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这个北航人制定了行业标准,他的研究和我们生活息息相关!
王强 2018-03-20
导语

“在标准制定上,中国已经进入到第一阵列了。”

还记得国产大飞机C919首飞的惊艳吗?


飞机平稳飞行时,往往身处万米高空,空气密度很低,在机舱中却觉得如履平地,这是为什么?

这个北航人给出了答案!

这是因为对机舱做了密闭加压供氧。但是条件挺苛刻的。过程控制要求精确,一旦加压超调,机体就会报废,加压过程中气温的微小变化也会对判断是否漏气造成干扰。

C919、ARJ21等国产客机的机舱气密性检测设备控制系统正是北航蔡茂林教授带队研制的。

图:蔡茂林教授

2018年1月8日上午,中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院蔡茂林教授团队联合北京理工大学,国家气动产品质量监督检验中心,无锡气动所有限公司等单位,共同研究提出的“气动元件关键共性检测技术及标准体系”摘得国家科技进步二等奖。

机舱气密性检测,本质上是一种“泄漏性检测”。流量、能效和泄漏,正是“气动元件关键共性检测技术”的三大方面。

图:蔡茂林在国家科学技术奖励大会现场

蔡茂林教授也是国家千人计划特聘专家,其团队针对我国气动元件检测技术及标准体系落后的问题,潜心研究十余年,形成了一套气动元件关键共性检测技术,授权发明专利45项;制修订国家标准与行业标准共34项,构建了我国气动元件基础通用、产品和测试方法标准的完整标准体系,提高了我国气动元件的检验检测水平

这项成果解决了我国气动元件检验检测中的多项关键技术难题,部分达到国际先进水平,提高了我国气动元件的检验检测水平,有力擎起“中国制造2025”的强国梦。

项目共获发明45项、实用新型106项、软件著作权10项,出版专著1本,发表SCI论文46篇、EI论文50篇,被包括IEEE/ASME Fellow在内的学者引用307次。项目先后获得2013、2016年中国机械工业科学技术奖一等奖。

▍气动元件:“工业自动化的肌肉”

什么是气动元件?

蔡茂林举了个例子,高铁为什么乘坐体验舒适?

这是气动的作用。高铁车厢下的气动减震弹簧,能把铁轨高低起伏带来的高低频震动减小。

气动元器件在我们的生活中几乎无处不在。工业三大动力系统之一就是气动系统,广泛应用于各行业制造业的自动化及工艺控制装备中。因此,气动元件也被形象地比喻为“工业自动化的肌肉”。

2015年,我国提出《中国制造2025》,是实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。小小的气动元件作为基础零部件,是中国制造由大变强的关键之一,量大面广,是支撑高端装备的关键零部件,如高铁气动减震弹簧及其伺服控制阀等。


气缸、换向阀、减压阀等都是气动元件,图为一些气动元件

气动元件是我国“强基工程”的重点提升对象,其质量保障体系构建是发展我国先进制造技术的一个重要基础,也是衡量一个国家制造水平及先进性的一项重要指标。

我国气动行业的发展却较为滞后。高性能元件全部依赖进口,造成了我国制造业大而不强。检测技术和关键性能的检测能力不足,严重制约着高端装备的发展。

▍攻坚克难:“已建成完整标准体系”

蔡茂林团队决心破解“气动”难题。他们立足产学研合作,开展从研发、制造到使用各环节的关键检测方法与技术的创新,并从事满足高性能器件技术标准的研究。

团队研究建立了气动元件基础通用、产品、方法标准构成的具有国际先进水平的完整标准体系。相关检测项目已成功应用于航空航天等高端装备,打破国际垄断,有力推进了“强基工程”。

蔡茂林教授表示:以前这个行业同质化竞争很厉害,有了质量标准,对行业的规范和进步促进很大,产品出口量也在快速上升。

在标准制定上,中国已经进入到第一阵列了。”蔡茂林自豪地说。如今,我国在相关领域的标准数量达到55项,已赶超美国和欧盟。

蔡茂林团队十余年来制修订标准34项,贡献了“半壁江山”。

破旧立新:“科学只有一个答案”

