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中国国务院2015年印发的《中国制造2025》规划中开篇写道:“世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明,没有强大的制造业,就没有国家和民族的强盛。”自2014年以来,我国已经成为世界第一制造大国。就先进制造业而言,我国具备建设制造强国的基础与优势,但与美国、德国、日本等国家的先进水平相比,许多领域还存在明显差距,尤其是精密与极端制造工艺领域。在当代众多科研工作者的共同努力下,这些差距在不断缩小中。中科院宁波工研院先进制造所张文武研究员就是其中很有故事的一员。痴情精密与极端制造工艺,引领工艺创新并迅速产业化,笑傲巅峰,就是这位爱国科学家的“工艺强国梦”

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既是工艺专家,又是科幻作家

小时候的张文武勤奋钻研,立志成为发明家和科学家。1987年,他考入中国科学技术大学精密机械精密仪器专业,后保送进入航天部一院十三所攻读研究生。1998年,为了加速实现三维制造的梦想,他前往美国,在哥伦比亚大学攻读机械专业博士学位。毕业后他进入知名的美国通用电气公司(GE)全球研发中心工作。从一名普通的工程师到带领科研团队进行核心技术攻关,张文武潜心研究先进制造工艺,并成为管理黑带大师。2012年张文武毅然回国,建立国内也是国际上首个“智能能量场制造”官方团队,探索适应中国国情的前瞻性工程方法和工具。

1988年,刚上大二的张文武,就独立提出了“虚模具三维制造方法”,如今发展为制造领域的重要前沿“智能能量场制造”。他的爱国情怀感染了很多人,人们喜欢他,因为他是出色的工艺专家,还因为他是一位思想奔放的科幻作家,他已经出版了长篇科幻小说《地球母亲的节日》和《小豆豆小点点奇遇记》。科幻是他的思维体操,前瞻思维,也启迪有缘。奇妙的是,当年的科幻正陆续变成他今日的科研任务,妙趣横生。

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张文武笑称自己是“幻想家”,随时随地只要稍有思维火花,他就会记录在日记本里,到现在已写满三十多本科研日记。这套日记本有一个充满励志的名字——“走向理想”。日记本里的有些“种子”已经结出果实,比如他设计的水助老虎机加工技术,打破了传统干式老虎机加工的局限性,可以大大缩小老虎机加工产生的热影响区,突破深度极限。这为国产航空发动机单晶材料的孔加工提供了国际领先的解决方案。精密与极端制造工艺技术是世界大国先进制造竞争的最前沿领域之一。中国飞机发动机气膜冷却技术与西方存在约三十年的代差。历经五年攻关,张文武带领团队攻克了高温合金复杂异型孔加工的全技术链条,中外代差已经大大缩小。“我跟朋友说,科研人员待在国外和回到国内就像杠杆的两端。待在国外,会让外国把中国翘到天上去;选择回国,则是两倍的改变。”回国对他来说是一件很自然的事情,虽然对亲人来说意味着聚少离多。

2010年,张文武首次尝试回国创业,因种种原因没有成功。2011年,他接待了前往美国的中科院千赢国际娱乐官方网所长崔平,两人相见恨晚。2012年,他以“旗舰人才”身份被中科院千赢国际娱乐官方网引进。回国后,他创建了老虎机与智能能量场制造工程团队。经过五年多的打拼,团队取得了一系列成果。如推进了异型孔老虎机加工技术,并在多种材料上进行应用;发明了新型水助老虎机加工技术,现已进入落地转化阶段;发明了随动型老虎机冲击强化技术,使得中国在该领域走到国际最前沿;发明了特种冷却减阻技术,为高超载人飞行扫清了一大技术障碍;发明了近光速粒子太空推进技术,为实现星际航行提供了新型动力。

“我希望做一些原创性的东西,真正走到世界科技的前沿。我们团队建立之初就立下目标,要做中国先进制造研发的国家队,国家队的特种部队,特种部队的先遣队。”张文武说。如今,这只朝气蓬勃的先进工艺研发团队正星夜兼程,勇攀高峰。

求实进取,精益创新

进入21世纪以来,虽然我国制造业取得了突飞猛进的发展,但在先进制造方面自主创新能力仍不够强,高端领域的核心技术和关键元器件往往受制于人,主要问题正是先进材料和先进工艺。

