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做“真”科研顯“實(shí)”特種
——訪北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院張勤儉教授

Do real research, show the real difference——Interview with Mr. ZHANG Qinjian, the Professor of School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, BJTU

本刊記者/Reporter 譚弘穎/TAN Hongying

張勤儉：男，1972年生，教授，碩導(dǎo)。1991-1998年在西安工程大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)獲工學(xué)學(xué)士、紡織機(jī)械專業(yè)獲工學(xué)碩士；1998-2001年在山東大學(xué)機(jī)械制造及其自動化專業(yè)獲工學(xué)博士；2002-2004年在清華大學(xué)精儀系從事博士后研究。2001-2011年在北京市電加工研究所曾任所長助理、北京精密特種加工技術(shù)研究中心副主任、電加工研究所微納加工中心主任、精密拉絲模具制造部主任；2011年至今，轉(zhuǎn)入北京交通大學(xué)工作；2011年被評為教授，2013年-2014年在江西理工大學(xué)掛職校長助理。

張教授的研究方向?yàn)椋壕芘c特種加工技術(shù)(超聲加工、激光加工、電化學(xué)加工、電火花加工等)的機(jī)理、工藝與裝備，微納制造技術(shù)，再制造技術(shù)，虛擬制造技術(shù)。已出版著作3部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中SCI收錄5篇，EI收錄12篇。曾獲省部級科學(xué)技術(shù)獎3項(xiàng)，主持多項(xiàng)國家級和省部級科研課題。2006年榮獲“北京市優(yōu)秀青年知識分子”和“北京市優(yōu)秀青年工程師”榮譽(yù)稱號?，F(xiàn)任兼職有：中國機(jī)械工程學(xué)會特種加工分會高能束及其他特種加工技術(shù)委員會委員、國家自然科學(xué)基金委員會項(xiàng)目評議專家、北京市電加工研究所兼職教授。

“特種”二字，足夠醒目，充滿神秘。當(dāng)“特種”遇上“加工”，似乎各種科幻大片中才有的、奇形怪狀盡顯高大上的機(jī)器浮現(xiàn)腦海，各種五顏六色的光、電閃瞎雙眼……想象雖然浮夸，但是與實(shí)際還是有許多相似之處的。特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”和“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形 、改變性能或被鍍覆等。

此次本刊記者約訪到的是北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院張勤儉教授。張教授在歷次約訪過的主題技術(shù)專家中是最年輕的，有別于現(xiàn)今大多數(shù)的教授“從學(xué)校出去、到學(xué)校中來”，張教授的經(jīng)歷亦頗顯“特種”。博士畢業(yè)后，他一邊從事博士后研究一邊在北京市電加工研究所工作。十年之后，返回校園。理論與實(shí)踐——若循環(huán)，終而不止。據(jù)悉，應(yīng)用其團(tuán)隊(duì)的研究成果，已經(jīng)累計加工各型號聚晶金剛石復(fù)合片36萬片、拉絲模具80萬只，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益8億元，出口創(chuàng)匯8 000多萬美元。

新法不竭 前進(jìn)不止

特種加工技術(shù)因?yàn)槭褂玫哪芰坎煌瑥亩浞诸愐埠軓V。任何一種新工具也好，新方法也好，它們的涌現(xiàn)，背后都是人類最基本的價值導(dǎo)向：進(jìn)步，沒有最好，只有更好。

張教授認(rèn)為，從第一次產(chǎn)業(yè)革命以來，一直到第二次世界大戰(zhàn)以前，在這段150多年的時間里，材料的加工一直僅限于機(jī)械切削加工方式，沒有特種加工的迫切需求，當(dāng)然也沒有發(fā)展特種加工的條件，人們的思想一直還局限在采用傳統(tǒng)的用機(jī)械能量和切削力來去除多余的金屬，以達(dá)到加工的要求。直到1943年，前蘇聯(lián)拉扎連柯夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可使局部的金屬熔化、汽化而被蝕除掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。

第二次世界大戰(zhàn)后，特別是進(jìn)入20世紀(jì)50年代以來，隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要，很多工業(yè)部門，尤其是國防工業(yè)部門，要求尖端科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品向高精度、高速度、高溫、高壓、大功率、小型化等諸多方向發(fā)展，它們所采用的材料越來越難加工，零件形狀越來越復(fù)雜，加工精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越來越高，對機(jī)械制造部門提出了新的要求。如要解決各種難切削材料的加工問題、各種特殊、復(fù)雜表面的加工問題、解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題。要解決這些工藝問題，僅僅依靠傳統(tǒng)的切削加工很難實(shí)現(xiàn)，甚至無法實(shí)現(xiàn)，因此人們相繼探索研究新的加工方法，特種加工就是在這種歷史條件下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。

上世紀(jì)50年代以來，國外工業(yè)界通過各種渠道，借助各種能量形式，探尋新的加工途徑，相繼推出了多種與傳統(tǒng)加工方法截然不同的新型的特種加工方法，如電火花加工、電解加工、化學(xué)加工、超聲波加工以及高能束加工等。