全球范围内,日本是气动领域最为先进的国家之一。1997年,《京都议定书》在日本签署,节能减排逐渐成为全人类的共识。

这一年,蔡茂林正在全球最大的气动研发基地——日本SMC筑波技术中心从事气动学习和研究。随后,他进入东京工业大学攻读博士学位。

在气动能量评价理论方面,蔡茂林研究了一年多,初见成效。但他的评价方法与传统做法相差甚大,评价数据也远不如之前“光鲜亮丽”。全球市场占有率第一的世界气动元件综合制造商的技术负责人甚至约谈蔡茂林,对他的研究成果表示质疑。

蔡茂林教授表示科学只有一个答案。哪怕被人质疑,没有关系,要经过时间的检验。

2002年,蔡茂林的博士论文获得日本流体动力系统学会学术论文奖(当年气动领域唯一的一项)。他首创的“气动功率(Pneumatic Power)”概念,解决了困扰气动界多年的能量评价问题。

图:蔡茂林的博士论文获得日本流体动力系统学会学术论文奖

经过多年的完善与检验,其团队提出的气动元件能效评价及其检测方法被采纳制定为我国GB国家标准(GB30833),并于2014年正式颁布实施。研究成果也被日本采纳制定为日本行业标准(JFPS2018标准),蔡茂林团队正在把它做成ISO国际标准。

蔡茂林说,自己的理论做出来,也为方便量化气体的能量损失并诊断,从而实现产品质量提升之外、另一项泽被后世的效益:节能。

心怀报国:“发挥作用空间更大”

2006年,我国颁布“十一五”规划纲要。这一年,蔡茂林做出了回国的决定。

回国的原因其实很简单,在国内我们能发挥作用的空间更大。”蔡茂林说,在70年代初石油危机和97年京都会议带来的相继两次节能运动后,日本国内的基础已经相当好。

国内却仍存在巨大的节能空间。以空气压缩机为例,一年的能耗是3000多亿度电,相当于全国总用电量的6%、工业总用电量的9%。“北京市一年的耗电量大概也就900亿度。”蔡茂林说,“这里面节能的空间是巨大的。”

蔡茂林表示:在国家宣传、政策要求下,大家对节能的重视程度越来越高。怎么把“历史硬伤”治了,这个工作正是我们擅长的,也是我们应该给社会做的贡献。

2006年,34岁的蔡茂林被海外直聘为北航教授、博导。在日企SMC公司两年工作经历,让他的思维始终与社会脉搏相连。“所有的研发应该以服务于社会生产力的进步为终极目标,而不仅仅是写论文。


图:蔡茂林在企业指导研发

在校园,他从事工业空压系统的节能研究,是基础性科研、技术攻关及应用推广工作。

他又不局限于书斋,而是全国奔走宣教,参加国内外学术交流及演讲20余次,为全国100多家企业做过免费能耗评估与节能知识宣传。蔡茂林团队曾为甘肃某冶金企业做节能方案,使之日均节电量达到2.7万度。

开枝散叶:“学科就慢慢起来了”

在中国近百年来的发展历史进程中,无数“海归”靠着自己的智慧和力量为祖国的建设添砖加瓦。

相较于日本东京工业大学副教授岗位优越的收入和科研生活条件,蔡茂林坦言,“当时回国的条件挺艰苦的”。但他甘之如饴,为自己能有所贡献感到心潮澎湃。

图:日本SMC株式会社社长高田芳行来参观实验室,蔡茂林介绍科研成果

十余年耕耘,他也培养了10余位博士生,近一半在高校工作。学生石岩以第一完成人获得过中国机械工业科学技术奖一等奖。

在学生眼里,“蔡老师是一位‘神’一样存在的人”,“严谨得让人折服”。“蔡老师一直教诲我们脚踏实地,勤勤恳恳工作,科研没有捷径,更不容含糊”。石岩对自己发表的第一篇学术论文记忆犹新,“是蔡老师帮我一个字一个字改出来的”。

说起自己的学生,蔡茂林也难掩自豪之情,对他们取得的成绩如数家珍。此次获得国家二等奖,完成人名单中的石岩、许未晴、虞启辉,均是以北航博士生身份参研。


图:蔡茂林的博士导师、日本东京工业大学教授香川利春来访

研究气动技术,制定行业规范,宣教企业节能,培育有生力量……蔡茂林学以致用,笃定前行,把论文写在祖国大地,为擎起“制造强国梦”做出了深远贡献。

(本文来源:北京航空航天大学微信公众号;)

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  • 机舱气密性
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作者 王强

硕士研究生

西北工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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