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从“0”到“N”全过程创新之路怎么走?

——中国航空工业集团庆安-西安交通大学高压高速流体机械联合研究中心的探索

来源:交大新闻网 日期:2024-11-18 10:26 浏览量:

11月5日,中国航空工业集团庆安-西安交通大学高压高速流体机械联合研究中心(以下简称联合研究中心)正式入驻西部科技创新港。

“我们是带着‘礼物’入驻的!”联合研究中心主任、西安交大能源与动力工程学院教授席光微笑着说。他指的“礼物”是花多少钱都买不来、正在实现国产化的压缩机设计制造技术。

2023年8月,席光与团队成员探讨离心压缩机关键技术优化方案。

联合研究中心为什么能率先突破航空工业压缩机的“卡脖子”难题?回看庆安集团有限公司(以下简称庆安公司)与西安交大23年校企合作的历程,答案就在其中。

强化企业科技创新主体地位

庆安公司是专业从事航空作动产品和制冷系统科研生产的大型企业,压缩机研发是其核心竞争力之一,是巩固行业地位的“法宝”。西安交大1956年创建国家第一个透平压缩机专业,拥有流体机械及压缩机国家工程研究中心、流体机械国家专业实验室等多个国家级研究基地,学科优势突出。因为全世界掌握高压高速压缩机技术的只有极少数国家,而且实行技术封锁,国内在这个领域几乎是空白,“0到1”异常艰难。

2009年冬,入职庆安公司不到半年的新手设计师李鹏飞接到了某款微型高压压缩机设计和研发工作任务。当时,庆安公司已耗费两年多投入不少人力物力,但实验效果不理想。李鹏飞找到《压缩机工程手册》主编、我国压缩机行业的奠基人之一、西安交大郁永章教授团队寻求支持。从那时起,郁永章教授的弟子、西安交大化工学院化机系教授李云开启了与庆安公司的合作。

“在‘甲乙双方、一个项目、一纸合同、一笔经费’的传统模式下,项目结题后,高校研发工作就结束了,我们不会跟进到产品端,那时候创新链条没打通,更涉及不到与产业链的融合,高校科研人员只参与‘0到1’,不参与‘1到N’,也没有反复迭代的过程。”李云回忆道。

庆安公司曾耗时5年、迭代几十余次,开发出某微型高压压缩机产品,但依旧存在可靠性不高的问题。“怎么提高可靠性?怎么提升性能?只能回到‘0’找答案,去做大量分析、计算,这是基础研究,恰好是企业的短板、高校的强项。”李鹏飞说。

席光教授团队在流体机械新型节能与系统调控技术方面深耕30余年,围绕离心压缩机关键技术及其应用的重大需求,建立了离心压缩机高性能、高可靠性设计技术体系,实现了离心压缩机的气动设计性能达到国际先进水平,支撑了流体机械核心装备国产化重大技术突破。李云教授课题组研究领域聚焦高压流体装备研发,曾经开发了国内首台LNG接收站BOG压缩机,并实现产业化;搭建了国内首台浮动海洋平台压缩机国产化关键技术验证平台,服务由我国自主研发建造的、全球首座10万吨级深水半潜式生产储油平台“深海一号”;深耕氢能压缩技术,为国内首台超高压氢气隔膜压缩机国产化的成功开发提供了关键技术支撑。课题组在国内具有良好的行业影响力,与庆安公司发展目标和研发需求高度契合。

2023年11月,中国航空工业集团庆安-西安交通大学高压高速流体机械联合研究中心揭牌,双方约定立足高压高速流体机械产业发展方向,在压缩机领域开展全方位合作。联合研究中心在西安交大汇聚创新资源的“6352”工程、“1121”(一中心、一孵化、两围绕、一共享)产学研深度融合新模式下建立,有高速离心式压缩机、高压容积式压缩机两个科研团队。席光担任联合研究中心主任,负责高速流体机械科研方向,李云、李鹏飞担任副主任,李云负责高压容积式压缩机科研方向。

如今已成为庆安公司总工程师助理的李鹏飞代表企业“出题”,30多名双方科研人员以“科学家+工程师”模式组队,共同“答题”,促进了技术创新和成果转化。

微型高压压缩机样机

新合作模式下,研发团队仅用一年就做出一款新型结构的微型高压压缩机样机,大大加快了新产品的开发,并且成本大幅降低,加速了市场化进程。

“效率更高了,由企业来主导产学研融通创新,既是找准‘痛点’开良方的过程,也是‘性价比’更高、更快‘出东西’的科研模式。”李鹏飞说。

高质量科技供给产学研深度融合奠定坚实基础

高质量科技供给高度依赖科技创新,但科技创新不是一个单向线性的过程,而是包含了无数次“0到1” “1到N” “N到0”不断迭代的过程,创新需要科研工作者在0、1、N之间“反复横跳”。

