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中国航空航天需发展先进制造技术

关键词 航空航天 , 先进制造|2014-09-01 10:12:08|来源 先进制造业
摘要 高玉魁教授,2008年获中国航空研究院博士学位,现任同济大学教授、博士生导师。主要研究方向为材料力学行为(侧重研究固体材料的疲劳断裂)、表面强化工艺(喷丸强化、激光冲击强化、滚压、...
       高玉魁教授,2008年获中国航空研究院博士学位,现任同济大学教授、博士生导师。主要研究方向为材料力学行为(侧重研究固体材料的疲劳断裂)、表面强化工艺(喷丸强化、激光冲击强化、滚压、挤压、复合强化等)、结构完整性评价(裂纹萌生与扩展寿命及耐久性)、表面完整性分析(显微组织、残余应力、表面形貌、表层梯度性能设计)、航空航天飞行器关键件的寿命预测与延寿技术等。
       高玉魁教授曾在北京航空材料研究院从事航空航天零部件的表面强化与表面完整性研究十余年,并于2010年4月~2011年2月期间在丹麦科技创新部DANIDA项目全额资助下到丹麦科技大学(DTU)RisΦ校区风能实验室进行访问学习和从事纳米材料梯度特性研究。2012年调入同济大学到航空航天与力学学院工作。2009年和2012年曾2次被中国工程院聘为国家咨询项目和国家重大咨询项目专家。
       现主持的主要科研项目有:国家自然科学基金面上项目“激光冲击作用下金属材料残余应力场的响应规律和强化效应”、国家冷轧板带制备及工艺工程技术研究中心开放课题“TWIP钢轧制过程组织及残余应力演化规律研究”和中央高校基本业务费专项资金资助项目“航空高强度结构材料的表面强化理论和实验验证”和“高强度钛合金和铝锂合金的表面强化与残余应力研究”、“航空钛合金材料喷丸及孔挤压强化处理”、“航空高强钢强化处理及强化层残余应力研究”等。

       先进制造业:高教授您从事航空航天领域这些年,取得了巨大成就。您能介绍一下这些成果,以及它们对航空航天事业的意义和价值吗?
       高玉魁:谢谢您这么说,航空航天领域很大而且所涉及到的专业面也很广,说我取得了巨大成就真的不敢当了,这些年来我只想在自己的专业领域踏踏实实做些事情。具体来说,我的工作就是对航空航天关键零部件和重要核心件进行定寿和延寿。正如人有一定的寿命一样,零部件在服役条件下也有寿命,因此零部件的服役寿命的确定以及对关键零部件和核心重要件开展延寿工作具有重要的研究意义和应用价值。
       我多年来的研究重点一直放在表面强化工艺技术上,具体来讲就是针对零部件易发生失效的部位----表面进行强化处理,以改善表面完整性,从而提高零部件的服役寿命,确保航空航天零部件的安全性、可靠性、耐久性和经济性(可简称四性)。有些术语也许太专业了,简单来讲就像是给人看病和治疗一样,我是航空航天零部件的医生,专门研究预防零部件失效和延寿的。
       众所周知,确保飞行器关键件的四性是国内外飞行器设计、制造和使用等过程中始终围绕的主体,因此有关定寿理论和延寿技术的研究意义重大,具有重要的工程应用价值。

       先进制造业:高教授你从事航空航天领域多年了,可以介绍下中国这些年航空航天领域的发展情况以及它未来的发展前景吗?
       高玉魁:这个问题问得我有些不好回答的,虽然自己从事航空航天领域的研究已有十余年,但我仅仅知道有关自己研究方向的某些发展情况。对于不是自己研究方向的其他领域,我是不敢妄言和瞎谈的,以免误人子弟和误导别人。下面仅从我自己的研究领域来谈一下个人的一些体会,不妥之处还请大家予以批评指正。
       中国航空航天领域的研究首先立足国防然后惠及民生,因此在不同的时期或阶段,国内存在了各种型号的飞机、火箭、卫星和其他空天飞行器,并逐步形成了自己的。从增强国防实力的角度来讲,当然希望我们的航空航天飞行器作战力强、飞行效率高、多功能化和经济实用,但核心问题就是如何确保执行飞行任务的安全可靠以及成本的经济和性能的稳定及功能的多样化。从民用飞行器的发展形势来看,大型商用飞机、低空飞行器、水上飞机、水陆两用飞机、地效机都是未来不错的发展方向,但关键问题仍然涉及到四性的基础研究及其相关的数据库。未来航空航天的发展前景很广阔,但核心的问题还是围绕重点领域突破技术瓶颈,只有自主创新才能实现超越,从而真正实现我国的航空航天强国梦。

