他讓汽車減重30%、車企省2.5億｜專訪香港理工大學(xué)講座教授林建國(guó)

林建國(guó)，英國(guó)皇家工程院院士、歐洲科學(xué)院院士、曾任英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院材料力學(xué)系主任、現(xiàn)任香港理工大學(xué)工程學(xué)院工業(yè)及系統(tǒng)工程學(xué)系講座教授。

他是世界上最早運(yùn)用成熟數(shù)學(xué)方法，來模擬、預(yù)測(cè)、控制金屬成型過程的學(xué)者之一。他和團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了“熱成型淬火”（HFQ?）技術(shù)，廣泛應(yīng)用在汽車、航空航天、軌道交通等領(lǐng)域，滿足對(duì)零件性能、減重及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的需求。

《問答神州》專訪林建國(guó)教授，鳳凰衛(wèi)視中文臺(tái)12月22日晚20:30首播。

1

14年攻堅(jiān)！破解鋁合金易碎難題

金屬輕量化技術(shù)讓車企省2.5億

吳小莉：20多年前，據(jù)說是你和工業(yè)界在談事情的時(shí)候，你突然意識(shí)到金屬輕量化是未來全球的熱點(diǎn)，你當(dāng)時(shí)看到了什么？

林建國(guó)：2002年前后，我剛剛進(jìn)入金屬成型這個(gè)行業(yè)，這是個(gè)應(yīng)用非常強(qiáng)的領(lǐng)域，我就在考慮以后做什么，往哪個(gè)方向發(fā)展？我覺得這個(gè)問題的答案一定從公司、從企業(yè)里面來，所以當(dāng)時(shí)就訪問了很多的企業(yè)，比如飛機(jī)制造公司、鋼鐵公司，還有汽車制造公司，我就感覺到未來的金屬輕量化，特別是輕金屬里的成型工作是一個(gè)非常難、大家都想做，但是做不了的。我就想在這上面，在大學(xué)里面，我們是不是能夠起一個(gè)點(diǎn)，產(chǎn)生一些新的工藝和新的方法，把這些別人做不到的東西做成？

當(dāng)年2002年的時(shí)候，我到一個(gè)汽車公司，汽車公司的老板拿著兩個(gè)車門內(nèi)壁，一個(gè)是鋼做的，一個(gè)是鋁合金做的，兩個(gè)重量差40%，鋼做的車門內(nèi)壁就是一塊板，鋁合金做的車門內(nèi)壁是分成了好幾塊，然后用激光焊接焊在一起的。

吳小莉：為什么要分成好幾塊？

林建國(guó)：這也是當(dāng)時(shí)我提出來的問題，你為什么要分成好幾塊？他講的是，因?yàn)殇X合金因?yàn)榉浅４?，用一整塊板做不成。他說用那一套模具，他們做了好幾年，試了各種各樣的鋁合金，各種方法他們都沒有做成，認(rèn)為這一套模具花了幾十萬(wàn)英鎊沒有用了。我當(dāng)時(shí)說，你把這個(gè)模具給我留著，我想想辦法看能不能做出來一個(gè)一體成型的。從那開始，當(dāng)時(shí)2002年，我花了14年的時(shí)間，2016年給它做出來了。

HFQ? 鋁合金一體化車門內(nèi)板

吳小莉：這就是你的熱成型淬火技術(shù)的來源嗎？

林建國(guó)：對(duì)。這是給我最大的一個(gè)啟發(fā)，后來工業(yè)界不斷地提出新問題，我也繼續(xù)做出了一些努力。

吳小莉：研發(fā)金屬輕量化的歷程，你是這樣走過來的，在全球范圍內(nèi)是不是還有其他團(tuán)隊(duì)在做類似的項(xiàng)目？

林建國(guó)：世界上也有其他的人在做，但是往往很多人是解決以前的問題，比如彎曲擠壓這個(gè)問題，別人都在想怎么把直的東西弄彎，世界上有100多個(gè)專利都是在做這個(gè)方面，但是我想的是我能不能做出來就是彎的。

