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大連理工大學:王立鼎的齒輪人生

【字號 日期:2019-11-18 14:44:47

  王立鼎長期從事精密機械和微納機械方面的研究。在精密齒輪工藝和測試技術方面,近年研制成功1級精度基準標準齒輪,居國際領先地位,其科研成果推廣到若干單位。1990年,他組織百名科技人員設計研制出中國第一臺光盤伺服槽及預制格式刻劃機,達到國際先進水平。1992年,他組建中國第一個微機械工程研究室,是中國微納米技術的開拓者之一。他主持的科研項目先后獲得科技獎勵20次,包括國家科技進步二等獎2項、國家科技進步三等獎1項、全國科學大會獎1項。學術專著2部,發表學術論文200余篇。2019年,在中國儀器儀表學會40周年年會慶典上,獲“當代我國儀器儀表與測量控制領域杰出科學家”榮譽稱號。

 

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  “早上五點起床,跑步上班,打開機床預熱機器,再跑步回家,洗漱、做飯,七點半正式上班,可以立刻開始工作,不浪費一分鐘時間,中午和助手換班吃飯,機器不停,辦公桌設置在實驗室里,隨時操作隨時記錄,晚飯過后繼續工作到午夜,再回家休息。”中國科學院院士、精密機械和微納機械專家王立鼎這樣描述他曾經的工作狀態。50歲之前,他幾乎每天都這樣度過;75歲之前,也幾乎周末無休。他高度的勤勉和自律,在外人看來甚至到了一種嚴苛的程度。

  “天才出于勤奮,務實才能成功。”王立鼎將這句樸實的話作為自己的人生信條,多少個午夜,他獨自一人走在靜謐的回家路上,正如科研征途中,那些需要獨自闖過的暗夜一般。

  心中有理想,腳下才有力量。王立鼎幾十年如一日的高強度工作,正因懷揣的科研報國理想始終在心中澎湃。

  “我從小就對中國共產黨有一種樸素的情感,感謝黨讓我有了寶貴的讀書機會”

  國民黨統治下的東北地區社會動蕩,民不聊生。王立鼎幼年家庭貧困,經常食不果腹,小學二年級因傷寒病休學,病愈復學到五年級后又因貧困輟學。“當時上學不交學費,要交高粱米,家里的高粱米都不夠吃,更沒有多余的拿去交學費。”王立鼎回憶。

  停學在家一年多,王立鼎每天帶著妹妹到集市上販賣家里還算值錢的衣物,有時候能賣點錢換糧食,而更多時是空手而歸。寒來暑往,他帶著妹妹每天如此,幼小的內心體味著生活的不易。

  “我從小就對中國共產黨有一種樸素的情感,感謝黨讓我有了寶貴的讀書機會。”王立鼎感慨地說。1948年,遼陽市解放,王立鼎終于等來了復學的機會,坎坷的求學之路讓本就生性好強的他倍加用功,本應從五年級讀起,他卻主動要求直接讀六年級,并通過努力在當年的期末考試中拿到了班里的第二名。

  除了讀書,王立鼎也承擔了許多家務勞動,每天上學路上會經過一塊菜地,善于觀察的他見到農民勞作,總會駐足觀看,學習農耕知識,回到家便自己動手將院里的一塊空地改造成菜園。播種、收獲,自力更生,自給自足,一個少年用自己的力量,幫助父母緩解家庭的經濟壓力。

  由于經濟拮據,初中三年,王立鼎成為班里唯一沒買過教科書的學生,“我買不起書,就好好做筆記,不買書也照樣能學好。”正如他所言,這個沒有教科書的學生每年成績都名列前茅,并以年級第一名的成績畢了業。

  如今,王立鼎還保留著70年前的筆記,他笑稱自己的筆記在當年比教科書更管用。

  談及學霸經歷,王立鼎說:“人不能有傲氣,但不能沒有傲骨,要對自己有自信才能把事情做好。”正是這一身傲骨讓他在往后幾十年的時光里,一路披荊斬棘,屢屢拔得頭籌。

  初中畢業的王立鼎本應繼續求學,卻再次由于貧困選擇了可以更早就業的中專學校。因祖父家的小作坊曾從事榨油、造酒生意,當年還是幼童的王立鼎經常守在窗外觀看祖父工廠的機器運轉,一站就是幾個小時,樂此不疲,顯露出異于常人的專注力,也正是從那時起,他開始對機械原理產生濃厚興趣。到中專報考時,他篤定地選擇了位于長春的機械制造學校,從此與機械結緣。

  那時,新中國提倡科教興國,免除了大中專學生所有學費、雜費,王立鼎終于不必再為學費發愁,開始安心讀書。他功課不僅門門優秀,并且一直是文體骨干,還擔任足球隊隊長,是當時學校里德智體美勞全面發展的典范。

