突破海洋工程世界性難題 助力廣東率先實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)
——專訪廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院院長張永康

文/陳嵐

[導(dǎo)讀]

國家關(guān)于制定“十四五”規(guī)劃的建議提出要堅定不移地建設(shè)制造強國，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化,在碳中和背景下，高端制造和智能制造更是廣受關(guān)注。圍繞科技前沿和國家重大需求，廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院堅持與產(chǎn)業(yè)深度融合，形成了電子制造技術(shù)與裝備、高效精密加工技術(shù)與高端裝備、智能制造與機器人系統(tǒng)等特色鮮明的研究方向，通過先進(jìn)技術(shù)支撐制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，助力碳達(dá)峰、碳中和（以下簡稱“雙碳”）目標(biāo)實現(xiàn)。張永康院長是我國激光沖擊強化抗疲勞研究的開創(chuàng)者之一，通過碳中和背景下海上風(fēng)電場建造核心裝備研發(fā)及應(yīng)用，他將為我們展現(xiàn)“碳中和+高端裝備制造”的技術(shù)路線。

豐碩成果筑牢學(xué)科高地先進(jìn)技術(shù)支撐轉(zhuǎn)型升級

《廣東科技》：首先，請您介紹一下廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院的基本情況。

張永康：在廣東省委、省政府支持下，廣東工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“廣工”）正打造學(xué)科提升工程，推進(jìn)“1+2+3”攀撐計劃（建設(shè)1個基地、2個學(xué)科群和3個中心），建設(shè)有力支撐廣東制造強省的高水平創(chuàng)新型大學(xué)。其中，我們機電工程學(xué)院具有60多年辦學(xué)歷史，先后榮獲“全國文明單位”“全國教育系統(tǒng)先進(jìn)集體”等榮譽稱號，學(xué)院的骨干教師曾榮獲全國五一勞動獎?wù)?、首屆全國?chuàng)新爭先獎、廣東省丁穎科技獎等榮譽。學(xué)院擁有機械工程一級學(xué)科博士點、博士后科研流動站、機械專業(yè)學(xué)位博士點、儀器科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科碩士點等，現(xiàn)有省部共建精密電子制造技術(shù)與裝備國家重點實驗室、制造物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室、省部共建3C產(chǎn)品制造裝備協(xié)同創(chuàng)新中心、廣東省微納加工技術(shù)與裝備重點實驗室、廣東省計算機集成制造重點實驗室、廣東省微創(chuàng)手術(shù)器械設(shè)計與精密制造重點實驗室等科研平臺。學(xué)院以第一完成單位獲得國家科學(xué)技術(shù)獎3項，其中2019年獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎、國家科技進(jìn)步獎二等獎各1項；獲得省部級科技獎一等獎11項，中國專利優(yōu)秀獎4項、廣東省專利獎金獎3項，日內(nèi)瓦國際發(fā)明展特別嘉許金獎1項、金獎1項。

《廣東科技》：近年來，機電工程學(xué)院在推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展方面開展了哪些工作，取得了哪些重要科研成果？

張永康：廣工機電工程學(xué)院面向世界科技前沿、面向國家重大需求，深耕微電子制造領(lǐng)域十余載，攻克了“高速高加速度下高精度操作”的國際難題，陳新老師以第一完成人獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎和國家科技進(jìn)步獎二等獎等，實現(xiàn)了廣東工業(yè)大學(xué)國家技術(shù)發(fā)明獎零的突破。

在醫(yī)護(hù)用品及其批量生產(chǎn)設(shè)備方面，面對新冠肺炎疫情，我院教師聯(lián)合企業(yè)研制出醫(yī)用口罩納米纖維濾膜生產(chǎn)線、核心部件超聲焊接裝備、醫(yī)用紡織品智能切割設(shè)備、超聲置管精密引導(dǎo)儀等抗疫裝備并迅速轉(zhuǎn)化，相關(guān)裝備產(chǎn)品出口歐美日韓等48個國家和地區(qū)，被中央電視臺等主流媒體專題報道。王成勇老師作為第一完成人的“高端印制電路板高效高可靠性微細(xì)加工技術(shù)與應(yīng)用”項目獲得2019年度國家科技進(jìn)步獎二等獎，“高質(zhì)高效醫(yī)療防護(hù)制品制造裝備關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項目獲得2020年度廣東省科技進(jìn)步獎一等獎。

