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闻邦椿教授:坚持不懈奋斗在工程机械领域达65载的中科院院士


发布时间:2021-04-20 15:02

来源: 《建设机械技术与管理》杂志

闻邦椿(左3)和课题组成员研究转子动力学中的问题

  闻邦椿,1930年9月29日出生于杭州,祖籍浙江温岭,东北大学教授,中共党员,1991年当选为中国科学院学部委员(1993年改名为中国科学院院士)。他于1955年大学毕业,接着,在苏联专家索苏诺夫教授指导下从事研究生的学习与研究,同时开始工程机械的教学和科研工作,至今已65载。他曾获国际科技奖2项,国家技术发明奖和科技进步奖5项,省、部级一、二等科技奖20余项。闻邦椿是我国振动利用工程学科主要奠基者,曾任国际转子动力学技术委员会委员,亚太振动会议指导委员会委员,第六、七、八、九届全国政协委员,国务院学位委员会第二、三、四届机械工程学科评议组成员,中国振动工程学会理事长,《振动工程学报》主编等职。

 

1 培养大量的优秀科技人才

  高等学校的根本任务是培养人。为了培育高级科技人才,必须付出辛勤的劳动。

  闻邦椿培养的学生已遍布全国各地,不少学生已在祖国建设中取得了显著成绩,有的已成为国内知名的教授、研究员、博士研究生导师、高级工程师和技术专家,他们在科研、教学等方面取得了显著成绩,并已在国内外科学技术界崭露头角。

1.1 本科生的培养

  从1955年开始, 闻邦椿就指导本科生的毕业设计, 带领学生到工厂进行毕业实习,了解企业对产品研究和开发及产品的设计的情况, 进而根据企业需要确定毕业设计题目,较好地完成毕业设计的任务, 还曾多次带领学生到现场进行设计, 解决企业生产中遇到的实际问题, 如到北京铁矿研究设计大长度振动输送机,到沈阳第一砂轮厂研究设计自同步概率筛,去沈阳矿山机器厂设计振动离心机等,使学生们学习、掌握和运用产品设计的理论和方法搞好产品设计, 这对培养他们的产品设计能力发挥了积极的作用。闻邦椿曾经指导了20多届本科生的毕业设计, 有数百名学生经受了产品设计的锻炼,大大增强了他们的实际工作能力。

  闻邦椿曾为本科生讲授了10多门课程,如选矿机械、选煤机械、矿山机械动力学、机械振动学、振动机械的设计理论与方法、振动利用工程、工程非线性振动、旋转机械动力学、机电系统的振动利用与控制、产品的综合设计理论与方法、产品的系统化设计等,参加听课的学生达数千人,这为他们掌握先进的科学技术及培育各方面的能力进而为做好日后的工作奠定了良好的基础。

1.2 研究生的培养

  闻邦椿从1978年开始培养硕士和博士研究生。到目前为止, 已培养出硕士、博士、博士后253人。

  这些研究生在攻读学位期间参与了大量的科学研究,为完成国家的科学研究任务做出了重要贡献。同时,也培养了他们的科学研究能力,为他们顺利走上工作岗位,进而为国家经济建设及发展科学技术创造了良好的条件。

  这些毕业的硕士和博士已有数十名晋升为教授,有50多人被评为博士研究生导师,有20多名在美国、加拿大、日本、澳大利亚、德国、英国等从事相关的工作,他们为这些国家的科学技术和经济发展做出了贡献。

  在这里还特别提出, 所培养的200多名研究生中,有130多名研究生是闻邦椿70岁以后培养的。

1.3 重视教学内容更新

  闻邦椿十分重视教学内容的更新。

  (1)将研究中取得的成果逐步地创建成新课程,如《振动机械的理论及应用》和《振动利用工程》等。

  (2)将科学研究取得的成果编入教材中,来提高教材中解决实际问题内容的比重,如编写的《机械振动学》和《机械振动的理论和应用》的教材, 都编入了振动利用和控制方面的实际内容。

  (3)在产品设计理论和方法方面,不仅仅在教学过程中增加了一些新内容,还在具体设计实践中运用了提出的新的设计理论和方法。

  通过科研促进教学内容不断更新,是一种十分有效的办法,并可获取良好的教学效果。

1.4 坚持产学研的紧密结合

  在教学过程中,闻邦椿坚持教学、科研和生产相结合,并直接应用于教学体制改革过程中。

  (1)坚持了产学研的密切结合。在毕业设计中所确定的设计题目多数是企业需要解决的实际问题,从而取得了良好的效果。

  (2)在实验课的教学中,有的试验方案和设备来源于科学研究的成果。例如,目前实验室中教学演示的振动利用设备就是通过科学研究而获得的:双质体共振筛的试验模型一直用来指导本科生的教学试验,这使学生们能更直接建立起一阶固有振动和二阶固有振动的概念,有利于学生对《机械振动学》这门课内容的学习、理解和掌握。

