厚植工匠精神 助力中國(guó)制造
——記山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副院長(zhǎng)姚鵬

謝更好

姚鵬（右）和團(tuán)隊(duì)成員討論超精密加工工藝

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈所系，是立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是航空航天技術(shù)、海洋技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、石油化工和醫(yī)工交叉等領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)基礎(chǔ)零部件及其制造工具提出了非常苛刻的要求。這些領(lǐng)域常需要使用諸如高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、抗輻射等金屬和非金屬難加工材料。然而這些材料在傳統(tǒng)工藝和裝備條件下，很難加工。因此，掌握難加工材料的加工性能、提出新的加工工藝和裝備對(duì)于這些材料的推廣和應(yīng)用十分重要。針對(duì)這一行業(yè)難題，山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授姚鵬多年來(lái)一直將難加工材料的多能場(chǎng)輔助高效精密加工理論和技術(shù)研究作為自己矢志探索的科研方向。

機(jī)械制造業(yè)融匯著精湛的工匠技術(shù)和精益求精的工匠精神，而這一精神也在時(shí)刻影響著姚鵬的科研之路。“科學(xué)技術(shù)工作者在解決精密、超精密加工領(lǐng)域的難題時(shí)，不僅僅是要提出和解決基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)也要在工程應(yīng)用上進(jìn)行深入推進(jìn)。”他說(shuō)。積年累月，他和研究團(tuán)隊(duì)本著吃苦耐勞、勇于攻堅(jiān)的精神，在航空航天的慣性導(dǎo)航器件和大口徑光學(xué)元件的精密加工技術(shù)上，攻克了一系列難題。對(duì)他而言，“工匠精神”不僅僅是口號(hào)，而是對(duì)職業(yè)實(shí)實(shí)在在的摯愛(ài)。肩負(fù)著為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)而貢獻(xiàn)科研力量的使命，姚鵬的科研信念始終篤定。

追夢(mèng)——以興趣為起點(diǎn)的科研路

“始于興趣，久于熱愛(ài)，貴于堅(jiān)持”，這便是對(duì)姚鵬科研之路的最佳詮釋。從小，在父親的影響下，姚鵬就對(duì)機(jī)械領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的好奇心，并鍛煉了極強(qiáng)的動(dòng)手能力。在興趣的驅(qū)使下，高中畢業(yè)后的姚鵬順利考入東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，而這里便成為他機(jī)械工程夢(mèng)的起點(diǎn)。

遼寧蘊(yùn)含著豐富的歷史元素和強(qiáng)大的工業(yè)力量。作為土生土長(zhǎng)的遼寧大連人，姚鵬深知機(jī)械技術(shù)的發(fā)展對(duì)東北乃至我國(guó)工業(yè)發(fā)展的重要意義。在東北大學(xué)求學(xué)期間，姚鵬在機(jī)械工程領(lǐng)域不斷深耕，于2002年7月獲得機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)士學(xué)位。在此之后，姚鵬選擇扎根本校，師從蔡光起教授，繼續(xù)攻讀碩士。蔡光起教授是國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)生產(chǎn)工程分會(huì)磨粒技術(shù)委員會(huì)主任，是我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域知名的專家，不僅在學(xué)術(shù)上有著深厚的積淀，還有著豐富的企業(yè)經(jīng)歷。在他的引領(lǐng)下，姚鵬在碩博階段接觸到了精密機(jī)床（工業(yè)母機(jī)）設(shè)計(jì)及其動(dòng)態(tài)特性研究及磨削加工技術(shù)研究。特別是在精密機(jī)床方面，蔡光起教授經(jīng)常帶領(lǐng)著他們深入企業(yè)開(kāi)展機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。而這些研究經(jīng)歷，也為他產(chǎn)業(yè)化思想的樹(shù)立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為了接觸到精密超精密磨削領(lǐng)域更加先進(jìn)的技術(shù)，姚鵬又赴日本東北大學(xué)攻讀博士學(xué)位，師從廚川常元教授。廚川常元教授是日本砥粒技術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，一直從事超精密切削磨削技術(shù)研究，并與東芝、索尼、佳能等國(guó)際知名企業(yè)有著廣泛且深入的合作。在他的指導(dǎo)下，姚鵬在博士期間與佳能公司共同開(kāi)展了半導(dǎo)體光刻機(jī)的石英玻璃鏡頭的超精密磨削，不僅解決了企業(yè)的技術(shù)需求，還為引領(lǐng)企業(yè)未來(lái)技術(shù)的發(fā)展指明了方向。這些經(jīng)歷不僅是姚鵬科研之路的寶貴財(cái)富，更堅(jiān)定了他將科學(xué)研究扎根在企業(yè)一線的決心。