“6352” 工程与“1121”模式是西安交大落实“以国家战略需求为导向”“企业主导的产学研深度融合”“促进‘四链’深度融合”的具体举措,能够全链条支持科技创新项目转化及产业化发展,是一套助推产学研深度融合的“组合拳”。西安交大党委书记卢建军说:“大学要当好基础研究主力军和重大科技突破生力军,我们要帮助校企科研工作者深度融合,打通迭代过程中的‘堵点’。”

压缩机研发怎么做到校企深度融合?联合研究中心的做法是双方科研人员深度参与“0到1到N”“N到1到0”的所有过程,任何一个环节的问题都协同解决。

高压容积式压缩机课题组从2023年8月至今,坚持每两周开一次双方科研人员都参加的项目讨论会。会上,大家分享研发成果,进行“头脑风暴”。李鹏飞说:“讨论可以启发科研思路,比如我们想延长某款压缩机工作寿命,工程师惯常做法是先出一版设计方案,在试错中改进,教授的思路是正向研究,‘庖丁解牛’式分析零部件工作机制,厘清机理,然后优化。”

李云说:“每次讨论会要开6小时,教授和工程师一场场讨论热火朝天,学生们听得意犹未尽。工程师了解基础原理后能从根本上解决实际问题,而我们则对关键部件的机理研究更深入,参会学生也借此开阔眼界,培养全局思维,这是双赢。”

比起地面产品,机载产品需要更优良的性能,才能适应空中各种复杂环境。但其中的关键技术无法从国外获得,因此,立足自强自立是根本。

工程师思维与科学家思维在聚焦同一个具体问题时,实现了互补,推动了创新,打通了堵点。“科学家+工程师”的组合使高压容积式压缩机课题组在解决某款微型高压压缩机可靠性及优化产品设计上发挥了极大作用。双方协同,通过搭建关键部件机理研究实验平台,明确失效机理,改进结构设计,解决了“卡脖子”技术,为庆安公司降本增效。

为国家培育“专尖特精”人才

2024年11月5日,李云(左二)与团队成员讨论微型高压压缩机关键部件性能优化方案。

伴随着研究的深入,联合研究中心通过搭建两级透平压缩机非定常流动测试实验平台、微型高压压缩机关键部件寿命预测及数字孪生模型研究平台实现了产品“卡脖子”技术的突破,企业尝到了产教融合的“甜头”,双方又进一步规划出了明年的基础研究内容和实验平台建设方案。

化工学院动力工程及工程热物理专业博士一年级的王强和硕士三年级的王志鹏参与了高压容积式压缩机课题组工作。王强说:“校企深度融合让我快速认识到当前我国在高压无油润滑压缩机领域面临的技术难题和我们肩负的使命。”王志鹏说:“在参与庆安气源设备研发项目的过程中,深切体会到了技术掣肘对我国发展的制约,更加明确了自己的责任。”“我们从基础支撑、‘疑难杂症’诊断以及引领前沿发展三方面发力,不仅培养学生融入工程实际,也为企业培养‘专尖特精’人才。”李云团队的高秀峰副教授说。今年是李鹏飞攻读西安交大工程博士学位的第四年,校企“双向奔赴”在他身上更加具象化了。在这样的探索中,发挥了科研思政作用,实现了在工程化环境、实战化项目、全链条创新、有组织科研中培养卓越工程人才。

11月5日,庆安公司党委书记、董事长王波参观微型高压压缩机关键部件寿命预测及数字孪生模型研究平台。

西安交大能源与动力工程学院副教授王志恒主要研究离心压缩机内部流动的控制及设计优化,他说:“校企深度融合使我们学校老师的研究更精准地聚焦国家战略、对接产业需求,更有效地解决了‘融合点’的痛点问题。”席光说:“校企深度融合联合研究中心要培养面向前瞻性核心产业领域的工程博士‘国家队’,为推进关键核心技术联合攻关探索出一条成功之路”。

在“1121”产学研深度融合新模式下,三年多来,西安交大与223家领军企业签署共建联合研究院协议(世界500强50家、中国500强67家),建立84个校企深度融合创新联合体,联合研发团队的科学研究向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力。创新港引入包括深交所、深创投在内的265家金融机构,就地孵化213家企业。聘任企业导师995名、培养工程硕博士2000余人。

卢建军说:“西安交大将以企业主导的产学研深度融合为突破口,持续推动教育、科技、人才一体化发展,打通创新链、融合产业链、引入资金链、共享人才链,持续提供高质量科技供给和人才支撑,为教育强国、科技强国、人才强国建设贡献智慧和力量。”

文字:李莉
图片:李莉 受访者提供
编辑:徐琛

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