制造科學(xué)支撐“中國創(chuàng)造”—— 丁漢院士專訪
丁漢，1963年生，中國科學(xué)院院士，武漢數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新中心有限公司董事長，華中科技大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，國家自然科學(xué)基金“機(jī)器人化智能制造”基礎(chǔ)科學(xué)中心首席科學(xué)家。
2021年12月，丁漢院士牽頭申報(bào)的國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目——“機(jī)器人化智能制造”獲批立項(xiàng)，成為機(jī)械學(xué)科和制造領(lǐng)域首個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目，資助直接經(jīng)費(fèi)6000萬元，資助期5年。這是丁漢在數(shù)字化智能化制造長期研究的基礎(chǔ)上主持的又一重大項(xiàng)目。
基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的“源頭活水”
習(xí)近平總書記指出：“加強(qiáng)基礎(chǔ)研究是科技自立自強(qiáng)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。”丁漢關(guān)于機(jī)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(xué)位期間開始啟蒙。三十多年來，他不斷探索機(jī)器人、數(shù)字化制造領(lǐng)域的深層次科學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與制造的深度融合，初步形成了機(jī)器人化智能制造的理論與技術(shù)體系。
早在1986年，丁漢開始跟隨導(dǎo)師開展機(jī)器人方向的研究工作。承擔(dān)了中國科學(xué)院基金“手—眼系統(tǒng)”，1995年研究成果“基于微機(jī)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)HOLPS”獲得了國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；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(cè)量、機(jī)器操作）系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論與實(shí)踐研究；2001年開始，丁漢團(tuán)隊(duì)開發(fā)出20余套工業(yè)機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于焊接、裝配、碼垛和機(jī)械加工等領(lǐng)域，研究成果“工業(yè)機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究、開發(fā)與應(yīng)用”獲得了國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；2016年，丁漢擔(dān)任國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”指導(dǎo)專家組組長，在國際上率先開展共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究。
2005年，丁漢開始從事數(shù)字化制造的基礎(chǔ)研究，主持了數(shù)字化制造領(lǐng)域首個(gè)國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目并獲得滾動(dòng)支持；2012年，丁漢團(tuán)隊(duì)的研究成果“復(fù)雜曲面數(shù)字化制造的幾何推理理論與方法”獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。2012年前后，丁漢敏銳地察覺到機(jī)器人化制造具備廣闊的發(fā)展前景，開始將機(jī)器人與數(shù)字化制造技術(shù)相融合，開拓了機(jī)器人化智能制造新方向，推動(dòng)了“鐵打的機(jī)床，流水的工件”到“鐵打的工件，流水的機(jī)床”制造模式的變革。2017年丁漢主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大型風(fēng)電葉片機(jī)器人智能磨拋技術(shù)與系統(tǒng)”，其研究成果“大型構(gòu)件多機(jī)器人智能磨拋加工技術(shù)”入選2018中國智能制造十大科技進(jìn)展，機(jī)器人與智能制造的交叉融合得到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度認(rèn)可。
在丁漢看來，機(jī)械學(xué)科的發(fā)展，關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，一定要扎根在基礎(chǔ)研究的土壤上。通過將基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)科學(xué)深度融合，產(chǎn)生新的制造原理和技術(shù)，才能引發(fā)工程技術(shù)的重大變革，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造更高端、更智能產(chǎn)品的目標(biāo)，為“中國創(chuàng)造”提供理論和技術(shù)支撐以及裝備保障。
核心技術(shù)攻關(guān)要面向需求“久久為功”
應(yīng)用基礎(chǔ)研究是為了更好地解決實(shí)際工程問題。丁漢無論是作為兩期國家“973計(jì)劃”項(xiàng)目的首席科學(xué)家，還是擔(dān)任國家自然科學(xué)基金委重大、重點(diǎn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，他都堅(jiān)持以行業(yè)需求為導(dǎo)向，以解決行業(yè)痛點(diǎn)為首要目標(biāo)。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪葉片和航空結(jié)構(gòu)件等大型復(fù)雜曲面零件一直是高端制造領(lǐng)域的“明珠”，這類零件通常具有尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁結(jié)構(gòu)、材料難加工、材料去除量非均勻等特點(diǎn)，其制造能力與研發(fā)水平代表著國家制造業(yè)的核心競(jìng)爭力, 屬于國家重大戰(zhàn)略需求。針對(duì)此類零件高品質(zhì)加工所面臨的瓶頸問題，丁漢將機(jī)器人學(xué)和制造技術(shù)相結(jié)合，建立了復(fù)雜曲面寬行加工理論，揭示了刀具“空間運(yùn)動(dòng)-包絡(luò)成形-加工誤差”間的微分傳遞規(guī)律。