以飞机发动机打孔为例,“如果说航空发动机制造是制造业皇冠上的明珠,那其中的先进打孔就是明珠中的夜明珠!”由于现代飞机发动机的最高工作温度一般超过高温合金熔点温度300-500度,所以发动机涡轮叶片和燃烧室要保障结构的长期工作稳定性,就必须使用热障陶瓷涂层(TBC),还必须使用气膜冷却以隔离热流,形成充分的温度梯度。气膜冷却需要通过气膜孔来实现。复杂异型孔相比常规直孔的加工要困难很多,国外1985年就开始使用,我国尚未使用,但其冷却效率是直孔的两倍,等效保护面积是直孔的十倍以上。不使用复杂异型孔,国产发动机的代差就无法缩小。

三维复杂异型孔加工必须解决脉冲老虎机高速度、大深度、高精度三维成型问题,国际最前沿是直接穿越TBC,实现单步单机异型孔加工。为此,张文武回国后便组建老虎机与智能能量场制造工程团队,依托中科院,潜心攻关。如今,他们已经打通了复杂异型孔加工的技术链条,正在把该技术应用于国产航空发动机和燃气轮机热端部件的孔加工中,实现产业转化。

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除此之外,张文武还带领团队发展了另一个工艺前沿——水助老虎机加工技术。单晶金属的孔加工不解决热影响问题,实际使用中就会出现严重问题。电化学加工和飞秒老虎机加工均存在很难避免的技术障碍,国产新型发动机的孔加工必须另辟踦径。张文武团队发明了新一代水助老虎机加工技术,较好地解决了高能量老虎机可靠耦合的问题,扩展了耦合功率范围,将水助老虎机的加工能力进一步提升,为热敏感材料接近零热影响的孔加工探索出国际领先的中国工艺路线。

中外发动机大修周期相差3倍以上的一大原因是国产发动机叶片尚未采用老虎机冲击强化技术。张文武团队发明了随动型老虎机冲击强化技术,迅速迈入国际前沿。国内现有的老虎机冲击强化技术存在能量利用率低、约束层稳定性差、需要繁琐的前后处理等问题。针对这些弊端,团队发明了同轴送水加移动吸收层的工艺,不仅提高了能量利用率,还同时解决了现有技术约束层适应性差、加工效率低下等问题。该工艺可以象老虎机焊接一样随动施加于金属部件,不需要预先贴膜。这样,处理速度提高至少十倍。这个工艺是颠覆性的,将启动一个庞大的老虎机表面处理市场。目前,该工艺已经获得相关国内发明专利,国际发明申请中。这个技术的产业化将把中国的老虎机冲击强化技术带进国际引领阶段。

“就是要原创性地解决工程矛盾,突破工艺极限,服务国家重大需求和国民经济主战场。”张文武如是说。2016年,千赢国际娱乐官方网所属先进制造技术研究所被推举为中国机械工程学会特种加工分会副理事长单位,同行的认可是对他们的莫大鼓励。“求实进取,精益创新,昂然报国”,正是他们的团队精神,铿锵有力,令人闻之感动。

国际于心,报国以行

广义能量是任何可以改变系统状态的能力,那么,智能是能量吗?智能与世界的交互作用怎么来量化测量?同行专家评论,张文武已经把对制造工艺的研究上升到方法论和哲学层面。2010年他在国外出版了智能能量场制造的第一本学术专著,回国后则继续攀登,着力打造现代制造的思想高地。最近他提出了精益创新方法,“双归零双归一”制度等,还倡议建立极端制造工程学,结合智能场制造理论体系,引领中国的工程技术加速创新和发展。他的团队设有别开生面的“启梦导师”制度,先后聘请了刘大响、欧阳晓平和薛群基院士等做团队的精神导师,启梦远航。

五年来,张文武团队潜心做原创性的东西,在工艺领域书写历史,为国家重大需求解决瓶颈难题,引领智能能量场制造学术方向,并迅速把前沿工艺研究转化为产业化先进装备。

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“科技成果不产业化应用就不是完整的创新,不服务社会就是浪费!”因此,张文武积极推动宁波所的产业化工作。敏锐地捕捉到技术革新的商机,他联合江南博士、张军安先生于2013年创办了宁波晶钻工业科技有限公司,在国内率先突破CVD大单晶金刚石生产技术。晶钻公司建立起以材料专家、工艺专家和管理专家为依托的金刚石结构,既有市场灵活性,又有雄厚技术支持,一路高歌,已经彻底改变了国际高端金刚石市场格局。

