寫給國(guó)家的“情書”
——記武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院教授趙彥普

倪海波

2019年，趙彥普突然決定放棄美國(guó)前景廣闊的研發(fā)工作，回到祖國(guó)開展工程電磁場(chǎng)及多物理場(chǎng)數(shù)值方法，裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)及大規(guī)模有限元分析軟件等方面的研究和開發(fā)工作。他的這一舉動(dòng)驚訝了身邊的同事和朋友，很多人不理解他到底是怎么考慮的。

在這之前，趙彥普一直就職于美國(guó)ANSYS公司位于賓州的電磁電子全球研發(fā)總部。ANSYS公司是一家致力于工程仿真軟件和技術(shù)研發(fā)的高科技公司，曾被《軟件》雜志評(píng)選為世界最大的工程仿真軟件和服務(wù)提供商，說是全球仿真軟件行業(yè)內(nèi)的龍頭老大一點(diǎn)也不過分。在這樣的世界頂級(jí)公司工作是多少專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的人夢(mèng)寐以求的事情，是什么讓趙彥普急流勇退，選擇回國(guó)重新開始呢？

歸國(guó)游子的選擇

2019年5月，美國(guó)ANSYS公司對(duì)華為實(shí)施軟件禁售，這一舉動(dòng)直接將華為推向了輿論的風(fēng)口浪尖。這次事件讓當(dāng)時(shí)身在美國(guó)的趙彥普心里掀起了驚濤駭浪，也讓他看到了我國(guó)在工程仿真軟件方面與世界領(lǐng)先水平的巨大差距，他下決心回國(guó)通過自己的專業(yè)能力為祖國(guó)的科研事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量，這次事件也成為推動(dòng)他回國(guó)的原動(dòng)力。他希望能通過自己多年來(lái)在電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域的鉆研成果為我國(guó)“卡脖子”的工程仿真軟件開發(fā)貢獻(xiàn)自己的一點(diǎn)力量。除此之外，由于他多年來(lái)在高壓/特高壓領(lǐng)域的研究，他的目光也一直關(guān)注著我國(guó)在電力方面的建設(shè)。

2017年9月，我國(guó)已經(jīng)建成投運(yùn)的就有“八交九直”17個(gè)特高壓工程，初步形成了西電東送、北電南供的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)。“我國(guó)在高壓/特高壓領(lǐng)域的研究水平在世界處于領(lǐng)先地位?！壁w彥普極為驕傲地說著。但同時(shí)，目光敏銳的他也看到了我國(guó)在高電壓領(lǐng)域放電計(jì)算、絕緣材料設(shè)計(jì)及高端裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的需求?！拔覀儑?guó)家特高壓的建設(shè)仍需要先進(jìn)算法及高水平工業(yè)軟件的支持，來(lái)保證輸變電裝備的各個(gè)部件能夠穩(wěn)定高效運(yùn)行?！币虼嗽谮w彥普看來(lái)，放棄多年來(lái)在美國(guó)的待遇，投身國(guó)家的科研建設(shè)是自然而然的選擇。

回國(guó)后，趙彥普就職于武漢大學(xué)。說起原因，他說：“武大的高電壓學(xué)科在行業(yè)里面非常有影響力?！蔽錆h大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院是原國(guó)家“211工程”“985工程”重點(diǎn)建設(shè)單位，是我國(guó)電力工業(yè)高級(jí)人才培養(yǎng)的搖籃，學(xué)院建設(shè)有“國(guó)家工科基礎(chǔ)課程電工電子教學(xué)基地”等教學(xué)平臺(tái)、“雷電防護(hù)與接地技術(shù)”教育部工程研究中心、“高電壓與絕緣技術(shù)”國(guó)家電力公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、“武漢大學(xué)智能電網(wǎng)研究院”、“高電壓大容量開關(guān)電器實(shí)驗(yàn)室”等科研平臺(tái)，對(duì)于科研人才十分重視和支持。學(xué)校提供了充足的啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)支持，并且為他配備了獨(dú)立的辦公室。“今年招到了4名博士加入我們的團(tuán)隊(duì)，我一定努力把他們培養(yǎng)成才?！辫b于高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)涉及領(lǐng)域廣泛，趙彥普說：“我希望團(tuán)隊(duì)有更多多元背景的成員加入，包括高壓、電力系統(tǒng)、材料、數(shù)學(xué)、物理等各個(gè)專業(yè)的人才?！?/p>

