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

文/龐貝 陳碩

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

2013年1月中旬，這樣一條消息進入人們的視野：國防科大精密工程創(chuàng)新團隊自主研制的磁流變和離子束兩種超精拋光裝備，創(chuàng)造了光學零件加工的納米精度，并通過國家權威部門驗收。

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零件制造裝備技術的國家，該團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)能力的團隊。

1月18日，“超精密光學零件可控柔體拋光技術與裝備”在國家科學技術獎勵大會上，榮獲2012年度國家技術發(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)新團隊的負責人李圣怡教授。

“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，它就相當于一個直徑3500公里的大鏡，精度要達到不大于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域的“夢之隊”。他說，他們現(xiàn)在只爬到了這一領域“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，我們一直關注世界上最先進的光學制造領域的動態(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。隨著光學零件的形狀越來越復雜，精度越來越高，上世紀70年代小工具數(shù)控技術引入到光學加工中，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。

上世紀末，世界上陸續(xù)出現(xiàn)一些新原理的加工技術。例如，磁流變拋光技術是美國在前蘇聯(lián)解體后，引進蘇聯(lián)的科學家開發(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，引起全世界的關注和跟蹤研究。

我們2000年也開始投入這一領域的跟蹤研究。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，可劃分為第二代技術。我們發(fā)現(xiàn)新一類技術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、二代技術不具備的特色，是否可以稱之為第三代技術？我們把它稱之為“可控柔體制造技術”，目的是總結第三代技術的共性，找出與第一、二代技術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元件，制造大規(guī)模集成電路的關鍵設備是光刻機，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、高精度的光學元件。

現(xiàn)在很多光學元件，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，不但精度非常高，而且效率也很高，滿足了重大工程需求。而離子束拋光技術是目前光學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，使我國光學制造領域產(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，具備自主知識產(chǎn)權。它把我們的光學制造，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，現(xiàn)在正在朝頂端進發(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，有了技術設備，相信經(jīng)過努力，我們國家光學制造業(yè)一定能到達最高的山頂。將來我們的高端光刻機誕生那天，才能算是達到了頂峰，現(xiàn)在我們還在爬。

記者：精密和超精密加工技術的發(fā)展直接影響尖端技術和國防工業(yè)的發(fā)展，世界各國都極為重視。但是，您在進入這一領域的時候，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域來進行科研攻關？

李圣怡：1968年，我從中南大學的前身中南礦冶學院畢業(yè)分到鞍鋼，做了10年機電技術員。“文革”結束后，我作為第一屆研究生，來到浙江大學科學儀器系學習，1981年畢業(yè)來到國防科技大學工作。國防科技大學精密機械系是1979年在錢老（錢學森）指導下重新組建的。錢老認為，精密機械在國防領域中非常重要，但加工制造還是用傳統(tǒng)辦法，比較落后。他敏銳地看到，盡管當時計算機控制技術剛剛發(fā)展，但計算機一定能夠在新的機械制造技術中起到重大作用。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，我成了這個團隊的第二代帶頭人。當時非常困難，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的精密、超精密制造是機械學科發(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，要瞄準最高的水平去做，要跨越式發(fā)展，才能盡快縮短與先進工業(yè)化國家的距離，現(xiàn)在看來當時的堅持是正確的。

記者：作為精密和超精密加工技術領域的知名專家，您怎么看我國在這一領域的發(fā)展脈絡和前景？能否為我們介紹一下這個領域目前的研究狀態(tài)，您認為未來的研究發(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，由于工業(yè)基礎差，與先進工業(yè)化國家很多方面差距很大。當時國內(nèi)需求只好把希望寄托在進口上，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，但是進步也很大，而且進步還在加速，因為工業(yè)基礎在不斷提高，科研人員在不斷努力。目前在局部的點上，我們已經(jīng)達到了世界先進水平，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到世界先進水平。

