以高校科研優(yōu)勢全力服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)———————記燕山大學(xué)河北省重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)
在燕山大學(xué)的校園中,有這樣一個(gè)群體:他們置身于三尺講臺(tái),以深厚的專業(yè)知識(shí)培養(yǎng)了一批又一批學(xué)術(shù)和技術(shù)精英;他們投身于科學(xué)研究,以孜孜以求的鉆研精神去開拓和探索科學(xué)規(guī)律;更為難能可貴的是,他們將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)融匯到服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)的宏偉事業(yè),他們?nèi)〉玫亩囗?xiàng)科研成果不僅創(chuàng)造了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,更打破了長期以來國外企業(yè)對(duì)某些核心技術(shù)的壟斷。“自主”和“創(chuàng)新”是這支科研團(tuán)隊(duì)的特色,他們的科研探索歷程則是對(duì)我國科研人員獨(dú)立自主開拓科研工作的最好詮釋。
這個(gè)群體便是燕山大學(xué)重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室(以下簡稱實(shí)驗(yàn)室)的全體教師,該群體由在國內(nèi)機(jī)電液一體化領(lǐng)域具有較大影響的一批專家、教授、博士、留學(xué)歸國人員等組成。在學(xué)科結(jié)構(gòu)方面,團(tuán)隊(duì)由單一的液壓傳動(dòng)專業(yè)隊(duì)伍,逐步發(fā)展成以機(jī)電控制為特色的機(jī)電液一體化,包括機(jī)械、電子、液壓與氣動(dòng)、控制理論、工程系統(tǒng)、軋制工藝及軋制過程自動(dòng)化、故障診斷與智能信息處理等研究領(lǐng)域齊全的教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)。
實(shí)驗(yàn)室根據(jù)當(dāng)前流體動(dòng)力傳輸與控制的研究趨勢,緊緊圍繞國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要開展科學(xué)研究和技術(shù)服務(wù)。近年來,實(shí)驗(yàn)室取得了一大批高水平的科研成果。截至2010年12月,重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室共承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目14項(xiàng),國家科技攻關(guān)項(xiàng)目5項(xiàng),獲得國家級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng),省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)23項(xiàng),授權(quán)專利40項(xiàng)。2008年至2010年三年間實(shí)到科研經(jīng)費(fèi)達(dá)到3250萬元。強(qiáng)有力的核心凝聚精良團(tuán)隊(duì)雄厚的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)并非無源之水。實(shí)驗(yàn)室今日的成就得益于團(tuán)隊(duì)成員不畏艱辛的奮斗精神,得益于團(tuán)隊(duì)內(nèi)部精誠合作的融洽氛圍,更得益于團(tuán)隊(duì)擁有一批優(yōu)秀的學(xué)術(shù)帶頭人。實(shí)驗(yàn)室服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)的過程如同列車行進(jìn),而孔祥東、王益群等團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人就像動(dòng)力十足的車頭,帶動(dòng)列車高歌猛進(jìn),奔馳向前。
學(xué)術(shù)帶頭人孔祥東教授洞察學(xué)科在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和潮流,在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展過程中起到了重要作用??