深耕——攻克光學(xué)超精密制造難題

將科研面向國(guó)家與社會(huì)所需，是姚鵬一直以來(lái)的科研信念。對(duì)于從事機(jī)械制造專業(yè)的人而言，對(duì)精益求精的癡迷和追求是“專業(yè)特性”，更先進(jìn)的設(shè)備、更精巧的工藝就意味著進(jìn)步和發(fā)展，是對(duì)過(guò)去的自我超越。而近年來(lái)姚鵬就將行業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期未解的難題作為研究目標(biāo)，不斷深耕著。

姚鵬介紹說(shuō)：“目前我們常用的難加工材料從機(jī)械加工的角度主要可以分為三大類，第一類是高強(qiáng)韌性難加工材料、第二類是高脆性（軟和硬）難加工材料、第三類是兼具高強(qiáng)韌和高硬脆類的難加工材料。”而姚鵬團(tuán)隊(duì)目前主要是針對(duì)第二類高脆性難加工材料開(kāi)展研究。

2012年來(lái)到山東大學(xué)之后，姚鵬又在精密超精密加工工藝的基礎(chǔ)上，引入了磨料水射流和激光水射流復(fù)合加工這一新方向。在國(guó)家杰青、長(zhǎng)江學(xué)者黃傳真教授，國(guó)家海外高層次人才王軍教授的引領(lǐng)下，立足于光學(xué)和航空航天領(lǐng)域的超精密加工技術(shù)需求，開(kāi)展大量科研探索。特別是為了實(shí)現(xiàn)這些高脆性難加工材料的高效高精密加工，他提出了諸多創(chuàng)新手段。

在姚鵬看來(lái)，做科研一定要從問(wèn)題的根源或者起點(diǎn)著手。針對(duì)光學(xué)玻璃這一典型的硬脆難加工材料，他們深入系統(tǒng)地研究了其常溫和高溫的力學(xué)響應(yīng)機(jī)理，建立了磨削過(guò)程中單顆磨粒劃擦的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展臨界函數(shù)，研究了表面微裂紋損傷可控的熱輔助磨削機(jī)理，基于一系列理論研究，團(tuán)隊(duì)提出了石英玻璃的高效低損傷全脆性域精密磨削工藝和高效塑性域干磨削工藝，解決了石英玻璃超精密加工過(guò)程中效率低、塑性域磨削難以實(shí)現(xiàn)的難題。這些研究成果為石英玻璃的精密超精密磨削加工提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。

除此之外，針對(duì)用于光學(xué)玻璃模壓的微結(jié)構(gòu)陣列模具納米級(jí)形狀精度和埃米級(jí)表面粗糙度要求，姚鵬團(tuán)隊(duì)還將磨料水射流技術(shù)與超精密磨削技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用水射流砂輪修整技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度微結(jié)構(gòu)砂輪的制備，從而實(shí)現(xiàn)高精度微結(jié)構(gòu)陣列的一次加工成型。加工效率較傳統(tǒng)的單片砂輪軌跡磨削提高了5～10倍。“我們用磨料水射流可以讓砂輪保持一個(gè)非常鋒利的狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效且穩(wěn)定的超精密加工。”姚鵬說(shuō)。研究成果還應(yīng)用于我國(guó)大口徑太空望遠(yuǎn)鏡碳化硅反射鏡的高效精密磨削。