  王立鼎中專畢業時,恰逢難得的歷史機遇,國家出臺政策允許優秀中專學生報考大學。經過選拔,包括他在內的64人獲得報考資格。而最后僅有王立鼎一人成功考取。

  回首歲月,這一路走來雖然路遇不少曲折,所幸王立鼎一直孜孜以求,終于得以進入大學殿堂。數年后,他能夠從事科學事業乃至后來成為中國科學院院士,便都由此發端。

 

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  “服從國家需要,到祖國最需要的地方去”

  自新中國成立之初,伴隨著“向科學進軍”的響亮口號,毛主席的一句話“中國人民有志氣有能力,一定要在不遠的將來,趕超世界先進水平”,讓王立鼎銘記在心,他一生都將這句話作為自己科研之路的前行動力。

  臨近畢業,王立鼎的“畢業志愿書”上只寫了這一句話:“服從國家需要,到祖國最需要的地方去!”

  由于大學時代學習成績優異,王立鼎在畢業設計時被送到中國科學院長春光學精密機械研究所,以科研題目作畢業論文,這在當時還是一種全新的嘗試。他在老師的指導下,作了題為《利用放射性同位素研究齒輪磨損》的論文,并獲得優秀。

  這是王立鼎第一次接觸齒輪研究。“齒輪、齒輪又齒輪,這之后我的人生就沒有離開過齒輪。”畢業時,王立鼎也因為這篇論文被分配到長春光機所,開始了他的科研工作。

  “只要國家需要,不管要求多高,我們都要做出來”

  剛工作不久,王立鼎就接到了一項艱巨的任務。

  這是一項軍工項目,需要研究導彈的彈道軌跡并用光學儀器跟蹤敵方飛行物。當時需要6級到5級精度的齒輪,王立鼎在數日的刻苦攻關后圓滿完成了此項任務。同時,他又對自己提出更高要求,產生了研制標準齒輪的想法。

  標準齒輪是齒輪參數量值傳遞的實體基準,用于批量生產齒輪的檢測、校準齒輪量儀的示值誤差,標準齒輪的精度需要比被檢測齒輪的精確度還要高兩個等級。

  經過反復嘗試,王立鼎通過創立“正弦消減法”提高齒輪磨床的分度精度,建立圖表法分析磨齒工藝誤差,使分度誤差從50角秒減小到13角秒。

  畢業僅僅四年,還是助理研究員的王立鼎就研制出了4級精度標準齒輪,達到當時國內先進水平。也正因如此,1965年,他獲得了時任中國科學院院長郭沫若親自簽發的中科院優秀科研成果獎。

  由于王立鼎在精密齒輪領域嶄露頭角,同年,又有一項更加艱巨的任務找到了他。彼時,國家正在開發一項精密雷達項目,需要更高精度的超精密齒輪,所要求的精度在國內還未曾出現,在國際上也只有位于瑞士的MAAG(馬格)公司能夠制作,王立鼎立下誓言:“只要國家需要,不管要求多高,我們都要做出來。”

  做齒輪需要機床,在只有國產機床的條件下,王立鼎因陋就簡,用了一年時間進行改裝。1966年,他通過采用“易位法”磨齒工藝研制成功國內首個超精密齒輪,滿足了國家最精密雷達的制作需求。

  剛剛三十歲出頭的王立鼎成為國內公認的超精密齒輪專家,“齒輪王”的美名也不脛而走。

  1978年,新中國第一次舉辦科學獎勵大會,王立鼎在十年前研制出的高精度小模數標準齒輪因達到世界先進水平而獲全國科學大會獎。

  雖然多次獲獎,但王立鼎在追求卓越的征程上并沒有止步,為繼續提高機床分度精度,他毅然對分度機構做出了徹底性的改革,將國際上機械結構最高精度的測量裝置——端齒分度機構用于自己改裝的齒輪機床上,使機床分度精度提高到1.7角秒,這一精度是國內外齒輪機床從未達到過的精度,改裝后的國產機床成為磨齒母機,分度精度可達1級。

  在此基礎上,王立鼎組織研制出2級精度中模數標準齒輪,也作為中國計量科學研究院的國家級齒輪實體標準,用作我國齒輪量儀生產廠的量儀校對基準。

  1965年到1980年,在改裝國產齒輪磨床和提出創新獨特的工藝基礎上,王立鼎先后研制出5批世界一流的超精密齒輪——雷達編碼齒輪,服務于我國雷達及相關軍工需求。

  “我們用的設備不是洋設備,用的方法不是洋方法,黨和國家的培養,讓我用原創方法做出世界第一”

