李德群：給塑料注射成形裝上“大腦”

葛雷

李德群，1945年8月生，江蘇泰州人，中共黨員。中國(guó)工程院院士、材料成形專(zhuān)家，華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。他長(zhǎng)期從事塑料注射成形模擬和智能型塑料注射機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)工作，取得的創(chuàng)新成果用于國(guó)防、汽車(chē)、電子等高端產(chǎn)品制造中。開(kāi)發(fā)出三維塑料注射成形過(guò)程模擬商品化軟件，產(chǎn)生了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。1986年至1987年，他在美國(guó)康奈爾大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者，2001年至2006年擔(dān)任華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)。3次獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，1次獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，2010年被評(píng)為全國(guó)優(yōu)秀科技工作者。

從飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)部件、汽車(chē)的精美內(nèi)飾、空調(diào)的仿金屬外觀塑料外殼，到手機(jī)內(nèi)的光學(xué)塑料鏡片，形態(tài)各異的塑料制品早已走進(jìn)尋常百姓家，成為我們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵贰＿@都離不開(kāi)塑料注射成形數(shù)字化和智能化的功勞。

三十余年來(lái)，李德群一直致力于塑料注射成形數(shù)字化和智能化技術(shù)的研究和應(yīng)用，引領(lǐng)我國(guó)該領(lǐng)域“智能制造”的發(fā)展。從表面模型的提出，到模擬軟件的開(kāi)發(fā)，再到智能裝備的制造，李德群為我國(guó)塑料成形加工學(xué)科和行業(yè)的發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。

破冰

1968年，李德群從清華大學(xué)畢業(yè)，被分配到寧夏靈武農(nóng)場(chǎng)修理廠工作，后又被調(diào)到湖北潛江機(jī)械廠，一干就是十年。十年的基層經(jīng)歷，不僅沒(méi)有讓李德群意志消沉，他還運(yùn)用自身所學(xué)，幫助工廠改進(jìn)工藝流程、改造生產(chǎn)設(shè)備、改善生產(chǎn)環(huán)境，為企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)作出了許多貢獻(xiàn)。

“有了那個(gè)十年，經(jīng)過(guò)人生的跌宕起伏，讓我學(xué)會(huì)了如何克服困難和挫折。”李德群表示，十年里他在精神、體力、智力、技術(shù)等多方面都有了提高，讓他對(duì)現(xiàn)在的工作和生活更加熱愛(ài)。

1978年，33歲的李德群拿著華中工學(xué)院（現(xiàn)華中科技大學(xué)）研究生錄取通知書(shū)回歸校園，重新拿起課本，開(kāi)始了人生新的征程。“進(jìn)入華工后，我才有可能真正開(kāi)始學(xué)術(shù)研究。”李德群說(shuō)，他倍加珍惜這來(lái)之不易的學(xué)習(xí)和科研機(jī)會(huì)。

當(dāng)時(shí)李德群的導(dǎo)師肖景容教授結(jié)合學(xué)科前沿和實(shí)際需要，為李德群確定了材料成形與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的研究方向，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。

傳統(tǒng)的塑料注射成形行業(yè)，基本以塑料注射的中面模型為理論依據(jù)來(lái)進(jìn)行塑料成形模擬，但中面模型存在著過(guò)于依賴(lài)技術(shù)人員對(duì)軟件的操作水平，且難以模擬結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)外不對(duì)稱(chēng)的塑料制品等弊病。“采用塑料注射的中面模型進(jìn)行塑料成形模擬，不僅要求技術(shù)人員熟悉相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還要進(jìn)行大量的圖形處理。”李德群說(shuō)，提取中面的工作量甚至要占整個(gè)塑料成形模擬工作量的80%。

針對(duì)中面模型的缺陷，李德群經(jīng)過(guò)深入地思考和調(diào)研，提出了表面模型的概念，開(kāi)發(fā)出基于表面模型的模擬軟件，并率先在國(guó)際上發(fā)表相關(guān)論文。國(guó)際專(zhuān)業(yè)雜志Modern Plastics隨后用整版篇幅專(zhuān)題報(bào)道了該研究成果。

李德群的這一成果很快成為國(guó)際研究熱點(diǎn)。來(lái)自美、英、德、日等50多個(gè)國(guó)際研究團(tuán)體引用了其表面模型的論文，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院Cardozo教授在綜述論文中評(píng)價(jià)：“表面模型的概念是塑料注射成形模擬歷史上一個(gè)重要里程碑。”