  (3)在课程教学中,不少内容来自科学研究,又将教学中总结出的理论成果应用于生产实践之中,使教学、科研和生产得到密切结合。

  采用上述教学方法不仅获得了科学技术知识, 同时也很好地培育了学生的工作能力。

 

2 创建了“振动利用工程”新学科

  闻邦椿在“振动利用工程”的研究上已达到了国际领先水平,这一成就的取得与他刻苦钻研、坚持创新密不可分。

  1955年大学毕业后,当时东北工学院来了一位苏联专家,给他创造了良好机遇。闻邦椿牢牢把握良机,全身心投入机械振动的学习和研究之中,将如何利用振动为人类造福作为主攻方向。在此后的40多年的研究工作中,他首先提出了振动利用工程的新概念,构建了振动利用工程新学科的理论框架,为振动利用工程学科的若干分支提供了设计与计算的理论和方法,解决了工程中诸多难题和国家急需解决的一些重大科学技术问题,获得了多项国家级奖励。

  在这一新学科的研究中,闻邦椿实现8个方面的创新:

  (1)研究了新原理。提出了概率等厚筛分的新原理,将概率筛分原理和等厚筛分原理结合在一起,创造出了一种集概率筛分和等厚筛分原理优点的概率等厚筛分新原理;还利用振动同步传动原理实现对物料进行破碎的新工艺。

  (2) 发明了新机构。研究出10余种新机构,如激振器偏转式自同步非共振新机构、惯性共振式双质体近共振新机构、双激振器振动破碎机的新机构、不对称弹性力的双质体非线性近共振新机构、平衡加隔振振动输送的新机构。

  (3)建立了新模型。提出了10多个非线性动力学新模型,例如惯性力项为非线性的动力学模型、不对称软式分段线性动力学模型、硬软复合式分段线性动力学模型、分段慢变的非线性的动力学模型、双参数慢变的非线性动力学模型等。

  (4)发展了新理论。研究并提出了多种理论,如物料运动的非线性动力学理论和单质体或多质体系统的硬式、软式、复合形式的非线性动力学理论等,弹性元件为非线性的各类非线性振动系统、带滞回阻尼力的非线性系统、具有冲击和摩擦的非线性振动系统的理论等。

  (5)研发了新技术。如大长度振动输送机常常会出现弹性弯曲振动,为预防出现弹性弯曲振动,研究出一种可以减轻或消除弯曲振动新技术;在自同步振动机上实现振动同步传动和在大型振动筛上采用控制方法实现同向回转控制同步的新技术等。

  (6)提出了新方法。提出了以功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计及特殊性能优化设计为核心内容的“1+3+X”的综合设计方法,同时提出了以非线性动力学为基础的深层次动态设计方法。

  (7)研制了新机器。研究成功如惯性共振概率新筛机、激振器偏转式大型冷矿振动筛、平衡加隔振的大长度振动输送机、自同步振动放矿机、双激振器自同步振动破碎机、750吨振动沉拔桩机、新型振动压路机、近共振工作的自同步振动离心脱水机等10余种新机器。

  (8)创建了新学科。由于取得了前面的这些成果,再加上他国许多企业同学校之间建立了良好的产、学、研的协作关系,处理好知识产权与技术垄断之间的关系,从而使他国对“振动利用工程”新学科的研究达到国际领先水平。

  在这一方面撰写并出版了中英文著作和论文集10余种。

  闻邦椿作为从事机械产品设计的教学和科研工作的专家,其研究方向之一是振动学和机械工程学相结合的一门新学科“振动利用工程”,另一方面,还从事有害振动控制方面的研究工作。振动正是力学研究的一个分支,他在网上博得“力学教育家”的美名,这是与他在振动领域取得丰硕的创新研究成果密不可分的。

  (1)创建了“振动利用工程”新学科,奠定了该学科的理论基础,并将研究成果广泛应用于工程中,取得重大的经济效益和社会效益。在这一领域曾撰写了10多部专著,使他对这一学科的研究达到国际领先水平。

  (2)对同步理论进行了深入研究,将振动同步扩展为控制同步、复合同步、广义同步,还提出了振动同步传动的新概念,发展了振动同步传动的理论及其应用,并撰写和出版了中英文专著。这方面的研究在国际上也处于领先地位。

  (3)对故障旋转机械的非线性动力学问题进行了深入的研究,阐明了故障发生和发展的慢变和突变过程及其特点,对其理论进行了分析研究,提出了分段慢变和双参数慢变的理论,还最先提出了灰色诊断的理论,并提出用两次启动进行动平衡的理论和技术,撰写了两部专著。