超薄閃爍晶體在高能粒子探測(cè)大科學(xué)裝置和X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像系統(tǒng)中有大量重要應(yīng)用。為了將研究更好地與國(guó)家的重大需求相結(jié)合，姚鵬于2021年成功申請(qǐng)了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面單晶金剛石刀具的超薄閃爍晶體超精密車削技術(shù)研究”，針對(duì)這一材料在超精密切削時(shí)表面/亞表面質(zhì)量不穩(wěn)定和成品率低的難題，他和團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究揭示了軟塑性材料的高應(yīng)變率超精密加工機(jī)理，提出了一種單晶金剛石車刀的飛秒激光在位拋光與微納織構(gòu)加工技術(shù)，提高了金剛石刀具壽命和晶體表面質(zhì)量。研究結(jié)果對(duì)推動(dòng)超薄閃爍晶體材料的高效超精密加工技術(shù)的快速發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

育人——培養(yǎng)國(guó)家急需高層次人才

如果說(shuō)成長(zhǎng)的道路上總需要明燈，那對(duì)于姚鵬而言，這一盞盞燈就是他的恩師們。如今身為山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副院長(zhǎng)，姚鵬也承擔(dān)著學(xué)校的教育教學(xué)管理工作。他深知：研究生和博士時(shí)期是高層次人才培養(yǎng)的關(guān)鍵階段。面向國(guó)家對(duì)于不同類型人才的需求，姚鵬在培養(yǎng)具有0到1創(chuàng)新能力學(xué)生的同時(shí)，也在專業(yè)學(xué)位人才培養(yǎng)中傾注了大量的心血。針對(duì)不同類型的人才培養(yǎng)目標(biāo)，他們還設(shè)計(jì)了不同的課程體系。“在學(xué)術(shù)人才的培養(yǎng)上，我們專門對(duì)數(shù)學(xué)和力學(xué)課程模塊進(jìn)行了強(qiáng)化，從培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)學(xué)科能力出發(fā)，提升其科學(xué)研究的能力；在專業(yè)學(xué)位人才培養(yǎng)上，我們又建設(shè)了多個(gè)研究生產(chǎn)教學(xué)融合培養(yǎng)基地，將行業(yè)專家引入培養(yǎng)全過(guò)程，真正面向行業(yè)企業(yè)需求培養(yǎng)國(guó)家急需人才。”姚鵬說(shuō)。

師也者，教之以事而喻諸德也。在現(xiàn)如今教育系統(tǒng)逐步實(shí)施“五育”并舉的背景下，姚鵬還十分注重對(duì)于學(xué)生的全方位培養(yǎng)。在他看來(lái)，在大學(xué)中，學(xué)生不僅僅要和老師共同攻克一些科學(xué)技術(shù)難題，更重要的是作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，在學(xué)習(xí)中不斷提升自己思想道德水平，以及在管理方面、心理建設(shè)方面的能力。這才是學(xué)生在學(xué)校應(yīng)獲得的完整教育。

不忘初心，方得始終。隨著國(guó)家制造業(yè)的發(fā)展，近些年來(lái)我國(guó)對(duì)極端制造與高性能制造的需求快速增加，而姚鵬的主要研究也始終瞄準(zhǔn)這個(gè)方向。基于社會(huì)的需求，今后他還將在極端的光學(xué)元件和精密機(jī)械的加工、檢測(cè)與性能提升方面開(kāi)展大量工作。“未來(lái)，面向國(guó)家的重大需求、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，我希望能夠在航空航天光學(xué)器件（如X射線太空望遠(yuǎn)鏡）的制造以及民用產(chǎn)品（如VR/AR光學(xué)系統(tǒng)）的研制中做出更多立地生根的工作。在中國(guó)制造2025的目標(biāo)愿景下，真正成為一位頂天立地的科研人。”姚鵬堅(jiān)定地說(shuō)。