鋁合金一體成型汽車A柱

吳小莉：你們的方法能夠帶來什么好處？

林建國(guó)： 一是便宜了，二是我們可以做出來更復(fù)雜的零件，這給設(shè)計(jì)上面提供了一個(gè)，我們叫“自由度”。像以前是5個(gè)零件，我們現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)成1個(gè)零件。對(duì)于汽車行業(yè)來說，當(dāng)時(shí)一個(gè)汽車公司的老板講的是，如果用了我們這個(gè)技術(shù)，一個(gè)新車型的開發(fā)，可以省2.5億。

吳小莉：你們正在設(shè)計(jì)全鋁合金的汽車，它能夠減重多少？

林建國(guó)：重量上面可以減輕30%，大約節(jié)能20%~25%左右，二氧化碳減排1/3。

吳小莉：也要平衡一下，它的價(jià)錢成本怎么樣，它的安全性又怎么樣？

林建國(guó)：安全性沒有問題，在設(shè)計(jì)上面已經(jīng)保證了它的安全。在價(jià)錢上面，他們算了一下，一開始會(huì)高，但是它用油少了，耗電少了，在開了3年到4年之后，就會(huì)賺了。

2016年，林建國(guó)和他的團(tuán)隊(duì)在數(shù)百次試驗(yàn)后，為路特斯（蓮花）汽車公司設(shè)計(jì)的第一塊整張全鋁合金車門內(nèi)板生產(chǎn)成功。

2

火箭“克克計(jì)較”的秘密

輕一克多行駛12英里

林建國(guó)：這個(gè)是鋁合金航空座椅。

吳小莉：也就是我坐飛機(jī)的時(shí)候，有的時(shí)候坐上的就是你們?cè)O(shè)計(jì)的。

林建國(guó)：應(yīng)該是，在歐洲用的很普遍。

吳小莉：那它的特殊性在哪里？

林建國(guó)：它是一個(gè)高強(qiáng)度的鋁合金，7000系列的，正常的情況下，一敲就碎了，就像玻璃一樣的。我們是用一種模具，在一種特殊的條件下，不到一秒鐘就成型了。

吳小莉：它為什么可以不碎？

林建國(guó)：中國(guó)人說，要趁熱打鐵。從理論上來說，我們把它加熱到了一定的溫度，這個(gè)材料它要做一種固溶處理，做固溶處理的時(shí)候，我們找到了一個(gè)窗口，在這個(gè)時(shí)間它就變得特別軟，可以把它成型，成了以后再把它變硬。

吳小莉：那別人會(huì)脆的原因是什么？

林建國(guó)：他們找不著這一個(gè)窗口。

吳小莉：我們剛剛看到的是汽車、航空領(lǐng)域的應(yīng)用，航天技術(shù)更需要輕，你們的技術(shù)可以幫助什么？

林建國(guó)：對(duì)航天來說，鋁合金用的數(shù)量非常非常大，運(yùn)載火箭主要的課題都是鋁合金做的。當(dāng)時(shí)我們做的項(xiàng)目是支持航天一院的，用在運(yùn)載火箭的儲(chǔ)箱上。

吳小莉：一般我們都說“斤斤計(jì)較”，但你說在航天技術(shù)上面其實(shí)是“克克計(jì)較”。

林建國(guó)：是的。當(dāng)時(shí)總工程師跟我說，輕一克可以多行程12英里。

吳小莉：效果很顯著。

林建國(guó)：對(duì)。所以這一克很重要，火箭能打多遠(yuǎn)與重量有很大的關(guān)系。

3

林建國(guó)：科學(xué)是把錢變成紙

技術(shù)是把紙變成錢

吳小莉：2008年，你在帝國(guó)理工大學(xué)時(shí)，就做了金屬塑形的研究團(tuán)隊(duì)，那個(gè)團(tuán)隊(duì)在英國(guó)是最大的，后來在英國(guó)政府的支持下，有8個(gè)國(guó)家的團(tuán)隊(duì)來合作，所以能夠很快地完成研究、終試、實(shí)驗(yàn)，幫助了很多的企業(yè)，當(dāng)時(shí)為什么能夠在英國(guó)形成這樣的氛圍？