紫闁|教授以重型機(jī)械電液伺服控制系統(tǒng)、流體力學(xué)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用為研究方向,近年來取得了多項(xiàng)研究成果,出版專著2部,發(fā)表論文140余篇,其中60余篇被SCI、EI、ISTP等收錄;主持國家級(jí)科研項(xiàng)目10余項(xiàng)、省部級(jí)科研項(xiàng)目及企業(yè)橫向課題40余項(xiàng),獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)、省部級(jí)其他獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng),獲得專利3項(xiàng);他目前擔(dān)任中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)副主任委員,浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員,河北省機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)理事長,國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目評(píng)審專家,教育部本科教學(xué)工作水平評(píng)估專家;他先后獲省部級(jí)跨世紀(jì)學(xué)術(shù)骨干、河北省教學(xué)名師獎(jiǎng)、河北省青年五四獎(jiǎng)?wù)绿崦?、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)先進(jìn)工作者、河北省三育人先進(jìn)個(gè)人、河北省師德標(biāo)兵等榮譽(yù)稱號(hào);2008年,他領(lǐng)導(dǎo)的“機(jī)電液一體化教學(xué)團(tuán)隊(duì)”被評(píng)為國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì),負(fù)責(zé)的《液壓伺服與比例控制系統(tǒng)》課程被評(píng)為國家級(jí)精品課;他的多項(xiàng)研究成果直接服務(wù)于企業(yè),創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益。
學(xué)術(shù)帶頭人王益群教授現(xiàn)任中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)榮譽(yù)主任委員及多家學(xué)術(shù)雜志編委。他在當(dāng)代板帶軋機(jī)板厚和板形控制這兩大關(guān)鍵技術(shù)的研究中取得突破性進(jìn)展,主持完成了兩項(xiàng)獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)的項(xiàng)目:在“IGC650HCW精密冷帶軋機(jī)成套設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)研究”中,自主開發(fā)了我國首臺(tái)軋制精度具有國際先進(jìn)水平的中寬帶精密冷軋?jiān)O(shè)備,由此獲1999年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng);在“冷帶軋機(jī)高精度液壓厚度自動(dòng)控制(液壓AGC)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目中,打破了國外大公司長期對(duì)我國高速冷軋液壓厚控這一核心技術(shù)市場的壟斷,勇攀單機(jī)架四輥軋機(jī)厚控精度世界領(lǐng)先水平,由此獲2009年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。實(shí)實(shí)在在的科技成果轉(zhuǎn)化與推廣應(yīng)用創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,王益群教授因此獲2010年度全國優(yōu)秀科技工作者稱號(hào)。此外,王益群教授還完成縱向和企業(yè)項(xiàng)目30余項(xiàng)(其中主持5項(xiàng)國家自然基金),獲得省部級(jí)科技一、二、三等獎(jiǎng)共7項(xiàng),全國科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)1項(xiàng),發(fā)表論文200余篇,其中SCI、EI、ISTP收錄102篇次。
學(xué)術(shù)帶頭人趙靜一教授以工程機(jī)械電液控制及主動(dòng)安全保障技術(shù)為研究方向,在國內(nèi)外期刊發(fā)表論文多篇,先后主持和參加科研項(xiàng)目30余項(xiàng),主持的千噸水壓機(jī)控制系統(tǒng)更新及可靠性研究和交流液壓系統(tǒng)的物理模擬與仿真研究及工程應(yīng)用項(xiàng)目獲河北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)兩項(xiàng),工程機(jī)械液壓元件綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)項(xiàng)目獲國家機(jī)械部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng);2010年獲國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助出版專著《大型自行式液壓載重車》,曾被評(píng)為河北省有突出貢獻(xiàn)中青年專家和河北省優(yōu)秀博士后等榮譽(yù)稱號(hào)。
