◇“看得遠(yuǎn)”“聽(tīng)得清”的同時(shí)還要求高精度、快響應(yīng)、低成本、小體積，讓國(guó)之重器變得“耳聰目明”是我們的使命所在

 

　　◇我國(guó)工業(yè)制造正經(jīng)歷著轉(zhuǎn)型升級(jí)、迭代發(fā)展、突破瓶頸的關(guān)鍵時(shí)期，面向“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要的需求，科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需一大批工程科技拔尖人才，支撐科技自立自強(qiáng)

 

　　雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、天線、射電望遠(yuǎn)鏡……這些高精度、高性能復(fù)雜電子裝備的設(shè)計(jì)與制造水平，是國(guó)家整體科技水平與實(shí)力的重要體現(xiàn)。

 

　　中國(guó)工程院院士、西安電子科技大學(xué)教授段寶巖，長(zhǎng)期從事電子機(jī)械工程學(xué)科的教學(xué)與科研工作，致力于高精度電子裝備機(jī)電耦合技術(shù)這一交叉學(xué)科研究，開(kāi)辟了我國(guó)電子裝備機(jī)電耦合研究的新領(lǐng)域，其成果已成功應(yīng)用于探月工程、神舟飛船、深空探測(cè)等國(guó)家重大工程中，特別在“中國(guó)天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

 

　　在近日舉行的國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，段寶巖院士牽頭完成的“高密度柔性天線機(jī)電耦合技術(shù)與綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

 

　　對(duì)于這項(xiàng)成果的鑒定意見(jiàn)是，“關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，項(xiàng)目成果總體居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，其中多場(chǎng)耦合理論模型、非線性結(jié)構(gòu)因素對(duì)電性能影響機(jī)理居國(guó)際領(lǐng)先”。

 

　　近日，圍繞機(jī)電一體化、工程科技拔尖人才培養(yǎng)、高性能復(fù)雜機(jī)電裝備創(chuàng)新發(fā)展問(wèn)題，《瞭望》新聞周刊記者專(zhuān)訪了段寶巖。

 

　　開(kāi)辟我國(guó)電子裝備機(jī)電耦合研究新領(lǐng)域

 

　　《瞭望》：請(qǐng)你介紹下什么是機(jī)電一體化。

 

　　段寶巖：機(jī)電一體化(Mechatronics)概念，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，其英文是將Mechanical與Electronics兩個(gè)詞掐頭去尾組合而成的，體現(xiàn)了機(jī)械與電磁(氣)技術(shù)不斷融合的內(nèi)涵演進(jìn)和發(fā)展趨勢(shì)。

 

　　高性能復(fù)雜機(jī)電裝備的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)從出現(xiàn)至今，經(jīng)歷了機(jī)電分離、機(jī)電綜合、機(jī)電耦合三個(gè)不同的發(fā)展階段。

 

　　從機(jī)電分離、機(jī)電綜合到機(jī)電耦合，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)生了鮮明的代際演進(jìn)，為高端裝備設(shè)計(jì)與制造提供了理論與關(guān)鍵技術(shù)支撐。而復(fù)雜裝備設(shè)計(jì)與制造中的機(jī)電耦合技術(shù)，則進(jìn)一步體現(xiàn)為機(jī)械、電氣、電子、電磁、光學(xué)、熱學(xué)、控制等多學(xué)科的交叉融合，涉及多物理場(chǎng)、多介質(zhì)、多尺度、多元素的深入研究。顯然，以機(jī)電耦合為突破口的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)必將迎來(lái)更大挑戰(zhàn)。

 

　　一般而言，復(fù)雜機(jī)電裝備主要包括兩大類(lèi)：一類(lèi)是以機(jī)械性能為主，電性能服務(wù)于機(jī)械性能的機(jī)電裝備，如大型數(shù)控機(jī)床等加工裝備，以及車(chē)輛、化工、船舶、農(nóng)業(yè)、能源、挖掘與掘進(jìn)等行業(yè)重大裝備，主要是運(yùn)用電子信息技術(shù)來(lái)改造、武裝、提升傳統(tǒng)裝備的機(jī)械性能;另一類(lèi)則是以電性能為主，機(jī)械性能服務(wù)于電性能的電子裝備，如雷達(dá)、通信、計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航、天線、射電望遠(yuǎn)鏡等，其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要用于保障特定電磁性能的實(shí)現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于陸、海、空、天等各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用。這兩大類(lèi)裝備從廣義上講，均屬于機(jī)電結(jié)合的復(fù)雜裝備，是機(jī)電一體化技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用的典型代表。

