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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“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、南京航空航天大學機電學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機，“鼓風機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，當只有實驗室原理樣機時，是不會被工業(yè)界認可的。市場規(guī)模越大，技術(shù)認可度才越高，高校科研也就會發(fā)現(xiàn)應用基礎(chǔ)研究的更多關(guān)鍵科學問題。

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、電機、電磁學等綜合知識。”

“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。

南京航空航天大學能源與動力學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校，爆胎是隔三差五的“家常便飯”，但是當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)品價值并真正應用起來。

比如團隊最新研發(fā)的成果——新型電液復合轉(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)線控底盤的推廣應用，2018年3月，趙萬忠與學生在南京“兩落地一融合”的政策東風下，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)讓給了學生，讓負責“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。“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)得到應用，銷售額達到4000余萬元。（楊頻萍）

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