“把精度作為永不停止的追求”—訪國防科技大學(xué)精密工程創(chuàng)新團(tuán)隊李圣怡教授

文/龐貝 陳碩

國防科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，機械學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人。1946年4月生，1968年中南礦冶學(xué)院本科畢業(yè)，1981年浙江大學(xué)研究生畢生，美國哥倫比亞大學(xué)、倫塞雷爾理工學(xué)院高級訪問學(xué)者。他從事精密工程教學(xué)與科研工作31年，曾任國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院院長，獲國家技術(shù)發(fā)明二等、三等和四等獎各一項，省部委科技進(jìn)步獎一等獎3項、二等獎12項，出版學(xué)術(shù)專著8部，培養(yǎng)碩士、博士研究生近百人。

2013年1月中旬，這樣一條消息進(jìn)入人們的視野：國防科大精密工程創(chuàng)新團(tuán)隊自主研制的磁流變和離子束兩種超精拋光裝備，創(chuàng)造了光學(xué)零件加工的納米精度，并通過國家權(quán)威部門驗收。

據(jù)專家介紹，這一成果使我國成為世界上少數(shù)掌握這兩種高精度光學(xué)零件制造裝備技術(shù)的國家，該團(tuán)隊成為唯一同時具有小工具數(shù)控拋光、磁流變和離子束拋光裝備研發(fā)能力的團(tuán)隊。

1月18日，“超精密光學(xué)零件可控柔體拋光技術(shù)與裝備”在國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，榮獲2012年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

帶著好奇和喜悅，本刊記者采訪了國防科大精密工程創(chuàng)新團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人李圣怡教授。

“納米精度”精確到什么程度？李圣怡教授通俗地打比方：一個2米口徑而精度為9納米的大鏡加工，如果將我國960萬平方公里的國土面積等同于整個鏡面，它就相當(dāng)于一個直徑3500公里的大鏡，精度要達(dá)到不大于17.5厘米的高差。

“盡善盡美，精益求精，創(chuàng)造卓越”，是這個創(chuàng)新團(tuán)隊的精神內(nèi)核；“琢玉成大器，磨礪亮人生”，是李圣怡追求的人格境界。他希望能夠打造出一支屬于中國精密領(lǐng)域的“夢之隊”。他說，他們現(xiàn)在只爬到了這一領(lǐng)域“珠峰”的山腰，“現(xiàn)在還在爬。”

微米、亞微米，納米、亞納米，這是李圣怡追求的微境界；攀登、再攀登，攻堅、再攻堅，這是李圣怡不舍的大情懷。

國防科大精密工程創(chuàng)新團(tuán)隊研制的磁流變離子束拋光機床

記者：您能否為我們介紹一下磁流變和離子束這兩種超精拋光裝備，它的應(yīng)用價值，以及它在提升我國精密制造水平方面的意義？

李圣怡：從2000年開始，我們一直關(guān)注世界上最先進(jìn)的光學(xué)制造領(lǐng)域的動態(tài)。傳統(tǒng)的加工手段就是簡單機械加上老師傅的手藝經(jīng)驗，所用的原理和工藝還是牛頓、伽俐略那個時代的，己沿用了一二百年了，現(xiàn)在還在用。要靠手藝，憑手感的加工方法，無疑是非確定性的，這算第一代加工技術(shù)。隨著光學(xué)零件的形狀越來越復(fù)雜，精度越來越高，上世紀(jì)70年代小工具數(shù)控技術(shù)引入到光學(xué)加工中，使非確定加工變成確定性加工，但材料去除的原理仍未改變，仍不是精確可控的加工。

上世紀(jì)末，世界上陸續(xù)出現(xiàn)一些新原理的加工技術(shù)。例如，磁流變拋光技術(shù)是美國在前蘇聯(lián)解體后，引進(jìn)蘇聯(lián)的科學(xué)家開發(fā)完善的。1998年，美國推出第一臺商品化磁流變拋光機床，取得很好的效果，引起全世界的關(guān)注和跟蹤研究。