 

　　伴隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了諸如機(jī)-電-液一體化、流-固-氣一體化、生物-電磁一體化等概念，雖然說(shuō)法不同，但實(shí)質(zhì)上基本還是機(jī)電一體化，目的都是研究不同物理系統(tǒng)或物理場(chǎng)之間的相互關(guān)系，從而找到提高系統(tǒng)或設(shè)備整體性能的有效途徑。

 

　　《瞭望》：今天許多創(chuàng)新成果出現(xiàn)在交叉學(xué)科，請(qǐng)你介紹下電子機(jī)械工程這一交叉學(xué)科的特點(diǎn)和你們的成果創(chuàng)新點(diǎn)。

 

　　段寶巖：電子機(jī)械工程是學(xué)科交叉形成的一門(mén)小學(xué)科，但作用和意義重大。在電子機(jī)械工程領(lǐng)域，對(duì)低頻段裝備而言，機(jī)械與電磁(氣)間的矛盾沒(méi)那么尖銳，而隨著電子裝備向高頻段、高增益，高密度、小型化，快響應(yīng)、高精度的方向發(fā)展，機(jī)電之間相互影響、相互制約的問(wèn)題日益嚴(yán)苛起來(lái)。

 

　　作為機(jī)電結(jié)合的電子裝備，其機(jī)械結(jié)構(gòu)不僅是電性能實(shí)現(xiàn)的載體和保障，且往往制約著電性能的實(shí)現(xiàn)與提高，故應(yīng)進(jìn)行機(jī)電耦合設(shè)計(jì)。遺憾的是，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)卻是機(jī)電相互分離的，這導(dǎo)致電子裝備研制的性能低、周期長(zhǎng)、成本高、結(jié)構(gòu)笨重，已成為長(zhǎng)期制約電子裝備性能提高的一個(gè)瓶頸，我們的研究旨在破解這一難題。

 

　　1994年11月，我剛回國(guó)不久，就碰到我國(guó)要建造新一代大射電望遠(yuǎn)鏡的重大項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目就是2016年9月在貴州落成啟用、被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，簡(jiǎn)稱(chēng)FAST。

 

　　我們團(tuán)隊(duì)提出了光機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，先后研制了一個(gè)5米、兩個(gè)50米口徑的縮比試驗(yàn)驗(yàn)證模型，重點(diǎn)突破了電性能與機(jī)械結(jié)構(gòu)間的機(jī)電耦合、靈巧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，饋源艙艙索柔性結(jié)構(gòu)的精確力學(xué)建模和求解、艙索柔性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制，以及粗精兩級(jí)調(diào)整系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)耦合與復(fù)合運(yùn)動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)，為500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的工程實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)與工程基礎(chǔ)。

 

　　這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)以6根大跨度的柔索驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案代替美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的剛性背架支撐結(jié)構(gòu)方案，以軟件代替硬件，結(jié)構(gòu)形式大大簡(jiǎn)化，不僅使饋源艙及其支撐驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的自重由阿雷西博型的上萬(wàn)噸降至30噸，且實(shí)現(xiàn)了饋源的毫米級(jí)動(dòng)態(tài)定位精度。

 

　　輕型索拖動(dòng)系統(tǒng)作為FAST三大自主創(chuàng)新中最為關(guān)鍵的一個(gè)，具有顛覆性，在世界同行眼里被譽(yù)為“變革式創(chuàng)新”。

 

　　進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我們?cè)陂L(zhǎng)期致力于電子裝備多學(xué)科交叉融合研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)辟了我國(guó)電子裝備機(jī)電耦合研究的新領(lǐng)域。在這個(gè)嶄新領(lǐng)域里，先后建立了電磁場(chǎng)、結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與溫度場(chǎng)間的場(chǎng)耦合理論模型，揭示了非線性機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)電性能的影響機(jī)理，提出了基于多場(chǎng)耦合理論模型與影響機(jī)理的機(jī)電耦合設(shè)計(jì)理論與方法，形成了一種初步的學(xué)科體系。

 