他還提出高速加工穩(wěn)定性分析的全離散法，突破了葉輪葉片數(shù)字化智能化加工技術(shù)瓶頸，開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)所屬多家企業(yè)得到成功應(yīng)用。此外，還研制出大葉片機(jī)器人“測(cè)量-操作-加工”一體化（3M）磨拋系統(tǒng)，在中國中車、中航工業(yè)等得到重要應(yīng)用，解決了行業(yè)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。”為此，他推動(dòng)不斷將機(jī)器人化智能制造技術(shù)的研究成果應(yīng)用于實(shí)踐領(lǐng)域。研制出大型風(fēng)電葉片/高鐵白車身多機(jī)器人協(xié)同加工裝備，實(shí)現(xiàn)了50m以上的大型構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)打磨；研制出航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)器人磨拋裝備，實(shí)現(xiàn)了0.2m~1.5m葉片自動(dòng)打磨；研制出多軸大負(fù)載機(jī)器人智能銑削加工裝備，應(yīng)用于空天蒙皮、飛機(jī)壁板等大型復(fù)雜構(gòu)件的機(jī)器人銑削加工。當(dāng)前，機(jī)器人化智能制造技術(shù)已初步形成了行業(yè)影響力，為科學(xué)中心的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
創(chuàng)新人才需要“萬馬奔騰”
習(xí)近平總書記在中央人才工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要深入實(shí)施新時(shí)代人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，全方位培養(yǎng)、引進(jìn)、用好人才，加快建設(shè)世界重要人才中心和創(chuàng)新高地?；A(chǔ)科學(xué)中心的一個(gè)重要功能就是進(jìn)一步匯聚國內(nèi)外智力資源，打造機(jī)器人和智能制造的人才高地，引領(lǐng)制造科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的發(fā)展。
在創(chuàng)新人才培養(yǎng)上，丁漢結(jié)合自己的求學(xué)和研究經(jīng)歷指出：“科學(xué)研究就是挑戰(zhàn)未知的工作，過程中充滿挑戰(zhàn)與艱辛，科研創(chuàng)新一定是在熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)之后，經(jīng)過長期堅(jiān)持才能實(shí)現(xiàn)的，沒有捷徑可走”。對(duì)于團(tuán)隊(duì)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(gè)人力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要多學(xué)科知識(shí)的交叉和融會(huì)貫通，這需要整個(gè)團(tuán)隊(duì)齊心協(xié)力來做”。在團(tuán)隊(duì)中，他會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)成員的個(gè)性特點(diǎn)，鼓勵(lì)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(yǎng)博士生50余名，碩士生百余名，其中近10人入選長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、國家級(jí)高層次青年人才、“長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”青年學(xué)者等科研人才“國家隊(duì)”，4人成為德國洪堡學(xué)者。2018年，由丁漢主持的教學(xué)成果“研究型大學(xué)機(jī)械專業(yè)拔尖創(chuàng)新教育體系構(gòu)建與實(shí)踐”獲得第8屆高等教育國家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
同時(shí)，丁漢特別強(qiáng)調(diào)隊(duì)伍建設(shè)要注重傳承，機(jī)械學(xué)院在人才培養(yǎng)和梯隊(duì)建設(shè)上有著優(yōu)良的傳統(tǒng)，從老一輩教師開始，學(xué)科帶頭人就率先垂范，影響和幫助下一代學(xué)術(shù)骨干成長。目前，形成了一支“院士、長江學(xué)者、國家杰青”領(lǐng)銜的優(yōu)秀學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)，師資隊(duì)伍形成了多元和諧，開放競(jìng)爭，學(xué)術(shù)引領(lǐng)，團(tuán)隊(duì)集聚的良好氛圍?；A(chǔ)科學(xué)中心依托的數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在2013、2018年兩次科技部評(píng)估中被評(píng)為優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室，依托的機(jī)械工程一級(jí)學(xué)科教育部評(píng)估為A+學(xué)科，這次基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目成功獲說批也是學(xué)校、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和團(tuán)隊(duì)成員無私付出、團(tuán)結(jié)協(xié)作的結(jié)果。
丁漢表示在未來五年乃至更長時(shí)間里，將以“機(jī)器人化智能制造”基礎(chǔ)科學(xué)中心為平臺(tái)，集聚培養(yǎng)一批優(yōu)秀的中青年學(xué)者，將針對(duì)國家戰(zhàn)略領(lǐng)域大型復(fù)雜構(gòu)件高效高可靠制造的迫切需求，開展機(jī)器人化復(fù)雜曲面制造、機(jī)器人化大型構(gòu)件制造、機(jī)器人化功能結(jié)構(gòu)制造三個(gè)方向的研究工作，突破“靈巧、順應(yīng)、協(xié)同”三大科學(xué)挑戰(zhàn)，創(chuàng)建機(jī)器人化智能制造理論體系，變革大型復(fù)雜構(gòu)件制造技術(shù)和制造模式，開辟機(jī)器人化智能制造國際學(xué)術(shù)新前沿，形成“機(jī)器人加工30μm工程”成套技術(shù)，形成自主可控的核心工藝軟件、關(guān)鍵技術(shù)和重大裝備，為我國航空、航天、航海等領(lǐng)域的重大工程提供重要技術(shù)支撐。
原文地址：http://mse.hust.edu.cn/info/1180/10890.htm
