韩旭：要做就做原创的机械设计

  “你干一件事情就一定把它干好。”这是他最常说的一句线多年科研路上的实际行动。

  作为我国机械设计领域知名专家，韩旭致力于复杂装备先进设计领域的理论创新、技术突破与工程应用。他瞄准民用与国防领域装备先进设计中的关键力学基础共性问题，在复杂装备高性能工程优化、极端环境下装备高精度设计、机电装备高可靠性保障等共性核心基础理论与技术方面取得重大突破，为我国装备制造业核心竞争力的跃升及高精尖领域重大装备的自主研发作出了突出贡献。

  在4月12日举行的河北省科学技术奖励大会上，韩旭被授予“河北省科学技术突出贡献奖”。

  1990年，韩旭从哈尔滨工业大学航天与工程力学系毕业，进入张家口煤矿机械厂工作。从画图员到助理工程师，五年的工作经历，让韩旭与“机械设计”结缘。也是在那时，“创新”在他心中扎了根。

  “那时候，我们机械制造能力比较弱，很多都是测绘、仿制产品。”韩旭回忆，当时有家企业按照国外厂家提供的图纸，把布料机进行了仿制，出厂后就投入到正常的使用中了。后来，客户要提升生产能力，臂展要增加三倍，企业按照原来的设计直接将布料机的零部件等比放大，却发现设备根本用不了。

  “得知企业的需求后，我和团队对整个布料机重新进行了力学分析和优化设计，让它在满足使用工况的条件下，重量更轻，为企业解决了关键技术问题。”

  之后，韩旭立下了目标：模仿永远只能走在别人的后面，我们肯定要做原创的机械设计。

  瞄准了目标，韩旭全身心投入到机械设计领域，不间断地积累专业相关知识。在新加坡完成博士后研究，韩旭放弃赴美国深造的机会，毅然回国。

  “在新加坡学习的这八年，为我的知识储备和掌握国际前沿研究动态打下了基础。随着科研成果的发表，我回国的意愿变得更强烈。”韩旭语气坚定，“我要把成果带回中国！”

  2004年，韩旭来到湖南大学任教。凭借多年计算力学的研究基础，以及特种装备研发等工业项目经验，他决定向汽车碰撞、爆炸冲击、飞机迫降等高端装备设计发起挑战。

  “我们就是针对这种特种装备在极端工况下怎么样做设计，特别是强调自主设计来做这些工作。”韩旭说。

  在装备开发中，物理样机试制和测试次数可达成百上千次，周期长且成本高昂。如何克服传统设计存在的质量、效率、成本等问题，韩旭决定采用数字化设计技术，通过高精度数值模拟，在装备基础数据和服役性能之间搭建桥梁。

  科研如登山，总有过不完的坎儿。如何在极端工况下获取关键力学参量？怎样实现高可信精细化模拟？设计效率、多性能协同是不是能够达到

  韩旭带领课题组破解一个个难题，最终系统构建了我国制造业急需的高性能工程优化设计理论、方法及专业定制设计系统。他们攻克了复杂制造工艺及极端工况下难以获取关键模型及载荷参量的技术瓶颈，大幅度减少昂贵物理试验次数，实现了高可信高保真的全息模拟，为数值模拟与装备设计搭建了桥梁。

  “我能很有信心地说，在快速分析与高性能工程优化方法上，我们破解了国外卡脖子技术，专业水平和能力跻身国际前列。”韩旭介绍，对比国外设计系统iSIGHT，在精度相当的前提下效率提升40％80％。

  韩旭作为第一完成人，团队成果“复杂装备数字化设计中的关键共性技术及其应用”获得2013年度国家科学技术进步二等奖。此项成果已在国家探月工程、国防特种装备等重点项目得到应用，为我国高端装备的自主研发提供了核心工具。

  2016年9月，韩旭服从组织安排，担任河北工业大学党委副书记、副校长。韩旭心中隐隐期待：为家乡高等教育作贡献的时候到来了。

  “来到学校首先要了解家底。当时，学科建设、科研成果、师资力量等各方面实力都不足。”韩旭说，身上担子很重，但学校的发展不能慢步走了，要跑起来。

  从哪里突破？韩旭首先瞄准了科研，建设国家级重点实验室，申报国家级项目，努力斩获一批标志性成果。

  电工装备是河北省的支柱产业，急需高水平科研平台和人才支撑。为此，韩旭推动整合电气、机械、信息和材料等优势学科资源，筹建“省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室”，于2017年获得科技部批准，为学校搭建了高水平的科研平台。

