北航團隊形成氣動元件共性檢測技術,十余年制

還記得國產大飛機C919首飛的驚艷嗎?飛機平穩飛行時往往身處萬米高空空氣密度很低在機艙中卻覺得如履平地這是為什么?這個北航人給出了答案!
蔡茂林:這是因為對機艙做了密閉加壓供氧。但是條件挺苛刻的。過程控制要求精確,一旦加壓超調,機體就會報廢,加壓過程中氣溫的微小變化也會對判斷是否漏氣造成干擾。
C919、ARJ21等國產客機的機艙氣密性檢測設備控制系統,正是北航蔡茂林教授帶隊研制的。
2018年1月8日上午,中共中央、國務院在北京隆重舉行國家科學技術獎勵大會。北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院蔡茂林教授團隊聯合北京理工大學,國家氣動產品質量監督檢驗中心,無錫氣動所有限公司等單位,共同研究提出的“氣動元件關鍵共性檢測技術及標準體系”摘得國家科技進步二等獎。
機艙氣密性檢測,本質上是一種“泄漏性檢測”。流量、能效和泄漏,正是“氣動元件關鍵共性檢測技術”的三大方面。

北航團隊形成氣動元件共性檢測技術,十余年制

蔡茂林在國家科學技術獎勵大會現場
蔡茂林
教授、博士生導師
國家千人計劃特聘專家
其團隊針對我國氣動元件檢測技術及標準體系落后的問題,潛心研究十余年,形成了一套氣動元件關鍵共性檢測技術,授權發明專利45項;制修訂國家標準與行業標準共34項,構建了我國氣動元件基礎通用、產品和測試方法標準的完整標準體系,提高了我國氣動元件的檢驗檢測水平。
這項成果解決了我國氣動元件檢驗檢測中的多項關鍵技術難題,部分達到國際先進水平,提高了我國氣動元件的檢驗檢測水平,有力擎起“中國制造2025”的強國夢。
項目共獲發明45項、實用新型106項、軟件著作權10項,出版專著1本,發表SCI論文46篇、EI論文50篇,被包括IEEE/ASME Fellow在內的學者引用307次。項目先后獲得2013、2016年中國機械工業科學技術獎一等獎。
氣動元件:“工業自動化的肌肉”
什么是氣動元件?蔡茂林舉了個例子高鐵為什么乘坐體驗舒適?
這是氣動的作用。
高鐵車廂下的氣動減震彈簧,能把鐵軌高低起伏帶來的高低頻震動減小。
氣動元器件在我們的生活中幾乎無處不在。工業三大動力系統之一就是氣動系統,廣泛應用于各行業制造業的自動化及工藝控制裝備中。因此,氣動元件也被形象地比喻為“工業自動化的肌肉”。
2015年,我國提出《中國制造2025》,是實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領。小小的氣動元件作為基礎零部件,是中國制造由大變強的關鍵之一,量大面廣,是支撐高端裝備的關鍵零部件,如高鐵氣動減震彈簧及其伺服控制閥等。

