关注我们
学术桥-订阅号
学术桥-小程序

段正澄:一生机械情 拳拳报国心

2021-06-03 中国科学报

60多年来,段正澄用毕生所学致力于科研创新,用师者风范悉心教书育人,用敬业奉献带领学术团队。

  ■郝日虹

  60多年来,段正澄用毕生所学致力于科研创新,用师者风范悉心教书育人,用敬业奉献带领学术团队。他曾写下朴实无华的“自律自勉”之言:“紧密结合实际,求真务实,为我国机械制造加工技术与装备的创新发展尽微薄之力。”而这也正是段正澄学术人生的真实写照……

  段正澄(1934—2020)

  机械制造与自动化专家,中国工程院院士。江苏省镇江人。1957年毕业于华中工学院(现华中科技大学)机械系,毕业后留校任教,1979年起担任该校机械自动化教研室主任,1985年晋升为教授。

  在60多年科教生涯中,段正澄始终坚持深入一线与企业合作,以机械制造与自动化学科为基础,面向国家重大需求,注重与新领域技术结合,进行多学科交叉融合,开展高端装备的创新研究和工程化开发,在我国自动化加工技术与装备领域发展的不同阶段取得了一批重要的创新性成果——主持研发我国首条“连杆称重去重生产线”,参与设计国内首条“曲轴动平衡自动生产线”,解决了第二汽车制造厂建厂急需;在国内率先突破曲轴数控高速磨削加工的核心技术和工程化瓶颈,成功研发我国首台拥有自主知识产权的数控曲轴磨床,并经过30多年的努力,进行了一系列工艺创新、机械系统结构创新和磨削过程控制创新,主持研发了三代6种型号的数控曲轴磨床,填补国内空白;组建了国内最早的机械科学与激光技术相结合的科研团队,研发了采用激光切割预加工待焊板边的新工艺,解决了切割头和焊接头自动更换的光路复用难题,创造了在同一台机床上进行激光切割—焊接组合加工的新方法;将机械科学与放疗医学相结合,开展了对焦点大小实时调整、病灶三维精确定位、有效辐照防护及单源活度测量等核心技术及机械结构的攻关,研发了世界首台全身伽马刀。

  其科研成果获1978年全国科学大会奖2项,国家科技进步奖一等奖1项、二等奖3项等,2011年获湖北省科学技术突出贡献奖;授权专利24项(发明专利12项),发表论文217篇;主编《光机电一体化》、参编《机械工程手册》,主、参编教材5本;先后被评为全国优秀教师、湖北省劳动模范等。

  求学路

  终圆儿时“机械梦”

  1934年6月15日,段正澄出生在江苏省镇江市。虽然并非书香门第,但其父母都读过私塾,两人深知读书的重要性,对于孩子的教育非常重视。

  1938年,4岁的段正澄进入私塾开始读书。彼时的私塾,学的是“四书五经”。因此,段正澄的启蒙教育是从学习中国传统经典开始的。中国传统优秀文化在段正澄成长过程中,对他的品格修养、治学态度、为人处世等有潜移默化的滋养。

  1941年,段正澄进入江汉里初小,成为了一名小学生。因为考试成绩优异,他直接跳过一年级,从二年级开始读。在这里读了3年后,1944年,段正澄升入镇江县小码头小学就读,正是在这一年,段正澄的“机械梦”在一个不经意的瞬间被“点燃”。

  那一年,段正澄对一家德国人开的面粉厂产生了浓厚兴趣。这家面粉厂与段正澄家只隔着一条20多米宽的小河,厂房建得非常气派,是一栋6层楼房。他的一个同学是这家面粉厂职工的孩子,时常带着段正澄和其他同学到面粉厂里面玩。

  因此段正澄见到了面粉的整个生产过程:小麦被电机拉到六楼,逐层向下运送,每一层都有加工设备,经过各种机器的一系列加工,到了一楼,小麦就变成了面粉和麸皮。这种神奇“变身”令10岁的段正澄非常着迷,他一下子感觉到机械很有意思,希望自己长大后能够研究这个。

  从此,段正澄更加勤奋努力,成绩一直保持在班级前三名。1947年,他考上了当地最好的初中——镇江县初级中学。中学时期,段正澄的学习成绩始终名列前茅。1950年,他考入江苏省四大名校之一 ——镇江中学。两年后,因父亲的公司搬迁到武汉汉口,全家也随之搬去,正值高三的段正澄转学到湖北省汉阳高级中学(现汉阳三中)就读。