學(xué)術(shù)帶頭人高殿榮教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)以復(fù)雜流場及新型流體元件為研究方向,曾主持或參加國家自然科學(xué)基金、省部級(jí)以上科研項(xiàng)目及企業(yè)橫向課題20余項(xiàng);獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng);獲浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸增祺高科技獎(jiǎng)勵(lì)基金二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
正是在這些優(yōu)秀帶頭人的引領(lǐng)下,實(shí)驗(yàn)室形成了一支科研實(shí)力雄厚、知識(shí)年齡結(jié)構(gòu)合理、具有良好團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的科研團(tuán)隊(duì)。目前,實(shí)驗(yàn)室固定人員27人,其中教授12人,博士生導(dǎo)師7人;正高職及副高職人員占實(shí)驗(yàn)室總?cè)藬?shù)的67%;具有博士學(xué)位人員16名。團(tuán)隊(duì)中有河北省后備院士1名,全國優(yōu)秀科技工作者1名,國務(wù)院政府特殊津貼獲得者2名,國家級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專家1名,河北省優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才1名,河北省省管優(yōu)秀專家2名,河北省有突出貢獻(xiàn)的中青年專家1名,河北省教學(xué)名師2名。在實(shí)驗(yàn)室的大研究方向下,孔祥東、王益群等學(xué)術(shù)帶頭人進(jìn)一步帶領(lǐng)課題組成員在各自的研究領(lǐng)域取得了一系列成績。
引領(lǐng)我國自由鍛造設(shè)備的發(fā)展方向自由快鍛油壓機(jī)是重型機(jī)械電液伺服控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用之一,自由快鍛油壓機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、造船、核電、汽車等領(lǐng)域,是衡量一個(gè)國家機(jī)械制造水平和能力的標(biāo)志之一,在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。以孔祥東教授為帶頭人的科研團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域成績斐然。
孔祥東項(xiàng)目組研制的自由快鍛油壓機(jī)成功實(shí)現(xiàn)了自由快鍛油壓機(jī)快速性和穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)控制,解決了液壓系統(tǒng)沖擊振動(dòng)問題,實(shí)現(xiàn)了柔性控制、節(jié)能控制,快鍛頻率和鍛造精度達(dá)到了國際水平。
由于與社會(huì)需求緊密結(jié)合,油壓機(jī)成果目前獲得了巨大的社會(huì)效益。應(yīng)用于廣東金型重工有限公司的22MN自由快鍛油壓機(jī),2008年調(diào)試成功,該產(chǎn)品在快速性、減小沖擊振動(dòng)、節(jié)能、控制精度等方面實(shí)現(xiàn)了一系列科技創(chuàng)新。22MN自由快鍛油壓機(jī)填補(bǔ)了華南地區(qū)大、中型自由鍛件生產(chǎn)的空白。各類大中型自由鍛件年生產(chǎn)能力達(dá)2.5萬噸,年產(chǎn)值近2億元,累計(jì)產(chǎn)值近5億元,新增利潤0.8億元、稅收2000萬。
應(yīng)用于無錫鍛造廠的50MN自由鍛造水壓機(jī),于2005年8月啟動(dòng),2007年底投入生產(chǎn),目前生產(chǎn)狀況良好。無錫鍛造廠各類大中型自由鍛件年生產(chǎn)能力達(dá)1.4萬噸,年產(chǎn)值1億元,累計(jì)產(chǎn)值近3億元,新增利潤0.4億元、稅收1200萬元。
應(yīng)用于天津新港船廠的10MN單臂油壓機(jī),2008年投入生產(chǎn),目前生產(chǎn)狀況良好。年產(chǎn)值0.3億元,累計(jì)產(chǎn)值近1億元,新增利潤0.1億元、稅收400萬元。
上述項(xiàng)目的完成不僅為企業(yè)帶來了極為可觀的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)為快鍛油壓機(jī)、大型水壓機(jī)、單臂油壓機(jī)的工程研發(fā)奠定了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。
