人物|在现场·我的专业故事④:为大国铸重器

机械,深刻地影响着人类社会的生产生活。借助机械,人类可日行千里、力擎千斤。

机械装备和大机器生产是现代制造业的基石,在国民经济各个领域,到处都有机械和机械装备的身影。

燕山大学机械工程学院源于哈尔滨工业大学重型机械系,有着悠久雄厚的学科基础。作为一级学科国家重点学科,该校机械工程学科在近年来的全国学科评估中一直保持在A-档,位于全国前10%行列。

今天,我们走进燕山大学机械工程学院这群每日与机械为伴的人,听他们讲述这门老牌工科专业如何在向前发展的过程中拥抱新技术、踏入新领域,看他们如何利用专业所学服务国之所需。

2月28日,在燕山大学机械工程学院微观组织表征实验室,师生利用FEI扫描电子显微镜开展金属材料能谱分析测试实验。 燕山大学供图

2月20日下午5时,燕山大学机械工程学院机电液一体化国家级实验教学示范中心,2019级机械设计制造及其自动化专业的学生正在进行分组实验。

学生吴越所在小组正对一台气动机器人进行装配调试。这台机器人是一辆智能机械小车,鞋盒子般大小,机械设计、电气控制、加工组装等工作都由学生自主完成。

“现在我们要把自己设计的编程代码从电脑下载到机器人的控制器,用手机连接蓝牙,对它进行无线驱动控制,让它实现发球、捡球的功能。”吴越介绍。

吴越正在完成的课程,叫作专业课程设计及综合实践,但同学们多用“二级项目”称呼它。

为培养学生的专业综合能力,燕山大学机械工程学院在本科教学中融入了项目式教学,二级项目即课程组联合项目,教学内容突破传统专业设置的界限,体现学科交叉的特点。

在项目式教学中,教学重点不再是老师对理论知识的讲授,而是学生主动参与的创造实践活动。

“机械类专业是学科交叉融合型专业,也是与实际生产联系非常紧密的专业。学生不仅要学习机械设计、先进制造,还要学习传感驱动、现代控制、系统仿真等知识。”燕山大学机械工程学院副院长姚建涛表示。

机械类专业是老牌工科专业,在工程领域应用广泛,素来被称为工科“第一专业”。

燕山大学机械工程学院源于哈尔滨工业大学重型机械系,1953年建立的锻压专业、1955年建立的轧钢专业是学院的前身。发展至今,学院的专业设置几经变动,现在设有机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、机器人工程3个本科专业。

“我们的机械类专业既有浓厚的重型机械行业背景,又紧密融合先进制造、智能控制等新技术。学机械早已不是人们传统印象中的打铁轧钢,‘傻大笨粗’正在走向‘高精尖特’。”燕山大学机械工程学院副院长姚静说。

在服务国家经济社会发展的过程中,这门传统专业自身也在不断发展。“先进制造、智能制造快速发展,新技术、新产品、新装备不断出现,带来了对复合型技术人才的需求。”姚静说,加快建设制造强国,离不开机械类专业的支撑。

就在吴越所在小组调试的同时,实验室的另一个工作室里,机械工程博士研究生陈夏非和几位同学正围着一台外观类似于车辆驾驶舱的大型机械装备忙碌。

陈夏非介绍,这是一台工程车辆驾驶模拟器,目前在徐工集团、三一重工等企业都有应用。“企业研发工程车辆需要进行多种测试,比如在复杂路况下的驾驶体感等,利用这台机械就能达到模拟测试目的,能为企业节约研发成本。”

“这个项目已经持续了5年,好几批学生参与了它的研发。”姚静说,“一批学生搭建结构,一批学生加入视觉功能模块,接下来的一批再优化算法……”

陈夏非在做的,就是控制算法智能优化工作。“我们正在研究,如何在人体感知阈值内进行轨迹规划,提高驾驶体感。”

“对这台机械,将来能做的工作还有很多。比如,加入云网络的技术,把实际运行的工程车辆相关数据接入模拟器,实现预测故障、预测机械使用寿命等功能。”姚静说。

不断应用新技术,对原本的机械进行设计完善——在姚静看来,此类装备的研发过程,充分体现出机械类专业的特点。“伴随着新一轮科技革命和产业变革快速发展,机械类专业也在拥抱新技术、踏入新领域。”她说。

燕山大学机械工程学院国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心大车间内,由该中心研发的650四/六辊板带冷热可逆式轧机中试线。燕山大学供图

走进燕山大学机械工程学院先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心,3台2米多高、深绿色的大型锻压机样机排列在一起,颇为显眼。这些样机对应的锻压设备,都是10余米、甚至数十米高的“大家伙”。

“像揉面团一样,成百上千吨的金属在锻压机上变形,成为具有一定机械性能、特定形状和尺寸的锻件。从三峡大坝的水轮机轴,到C919大飞机的起落架,大锻件是核电石化、航空航天、国防军工等领域重大工程、关键装备的核心基础部件。可以说,大型锻压设备是生产‘国之重器’的‘国之重器’。”燕山大学机械工程学院先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心主任刘鑫刚说。

1974年带负荷试车成功的30000吨模锻水压机,开辟了我国航空模锻件向大型化发展之路,被誉为中国工业“四大国宝”之一。燕山大学(当时为东北重型机械学院)承担了该机重要部件活动横梁的强度与刚度实验研究等工作。

2008年获得国家科技进步一等奖的150MN锻造水压机,由燕山大学与中国第一重型机械集团合作研制,是目前正式投入使用的世界上吨位最大、技术水平最高的超大型自由锻水压机。

2013年,燕山大学与中国第二重型机械集团合作研制的8万吨模锻压机投入生产,创下多项世界第一,成为世界最高等级的模锻设备。

大型锻压设备是象征国家重工业实力的战略装备,在我国大型锻压设备跻身世界一流的过程中,一代代燕大人接续奋斗,承担起肩上的历史责任。

“锻压装备的先进性不仅体现在机械本体,生产零件的工艺更为核心。这些锻压机代表着燕大过去在重型机械行业作出的贡献,现在我们则要在先进制造成形技术上继续下功夫。”刘鑫刚说。

科研服务国之所需,有着雄厚学科基础的燕山大学机械工程学院在重型成套装备、并联机器人、军事运载等领域具有国际先进水平。

研发舰载直升机快速系留装置,实现独家批量生产,使我国直升机助降系统水平跨入国际先进行列;参与研发大口径构架式卫星可展开天线,助力我国北斗三号系列卫星发射任务;参与C919大飞机液压管路应力分析规范、轴承项目和中机身运输的研发……许多国家重大项目背后,都有燕山大学机械工程学院科研团队的身影。

2020年1月11日,世界最大单口径球面射电望远镜FAST通过国家验收并投入使用。燕山大学机械工程学院两个科研团队参与了“中国天眼”的研发,其中一个团队承担馈源舱高精度调姿系统的研发工作。

馈源舱是FAST的核心部件。从照片上看,FAST外观像是一口大锅,而馈源舱就是大锅中间的圆点。

“如果把FAST比作一个‘眼球。

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