  20世紀80年代,一些西方國家開始研制激光光盤,其存儲量大約是磁盤的100倍,在國際上引起廣泛關注。而針對這項技術,西方國家卻對中國采取了禁運政策,甚至國外個別公司公開叫囂絕不會賣給中國。為此,科技部立即著手組織重大研究項目,希望能自主研發出可擦、重寫光盤,并把其中一個重點攻關課題“光盤伺服槽及預制格式刻劃機”交給了長春光機所。

  時任長光所所長的唐九華找到了王立鼎,希望由王立鼎來主持這一項目。因為涉及光學、機械學、電子學和計算機四門學科,這讓此前一直潛心研究齒輪、還尚未從事過總機設計的王立鼎有些猶豫。

  唐九華篤定地說:“你能把國產設備加以改造,做出世界上精度最高的齒輪,我就看中你這種敢為人先的精神。”王立鼎臨危受命,出任課題組第一負責人,在沒有任何資料參考,甚至大多數人都沒有見過光盤的情況下,當時還是副研究員的王立鼎,組織了一支包括很多研究員在內的百名科技人員攻關隊伍。

  王立鼎率先垂范,帶領團隊不舍晝夜,面對眾多亟待解決的問題,曾經的艱辛難為外人道,然而其后的成果,也同樣令之振奮。

  四年后,王立鼎帶領團隊研制成功中國第一臺刻錄光盤母板的納米分辨率精密設備。包括光學專家王大珩在內的多位兩院院士,在參加鑒定會時表示,王立鼎主持設計的光盤伺服槽及預制格式刻劃機總機達到國際先進水平,并在單元技術上有多處突破和創新。其中,十余項技術達到國際先進水平。

  這一設備的研制成功,打破了美國、日本、歐洲對中國發展光盤的控制,中國從此有能力制造自己的光盤母機,并為發展自己的CD-ROM和VCD等光盤服務,填補了國內空白。1992年,此項科研成果獲國家科技進步二等獎。

  王立鼎一邊開發光盤母機,一邊仍然在齒輪領域深入鉆研。要想再提高齒輪制造精度,碰到的首要問題就是齒輪的齒形加工與測試技術。要想解決機床漸開線齒形的加工精度,就必須設法提高機床上漸開線凸輪的精度,為此,王立鼎在20世紀80年代組織“漸開線的誤差形成規律和最佳成型方案的研究”,在這一基礎理論的指導下,設計了漸開線凸輪加工裝置和測量裝置。

  由王立鼎自行研制的裝置完全符合阿貝原理,測量裝置精度居世界前列,由該裝置加工的漸開線凸輪具有國際最高水平。“我們用的設備不是洋設備,用的方法不是洋方法,黨和國家的培養,讓我用原創方法做出世界第一。”王立鼎自豪地說。從那時起,由此裝置磨制的高精度漸開線樣板,作為我國齒輪漸開線量值傳遞與溯源的實體基準,沿用至今。

  “我做微納系統的目的是什么?就是給青年人鋪路,讓他們朝這個前沿方向發展”

  20世紀90年代初,國外微機械的發展動態傳入國內,亦即現在被稱為MEMS的微機電系統,MEMS是一項革命性的新技術,目前廣泛應用于高新技術產業,是一項關系到國家科技發展、經濟繁榮、國防安全的關鍵技術。而在當時,國內只有少數人能夠接觸到。一次偶然機會,研究所的同事將從國外帶回的少量材料拿給大家看,王立鼎當即意識到,這也許是未來機械領域的重要發展走向。

  1992年,在王立鼎的申請下,長春光機所成立了中國第一個微型機械工程研究室,并出版了中國第一本微系統譯文集《微機械》。

  1998年,王立鼎來到大連理工大學開始二次創業,組建了大連理工大學跨院系、跨學科的微系統研究中心,“我做微納系統的目的是什么?就是給青年人鋪路,讓他們朝這個前沿方向發展。”王立鼎說。

  短短幾年,王立鼎又組建了微系統與微制造遼寧省重點實驗室,在微流控芯片、偏振光定位、微操作機器人等方面開展了卓有成效的研究。2002年,他在牽頭制定國家科學與技術2020年中長期規劃時,將物聯網這一研究方向寫入了微米納米技術規劃之中,并帶領團隊在無線傳感網研究方面取得了多項創造性的應用成果。

  “中國需要超精密齒輪,哪怕只需要一個,我們也要能自己做出來”

