杨叔子院士的机械制造和他的古典诗词

2020-05-11 11:05 佚名

作为机械专家,他着眼于工程实际,研制出“钢丝绳断丝定量检测系统”,使国内传统机械工业焕发出新的生机;

作为科学家,他敏锐地察觉到学科交叉的发展趋势,在我国首倡智能制造,将人工智能和机械制造紧密结合;

作为教育家,他担任华中理工大学(现华中科技大学)校长期间,带领学校跻身“211”行列,是高校文化素质教育的倡导人之一;

他就是我国著名机械学家,教育家,中国智能制造领域的拓荒者,华中理工大学前校长,中国科学院院士——杨叔子。

1933年9月5日,杨叔子出生于江西省九江市湖口县的一户诗礼之家,他的父亲是被誉为“辛亥风云人物”的民主革命先驱杨赓笙。父亲提出的“清廉爱国,师表崇德”的家风庭训影响了杨叔子的一生。

1952年,杨叔子以优异的成绩被武汉大学工学院机械制造专业录取。1953年,他转入新成立的华中工学院机械工程系继续学习。

1956年,杨叔子光荣地加入了中国共产党,他激动地写下了《七律·喜讯批准入党》,用“自此螺钉装配罢,无朝无夜奋奔腾”来表明自己激动的心情以及要利用所学技能为组织贡献力量的决心。

20世纪50年代,数控机床问世,这种机电一体化设备很快就改变了机械制造的格局。杨叔子带领学生来到株洲的一家航空发动机制造厂开展数控机床研发工作。

当时国内已有的数控机床运用的是电子管,但杨叔子敏锐地意识到国际上新出现的晶体管才是数控机床的未来趋势。他发动身边的工作人员购买晶体管,夜以继日地开展研究工作,在1959年国庆节前夕投产两台C625机床,作为国庆十周年的献礼送往北京参加展览,受到了社会各界的广泛关注和赞扬。

1981年,杨叔子前往美国威斯康星大学麦迪逊分校做高级访问学者。他非常珍惜这次来之不易的出国访问的机会,争分夺秒地开展研究。在美国,杨叔子接触到了时间序列分析的相关研究。

时间序列分析是统计学的一个分支学科,是指对被观测到的依时间排序的数据序列的分析。威斯康星大学麦迪逊分校机械系曾成功利用此方法对外圆磨床工件主轴的回转误差(即轴心飘移)进行预测与控制,使得工件主轴的误差率降低50%以上。

杨叔子意识到时间序列分析在机械制造领域的应用价值,激发了他在此领域不断钻研的决心,他写下了“支持敢赖多方虑,直拓前沿率众攻”的诗句来表达自己的决心。

在美国的一年,除了去芝加哥参加过一次国际机床博览会之外,杨叔子几乎没有进行任何科研之外的活动。访问期满后,美国方面以优厚的待遇希望他能延期回国,面对优越的科研环境和数额可观的年薪,杨叔子牢记“出国就是为了回国”的初心,没有犹豫地按期回国。

回国后,他在华中工学院大力推进时间序列分析在国内机械制造领域的应用,开设了《时间序列分析及其工程应用》这门研究生课程,及时把国外先进成果传递回国。

同时,杨叔子在卫生统计领域中引入时间序列分析方法,根据武汉市某区防疫站提供的群体人口死亡资料及肿瘤、心脏病等死因死亡资料,应用时间序列分析方法建立了多种模型,并用这些模型对人口死亡情况进行群体预报和气象因素分析。

这些跨学科的应用填补了国内在时间序列研究领域的空白,使得中国的时间序列研究达到甚至领先国际先进水平。

随着改革开放后国民经济的迅猛发展,对精密器械、精密仪器制造的需求与日俱增,而提高机械制造加工精度的关键则在精密丝杠。

精密丝杠是精密机床的一个关键零件,它能精确地确定工作台的座标位置,并传递精确的直线运动,但当时我国制造的精密丝杠的精度仍然无法适应市场的要求,为此,机械工业部“六五”计划的重点攻关项目就包括此项研制工作。杨叔子响应国家号召,带领团队与汉江机床厂合作研制高精度滚珠丝杠,并任项目总负责人。

经过几年的不懈努力,他们在汉江机床厂成功研制出“滚珠丝杠副导程误差微型机测量、分析与处理系统”,大大提高了滚珠丝杠的精度等级,并于1985年通过了国家鉴定。

杨叔子素来的行事风格是“见困难就上”,在完成国家“六五”计划的重要攻关课题后,他马上将目光转向了另一个国际公认的难题——钢丝绳断丝定量检测。

钢丝绳是工业生产中的常用部件,它的承载能力直接关系到设备及人身安全。断丝是钢丝绳损伤的极端表现,一旦发生断丝则意味着钢丝绳无法继续工作。一直以来国内外只能使用人工方法对钢丝绳的断丝情况进行检测,不仅浪费大量的人力物力,在安全生产方面也存在着巨大的隐患。

