注塑人生

——訪中國科學院機械與運載工程學部院士李德群

□記者/陳思炎　通訊員/王瀟瀟　汪泉

人物名片：

• 李德群:1968年畢業(yè)于清華大學，1981年獲華中工學院（現(xiàn)華中科技大學）碩士學位。現(xiàn)任華中科技大學教授，博士生導師，材料學院學位審議委員會主任，材料成形與模具技術國家重點實驗室學術委員會副主任，中國模具工業(yè)協(xié)會技術委員會副主任。長期從事塑料注射成形模擬和模具CAD/CAE/CAM的教學和科研工作，承擔國家重點攻關和國家自然科學基金項目多項，系統(tǒng)地開展了塑料注射過程計算機模擬技術的研究，取得了顯著的工程應用效果。他在國內率先開展塑料注射成形模擬研究，創(chuàng)建成形模擬表面模型，并將成形建模研究從宏觀流場深化到介觀結構，實現(xiàn)了塑料產(chǎn)品性能的定量預測，拓展并深化研究領域，將成形工藝理論成果應用于注射機智能化。近年來，他致力于基于知識、面向宏微觀結合的塑料注射成形過程集成系統(tǒng)和智能型塑料注射機的研發(fā)。他為我國機械成形加工工程及自動化學科的發(fā)展作出了貢獻。其成果多次獲省部級科技進步和教學成果一等獎，曾獲2002年、2007年國家科學進步二等獎、2010年國家自然科學二等獎；2010年被評為全國優(yōu)秀科技工作者；共發(fā)表論文300余篇、撰寫專著8部、編寫教材13本。2015年12月7日，當選中國科學院機械與運載工程學部院士。

• 在高端家電開始爭奪市場的時代，空調、電冰箱的外觀也越來越受矚目，你知道那些高端空調仿金屬外觀、仿噴涂外觀的塑料外殼是如何制成的嗎？這些都是智能塑料注射機的功勞。2015年12月7日，70歲的李德群教授當選中國科學院機械與運載工程學部院士。三十余年來，李德群便一直致力于材料成形智能化、塑料注射機智能技術及應用研究，引領我國“智能制造”行業(yè)的發(fā)展。
• “成功的關鍵在于，你是否敢于拼搏，敢于啃硬骨頭。”作為二十世紀四十年代出生的這一代知識分子，在李德群教授的心中，“占領學術的制高點”已經(jīng)成為他和他的學生們用以指導和選擇研究方向的立足點。

學術研究的起點從華工開始

• 與不少從一開始就致力于某一領域的專家不同，李德群從33歲才開始學術研究。1978年，離別武漢15年的李德群，拿著華中工學院研究生錄取通知書百感交集。“畢業(yè)直接分配寧夏到農(nóng)場當農(nóng)工，我的心理有很大的落差，但去了卻發(fā)現(xiàn)農(nóng)民工人對我都非常友善。”在寧夏靈武農(nóng)場當農(nóng)工時，李德群也用自己的知識回報當?shù)厝说挠焉啤０l(fā)現(xiàn)寧夏的農(nóng)工們勞動強度太大，完全超出他們的身體的極限，李德群為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化做了很多工作，改善了農(nóng)工的處境，減輕他們的勞動強度。
• 回到湖北后李德群如魚得水，在潛江的5年里，李德群又當了5年工人。，他把一個很落后的農(nóng)機廠改造成一個比較先進的環(huán)保設備廠。“有了那個十年，經(jīng)過人生的跌宕起伏，讓我學會了處境在艱苦也能努力克服，其實通過艱苦環(huán)境可以學到很多東西”，李德群表示，十年里他在精神、體力、智力、技術等多方面水平都有了提高，讓他對生活更加珍惜。
• “進入華工后，我才有可能真正開始學術研究。”李德群說，回歸校園，重新拿起課本，他開啟人生新的征程。當時他的導師肖景容教授結合學科前沿和實際需要，為李德群確定了塑料注射成形模擬的研究方向。
• “科學研究一開始找準方向十分重要”，李德群認為，正是導師的高瞻遠矚和循循善誘，讓自己走上了研究的快車道。他從此步入了塑料注射成形模擬和模具CAD/CAE/CAM的科研之路。
• 1986年，李德群應邀前往美國康奈爾大學擔任訪問學者。一年多的美國生活學習，大大拓寬了他的視野，提高了他的研究能力，讓他認準了塑料注射成形模擬技術的發(fā)展方向。在塑料注射過程中，熔體薄壁成形時流動方向和壁厚方向速度、溫度等差異顯著，難以構造可供工程應用的表征模型。
• 在二十世紀八、九十年代國際上一直采用中面模型，通過人為構造產(chǎn)品中心面來簡化流動分析，該模型的缺點十分明顯，難于在工程中廣泛應用。帶著改變這種狀況的決心，從美國歸來的李德群帶領其團隊開始了三十年如一日的科學攻關。

