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【特稿】自有恒心如磐石,人生不息是进取

发布者:王建兴发布时间:2019-07-06浏览次数:10作者:范卫波

——记山东理工大学张学义教授及其科研团队  


2019年4月4日,2018年度山东省科学技术奖励大会在济南召开。山东理工大学张学义教授代表团队因“稀土永磁与电磁混合励磁发电系统电磁耦合稳压控制技术及产业化”成果荣获山东省技术发明一等奖,成为山东省技术发明仅有的3项一等奖之一。

近年来,张学义教授的团队可谓硕果频出:2017年,“并联磁路式混合励磁稳压发电系统关键技术及产业化示范”获得中国产学研合作创新成果一等奖;2015年,“永磁与电磁混合励磁发电系统电磁耦合稳压控制技术及在车辆上的应用”获得中国商业联合会科技进步一等奖;2006年,车辆用“钕铁硼永磁发电装置可控整流稳压技术及其应用”成果获得国家技术发明二等奖……

“做科研沿着认准的方向持之以恒地走下去,就会事半功倍,会不断达到新的高度,科研之路也会越走越宽。”风轻云淡话语的背后,是张学义及其团队近30年的潜心钻研和艰辛打拼。

科研路上无悔坚守

1985年7月,在学校拖拉机设计与制造专业学习4年后,张学义留校任教,成为一名光荣的人民教师。然而任职两年后,他却发现自己对学校的贡献并不大,于是,本着学习和奉献的精神,张学义考取了广西大学机械制造自动化专业的学术硕士研究生,毕业后,重回母校,并踏上了科研长路,开始了上下求索之旅。

在多年的工作和研究中,张学义和其他研究人员发现车辆在运行中存在“低速灯不亮、高速烧灯泡”的问题:当道路泥泞崎岖不平或拐弯时,由于车辆发动机转速低,输出电压低,车辆照明灯就会变暗,容易引起交通事故;而当道路平坦、不需要照明时,发动机转速加快,输出电压高,车辆照明灯反而很亮,而且还经常烧坏灯泡。

为此,他们提出研制一种恒压发电机的设想来解决这一问题。经过调研,他们发现,恒压发电机虽然国内无此产品且市场急需,但这是世界上许多国家普遍存在的技术难题,要攻克难度非常大。

认准方向就要干下去,张学义等人不惧艰辛,于1990年11月成立了机电工程研究所,开启了团队的研究征程。

研究所成立之初,条件十分简陋,只有5名教师,几间实验室,没有任何实验和检测设备,也没有资金。张学义他们没有气馁,没有资金就积极争取资金;没有设备就因陋就简,自己购买角钢、槽钢、钢板等原材料,利用台钳、切割机、钢锯、锤头等简单工具,制作所需的实验设备;遇到问题就分小组讨论,做实验论证,并向老专家请教。

由于恒压发电机涉及到电磁、电子、机械等诸多领域,没有精深的知识很难取得突破性进展。利用闲暇时间,张学义认真地钻研恒压发电机所需的各方面知识。“张教授三天两头给我们提出新的设想,他对课题中涉及到的每一个领域都有精深的研究,几乎每个领域都能写出一本专著。”已毕业的硕士研究生、课题组骨干成员史立伟这样评价老师。

  尽管如此,张学义并不满足于理论上的精深,所有的理论设想他都要经过实验来进行论证。为此,他专注于实验的每一个细节,上午的实验做到下午两三点钟是经常的事情。有一次在做实验时,因为一手抱着未满周岁的女儿,一手摆弄电机,不慎将左手的拇指根部划出了一道血淋淋的大口子,缝了三针,至今手上还能明显看出这一疤痕。