攻占高精度板厚控制技術(shù)領(lǐng)域制高點(diǎn)板帶產(chǎn)品在鋼鐵生產(chǎn)中的比重稱作板帶比,是一個(gè)國家鋼鐵生產(chǎn)水平的重要標(biāo)志。我國的板帶比約為50%,和鋼鐵強(qiáng)國相比尚有不小差距;而板帶厚差是板帶生產(chǎn)的主要質(zhì)量指標(biāo),對(duì)后續(xù)加工質(zhì)量和模具消耗影響很大,高精度板厚控制是邁向鋼鐵強(qiáng)國必須突破的關(guān)鍵技術(shù),冷軋液壓AGC則是該領(lǐng)域技術(shù)的制高點(diǎn)。王益群教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的理論探索和實(shí)驗(yàn)研究,在當(dāng)代板帶軋機(jī)的板厚和板形控制兩大關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。1992年,把板厚控制研究成果(液壓AGC)用于哈爾濱鍍銅帶鋼廠400HC軋機(jī)改造,使我國第一次用國產(chǎn)技術(shù)、國產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)精密帶鋼。他們?cè)贗GC650HCW精密冷帶軋機(jī)成套設(shè)備研制及關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目中,在國內(nèi)外首次成功地實(shí)現(xiàn)了內(nèi)輥縫控制(IGC)和工作輥軸向移動(dòng)(HCW)的結(jié)合,創(chuàng)造出中寬帶最佳冷軋機(jī)機(jī)型、自主開發(fā)出精密冷軋?jiān)O(shè)備。應(yīng)用該套設(shè)備建成的西南精密帶鋼廠發(fā)展成當(dāng)時(shí)攀(枝花)西(昌)地區(qū)十大重點(diǎn)企業(yè)之一,部級(jí)鑒定該成果“具有獨(dú)創(chuàng)性,其控制精度和運(yùn)行質(zhì)量達(dá)到國外同類技術(shù)先進(jìn)水平”,此成果獲1999年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
2003年以來,王益群教授團(tuán)隊(duì)專心致力于冷帶軋機(jī)核心控制技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)。2006年先后為河南鴿瑞復(fù)合材料公司研制了四條650精密冷帶軋機(jī)液壓AGC系統(tǒng),負(fù)責(zé)四條生產(chǎn)線產(chǎn)能與產(chǎn)品質(zhì)量合同考核指標(biāo)的完成。省部級(jí)鑒定:該系統(tǒng)厚度控制精度和穩(wěn)定運(yùn)行質(zhì)量達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這項(xiàng)技術(shù)使該企業(yè)在抗拒金融風(fēng)暴中得以快速擴(kuò)張。
冷帶軋機(jī)液壓AGC技術(shù)的制高點(diǎn)是在高速寬帶冷連軋機(jī)系統(tǒng)上。2004年在對(duì)張家港攀華集團(tuán)1450五連軋機(jī)的電氣液壓全面升級(jí)改造中,王益群教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān)其核心技術(shù)—液壓AGC研發(fā)的任務(wù),負(fù)責(zé)整條生產(chǎn)線軋制精度和速度、頭尾超差段長度及綜合產(chǎn)能合同考核指標(biāo)的完成。2006年初通過生產(chǎn)驗(yàn)收后的省級(jí)鑒定為:該項(xiàng)目結(jié)束了我國沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速寬帶冷連軋過程自動(dòng)化核心技術(shù)的歷史,綜合技術(shù)和運(yùn)行質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平。投產(chǎn)后,累計(jì)生產(chǎn)冷帶100多萬噸,并且60%以上產(chǎn)品出口到20多個(gè)國家(包括歐、美)。2009年該公司逆勢擴(kuò)張,自主投資在重慶再建一個(gè)新攀華五機(jī)架全連續(xù)(無頭軋制)冷軋生產(chǎn)基地,該生產(chǎn)線的高精度液壓AGC仍由王益群教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān),目前已投入試生產(chǎn)。
近些年來,王益群教授團(tuán)隊(duì)在單機(jī)架冷軋、冷連軋和花錢買不來的高精度虛擬連軋機(jī)系統(tǒng),即“冷帶軋機(jī)高精度液壓AGC關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目上的成功,標(biāo)志著我國在軋機(jī)厚控技術(shù)方面上了一個(gè)新臺(tái)階,因此獲得2009年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。在科技開發(fā)與轉(zhuǎn)化中,該團(tuán)隊(duì)和攀華集團(tuán)、河南鴿瑞、寶鋼、唐鋼、承鋼、邯鄲卓立等眾多企業(yè)合作,解決了大量工程難題。