       先进制造业:高教授您觉得中国在航空航天领域如果发展更好,还需要做哪些方面的努力?
       高玉魁:其实在回答您上面的问题时,我已经稍微谈了一些这个方面的问题。中国的航空航天能够发展到今天这种样子,坦率地说,已着实不易。新中国成立之初,中国的航空航天真的是一穷二白。在国家的大力重视下,钱学森等老一辈科学家呕心沥血,奠定了中国航天事业发展的基石,也涌现出一批优秀的科技人才和取得了突出成果,典型的如两弹一星。中国的航空事业也是经过了艰难的探索,才逐步走出了仿制,自主研制出各种型号和性能的飞行器,并从购买国外飞机到出口自己生产的飞机。近段时间大家通过央视看见了各种型号的飞机井喷一样出现,其实这也是前期大量积累和众多探索研究的结果和成果。
       虽然我们的航空航天事业建国以来到今天取得了巨大的成绩和进步,但还应该清楚地认识到我们的基础研究还是很不够的,主要问题是我们的制造技术还是落后的传统制造,对先进的制造技术研究不够,而且我们的飞行器关键零部件的实验数据还不是很充分,整个飞行器从制造生产到服役及维护过程中关键数据的研究也不充分,大数据库的建立也已经提到了日程。
       由于贵刊是《先进制造业》,我就针对制造技术谈一下自己的粗浅看法和浅显认识。中国虽然已是世界制造大国也是世界建造大国,也早已成为世界的加工工厂,但中国还不是制造强国,究其原因就是我们缺少自己的制造技术体系和创新能力。我们的制造起步于仿制,而且制造出来的产品性能不稳定,这反映了我们缺少足够的基础研究。此外,我们仿制的结果就是比葫芦画瓢,本身就比别人差很多,导致出现了“引进---仿制---落后---再引进”的恶性循环。从整体的制造水平而言,我国航空航天产品的制造还是处于成形制造,主要目的还是为了完成形状尺寸要求所需的加工工序,而不是为了确保某些性能去特意采用特种的工艺来进行加工,因此导致我们的产品还处于低中级水平,距离高端产品还差不少,也体现在产品的性能不稳定可靠性差等方面。因此先进的制造技术就是确保产品性能的制造技术,制造强国要有自己的制造技术体系和检测系统,才能达到别人可以制造的我也能制造别人制造不了的我还可以制造,这才是真正的制造强国和大国,也是我们的制造中国梦,否则我们一味仿制缺少创新很难达到别人的水平更谈不上超越别人,何来制造强国?这其实也是制造业将来调整的方向和进行结构转型的关键,只有先进的制造技术才能加工出先进的产品。“一代制造,一代制备”,这不仅体现在航空航天领域,其实在别的行业也是如此。为了推动先进制造技术和工艺,我一直在从事改性制造技术研究,也非常有幸参加了中国工程院牵头的有关核心制造技术的国家咨询项目和国家重大咨询项目,为目前突破我国制造所存在的瓶颈问题提出了一些建议。本月初,也很高兴自己的第一本涉及加工制造的专著《表面完整性理论与应用》在国家出版基金的资助下由化工出版社印刷,我特别希望这些工作对推动先进制造和提升我们制造水平有所帮助。
       关于您问题中提到的需要努力的方向,其实很多,但关键问题还是人才和体制。人才的培养和专业的培育对任何行业来讲都是头等大事,尤其是我们目前的高等教育体系多是趋于功利化的,对学生而言说白了就是读了什么专业好找工作,而不是从学生自身的素质培养和激发学生事业心的角度来设置,我认为这种教育有时不仅是误人子弟甚至是毁人不倦。中国的航空航天事业需要有激情的开拓性创新研究和工程类人才,而我们现在的培育体制是两个极端,要么就是让学生成为空谈的理论家,要么就是成为没有理论指导的实践者。我希望航空航天类高校的老师能够有航空航天企业或航空航天科研院所的经历,否则很难给学生讲明白各个飞行器零部件的设计特点、选材特性、制造技术和使用维护等系统知识,这样使学生不仅很难有总体认识更谈不上某些具体的细节问题了。这不是仅仅因为我在航空航天研究所工作过后的认识和体会,而是调入高校后从学生目前的现实情况进行的思考。很多学生毕业了还不知道起落架采用什么材料和如何加工,发动机核心件的关键制造技术是什么,这都反应了我们对人才的培养是不系统和有待完善的。
       我们不能忽略对人才培养重要性的认识,更不能忽视了对基础研究的重视。我们总希望从国外搞到或买来先进的技术,但这是不可能的。因为先进的技术或工艺是买不来了,即使别人买给你设备,也是落后的工艺技术所使用的设备。我们的科研不能只看论文,更应侧重加强在理论指导下的工程应用项目,这对推动航空航天领域的发展是至关重要的。

