瞭望丨中國工程院院士段寶岩:讓國之重器“耳聰目明”

 

　　◇“看得遠”“聽得清”的同時還要求高精度、快響應
、低成本、小體積，讓國之重器變得“耳聰目明”是我們的使命所在

 

　　◇我國工業製造正經曆著轉型升級、迭代發展
、突破瓶頸的關鍵時期
，麵向“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要的需求，科技創新與產業發展急需一大批工程科技拔尖人才
，支撐科技自立自強

 

　　雷達、通信、導航、天線、射電望遠鏡……這些高精度、高性能複雜電子裝備的設計與製造水平，是國家整體科技水平與實力的重要體現。

 

　　中國工程院院士、xiandianzikejidaxuejiaoshouduanbaoyan，changqicongshidianzijixiegongchengxuekedejiaoxueyukeyangongzuo，zhiliyugaojingdudianzizhuangbeijidianouhejishuzheyijiaochaxuekeyanjiu
，kaipilewoguodianzizhuangbeijidianouheyanjiudexinlingyu，qichengguoyichenggongyingyongyutanyuegongcheng
、神舟飛船、深空探測等國家重大工程中

，特別在“中國天眼”500米口徑球麵射電望遠鏡(FAST)的創新設計中發揮了關鍵作用。

 

　　在近日舉行的國家科學技術獎勵大會上，段寶岩院士牽頭完成的“高密度柔性天線機電耦合技術與綜合設計平台及應用”項目榮獲2020年度國家科學技術進步獎一等獎。

 

　　對於這項成果的鑒定意見是
，“關鍵核心技術自主可控
，項目成果總體居國內領先、國際先進水平
，其中多場耦合理論模型、非線性結構因素對電性能影響機理居國際領先”。

 

　　近日，圍繞機電一體化、工程科技拔尖人才培養、高性能複雜機電裝備創新發展問題，《瞭望》新聞周刊記者專訪了段寶岩。

 

　　開辟我國電子裝備機電耦合研究新領域

 

　　《瞭望》：請你介紹下什麼是機電一體化。

 

　　段寶岩：機電一體化(Mechatronics)概念，最早出現於20世紀70年代，其英文是將Mechanical與Electronics兩個詞掐頭去尾組合而成的，體現了機械與電磁(氣)技術不斷融合的內涵演進和發展趨勢。

 

　　高性能複雜機電裝備的機電一體化設計從出現至今，經曆了機電分離、機電綜合、機電耦合三個不同的發展階段。

 

　　從機電分離
、機ji電dian綜zong合he到dao機ji電dian耦ou合he

，機ji電dian一yi體ti化hua技ji術shu發fa生sheng了le鮮xian明ming的de代dai際ji演yan進jin，為wei高gao端duan裝zhuang備bei設she計ji與yu製zhi造zao提ti供gong了le理li論lun與yu關guan鍵jian技ji術shu支zhi撐cheng。而er複fu雜za裝zhuang備bei設she計ji與yu製zhi造zao中zhong的de機ji電dian耦ou合he技ji術shu，則ze進jin一yi步bu體ti現xian為wei機ji械xie、電氣
、電子、電磁、光學
、熱學、控製等多學科的交叉融合，涉及多物理場、多介質

、多尺度

、多元素的深入研究。顯然，以機電耦合為突破口的設計與製造技術必將迎來更大挑戰。

 

　　一般而言，複雜機電裝備主要包括兩大類：一類是以機械性能為主，電性能服務於機械性能的機電裝備
，如大型數控機床等加工裝備，以及車輛

、化工、船舶、農業、能源

、挖掘與掘進等行業重大裝備，主要是運用電子信息技術來改造、武裝、提升傳統裝備的機械性能;另一類則是以電性能為主
，機械性能服務於電性能的電子裝備
，如雷達、通信、計算機、導航、天線
、射電望遠鏡等
，其機械結構主要用於保障特定電磁性能的實現，被廣泛應用於陸

、海、空、天(tian)等(deng)各(ge)個(ge)關(guan)鍵(jian)領(ling)域(yu)