当时国际上普遍认为对钢丝绳断丝进行定量检测是不可能完成的事情,但杨叔子迎难而上,与煤炭部抚顺煤研所合作,成功研制出“钢丝绳断丝定量检测系统”, 并结合电磁理论、信号处理技术、计算机技术、模式识别等多学科知识,不断在实践中修正系统,相继开发出“GDIY-Ⅰ型便携式钢丝绳断丝检测仪”与“GDJY-Ⅱ型钢丝绳断丝定量检测仪”等。

这一系列仪器在断丝定量检测技术方面是国内首创,达到了国际先进水平,并荣获国家发明奖。

二十世纪八十年代以来,以智能技术及信息通信驱动为标志的第四次工业革命开始萌芽,智能制造就是这次工业革命的核心议题。西方发达国家争先恐后地发起智能制造工程,力图在这一全新领域抢占科技制高点。但当时智能制造在中国尚未引起重视,杨叔子却敏锐地意识到要全面实现人的解放,就必须提高制造业整体的智能化水平。

通过对国际前沿技术的关注和思考,他注意到人工智能与机械制造相融合的新趋势,开始着手将人工智能应用于制造领域。

早在出国之前,杨叔子因受钱学森的启发,曾尝试将控制论与机械工程相融合,并获得成功。自那时起,他已经注意到学科交叉的发展趋势。回国后,杨叔子每天都要花大量的时间阅读外语文献,了解新兴学科的发展趋势与相关学科的前沿动态,致力于机械工程与相关学科的交叉,以此找寻传统机械学科发展的突破口。

在此方面,将人工智能引入机械工程,提升制造领域的智能化水平成为杨叔子科研生涯中又一个里程碑式的成就。

1989年,华中理工大学召开的“机械制造走向2000年——回顾、展望与对策”大会上,杨叔子发表了主题为“智能制造”的论文。

当时放眼国际社会,智能制造也“尚处在概念形成与实验探索阶段”,国际上对于智能制造的概念尚未达成共识,杨叔子借助会议在国内首次探讨了制造系统的集成化与智能化问题。

会上很多专家学者认为智能制造仍然是“虚无缥缈”的事情,面对质疑,杨叔子并没有退缩,反而坚定了他在国内开展智能制造研究的决心。他深刻地认识到,智能制造将是新世纪制造业发展不可避免的时代选择。

1992年,华中理工大学组建智能与集成制造研究中心,为我国智能制造领域的基础性研究开创了先河。

1993年,杨叔子牵头申报的“智能制造技术基础”国家自然科学基金重点项目获准设立,项目历时4年,于1997年12月顺利完成。

项目的一系列成果提高了我国制造业在国际市场的竞争能力和快速响应市场需求变化的能力,同时也为用高新技术改造我国的传统制造业,推动经济发展打下良好的基础。

1993年1月,已经当选为中科院院士的杨叔子再次接到重任,担任华中理工大学校长。在接到这一任命之前,他除了担任过教研室主任之外几乎没有任何行政管理经验,接到任命后,他做了这样一首词表达自己的心情:

虽然是出身机械制造专业,但杨叔子对于人文学科特别是中国传统文化异常推崇和尊重,他以浙江大学老校长竺可桢为榜样,辩证分析竺可桢在国立浙江大学实行的一系列教育措施,并结合自身深厚的人文功底与多年的教学经验,形成了独具特色的教育思想。

他提出要在高等教育中普及文化素质教育,这一教育理念在我国高等教育界了广泛赞誉,掀起了一场“人文风暴”。

杨叔子担任校长期间,华中理工大学定期开展人文讲座,他多次担任主讲人,用自身深厚的人文素养感染全校师生,每一场人文讲座都座无虚席。

杨叔子为主任编写的丛书《中国大学人文启思录》被《人民日报》称为“重塑大学人文精神的力作”。

时至今日,华中理工大学仍然保留着杨叔子当年提出的“中国语文水平达标测试”,要求学生不论所学专业,只有通过了这项测试才能获得毕业证。

同时,杨叔子在任期间,国家教委在华中理工大学召开“全国高等学校加强大学生文化素质教育试点院校第一次工作会议”,成立了加强高等学校文化素质教育试点工作协作组,杨叔子担任协作组组长,这表明国家充分肯定了学校推行文化素质教育的做法。

杨叔子有一句名言:“一个国家、一个民族,没有现代科学,没有先进技术,就是落后,一打就垮;然而,一个国家、一个民族,没有民族传统,没有人文文化,就会异化,不打自垮。”

时至今日,这位耄耋老人仍然十分关注国家的科技与文化建设,他坚信科学要和人文相互交融,两翼齐飞,不可或缺。