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林忠钦:坚持需求导向的工程实践者

——记中国工程院新增院士林忠钦

  1977年,林忠钦从四川偏远农村走进上海交大;10年后,他在这里获得了博士学位,留校工作。上海交大是他人生中一道亮丽而深邃的风景,成为生命里奋发成长的见证。如今,他成为一位中国工程院院士。林忠钦一直说,是国家政策提供的机遇成就了他,是学校求实创新的文化培养了他,所有的成绩都比不上自己的研究成果能为国家经济建设发挥作用来得重要。

  国产汽车板从“用不上”到占主导

  林忠钦的科研工作坚持以需求为导向,他一直在问三个问题“工程需求是什么、别人为什么没有研究、技术如何在实际工程中应用?”

  20世纪的最后十年,我国汽车工业在大发展中迎来了技术瓶颈。国产汽车板能不能替代进口,高强汽车板能不能批量应用,复杂覆盖件低成本高质量成形制造技术难关能不能攻克?这些不仅决定着汽车行业的发展,还影响着钢铁工业的进步。汽车板在轿车的设计与制造中占有非常重要的地位,是钢铁工业的高端产品,有关汽车板的核心技术肩负着促进两个行业发展的重任。

  长期依赖进口汽车板的我国汽车工业,到了上世纪90年代中期终于可以用上国内钢铁企业批量生产的汽车板,但板材仍难以满足汽车用户的个性化需求。1997年,林忠钦的科研团队与宝钢开始了合作开展汽车板使用技术研究。那时仿真技术在薄板冲压领域的应用刚刚起步,林忠钦迎难而上,对板料冲压成形进行建模分析。随着科研的深入,先进的技术和丰硕的成果逐渐让企业转变观念、加大了对技术革新的支持。

  随着“宝钢-上海交大汽车板使用技术联合实验室”的建立,林忠钦团队应用仿真技术建立了覆盖件冲压工艺参数库,有效地解决了困扰我国多年的汽车板质量问题,“牌号供货”转变为“零件供货”模式,并为汽车企业由粗放选材向精细化选材转变提供关键技术,有效地推动了国产汽车板替代进口汽车板的进程。

  新世纪到来,我国汽车产量大幅增长,汽车用钢产量也快速上升。为满足车身轻量化的要求,高强钢板的应用日益增多。这又是一个困扰两个行业的工程问题,林忠钦的课题组马上组成团队,奔波于汽车厂和钢铁厂之间,结合国产高强钢板材料性能,建立了冲压成形工艺稳健设计技术,推动了国产先进高强钢板的批量应用,解决了复杂覆盖件低成本条件下成形质量稳健控制问题,完善了汽车板精益成形技术体系和方法。林忠钦和他的团队通过技术攻关将生产和需求紧密的结合起来,并形成了积极互动,为汽车企业和汽车板生产企业架设了技术桥梁。

  “2mm”撑起中国轿车车身制造高质量

  惊人的发展速度让我国汽车工业的产销量已位居世界第一,丰富多样的各类轿车产品已经广泛进入了老百姓家庭。

  20年前,中国汽车工业还处于普桑、捷达、富康等合资轿车产品引进消化吸收阶段,产品制造质量与国外相比差距很大。尤其是作为整车骨骼的车身制造,影响着整车安全、美观和可靠。制造水平的落后严重制约了我国汽车工业的发展。

  车身制造质量的控制成为林忠钦团队面临的又一个难题。林忠钦结合国外先进制造技术、国内汽车工业制造特点,根据大量工程实践积累以及工程统计学理论与车身制造质量要求提出了“中国汽车工业2mm工程”。

  工程问题的科研成果必须回到工程实践中去不断检验和完善,而唯有在第一线才能获得最可靠的数据。林忠钦带领科研团队到上海、沈阳、烟台、柳州、长春等各地汽车企业生产一线开展工程实践研究,针对企业实际生产质量问题开展重点攻关,解决了百个典型质量问题。

  十多年来,林忠钦所建立的“中国汽车工业2mm工程”先后在上海大众、上汽荣威、上汽通用五菱等30多个车型中得到成功应用和推广,多个车型产品质量达到国际先进水平,为我国汽车工业提升制造能力和国际市场竞争力做出了贡献。为此,林忠钦获得了国家科技进步二等奖、中国汽车工业科技进步一等奖、中国高校-大型企业合作科技创新十大案例等多项奖励。

  引发国际同行关注的“数字化封样技术”

  轿车车身、飞机机身是由成百上千个薄板件装配而成的,这项工艺的设计长期以来依赖的是经验的积累并通过大量试制样车进行不断的修正。受制于国外企业的技术和经验垄断,国内的汽车生产企业在新产品自主开发上遇到了试制周期长、装配质量差和开发成本高等严重的制约因素。  

  行业的难关就是科研工作者的命令,林忠钦很早就关注到薄板装配工艺设计这一国际性难题,于2001年提出了薄板产品装配工艺的“数字化封样”方法。其核心思想是利用数字化手段来模拟车身装配过程,通过计算机确定最优装配方案,用计算机中的数字化样车替代实物样车的拼装。通过机械、材料和力学等多学科交叉的深入研究,林忠钦系统性解决装配工艺中多项关键理论和技术问题,自主开发了用于薄板装配工艺建模、分析、测试、调整等核心软硬件装备。为变革装配产品工艺设计方法、减少实物样车试制、缩短开发周期开拓了新的思路。