在趙彥普心里，他早已將團(tuán)隊(duì)未來(lái)的研究工作規(guī)劃成形。傳統(tǒng)關(guān)于特高壓方面的研究要做大量的實(shí)驗(yàn)，但依然難以觀測(cè)到裝備內(nèi)部的多物理場(chǎng)特性?！拔覀円ㄔO(shè)計(jì)算高電壓工程學(xué)的平臺(tái)，以此增加我國(guó)研究特高壓工程的技術(shù)手段?！?/p>

在很多人眼里，趙彥普在電氣工程領(lǐng)域集一流專業(yè)能力與優(yōu)秀工作履歷于一身，然而剛進(jìn)入科研領(lǐng)域的時(shí)候，他的研究方向其實(shí)并不是這個(gè)。

逐夢(mèng)路上不忘初心

工程電磁場(chǎng)數(shù)值分析需要將數(shù)值算法與電磁場(chǎng)問題結(jié)合，然而最開始的時(shí)候，趙彥普并沒有電氣工程方面的專業(yè)知識(shí)。“我本科和碩士7年時(shí)間學(xué)的都是計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)?！壁w彥普回憶說，“在那期間，我接觸了熱傳導(dǎo)方程、對(duì)流擴(kuò)散方程、納維斯特斯方程以及歐拉方程等經(jīng)典數(shù)學(xué)物理模型問題。”他直到博士期間才真正開始接觸電磁場(chǎng)計(jì)算問題，并結(jié)合工程應(yīng)用進(jìn)行研究。因?yàn)榇T士期間趙彥普了解到，實(shí)際工程問題的計(jì)算規(guī)模龐大，經(jīng)常會(huì)達(dá)到上千萬(wàn)甚至上億自由度的計(jì)算規(guī)模，因此研究利用高性能機(jī)群去解決大規(guī)模工程計(jì)算問題，就成了他必須掌握的技能。所以在2009年碩士畢業(yè)后，他來(lái)到深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，探索高性能并行計(jì)算技術(shù)。

如果將解決高壓/特高壓工程問題比作一棵樹的話，那么在從本科到研究院的8年間，趙彥普所付出的努力就是地底的根苗。2010年，結(jié)束了在深圳先進(jìn)技術(shù)研究院工作的趙彥普已經(jīng)具備了從事工程計(jì)算電磁場(chǎng)研究領(lǐng)域的條件。機(jī)會(huì)總是青睞于有準(zhǔn)備的人，當(dāng)時(shí)恰逢香港理工大學(xué)電機(jī)工程系傅為農(nóng)教授在招收計(jì)算數(shù)學(xué)背景的學(xué)生，于是，他聯(lián)系到傅為農(nóng)教授，前往香港理工大學(xué)讀博，成功開啟了自己在電磁場(chǎng)領(lǐng)域的研究生涯?！坝鲆姼到淌谑俏胰松械囊淮笮沂??！壁w彥普在采訪過程中反復(fù)說著這句話。在傅為農(nóng)教授的指導(dǎo)下，他一步步深入到低頻計(jì)算電磁場(chǎng)領(lǐng)域。不僅獲得了香港政府博士獎(jiǎng)學(xué)金——Hong Kong PhD Fellowship，還兼職參與了ANSYS公司的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目。