我們2000年也開始投入這一領(lǐng)域的跟蹤研究。隨著研究的深入，我們敏銳地感覺到，小工具數(shù)控的加工技術(shù)，可劃分為第二代技術(shù)。我們發(fā)現(xiàn)新一類技術(shù)都可以用計算機控制拋光盤或拋光膜的剛度或柔度，這是第一、二代技術(shù)不具備的特色，是否可以稱之為第三代技術(shù)？我們把它稱之為“可控柔體制造技術(shù)”，目的是總結(jié)第三代技術(shù)的共性，找出與第一、二代技術(shù)不同的研究思路和方法。因此，我們選擇了磁流變拋光和離子束拋光作為第三代技術(shù)兩個典型實例來研究。

我們的研究都是國家急需的，比如說，衛(wèi)星對地觀測的相機就需要大口徑鏡光學(xué)元件，制造大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵設(shè)備是光刻機，它的鏡頭是由很多片精度優(yōu)于納米級的鏡片組成。另外，激光慣性約束聚變的研究，可為人類將來解決能源問題，也需要大批量、高精度的光學(xué)元件。

現(xiàn)在很多光學(xué)元件，如非球面、自由曲面等，用傳統(tǒng)加工己做不來了，我們用磁流變加工技術(shù)，不但精度非常高，而且效率也很高，滿足了重大工程需求。而離子束拋光技術(shù)是目前光學(xué)加工中精度最高的一種手段，比如光刻機鏡頭的鏡片加工，要想達(dá)到納米和亞納米精度，非離子束拋光機莫屬。

能掌握第三代的可控柔體加工技術(shù)，使我國光學(xué)制造領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的變化，我們現(xiàn)在可以說，我們掌握了國際上最好的裝備的研發(fā)技術(shù)，具備自主知識產(chǎn)權(quán)。它把我們的光學(xué)制造，從第一代、第二代提升到第三代，一下子上了一個臺階，做到了世界一流。

如果說以前的精度水平，是處于喜馬拉雅山山腳下的5200米大本營的水平，那么現(xiàn)在我們就算到了山腰處7790米的大風(fēng)口C4營地水平，我們把登頂?shù)奈镔|(zhì)裝備送到C4營地，為登頂8848米的主力部隊，中科院長光所和成都光電所服務(wù)，現(xiàn)在正在朝頂端進(jìn)發(fā)。原來我們差距太大，沒辦法攀登，現(xiàn)在，我們已經(jīng)有了充足的基礎(chǔ)，有了技術(shù)設(shè)備，相信經(jīng)過努力，我們國家光學(xué)制造業(yè)一定能到達(dá)最高的山頂。將來我們的高端光刻機誕生那天，才能算是達(dá)到了頂峰，現(xiàn)在我們還在爬。

記者：精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展直接影響尖端技術(shù)和國防工業(yè)的發(fā)展，世界各國都極為重視。但是，您在進(jìn)入這一領(lǐng)域的時候，我國在這方面可以說是相對落后的。您為什么會選擇這一領(lǐng)域來進(jìn)行科研攻關(guān)？

李圣怡：1968年，我從中南大學(xué)的前身中南礦冶學(xué)院畢業(yè)分到鞍鋼，做了10年機電技術(shù)員?！拔母铩苯Y(jié)束后，我作為第一屆研究生，來到浙江大學(xué)科學(xué)儀器系學(xué)習(xí)，1981年畢業(yè)來到國防科技大學(xué)工作。國防科技大學(xué)精密機械系是1979年在錢老（錢學(xué)森）指導(dǎo)下重新組建的。錢老認(rèn)為，精密機械在國防領(lǐng)域中非常重要，但加工制造還是用傳統(tǒng)辦法，比較落后。他敏銳地看到，盡管當(dāng)時計算機控制技術(shù)剛剛發(fā)展，但計算機一定能夠在新的機械制造技術(shù)中起到重大作用。針對機械系的科研方向怎么選擇，他建議將精密陀螺儀表作為研究對象，開展計算機控制下的超精密加工的研究。1981年，我正好趕上超精密加工研究室剛剛成立，成了這個團(tuán)隊最年輕的成員。那個時候，我們做的是微米和亞微米水平的精密制造。后來，到90年代，我成了這個團(tuán)隊的第二代帶頭人。當(dāng)時非常困難，也沒有多少人，大家對超精密加工方向能不能堅持下去也沒有信心。

