注塑人生
2018-01-21 09:45:06
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注塑人生
——訪中國(guó)科學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)部院士李德群
□記者/陳思炎 通訊員/王瀟瀟 汪泉
人物名片：
- 李德群:1968年畢業(yè)于清華大學(xué)，1981年獲華中工學(xué)院（現(xiàn)華中科技大學(xué)）碩士學(xué)位。現(xiàn)任華中科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，材料學(xué)院學(xué)位審議委員會(huì)主任，材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任，中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)委員會(huì)副主任。長(zhǎng)期從事塑料注射成形模擬和模具CAD/CAE/CAM的教學(xué)和科研工作，承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目多項(xiàng)，系統(tǒng)地開(kāi)展了塑料注射過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的研究，取得了顯著的工程應(yīng)用效果。他在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展塑料注射成形模擬研究，創(chuàng)建成形模擬表面模型，并將成形建模研究從宏觀流場(chǎng)深化到介觀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了塑料產(chǎn)品性能的定量預(yù)測(cè)，拓展并深化研究領(lǐng)域，將成形工藝?yán)碚摮晒麘?yīng)用于注射機(jī)智能化。近年來(lái)，他致力于基于知識(shí)、面向宏微觀結(jié)合的塑料注射成形過(guò)程集成系統(tǒng)和智能型塑料注射機(jī)的研發(fā)。他為我國(guó)機(jī)械成形加工工程及自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。其成果多次獲省部級(jí)科技進(jìn)步和教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，曾獲2002年、2007年國(guó)家科學(xué)進(jìn)步二等獎(jiǎng)、2010年國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)；2010年被評(píng)為全國(guó)優(yōu)秀科技工作者；共發(fā)表論文300余篇、撰寫(xiě)專著8部、編寫(xiě)教材13本。2015年12月7日，當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)部院士。
- 在高端家電開(kāi)始爭(zhēng)奪市場(chǎng)的時(shí)代，空調(diào)、電冰箱的外觀也越來(lái)越受矚目，你知道那些高端空調(diào)仿金屬外觀、仿噴涂外觀的塑料外殼是如何制成的嗎？這些都是智能塑料注射機(jī)的功勞。2015年12月7日，70歲的李德群教授當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)部院士。三十余年來(lái)，李德群便一直致力于材料成形智能化、塑料注射機(jī)智能技術(shù)及應(yīng)用研究，引領(lǐng)我國(guó)“智能制造”行業(yè)的發(fā)展。
- “成功的關(guān)鍵在于，你是否敢于拼搏，敢于啃硬骨頭。”作為二十世紀(jì)四十年代出生的這一代知識(shí)分子，在李德群教授的心中，“占領(lǐng)學(xué)術(shù)的制高點(diǎn)”已經(jīng)成為他和他的學(xué)生們用以指導(dǎo)和選擇研究方向的立足點(diǎn)。
學(xué)術(shù)研究的起點(diǎn)從華工開(kāi)始