在海上風(fēng)電高端裝備制造領(lǐng)域，我院譚桂斌老師的極端惡劣海況動密封技術(shù)、李德源老師的風(fēng)機葉片流固耦合仿真、宋健老師的風(fēng)機結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化和壽命評估、李志老師的能源互聯(lián)網(wǎng)與智能運維等成果，創(chuàng)造了顯著的社會與經(jīng)濟效益。

突破世界性技術(shù)難題研發(fā)海洋工程高端裝備

《廣東科技》：據(jù)了解，2020年3月，張院長主持完成的項目“深水區(qū)超大型海上風(fēng)電設(shè)備安裝平臺關(guān)鍵設(shè)計與制造技術(shù)”榮獲廣東省科技進(jìn)步獎一等獎，請介紹一下該項目的情況。

張永康：我們團隊從2007年開始，與南通中遠(yuǎn)海運船務(wù)工程有限公司、啟東中遠(yuǎn)海運海洋工程有限公司、中國船舶武漢船用機械有限責(zé)任公司、中鐵建港航局集團有限公司等企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，開展海洋工程高端裝備的抗疲勞制造研究。經(jīng)過多年的深入研究與探索，相關(guān)成果榮獲國家科技進(jìn)步獎一等獎1項、中國專利金獎1項、省部級科技獎一等獎4項、中國好設(shè)計金獎1項、日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高級別獎項“特別嘉許金獎”1項等。

《廣東科技》：當(dāng)前，廣東將海上風(fēng)電作為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要路徑之一，學(xué)院在該領(lǐng)域開展了哪些研究工作？

張永康：廣東大力發(fā)展海上風(fēng)電并將之作為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要路徑之一，目前正逐步形成世界級海上風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)集群。為助力廣東“雙碳”目標(biāo)的率先實現(xiàn)，我們團隊在以下方面重點展開研究：

一是深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電場建設(shè)核心裝備關(guān)鍵制造技術(shù)。海上風(fēng)電作為清潔能源，受到世界各國高度重視和大力推進(jìn)，我國也將其作為解決能源危機、降低環(huán)境污染、減緩氣候變化、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要途徑之一。隨著風(fēng)機大型化、風(fēng)電場深水遠(yuǎn)岸化和規(guī)模化，在風(fēng)大、浪高、水深的惡劣環(huán)境中，大型海上風(fēng)電場的建設(shè)難度越來越大，面臨三大世界性技術(shù)難題——巨型巨重風(fēng)機安裝平臺自升站立易傾覆“失穩(wěn)”、高空大風(fēng)動載巨型葉片吊裝精準(zhǔn)對位易“失準(zhǔn)”、水下電纜超高壓遠(yuǎn)距離軟接頭連接易疲勞破壞“失效”。

經(jīng)過十多年的產(chǎn)學(xué)研合作，我們終于成功解決了上述三大難題，研發(fā)出系列創(chuàng)新成果和世界領(lǐng)先的裝備與產(chǎn)品，形成國際標(biāo)準(zhǔn)4項、國家標(biāo)準(zhǔn)10項，研究成果在國內(nèi)和英國、丹麥、德國等國外著名海上風(fēng)電場實現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用，帶來巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和國際影響力，成為“中國制造”新名片，被國際海上工程領(lǐng)頭羊比利時DEME公司等評價為“世界上最先進(jìn)的海上風(fēng)電安裝船”；團隊參與建設(shè)的國內(nèi)最大的海上風(fēng)電場，榮獲全國風(fēng)電行業(yè)首個“國家優(yōu)質(zhì)工程金質(zhì)獎”；承擔(dān)全球最大海上風(fēng)電場“倫敦陣列”風(fēng)機安裝工程，該工程入選央視和英國BBC聯(lián)合攝制的大型紀(jì)錄片《改變地球的一代人》，并被中央電視臺、英國廣播公司（BBC）、德國ZDFneo等知名媒體播放。

二是低碳低成本高效的深遠(yuǎn)海三浮體原油轉(zhuǎn)駁輸送技術(shù)。深海油氣資源開發(fā)事關(guān)國家能源安全，以海上浮式生產(chǎn)儲油船（FPSO）開發(fā)為主。如何將FPSO上的原油直接、快速地轉(zhuǎn)移到常規(guī)油輪（VLCC），一直是業(yè)內(nèi)亟待解決的世界性難題，更是制約我國開發(fā)南海深遠(yuǎn)區(qū)石油資源的主要瓶頸之一。該項目提出、設(shè)計并成功研制了全球首艘原油轉(zhuǎn)駁輸送裝備/船（CTV）以及首個“FPSO+CTV+VLCC”三浮體原油轉(zhuǎn)駁輸送系統(tǒng)，解決了新型CTV零航速和低航速時浮態(tài)穩(wěn)定性、小空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)建造的變形控制和三浮體系統(tǒng)的水動力干擾三大技術(shù)難題，實現(xiàn)了將原油通過CTV直接過駁到常規(guī)油輪的規(guī)?；瘧?yīng)用，開創(chuàng)了全新的海洋油田原油轉(zhuǎn)駁模式。