       先进制造业:高教授您在与国外航空航天领域的交流中,觉得中国与西方国家可以进行哪些方面的学习和互补?
       高玉魁:中国的优势是集中力量可以办大事,有能力组织多部门协调攻关难题,缺点是体制中的领导不一定是技术专业方面的精英,对科学问题的认识和技术难点的瓶颈不一定能够把握得很准确或认识很到位。
       西方国家侧重基础研究和工程应用相结合而不是脱节,而且企业可以到高校来做讲座教授,学校教师也要到企业去做一段研究,我觉得这样的研究不仅有意思而且也比较科学。如国内刚刚开始重视零部件的使用性能控制技术,但国外早在上个世纪七十年代花费了几十年时间并集中了高校、研究所和企业优秀人才联合起来搞控性技术研究,建立了零部件的控性制造技术体系和数据库。
       因此我们需借鉴西方的创新思维和科学研究体制,同时加强多学科跨行业的协作,在自主研发的基础上结合集成优势,我们的科技实力和水平可以明显提高,我国的航空航天发展也会进步更大。

       先进制造业:高教授您在培育中国航空航天领域年轻一代的问题上,有什么意见和建议吗?
       高玉魁:我自己已经不知不觉步入了不惑之年,但对未来发展和未知世界还是像个孩子一样充满了好奇,也许正是这种好奇心让我兴趣盎然去做事和驱使我不断发现新问题,并企图去从理论机理上来解释和从工艺技术上来解决这些问题。
       我现在作为高校老师,在培养航空航天领域年轻一代时仍然觉得兴趣才是最好的老师,没有研究激情和不甘愿奉献的人是无法从事航空航天事业的,没有团队合作意识和没有创新思维的人也是很难在航空航天领域取得很大进展的,因此我对航空航天年轻一代的期盼是年轻人可以充满激情地探索,像饥饿的馋猫一样地吸取各种知识和经验,在团队中不断完善自己和拓展实力并不断超越自己。这只是我个人对年轻一代的期许,因为他们现在多是独生子女,团队意识不强,而且现在的年轻人都比较注重自我,但在航空航天领域个人的单打独斗是很难取得进展的,这也许与数学、力学或物理化学等领域的最大不同,很难想想没有合作,一个人怎么来完成庞大的航空航天飞行器系统设计、选材和制造呢,因此我希望年轻一代在竞争的同时更要加强合作,培养自己的团队意识和合作能力。
       以上所谈都是自己的粗浅认识和个人体会,很多地方由于自己的专业所限和水平问题,难免存在“井底之蛙”的拙见,哪怕我是“井底之蛙”,也期许自己的“蛙声”能够引入大家的思考和对先进制造技术的发展起到一些推动作用,更希望将来大家有共识后“听取蛙声一片”,那时也许我们的制造水平已经真正迈上了一个新的台阶。
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