林建國(guó)：2008年我去到了帝國(guó)理工，前一年2007年的夏天，我收到一個(gè)郵件，他們請(qǐng)我到帝國(guó)理工那邊吃個(gè)中午飯，我也知道沒有免費(fèi)的午餐，去了以后，他們就邀請(qǐng)我加入帝國(guó)理工，當(dāng)時(shí)我講的是你們不做這方面的研究，但他們當(dāng)時(shí)說，你來了我們就做這方面的研究了。

所以這也給了我一個(gè)啟發(fā)，我們首先要聚人，把人才聚到一塊去，才能做事；另外一個(gè)就是聚勢(shì)，你要做什么東西？當(dāng)時(shí)我們定了一個(gè)策略，70%的精力放在應(yīng)用研究，30%的精力放在理論研究，在這種情況下，我們給很多公司解決了很多問題。

我們談科技，科學(xué)和技術(shù)，我的理解是，科學(xué)是你拿了很多的研究經(jīng)費(fèi)，最后對(duì)這個(gè)問題有了深入的理解，理解了以后寫成文章在國(guó)際雜志上發(fā)表，這是把錢怎么樣去變成紙；另外一個(gè)問題，技術(shù)是什么？我們找出一個(gè)解決方案，然后能夠通過終試、小批量生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)為社會(huì)產(chǎn)生價(jià)值，這就是從技術(shù)上面把這個(gè)紙?jiān)僮兂慑X，這樣子就循環(huán)起來了。批量生產(chǎn)當(dāng)中又不斷地出現(xiàn)新問題，又給我們科學(xué)上面帶來新的課題。

形成這么一個(gè)勢(shì)以后，后來就有很多公司找到我們。在研究組里面，我們成立了4個(gè)研究中心，2個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，這些方面的資助全部是由公司來提供的。

4

放棄英國(guó)三十載事業(yè)回國(guó)！

林建國(guó)：香港新型制造業(yè)藏巨大潛力

吳小莉： 你是在英國(guó)讀書、工作了三十幾年之后，決定回國(guó)，來到了香港理工大學(xué)，為什么？

林建國(guó)： 當(dāng)時(shí)香港理工大學(xué)極力邀請(qǐng)我回來，我覺得他們很真誠(chéng)。另外現(xiàn)在世界上有一個(gè)趨勢(shì)，就是怎么把應(yīng)用科學(xué)做好，香港理工大學(xué)是香港做得最好的一個(gè)大學(xué)。它的科研基礎(chǔ)很好，做應(yīng)用上面又做得最強(qiáng)的，這和我就比較吻合了。

吳小莉：我們知道香港的產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)過了幾次轉(zhuǎn)型，從剛開始傳統(tǒng)工業(yè)非常興盛，到了以服務(wù)業(yè)為主，現(xiàn)在又希望新生產(chǎn)力的工業(yè)能夠發(fā)展。這個(gè)時(shí)候你又回到了香港，你說過，在香港新型制造業(yè)是有潛在的可能，是什么樣的潛在可能？

林建國(guó)：第一個(gè)是香港各大學(xué)都重視科研成果的轉(zhuǎn)化，前30年大家主要是發(fā)表文章，重視了以后，就給每一個(gè)老師都提出來一個(gè)新的問題。比如香港理工大學(xué)，近一段時(shí)間在不同的地區(qū)建了十幾個(gè)研究院，目的就是想把科研成果轉(zhuǎn)化到不同的企業(yè)里面去。

同時(shí)香港也有一些新的技術(shù)在這個(gè)地方產(chǎn)生，產(chǎn)生了以后，有很多技術(shù)適合于當(dāng)?shù)胤趸热缯f我們做的這個(gè)成型，我個(gè)人感覺微成型在香港就非常有市場(chǎng)，很多電子產(chǎn)品的微成型，比如計(jì)算機(jī)、手機(jī)殼等等，還有里面的一些小螺絲，各種各樣的東西。

吳小莉：這方面有高科技的技術(shù)，但是用地、用產(chǎn)不用太多。

林建國(guó)：是的，用的很少很少。香港政府也做了很多努力去振興工業(yè)，給了很多各種方面的政策，就像30年前的內(nèi)地一樣，甚至比內(nèi)地的更優(yōu)惠。