  转学后的段正澄依然成绩优异,特别是物理,更是出类拔萃。当时教他的物理老师非常希望他能够报考物理专业。只不过,段正澄心中早有打算——他始终惦念着儿时的“机械梦”。填报高考志愿时,他的第一志愿很笃定,选择了华中工学院(现华中科技大学)的机械工程系。

  1953年,19岁的段正澄成为华中工学院成立后招收的第一届大学生,就读于机械工程系金属切削机床与工具专业,向着儿时的“机械梦”迈出了坚实的一步。1955年,随着院系调整,该专业合并到机械制造专业,而后,机械制造专业又与自动化技术专业整合,成为机械制造与自动化专业。自此,这个领域成了段正澄深耕一辈子的科研沃土。

  挑大梁

  两条生产线解燃眉之急

  1957年,成绩优异的段正澄毕业留校,成为华中工学院机械系的一名教师,从此扎根喻园,一干就是60多年。

  留校之后,初入科研之门的段正澄早已酝酿出自己的研究思路——把机械和电气合起来,在制造及自动化领域开展相关研究。因此,在留校后的一两年内,他恶补了7门电气工程方面的功课。事实证明,这种“自我充电”对他之后的研究颇有助益。

  1958年,段正澄开始做课题,正式踏上了科研之路。他先后到湖南省株洲市国营第331厂、河南省洛阳市第一拖拉机制造厂、黑龙江省哈尔滨市东北机械第十四厂等多个工厂,参与生产设备技术改造。

  尽管改造生产设备并非易事,但能够将学到的知识付诸实践,解决实际问题,这一切都是段正澄乐见其成的。他边做边学、边学边做,深入工厂一线将理论结合实践,不断积累经验,一步一个脚印地成长。

  在他看来,对于机械制造及自动化而言,书本上的知识学得再多,如果不能付诸实践,转化成生产力,面向现实需求,研究价值便会大打折扣。

  “坚持把科研写在工厂里”——在科研起步阶段,段正澄的治学理念正在逐渐形成。

  1968年,为了解决第二汽车制造厂(现东风汽车集团有限公司,以下简称二汽)创建初期关键生产设备的研发需求,段正澄和同事带领学生在上海第五机床厂,一待就是7年,其间通过不懈努力攻克了不计其数的难题。

  当时,由于所需资料难以查找,可供参考的生产线也无处可寻,研发难度可想而知。第一次挑大梁的段正澄明知难度很高,却没有退缩,而是披荆斩棘,坚定地向着既定目标挺进。

  最终,段正澄主持研发出国内首条用以提高加工精度和产量、采用复杂多工序自动加工的“LXQA型连杆称重去重生产线”,参与研发出国内首条“QDX—1型曲轴动平衡自动线”,填补了国内空白,解了国家的燃眉之急。

  这两条生产线于1978年分别获得全国科学大会奖,在二汽使用20多年效果良好,并被我国首部“机械工程手册”和多本教材编录。

  经过这两条高难度生产线的历练,段正澄更坚定了“注重科研创新”的理念和决心。他希望自己的研究是一个“从无到有”的过程,而不是简单地低水平重复,尽管其间需要付出的心血和精力是常人难以想象的,他依然愿意倾其一生,一次又一次向未知领域发起挑战。

  零起步

  “数控曲轴磨床”填国内空白

  曲轴,作为汽车发动机中最重要的零件之一,直接影响着发动机的性能。评价一部汽车品质的优劣,很大程度上取决于曲轴等关键零件。然而直至上世纪70年代末,由于我国缺乏生产曲轴的先进加工设备,生产不出高品质的曲轴,曲轴生产依然是制约我国汽车发动机行业发展的一大难题。

  段正澄了解到,当时国内的高速曲轴磨床全部依赖于国外进口,属于“卡脖子”的高科技产品,且价格十分昂贵……面对国家需要和产业需求,段正澄决定带领团队朝这个方向迈进——研发数控曲轴磨床。

  然而,当时国内还没有一台数控机床,也没人知道什么叫“数控”,更没人了解数控曲轴磨床是干什么用的。

  科研就像一口不知深浅的井,只青睐那些执着追求、挖掘不止的人。迎难而上的段正澄梳理了当时世界曲轴生产的先进工艺,分析了团队能够从哪些方面赶超,率先提出了研发“高速数控曲轴连杆颈磨床”的想法,并完成了项目可行性报告。