　　具體到此次獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的項(xiàng)目“高密度柔性天線機(jī)電耦合技術(shù)與綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)及應(yīng)用”，建立了高密度柔性天線機(jī)、電、熱多場(chǎng)耦合理論模型，探明了非線性機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)其電磁性能的影響機(jī)理，突破了力電耦合、高效熱控、控形控性等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了我國(guó)首個(gè)集電磁、結(jié)構(gòu)、熱于一體的高密度柔性天線綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)，開(kāi)辟了我國(guó)天線技術(shù)研究的新領(lǐng)域，引領(lǐng)了我國(guó)高性能電子裝備的跨越式發(fā)展。成果被成功應(yīng)用于我國(guó)火星探測(cè)與探月工程的地面測(cè)控大口徑天線、首部靜電成型薄膜天線、“中國(guó)天眼”等多部重大裝備與工程中，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與國(guó)防效益。

 

　　最近十年來(lái)，伴隨著國(guó)家加快發(fā)展航天事業(yè)、建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)的腳步，我們團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步深化了機(jī)電耦合設(shè)計(jì)思想，為星載天線機(jī)電耦合設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。特別是提出的大型空間可展開(kāi)天線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法，進(jìn)一步拓寬了結(jié)構(gòu)與多學(xué)科優(yōu)化的范疇。

 

　　培養(yǎng)工程科技拔尖創(chuàng)新人才

 

　　《瞭望》：如何將科研與學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合?

 

　　段寶巖：人才培養(yǎng)、科學(xué)研究是大學(xué)的重要職能。通過(guò)科研提升學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)水平，為國(guó)家發(fā)展提供源源不斷的高水平人才，是大學(xué)尤其是研究型大學(xué)義不容辭的責(zé)任。而如何形成中國(guó)特色的電子機(jī)械工程學(xué)科人才培養(yǎng)體系與教師隊(duì)伍，則成為電子機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展的根本性問(wèn)題。

 

　　當(dāng)前，隨著新型電子裝備快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)電子機(jī)械工程的學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)提出了越來(lái)越高的要求。同時(shí)，新技術(shù)突破也在催生新的人才培養(yǎng)模式，其中兩個(gè)特點(diǎn)尤為突出，一是更加重視理論和工程實(shí)際結(jié)合，二是更加注重跨界融合與交叉滲透。

 

　　因此，我們要求學(xué)生走出象牙塔，走向工廠車(chē)間，走向項(xiàng)目工地，因?yàn)槟抢镉卸鄬W(xué)科匯聚的案例，是人才成長(zhǎng)最快的場(chǎng)域。這種系統(tǒng)化的思維方式能將教學(xué)與實(shí)踐、繼承與創(chuàng)新緊密地聯(lián)系在一起。

 

　　以此次獲獎(jiǎng)項(xiàng)目為例，它涉及力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)以及控制科學(xué)與工程等多學(xué)科，構(gòu)成了15個(gè)研究專(zhuān)題，參與的校內(nèi)外單位達(dá)8家，大家集思廣益、協(xié)同作戰(zhàn)，最后達(dá)成了團(tuán)隊(duì)成長(zhǎng)和項(xiàng)目精進(jìn)相得益彰的效果。

 

　　此外，在人才培養(yǎng)方面要注重傳承，在固守本體的基礎(chǔ)上再去創(chuàng)新。我從導(dǎo)師身上就學(xué)到很多終身受益的品質(zhì)，比如持之以恒，踏踏實(shí)實(shí)做事等。而且要把基礎(chǔ)打牢，只有打牢基礎(chǔ)才能不斷取得創(chuàng)新和突破。

 

　　我對(duì)學(xué)生做科研的要求是，要了解這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)，了解國(guó)際前沿，圍繞國(guó)家重大需求，和國(guó)家重大項(xiàng)目結(jié)合在一起，再去研究怎么攻克這些難題。

 

　　堅(jiān)持人才培養(yǎng)和科研相結(jié)合的模式，西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子機(jī)械學(xué)科已培養(yǎng)出一大批奮戰(zhàn)在一線的優(yōu)秀博士、碩士畢業(yè)生，絕大多數(shù)服務(wù)于國(guó)家重點(diǎn)領(lǐng)域、重要行業(yè)。畢業(yè)生中的60%成為中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司、中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)有限公司、中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司等大型國(guó)企的技術(shù)骨干，30%進(jìn)入了華為、中興等行業(yè)知名企業(yè)。

 

　　《瞭望》：未來(lái)如何培養(yǎng)工程科技拔尖創(chuàng)新人才?

