)技術(shù)研究。在基礎(chǔ)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(yàn)室到生產(chǎn)線

成熟的裝備或工藝，往往要理論上反復(fù)推演，然后到生產(chǎn)線上檢驗(yàn)，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(guó)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。”該群體成員之一、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)。”

該團(tuán)隊(duì)的第一條激光焊接生產(chǎn)線，也是在給某合資品牌車(chē)企維修國(guó)外生產(chǎn)線時(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(dāng)時(shí)江淮汽車(chē)的負(fù)責(zé)人非常有氣魄，給了我們一個(gè)試用的機(jī)會(huì)。”該群體成員之一、華中科技大學(xué)教授蔣平說(shuō)，“我們非常珍惜那次機(jī)會(huì)，一點(diǎn)點(diǎn)用產(chǎn)品和實(shí)力說(shuō)話，慢慢地，企業(yè)發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)裝備性能一點(diǎn)也不差，某些指標(biāo)還更好，我們的市場(chǎng)才漸漸打開(kāi)。”

“我們這個(gè)群體，可以說(shuō)從基礎(chǔ)研究到生產(chǎn)實(shí)際是無(wú)縫銜接。”邵新宇說(shuō)，“不論時(shí)間上還是空間上，我們離生產(chǎn)一線的距離都非常近。在很多項(xiàng)目中，群體成員和企業(yè)員工‘同吃同住同勞動(dòng)’，從生產(chǎn)線到實(shí)驗(yàn)室的反饋循環(huán)沒(méi)有時(shí)間間隔。”

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

目前，該群體的基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)成果得到了很好的轉(zhuǎn)化與應(yīng)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(guó)外壟斷的局面，帶動(dòng)了國(guó)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(guó)科學(xué)報(bào)》：您認(rèn)為團(tuán)隊(duì)取得這樣的成績(jī)靠的是什么？

邵新宇：華中科大機(jī)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(duì)我們的要求也是“學(xué)術(shù)第一、嚴(yán)謹(jǐn)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(dǎo)數(shù)學(xué)模型。2008年我申請(qǐng)“杰青”時(shí)，先生幫我改申請(qǐng)書(shū)到凌晨3點(diǎn)。有一次華工激光子公司生產(chǎn)線上出現(xiàn)問(wèn)題，段院士半夜帶隊(duì)去解決問(wèn)題，他說(shuō)“不解決問(wèn)題睡不著覺(jué)”。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：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(nèi)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(jī)制，激發(fā)大家的科研靈感。華中科大機(jī)械學(xué)院有個(gè)“STAR（Striving、Teamwork、Agility、Responsibility）文化”即“自強(qiáng)不息、團(tuán)結(jié)協(xié)作、快速反應(yīng)、盡職盡責(zé)”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(guó)科學(xué)報(bào)》：您認(rèn)為科學(xué)基金在科研人才培養(yǎng)方面起著怎樣的作用？

邵新宇：基礎(chǔ)研究需要靜下心來(lái)，十年磨一劍，需要培養(yǎng)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(zhǎng)期穩(wěn)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(yán)格的考評(píng)、交流機(jī)制，比如，項(xiàng)目答辯和驗(yàn)收環(huán)節(jié)，很多同行專家都是現(xiàn)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(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)中三代科研人員都成長(zhǎng)起來(lái)，形成了老中青結(jié)合的科研梯隊(duì)。