31年過去了，現(xiàn)在我國己經(jīng)是世界制造大國，大批的制造業(yè)轉(zhuǎn)移到中國來，但是如果我們只能做低端制造，高端的做不了，就永遠(yuǎn)成不了世界制造強國。國家的需求是我們科技工作者的動力，而以提高精度為目標(biāo)的精密、超精密制造是機械學(xué)科發(fā)展的主干方向，一定要堅持下去，儲備力量，一定會有好的前景。困難大，對科研工作者是一個機遇，要瞄準(zhǔn)最高的水平去做，要跨越式發(fā)展，才能盡快縮短與先進(jìn)工業(yè)化國家的距離，現(xiàn)在看來當(dāng)時的堅持是正確的。

記者：作為精密和超精密加工技術(shù)領(lǐng)域的知名專家，您怎么看我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)和前景？能否為我們介紹一下這個領(lǐng)域目前的研究狀態(tài)，您認(rèn)為未來的研究發(fā)展方向又在哪里？

李圣怡：我國的精密超精密加工，走過曲折的路。老一代產(chǎn)品和技術(shù)，由于工業(yè)基礎(chǔ)差，與先進(jìn)工業(yè)化國家很多方面差距很大。當(dāng)時國內(nèi)需求只好把希望寄托在進(jìn)口上，而真正急需的高科技，外國又禁運、限制我們。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在我們雖然仍存在差距，但是進(jìn)步也很大，而且進(jìn)步還在加速，因為工業(yè)基礎(chǔ)在不斷提高，科研人員在不斷努力。目前在局部的點上，我們已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，相信隨著國家投入的增加，全社會的努力，我們一定能夠全面達(dá)到世界先進(jìn)水平。

現(xiàn)在我們的團(tuán)隊形成了三個研究方向，分別是納米精度光學(xué)超精密加工、微機電系統(tǒng)、精密傳動和機電測控。其中發(fā)展最好的是納米精度光學(xué)超精密加工方向。我們抓到了光學(xué)零件的最高的水平的加工技術(shù)進(jìn)行研究，把我國光學(xué)制造裝備水平一下子提上來了，可以說，我們沒有白努力。

李圣怡教授在國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上

我們希望通過努力，把我們的實驗室打造成一個高端制造研究的基地。希望我們的實驗室成為開放的基礎(chǔ)研究中心，我們以基礎(chǔ)研究為主，與工業(yè)部門協(xié)作解決難題。另一方面，希望我們的實驗室能成為新設(shè)備、新工藝開發(fā)的中間實驗基地，使我們掌握的技術(shù)開發(fā)成產(chǎn)品、裝備，使技術(shù)工程化，提供給工業(yè)界和社會使用。

記者：榮譽是對一個階段的肯定，也是對下一個階段的激勵。您在未來有哪些相應(yīng)的研究設(shè)想？

李圣怡：未來，我們正在做兩方面研究工作，正在執(zhí)行的研究計劃有一項國家“973”重大基礎(chǔ)研究計劃，我們組織了四所大學(xué)和中科院兩個研究所的國家隊，針對空間用的兩米口徑碳化硅反射鏡的加工，精度要達(dá)到面形誤差小于9納米的制造技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)研究，其尺度與精度之比高達(dá)2×108，難度非常大。如果將我國960萬平方公里的國土面積等同于整個鏡面，它就相當(dāng)于一個直徑3500公里的大鏡，精度要達(dá)到不大于17.5厘米的高差。目前雖然兩米的大鏡還沒有馬上上天的需求，但是這是將來的方向，因此我們的基礎(chǔ)研究要先走一步，通過這個研究使大型光學(xué)鏡制造水平再提高一步。

