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

倪海波

2019年，趙彥普突然決定放棄美國前景廣闊的研發(fā)工作，回到祖國開展工程電磁場及多物理場數(shù)值方法，裝備優(yōu)化設(shè)計及大規(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)的龍頭老大一點也不過分。在這樣的世界頂級公司工作是多少專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的人夢寐以求的事情，是什么讓趙彥普急流勇退，選擇回國重新開始呢？

歸國游子的選擇

2019年5月，美國ANSYS公司對華為實施軟件禁售，這一舉動直接將華為推向了輿論的風(fēng)口浪尖。這次事件讓當(dāng)時身在美國的趙彥普心里掀起了驚濤駭浪，也讓他看到了我國在工程仿真軟件方面與世界領(lǐng)先水平的巨大差距，他下決心回國通過自己的專業(yè)能力為祖國的科研事業(yè)貢獻一份力量，這次事件也成為推動他回國的原動力。他希望能通過自己多年來在電磁場數(shù)值計算領(lǐng)域的鉆研成果為我國“卡脖子”的工程仿真軟件開發(fā)貢獻自己的一點力量。除此之外，由于他多年來在高壓/特高壓領(lǐng)域的研究，他的目光也一直關(guān)注著我國在電力方面的建設(shè)。

2017年9月，我國已經(jīng)建成投運的就有“八交九直”17個特高壓工程，初步形成了西電東送、北電南供的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)。“我國在高壓/特高壓領(lǐng)域的研究水平在世界處于領(lǐng)先地位。”趙彥普極為驕傲地說著。但同時，目光敏銳的他也看到了我國在高電壓領(lǐng)域放電計算、絕緣材料設(shè)計及高端裝備優(yōu)化設(shè)計方面的需求。“我們國家特高壓的建設(shè)仍需要先進算法及高水平工業(yè)軟件的支持，來保證輸變電裝備的各個部件能夠穩(wěn)定高效運行。”因此在趙彥普看來，放棄多年來在美國的待遇，投身國家的科研建設(shè)是自然而然的選擇。

回國后，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。”武漢大學(xué)電氣與自動化學(xué)院是原國家“211工程”“985工程”重點建設(shè)單位，是我國電力工業(yè)高級人才培養(yǎng)的搖籃，學(xué)院建設(shè)有“國家工科基礎(chǔ)課程電工電子教學(xué)基地”等教學(xué)平臺、“雷電防護與接地技術(shù)”教育部工程研究中心、“高電壓與絕緣技術(shù)”國家電力公司重點實驗室、“武漢大學(xué)智能電網(wǎng)研究院”、“高電壓大容量開關(guān)電器實驗室”等科研平臺，對于科研人才十分重視和支持。學(xué)校提供了充足的啟動經(jīng)費支持，并且為他配備了獨立的辦公室。“今年招到了4名博士加入我們的團隊，我一定努力把他們培養(yǎng)成才。”鑒于高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)涉及領(lǐng)域廣泛，趙彥普說：“我希望團隊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)、物理等各個專業(yè)的人才。”

在趙彥普心里，他早已將團隊未來的研究工作規(guī)劃成形。傳統(tǒng)關(guān)于特高壓方面的研究要做大量的實驗，但依然難以觀測到裝備內(nèi)部的多物理場特性。“我們要建設(shè)計算高電壓工程學(xué)的平臺，以此增加我國研究特高壓工程的技術(shù)手段。”

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，然而剛進入科研領(lǐng)域的時候，他的研究方向其實并不是這個。

逐夢路上不忘初心

工程電磁場數(shù)值分析需要將數(shù)值算法與電磁場問題結(jié)合，然而最開始的時候，趙彥普并沒有電氣工程方面的專業(yè)知識。“我本科和碩士7年時間學(xué)的都是計算數(shù)學(xué)專業(yè)。”趙彥普回憶說，“在那期間，我接觸了熱傳導(dǎo)方程、對流擴散方程、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計算問題，并結(jié)合工程應(yīng)用進行研究。因為碩士期間趙彥普了解到，實際工程問題的計算規(guī)模龐大，經(jīng)常會達到上千萬甚至上億自由度的計算規(guī)模，因此研究利用高性能機群去解決大規(guī)模工程計算問題，就成了他必須掌握的技能。所以在2009年碩士畢業(yè)后，他來到深圳先進技術(shù)研究院，探索高性能并行計算技術(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)束了在深圳先進技術(shù)研究院工作的趙彥普已經(jīng)具備了從事工程計算電磁場研究領(lǐng)域的條件。機會總是青睞于有準(zhǔn)備的人，當(dāng)時恰逢香港理工大學(xué)電機工程系傅為農(nóng)教授在招收計算數(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領(lǐng)域的研究生涯。“遇見傅教授是我人生中的一大幸事。”趙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算電磁場領(lǐng)域。不僅獲得了香港政府博士獎學(xué)金——Hong Kong PhD Fellowship，還兼職參與了ANSYS公司的產(chǎn)學(xué)研項目。

