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青年科技工作者闖出創(chuàng)新科技產(chǎn)業(yè)新天地

2021-04-08 11:12:55 來源：新華日報

時速600公里的磁懸浮列車、無人駕駛汽車……這些最具速度感、未來感的前沿科技，背后需要強大的制造業(yè)實力。在日新月異的中國，“中國制造”正以全新的姿態(tài)展示于世界舞臺，但在先進制造領(lǐng)域的一些關(guān)鍵領(lǐng)域還亟待追趕。

近日，《科技周刊》記者走訪了兩位優(yōu)秀的青年科技工作者，他們的工作與磁懸浮、無人駕駛息息相關(guān)，卻少為人知。對他們而言，再“炫”的科技也要向下扎根、做“實”產(chǎn)業(yè)，瞄準(zhǔn)“卡脖子”問題，青年科研人正在新一輪的全球創(chuàng)新競賽中跑出青春“加速度”，闖出生機勃勃的產(chǎn)業(yè)新天地。

關(guān)節(jié)“可控”，她讓高端裝備轉(zhuǎn)出高速度

跟飛機賽跑的磁懸浮列車，正不斷刷新世界時速。其實，伴隨著人類的速度和夢想，磁懸浮技術(shù)已有了百年歷史，除了列車以外的另一項高科技應(yīng)用——磁懸浮軸承，在國外歷經(jīng)40年產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，廣泛用于能源、流體機械、武器裝備等領(lǐng)城。

在機械裝備中，軸承體積雖小卻是重要零部件，被稱為機械產(chǎn)品的“關(guān)節(jié)”，決定著重大裝備和主機產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性。磁懸浮軸承是劃時代的革命產(chǎn)品。

“從自行車、汽車，到發(fā)電機、汽輪機，但凡是有轉(zhuǎn)動的機械部件都需要軸承。” 國際磁懸浮委員會會士、南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院教授周瑾專注磁懸浮智能機電裝備20年，她為記者科普道，傳統(tǒng)的軸承包括滾動軸承和滑動軸承，比如自行車車輪和軸之間的滾珠，就是一個簡易的軸承，降低了摩擦阻力，讓自行車動了起來。

傳統(tǒng)軸承，由于存在機械摩擦，能達到每分鐘上萬轉(zhuǎn)速已經(jīng)比較高速。周瑾告訴記者，磁懸浮軸承依靠的是磁力，將轉(zhuǎn)子“懸浮”在設(shè)定位置，無機械接觸、無摩擦、免潤滑，“理論上可達到每分鐘上百萬的轉(zhuǎn)速，效率大大提高，節(jié)能、環(huán)保，振動噪聲小。”

周瑾舉例，比如醫(yī)院CT設(shè)備里的電機，用的是幾萬塊一個的普通軸承，磨損頻繁，幾年就要“大卸八塊”地更換一次，如果用磁懸浮軸承免維護壽命可以超過20年。再比如制作芯片的光刻機，保證制造精度不超幾個納米，“如果是普通支承，周邊環(huán)境稍有振動，就會影響其工作精度，采用智能可控的磁懸浮技術(shù)既可提供支承又可主動隔振。”

高端磁懸浮軸承重要性可見一斑，但長期依賴進口。周瑾說，自己是機緣巧合進入團隊，扎根在這個領(lǐng)域，不僅是覺得工作很有挑戰(zhàn)，更重要的是與國計民生密切相關(guān)，“不僅是南航，國內(nèi)好幾所高校都在代代傳承做相關(guān)研究。”

周瑾告訴記者，時至今日，國內(nèi)磁懸浮軸承產(chǎn)業(yè)化也是剛起步，產(chǎn)品種類很少，周瑾說，在鼓風(fēng)機、制冷壓縮機等方面有一些產(chǎn)品，“這兩年一些家電行業(yè)紛紛探索應(yīng)用于空調(diào)的磁懸浮壓縮機，節(jié)能降耗在20%以上，振動和噪聲也明顯減小。”但是，目前在燃氣輪機、膨脹機、化工壓縮機方面的磁懸浮產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品還非常少，仍然受制于歐美國家的禁運制約。

專注于企業(yè)的卡脖子技術(shù)，是周瑾團隊的攻關(guān)方向。周瑾記得，她在團隊參與的一個成果轉(zhuǎn)化項目，也恰逢國家對企業(yè)能效提出新要求，與一家企業(yè)合作制造污水處理廠用的曝氣鼓風(fēng)機，“鼓風(fēng)機24小時運行，能耗很大，我們利用主動式磁懸浮軸承系統(tǒng)，對鼓風(fēng)機進行無接觸、無磨損的懸浮支承。”周瑾說，這個磁懸浮產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也是首次用自主知識產(chǎn)權(quán)打破了國際壟斷，第一次成功打開國內(nèi)市場。“確實很艱難，當(dāng)時企業(yè)也是下定決心，足足七八年才實現(xiàn)盈利，但一旦成功后，國外就開始降價了，很多廠家跟進后，降價就更厲害了。”

