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工作，取得的創新成果用于國防、汽車、電子等高端產品制造中。開發出三維塑料注射成形過程模擬商品化軟件，產生了很好的社會效益和經濟效益。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年被評為全國優秀科技工作者。

從飛機的空氣動力學部件、汽車的精美內飾、空調的仿金屬外觀塑料外殼，到手機內的光學塑料鏡片，形態各異的塑料制品早已走進尋常百姓家，成為我們日常生活中的必需品。這都離不開塑料注射成形數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”的發展。從表面模型的提出，到模擬軟件的開發，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的發展作出了突出貢獻。

破冰

1968年，李德群從清華大學畢業，被分配到寧夏靈武農場修理廠工作，后又被調到湖北潛江機械廠，一干就是十年。十年的基層經歷，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、改造生產設備、改善生產環境，為企業的轉型升級作出了許多貢獻。

“有了那個十年，經過人生的跌宕起伏，讓我學會了如何克服困難和挫折。”李德群表示，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。“進入華工后，我才有可能真正開始學術研究。”李德群說，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。

傳統的塑料注射成形行業，基本以塑料注射的中面模型為理論依據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、內外不對稱的塑料制品等弊病。“采用塑料注射的中面模型進行塑料成形模擬，不僅要求技術人員熟悉相關的專業知識，還要進行大量的圖形處理。”李德群說，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，李德群經過深入地思考和調研，提出了表面模型的概念，開發出基于表面模型的模擬軟件，并率先在國際上發表相關論文。國際專業雜志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公司開發出商品化二維冷卻系統軟件。一年多的美國之行，讓李德群認準了塑料注射成形數字化和智能化的發展方向。

由于與西方工業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難題。

“那時國內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，必須研發出屬于自己的塑料注射成形模擬軟件。”20世紀90年代初，李德群和他的團隊率先開發出國產塑料注射成形模擬軟件并實現了工程應用。

在李德群和他主持的數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，產生了顯著的社會效益和經濟效益。

“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。它革新了國內塑料制品行業長期依靠生產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，使我國也能生產出更精密、更經濟的塑料制品。”李德群說。

布局

21世紀初，我國塑料注射機保有量達100萬臺，傳統技術普遍陳舊，無法實現能量按需供給與優化控制，產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。

“傳統的塑料制品生產過程，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，擺脫塑料制品生產過程對人工的依賴，實現自動化和智能化生產，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化、工藝曲線的二級閉環控制等方法，成功開發出智能型注射機。

經國家權威機構測試，李德群所開發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，顯著提高了注塑產品的重復精度和生產自動化程度。目前，智能型注射機不僅在國內推廣應用，還遠銷海外。早在工業技術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走在了學科和行業的前沿。

“未來，我們還將繼續尋求商業合作，讓塑料制品的生產變得更加智能化和宜人化。”李德群表示，他和他的數字化成形團隊將繼續深入材料成形智能化的研究和開發，將中國的創新成果推廣到國際上去。