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)焦丹教授的團隊從事博士后研究。在那里，他主要負責(zé)高頻芯片和外電路耦合的優(yōu)化設(shè)計，同時他還接觸到了關(guān)于芯片的數(shù)值仿真技術(shù)，“這次經(jīng)歷豐富了我解決實際工程問題的經(jīng)驗技能”。

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

在談及自己所獲得的成就時，趙彥普并沒有表現(xiàn)出特別的激動。他謙虛地說：“我能走到今天，是因為我足夠幸運，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)的張強教授及普渡大學(xué)的焦丹教授。”在趙彥普看來，傅為農(nóng)教授提供了一流的平臺，使自己能夠?qū)⒂嬎銛?shù)學(xué)優(yōu)勢發(fā)揮到電磁場數(shù)值計算領(lǐng)域。而他在南開大學(xué)計算數(shù)學(xué)專業(yè)的碩士導(dǎo)師張強，教給了他深厚的計算數(shù)學(xué)專業(yè)知識，并在自己進入深圳先進技術(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)自己進入大規(guī)模芯片高頻電磁場數(shù)值仿真領(lǐng)域。“他/她們是我科研路上的貴人。”趙彥普說道。

趙彥普與世界知名的電磁場計算專家、法國索邦大學(xué)任卓翔教授。

茍利國家生死以

回國后，趙彥普的工作一下子變得特別忙碌：為學(xué)生授課、撰寫項目申請書、參與博士論文答辯、參加學(xué)術(shù)會議、和裝備及電力企業(yè)探索合作等相關(guān)事宜……“在美國做研發(fā)工程師期間，我每天的工作就是坐在工位上進行一套產(chǎn)品的開發(fā)及維護，其他事情相對較少。回國后豐富多彩的學(xué)術(shù)活動拓寬了我在專業(yè)知識方面的廣度。”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。“我覺得這是一個知識爆炸的時代，我們置身其中一定要堅持自己主攻的方向。”趙彥普如是說。

趙彥普主攻的方向一直沒變，從學(xué)習(xí)計算數(shù)學(xué)時，他就希望能夠通過科學(xué)計算解決實際工程問題，后來研究電磁場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，目的就是為國家和企業(yè)解決復(fù)雜重大工程問題貢獻力量。

因此在回國的一年多時間里，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，他和特變電工衡陽變壓器公司簽訂了一項軟件開發(fā)的項目，實現(xiàn)自主開發(fā)變壓器磁場、渦流場、瞬態(tài)場以及溫度場分析軟件，項目已經(jīng)實現(xiàn)了落地，后續(xù)他會將自己在電磁場和多物理場的求解以及有限元部分的算法融合進去。對于這部分工作，趙彥普有自己的優(yōu)勢，“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，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)雜電磁場及多物理場仿真問題上，如高端高壓裝備及部件的精確電磁場計算、電磁多物理場的耦合機理與穩(wěn)定數(shù)值算法以及放電的數(shù)值模擬等。“在新的國家戰(zhàn)略里，我們有了新的電壓等級標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，絕緣設(shè)計就變得非常重要。”在電磁場的研究中，趙彥普的目光始終關(guān)注著國家的需求。他非常清楚，要想讓特高壓工程的高端裝備絕緣設(shè)計可靠，一定離不開電磁場計算來快速驗證設(shè)計方案。包括輸變電裝備及部件如接頭、絕緣子、套管、開關(guān)、變電站，分析多物理場分布、快速瞬態(tài)過電壓、電磁環(huán)境等問題。“我希望能和同專業(yè)領(lǐng)域的研究人員一起，填補國家的需求。”趙彥普如此說，也在往這個方向努力著。

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上向年輕學(xué)子們講述這部分電磁理論知識。不同的是，在他的講解內(nèi)容里，還多了工程電磁場的有限元分析等主題。

專業(yè)的知識需要一代一代地去傳承，國家的發(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)新意識的新時代人才就顯得格外重要。對此，趙彥普認為，“如果老師能夠把國家的需求，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，一步一步地解決我們國家的卡脖子技術(shù)和短板問題”。同時，他也希望學(xué)生們能夠有擔(dān)當(dāng)精神，“這樣他們才會有主觀能動性去創(chuàng)造新的東西”。

錢學(xué)森曾說：“我的事業(yè)在中國，我的成就在中國，我的歸宿在中國。”潛心研究，時刻將國家需求放在心上，是科研人共同的堅持。無數(shù)個潛心鉆研的日夜，趙彥普待在實驗室里研究著復(fù)雜的算法設(shè)計及工業(yè)軟件實現(xiàn)，嘗試攻克一個又一個工程仿真難題。對他來說，每一項研究成果，都是他送給祖國的“情書”。