20世紀(jì)70年代以來，以激光、電子束、離子束等高能束流為能源的特種加工技術(shù)獲得了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。目前以高能束流為能源的特種加工技術(shù)和數(shù)控精密電加工技術(shù)已成為航空產(chǎn)品制造技術(shù)群中不可缺少的分支。在難加工材料、復(fù)雜型面、精密表面、低剛度零件及模具加工等領(lǐng)域中已成為關(guān)鍵制造技術(shù)。

日新月異 更需努力

我國在該領(lǐng)域的發(fā)展也很迅速，已有多名科技人員榮獲電火花、線切割、超聲波、電化學(xué)加工等8項(xiàng)國家級發(fā)明獎。以電火花加工技術(shù)為例，我國電火花加工技術(shù)經(jīng)歷了手動電火花加工、液壓伺服、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)等一系列過程，從單軸數(shù)控到3軸再到多軸。北京市電加工研究所從上世紀(jì)90年代中期與日本沙迪克公司合作開始制造3軸電火花加工機(jī)，后來在此基礎(chǔ)上又開發(fā)了4軸4聯(lián)動加工機(jī)。但是由于我國原有的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，特種加工設(shè)備和整體技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平還有一定差距，高檔特種加工機(jī)床還需要從國外進(jìn)口，這些都需要我們?nèi)ヅΑ?/p>

特種加工技術(shù)日新月異，比如說在向精密加工方向發(fā)展上，有一種叫“微納制造技術(shù)”的。它也是衡量國家尖端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，在張教授的研究方向中，有“基于特種加工的微納加工技術(shù)”。

張教授說，采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法也可以實(shí)現(xiàn)微納加工，如采用金剛石超精密加工技術(shù)可以加工射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面，加工精度可以達(dá)到0.01 μm，表面粗糙度Ra可以達(dá)到0.001 μm，即1 nm。但是多數(shù)的微納加工技術(shù)都是由非傳統(tǒng)加工技術(shù)或特種加工技術(shù)衍生而來，我們也可以稱之為微納特種加工技術(shù)，例如集成電路精密引線模具的加工都采用超聲微納加工技術(shù)，這種模具的最小孔徑可以達(dá)到0.01 mm，而材料又是天然金剛石，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法無法實(shí)現(xiàn)對其精密加工，而采用超聲微納加工技術(shù)，可以達(dá)到所需的精度和表面質(zhì)量。又如電子束微納加工技術(shù)，電子束焊接的焊縫位置精確可控、焊接質(zhì)量高、速度快，在核、航空、火箭、電子、汽車等工業(yè)中可用作精密焊接；而且電子束可在厚度為0.1～6 mm的任何材料的薄片上鉆直徑為一至幾百微米的孔，能獲得很大的深徑比。

自上而下 研創(chuàng)并舉

隨著社會的高度發(fā)展，對制造的要求也越來越高，特種加工技術(shù)的地位也越來越重要。張教授稱，為了貫徹落實(shí)《中國制造2025》，推進(jìn)制造強(qiáng)國建設(shè)，工信部、發(fā)改委、科技部以及財政部下發(fā)了關(guān)于印發(fā)制造業(yè)創(chuàng)新中心等5大工程實(shí)施指南的通知，其中包括智能制造工程實(shí)施指南(2016-2020)。指南中明確提出了智能制造成套裝備的集成創(chuàng)新重點(diǎn)，其中一個方向就是微納加工、電加工與激光特種加工成套裝備。應(yīng)該說我國在該領(lǐng)域與德國、日本等國家的差距還很大。

為了促進(jìn)我國特種加工技術(shù)的發(fā)展，張教授認(rèn)為，首先要做好頂層設(shè)計。而我國目前的科研體制是以論文和專利為核心，對于科技成果轉(zhuǎn)化重視不夠。很多科研都是“自娛自樂”，科研項(xiàng)目與企業(yè)需求相距甚遠(yuǎn)。目前的科研體制導(dǎo)致重視課題經(jīng)費(fèi)數(shù)、論文數(shù)、專利數(shù)，嚴(yán)格地說，不是“科研成果”被束之高閣，而是這些成果本就不是成果，是被高校與教授們命名為成果、用于評職稱、申報經(jīng)費(fèi)的“偽成果”。古人都知道“天下興亡，匹夫有責(zé)”，作為中國的科技人員應(yīng)該以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展為己任，聚焦國家需要、人民要求、市場需求，認(rèn)認(rèn)真真地做真正的科研。

張教授認(rèn)為，另外還要區(qū)分科研和創(chuàng)新的不同，以發(fā)明即時貼聞名世界的3M公司的杰弗里?尼科爾森博士曾經(jīng)對兩者給出明確的定義：“科研是將金錢轉(zhuǎn)換為知識的過程，而創(chuàng)新則是將知識轉(zhuǎn)換為金錢的過程”。因此我們所做的很多創(chuàng)新可能不是真正的創(chuàng)新。因此，我們既要重視科研，又要重視創(chuàng)新，才能真正促進(jìn)我國特種加工技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。

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