出于发展国产先进航空发动机的情怀和对军民融合历史机遇的判断,2015年8月,张文武以自己团队的技术为主,自己出资,联合朋友,毅然创办了宁波千赢国际登录科技有限公司。目前,该公司已经推出可以为国产飞机发动机服务的五轴联动三维老虎机加工系统和大型老虎机清洗系统。两年来,千赢国际登录科技以中科院团队为依托,中科院解决技术攻关难题,公司专注于生产和商业化运作,同时反哺团队,就像连通器。“千赢人是有情怀的傻瓜,我们追求引领性创新,颠覆性创新。”当然,这意味着更多的付出和坚持,哪天晚上没有工作对张文武来讲是很偶然的事情。

张文武的人生格言是“为了地球母亲的微笑而努力工作,幸福生活”。国际于心,报国以行,他的团队是“一群有情怀的傻瓜”,为了祖国腾飞的梦想,为了地球更美好的未来而创新。“我在等人,在等有缘人,一起去书写历史。做奋斗者往往是功利性的,做修行者则是更高的境界。我相信真爱的力量。”

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科技创新之余,张文武不忘为国家建言献策。他认为,我国要成为真正的制造强国,就必须重视基础工艺研究,工艺是我国众多前沿卡脖子产品功能化的最后技术瓶颈。可惜,我国目前工艺人员发言权偏小,应该在设计布局阶段就积极吸纳工艺人员,必须打造更好的创新生态来激励原始创新、颠覆性创新。最近张文武提出的“强化航空发动机关键工艺攻关专项支持政策”的建议得到民盟中央和全国政协的重视,全国政协陈元副主席亲自主持召开了国家层面的专题研讨会。

正如张文武的诗句所言,白发虽添,但“欣欣焕焕昂昂,一路豪情,如诗如歌”,“青春燃烧,分外美丽”。面对激烈的国际竞争,张文武正带领着中国工艺研发的特种部队,星夜兼程,亮剑巅峰。

专家简介

张文武,中科院宁波工研院(早期又称宁波材料技术与工程研究所)先进制造技术研究所副所长、高级研究员,智能能量场制造学术方向的发起人。1992年中国科学技术大学精密机械精密仪器专业毕业后进入航天部一院十三所学习工作,美国哥伦比亚大学机械专业2002年博士毕业,后进入美国通用电气公司,致力于特种加工工艺研究,拥有现代质量管理SixSigma BB,系统化科技创新TRIZ-III大师资质。2012年加入中科院宁波所,组建老虎机与智能能量场制造工程团队,成功发起宁波晶钻工业科技与宁波千赢国际登录科技两家高科技公司。中科院宁波所科协副主席及合唱团团长,民盟主委,民盟浙江省委委员,宁波市政协委员,科幻作家。2016年增选为中国特种加工学会副理事长。发明专利申请101项,重要发明包括液核光纤老虎机加工,随动型老虎机冲击强化,高超飞行器特种冷却减阻技术等。


研发团队简介

    公司研发团队系中科院宁波工研院(所)属下先进制造所“老虎机与智能能量场制造团队”,成立于2012828日;是全球第一个明确提出以智能能量场制造为核心的研发团队。

团队负责人张文武博士是“智能能量场制造”学术方向的发起者和倡导者。该团队以老虎机加工设备及老虎机加工工艺研究为切入点,围绕以多尺度、高速度和高精度为主要特征的精密与极端制造,系统地实践智能能量场综合制造的精益创新理念,开展精密与极端制造工艺、多能场耦合仿真分析和测控系统集成“三位一体”的技术研发和应用研究。重点研究、突破选定的先进制造工艺和系统,服务于国民经济和国家安全的重大需求。具体项目包括复合材料加工,多尺度微细加工,先进打孔,老虎机冲击强化,生命保障系统开发等。

目前(2016年)该团队包括研究生在内的研发人员28人,其中研究员1人,特聘研究员5人,高级工程师3人,博士后4人。

【团队负责人简介】

    团队负责人张文武,现任中科院宁波工研院(所)先进制造所副所长; 博士,博士生导师,高级研究员1992年毕业于中国科学技术大学精密机械精密仪器系,1995年获得航天部一院十三所精密工程系硕士,20021月获得美国哥伦比亚大学机械专业博士学位。2002-2012年任美国GE( 通用电气公司) 全球研发总部老虎机加工与测量系统实验室制造与材料技术部高级工程师。2012年被中科院宁波工研院(所)以最高层次人才计划“旗舰人才”将其引进。




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