1992年7月24日,张学义等人研究的小型拖拉机、低速运输车用皮带式永磁恒压交流发电机终于研制成功。

初步成功了,还要将研究成果推向深入。这个过程同样不轻松:在一间狭窄闷热的小屋里,张学义经常研究到深夜,炎热的夏天,他在实验室里连续工作了3个月。

2007年2月27日,在北京隆重举行的国家科学技术奖励大会上,张学义团队荣获2006年度国家技术发明二等奖。这是学校建校以来独立完成的项目获得的最高奖项。2009年,他被遴选为中国工程院院士增选有效候选人。

“科学研究永无止境,成果没有最好,只有更好。”张学义团队的永磁恒压交流发电机虽然获得很大成功,但随着车辆的快速发展,其缺点也逐步暴露出来。发电装置是传统内燃机汽车、新能源混合动力汽车、军用车辆、工程车辆、飞机、船舶等重要装备的关键部件之一,目前我国与之配套的发电机保有量达到2.37亿台。与之配套使用的电励磁发电机存在着发电效率低、铜材消耗多、故障率高等缺陷,纯永磁发电机虽然磁场稳定且能耗量低,却由于磁场不可调节,输出电压难以稳定。

将二者的优点结合起来,研发新的发电机不就可以解决问题了吗?沿着这一思路,张学义及其团队开始了漫长的永磁与电磁混合励磁发电系统的研究。

经过多年的技术攻关,克服种种困难,他们终于研制出了既具有永磁发电机高效率、高功率密度、高可靠性优点,又具有电励磁发电机良好调整特性的永磁与电磁混合励磁稳压发电机,彻底解决了纯永磁发电机气隙磁场不可调节、输出电压不稳定,纯电励磁发电机电能消耗多、发电效率低的技术难题。项目于2019年3月23日通过了中国机械工业科技成果评估中心组织的同行专家评价。专家组认为,该项目在组合式磁极转子结构设计和电磁耦合稳压控制技术方面达到国际领先水平,成果引领混合励磁发电机的发展,推动了汽车电机行业技术进步。

转化路上不懈前行

“研究题目来自市场,最后还要回到市场接受检验。我们研究的最终目标是市场化,通过成果转化为产品,最终实现贴近行业、为地方经济建设作出实实在在的贡献。”对于张学义及其团队来说,这既是他们多年来研究的动力,更是他们自觉肩负沉甸甸的责任。

关于科技成果转化的过程,张学义有一个“10年理论”:找到题目后,通过申请各类基金项目获得支持,先进行应用基础研究,这一过程大约需要3年;研究成功后,将理论转化为产品的中试阶段,这一过程大约需要3年;先小批量生产产品,投入市场进行检验,通过市场反馈再对产品作出优化改进之后,正式投放市场进行产业化示范,直至批量生产,这一过程大约需要4年。可谓“十年磨一剑”。

1992年7月,张学义团队研究的小型拖拉机、低速运输车用皮带式永磁恒压交流发电机获得成功并顺利投产。

产品研制成功后仅短短半年时间,张学义等人的专利技术便很快在山东省内转让5家,产品除供市场销售外,已经批量为山东时风集团、山东五征集团、潍坊拖拉机厂等厂家配套使用,并销往河北、河南、江苏、辽宁、内蒙、黑龙江等省份。许多企业慕名前来寻求合作,淄博永泰电机有限公司、潍坊万隆电气股份有限公司就是其中的两家。那时,这两家企业还仅仅是科技型中小企业。张学义从为他们解决技术难题入手,不断开发新产品,进行技术转让,企业中试后推向市场。在完成这一循环的同时,张学义将技术问题上升到理论层面,不断提升研究高度,再指导实际问题的解决。随着合作的不断深入,张学义在汽车电机电器等方面的研究成果,在这两家企业投入实施,企业也不断发展壮大。目前,这两家企业已经成为江北最大的汽车发电机生产企业,年销售额近亿元。

对张学义的技术服务,两家企业一直心存感激。2016年5月,山东理工大学60周年校庆之际,并非校友的两家企业负责人,特意来到学校表示祝贺,并拿出部分资金在张学义所在的永利线上娱乐学院设立奖学金,把感激变成了支持学校发展的行动。