目前，首批2艘CTV已在水深2200米的巴西海上油田應(yīng)用，成效顯著：原油轉(zhuǎn)駁速度在10bar壓力下達(dá)8000m3/h，比常規(guī)設(shè)備提升50%；與“穿梭油輪+陸地儲油+油輪”模式相比，每艘CTV能降低綜合成本52%，一年節(jié)約費用約1億美元、減少二氧化碳排放18.8萬噸。該項目被海工領(lǐng)域國際頂級學(xué)術(shù)刊物Ocean Engineering、中央電視臺、人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、新華日報、江蘇衛(wèi)視、國際船舶網(wǎng)等多家媒體重點報道。該項目的研究帶動了深海石油開發(fā)領(lǐng)域裝備制造技術(shù)的發(fā)展，整體技術(shù)水平居于國際領(lǐng)先地位，標(biāo)志著中國海工產(chǎn)品從中國制造邁向了中國創(chuàng)造。

首座8MW級海上風(fēng)電安裝平臺(作業(yè)水深55米)

《廣東科技》：張院長被劉頌豪院士、范滇元院士等多名學(xué)者稱為“我國激光沖擊加工技術(shù)領(lǐng)域的開創(chuàng)者之一”，為何近年來研究方向從激光加工轉(zhuǎn)向了海上風(fēng)電領(lǐng)域？

張永康：我從1992年讀博士研究生開始，在導(dǎo)師余承業(yè)教授和副導(dǎo)師朱荻院士的指導(dǎo)下，開始研究航空鋁合金結(jié)構(gòu)件的激光沖擊強化抗疲勞?？蛊谥圃斓难芯糠较蛞恢眻猿种两?，只是拓寬了研究內(nèi)涵和研究對象。研究內(nèi)涵從原來的激光沖擊強化抗疲勞表面工程拓展到抗疲勞設(shè)計和抗疲勞制造工藝，形成了結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和表面工程的三位一體；研究對象從航空關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件拓展到深海鉆探平臺、超大型海上風(fēng)電安裝平臺、深遠(yuǎn)海石油轉(zhuǎn)駁裝備等海洋工程裝備。

疲勞破壞是航空裝備和海工裝備的共性問題，抗疲勞制造技術(shù)是共性技術(shù)，結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計、低應(yīng)力焊接工藝、激光沖擊強化、激光鍛造復(fù)合增材制造與修復(fù)等是具體的技術(shù)方法。海上風(fēng)電是清潔可再生能源，大力發(fā)展海上風(fēng)電是廣東省實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的必然選擇，對保障能源供應(yīng)安全、促進(jìn)能源綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義。從2007年與南通中遠(yuǎn)海運船務(wù)工程有限公司產(chǎn)學(xué)研合作開始，我們抓住機遇，將研究對象從航空發(fā)動機/飛機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件拓展到了海洋工程裝備，團隊的研究重點始終是抗疲勞長壽命制造，一直沒有變。

堅持與產(chǎn)業(yè)深度融合培養(yǎng)高層次緊缺人才

《廣東科技》：在“雙碳”目標(biāo)的背景下，機電工程學(xué)院在學(xué)生創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)的提高方面有哪些舉措？

張永康：學(xué)院全面落實立德樹人根本任務(wù)，將思想政治教育工作貫穿學(xué)科建設(shè)、科學(xué)研究、教育教學(xué)全過程，深挖育人資源、打造育人品牌，構(gòu)建具有新工科特色的“三全育人”體系，扎實培養(yǎng)有家國情懷、有國際視野、有堅實基礎(chǔ)、有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)創(chuàng)新型復(fù)合人才。通過十多年艱辛付出，學(xué)院2次獲得國家級教學(xué)成果獎，教師中涌現(xiàn)出全國五一勞動獎?wù)芦@得者、勞動模范、南粵優(yōu)秀教師，培養(yǎng)了榮獲“中國大學(xué)生年度人物”“全國優(yōu)秀共青團員”“上銀優(yōu)秀機械博士論文特別獎”等優(yōu)秀學(xué)生。通過師生不斷努力，學(xué)院為國家在半導(dǎo)體與集成電路制造、智能制造、高效精密制造等關(guān)鍵領(lǐng)域培養(yǎng)了大批高層次緊缺人才。

