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赵国群:多彩材料铺就科技创新之路

发布日期:2018年04月16日 10:40 点击次数:

“材料是人类赖以生存和发展的物质基础。希望你们勇于追求,大胆创新,实现梦想,为国贡献!”这是作为山东大学材料科学与工程学院院长的赵国群教授在2016年研究生毕业典礼上对毕业生的真挚寄语。或许这也是他的“材料生涯”真实写照,一腔热血,数载时光,不忘初心。

2001年,赵国群获得享受国务院特殊津贴专家称号,2004年,入选首批新世纪百千万人才工程国家级人选,同年荣获得国家杰出青年科学基金项目资助,2007年入选2006年度教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。赵国群作为第一完成人分别于2010年凭借“快速热循环高光注塑成型技术”和2015年凭借“高性能大规模复杂截面铝合金型材挤压成形及应用技术”先后两次荣获国家科技进步二等奖。荣誉背后是一个材料人的终生追求:“想要跨越绿色贸易壁垒,突破国外技术封锁,必须依靠拥有我国自主知识产权的绿色制造技术体系。”


扣好产学研小铁环,造服务山东大链条

与材料结缘近30余年,赵国群将多年所学转化为实际成果,要从上世纪90年代说起。1996年,山东工业大学(2000年合并入山东大学)进入211工程高校名单,面对国内学科建设、人才培养的迫切需求,赵国群于1997年年初从美国学成回到母校,随后就一直扎根在齐鲁大地上。1997年底,年仅35岁的赵国群被任命为原山东工业大学锻压教研室主任。不久,由于学校整体发展和规划,锻压实验室被拆除,整个专业只有一个20多平方米的会议室,从此,适合于教学和科研的专业实验室和设备成为他心中多年抹不掉的情结。由于当时条件有限,赵国群决定:“不能闲着,还是首先立足于山东企业,着力为企业服务,做出使企业认可的东西吧。”1998年1月在学校和学院支持下,他组织成立了模具技术研究中心。在缺乏实验装备和实验室的情况下,赵国群和他的团队利用计算机数字化设计与分析技术,围绕产品结构设计、结构分析与优化、成形工艺设计、模具设计和成形过程数值模拟等,为企业提供成形工艺和模具设计的解决方案。在当时我国大多企业的数字化设计还没有完全发展起来的年代里,很多企业还没甩掉图板,也没有数字化三维设计能力,更没有材料加工工艺和模具设计的数值模拟和仿真能力,赵国群抓住了这个机会,做起第一个“吃螃蟹的人”,从计算机三维CAD/CAD/CAM技术和成形工艺与模具设计入手,担任服务企业的角色,并在2002年被聘为山东省“十五”制造业信息化专家组成员。

1998年底,赵国群决定在CAD/CAD/CAM技术和成形工艺与模具设计的基础上,将研究重心延伸至快速成型与快速模具技术上面。快速成型技术就是现在3D打印技术的前身,围绕快速成型技术,他带领团队利用争取到的科研经费和可贵的一点学科建设经费,构建了新产品和模具快速设计与制造技术集成系统,从概念设计或样品反求开始,经CAD造型、反求/曲面拟合与修补/三维造型、结构优化、工艺分析、过程仿真、快速原型制造、快速模具制造到产品真空注型,开展产品全过程设计与制造技术研究与应用,他们服务了几十家山东省企业,为企业开发了上百种新产品,获得的科研经费又用在改善设备条件和办公条件上,使学科建设得以稳步快速发展。1999年初,赵国群团队与中通客车联合成立实验室,开展和客车结构和零部件设计开发合作,开发一款车型的结构和车灯等零部件,并获得了百万元的科研经费。赵国群回忆:“当时企业对我们的支持非常大。我们到现在都很感激,也一直和这些企业仍保持着良好的合作关系,可以说我们实验室的起步和发展都离不开企业的支持。”

当实验室步入正轨之后,他组织年轻教师着手申请国家和省部级科研项目,以生产中存在的实际问题为导向,深入挖掘其中的科学问题和共性技术并开展系统研究,使实验室逐步走上了从基础研究到产学研结合的发展道路。2000年起,赵国群开始从事铝合金型材挤压技术研究,这项研究在轻轨、地铁、汽车、高速列车方面具有很好的发展和应用前景。国家在2005年启动高速轨道交通计划后,赵国群带领团队在前期研究基础上,就与山东丛林集团和南车青岛四方机车车辆公司建立了产学研合作关系,将工作重心集中在高速列车车体材料的热成形加工方向上,集中力量重点开展高铁车体材料挤压成形的基础科学问题和关键技术研发工作。经过十多年的研究,团队与企业合作研发出高性能大规格复杂截面铝合金型材挤压成形技术,开发了350km/h、380km/h高速列车和500km/h高速试验列车车体型材及其它领域用系列型材,并应用到高速列车、轻轨地铁、轻量化汽车、船舶、大型工程结构上。十余年磨一剑,赵国群为团队感到自豪:“在2012年到2014年期间,产学研团队开发的高性能大规格复杂截面铝合金型材就装备了二百六十多辆高速列车。”凭借这项成果,赵国群带领的项目组在2015年获得了国家科技进步二等奖,这些正是产学研合作的结晶。