大幅提高工程操作智能化和主動(dòng)安全保障性能工程實(shí)施過程中,安全總是第一位的。實(shí)驗(yàn)室利用工程機(jī)械電液控制及主動(dòng)安全保障技術(shù)的研究應(yīng)用在智能控制的安全防護(hù)領(lǐng)域,在提高安全生產(chǎn)的人身保障系統(tǒng)的開發(fā)方面也取得了顯著的成績。
2004年,趙靜一教授帶領(lǐng)的課題組結(jié)合國家重大項(xiàng)目,與企業(yè)合作開發(fā)了國內(nèi)首臺(tái)900t運(yùn)梁車,該車主要用來運(yùn)輸大噸位混凝土預(yù)制箱梁。同時(shí),運(yùn)梁車也可以托運(yùn)架橋機(jī),實(shí)現(xiàn)施工工地間的短途運(yùn)輸,還可以托運(yùn)架橋機(jī)穿越雙線隧道。此車是國內(nèi)最早的鐵路客運(yùn)專線橋梁鋪架設(shè)備,各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到同類產(chǎn)品的國際水準(zhǔn),每臺(tái)車造價(jià)要比國外同類產(chǎn)品少四分之一。
2010年,趙靜一課題組再次與企業(yè)合作,研制開發(fā)了全國第一臺(tái)WC80Y型分體式巷道運(yùn)輸車。該車采用液壓驅(qū)動(dòng)、液壓懸掛、液壓轉(zhuǎn)向技術(shù),所有操作均采用電液比例控制,從而使整車靈活、平穩(wěn)、無滑移行駛,且可在窄小、高度有限場地執(zhí)行工作任務(wù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),WC80Y型分體運(yùn)輸車每年可以為中國神華集團(tuán)神東煤礦節(jié)省資金1億元以上。
以解決基礎(chǔ)問題為己任創(chuàng)新基礎(chǔ)研究“百層之臺(tái),起于壘土。”目前,我國流體動(dòng)力傳輸及控制的基礎(chǔ)問題研究與國外尚有很大差距,團(tuán)隊(duì)高殿榮教授及其課題組成員針對(duì)這一現(xiàn)狀開展研究工作,并致力于解決工程實(shí)踐中遇到的一系列基礎(chǔ)科學(xué)問題。
目前,運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)對(duì)各種復(fù)雜流場進(jìn)行計(jì)算和分析是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題,高殿榮團(tuán)隊(duì)成員從上世紀(jì)90年代中期就開始從事液壓技術(shù)中復(fù)雜流道流場的數(shù)值計(jì)算問題的研究。通過對(duì)液壓元件流場可視化及能量損失機(jī)理研究以及流體控制元件內(nèi)流場的自適應(yīng)有限元分析,為液壓閥內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);通過對(duì)層流攪拌槽內(nèi)三維混沌混合機(jī)理及其應(yīng)用研究,提出了提高高粘度流體混合效率的方法和措施;針對(duì)現(xiàn)有的人工血泵存在的溶血和血栓問題,提出了體外驅(qū)動(dòng)全磁浮錐形螺旋葉輪血泵的構(gòu)思,項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金的資助并結(jié)題;針對(duì)傳統(tǒng)的液壓泵和電機(jī)采用聯(lián)軸器的方式相連接存在的占用空間大、同心度要求高、有額外的能量耗損等問題,提出了液壓泵和電動(dòng)機(jī)高度融合的“數(shù)字控制交流伺服變速變量液壓電機(jī)泵”的設(shè)想,項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金的資助,原理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明了該設(shè)想的新穎性和正確性,為工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該研究方向已發(fā)表相關(guān)研究論文50多篇,有16篇被SCI和EI、ISTP收錄;獲批國家發(fā)明和實(shí)用新型專利6項(xiàng)。
如今,燕山大學(xué)重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)正以傳統(tǒng)的重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制技術(shù)為特色,致力于解決經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中的重大、關(guān)鍵、迫切的科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)問題。團(tuán)隊(duì)通過在流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)理論及技術(shù)的研究,力爭為我國在流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域整體達(dá)到世界先進(jìn)水平提供前瞻性的理論基礎(chǔ)和技術(shù)儲(chǔ)備,為我國國民經(jīng)濟(jì)做出更大的貢獻(xiàn)!