從中面模型到表面模型

• 在塑料注射成形模擬技術的研究中，不論是學術論文還是應用實踐，李德群一直走在行業(yè)的前列。針對中面模型的缺陷，李德群經(jīng)過深入的思考和調研，提出了表面模型的概念。他認為，可以不必構造中心面，直接采用產(chǎn)品表面表征熔體流動，這樣能夠顯著提高分析精度，突破中面模型的應用局限。
• 在提出概念后，李德群和他的博士研究生通力合作，開發(fā)出基于表面模型的模擬軟件，并首先在國際上發(fā)表相關論文。國際專業(yè)雜志Modern Plastics隨后用整版篇幅專題報道了該研究成果。
• 李德群的這一成果很快成為國際研究熱點。來自美、英、德、日等50多個國際研究團體引用了其表面模型的論文，其中包括一批國際知名學者。美國佐治亞理工學院Cardozo教授在綜述論文中評價：“表面模型的概念是創(chuàng)新和激動人心的，是注射成形模擬歷史上一個重要里程碑。”表面模型等成果獲2002年國家科技進步二等獎。
• 李德群注重學科交叉和科研合作，他與化學系研究復合塑料結構的解孝林教授建立了長期合作關系，2004年，李德群與解孝林共同承擔了國家自然科學基金重大項目第四子項“聯(lián)系介觀到宏觀尺度的高分子共混物流變學本構模型”，結題時被國家基金委評為優(yōu)秀。
• 李德群將成形建模研究從宏觀流場深化到微觀結構，建立了塑料成形中流動誘導結晶、分散相形態(tài)演變、纖維取向等的分析模型，實現(xiàn)了塑料注射成形的宏微觀模擬和產(chǎn)品性能的定量預測，成果獲2010年國家自然科學二等獎。

從模型研究到軟件開發(fā)

• 在二十世紀八十年代李德群回國之初，我國自主家電行業(yè)剛剛起步，面臨著十分尷尬的境地：由于塑料件制造技術不過關，大量的成形模具需要依靠進口。李德群及其團隊意識到這是一個亟待解決的行業(yè)難題。
• 成形模擬是實現(xiàn)塑料成形工藝優(yōu)化的關鍵技術，它能夠使模具的設計周期和成本大幅下降，使材料和設備利用率大幅上升，但長期以來，我國缺乏的正是具有自主知識產(chǎn)權的模擬軟件。李德群和他的團隊在九十年代初率先開發(fā)出國產(chǎn)塑料注射成形模擬軟件并實現(xiàn)了工程應用。
• 塑料注射成形集成模擬軟件——華塑CAE，成為了李德群的又一成果。該軟件覆蓋了充填、保壓、冷卻、應力、變形模擬的全過程，并且經(jīng)過了嚴格的實驗驗證和工程測試，預測精度達到工程應用的允許范圍。
• 李德群團隊與青島海爾公司共建模擬中心，分析生產(chǎn)案例超過上萬件，持續(xù)支撐了海爾家電產(chǎn)品的自主創(chuàng)新，引領了國內先進注射成形的發(fā)展方向。
• 在李德群和他主持的數(shù)字化成形團隊的努力下，塑料注射成形模擬和金屬鑄造模擬、板料成形模擬軟件一道，成為我國材料成形模擬領域的知名品牌，目前已在600多家單位應用，覆蓋家電、汽車、航空、航天等領域的龍頭企業(yè)，產(chǎn)生了顯著的社會和經(jīng)濟效益。2007年，材料成形過程模擬技術及其應用成果獲國家科技進步二等獎。

