? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 制造科學支撐“中國創(chuàng)造”—— 丁漢院士專訪

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2022-05-07? ?青野云麓

2022-05-07 來源：

丁漢，1963年生，中國科學院院士，華中科技大學學術(shù) 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基礎科學中心項目，資助直接經(jīng)費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上主持的又一重大項目。

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基礎研究是科技創(chuàng)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。”丁漢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(shù)字化制造領域的深層次科學問題，實現(xiàn)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(shù)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(tǒng)”，1995年研究成果“基于微機的機器人離線編程系統(tǒng)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(tǒng)的基礎理論與實踐研究；2001年開始，丁漢團隊開發(fā)出20余套工業(yè)機器人作業(yè)系統(tǒng)，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(yè)機器人作業(yè)系統(tǒng)的關鍵技術(shù)研究、開發(fā)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(shù)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(shù)研究。

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2005年，丁漢開始從事數(shù)字化制造的基礎研究，主持了數(shù)字化制造領域首個國家重點基礎研究發(fā)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(shù)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(fā)展前景，開始將機器人與數(shù)字化制造技術(shù)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(fā)計劃項目“大型風電葉片機器人智能磨拋技術(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展，機器人與智能制造的交叉融合得到學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度認可。

在丁漢看來，機械學科的發(fā)展，關鍵核心技術(shù)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(shù)科學深度融合，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，實現(xiàn)創(chuàng)造更高端、更智能產(chǎn)品的目標，為“中國創(chuàng)造”提供理論和技術(shù)支撐以及裝備保障。

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核心技術(shù)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(yè)需求為導向，以解決行業(yè)痛點為首要目標。

航空發(fā)動機葉輪葉片和航空結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復雜、薄壁結(jié)構(gòu)、材料難加工、材料去除量非均勻等特點，其制造能力與研發(fā)水平代表著國家制造業(yè)的核心競爭力, 屬于國家重大戰(zhàn)略需求。針對此類零件高品質(zhì)加工所面臨的瓶頸問題，丁漢將機器人學和制造技術(shù)相結(jié)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(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)動機集團所屬多家企業(yè)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(tǒng)，在中國中車、中航工業(yè)等得到重要應用，解決了行業(yè)長期存在的難題。

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丁漢常說“要把論文寫在祖國大地上，寫在工廠車間里。”為此，他推動不斷將機器人化智能制造技術(shù)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(xié)同加工裝備，實現(xiàn)了50m以上的大型構(gòu)件現(xiàn)場打磨；研制出航空發(fā)動機葉片機器人磨拋裝備，實現(xiàn)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(gòu)件的機器人銑削加工。當前，機器人化智能制造技術(shù)已初步形成了行業(yè)影響力，為科學中心的實施奠定了基礎。

創(chuàng)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(diào)，要深入實施新時代人才強國戰(zhàn)略，全方位培養(yǎng)、引進、用好人才，加快建設世界重要人才中心和創(chuàng)新高地?；A科學中心的一個重要功能就是進一步匯聚國內(nèi)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(shù)學科的發(fā)展。

在創(chuàng)新人才培養(yǎng)上，丁漢結(jié)合自己的求學和研究經(jīng)歷指出：“科學研究就是挑戰(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)基礎知識之后，經(jīng)過長期堅持才能實現(xiàn)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(xié)力來做”。在團隊中，他會發(fā)現(xiàn)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(yǎng)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(yōu)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(yè)拔尖創(chuàng)新教育體系構(gòu)建與實踐”獲得第8屆高等教育國家級教學成果獎一等獎。

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同時，丁漢特別強調(diào)隊伍建設要注重傳承，機械學院在人才培養(yǎng)和梯隊建設上有著優(yōu)良的傳統(tǒng)，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(shù)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(yōu)秀學術(shù)團隊，師資隊伍形成了多元和諧，開放競爭，學術(shù)引領，團隊集聚的良好氛圍。基礎科學中心依托的數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點實驗室在2013、2018年兩次科技部評估中被評為優(yōu)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(jié)協(xié)作的結(jié)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(yǎng)一批優(yōu)秀的中青年學者，將針對國家戰(zhàn)略領域大型復雜構(gòu)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(gòu)件制造、機器人化功能結(jié)構(gòu)制造三個方向的研究工作，突破“靈巧、順應、協(xié)同”三大科學挑戰(zhàn)，創(chuàng)建機器人化智能制造理論體系，變革大型復雜構(gòu)件制造技術(shù)和制造模式，開辟機器人化智能制造國際學術(shù)新前沿，形成“機器人加工30μm工程”成套技術(shù)，形成自主可控的核心工藝軟件、關鍵技術(shù)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(shù)支撐。