項目研制的全球首艘原油轉(zhuǎn)駁輸送船(CTV)

與產(chǎn)業(yè)深度融合是廣工近年來加速發(fā)展的有效辦學(xué)路徑，先進(jìn)制造技術(shù)是我院的優(yōu)勢之一，人才培養(yǎng)是我院的傳統(tǒng)優(yōu)勢。碳中和是一場關(guān)于新技術(shù)的賽跑，我國將在變革中與發(fā)達(dá)國家同場競技，而高素質(zhì)、創(chuàng)新型、專業(yè)性人才短缺正成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的痛點。近年來，面向國家戰(zhàn)略、粵港澳大灣區(qū)建設(shè)需求，我院積極探索，開設(shè)了“碳中和·海上風(fēng)電未來技術(shù)”微專業(yè)，成立了“ 碳中和·未來技術(shù)”本科生教學(xué)實驗室，在陽江建設(shè)“碳中和·海上風(fēng)電本科生校外實踐基地”等。國家重大需求和粵港澳大灣區(qū)率先實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)對高端裝備制造專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新要求，國內(nèi)在該新興領(lǐng)域的規(guī)劃教材（本科生和研究生）及建設(shè)研究尚屬空白，我院與華南理工大學(xué)、中山大學(xué)、廣東海洋大學(xué)、廣州航海學(xué)院等粵港澳大灣區(qū)院校一起，聯(lián)合挪威Cef-ront AS 公司、中國石油集團、啟東中遠(yuǎn)海運海洋工程有限公司等國內(nèi)外知名企業(yè)，以“碳中和·海洋能源高端裝備制造”為主線，以本人的科研成果為基礎(chǔ)，融合新能源、新材料、綠色環(huán)保等多學(xué)科，編寫了一套系統(tǒng)理論完善、多維度、高水平、高層次、高質(zhì)量的系列技術(shù)叢書與教材，積極為廣東省實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)培養(yǎng)高層次人才。

《廣東科技》：機電工程學(xué)院擁有一批國家、省、市重點科研平臺，請介紹一下平臺建設(shè)以及開展研究的情況。

張永康：在高端裝備制造戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，廣工擁有華南唯一的國家重點實驗室。圍繞國家以及粵港澳大灣區(qū)國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)需求，我院形成了電子制造技術(shù)與裝備、高效精密加工技術(shù)與高端裝備、智能制造與機器人系統(tǒng)等特色鮮明的研究方向。其中，省部共建精密電子制造技術(shù)與裝備國家重點實驗室、3C電子制造裝備國家級協(xié)同創(chuàng)新中心、廣東省微納加工技術(shù)與裝備重點實驗室、微電子精密制造技術(shù)與裝備教育部重點實驗室等平臺，專注于高端電子制造技術(shù)與裝備等領(lǐng)域，為我國在該領(lǐng)域國際競爭力躍升作出了突出貢獻(xiàn)。學(xué)院牽頭建設(shè)佛山市南海區(qū)廣工大數(shù)控裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院，重點圍繞半導(dǎo)體、人工智能、高端智造等領(lǐng)域，服務(wù)地方企事業(yè)單位1500余家，帶動地區(qū)新增產(chǎn)值50多億元。

《廣東科技》：下一階段，機電工程學(xué)院將會開展哪些專項工作或研究？

張永康：廣工將貫徹落實廣東省人民政府辦公廳《關(guān)于支持廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)高水平創(chuàng)新型大學(xué)有關(guān)工作的會議紀(jì)要》文件精神，完成“學(xué)科提升工程”的建設(shè)目標(biāo)；同時，以機械專業(yè)學(xué)位博士點、博士后流動站匯聚國內(nèi)外領(lǐng)軍企業(yè)技術(shù)專家、學(xué)術(shù)帶頭人等，為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育高素質(zhì)人才。下一步，學(xué)院將對碳中和高端綠色智造技術(shù)、海上風(fēng)電高端裝備極端制造技術(shù)等不斷加大投入，通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，力爭拓寬在智慧能源工程、智能汽車工程、儲能科學(xué)與技術(shù)等國家級戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域的培養(yǎng)方向。