作者:温才妃 来源:中国科学报 发布时间:2018/9/18 10:33:50
选择字号:
北化英蓝实验室:产学合作协同育人新实践

 

▲杨卫民(右)指导北化学科交叉班学生发明激光隧道超高温石墨化反应器,使高分子基碳纤维“浴火重生”。

▲在“中国塑机创新人才培养基地”启动仪式上,谢鹏程介绍企业捐赠的机器。

9月12日,在苍茫的大山掩映下,中国塑机创新人才培养基地在北京化工大学昌平校区正式启动。19家塑机企业代表佩戴红花、面露喜色,纷纷在本企业所捐赠的机器前驻足、合影。当天,他们共同见证了价值800余万元的高端装备落户北化,以及泰瑞机器股份有限公司捐赠1000万元用于支持北化教育事业发展。

塑料加工装备是现代制造业中的重要工业母机。中国塑料机械行业带动上游原料和下游制品加工业总产值超过4.5万亿元/年,成为国民经济的重要支柱产业。经过50多年的发展,中国塑料机械行业生产总量连续17年位居世界第一。目前中国塑机数量占全世界50%以上,销售收入超过40%,出口遍布世界180多个国家。

北京化工大学塑料机械专业是与学校同龄的传统优势专业,历经60年的建设和特色研究,为中国塑料机械行业培养了大批专业人才,为行业迅速发展起到了骨干支撑作用。而要说到它的故事,就不得不提北化高分子材料加工成型与先进制造英蓝实验室。

致力高分子材料加工成型与先进制造

英蓝,得名于北化机电工程学院院长、高分子材料加工成型与先进制造学科带头人、长江学者杨卫民。“取义英才的摇篮、雄鹰翱翔的蓝天。”

实验室围绕高端装备制造和新材料两大战略新兴产业发展的国家重大需求,在高分子材料加工成型高端装备领域系统开展高分子材料精密成型原理及装备、高分子材料加工成型重大关键装备、高分子材料加工成型微纳制造装备以及强化换热节能技术与装备的研究。

团队成员、教授谢鹏程告诉《中国科学报》记者,英蓝团队在杨卫民的带领下,首次提出了“高分子材料微积分加工”的新思想:通过对聚合物熔体微尺度分割和微单元叠加制造精密塑料制品和微结构复合材料。在注射成型、静电纺丝、纳米复合材料制备、3D打印成型等多方面取得突破,发明了熔体微分注射和挤出成型方法与装备、熔体微分静电纺丝方法与装备、熔体模内微积分叠层纳米复合材料制备方法与装备以及熔体微滴堆积3D打印成型方法及设备等,原理样机均已研制成功并进入产业化开发阶段。

智能注塑机的研发是团队目前开展的一项重要工作。在成千上万次周期性循环的注塑成型过程中,最重要的是保证产品的重复精度,就像打靶不仅要确保打到10环,还要保证每枪都是10环。“现有注塑机并不具备及时感知外部干扰条件的能力,更不用说及时采取应对措施对冲外部扰动,因此无法最大程度地保证产品的重复精度。目前,我们已在智能注塑机研发中取得突破,能够使注塑机形成自感知、自决策及自执行的智能闭环赋能体系。”谢鹏程说。

艰难岁月中打响行业知名度

与今日辉煌相比,是昔日创业的艰难。

2002年杨卫民从日本学成归来,当时科研攻关还只能在一幢被称为“小炮楼”的古老建筑里开展。在这幢楼里,第一台由企业捐赠的“力劲”牌注塑机已经在此静静地躺了两年。上世纪70年代末80年代初,北化塑机人就已经在业界建立了良好口碑,成为行业科技攻关的中流砥柱。然而,2000年后出现了人才接续的断层,老教授纷纷退休,年轻人尚未成长起来。

杨卫民在此时艰难接力,成为传承的中坚力量。条件艰苦、要攻克的难题众多,那么,就从眼前一步步做起。他把视线对准了那台捐赠的注塑机,从前注塑成型过程都被包裹在封闭的金属模具内,看不到制造过程也就无从得知制品缺陷产生机理,并针对性地解决问题。为此,他提出用石英玻璃构建“透明”模具的思路,将注塑成型由“暗箱操作”转变为“阳光工程”,为成型高精度塑料制品提供了科学依据。

谢鹏程那时还是杨卫民的博士生,据他回忆,耐高温、高压的石英玻璃十分难买且加工制造困难,更重要的是,石英玻璃相比钢材始终属于易碎品。当时一块石英玻璃的市价是2000元,即使尽力避免破损,也免不了几天就碎掉一块。“科研经费不足、实验条件有限,我那时还是新手,每天怀着复杂的心情工作。”

就这样坚持了一年多,他们最终克服重重困难,在行业中获得认可。“打响知名度的正是艰难岁月中所取得的科研成果。”谢鹏程至今仍对这段经历心怀感激,在那之后,他们陆续被行业关注,逐步打开了局面。

不久后,他们又迎来一个好消息——实验室与行业龙头企业海天塑机集团合作,获得了团队的第一个科技部支撑计划项目。谢鹏程清楚地记得,“杨老师带着为数不多的研究生,自豪地说道:‘同学们,祝贺你们已经进入了科学研究的国家队。’”2011年,该项目成果“精密塑料成型技术与装备的研发及产业化”荣获国家科技进步奖二等奖。