- 與不少?gòu)囊婚_(kāi)始就致力于某一領(lǐng)域的專家不同，李德群從33歲才開(kāi)始學(xué)術(shù)研究。1978年，離別武漢15年的李德群，拿著華中工學(xué)院研究生錄取通知書(shū)百感交集。“畢業(yè)直接分配寧夏到農(nóng)場(chǎng)當(dāng)農(nóng)工，我的心理有很大的落差，但去了卻發(fā)現(xiàn)農(nóng)民工人對(duì)我都非常友善。”在寧夏靈武農(nóng)場(chǎng)當(dāng)農(nóng)工時(shí)，李德群也用自己的知識(shí)回報(bào)當(dāng)?shù)厝说挠焉?。發(fā)現(xiàn)寧夏的農(nóng)工們勞動(dòng)強(qiáng)度太大，完全超出他們的身體的極限，李德群為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化做了很多工作，改善了農(nóng)工的處境，減輕他們的勞動(dòng)強(qiáng)度。
- 回到湖北后李德群如魚(yú)得水，在潛江的5年里，李德群又當(dāng)了5年工人。，他把一個(gè)很落后的農(nóng)機(jī)廠改造成一個(gè)比較先進(jìn)的環(huán)保設(shè)備廠。“有了那個(gè)十年，經(jīng)過(guò)人生的跌宕起伏，讓我學(xué)會(huì)了處境在艱苦也能努力克服，其實(shí)通過(guò)艱苦環(huán)境可以學(xué)到很多東西”，李德群表示，十年里他在精神、體力、智力、技術(shù)等多方面水平都有了提高，讓他對(duì)生活更加珍惜。
- “進(jìn)入華工后，我才有可能真正開(kāi)始學(xué)術(shù)研究。”李德群說(shuō)，回歸校園，重新拿起課本，他開(kāi)啟人生新的征程。當(dāng)時(shí)他的導(dǎo)師肖景容教授結(jié)合學(xué)科前沿和實(shí)際需要，為李德群確定了塑料注射成形模擬的研究方向。
- “科學(xué)研究一開(kāi)始找準(zhǔn)方向十分重要”，李德群認(rèn)為，正是導(dǎo)師的高瞻遠(yuǎn)矚和循循善誘，讓自己走上了研究的快車道。他從此步入了塑料注射成形模擬和模具CAD/CAE/CAM的科研之路。
- 1986年，李德群應(yīng)邀前往美國(guó)康奈爾大學(xué)擔(dān)任訪問(wèn)學(xué)者。一年多的美國(guó)生活學(xué)習(xí)，大大拓寬了他的視野，提高了他的研究能力，讓他認(rèn)準(zhǔn)了塑料注射成形模擬技術(shù)的發(fā)展方向。在塑料注射過(guò)程中，熔體薄壁成形時(shí)流動(dòng)方向和壁厚方向速度、溫度等差異顯著，難以構(gòu)造可供工程應(yīng)用的表征模型。
- 在二十世紀(jì)八、九十年代國(guó)際上一直采用中面模型，通過(guò)人為構(gòu)造產(chǎn)品中心面來(lái)簡(jiǎn)化流動(dòng)分析，該模型的缺點(diǎn)十分明顯，難于在工程中廣泛應(yīng)用。帶著改變這種狀況的決心，從美國(guó)歸來(lái)的李德群帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了三十年如一日的科學(xué)攻關(guān)。
從中面模型到表面模型
- 在塑料注射成形模擬技術(shù)的研究中，不論是學(xué)術(shù)論文還是應(yīng)用實(shí)踐，李德群一直走在行業(yè)的前列。針對(duì)中面模型的缺陷，李德群經(jīng)過(guò)深入的思考和調(diào)研，提出了表面模型的概念。他認(rèn)為，可以不必構(gòu)造中心面，直接采用產(chǎn)品表面表征熔體流動(dòng)，這樣能夠顯著提高分析精度，突破中面模型的應(yīng)用局限。
- 在提出概念后，李德群和他的博士研究生通力合作，開(kāi)發(fā)出基于表面模型的模擬軟件，并首先在國(guó)際上發(fā)表相關(guān)論文。國(guó)際專業(yè)雜志Modern Plastics隨后用整版篇幅專題報(bào)道了該研究成果。
- 李德群的這一成果很快成為國(guó)際研究熱點(diǎn)。來(lái)自美、英、德、日等50多個(gè)國(guó)際研究團(tuán)體引用了其表面模型的論文，其中包括一批國(guó)際知名學(xué)者。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院Cardozo教授在綜述論文中評(píng)價(jià)：“表面模型的概念是創(chuàng)新和激動(dòng)人心的，是注射成形模擬歷史上一個(gè)重要里程碑。”表面模型等成果獲2002年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
- 李德群注重學(xué)科交叉和科研合作，他與化學(xué)系研究復(fù)合塑料結(jié)構(gòu)的解孝林教授建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系，2004年，李德群與解孝林共同承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目第四子項(xiàng)“聯(lián)系介觀到宏觀尺度的高分子共混物流變學(xué)本構(gòu)模型”，結(jié)題時(shí)被國(guó)家基金委評(píng)為優(yōu)秀。
