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。中國工程院院士、材料成形專家，華中科技大學教授、博士生導師。他長期從事塑料注射成形模擬和智能型塑料注射機的研究和開發(fā)工作，取得的創(chuàng)新成果用于國防、汽車、電子等高端產(chǎn)品制造中。開發(fā)出三維塑料注射成形過程模擬商品化軟件，產(chǎn)生了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。1986年至1987年，他在美國康奈爾大學做訪問學者，2001年至2006年擔任華中科技大學材料科學與工程學院院長。3次獲國家科學技術進步獎二等獎，1次獲國家自然科學獎二等獎，2010年被評為全國優(yōu)秀科技工作者。

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

三十余年來，李德群一直致力于塑料注射成形數(shù)字化和智能化技術的研究和應用，引領我國該領域“智能制造”的發(fā)展。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，李德群為我國塑料成形加工學科和行業(yè)的發(fā)展作出了突出貢獻。

破冰

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

“有了那個十年，經(jīng)過人生的跌宕起伏，讓我學會了如何克服困難和挫折?！崩畹氯罕硎?，十年里他在精神、體力、智力、技術等多方面都有了提高，讓他對現(xiàn)在的工作和生活更加熱愛。

1978年，33歲的李德群拿著華中工學院（現(xiàn)華中科技大學）研究生錄取通知書回歸校園，重新拿起課本，開始了人生新的征程?！斑M入華工后，我才有可能真正開始學術研究?！崩畹氯赫f，他倍加珍惜這來之不易的學習和科研機會。

當時李德群的導師肖景容教授結合學科前沿和實際需要，為李德群確定了材料成形與計算機技術相結合的研究方向，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)來進行塑料成形模擬，但中面模型存在著過于依賴技術人員對軟件的操作水平，且難以模擬結構復雜、內(nèi)外不對稱的塑料制品等弊病?！安捎盟芰献⑸涞闹忻婺Ｐ瓦M行塑料成形模擬，不僅要求技術人員熟悉相關的專業(yè)知識，還要進行大量的圖形處理?！崩畹氯赫f，提取中面的工作量甚至要占整個塑料成形模擬工作量的80%。

針對中面模型的缺陷，李德群經(jīng)過深入地思考和調(diào)研，提出了表面模型的概念，開發(fā)出基于表面模型的模擬軟件，并率先在國際上發(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，美國佐治亞理工學院Cardozo教授在綜述論文中評價：“表面模型的概念是塑料注射成形模擬歷史上一個重要里程碑。”

引領

1986年，李德群應邀前往美國康奈爾大學做訪問學者。期間，李德群不僅致力于塑料注射成形過程計算機模擬技術的研究，還為美國的AC-Tech公司開發(fā)出商品化二維冷卻系統(tǒng)軟件。一年多的美國之行，讓李德群認準了塑料注射成形數(shù)字化和智能化的發(fā)展方向。

由于與西方工業(yè)先進國家存在很大差距，我國長期以來缺乏具有自主知識產(chǎn)權的塑料注射成形模擬軟件，大量的塑料模具需要依靠進口。從美國歸來的李德群意識到這是一個亟待解決的行業(yè)難題。

“那時國內(nèi)的塑料注射成形技術剛剛起步，做不出精密度高、結構先進的成形模具，生產(chǎn)出的塑料制品不僅費料，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?！?0世紀90年代初，李德群和他的團隊率先開發(fā)出國產(chǎn)塑料注射成形模擬軟件并實現(xiàn)了工程應用。

在李德群和他主持的數(shù)字化成形團隊的不斷努力下，塑料注射成形集成模擬軟件——華塑CAE誕生了。該軟件成為我國塑料注射成形模擬領域的一項重要成果，并與金屬鑄造模擬、板料成形模擬軟件一道，成為我國材料成形模擬領域的知名品牌，目前已在1000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)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

“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雜工序。它革新了國內(nèi)塑料制品行業(yè)長期依靠生產(chǎn)試錯這種費時費錢的方式，提高了塑料注射成形模具的設計和制造水平，使我國也能生產(chǎn)出更精密、更經(jīng)濟的塑料制品?！崩畹氯赫f。

布局

21世紀初，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)能量按需供給與優(yōu)化控制，產(chǎn)品質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)過程，需要先在計算機上進行塑料注射成形模擬，再人工將相關參數(shù)輸入塑料注射機中，這往往需要塑料注射機操作人員具有很高的技術熟練度。如何讓塑料成形模擬軟件與塑料注射機融合在一起，擺脫塑料制品生產(chǎn)過程對人工的依賴，實現(xiàn)自動化和智能化生產(chǎn)，是我想要做的事情。”李德群說。

李德群帶領科研團隊，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，李德群所開發(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)品的重復精度和生產(chǎn)自動化程度。目前，智能型注射機不僅在國內(nèi)推廣應用，還遠銷海外。早在工業(yè)技術4.0、智能制造成為全社會關注的熱點話題之前，李德群和他的團隊就已經(jīng)走在了學科和行業(yè)的前沿。

“未來，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?！崩畹氯罕硎荆退臄?shù)字化成形團隊將繼續(xù)深入材料成形智能化的研究和開發(fā)，將中國的創(chuàng)新成果推廣到國際上去。