“放养”充分释放学生自主创新能力

2007年科技部支撑计划立项,谢鹏程开始承担项目撰稿人、组织者等重要角色,那时他刚刚完成博士向教师的身份转变,项目参与者中,他的资历最浅。

一个重大项目交由青年教师推动,在当时很多人看来不可思议。但杨卫民却认为,导师带学生有两种方式,一种方式是手把手传授,另一种方式则是“放养”。“放养”并不是不管不顾,而是尽可能为学生提供机会、平台,真正发挥他们的自主性。

让新手独当一面,谢鹏程只是一个开始。由学生创业团队研发的纳米长纤维防雾霾口罩,相对市面产品不仅性能更好,而且可以整体水洗。创业团队中多数人所学专业与纳米口罩并不一致。杨卫民非但没有压抑大家的创新思想,还鼓励大家说:“只要有兴趣,我就支持。”同学们想开网店,团队就提供人力和资金支持。

“放养”带来了奇效。实验室多名学生连续5年获得国家奖学金,连续3年获得北化最高奖学金——校长奖。值得一提的是,实验室所有获得校长奖的学生,拿到的都是产业型校长奖。就连清华大学、北京理工大学的评审专家也对团队中的博士生刮目相看,因为他们不光搞基础理论研究,还真正让技术落地。

与此同时,由北化校长、中国工程院院士谭天伟亲自推动的“学科交叉人才培养计划”,更是积极营造环境,把最优秀的本科生聚集起来,让他们及早进入科研状态。

谢鹏程的第一个博士生杨华光,也是北化首届学科交叉班学生。他曾在本科期间获得首届中国大学生高分子材料创新创业大赛金奖,这是他获得的第一个校外奖项,之所以获奖离不开学科“交叉”——队员由机电、信息、经管、材料专业本科生组成。

阎华是英蓝历届学科交叉班班主任,她对班内两名大三学生用玻璃管做高强度碳纤维实验,最后做出中试设备记忆犹新。“杨老师为他们的作品起名‘浴火重生’,不仅形象地表征了实验过程,也将做科研的艰辛蕴含其中。”

立志把金工实习升级为高工实习

近20年过去,谢鹏程已经是一名老塑机人。在他的脑海中,始终有一个清晰的画面:一个人在企业加班实验时,车间中仅留的一束灯光打在实验机台上,机器不知疲倦地反复开合。亲身经历让他体会到,工科院校的人才培养、科学研究一定要与生产中的实际需求相结合,创新研究成果才能“接地气”。

对于育人模式的探索与创新,他们始终都在坚持。从前工科生生产实习都由教师带队去企业,但由于路途遥远不易组织,能够完成的教学工作十分有限。破解这一难题成为高校和企业共同的关注点。

2016年,他们与中国塑料机械工业协会,一同来到行业最具代表性的德国亚琛工业大学塑料加工研究院(IKV)展开调研。出乎意料的是,IKV主席却道出了一个“幸福的烦恼”,原来欧洲顶尖设备厂商都希望把设备放到IKV来,通过产学研合作的方式研发行业创新前沿技术,但由于地方有限无处放置,IKV只能委婉拒绝。

一行人听后很受触动,“经过几十年的发展,中国的注塑机在许多原始创新上与全世界并跑甚至开始领跑,尤其在未来汽车电动化、轻量化进程中,和欧美日同步进入无人区。要想实现塑机领域的技术领先,唯有加大塑机企业与国内科研机构的深度合作这一条出路。”中国塑料机械工业协会常务副会长粟东平感慨道。

在粟东平的大力推动下,从2018年6月启动到如今正式落户北京化工大学昌平校区,短短三个月内,19家企业捐赠的30余台套塑机高端装备远超当初预期。

“几乎所有的工科生都会经历金工实习环节,但随着以高分子材料加工为代表的现代制造业的迅猛发展,如果我们止步不前,就势必造成人才培养与产业需求的严重脱节,金工实习一定要升级为高工(高分子材料加工)实习!通过与行业协会共建面向‘先进制造’领域的创新人才培养基地,形成围绕产业链、创新链的产学协同育人模式的‘北化实践’,必将对‘新工科’建设过程中人才培养体系的重构具有重要借鉴意义。”这是谢鹏程的决心。

同样,这也是以泰瑞为代表的塑机企业大力支持的事。泰瑞技术中心总监周宏伟就是伴着第一台捐赠注塑机成长起来的“老北化人”,看到敞亮的车间、各式各样的机器,他的心中自豪感油然而生,“行业壮大后反哺人才培养、科学研究,这是企业、校友义不容辞的责任”。

中国塑料机械工业协会向行业全体会员企业发出倡议:“将我们现有的主流和创新设备放在北化中国塑机创新人才培养基地,以产、学、研相结合的模式,为所有参与企业提供一个‘永不落幕的展示和研究平台’,让今天校园里的莘莘塑机学子早日成长为明天企业的技术骨干。”

《中国科学报》 (2018-09-18 第8版 科创)
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

目前已有0条评论
相关新闻 相关论文

图片新闻
天上没交警、卫星多,怎样避免出“车祸” 科学家在噬菌体抑菌机制领域取得进展
中科院南海海洋所发现“皇冠”分子 植物防晒分子新激发态超快能量驰豫机理
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