产学研结合让赵国群团队摘取了一项项科研硕果。他所在的材料塑性成形工艺与模具技术研究团队是山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室的骨干团队之一,2005年成为山东大学“985工程”二期重点建设的创新学术团队之一,2010年获批教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队,2012年获得山东省优秀创新团队称号,2012年团队荣立山东省人民政府集体一等功。目前该团队共有20名成员,其中博导6人、教授7人、研究员1人、副教授5人、副研究员3人、讲师1人、高级工程师2人、工程师1人,具有博士学位者18人。团队先后承担国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点/面上/青年项目、国家科技支撑计划项目、国家重点研发计划等国家级科研项目28项,承担省部级科研项目30余项。出版著作、大典、手册和教材12部,获授权发明40余项,每年发表SCI/EI论文40余篇,获得国家科技进步二等奖2项、省部级科技成果一等奖6项和二等奖5项。

“对于工科等应用学科而言,学校做科研,如果找不到实施之地,找不到合作用户,就很难把这个事做大。产学研结合起来才可能真正做成事。”赵国群坦言。在产学研合作过程中,我们的科研人员更能了解到企业生产中哪些未解决的问题,这背后的科学问题和共性技术是什么,这些都为我们科研人员提供了良好的基础研究方向。同时,通过基础研究,研究的结果又反过来更好地指导生产实践,比较容易地构成一个良性循环。工科的科研历来离不开产学研结合,把成果应用于实际是一个系统的工程,产学研就像是由多个铁环连成的链条,其中一个铁环扣不好,就很难构成一个链条,因此,与企业的合作应该是长期的、定点的。通过多年的长期合作,团队成员就能够充分了解了行业现状、企业技术水平和生产现状,所从事的基础理论研究就不会脱离实际,研究出成果会有更好的应用针对性,也会使我们在理论创新上具有更深入的理解。

赵国群团队师生合影

日新月异的材料,蒸蒸日上的建设

2000年,原山东工业大学、山东医科大学和山东大学三校合并,从省属211到隶属教育部,山东工业大学材料学科也因此进入发展新时期。站在新的起点,赵国群感到对自己、对学科的要求应该更高,每个人都要发挥出自身的作用。他说:“学校发展好了,我们所在的平台就高;所在的平台高了,开展工作时就会拥有更加有利的条件和机会。所以合校是相辅相成的事情。就像我们每个人和国家的关系一样,国家要发展好,每个人就得把活干好;每个人把活干好,国家就能够得到更好的发展。一个学校也是一样,一个家庭也是一样,一个团队更是这样。”

对于学科建设,赵国群始终保持清醒的认识。材料学院历来重视教学管理,寓教于研,以重视本科教育、推动学科发展作为学院传统,老一辈教师在投身产学研结合上更树立了很好的示范作用。材料学院曾获得28项国家科技成果奖励、30多项省部级一等奖,这得益于老一辈人为学科奠定的基础以及得以传承和发扬的管理经验与学术氛围。

对于本科生的教育,“以学为主,全面发展”是赵国群一贯的主张。自2006年被任命为山东大学材料科学与工程学院院长之后,他有了更大的舞台践行培养之道。赵国群的学生曾聊起,赵国群院长对学生最大的影响是对他们的激励。“我希望学生们能集中精力,对这个专业感兴趣,对这个学科感兴趣,掌握扎实的理论和专业知识,真正学会学习,做到理论联系实际,动脑与动手结合,并不断扩展自己的综合素质能力,做到有理想、有追求、有情怀、诚信正直、艰苦朴素。”他给新生作讲座,亲自引领他们走进多彩的材料世界。不论何时,赵国群始终把学生的教育放在第一位。

对这几年山大材料学院的发展,赵国群有喜也有忧。喜的是这几年来材料学院发展较迅速,学科发展一直保持着较为强劲的势头;忧的是学院本身也面临一些亟待解决的问题,例如人才队伍建设、学科研究方向凝练、团队建设以及实验室空间和科研条件建设等问题,人才队伍的建设与世界一流学科的要求还有很大差距。“双一流建设离不开人才,加强队伍建设有引进和培养两条道路,两条道路是相辅相成的。引进杰出人才就会引领学科发展方向,更有利于培养和带动年轻人才发展;引进青年才俊,是学科持续发展的保障,雄厚的师资队伍和精益求精的学术环境是学科建设的心脏。”赵国群说。