，發(fa)揮(hui)著(zhe)不(bu)可(ke)替(ti)代(dai)的(de)作(zuo)用(yong)。這(zhe)兩(liang)大(da)類(lei)裝(zhuang)備(bei)從(cong)廣(guang)義(yi)上(shang)講(jiang)，均(jun)屬(shu)於(yu)機(ji)電(dian)結(jie)合(he)的(de)複(fu)雜(za)裝(zhuang)備(bei)
，是(shi)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)技(ji)術(shu)重(zhong)點(dian)應(ying)用(yong)的(de)典(dian)型(xing)代(dai)表(biao)。

 

　　伴隨著機電一體化技術的發展，相繼出現了諸如機-電-液一體化、流-固-氣一體化、生物-電dian磁ci一yi體ti化hua等deng概gai念nian，雖sui然ran說shuo法fa不bu同tong，但dan實shi質zhi上shang基ji本ben還hai是shi機ji電dian一yi體ti化hua，目mu的de都dou是shi研yan究jiu不bu同tong物wu理li係xi統tong或huo物wu理li場chang之zhi間jian的de相xiang互hu關guan係xi，從cong而er找zhao到dao提ti高gao係xi統tong或huo設she備bei整zheng體ti性xing能neng的de有you效xiao途tu徑jing。

 

　　《瞭望》：今天許多創新成果出現在交叉學科
，請你介紹下電子機械工程這一交叉學科的特點和你們的成果創新點。

 

　　段寶岩：電子機械工程是學科交叉形成的一門小學科，但作用和意義重大。在電子機械工程領域，對低頻段裝備而言，機械與電磁(氣)間的矛盾沒那麼尖銳，而隨著電子裝備向高頻段、高增益，高密度
、小型化，快響應、高精度的方向發展，機電之間相互影響、相互製約的問題日益嚴苛起來。

 

　　zuoweijidianjiehededianzizhuangbei，qijixiejiegoubujinshidianxingnengshixiandezaitihebaozhang，qiewangwangzhiyuezhedianxingnengdeshixianyutigao

，guyingjinxingjidianouhesheji。yihandeshi，chuantongshejiqueshijidianxianghufenlide，zhedaozhidianzizhuangbeiyanzhidexingnengdi、周期長、成本高、結構笨重，已成為長期製約電子裝備性能提高的一個瓶頸，我們的研究旨在破解這一難題。

 

　　1994年11月，我剛回國不久，就碰到我國要建造新一代大射電望遠鏡的重大項目。這個項目就是2016年9月在貴州落成啟用、被譽為“中國天眼”的500米口徑球麵射電望遠鏡，簡稱FAST。

 

　　我們團隊提出了光機電一體化創新設計，先後研製了一個5米、兩個50米口徑的縮比試驗驗證模型，重點突破了電性能與機械結構間的機電耦合、靈巧結構設計，饋源艙艙索柔性結構的精確力學建模和求解、艙索柔性結構係統控製
，以及粗精兩級調整係統的動力學耦合與複合運動控製等關鍵技術
，為500米口徑球麵射電望遠鏡的工程實現奠定了堅實的技術與工程基礎。

 

　　這一創新設計以6gendakuaduderousuoqudongshejifangandaitimeiguoeleixibowangyuanjingdegangxingbeijiazhichengjiegoufangan，yiruanjiandaitiyingjian

，jiegouxingshidadajianhua
，bujinshikuiyuancangjiqizhichengqudongxitongdezizhongyoueleixiboxingdeshangwandunjiangzhi30噸，且實現了饋源的毫米級動態定位精度。

 

　　輕型索拖動係統作為FAST三大自主創新中最為關鍵的一個
，具有顛覆性
，在世界同行眼裏被譽為“變革式創新”。

 

　　進(jin)入(ru)新(xin)世(shi)紀(ji)以(yi)來(lai)，我(wo)們(men)在(zai)長(chang)期(qi)致(zhi)力(li)於(yu)電(dian)子(zi)裝(zhuang)備(bei)多(duo)學(xue)科(ke)交(jiao)叉(cha)融(rong)合(he)研(yan)究(jiu)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)
，開(kai)辟(pi)了(le)我(wo)國(guo)電(dian)子(zi)裝(zhuang)備(bei)機(ji)電(dian)耦(ou)合(he)研(yan)究(jiu)的(de)新(xin)領(ling)域(yu)。在(zai)這(zhe)個(ge)嶄(zhan)新(xin)領(ling)域(yu)裏(li)，先(xian)後(hou)建(jian)立(li)了(le)電(dian)磁(ci)場(chang)、結jie構gou位wei移yi場chang與yu溫wen度du場chang間jian的de場chang耦ou合he理li論lun模mo型xing，揭jie示shi了le非fei線xian性xing機ji械xie結jie構gou因yin素su對dui電dian性xing能neng的de影ying響xiang機ji理li，提ti出chu了le基ji於yu多duo場chang耦ou合he理li論lun模mo型xing與yu影ying響xiang機ji理li的de機ji電dian耦ou合he設she計ji理li論lun與yu方fang法fa，形xing成cheng了le一yi種zhong初chu步bu的de學xue科ke體ti係xi。