北航團隊形成氣動元件共性檢測技術,十余年制

氣缸、換向閥、減壓閥等都是氣動元件,圖為一些氣動元件
氣動元件是我國“強基工程”的重點提升對象,其質量保障體系構建是發展我國先進制造技術的一個重要基礎,也是衡量一個國家制造水平及先進性的一項重要指標。
我國氣動行業的發展卻較為滯后。高性能元件全部依賴進口,造成了我國制造業大而不強。檢測技術和關鍵性能的檢測能力不足,嚴重制約著高端裝備的發展。
祖國的需要,就是北航人的選擇!
攻堅克難:“已建成完整標準體系”
蔡茂林團隊決心破解“氣動”難題。他們立足產學研合作,開展從研發、制造到使用各環節的關鍵檢測方法與技術的創新,并從事滿足高性能器件技術標準的研究。
團隊研究建立了氣動元件基礎通用、產品、方法標準構成的具有國際先進水平的完整標準體系。相關檢測項目已成功應用于航空航天等高端裝備,打破國際壟斷,有力推進了“強基工程”。
蔡茂林:以前這個行業同質化競爭很厲害,有了質量標準,對行業的規范和進步促進很大,產品出口量也在快速上升。
“在標準制定上,中國已經進入到第一陣列了。”蔡茂林自豪地說。如今,我國在相關領域的標準數量達到55項,已趕超美國和歐盟。
蔡茂林團隊十余年來制修訂標準34項,貢獻了“半壁江山”。
破舊立新:“科學只有一個答案”
全球范圍內,日本是氣動領域最為先進的國家之一。1997年,《京都議定書》在日本簽署,節能減排逐漸成為全人類的共識。
這一年,蔡茂林正在全球最大的氣動研發基地——日本SMC筑波技術中心從事氣動學習和研究。隨后,他進入東京工業大學攻讀博士學位。
在氣動能量評價理論方面,蔡茂林研究了一年多,初見成效。但他的評價方法與傳統做法相差甚大,評價數據也遠不如之前“光鮮亮麗”。全球市場占有率第一的世界氣動元件綜合制造商的技術負責人甚至約談蔡茂林,對他的研究成果表示質疑。
蔡茂林:科學只有一個答案。
哪怕被人質疑,沒有關系,要經過時間的檢驗。
2002年,蔡茂林的博士論文獲得日本流體動力系統學會學術論文獎(當年氣動領域唯一的一項)。他首創的“氣動功率(Pneumatic Power)”概念,解決了困擾氣動界多年的能量評價問題。
蔡茂林的博士論文獲得日本流體動力系統學會學術論文獎
經過多年的完善與檢驗,其團隊提出的氣動元件能效評價及其檢測方法被采納制定為我國GB國家標準(GB30833),并于2014年正式頒布實施。研究成果也被日本采納制定為日本行業標準(JFPS2018標準),蔡茂林團隊正在把它做成ISO國際標準。
蔡茂林說,自己的理論做出來,也為方便量化氣體的能量損失并診斷,從而實現產品質量提升之外、另一項澤被后世的效益:節能。
心懷報國:“發揮作用空間更大”
2006年,我國頒布“十一五”規劃綱要。這一年,蔡茂林做出了回國的決定。
“回國的原因其實很簡單,在國內我們能發揮作用的空間更大。”蔡茂林說,在70年代初石油危機和97年京都會議帶來的相繼兩次節能運動后,日本國內的基礎已經相當好。
國內卻仍存在巨大的節能空間。以空氣壓縮機為例,一年的能耗是3000多億度電,相當于全國總用電量的6%、工業總用電量的9%。“北京市一年的耗電量大概也就900億度。”蔡茂林說,“這里面節能的空間是巨大的。”
蔡茂林:在國家宣傳、政策要求下,大家對節能的重視程度越來越高。怎么把“歷史硬傷”治了,這個工作正是我們擅長的,也是我們應該給社會做的貢獻。
2006年,34歲的蔡茂林被海外直聘為北航教授、博導。在日企SMC公司兩年工作經歷,讓他的思維始終與社會脈搏相連。“所有的研發應該以服務于社會生產力的進步為終極目標,而不僅僅是寫論文。”
在校園,他從事工業空壓系統的節能研究,是基礎性科研、技術攻關及應用推廣工作。
他又不局限于書齋,而是全國奔走宣教,參加國內外學術交流及演講20余次,為全國100多家企業做過免費能耗評估與節能知識宣傳。蔡茂林團隊曾為甘肅某冶金企業做節能方案,使之日均節電量達到2.7萬度。
開枝散葉:“學科就慢慢起來了”
在中國近百年來的發展歷史進程中,無數“海歸”靠著自己的智慧和力量為祖國的建設添磚加瓦。
相較于日本東京工業大學副教授崗位優越的收入和科研生活條件,蔡茂林坦言,“當時回國的條件挺艱苦的”。但他甘之如飴,為自己能有所貢獻感到心潮澎湃。
十余年耕耘,他也培養了10余位博士生,近一半在高校工作。學生石巖以第一完成人獲得過中國機械工業科學技術獎一等獎。
在學生眼里,“蔡老師是一位‘神’一樣存在的人”,“嚴謹得讓人折服”。“蔡老師一直教誨我們腳踏實地,勤勤懇懇工作,科研沒有捷徑,更不容含糊”。石巖對自己發表的第一篇學術論文記憶猶新,“是蔡老師幫我一個字一個字改出來的”。
說起自己的學生,蔡茂林也難掩自豪之情,對他們取得的成績如數家珍。此次獲得國家二等獎,完成人名單中的石巖、許未晴、虞啟輝,均是以北航博士生身份參研。研究氣動技術,制定行業規范,宣教企業節能,培育有生力量……蔡茂林學以致用,篤定前行,把論文寫在祖國大地,為擎起“制造強國夢”做出了深遠貢獻。
北航人的腳步,永不止息!
(原題為《這個北航人制定了行業標準,他的研究和我們生活息息相關!》)

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