2008年底,围绕稀土永磁与电磁混合励磁发电系统电磁耦合稳压控制技术及产业化项目,张学义团队开始了与山东唐骏欧铃汽车制造有限公司的合作。目前,他们合作的产品已在北汽福田汽车股份有限公司、山东五征集团有限公司等多家汽车制造企业推广应用,近3年新销售额10.68亿元,取得了显著的经济效益和社会效益显著。

近30年来,课题组成员长期致力于产学研一体化工作模式,真正探索出了一套完整的“围绕市场找项目、研发项目为市场”的科研成果转化体系。他们经常深入到企业,与研发人员交流,询问目前产品技术存在的问题,国内外有什么最新产品,随时准备着技术更新。正因为这样,张学义团队研究的新产品,才真正做到了生产一代,开发一代,储备一代,始终处于国内最前沿,引领着市场发展。

育人路上不倦付出

张学义团队成立之初,仅有5个人。而现在,团队骨干成员已有教师10人,博士研究生4人,硕士研究生20多人。其中,泰山学者特聘专家、百千万人才工程国家级人选、享受国务院政府特殊津贴各1人,山东省有突出献的中青年专家3人,博士生导师3人,二级教授3人,副教授5人,讲师2人。可谓结构合理、人才济济。

“科学研究的成果最终还是要运用到人才培养之中,让每个人都能得到发展。一方面要让教师迅速成长,不断攀登新的高峰;另一方面,要让学生迅速成才,培养他们的创新意识、创造精神和创业能力。”随着张学义团队研究之路的不断延伸和拓宽,越来越多的项目成为人才培养的重要载体。

2007年,博士毕业到学校工作后不久就加入张学义团队的杜钦君,被评为山东省有突出贡献的中青年专家;2016年,杜钦君被学校聘为二级教授。“杜老师目前已和我平起平坐了。”对杜钦君教授的迅速成长,张学义笑着说。

2002年至2005年跟随张学义读硕士的史立伟,2013年因成绩突出被评为副教授,并成为硕士研究生导师,现已成为山东省青年泰山学者候选人。“真心感谢张老师这些年来对我的培养。”史立伟感激地说。

在培养学生方面,张学义有着一套独特的思路:他让自己的学生分组参与到各个项目中,从项目申请材料的撰写、获批项目的后续研究,到项目完成后报奖材料的撰写,都让他们独当一面。项目研究完成了,水平较高的毕业论文随之水到渠成。

在此过程中,张学义对学生的要求可谓极为严格。在撰写论文、项目申请材料的过程中,他指导学生仔细检查材料中出现的图表、字体、公式、标点等细节错误,反复修改,不容分毫差错,用实际行动教导学生践行“规格严格,功夫到家”。近几年来,张学义培养的研究生获得山东省优秀硕士学位论文2篇,山东省研究生优秀科技创新成果奖4项,多位学生考入名牌学府深造。

在对学生严格要求的同时,张学义总是把学生当成亲人,想他们所想、急他们所急,满腔热情地关心、帮助和呵护学生。他常说:“一年中,和自己的孩子待一块的时间加起来也就30天,而和这些学生待一块的时间却接近300天,这些学生就是自己的孩子。”

对家庭家庭生活条件一般的学生,他时时给予资助。新生开学,他主动给经济困难学生垫付学费,让他们学习无后顾之忧。在团队多年的合作中,张学义主动帮助同事、学生解决燃眉之急的事例实在是太多了。对于这些帮助,张学义很少提起。也正是他的人格魅力,让团队有着永远的“磁力”,吸引着一批又一批人才为了团队的美好明天打拼。

自有恒心如磐石,人生不息是进取。站在新的起点上,张学义把团队目标定位到了更高的层次,那就是:培养国家级高层次人才,争取再次获国家级奖励、建立国家级创新平台。有着远大梦想的支撑,张学义及其团队一定会在新的高度搏击长空、奋勇翱翔。