 

　　段寶巖：培養(yǎng)工程科技拔尖創(chuàng)新人才需要突破傳統(tǒng)范式，更加注重創(chuàng)新思維、工程能力、潛質(zhì)素養(yǎng)的培養(yǎng)。能力培養(yǎng)的重點(diǎn)在于突破常規(guī)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、迸發(fā)靈感、破解難題;素質(zhì)養(yǎng)成的重點(diǎn)在于具有廣博視野、縝密邏輯、強(qiáng)烈的好奇心、對(duì)探索新事物保持極大的興趣等。此外，還應(yīng)具備卓越的人文素養(yǎng)及突出的交流組織能力，以適應(yīng)人工智能發(fā)展趨勢(shì)下工程科技創(chuàng)新的新變化、新要求。

 

　　讓高端電子裝備“強(qiáng)筋壯骨”

 

　　《瞭望》：怎么看我國(guó)高端電子裝備的發(fā)展現(xiàn)狀?

 

　　段寶巖：高端電子裝備制造是前沿技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)、高端裝備制造業(yè)的深度交叉融合，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域、國(guó)防軍事裝備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

 

　　我國(guó)高端電子裝備制造，在芯片、軟件、關(guān)鍵傳感器及控制器的部件上目前還受制于人、“缺芯少魂”，在材料、制造裝備、工藝、測(cè)試保障上與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距、“筋骨瘦弱”，因此，亟待整體提升高端電子裝備制造能力和水平。

 

　　首先，應(yīng)著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，高度重視高端電子裝備的集成攻堅(jiān)，進(jìn)一步突出其戰(zhàn)略意義。前沿、顛覆性技術(shù)發(fā)明，往往是工業(yè)革命的開(kāi)端，而從技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生產(chǎn)力提升的關(guān)鍵就在于裝備制造。增強(qiáng)和提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化自主裝備制造實(shí)力，不僅是當(dāng)下迫切需要而且事關(guān)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

 

　　其次，在高端裝備制造業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展上需進(jìn)一步突出高端電子裝備的支撐引領(lǐng)與輻射帶動(dòng)作用。高端電子裝備，猶如裝備的“大腦”和“神經(jīng)系統(tǒng)”。集中力量解決好制約高端電子裝備制造能力提升的瓶頸問(wèn)題，有利于整體提升我國(guó)裝備制造的信息化、智能化程度。

 

　　最后，應(yīng)采取多元化、多樣化發(fā)展模式，推進(jìn)高端電子裝備制造在經(jīng)濟(jì)、科技等多領(lǐng)域的滲透與深度融合。一些關(guān)鍵共性技術(shù)的突破和系統(tǒng)制造能力的提升，既需要基礎(chǔ)理論支撐、重點(diǎn)研發(fā)支持，也需要大量資金投入、市場(chǎng)機(jī)制統(tǒng)籌。因此，以多元化、多樣化模式發(fā)展高端電子裝備制造，是融合經(jīng)濟(jì)、科技等多領(lǐng)域需求，促進(jìn)系統(tǒng)化、協(xié)同化、多體系創(chuàng)新發(fā)展的必需，有利于解決我國(guó)高端裝備制造受制于人的瓶頸。

 

　　來(lái)源： 新華社-《瞭望》新聞周刊

 

標(biāo)簽：

 

中國(guó)工程院院士　段寶巖　國(guó)之重器

 

（免費(fèi)聲明：

 

1、本網(wǎng)站中的文章（包括轉(zhuǎn)貼文章）的版權(quán)僅歸原作者所有，若作者有版權(quán)聲明的或文章從其它網(wǎng)站轉(zhuǎn)載而附帶有原所有站的版權(quán)聲明者，其版權(quán)歸屬以附帶聲明為準(zhǔn)。

 

2、本網(wǎng)站轉(zhuǎn)載于網(wǎng)絡(luò)的資訊內(nèi)容及文章，我們會(huì)盡可能注明出處，但不排除來(lái)源不明的情況。如果您覺(jué)得侵犯了您的權(quán)益，請(qǐng)通知我們更正。若未聲明，則視為默許。由此而導(dǎo)致的任何法律爭(zhēng)議和后果，本站不承擔(dān)任何責(zé)任。

 

3、本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的資訊內(nèi)容，僅代表作者本人的觀點(diǎn)，與本網(wǎng)站立場(chǎng)無(wú)關(guān)。

 

4、如有問(wèn)題可聯(lián)系導(dǎo)航網(wǎng)編輯部，電話(huà)：010-88376188，電子郵件：bianjibu@okcis.cn）