“見證了這個案例后，我更加堅定，市場和科研是相互促進的。”周瑾表示，一個高端產(chǎn)品，當(dāng)只有實驗室原理樣機時，是不會被工業(yè)界認(rèn)可的。市場規(guī)模越大，技術(shù)認(rèn)可度才越高，高校科研也就會發(fā)現(xiàn)應(yīng)用基礎(chǔ)研究的更多關(guān)鍵科學(xué)問題。

多年來，周瑾團隊發(fā)力高端裝備，攻關(guān)磁懸浮軸承、磁懸浮電機的多項產(chǎn)品， “軸承必須要與裝備集成匹配，滿足裝備不同性能、工況的需求，牽涉機械、控制、動力學(xué)、電機、電磁學(xué)等綜合知識。”

“我們在做不同類型產(chǎn)品時，發(fā)現(xiàn)工況變化后，設(shè)備會出現(xiàn)一系列問題是實驗室研究所沒有預(yù)料到的，這都是自主創(chuàng)新中必須蹚過的坑。”周瑾告訴記者，在與企業(yè)的一個項目合作中，她發(fā)現(xiàn)了一個比較新奇的現(xiàn)象，當(dāng)零部件之間的接觸界面狀態(tài)發(fā)生輕微改變，其振動就會發(fā)生有和無的變化，這實際上也是一個普遍存在的工程困擾，“相同零部件前后兩次裝配狀態(tài)存在差異，就好比航空發(fā)動機一次裝備成功率只有50%，這背后一定有基礎(chǔ)科學(xué)原理，不摸索這個基本規(guī)律，就無法形成可靠產(chǎn)品。”

如今，周瑾團隊的系列化產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于西氣東輸、污水處理、石油化工等多個工業(yè)領(lǐng)域，130多個國內(nèi)外龍頭企業(yè)，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益和社會效益。

“很多人說我一路還是很順的，其實自己才知道，失敗的次數(shù)遠比成功的次數(shù)多，很多申請書、指南都是石沉大海。”周瑾經(jīng)常用自己的經(jīng)歷勉勵學(xué)生，做科研和產(chǎn)業(yè)化，要注重過程，很多結(jié)果都不是自己所能掌控的，付出不見得有預(yù)期結(jié)果，但所經(jīng)歷的過程都不會白費，“作為科研者的幸福，不是得到多少，而體現(xiàn)在為社會貢獻的價值。”周瑾笑道，如果壓縮機、膨脹機等所有行業(yè)都能用上磁懸浮軸承，那可以節(jié)省好幾個三峽大壩的發(fā)電量呢！

“令人高興的是，近兩年來，我國很多企業(yè)都開始意識到卡脖子問題，在高端軸承方面，我們必須有自主的國內(nèi)供應(yīng)商。現(xiàn)在幾乎每周都有企業(yè)來跟我們溝通，有的企業(yè)需求還相當(dāng)迫切。”周瑾說，她明顯感覺到國內(nèi)企業(yè)自立自主意識的增強，“要推動這項技術(shù)的發(fā)展，市場還有巨大的工作等待我們科技工作者去奮斗。”

換道超車，他為商用車裝上智能“四肢”

無人駕駛市場是未來汽車發(fā)展趨勢，如今已成為國內(nèi)外群雄爭霸的新戰(zhàn)場。無人駕駛要落地，汽車的線控底盤是前提，也是無人駕駛的三大關(guān)鍵技術(shù)之一。

南京航空航天大學(xué)能源與動力學(xué)院副院長趙萬忠教授專注線控底盤研究多年，他告訴記者，進入無人駕駛時代，首先要實現(xiàn)汽車電氣化，給汽車裝上沒有機械連接的線控系統(tǒng)。“線控系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的機械或液壓驅(qū)動系統(tǒng)，它是將駕駛員的各項指令轉(zhuǎn)化成電氣信號來控制車輛狀態(tài)。”換句話說，線控系統(tǒng)就像是智能車的“小腦”和遍布全身的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，參與和調(diào)整車輛的整個運動控制過程。線控技術(shù)的成熟度，直接影響著自動駕駛的最終落地。

從博士生涯開始，趙萬忠就在轎車線控底盤研究領(lǐng)域默默積淀，這源于他從小的汽車夢。

1982年出生的他，讀書時經(jīng)常在顛簸石子路上騎幾十里自行車到學(xué)校，爆胎是隔三差五的“家常便飯”，但是當(dāng)時的民用汽車還完全依賴進口，讓民族汽車在全球跑起來，在他心中種下了種子。