  美国通用汽车公司对林忠钦提出的数字化封样产生了浓厚的兴趣,决定设立探索性课题。但林忠钦却并不满足于“探索”,他瞄准企业工程需求,坚持在理论研究基础上形成工程化软件,应用到企业生产中。经过一年多的努力,不仅发表了高水平论文,在企业中的应用也得到了很好的反响,通用公司与林忠钦围绕这个课题又持续进行了5年的合作,成果支持了通用在中国4个工厂的生产。

  近十年来,林忠钦带领科研团队在不断深化理论研究的同时,长期深入企业研发实践一线,开展产学研合作,取得了显著的效果。使得企业实现了新产品车身装配工艺设计与试制的自主能力,而且使开发周期、研制成本和装配精度等综合指标达到了世界先进水平。为此,林忠钦团队第三次获得国家科技进步二等奖。

  瞄准国际前沿的产学研结合

  解决工程问题,就要让企业、高校、研究单位等形成良好的合作,而需求就是其中的纽带。这样的合作不仅解决了工程问题,更解决了行业发展的问题。

  2000年,美国通用汽车公司在林忠钦实验室建立了亚太地区第一个汽车车身制造技术卫星实验室,成为上海通用、上汽通用五菱等合资企业提供技术支撑基地,多个新车型车身制造质量达到了先进水平。通用又与EDS、SUN等公司建立了亚太地区第一个PACE(Partner of Advancement of CAD/CAM/CAE Education)中心,为汽车车身数字化开发提供了一流研发平台;2008年车身制造技术卫星实验室升格为中国唯一的先进制造技术联合实验室(CRL),成为美国通用汽车公司制造领域超前研究的重要力量。而与宝钢集团、上汽集团、长安集团、柳州五菱汽车、唐山轨道客车、上海飞机制造厂等企业的合作,为产品开发和质量控制提供了有力支撑。

  林忠钦带领研究团队围绕汽车制造行业需求,探索以汽车制造为载体的汽车企业、钢铁企业、高等学校产学研合作新模式,为推动汽车车身制造技术发展坚持不懈努力。

  其乐融融的大家庭

  林忠钦是严谨的科学工作者,又是位亲切的师长。每一位正在或曾经工作生活在他科研团队的人都会感到这是一个其乐融融的大家庭。而现在,这个大家庭的成员不仅分布到国内汽车制造相关企业、高校、研究单位,还已经走进了国际汽车制造领域。

  从1996年,林忠钦组建团队时的3、5个人、2万元科研经费,到现在的24名团队成员、数字化汽车车身工程重点实验室、美国通用制造技术合作实验室等一批重要实验室。15年间,从这里走出了260余名博士、硕士。

  “创建世界一流的研究团队”这是林忠钦的目标。在这样的目标下,团队以车身制造领域研究为主干,各研究方向为分支,明确团队中各人的学术方向,突出个人特点,每个人的工作既相对独立又有交叉,重点在原创基础性研究和行业前瞻性研究。

  有活力的团队关键在于年轻人。国家自然基金对年轻科研工作者的科研起步有着重要的作用,林忠钦亲自组织课题组与青年教师一起讨论申报,这对年轻人的成长,起到非常好的作用。现在,团队成员中每个人都有一个以上的国家自然基金。

  作为一名党员,林忠钦常跟团队成员说:“党员把钱看重了,别人就把你看轻了”。 他把自己获得的蒋氏基金、何梁何利创新奖、通用中国科技成就奖的奖金全部交给课题组,用于支持科研工作。

  培养顶天立地人才

  林忠钦常说,研究生的培养要“顶天立地”。“顶天”,是在自己所从事的研究方向,对工业界和学术界的情况比较熟悉,有独特的理论和技术,能解决其中若干关键技术和难点;“立地”,是要明确工业界所需要的先进技术,每位博士和硕士研究生掌握所在研究方向的工业界所需要的基本技能,要切实和工程实践结合。他培养了硕士、博士、博士后71人,半数都已成为高校科研和国家骨干企业的中坚力量。

  林忠钦常常对学生说“品牌意识”,也就是进入团队学习,毕业出去就要有品牌效应,“夯实基础,严谨求学,立足应用,扎根实际,务求超越”。 周六和周日是他和学生们见面最多的时间,听取学生的课题进展报告,提问题、理思路、出主意。“你的论文在做完之后和没做之前,在哪些方面有进步?没有你的论文工作,是不是工程上一定行不通?” “博士论文就是学术的艺术品,尤其要精雕细琢,要再好,再好,更好!” “没有捷径可走,只有苦干和多干,拿出一周工作70小时甚至80小时的工作劲头来,认准一个方向,就一定会做出成绩来”。林忠钦的学生都受到这样的教诲。

  2010年林忠钦获得“长江成就奖”,他把100万奖金全部捐献出来,成立了上海交通大学“长江思源奖助金”,用于奖励机械与动力工程学院在学习和科技创新方面表现优异的本科生和研究生。当有老师建议用个人名字命名奖学金时,他说:“我是一名交大人,饮水思源的校训不能忘,取思源之词不忘母校之恩”。

  从在四川当知青到考入上海交大,从力学的理论研究到与市场联系紧密的汽车车身控制研究,从访学澳大利亚到回到母校,林忠钦在每次面临重大选择时总是很清楚自己的目标。林忠钦说:“要说才智,许多人都比我强。能够取得一点成绩,我觉得还是因为早早认定了一个目标,从没有离开和松懈过。而更重要的原因是党和国家给了我发展的机遇,上海交大培养了我”。