促进科技创新,服务智造山东

2002年到2003年期间,赵国群和他的团队启动了先进注塑成型技术研究方向。注塑成型是一种重要的塑料加工方法,广泛应用于家电、汽车、电子、通讯和医疗卫等领域。因为注塑技术生产的注塑件普遍存在熔痕、流痕、流线等缺陷,必须进行打磨、喷涂等二次加工,排放大量苯系与重金属污染物等,生产的塑件也不满足欧盟RoHS环保指令的要求,面临欧美绿色贸易壁垒。短流程的绿色注塑技术一直是学术界和产业界追求的目标。

赵国群多次到海信集团生产现场调研和交流,将研究基础和生产实际现场结合,他一直思考,能不能把占用车间、设备和人力资源的几道二次加工工序剪掉?他带领团队与海信集团产学研合作,花费了多年时间开展这项研究,建立了快速热循环高光注塑工艺、模具与控制装备等成套技术。一直到2007年,他们在海信公司构建了第一条生产线,一次注塑出了具有高光泽度的注塑件,随后将技术铺开应用,相继构建了20多条生产线,开发出高光塑件50余种,一年注塑产量达到几百万件,研究成果发挥了很好的效果,注塑生产流程由传统的4道工序减为1道工序,取消了污染严重的打磨、喷涂、罩光工序,成本降低显著,实现了短流程、无污染、高品质、低成本的注塑生产。研制的快速热循环高光模具出口日、韩、俄、印度等14个国家的相关企业,其中包括三星、LG、夏普、松下等国际知名公司。目前海信集团年生产高光塑件近1000万件。该技术为聚合物材料加工提供了一种短流程绿色注塑技术,也助推了“中国制造”的力量向着新的方向迈进。赵国群带领的项目组也凭借该成果获2009年度山东省科技进步一等奖和2010年度国家科技进步二等奖。

这个例子正是新旧动能转换的典型。在赵国群看来,新旧动能转换的定义和内涵非常宽泛,新的技术带来新的业态、新的生产模式、新的产品,这些都是新动能的重要组成部分。“通俗地说,转换旧动能就是通过科技创新,转型升级,改变产业结构。要通过科技创新促进能源利用,把高耗能高污染高成本的环节去掉,降低污染,缩短工艺流程,提高产品的品质。”对于锻压、铸造、焊接等这些具有千年历史的传统工业来讲,它的新旧动能的战场在哪里?在于材料热加工模型的精确化、成形工艺的新颖性和先进性、模具设计的科学性和制造的精密性、成形装备的柔性化和智能化。赵国群认为,新旧动能转换中最主要的问题是科技创新问题,而创新中最需要的是科技人才及其自主创新能力。因此,结合学科发展趋势和国家与地方的重大需求,确定前景良好的研究方向,加强优秀人才队伍和实验条件建设将成为下一步的发展方向。

通过科技创新,赵国群和他的团队已为上百家企业解决了实际问题,这其中既有山东的企业,也有四川、北京、江苏等省市的企业,合作方式是针对企业具体问题,由研究团队开展基础研究并提供技术解决方案,由企业方面提供相应的研发经费,或者联合申报国家与地方政府项目,分工合作,共同推进项目进展。赵国群一直秉承着这样的原则,与企业合作经费固然重要,但最重要的还是为企业真正能够解决实际问题。

赵国群团队一直践行着服务山东的理念。山东大学地处山东,无论是从天时地利人和,还是从我们对山东省相关行业了解程度和对口性来看,都相对容易地达成合作;山东是工业大省,又成为国家新旧动能转换的示范区,适合工科且对口去做的事情很多,大学的基础研究能力很强,将多年的基础研究成果逐渐与山东企业需求建立联系,将基础研究逐渐向关键技术研究延伸,并逐渐构建起来较完备的技术体系,才能更贴近实际应用,工程应用是基础研究的效应放大器,无论是材料、制造、化工还是其它行业,做好服务山东工作就是服务国家发展。赵国群的态度很实在:“要找到真正的切入点。事不在大小,只要是对企业有促进作用,对行业技术进步有促进作用,我们就把它认真做好。这是一个根本,任何事情都是由小到大的。”


【作者:李皖宁 曾依人        摄影:资料        来自:宣传部 新闻中心    责任编辑:榭亭  】

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