但趙彥普的科研道路并不止步于此，博士畢業(yè)后他前往普渡大學(xué)焦丹教授的團(tuán)隊(duì)從事博士后研究。在那里，他主要負(fù)責(zé)高頻芯片和外電路耦合的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)他還接觸到了關(guān)于芯片的數(shù)值仿真技術(shù)，“這次經(jīng)歷豐富了我解決實(shí)際工程問題的經(jīng)驗(yàn)技能”。

從普渡大學(xué)結(jié)束博士后研究的趙彥普已經(jīng)是一名涉及知識(shí)廣泛、擁有豐富研究經(jīng)驗(yàn)的研究者，深厚的科學(xué)研究和軟件開發(fā)實(shí)力讓他被美國(guó)ANSYS公司聘為電磁電子部高級(jí)研發(fā)工程師，并獲得美國(guó)杰出人才工作簽證。在ANSYS公司工作期間，趙彥普負(fù)責(zé)Maxwell 3D軟件的三維低頻電磁場(chǎng)有限元算法的開發(fā)。工作期間趙彥普有機(jī)會(huì)接觸很多國(guó)際大公司的工程應(yīng)用案例，包括為蘋果公司進(jìn)行手機(jī)觸控屏設(shè)計(jì)、為德國(guó)電力公司進(jìn)行電纜以及復(fù)雜高壓器件里的電磁場(chǎng)計(jì)算等。

在談及自己所獲得的成就時(shí)，趙彥普并沒有表現(xiàn)出特別的激動(dòng)。他謙虛地說：“我能走到今天，是因?yàn)槲易銐蛐疫\(yùn)，遇到了科研道路中最重要的三位導(dǎo)師——香港理工大學(xué)的傅為農(nóng)教授、南京大學(xué)的張強(qiáng)教授及普渡大學(xué)的焦丹教授?！痹谮w彥普看來(lái)，傅為農(nóng)教授提供了一流的平臺(tái)，使自己能夠?qū)⒂?jì)算數(shù)學(xué)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域。而他在南開大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)的碩士導(dǎo)師張強(qiáng)，教給了他深厚的計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)知識(shí)，并在自己進(jìn)入深圳先進(jìn)技術(shù)研究院以及前往普渡大學(xué)的過程中起到了重要的引薦作用，加大了他在科研之路上的推力。焦丹教授則帶領(lǐng)自己進(jìn)入大規(guī)模芯片高頻電磁場(chǎng)數(shù)值仿真領(lǐng)域?！八?她們是我科研路上的貴人?！壁w彥普說道。

趙彥普與世界知名的電磁場(chǎng)計(jì)算專家、法國(guó)索邦大學(xué)任卓翔教授。

茍利國(guó)家生死以

回國(guó)后，趙彥普的工作一下子變得特別忙碌：為學(xué)生授課、撰寫項(xiàng)目申請(qǐng)書、參與博士論文答辯、參加學(xué)術(shù)會(huì)議、和裝備及電力企業(yè)探索合作等相關(guān)事宜……“在美國(guó)做研發(fā)工程師期間，我每天的工作就是坐在工位上進(jìn)行一套產(chǎn)品的開發(fā)及維護(hù)，其他事情相對(duì)較少?；貒?guó)后豐富多彩的學(xué)術(shù)活動(dòng)拓寬了我在專業(yè)知識(shí)方面的廣度。”當(dāng)然，工作內(nèi)容的增多并沒有使他放慢在專業(yè)深度上的鉆研?！拔矣X得這是一個(gè)知識(shí)爆炸的時(shí)代，我們置身其中一定要堅(jiān)持自己主攻的方向。”趙彥普如是說。

趙彥普主攻的方向一直沒變，從學(xué)習(xí)計(jì)算數(shù)學(xué)時(shí)，他就希望能夠通過科學(xué)計(jì)算解決實(shí)際工程問題，后來(lái)研究電磁場(chǎng)也是懷揣著這樣的初衷。如今，他帶著一身的交叉專業(yè)技能回國(guó)，目的就是為國(guó)家和企業(yè)解決復(fù)雜重大工程問題貢獻(xiàn)力量。