到南航工作后，在堅持線控底盤研究方向的同時，他果斷將自己的研究重心從家用轎車轉(zhuǎn)向商用車，這也是他經(jīng)過市場調(diào)查后的果斷決定。

“我們發(fā)現(xiàn)，中國汽車工業(yè)的盤子很大，而商用車具有生產(chǎn)資料屬性，伴隨國家經(jīng)濟發(fā)展需求很大。”趙萬忠告訴記者，根據(jù)測算，到2025年，裝配智能化底盤部件的商用車占比將達30％，市場規(guī)模超過1200億元。尤為重要的是，商用車由于體積、噸位較大，目前國內(nèi)外都缺乏線控底盤技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，但最可能在第一階段實現(xiàn)無人駕駛的恰恰是商用車，“比如說礦用車和港口車輛，行駛路線相對固定，參與實際生產(chǎn)作業(yè)近在眼前。”趙萬忠表示，研究重心的轉(zhuǎn)向，是為了滿足商用車現(xiàn)有的線控改裝需求和未來全新的平臺架構(gòu)升級，為民族汽車填補空白，實現(xiàn)“換道超車”。

在趙萬忠看來，要實現(xiàn)“換道超車”，首先不能“閉門造車”，“否則不知道自己的研究意義到底有多大”。因此，從開始工作起，趙萬忠堅持去企業(yè)做博士后，如今他更與學(xué)生一起走出校園，探索成果轉(zhuǎn)化和科技創(chuàng)業(yè)的道路。他認(rèn)為，只有真正了解企業(yè)和市場的需求，將研究成果及時推廣應(yīng)用并反饋成效，才能讓科研成果更有含金量。

33歲時，趙萬忠就破格獲評了教授，他覺得這與企業(yè)的密切合作分不開，“確實有校企合作難的說法，如果單純是想將實驗室產(chǎn)品賣個好價錢，那可能磨合困難；但如果設(shè)身處地，給企業(yè)解決問題，合作起來又是比較簡單的。”趙萬忠說，設(shè)身處地為企業(yè)想辦法，不僅使產(chǎn)品立足國內(nèi)外市場前沿，而且能讓企業(yè)迅速挖掘產(chǎn)品價值并真正應(yīng)用起來。

比如團隊最新研發(fā)的成果——新型電液復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將傳統(tǒng)商用車的液壓助力系統(tǒng)改造為合成系統(tǒng)，“合成系統(tǒng)同時包含液壓系統(tǒng)和電動系統(tǒng)，可以在兩種模式中進行切換。在轉(zhuǎn)向助力需求較小時，車輛采用電動模式，可大幅降低轉(zhuǎn)向能耗，總體能耗降低50%左右；同時這套系統(tǒng)具有響應(yīng)快、精度高等優(yōu)點，可滿足未來無人駕駛的需求，填補現(xiàn)有商用車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的空白。”

如今，趙萬忠團隊開發(fā)的電動轉(zhuǎn)向、主動轉(zhuǎn)向、電液智能轉(zhuǎn)向等系列成果，已經(jīng)打破了國外技術(shù)壟斷，在一汽、宇通、金龍等主流主機廠得到推廣應(yīng)用，助推多家零部件企業(yè)成功上市，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。團隊申請和授權(quán)發(fā)明專利200余項，PCT國際專利19項，入選首批高價值專利組合，積極推動成果落地，產(chǎn)生直接和間接經(jīng)濟效益數(shù)十億元。

為了更快實現(xiàn)線控底盤的推廣應(yīng)用，2018年3月，趙萬忠與學(xué)生在南京“兩落地一融合”的政策東風(fēng)下，共建了天航智能裝備研究院，至今已整三年。

趙萬忠主動把超過50%的股權(quán)讓給了學(xué)生，讓負(fù)責(zé)“天航”日常工作的“大管家”博士生欒眾楷獲得了市政府高層次人才“百萬安家紅包”，解決了在南京持續(xù)工作的后顧之憂。“成果轉(zhuǎn)化的過程很長，從技術(shù)到產(chǎn)品，包括制造、工藝、財務(wù)、管理等各項工作。”趙萬忠說，產(chǎn)業(yè)化之路雖然很難，但團隊也成長很快，大家有信心，有雄心，正一步步實現(xiàn)民族汽車的強國夢。

“智能化”的線控底盤就像車輛強壯的“四肢”，讓車跑得更快更遠更精準(zhǔn)。“天航智能”團隊培育的“智能商用車線控底盤”項目，歷經(jīng)數(shù)百次設(shè)計方案的迭代，突破了商用車電液線控底盤技術(shù)瓶頸，成功研制出線控底盤核心控制器等產(chǎn)品，引領(lǐng)了中國自主品牌的汽車底盤智能化發(fā)展。產(chǎn)品得到了中國機械工業(yè)聯(lián)合會，以及著名車輛專家孫逢春院士等多位專家的高度評價，也在廈門金龍、宇通客車、奇瑞商用車等龍頭企業(yè)得到應(yīng)用，銷售額達到4000余萬元。（楊頻萍）

標(biāo)簽：科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)