  从1977年起,段正澄带领团队开始做调研,先后细致地做了14种重要实验,设计出的图纸不下千份。从设计方案到制造样机,段正澄从头跟到尾,跟孝感机床厂的工人同吃同住。研究过程中每每遇到问题他都亲力亲为,想尽各种办法去解决。

  经过近4年的攻关,1981年,段正澄团队在国内率先突破了曲轴数控高速磨削加工的核心技术和工程化瓶颈,成功研发出我国首台具有自主知识产权的数控曲轴磨床,填补了国内空白。

  1983年,由段正澄作为第一完成人参与研发的“MBK8240型高速半自动数控曲轴磨床”项目成果获得湖北省科学技术进步奖一等奖。也是从这一年开始,他和团队成员根据市场需求,不断进行设备升级改造工作。

  段正澄曾经表示,从事科学研究绝不能急功近利,选准了目标就要长期坚持,才能出成果、出大成果。“做研究要耐得住寂寞,不能外面来一个脉冲,自己就要震荡。”

  经过近30年的探索和创新,段正澄带领团队先后攻克了“成形切入高速磨削工艺及端面烧伤缓解”“砂轮在线高精度成形修整”“磨削过程的优化控制”等曲轴加工的主要难点,并开展了卓有成效的工程技术研究与创新,共研发X、XG、XJ3个系列,6个品种不同规格的数控曲轴磨床,达到国外同类产品先进水平。

  2008年12月,“高性能发动机曲轴高精度高效磨削加工技术与系列成套设备”获得国家科学技术进步奖二等奖,是当时曲轴磨床领域获得的国家最高荣誉。

  吃螃蟹

  率先研发多种激光加工装备

  1979年,段正澄担任华中工学院机械自动化教研室主任。身为教研室主任、学术带头人,段正澄深知,如果想让教研室的每一位成员在学术道路上得到良好发展,选准科研方向非常重要。1985年,段正澄发现了一个值得探索的新研究方向。

  那年段正澄到日本交流,看到大阪大学开始研究激光工艺时,心头一震,敏锐地意识到这是一个很重要的学科交叉的方向。当时我国高档激光加工装备基本依赖进口,这对于长年从事机械研究的段正澄来说,一直是块“心病”。

  尽管已经到了知天命年龄,他依然希望自己能够再为我国机械设备制造领域做点事情,打破激光加工领域的技术垄断,为提高我国机械制造整体水平助力。

  在得到时任校领导朱九思的大力支持后,段正澄开始向激光加工技术和设备研发领域发起进攻,成为国内该领域“第一个吃螃蟹的人”。

  1986年,段正澄率领自动化教研室的科研团队,与北京机床研究所、沙市机床工业公司共同承担“七五”国家重点科技攻关项目“数控五轴联动激光划线切割机”。经过5年的艰苦奋战,1991年,国内首台数控五轴联动激光划线切割机研制成功,成为“激光加工国家工程研究中心”落户华中科技大学的重要筹码。

  经过这个项目,段正澄更加坚定了让机械制造与激光加工“联姻”的信心;同时,得益于该项目的锻炼,他组建了国内最早的机械科学与激光技术相结合的科研团队。

  此后,段正澄和团队成员把激光加工作为一个非常重要的研究方向,并且根据市场需求不断进行设备升级改造。

  团队探索运用“学研产用”模式,先后研发了白车身激光焊接、不等厚板拼焊、激光非穿透紧密切割等一系列生产线,一举突破了国外公司的技术垄断,在汽车制造激光加工高端装备生产中实现了国产自主化。

  2003年,“高功率激光切割焊接及切焊组合加工技术与装备”荣获国家科技进步奖二等奖。12年后,段正澄的学术团队以华中科技大学名义申报的“汽车制造中的高质高效激光焊接、切割关键工艺及成套装备”项目获得2015年国家科学技术进步奖一等奖。

  段正澄团队在激光加工方向取得的一系列项目成果,不仅改变了我国汽车制造中激光焊接、切割高端装备被国外垄断的局面,还带动了国产装备的跨越式发展,推广应用到航空、航天、航海、能源等领域。