- 李德群將成形建模研究從宏觀流場(chǎng)深化到微觀結(jié)構(gòu)，建立了塑料成形中流動(dòng)誘導(dǎo)結(jié)晶、分散相形態(tài)演變、纖維取向等的分析模型，實(shí)現(xiàn)了塑料注射成形的宏微觀模擬和產(chǎn)品性能的定量預(yù)測(cè)，成果獲2010年國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。
從模型研究到軟件開(kāi)發(fā)
- 在二十世紀(jì)八十年代李德群回國(guó)之初，我國(guó)自主家電行業(yè)剛剛起步，面臨著十分尷尬的境地：由于塑料件制造技術(shù)不過(guò)關(guān)，大量的成形模具需要依靠進(jìn)口。李德群及其團(tuán)隊(duì)意識(shí)到這是一個(gè)亟待解決的行業(yè)難題。
- 成形模擬是實(shí)現(xiàn)塑料成形工藝優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，它能夠使模具的設(shè)計(jì)周期和成本大幅下降，使材料和設(shè)備利用率大幅上升，但長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)缺乏的正是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模擬軟件。李德群和他的團(tuán)隊(duì)在九十年代初率先開(kāi)發(fā)出國(guó)產(chǎn)塑料注射成形模擬軟件并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用。
- 塑料注射成形集成模擬軟件——華塑CAE，成為了李德群的又一成果。該軟件覆蓋了充填、保壓、冷卻、應(yīng)力、變形模擬的全過(guò)程，并且經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和工程測(cè)試，預(yù)測(cè)精度達(dá)到工程應(yīng)用的允許范圍。
- 李德群團(tuán)隊(duì)與青島海爾公司共建模擬中心，分析生產(chǎn)案例超過(guò)上萬(wàn)件，持續(xù)支撐了海爾家電產(chǎn)品的自主創(chuàng)新，引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)先進(jìn)注射成形的發(fā)展方向。
- 在李德群和他主持的數(shù)字化成形團(tuán)隊(duì)的努力下，塑料注射成形模擬和金屬鑄造模擬、板料成形模擬軟件一道，成為我國(guó)材料成形模擬領(lǐng)域的知名品牌，目前已在600多家單位應(yīng)用，覆蓋家電、汽車、航空、航天等領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。2007年，材料成形過(guò)程模擬技術(shù)及其應(yīng)用成果獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
從成形工藝到智能裝備
- 2005年，李德群將目光投到成形裝備智能制造方向上。我國(guó)塑料注射機(jī)保有量達(dá)100萬(wàn)臺(tái)，傳統(tǒng)技術(shù)普遍陳舊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量按需供給與精確控制，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性難以保障。李德群認(rèn)為，對(duì)于如此量大面廣的行業(yè)，一旦做出技術(shù)創(chuàng)新，其產(chǎn)生的價(jià)值將不可限量。
- 李德群在成形模擬的基礎(chǔ)上將工藝參數(shù)自動(dòng)設(shè)置、自適應(yīng)注射等智能技術(shù)應(yīng)用到注射機(jī)上，提出了在線反演的注射速度平滑優(yōu)化、工藝曲線的二級(jí)閉環(huán)控制等方法，成功開(kāi)發(fā)出智能型注射機(jī)。
- 經(jīng)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)試，所開(kāi)發(fā)的智能型注射機(jī)能耗低于我國(guó)及歐洲最高能耗標(biāo)準(zhǔn)，響應(yīng)時(shí)間、位置精度等關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，顯著提高了注塑產(chǎn)品的重復(fù)精度、良品比例和生產(chǎn)自動(dòng)化程度。目前，智能型注射機(jī)不僅在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用，還遠(yuǎn)銷海外。2012年，塑料注射機(jī)智能技術(shù)及應(yīng)用成果獲教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。