  研究超精密齒輪是一項清苦工作。由于7級、6級精度齒輪只能基本滿足市場需求,并且超精密齒輪制作難度極高,無法實現量產,也無法產生巨大經濟效益。

  王立鼎團隊是我國唯一一家超精密齒輪的研究隊伍。“科研要為祖國解決突出的重大需求問題,中國需要超精密齒輪,哪怕只需要一個,我們也要能自己做出來。”多年來,為了在齒輪技術上不被國外“卡脖子”,王立鼎屢次謝絕其他具有更高經濟收益領域的邀約,始終深耕于超精密齒輪研究,并想方設法,一再提高齒輪的加工精度。

  “知之愈明,則行之愈篤;行之愈篤,則知之益明”。2002年,王立鼎在大連理工大學重建高精度齒輪研究室。年過七旬的他要講授基礎理論,同時還要教授學生操作設備,他經常強調“操作和理論并舉才能實現最高效能”。經過幾年的發展,齒輪研究室培養了一批掌握超精密齒輪加工工藝、測試技術的學生。“又是科學工作者,又是高技能人才。”這是王立鼎對于大國工匠的定義。

  “我最大的欣慰,就是培養了齒輪傳人”

  最近兩年,王立鼎屢次在公開場合中提及一個名字。這就是被他稱為“齒輪傳人”的凌四營。

  “研制超精密齒輪需要非一般的耐力、感知力和領悟力,講究天分也看后天修養,要能文能武,缺一不可。絕不是誰都能從事超精密齒輪的研究。”王立鼎說。

  凌四營是王立鼎2007年帶的博士,經過幾年培養,他發現凌四營性情沉穩,在齒輪研制過程中能夠發現砂輪摩擦時發出的細微聲音變化,察覺出摩擦齒輪產生火花的大小、顏色差別,有時候在機床邊一站就是八九個小時。“往往1級齒輪就產生于最后一圈與前一圈打磨之間,過猶不及,高精度齒輪的產生過程就是這么微妙。”凌四營說。

  王立鼎在凌四營身上看到了自己年輕時的執拗與專注,他欣喜地發現這個人正是他要找的“齒輪傳人”。

  2012年,凌四營獲得了中國首個“上銀優秀機械博士論文獎”金獎,僅近兩年,他獲得的授權專利就多達15項。凌四營的確沒讓恩師王立鼎失望。

  “我愿永遠做科研戰線上的一名戰士”

  苦心人天不負。2017年,王立鼎帶領團隊成功研制出1級精度基準標準齒輪,中國計量測試學會、中國機械工業聯合會與中國機械工程學會分別組織國內權威專家對其研究成果進行鑒定。

  鑒定結果認為,王立鼎團隊研究的1級精度基準齒輪齒廓偏差測量技術居國際領先水平,齒距偏差測量技術達到國際先進水平;研制的精化磨齒母機、超精密磨齒工藝,以及研制的1級精度基準級標準齒輪,其綜合技術具有國際前列水平,精度指標國際領先。該項技術具有全部自主知識產權,填補了國內外1級精度齒輪制造工藝技術與測量方法的空白。

  從滿頭華發到雙鬢染霜,王立鼎始終在超精密齒輪領域深耕不輟。“科學研究就像一場硬仗,我愿永遠做科研戰線上的一名戰士。”王立鼎動情地說。

  回溯往事,王立鼎改寫了《鋼鐵是怎樣煉成的》主人公保爾·柯察金的一段話來描述自己的一生:“一個人的生命應該這樣度過,當他回首往事的時候,不會因虛度年華而悔恨,也不會因碌碌無為而羞愧,我的一生全部獻給了我國的科學事業。”

  如今,85歲的王立鼎雖然不能再如當年那樣進行高強度的工作,但他仍然忙碌在自己鐘愛的齒輪領域,經常畫圖并與學生交流學術問題,盡其所能幫助后輩。他不知疲倦,樂在其中。

  “無奮斗,不青春。我的身體年齡已經八十五歲,但我的心依然年輕。”在王立鼎看來,一個人的青春能有多長,取決于他奮斗的腳步是否停歇。最近,在國家大力發展工業機器人的大背景下,他又把研究方向聚焦到機器人研發核心關鍵部件——諧波齒輪減速器的制造方向上。

  為打破工業機器人減速器被國外壟斷的現狀,應用具有自主知識產權的1級精度齒輪技術,王立鼎親手繪制原始設計圖紙,開發出了新型的高精度分度臺,用于機器人關節減速器的精密制造,這也是其團隊申請的國家自然科學基金重點項目。

  近幾年來,王立鼎帶領團隊奮力拓展超精密齒輪技術在齒輪傳動領域的推廣與應用,不斷拓寬研究領域。他希望,自己鉆研近一個甲子的齒輪事業,在新時代煥發新活力。

  王立鼎一直在奔跑。“齒輪王”的奮斗青春還在繼續。

  來源:光明日報

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