 

　　具體到此次獲得國家科學技術進步獎一等獎的項目“高密度柔性天線機電耦合技術與綜合設計平台及應用”
，建立了高密度柔性天線機、電、熱多場耦合理論模型，探明了非線性機械結構因素對其電磁性能的影響機理，突破了力電耦合、高效熱控
、控形控性等關鍵技術，研發了我國首個集電磁
、結構、reyuyitidegaomidurouxingtianxianzongheshejipingtai，kaipilewoguotianxianjishuyanjiudexinlingyu，yinlinglewoguogaoxingnengdianzizhuangbeidekuayueshifazhan。chengguobeichenggongyingyongyuwoguohuoxingtanceyutanyuegongchengdedimiancekongdakoujingtianxian
、首部靜電成型薄膜天線、“中國天眼”等多部重大裝備與工程中

，產生了顯著的經濟、社會與國防效益。

 

　　最近十年來，伴隨著國家加快發展航天事業、jianshehangtianqiangguodejiaobu，womentuanduiyoujinyibushenhualejidianouheshejisixiang，weixingzaitianxianjidianouheshejidegongchengyingyongdiandinglelilunjichu。tebieshitichudedaxingkongjiankezhankaitianxiandexitongshejililunyufangfa
，jinyibutuokuanlejiegouyuduoxuekeyouhuadefanchou。

 

　　培養工程科技拔尖創新人才

 

　　《瞭望》：如何將科研與學科建設和人才培養有機結合?

 

　　段寶岩：人才培養、科ke學xue研yan究jiu是shi大da學xue的de重zhong要yao職zhi能neng。通tong過guo科ke研yan提ti升sheng學xue科ke建jian設she和he人ren才cai培pei養yang水shui平ping，為wei國guo家jia發fa展zhan提ti供gong源yuan源yuan不bu斷duan的de高gao水shui平ping人ren才cai，是shi大da學xue尤you其qi是shi研yan究jiu型xing大da學xue義yi不bu容rong辭ci的de責ze任ren。而er如ru何he形xing成cheng中zhong國guo特te色se的de電dian子zi機ji械xie工gong程cheng學xue科ke人ren才cai培pei養yang體ti係xi與yu教jiao師shi隊dui伍wu
，則ze成cheng為wei電dian子zi機ji械xie工gong程cheng學xue科ke發fa展zhan的de根gen本ben性xing問wen題ti。

 

　　dangqian，suizhexinxingdianzizhuangbeikuaisufazhan

，woguoduidianzijixiegongchengdexuekejiansheyurencaipeiyangtichuleyuelaiyuegaodeyaoqiu。tongshi，xinjishutupoyezaicuishengxinderencaipeiyangmoshi
，qizhonglianggetedianyouweituchu
，yishigengjiazhongshililunhegongchengshijijiehe
，ershigengjiazhuzhongkuajierongheyujiaochashentou。

 

　　因yin此ci，我wo們men要yao求qiu學xue生sheng走zou出chu象xiang牙ya塔ta，走zou向xiang工gong廠chang車che間jian，走zou向xiang項xiang目mu工gong地di
，因yin為wei那na裏li有you多duo學xue科ke彙hui聚ju的de案an例li，是shi人ren才cai成cheng長chang最zui快kuai的de場chang域yu。這zhe種zhong係xi統tong化hua的de思si維wei方fang式shi能neng將jiang教jiao學xue與yu實shi踐jian、繼承與創新緊密地聯係在一起。

 

