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李德群:给塑料注射成形装上“大脑”

来源:《党员生活》杂志  日期:2021-11-29   编辑:刘志勇   字号:TT

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摘要:三十余年来,李德群一直致力于塑料注射成形数字化和智能化技术的研究和应用,引领我国该领域“智能制造”的发展。从表面模型的提出,到模拟软件的开发,再到智能装备的制造,李德群为我国塑料成形加工学科和行业的发展作出了突出贡献。

李德群,1945年8月生,江苏泰州人,中共党员。中国工程院院士、材料成形专家,华中科技大学教授、博士生导师。他长期从事塑料注射成形模拟和智能型塑料注射机的研究和开发工作,取得的创新成果用于国防、汽车、电子等高端产品制造中。开发出三维塑料注射成形过程模拟商品化软件,产生了很好的社会效益和经济效益。1986年至1987年,他在美国康奈尔大学做访问学者,2001年至2006年担任华中科技大学材料科学与工程学院院长。3次获国家科学技术进步奖二等奖,1次获国家自然科学奖二等奖,2010年被评为全国优秀科技工作者。

从飞机的空气动力学部件、汽车的精美内饰、空调的仿金属外观塑料外壳,到手机内的光学塑料镜片,形态各异的塑料制品早已走进寻常百姓家,成为我们日常生活中的必需品。这都离不开塑料注射成形数字化和智能化的功劳。

三十余年来,李德群一直致力于塑料注射成形数字化和智能化技术的研究和应用,引领我国该领域“智能制造”的发展。从表面模型的提出,到模拟软件的开发,再到智能装备的制造,李德群为我国塑料成形加工学科和行业的发展作出了突出贡献。

李德群

破冰

1968年,李德群从清华大学毕业,被分配到宁夏灵武农场修理厂工作,后又被调到湖北潜江机械厂,一干就是十年。十年的基层经历,不仅没有让李德群意志消沉,他还运用自身所学,帮助工厂改进工艺流程、改造生产设备、改善生产环境,为企业的转型升级作出了许多贡献。

“有了那个十年,经过人生的跌宕起伏,让我学会了如何克服困难和挫折。”李德群表示,十年里他在精神、体力、智力、技术等多方面都有了提高,让他对现在的工作和生活更加热爱。

1978年,33岁的李德群拿着华中工学院(现华中科技大学)研究生录取通知书回归校园,重新拿起课本,开始了人生新的征程。“进入华工后,我才有可能真正开始学术研究。”李德群说,他倍加珍惜这来之不易的学习和科研机会。

当时李德群的导师肖景容教授结合学科前沿和实际需要,为李德群确定了材料成形与计算机技术相结合的研究方向,他从此步入了塑料注射成形模拟和模具CAD/CAE/CAM的科研之路。

传统的塑料注射成形行业,基本以塑料注射的中面模型为理论依据来进行塑料成形模拟,但中面模型存在着过于依赖技术人员对软件的操作水平,且难以模拟结构复杂、内外不对称的塑料制品等弊病。“采用塑料注射的中面模型进行塑料成形模拟,不仅要求技术人员熟悉相关的专业知识,还要进行大量的图形处理。”李德群说,提取中面的工作量甚至要占整个塑料成形模拟工作量的80%。

针对中面模型的缺陷,李德群经过深入地思考和调研,提出了表面模型的概念,开发出基于表面模型的模拟软件,并率先在国际上发表相关论文。国际专业杂志Modern Plastics随后用整版篇幅专题报道了该研究成果。

李德群的这一成果很快成为国际研究热点。来自美、英、德、日等50多个国际研究团体引用了其表面模型的论文,美国佐治亚理工学院Cardozo教授在综述论文中评价:“表面模型的概念是塑料注射成形模拟历史上一个重要里程碑。”

工作照4-2011年开展塑料注射成智能化研究

引领

1986年,李德群应邀前往美国康奈尔大学做访问学者。期间,李德群不仅致力于塑料注射成形过程计算机模拟技术的研究,还为美国的AC-Tech公司开发出商品化二维冷却系统软件。一年多的美国之行,让李德群认准了塑料注射成形数字化和智能化的发展方向。

由于与西方工业先进国家存在很大差距,我国长期以来缺乏具有自主知识产权的塑料注射成形模拟软件,大量的塑料模具需要依靠进口。从美国归来的李德群意识到这是一个亟待解决的行业难题。

“那时国内的塑料注射成形技术刚刚起步,做不出精密度高、结构先进的成形模具,生产出的塑料制品不仅费料,次品率也很高。要想解决这一难题,必须研发出属于自己的塑料注射成形模拟软件。”20世纪90年代初,李德群和他的团队率先开发出国产塑料注射成形模拟软件并实现了工程应用。

在李德群和他主持的数字化成形团队的不断努力下,塑料注射成形集成模拟软件——华塑CAE诞生了。该软件成为我国塑料注射成形模拟领域的一项重要成果,并与金属铸造模拟、板料成形模拟软件一道,成为我国材料成形模拟领域的知名品牌,目前已在1000多家单位应用,覆盖家电、汽车、航空、航天等领域的龙头企业,产生了显著的社会效益和经济效益。

“有了塑料注射成形模拟软件,就可以更便捷地完成塑料制品从工艺、模具到成形等一系列复杂工序。它革新了国内塑料制品行业长期依靠生产试错这种费时费钱的方式,提高了塑料注射成形模具的设计和制造水平,使我国也能生产出更精密、更经济的塑料制品。”李德群说。

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布局

21世纪初,我国塑料注射机保有量达100万台,传统技术普遍陈旧,无法实现能量按需供给与优化控制,产品质量的一致性也难以保障。于是,李德群将目光投向成形装备智能制造上。

“传统的塑料制品生产过程,需要先在计算机上进行塑料注射成形模拟,再人工将相关参数输入塑料注射机中,这往往需要塑料注射机操作人员具有很高的技术熟练度。如何让塑料成形模拟软件与塑料注射机融合在一起,摆脱塑料制品生产过程对人工的依赖,实现自动化和智能化生产,是我想要做的事情。”李德群说。

李德群带领科研团队,在成形模拟的基础上将工艺参数自动设置、自适应注射等智能技术应用到注射机上,提出了在线反演的注射速度平滑优化、工艺曲线的二级闭环控制等方法,成功开发出智能型注射机。

经国家权威机构测试,李德群所开发的智能型注射机能耗低于我国及欧洲最高能耗标准,响应时间、位置精度等关键指标均达到国际先进水平,显著提高了注塑产品的重复精度和生产自动化程度。目前,智能型注射机不仅在国内推广应用,还远销海外。早在工业技术4.0、智能制造成为全社会关注的热点话题之前,李德群和他的团队就已经走在了学科和行业的前沿。

“未来,我们还将继续寻求商业合作,让塑料制品的生产变得更加智能化和宜人化。”李德群表示,他和他的数字化成形团队将继续深入材料成形智能化的研究和开发,将中国的创新成果推广到国际上去。(党员生活全媒体记者 葛雷 摄影 张博伦)