因此在回國(guó)的一年多時(shí)間里，趙彥普積極地和裝備制造類的企業(yè)建立聯(lián)系，探索和他們的合作方式。其中，他和特變電工衡陽(yáng)變壓器公司簽訂了一項(xiàng)軟件開發(fā)的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)變壓器磁場(chǎng)、渦流場(chǎng)、瞬態(tài)場(chǎng)以及溫度場(chǎng)分析軟件，項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了落地，后續(xù)他會(huì)將自己在電磁場(chǎng)和多物理場(chǎng)的求解以及有限元部分的算法融合進(jìn)去。對(duì)于這部分工作，趙彥普有自己的優(yōu)勢(shì)，“在ANSYS公司擔(dān)任研發(fā)工程師的工作經(jīng)歷，幫助我積攢了很多和客戶溝通的經(jīng)驗(yàn)，我清楚他們的工程仿真需求”。

在研究方面，趙彥普的重心依舊在高電壓與絕緣技術(shù)中的復(fù)雜電磁場(chǎng)及多物理場(chǎng)仿真問題上，如高端高壓裝備及部件的精確電磁場(chǎng)計(jì)算、電磁多物理場(chǎng)的耦合機(jī)理與穩(wěn)定數(shù)值算法以及放電的數(shù)值模擬等?！霸谛碌膰?guó)家戰(zhàn)略里，我們有了新的電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，絕緣設(shè)計(jì)就變得非常重要。”在電磁場(chǎng)的研究中，趙彥普的目光始終關(guān)注著國(guó)家的需求。他非常清楚，要想讓特高壓工程的高端裝備絕緣設(shè)計(jì)可靠，一定離不開電磁場(chǎng)計(jì)算來(lái)快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。包括輸變電裝備及部件如接頭、絕緣子、套管、開關(guān)、變電站，分析多物理場(chǎng)分布、快速瞬態(tài)過電壓、電磁環(huán)境等問題?！拔蚁Ｍ芎屯瑢I(yè)領(lǐng)域的研究人員一起，填補(bǔ)國(guó)家的需求?！壁w彥普如此說，也在往這個(gè)方向努力著。

科研需要傳承與創(chuàng)新

當(dāng)初尚在求學(xué)期間的趙彥普曾在課堂上聽老師講解麥克斯韋方程組，如今已為人師的他也在講臺(tái)上向年輕學(xué)子們講述這部分電磁理論知識(shí)。不同的是，在他的講解內(nèi)容里，還多了工程電磁場(chǎng)的有限元分析等主題。

專業(yè)的知識(shí)需要一代一代地去傳承，國(guó)家的發(fā)展也需要每一輩科研人前赴后繼地去努力。因此，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識(shí)的新時(shí)代人才就顯得格外重要。對(duì)此，趙彥普認(rèn)為，“如果老師能夠把國(guó)家的需求，還有一些科研前沿的成果介紹給學(xué)生的話，引導(dǎo)他們?nèi)リP(guān)注、思考相關(guān)的問題，可能更容易培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)，一步一步地解決我們國(guó)家的卡脖子技術(shù)和短板問題”。同時(shí)，他也希望學(xué)生們能夠有擔(dān)當(dāng)精神，“這樣他們才會(huì)有主觀能動(dòng)性去創(chuàng)造新的東西”。

錢學(xué)森曾說：“我的事業(yè)在中國(guó)，我的成就在中國(guó)，我的歸宿在中國(guó)?！睗撔难芯?，時(shí)刻將國(guó)家需求放在心上，是科研人共同的堅(jiān)持。無(wú)數(shù)個(gè)潛心鉆研的日夜，趙彥普待在實(shí)驗(yàn)室里研究著復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)及工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)，嘗試攻克一個(gè)又一個(gè)工程仿真難題。對(duì)他來(lái)說，每一項(xiàng)研究成果，都是他送給祖國(guó)的“情書”。