　　以此次獲獎項目為例，它涉及力學、機械學
、電磁學、熱學以及控製科學與工程等多學科
，構成了15個研究專題
，參與的校內外單位達8家，大家集思廣益
、協同作戰，最後達成了團隊成長和項目精進相得益彰的效果。

 

　　ciwai，zairencaipeiyangfangmianyaozhuzhongchuancheng
，zaigushoubentidejichushangzaiquchuangxin。wocongdaoshishenshangjiuxuedaohenduozhongshenshouyidepinzhi，biruchizhiyiheng，tatashishizuoshideng。erqieyaobajichudalao

，zhiyoudalaojichucainengbuduanqudechuangxinhetupo。

 

　　我wo對dui學xue生sheng做zuo科ke研yan的de要yao求qiu是shi，要yao了le解jie這zhe一yi專zhuan業ye領ling域yu的de最zui新xin動dong態tai
，了le解jie國guo際ji前qian沿yan

，圍wei繞rao國guo家jia重zhong大da需xu求qiu，和he國guo家jia重zhong大da項xiang目mu結jie合he在zai一yi起qi
，再zai去qu研yan究jiu怎zen麼me攻gong克ke這zhe些xie難nan題ti。

 

　　堅持人才培養和科研相結合的模式，西安電子科技大學機電工程學院電子機械學科已培養出一大批奮戰在一線的優秀博士、碩士畢業生
，絕大多數服務於國家重點領域、重要行業。畢業生中的60%成為中國電子科技集團有限公司、中國兵器工業集團有限公司
、中國航天科技集團有限公司等大型國企的技術骨幹，30%進入了華為、中興等行業知名企業。

 

　　《瞭望》：未來如何培養工程科技拔尖創新人才?

 

　　段寶岩：培養工程科技拔尖創新人才需要突破傳統範式，更加注重創新思維
、工程能力
、潛質素養的培養。能力培養的重點在於突破常規、發現問題
、迸發靈感、破解難題;素質養成的重點在於具有廣博視野、縝密邏輯
、強烈的好奇心、duitansuoxinshiwubaochijidadexingqudeng。ciwai，haiyingjubeizhuoyuederenwensuyangjituchudejiaoliuzuzhinengli，yishiyingrengongzhinengfazhanqushixiagongchengkejichuangxindexinbianhua、新要求。

 

　　讓高端電子裝備“強筋壯骨”

 

　　《瞭望》：怎麼看我國高端電子裝備的發展現狀?

 

　　段寶岩：高端電子裝備製造是前沿技術、新興產業、高端裝備製造業的深度交叉融合，在國民經濟發展領域
、國防軍事裝備領域具有廣闊的應用前景。

 

　　我國高端電子裝備製造
，在芯片

、軟件、關鍵傳感器及控製器的部件上目前還受製於人
、“缺芯少魂”，在材料、製造裝備、工藝
、測試保障上與世界發達國家還有較大差距、“筋骨瘦弱”，因此
，亟待整體提升高端電子裝備製造能力和水平。

 

　　首先，應著眼長遠，高度重視高端電子裝備的集成攻堅，進一步突出其戰略意義。前沿、顛覆性技術發明，往往是工業革命的開端，而從技術應用到產業發展、生產力提升的關鍵就在於裝備製造。增強和提升數字化、網絡化
、智能化自主裝備製造實力，不僅是當下迫切需要而且事關長遠發展。

 

　　其次，在高端裝備製造業、戰略性新興產業發展上需進一步突出高端電子裝備的支撐引領與輻射帶動作用。高端電子裝備
，猶如裝備的“大腦”和“神經係統”。集中力量解決好製約高端電子裝備製造能力提升的瓶頸問題，有利於整體提升我國裝備製造的信息化
、智能化程度。

 

　　最後，應采取多元化
、多樣化發展模式，推進高端電子裝備製造在經濟、科技等多領域的滲透與深度融合。一些關鍵共性技術的突破和係統製造能力的提升，既需要基礎理論支撐、重點研發支持，也需要大量資金投入、市場機製統籌。因此，以多元化、多樣化模式發展高端電子裝備製造，是融合經濟、科技等多領域需求，促進係統化、協同化、多體係創新發展的必需
，有利於解決我國高端裝備製造受製於人的瓶頸。

 

　　來源： 新華社-《瞭望》新聞周刊

 

標簽：

 

中國工程院院士　段寶岩　國之重器

 

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