  攻堡垒

  全球首台全身伽马刀造福百姓

  1996年9月,深圳奥沃国际科技发展有限公司的负责人吕凤华找到段正澄,邀请他加盟主持立体定向伽马射线全身治疗系统的研发工作。出于对医学放疗领域不甚了解、其成败涉及患者生命安全等因素的考虑,段正澄对此项课题的承接非常慎重。

  “我们国家每年新增的肿瘤患者在200万人以上,但是放疗的效果并不是很好。我觉得如果能够完成这个项目,提高我们国家的放疗水平,确实能够造福老百姓,是件很有意义的事情。”怀着这份仁心,段正澄决定接手主持这个项目。

  他先是着手参与总体方案的设计,接着将汇集了放射医学、精密机械、计算机软件、计算机数控、图像处理多个学科领域的100多名国内外科学家和工程技术人员组织起来,根据总方案的要求分解项目任务,井井有条地推动项目进展。

  从改进旋转式头部伽马刀,到体部伽马刀设计、制作及实验,段正澄带领团队用了一年时间反复研讨,耗时3个月绘制设备图纸,又用一年半时间攻克一个又一个机械难题,最终研发出采用双PLC和运动控制器构成的开放式体系结构的控制系统等。

  1999年,经过团队3年的合力攻坚,具有我国完全自主知识产权的大型放疗设备——OUR—QGD型全身伽马刀问世。该设备在临床试验后获得了国家有关部门批准的生产制造认可证和市场准入证,标志着我国无创伤医疗设备的制造已跃居世界领先水平。

  全身伽马刀可以进行旋转动态聚焦,使伽马射线焦点对准经过精密定位后的肿瘤,进行高剂量的伽马射线辐照,从而杀死肿瘤细胞,大大降低了对人体正常组织和器官的损伤。

  在投入市场应用几年后,全身伽马刀使用效果得到了进一步检验——2000年,全身伽马刀通过了美国FDA(美国食品药品监督管理局)认证并首次在美国进行安装。2005年11月,该成果获国家科技进步奖二等奖。

  从机械和激光的交叉到机械与放疗的结合,面对国家和人民需求,段正澄以敏锐的眼光快速捕捉科研空白点,凭借扎实的专业知识、勤恳的钻研态度、坚韧的科研毅力,站到了科技创新的前沿。

  师者心

  提携后学,孵育精良科研团队

  长期的科研实践,让段正澄不仅收获了诸多创新成果,还培育了一支精良的科研团队。

  作为机械自动化教研室主任,段正澄带领着全校最大的教研室团队。该教研室是华中科技大学唯一的“全国先进集体”,获过“全国五一劳动奖章”,并先后获得10多个国家级奖项。李培根、邵新宇这些在机械工程学科领域作出过突出贡献的院士都是从这个教研室走出来的。

  “好的科研成果往往需要几代人的共同努力。我所要做的工作就是为他们创造一个和谐、团结的氛围,最大限度地挖掘他们的潜力。”提及这些团队荣誉和优秀人员,一向谦虚低调的段正澄骄傲之情溢于言表。

  不论是学校同事还是学界同行,或是合作企业负责人,大家都一致认为段正澄是一位非常称职的学术带头人,其专业素养、学术品格、处事格局等总会让人产生信任感和信服感,愿意与他合作,携手攻坚克难。

  段正澄不争名不争利,一心一意稳扎稳打地做科研。在谈到科研创新和学术成果时他总是谦虚地说,这些突破并非他一个人的功劳,而是整个团队集体协作的结果。

  段正澄不但兢兢业业在科研领域深耕,作为一名高校教师,亦认真履行教书育人职责,呕心沥血,先后培养了32名博士生、6名博士后等,不少人已成为学界的中坚力量;他关爱学生、用心良苦,将2011年度所获湖北省科学技术突出贡献奖100万奖金全部捐出,用于资助贫困学子,希望培养出更多装备制造业高端研发人才……

  从1957年大学毕业留校到2020年因病辞世,段正澄一生扎根喻家山,用毕生所学致力于科研创新,用师者风范悉心教书育人,用敬业奉献带领学术团队。

  他曾写下朴实无华的“自律自勉”之言:“紧密结合实际,求真务实,为我国机械制造加工技术与装备的创新发展尽微薄之力。”而这也正是段正澄学术人生的真实写照……

  (作者单位:华中师范大学)

  本版组稿负责人:张佳静

特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性。
如果作者不希望被转载,请与我们联系。