從成形工藝到智能裝備

• 2005年，李德群將目光投到成形裝備智能制造方向上。我國塑料注射機保有量達100萬臺，傳統(tǒng)技術普遍陳舊，無法實現(xiàn)能量按需供給與精確控制，產(chǎn)品質量的一致性難以保障。李德群認為，對于如此量大面廣的行業(yè)，一旦做出技術創(chuàng)新，其產(chǎn)生的價值將不可限量。
• 李德群在成形模擬的基礎上將工藝參數(shù)自動設置、自適應注射等智能技術應用到注射機上，提出了在線反演的注射速度平滑優(yōu)化、工藝曲線的二級閉環(huán)控制等方法，成功開發(fā)出智能型注射機。
• 經(jīng)國家權威機構測試，所開發(fā)的智能型注射機能耗低于我國及歐洲最高能耗標準，響應時間、位置精度等關鍵指標均達到國際先進水平，顯著提高了注塑產(chǎn)品的重復精度、良品比例和生產(chǎn)自動化程度。目前，智能型注射機不僅在國內推廣應用，還遠銷海外。2012年，塑料注射機智能技術及應用成果獲教育部技術發(fā)明一等獎。
• 熟悉李德群的同事們說，當初很少有人看好智能成形裝備的研究，都覺得耗神費力不討好。但李德群和他的團隊明知山有虎，偏向虎山行，經(jīng)過十年的悉心研究，終于把智能控制系統(tǒng)和智能型注射機研制成功，不得不令人佩服。而當前，工業(yè)技術4.0、智能制造都是全社會關注的熱點話題，李德群又一次走在了學科的前沿。
• 從表面模型的提出，到模擬軟件的開發(fā)，再到智能裝備的制造，李德群在科學研究的道路上經(jīng)歷了從理論到實踐、從工藝到裝備的全過程，為我國塑料成形加工學科的發(fā)展作出了突出的貢獻。2010年，李德群被中國科學技術協(xié)會評選為全國優(yōu)秀科技工作者。
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從科研工作到教學實踐

• 除了科研工作，李德群也始終把教書育人當作自己的本分與天職。材料學院副院長周華民教授曾是李德群指導的博士生。他回想起走上科研之路的開端，總是忘不了最初李德群給予他的重任和厚望。
• 就像當初肖景容教授將塑料成形模擬的前沿課題布置給李德群那樣，李德群建議周華民立足學科研究最前沿，去解決困擾國內外塑料注射成形模擬軟件發(fā)展和推廣的瓶頸。
• 對所布置的博士論文選題，周華民覺得有些為難，“這是當時本領域全世界都在關注的課題，屬于高精尖之列。”李德群及時給予了指導和幫助，“在那段時間，李老師親自和我一起分析問題，找出問題關鍵，在研究中可謂無微不至。”周華民回憶說。
• 在李德群的指導下，周華民終于攻克難關，取得了優(yōu)秀的研究成果，現(xiàn)在他已是國家杰出青年科學基金獲得者和教育部長江學者特聘教授。“直到今天，我的研究依然受益于當初確定的方向。”周華民不禁感嘆，李德群老師看問題具有的獨到之處。
• “用好方向，難問題去占領研究制高點”，是李德群為團隊、學生制定的研究基調。在他的另一名博士生張云副教授看來，李德群將勤奮刻苦看作是科研的基礎。“李老師曾跟我們講，建設一個優(yōu)秀的團隊，選擇學生最重要。”如何選擇學生呢？張云說，“李老師首先要看的就是學生有沒有勤奮學習的強烈意愿。如果一個學生做事兢兢業(yè)業(yè)，上進心強，李老師就讓我們著重關注和幫助他。”
• 李德群在張云眼里正是持之以恒的典范，“李老師以身作則，用實際行動為團隊注入了勤奮刻苦的基因”。
• 湖北省教學成果一等獎、機械工業(yè)部優(yōu)秀教材一等獎、國家精品課程、國家級教學團隊、8本專著和13本教材等等，都是李德群作為一名優(yōu)秀教師最好的注腳。當被年輕后輩問到怎么能在科研、教學和生活中取得成績的時候，李德群總是說，持之以恒的努力和淡泊寧靜的心態(tài)。