  (4)将非线性振动理论应用于工程实际,应用于有用振动的利用和有害振动的控制,写出了国际上第一本内容丰富的《工程非线性振动》专门著作。

  此外,在教材的编写工作中,主编了大学本科生的振动教材《机械振动学》及研究生的机械振动教材《机械振动理论与应用》,在国内产生了重要的影响。

  在振动利用和控制领域,共写出16部中英文专著,其中有两种著作荣获全国优秀科技图书奖,还分别获得了两个著名出版社的“著名作者奖”和“最具影响力的作者奖”。

闻邦椿撰写的有关振动利用与控制方面的著作

 

3 提出产品新的设计方法和编纂行业经典《机械设计手册》

  闻邦椿在本专业的主攻方向,即在机械设计及理论的研究中倾注了大量的精力和心血,在产品设计理论和方法方面取得了8个方面的创新成果。

  (1)对国内外70多种设计理论和方法进行分类。100多年来,为了提高产品的设计质量,国内外的科学技术工作者提出了70多种设计理论和方法,但一直没有人对这么多的方法进行分类,2003年在“机械工程学报”创刊50周年时他所发表的论文中将设计理论和方法分为7大类。

  (2)提出了和谐设计的新概念并阐明其内涵。和谐设计是在绿色设计的基础上发展起来的,绿色设计讲的是人和自然之间的关系。将绿色设计扩展为和谐设计是时代发展的需要,要将环境保护扩展到社会领域。

  (3)扩展了动态优化设计的内涵。传统的动态优化设计法是以线性动力学理论为基础的动态优化设计。过去撰写的动态优化设计有关书籍一般所研究的是如何消除振动,而他将动态优化设计扩展到如何更好地利用振动,在国际上创建了“振动利用工程”新学科,扩展了动态优化设计的内涵。

  (4)提出了深层次动态设计的概念并阐明了其含义。对于那些工作在非线性动力学条件下的机械,若采用线性动力学理论来处理设计问题,不仅会有较大的误差,甚至会发生质的错误,因此,设计时应该考虑其时变特性、强非线性特性、不确定性、高维与强耦合特性、多参数或多变量的特性等。

  (5)提出了以动态优化、智能化和可视化为核心内容的三化设计法或三优设计法。

  对于机器功能已经确定的设备,如航空发动机、汽轮机等,对这些机器只要对其性能进行优化设计即可,为此提出了针对3方面性能优化的三化设计法,即针对结构性能、使用性能、制造性能进行优化设计即可。

  (6)研究并提出了基于系统工程的产品综合设计法。基于系统工程的综合设计有以下4个阶段:调研阶段(3I调研)、设计规划阶段(7D规划)、系统化设计实施阶段(1+3+X系统化设计:包括功能设计和性能设计)和设计质量检验评估阶段(5A检验)等。在目前的产品设计中假如不综合运用科技工作者提出的各种设计方法,要想达到良好的设计质量是不可能的。

  (7)阐明了顶层设计的概念和内涵。7D规划包括设计目标(DO)、设计思想或设计理念(DI)、设计环境(DE)、设计过程(DP)、设计内容(DC)、设计方法(DM)和设计质量检验(DA),即称为7D规划,也称为顶层设计,为此,他专门撰写了顶层设计的专著。

  (8) 提出了科学发展观作指导的系统化设计的概念及其设计理论和方法。它涵盖了4个理想的设计阶段:调研和选题、对任务剖析和规划、科学实施、质量的检验和评估;科学实施阶段,即用1+3+X的综合设计法中的5优设计:功能、结构性能、使用性能、制造性能、特殊性能的优化设计。

  为助力中国制造2025,闻邦椿还组织该领域的全国科技力量编撰了1、2、6、7卷行业经典《机械设计手册》,为我国几万家装备制造企业提供了参考, 为助力“中国制造2025”做出了贡献。其中《机械设计手册》(第5版)曾于2013年获中国机械工业科学技术一等奖,2014年获中国政府出版奖的提名奖。上述这些创造性成果的取得使闻邦椿在机械设计与理论领域确立了领地位,独树一帜,影响颇大。

撰写的20部产品设计理论与方法著作

4 总结了面向人民大众的方法论

  闻邦椿并不是从事哲学研究的学者,但在治学过程中一贯强调文理渗透,尤其注重科学方法论的总结和应用。在创新思维、创新原理和方法的指导下,总结出了逻辑缜密、涉及面广、实用性强、完全新颖的科学方法论体系和规则,还撰写了40部科学方法论的著作,为各类人群掌握和运用好科学方法论的体系和规则做出积极贡献。