現(xiàn)在我們的團隊形成了三個研究方向，分別是納米精度光學超精密加工、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超精密加工方向。我們抓到了光學零件的最高的水平的加工技術進行研究，把我國光學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技術獎勵大會上

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研究中心，我們以基礎研究為主，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備、新工藝開發(fā)的中間實驗基地，使我們掌握的技術開發(fā)成產(chǎn)品、裝備，使技術工程化，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的研究設想？

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”重大基礎研究計劃，我們組織了四所大學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，精度要達到面形誤差小于9納米的制造技術進行基礎研究，其尺度與精度之比高達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，它就相當于一個直徑3500公里的大鏡，精度要達到不大于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，因此我們的基礎研究要先走一步，通過這個研究使大型光學鏡制造水平再提高一步。

另外，現(xiàn)在我們開發(fā)的設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，希望在原有基礎上再提高一步，瞄準國家需求，提升研究水平和理論深度。

記者：搞軍工科研不像做其他領域，面臨國外的嚴密封鎖，一點可供借鑒的經(jīng)驗都沒有。作為這一領域首屈一指的專家，您在研究工作中面臨過哪些困難，是如何解決的？請您結合自身研究經(jīng)驗，談談怎樣才能做到自主創(chuàng)新？您又是如何帶領團隊保持如此優(yōu)越的創(chuàng)新能力的？

李圣怡：借鑒人家資料很重要，但是關鍵部分人家不告訴你。我們當初每走一步都很難，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習了一些光學工程的基礎知識，但這些遠遠不夠，一定要通過學科的深度交叉，向光學加工的工程技術人員請教，一起來研究光學工藝。現(xiàn)在我們實驗室不但機床機械設計、機床控制和機械零件制造做得非常好，光學零件加工也達到一流水平，這得益于研究思路的拓展。通過實踐發(fā)現(xiàn)問題，通過理論指導實踐，再通過實踐反饋過來，克服困難。

創(chuàng)新是基礎，也是前進的動力。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，卻與應用脫節(jié)。我們希望自己的基礎研究要形成自主知識產(chǎn)權，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。

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)濟建設為目標，提供有用的創(chuàng)新，將成果推廣到應用中去。這套思路和創(chuàng)新結合起來，成為我們創(chuàng)新的主流。

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

李圣怡：我們這個團隊叫精密工程創(chuàng)新團隊，1981年建立，有31年的歷史了。當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，我們這個團隊走過了三個階段：第一個階段，在老科學家的關懷帶動下，艱難起步，初創(chuàng)輝煌的10年；第二階段，在國家經(jīng)濟發(fā)展時期，學校為軍隊服務遇到困難，老一代教師退休，面臨人才的斷層，這10年，是人才培養(yǎng)和團隊建設打基礎的10年；第三個10年，我們又創(chuàng)造了一個輝煌的轉折，確定了納米精度的光學制造、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。

目前我們這個團隊由青年教師、碩士和博士研究生、技術工人等80多人組成。我們的團隊精神是：“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，這是對我們團隊成員在技術上和思想作風上的要求；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”，就是希望我們的團隊成員和學生，不但精雕細刻，制造出超精密光學器件，還要經(jīng)過雕琢造就一批批有用的人材。我們的團隊研磨、拋光了光學鏡面，也打磨了發(fā)亮了自己的人生。

我們之所以能夠刻苦攻關，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，國防科技大學遷到長沙之后，在新的以科研為主的條件下，與時俱進，銀河巨型計算機團隊創(chuàng)造了“銀河精神”。

我們團隊作為國防科技大學“銀河系”的一個“子集”，在這兩個傳統(tǒng)的基礎上，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。

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

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

再次，團隊靈魂很重要。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，是為了國家做事情，這就使我們團隊凝聚力很強。

第四，我們在團隊管理制度上嚴格要求，同時根據(jù)每個人的不同需求，在大目標一致的前提下，充分尊重每個人的個性發(fā)展。通過管理提高認識水平，健全團隊作風。

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