吳小莉：但是我知道你仍然面臨香港發(fā)展工業(yè)最大的問題，土地的問題，你現(xiàn)在有大型的實(shí)驗(yàn)室好像還沒落定。

林建國(guó)：最近兩個(gè)多月，我們做了很多的調(diào)查，去了很多的工業(yè)園，大家說土地很缺，但是同時(shí)也有很多的工業(yè)園可以使用。因?yàn)楫?dāng)時(shí)在1980年代的時(shí)候，香港制造業(yè)非常發(fā)達(dá)，它的這些制造業(yè)移到內(nèi)地，移到其他地方去了，但地還在。

吳小莉：如果要提出建議，你覺得香港還可以做什么改進(jìn)？

林建國(guó)：發(fā)展工業(yè)這上面，用電、用能源的費(fèi)用，要與民用有一種區(qū)分。比如在內(nèi)地或者國(guó)外，白天用電和晚上用電的價(jià)格就不一樣，民用電和工業(yè)用電也不一樣，但香港現(xiàn)在都是一樣的，有一些政策上面可能要做一些調(diào)整。

5

“生化環(huán)材”專業(yè)是“天坑”嗎？

吳小莉：很多人覺得，“生化環(huán)材”專業(yè)是一個(gè)“天坑”，未來的就業(yè)很難，以你的經(jīng)驗(yàn)來說，現(xiàn)在“生化環(huán)材”還是“天坑”嗎？

林建國(guó)：我個(gè)人不認(rèn)為材料是一個(gè)“天坑”，很多人對(duì)材料有誤解。其實(shí)我們?cè)谏町?dāng)中，所有的東西都與材料有關(guān)系，比如穿的衣服是布匹、吃的飯是食材、飛機(jī)、汽車等等都是各種各樣的材料做成的，用處非常非常的廣。

但是這個(gè)材料怎么處理？我舉個(gè)簡(jiǎn)單例子，你在市場(chǎng)上買一條魚，然后加上一些微量元素，就是說蔥、姜、蒜、鹽等調(diào)味品，然后用不同的制作方式，可以煮、蒸，加工出來這個(gè)產(chǎn)品，你把它放在市場(chǎng)上面賣，看人們的喜愛程度，看能賣出來多少錢，但是賣的這個(gè)人他也要懂材料，也要知道這個(gè)材料是怎么做出來的，才能把它賣出更好的價(jià)錢，所以這一路都與材料有關(guān)系。

吳小莉：我問個(gè)實(shí)際上的問題，當(dāng)時(shí)說是“天坑”的原因，是因?yàn)榫蜆I(yè)面比較窄，現(xiàn)在社會(huì)中如果是讀材料科學(xué)的學(xué)生，他們的就業(yè)方向是什么樣的？

林建國(guó)：舉個(gè)例子，我在帝國(guó)理工學(xué)院工作時(shí)，很多學(xué)生是學(xué)材料的或者學(xué)機(jī)械的、設(shè)計(jì)的，但是大約有15%的學(xué)生畢業(yè)以后，做金融、做投資，他們也需要懂材料。他需要這方面的專業(yè)知識(shí)，才能做好這個(gè)事。

吳小莉：也就是說，其實(shí)不是很狹隘地說，學(xué)材料一定要做研究或科研。

林建國(guó)：對(duì)。大學(xué)是一個(gè)基礎(chǔ)的教育，他懂了材料以后，可以做很多與材料相關(guān)的東西。

吳小莉：你會(huì)對(duì)你的碩士、博士研究生的教育背景有要求嗎？

林建國(guó)：我不在意。我的博士生有學(xué)材料的、機(jī)械的、自動(dòng)控制的，還有學(xué)數(shù)學(xué)、做管理的。

吳小莉：在你們攻克的題目當(dāng)中，這些跨學(xué)科的知識(shí)是很重要的。

林建國(guó)：非常重要。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展到這一步，不是哪一個(gè)單一科學(xué)能夠解決的問題。

制作人：韓煙

編導(dǎo)：張瀾濤

編輯：金芃