  当时，国产工业机器人都会存在稳定性不高的问题。“有时，一台机器人发生故障，整条生产线都要被迫停工，极度影响生产效率。因此，虽然成本更高，但很多企业会选择国外产品。”韩旭说。

  2017年，科技部发布国家重点研发计划“智能机器人”专项。“得到这一条消息后，我想机会来了！”韩旭立即组织师资力量和合作单位联合申报，把项目拿下来，围绕机器人的可靠性和质量增长技术开展科研攻关。

  “国产工业机器人可靠性数据缺乏，急需开发工业机器人可靠性数据采集、分析和评估软件。但是，可靠性分析方法涉及极为复杂的数学计算，参数在不同的公式中传递，耦合关系复杂。”河北工业大学教授、工程设计与可靠性研究小组成员陶友瑞说。

  如何把机器人的作业数据及可靠性算法转化为计算机逻辑，逐一设置功能模块并达到技术方面的要求？陶友瑞回忆，当时，团队开展了一场涉及机械、电气、软件工程等多学科交叉的协同攻关。“我们从最原始的参数编码入手，到搭建程序框架、创建功能、测试等，一个环节有误差就要推倒重来。”

  经过两年多的努力，团队终于高质量完成了工业机器人可靠性增长设计平台的开发，有效提升了机器人设计和管理能力。从2017年12月立项到2021年9月结题，韩旭带领团队突破了工业机器人可靠性建模、设计、评估和试验中的技术瓶颈，建立起工业机器人可靠性质量规范，形成较为完善的可靠性质量保障技术。

  “论得再好，研究最终也要为成果转化服务。”韩旭认为，做科研是围绕问题展开的，目的是解决实际技术难题，推动科研成果向产业转化。

  目前，河北工业大学的高水平机器人研究成果，已经在唐山开诚智能、常州铭赛、南京埃斯顿等省内外重点工业机器人企业应用。产品平均无故障上班时间和效率大幅度的提高，有力激发了国内企业使用国产工业机器人的积极性。

  此外，该项技术成果还在生态环境治理领域进行了延伸应用，开发出水下检测机器人、水陆两栖作业平台等多套水下装备，为雄安新区、衡水湖湿地综合生态治理提供先进装备和解决方案，填补了国内空白。

  一系列重点项目的实施让河北工业大学在科研攻关上得到一定效果锻炼，科研水平明显提升，成为河北高校科学技术创新的排头兵。

  攻克国家级重点科研项目的背后，离不开人才支撑。对高校来说，必须提升人才“磁吸力”，建设高水平科学技术人才队伍。

  “我觉得好学校就是老师好、学生好。我们创新机制，千方百计引进人才、培养人才。”韩旭说。

  2016年底，河北工业大学推出“元光学者”计划，积极探索高校人才引育的新模式。目前，累计引育357名“元光学者”。其中国家级人才由实施前的4人，增加到现在的20余人，汇聚了一批学科领军人才、青年优秀人才和创新团队。

  “机械工程学院目前有10支科研团队，都是由国家级、省部级人才领衔，小组成员学科交叉，形成优势互补，在承担重大科研项目上更具竞争力。”河北工业大学机械工程学院党委书记王胜利有感而发，这也搭建了一条科教融合的人才教育培训体系，全方位培养、引进、用好人才。

  5年来，河北工业大学新增“省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室”等7个国家级平台，建有河北省首个国防科技重点实验室；国家基金立项数连续3年突破百项，居省属高校第一位；电气工程学科入选国家“双一流”建设学科

  努力付出终有回报。韩旭眼中带笑：“当时感觉遥不可及的目标，现在我们都努力实现了。”

  现在，韩旭带领团队进行着又一项国家重点研发计划“人工智能2030”项目研究，在工业机器人领域尝试“数字孪生”。

  “在自主创新方面，我们还面临着很多空白，要攻克一批关键核心技术。路还很长，我们继续努力。”韩旭说。

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