另外，現(xiàn)在我們開發(fā)的設(shè)備基本可以滿足深紫外光刻機鏡組的加工要求，但是極深紫外光刻機鏡組的加工要求更高，要達(dá)到亞納米精度。我們正在國家重大專項中和其他研究單位合作，希望在原有基礎(chǔ)上再提高一步，瞄準(zhǔn)國家需求，提升研究水平和理論深度。

記者：搞軍工科研不像做其他領(lǐng)域，面臨國外的嚴(yán)密封鎖，一點可供借鑒的經(jīng)驗都沒有。作為這一領(lǐng)域首屈一指的專家，您在研究工作中面臨過哪些困難，是如何解決的？請您結(jié)合自身研究經(jīng)驗，談?wù)勗鯓硬拍茏龅阶灾鲃?chuàng)新？您又是如何帶領(lǐng)團(tuán)隊保持如此優(yōu)越的創(chuàng)新能力的？

李圣怡：借鑒人家資料很重要，但是關(guān)鍵部分人家不告訴你。我們當(dāng)初每走一步都很難，我們通過實踐，在實踐中遇到問題，開始認(rèn)識并不深刻，遇到問題不知道人家怎么解決的。

一般做機械研究的人，認(rèn)為把機床做好就行了。通過研究發(fā)現(xiàn)，這樣的思路影響和制約了我們的研究水平。盡管我們機械系也學(xué)習(xí)了一些光學(xué)工程的基礎(chǔ)知識，但這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，一定要通過學(xué)科的深度交叉，向光學(xué)加工的工程技術(shù)人員請教，一起來研究光學(xué)工藝?，F(xiàn)在我們實驗室不但機床機械設(shè)計、機床控制和機械零件制造做得非常好，光學(xué)零件加工也達(dá)到一流水平，這得益于研究思路的拓展。通過實踐發(fā)現(xiàn)問題，通過理論指導(dǎo)實踐，再通過實踐反饋過來，克服困難。

創(chuàng)新是基礎(chǔ)，也是前進(jìn)的動力。創(chuàng)新要以國家需求為努力方向。創(chuàng)新要產(chǎn)生實際應(yīng)用。有些研究很重要，但是往往只注重發(fā)表論文、拿到專利，卻與應(yīng)用脫節(jié)。我們希望自己的基礎(chǔ)研究要形成自主知識產(chǎn)權(quán)，同時要走下去，成為原理樣機、工程樣機，能為用戶提供很好的服務(wù)。

我們這次獲國家發(fā)明獎的項目，一共申請了40多項發(fā)明專利，己授權(quán)了20多項。這些創(chuàng)新就是想辦法解決工作中遇到的特殊問題得來的，這樣的創(chuàng)新并不難。有需求，有背景，有難題，而想辦法解決這些難題，就是創(chuàng)新。

以國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)為目標(biāo)，提供有用的創(chuàng)新，將成果推廣到應(yīng)用中去。這套思路和創(chuàng)新結(jié)合起來，成為我們創(chuàng)新的主流。

記者：能否介紹一下您所在的創(chuàng)新團(tuán)隊？這個團(tuán)隊為什么能夠具備這樣一種拼搏的勁頭？

李圣怡：我們這個團(tuán)隊叫精密工程創(chuàng)新團(tuán)隊，1981年建立，有31年的歷史了。當(dāng)時是在錢老的直接授意下組建的精密機械系。他通過親自調(diào)研，指引了精密機械系的研究方向。