引領(lǐng)

1986年，李德群應(yīng)邀前往美國(guó)康奈爾大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者。期間，李德群不僅致力于塑料注射成形過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的研究，還為美國(guó)的AC-Tech公司開(kāi)發(fā)出商品化二維冷卻系統(tǒng)軟件。一年多的美國(guó)之行，讓李德群認(rèn)準(zhǔn)了塑料注射成形數(shù)字化和智能化的發(fā)展方向。

由于與西方工業(yè)先進(jìn)國(guó)家存在很大差距，我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的塑料注射成形模擬軟件，大量的塑料模具需要依靠進(jìn)口。從美國(guó)歸來(lái)的李德群意識(shí)到這是一個(gè)亟待解決的行業(yè)難題。

“那時(shí)國(guó)內(nèi)的塑料注射成形技術(shù)剛剛起步，做不出精密度高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)的成形模具，生產(chǎn)出的塑料制品不僅費(fèi)料，次品率也很高。要想解決這一難題，必須研發(fā)出屬于自己的塑料注射成形模擬軟件。”20世紀(jì)90年代初，李德群和他的團(tuán)隊(duì)率先開(kāi)發(fā)出國(guó)產(chǎn)塑料注射成形模擬軟件并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用。

在李德群和他主持的數(shù)字化成形團(tuán)隊(duì)的不斷努力下，塑料注射成形集成模擬軟件——華塑CAE誕生了。該軟件成為我國(guó)塑料注射成形模擬領(lǐng)域的一項(xiàng)重要成果，并與金屬鑄造模擬、板料成形模擬軟件一道，成為我國(guó)材料成形模擬領(lǐng)域的知名品牌，目前已在1000多家單位應(yīng)用，覆蓋家電、汽車(chē)、航空、航天等領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

“有了塑料注射成形模擬軟件，就可以更便捷地完成塑料制品從工藝、模具到成形等一系列復(fù)雜工序。它革新了國(guó)內(nèi)塑料制品行業(yè)長(zhǎng)期依靠生產(chǎn)試錯(cuò)這種費(fèi)時(shí)費(fèi)錢(qián)的方式，提高了塑料注射成形模具的設(shè)計(jì)和制造水平，使我國(guó)也能生產(chǎn)出更精密、更經(jīng)濟(jì)的塑料制品。”李德群說(shuō)。

布局

21世紀(jì)初，我國(guó)塑料注射機(jī)保有量達(dá)100萬(wàn)臺(tái)，傳統(tǒng)技術(shù)普遍陳舊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量按需供給與優(yōu)化控制，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性也難以保障。于是，李德群將目光投向成形裝備智能制造上。

“傳統(tǒng)的塑料制品生產(chǎn)過(guò)程，需要先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行塑料注射成形模擬，再人工將相關(guān)參數(shù)輸入塑料注射機(jī)中，這往往需要塑料注射機(jī)操作人員具有很高的技術(shù)熟練度。如何讓塑料成形模擬軟件與塑料注射機(jī)融合在一起，擺脫塑料制品生產(chǎn)過(guò)程對(duì)人工的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)，是我想要做的事情。”李德群說(shuō)。

李德群帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，在成形模擬的基礎(chǔ)上將工藝參數(shù)自動(dòng)設(shè)置、自適應(yīng)注射等智能技術(shù)應(yīng)用到注射機(jī)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(jí)閉環(huán)控制等方法，成功開(kāi)發(fā)出智能型注射機(jī)。

經(jīng)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)試，李德群所開(kāi)發(fā)的智能型注射機(jī)能耗低于我國(guó)及歐洲最高能耗標(biāo)準(zhǔn)，響應(yīng)時(shí)間、位置精度等關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，顯著提高了注塑產(chǎn)品的重復(fù)精度和生產(chǎn)自動(dòng)化程度。目前，智能型注射機(jī)不僅在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用，還遠(yuǎn)銷(xiāo)海外。早在工業(yè)技術(shù)4.0、智能制造成為全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話題之前，李德群和他的團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)走在了學(xué)科和行業(yè)的前沿。

“未來(lái)，我們還將繼續(xù)尋求商業(yè)合作，讓塑料制品的生產(chǎn)變得更加智能化和宜人化。”李德群表示，他和他的數(shù)字化成形團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深入材料成形智能化的研究和開(kāi)發(fā)，將中國(guó)的創(chuàng)新成果推廣到國(guó)際上去。