  闻邦椿总结出的科学方法论体系和规则的特点是,该体系和规则是基于这样一种新的思想;任何人做事首先应该考虑的是:为什么,即Why?;内涵是什么,即What?;如何做,即How?这就是做事的3大核心要素,假如离开这三要素去谈成功和高效,这无异于空谈;接着,就应该考虑影响正确及高效做事的主观、客观及动态因素,使其发挥积极作用;再者,所有工作都应该在科学哲学思想指导下来完成,这就是方法论科学的和完整的体系:3←4321。

  闻邦椿从科学方法论的体系中归纳出以下的四方面的内容和12+1对规则。

  做事的3个核心要素:

  (1)目的和要求。正确及高效做事要有明确目的,要有良好质量、较低成本、较短时间等。

  (2)任务和态度。有了明确的目标,就要通过切实的内容予以实现,任务是实现目标的基础。

  (3)步骤和方法。采用合理的步骤和运用先进的科学的方法可以使所做的事有效地完成。

  做事的4项主观潜能:

  (1)思想和品德。要确立正确的指导思想、良好的品德、正确的学风和作风及良好的生活习惯。 

  (2) 知识和能力。做任何事情要有所需的基本知识和技术,还要具备各方面的能力。

  (3)健康和生命。做任何工作都要有健康的身体,还要重视安全,只有生命健康的存在,才能完成任务。

  (4)毅力和战术。要有坚韧的毅力,要有百折不挠的奋斗精神,同时还要采取合理的战略战术。

  做事的3个客观因素:

  (1)机遇和挑战。做事要重视机遇,没有合适的时机,很难取得成功,要紧抓机遇,接受机遇的挑战。

  (2)环境和协调。对各种环境既要加以保护,还要充分利用环境。

  (3)条件和利用。工作的外部条件十分重要,相关的人、财、物等都应该加以有效的利用。

  做事的2个动态因素:

  (1)学习和运用。工作过程中要不断地学习新知识、新技术,并将所学知识和技术应用到实际工作中。

  (2)检查总结和提高。要经常进行检查,及时发现问题和解决问题,要定期总结经验和教训。

  做事的1个关键因素:正确指导思想。

  所有工作都要在科学哲学思想指导下完成,即要“以人为本”、要重视全面性和系统性、实践性和科学性、继承性和创新性、协调性和稳定性、可持续性和长期性,要做好“创新、协调、绿色、开放、共享”。

  以上所提出的科学方法论的体系和规则是闻邦椿对自己几十年的教学和科研工作实践的总结和归纳,独具特色,自成一家,具有高度的完整性与科学性。

  书籍是人类进步的阶梯,书籍是人生奋斗的灯塔,书箱是抚慰心灵的鸡汤。以上三句话对闻邦椿以很大的启迪,所以他要坚持写书。

  截至目前,闻邦椿已撰写和编纂出102本著作、教材、论文集和手册,其中85本书是以第一作者身份撰写的。撰写这么多的著作无疑需要花费大量的时间和精力,这就需要在繁忙的工作之余,争分夺秒地抢时间,在一般人不可思议中著书立说,以飨后人。

  在这102本著作中,包括传记和乡土文化类10本,机械产品设计及机械设计手册类共20本,振动和动力学类30本,面向人民大众做人做事方法论论类40本,其他方面的著作2本,这一结果应该是目前全国和全世界理工科学者写书的最高纪录。

  最近,闻邦椿提出了智慧人和智慧集体的新概念,撰写了《智慧人》《智慧集体和智慧个人》 《如何创建一所智慧学校》 《如何创建一个智慧企业》等有关著作,强调人与物要同步发展。这些著作对于促进全社会向智能化方向发展会产生积极的影响。

 

5 结 语

  值得深思的是,闻邦椿70岁以后所完成的工作竟超过70岁以前的1倍以上。他所做的大量工作是在达到退休年龄后所完成的,这是闻邦椿对社会额外的贡献,可以这样说,他一生所创造的价值是他应该创造的价值的3倍。总结起来应归因于健康的身体和在创新思维指导下对总结出的全局形态应用型科学方法论的有效应用,只有在保持身体健康的前提下,坚持在科学哲学思想指导下运用方法论进行学习、工作和生活,才能在实现中华民族伟大复兴中国梦的历史征程中最大程度的实现自我价值,谱写出无愧于这个伟大时代的壮丽篇章。

  多个媒体都曾报道:“闻邦椿院士不仅是一位闻名遐迩的工程科学家、一位桃李满园的教育家,更是一位充满智慧的思想家。任尔风云变幻,谋的是国家发展、社会进步;始终不忘初心,想的是传承变革与创新。年届九旬,诲人不倦;创新路上,且行且歌。”

(责任编辑:休鱼)



关键词: 坚持不懈,设计,振动,出了,研究,利用,方法,工程,理论,科学

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