經(jīng)過30多年的發(fā)展，我們這個團(tuán)隊走過了三個階段：第一個階段，在老科學(xué)家的關(guān)懷帶動下，艱難起步，初創(chuàng)輝煌的10年；第二階段，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展時期，學(xué)校為軍隊服務(wù)遇到困難，老一代教師退休，面臨人才的斷層，這10年，是人才培養(yǎng)和團(tuán)隊建設(shè)打基礎(chǔ)的10年；第三個10年，我們又創(chuàng)造了一個輝煌的轉(zhuǎn)折，確定了納米精度的光學(xué)制造、微納尺度機電系統(tǒng)制造為主攻方向，并把這個方向調(diào)整好，把超精密加工推向更高的水平。

目前我們這個團(tuán)隊由青年教師、碩士和博士研究生、技術(shù)工人等80多人組成。我們的團(tuán)隊精神是：“盡善盡美，精益求精，創(chuàng)造卓越。”

所謂“盡善盡美”，就是做到極致，這是對我們團(tuán)隊成員在技術(shù)上和思想作風(fēng)上的要求；所謂“精益求精”，從30年前的亞微米精度，到納米精度，現(xiàn)在追求亞納米精度，這個追求永無休止。我們要在這種追求中“創(chuàng)造卓越”,就是要強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)跨越式發(fā)展。

“琢玉成大器，磨礪亮人生”，就是希望我們的團(tuán)隊成員和學(xué)生，不但精雕細(xì)刻，制造出超精密光學(xué)器件，還要經(jīng)過雕琢造就一批批有用的人材。我們的團(tuán)隊研磨、拋光了光學(xué)鏡面，也打磨了發(fā)亮了自己的人生。

我們之所以能夠刻苦攻關(guān)，靠的就是頑強拼搏。國防科大有兩個傳統(tǒng)，一是哈軍工的優(yōu)良傳統(tǒng)，核心就是把國家重任放在肩上，艱苦奮斗，自力更生，奮發(fā)圖強。這是陳庚將軍任院長時我們就遵循的一貫原則。

1971年，國防科技大學(xué)遷到長沙之后，在新的以科研為主的條件下，與時俱進(jìn)，銀河巨型計算機團(tuán)隊創(chuàng)造了“銀河精神”。

我們團(tuán)隊作為國防科技大學(xué)“銀河系”的一個“子集”，在這兩個傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，形成了我們自己的特點，把精度作為永不停止的追求，從而提高、帶動了其他技術(shù)。

首先，我們學(xué)校具備軍校的優(yōu)良傳統(tǒng)，執(zhí)行力很強，我們也以此來組織團(tuán)隊。研究方向確定后，我們團(tuán)隊團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力很強，這是我們的優(yōu)勢。

其次，我們有重大項目驅(qū)動。舞臺和平臺大，就決定了我們的團(tuán)隊建設(shè)體量比較大，科研經(jīng)費比較多，能夠團(tuán)結(jié)更多優(yōu)秀的人才為我們的研究事業(yè)作貢獻(xiàn)。在這個平臺上，年輕人脫穎而出的幾率也大。

再次，團(tuán)隊靈魂很重要。我們有哈軍工的優(yōu)良傳統(tǒng)，有銀河精神，有正確的思想指導(dǎo)，是為了國家做事情，這就使我們團(tuán)隊凝聚力很強。

第四，我們在團(tuán)隊管理制度上嚴(yán)格要求，同時根據(jù)每個人的不同需求，在大目標(biāo)一致的前提下，充分尊重每個人的個性發(fā)展。通過管理提高認(rèn)識水平，健全團(tuán)隊作風(fēng)。

瞄準(zhǔn)國家需求，提升研究水平和理論深度，這是我們的責(zé)任。在我們這個團(tuán)隊成立30周年的紀(jì)念活動上，我們對自己提出這樣的希望，希望我們能夠通過努力，把團(tuán)隊打造成為超精密加工的“夢之隊”，擔(dān)當(dāng)起超精密加工領(lǐng)域最繁重、最艱苦的任務(wù)，所向無敵，戰(zhàn)無不勝。