- 熟悉李德群的同事們說(shuō)，當(dāng)初很少有人看好智能成形裝備的研究，都覺(jué)得耗神費(fèi)力不討好。但李德群和他的團(tuán)隊(duì)明知山有虎，偏向虎山行，經(jīng)過(guò)十年的悉心研究，終于把智能控制系統(tǒng)和智能型注射機(jī)研制成功，不得不令人佩服。而當(dāng)前，工業(yè)技術(shù)4.0、智能制造都是全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話題，李德群又一次走在了學(xué)科的前沿。
- 從表面模型的提出，到模擬軟件的開(kāi)發(fā)，再到智能裝備的制造，李德群在科學(xué)研究的道路上經(jīng)歷了從理論到實(shí)踐、從工藝到裝備的全過(guò)程，為我國(guó)塑料成形加工學(xué)科的發(fā)展作出了突出的貢獻(xiàn)。2010年，李德群被中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)評(píng)選為全國(guó)優(yōu)秀科技工作者。
從科研工作到教學(xué)實(shí)踐
- 除了科研工作，李德群也始終把教書(shū)育人當(dāng)作自己的本分與天職。材料學(xué)院副院長(zhǎng)周華民教授曾是李德群指導(dǎo)的博士生。他回想起走上科研之路的開(kāi)端，總是忘不了最初李德群給予他的重任和厚望。
- 就像當(dāng)初肖景容教授將塑料成形模擬的前沿課題布置給李德群那樣，李德群建議周華民立足學(xué)科研究最前沿，去解決困擾國(guó)內(nèi)外塑料注射成形模擬軟件發(fā)展和推廣的瓶頸。
- 對(duì)所布置的博士論文選題，周華民覺(jué)得有些為難，“這是當(dāng)時(shí)本領(lǐng)域全世界都在關(guān)注的課題，屬于高精尖之列。”李德群及時(shí)給予了指導(dǎo)和幫助，“在那段時(shí)間，李老師親自和我一起分析問(wèn)題，找出問(wèn)題關(guān)鍵，在研究中可謂無(wú)微不至。”周華民回憶說(shuō)。
- 在李德群的指導(dǎo)下，周華民終于攻克難關(guān)，取得了優(yōu)秀的研究成果，現(xiàn)在他已是國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者和教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授。“直到今天，我的研究依然受益于當(dāng)初確定的方向。”周華民不禁感嘆，李德群老師看問(wèn)題具有的獨(dú)到之處。
- “用好方向，難問(wèn)題去占領(lǐng)研究制高點(diǎn)”，是李德群為團(tuán)隊(duì)、學(xué)生制定的研究基調(diào)。在他的另一名博士生張?jiān)聘苯淌诳磥?lái)，李德群將勤奮刻苦看作是科研的基礎(chǔ)。“李老師曾跟我們講，建設(shè)一個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，選擇學(xué)生最重要。”如何選擇學(xué)生呢？張?jiān)普f(shuō)，“李老師首先要看的就是學(xué)生有沒(méi)有勤奮學(xué)習(xí)的強(qiáng)烈意愿。如果一個(gè)學(xué)生做事兢兢業(yè)業(yè)，上進(jìn)心強(qiáng)，李老師就讓我們著重關(guān)注和幫助他。”
- 李德群在張?jiān)蒲劾镎浅种院愕牡浞叮?ldquo;李老師以身作則，用實(shí)際行動(dòng)為團(tuán)隊(duì)注入了勤奮刻苦的基因”。
- 湖北省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)、機(jī)械工業(yè)部?jī)?yōu)秀教材一等獎(jiǎng)、國(guó)家精品課程、國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、8本專著和13本教材等等，都是李德群作為一名優(yōu)秀教師最好的注腳。當(dāng)被年輕后輩問(wèn)到怎么能在科研、教學(xué)和生活中取得成績(jī)的時(shí)候，李德群總是說(shuō)，持之以恒的努力和淡泊寧?kù)o的心態(tài)。
