赋能传统铸造“上云端” 挺起中国制造“硬脊梁”

赋能传统铸造“上云端” 挺起中国制造“硬脊梁” 周建新,华中科技大学二级教授、教育部长江学者、材料成形与模

 

  周建新,华中科技大学二级教授、教育部长江学者、材料成形与模具技术国家重点实验室交叉创新团队首席教授。历经数十年的产学研攻关,研发了华铸系列控形控性工业软件与“1+N”模式数字化铸造创新平台。该平台广泛应用于我国航空航天等领域,支撑了航空、航天、汽车等领域数十种型号发动机的复杂铸件研制与高品质生产,为我国铸造技术的“数字化+信息化”转型作出突出贡献。其研发的华铸CAE成功出口美国、英国、瑞士、澳大利亚等国,是我国首款走出国门的铸造模拟仿真工业软件。其研发成果荣获国家科技进步奖二等奖2项、湖北省科技进步奖一等奖2项、湖北专利奖金奖1项等。近日,周建新上榜2024年第一季度“荆楚楷模”。

  4月底,走进华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,电脑屏幕上,绚丽的3D可视化功能让复杂的铸造充型凝固及热处理全流程“一眼洞穿”。

  “过去是‘睁眼造型、闭眼浇注’,现在真正做到了‘睁眼造型、睁眼浇注’。”提起团队自主研发的华铸系列工业软件,华中科技大学二级教授、材料成形与模具技术国家重点实验室交叉创新团队首席教授周建新如数家珍。

  通过数字化模拟,复杂的铸造工艺被“搬”到了电脑屏幕,全生产流程都可以通过动画模拟、预测,能够预测缺陷并进行及时优化,极大降低了生产成本、提高了生产效率。

  截至2023年底,该软件在部分用户生产应用中取得的效益累计已超过41亿元。

  “助力中国从铸造大国迈向铸造强国,是我们不变的使命。”他话语铿锵。

  一次结缘 一生追求——

  立志创新,帮助更多企业提高铸造质量

  18岁那年,周建新“阴差阳错”地进入华科当时还稍显“冷门”的铸造专业。

  那时,他的第一志愿是自动化,对铸造专业没什么概念。

  生性不服输、好学的周建新,主动辅修了自动控制、科技英语等专业,整日奔走于教室、图书馆与宿舍之间,打下了扎实的专业知识基础。

  “没想到,这个专业越学越有意思,慢慢地也爱上了它。”他笑着说。

  大四时,周建新在随课题组参观的过程中,第一次接触到了铸造计算机模拟仿真技术。

  “那是一块数字时代的‘新大陆’。”时至今日,他总能想起20多年前那个略显懵懂的少年,和那台老式的286计算机。

  当模拟铸造过程的彩色动画出现在屏幕上时,周建新内心对科技的热爱之火也被点燃。

  恰逢硕士专业选择的他,内心目标愈发清晰——“我要学铸造计算机模拟仿真技术!”

  就这样,他成为本校铸造专业硕士研究生,开始研究计算机模拟仿真技术软件。

  博士期间,周建新经常深入企业,也了解到了更多生产制造的技术难点,帮助技术人员解决了不少难题。

  这些经历也让他对产学研合作有了更深的理解:“一线生产现场就是我的实验场,我们所做的所有创新都是为了更好地服务一线、创造价值。”

  周建新下定决心,攻克关键核心技术创新,帮助更多企业提高铸造质量。

  从此,他跟随导师刘瑞祥、陈立亮,在一间只有十几平方米的办公室里,开始了长达近30年的研发数字化铸件软件的攻关之路。

  国之所需 吾之所向——

  勇闯数字化铸造创新“无人区”

  就在团队从稚嫩走向成熟的时候,团队“顶梁柱”陈立亮教授突然病逝。

  周建新毅然挑起课题组负责人的大梁,带领团队继续前行——

  依靠海量数据和强大算力,搭模型、建平台,勇闯数字化铸造创新“无人区”;

  奔走生产一线与实验室,勤指导、肯钻研,打通科技成果转化的“快车道”。

  苦心人,天不负,团队承担起一个个国家级、省部级科研项目。

  经历了初创时期的艰难,依靠多年的沉淀与积累,周建新带领团队研发的华铸数字化铸造创新平台也迎来“高光时刻”。

  我国航空工业的蓬勃发展,对传统制造业带来了新的技术挑战。

  多年前,北京航空材料研究院开始研制新一代钛合金机匣铸件。这属于典型的复杂薄壁零件,成形质量要求高。

  光是完成铸件生产,就需要经过上百道工序,流程超大半年,且废品率极高。

  焦急的航材院寻找到周建新团队,开展钛合金机匣铸件缺陷控制研究工作。

  困难接踵而至。周建新一次次往返于北京和武汉,进行钛合金机匣铸件特征研究,创新研发了具有自主知识产权的相关系统并进行工艺优化。

  经过反复的工艺优化,这类铸件的缺陷率大幅降低。

  我国也成为继美国之后,全球第二个掌握大型复杂钛合金机匣整体铸造技术的国家,解决了国家的发展急需。

  更高精度 更高追求——

  铸件仿真模拟精度最高可达95%

  历经多次迭代发展,如今,华铸系列工业软件不仅能够实现针对不同行业应用需求、各类铸造方式、各类铸造材质的关键铸件的预测与工艺优化,还能进行质量监管与分析。

  目前,该软件已成功应用于航空航天等领域高性能复杂铸件生产企业共计800余家,并出口美国、英国、澳大利亚等国家。

  “创新和突破,来源于一群人的长期坚守,是厚积薄发的结果。”提起团队的成绩,周建新显得风轻云淡。

  这是一个在温度、空间、压力上不断追求极限的实验室,他们的目标始终是更高精度、更准预测。

  铸造“铁疙瘩”背后,是“绣花”精细活。

  为增加模拟的精准性,周建新带领着团队成员不断创新——

  在几百度、上千度的物理模拟浇注环境中,记录温度、方向、压强的动态数值,进行测温反求、反复验证对比和解剖分析,建立精准的材料数据库;

  数据分析从静态转向动态,引进多维度海量数据,常数的线性关系变为变量的非线性关系,构建数学和物理双维度算法模型,从根本上提高软件的精度。

  如今,团队对孔缩的预测精度最高可达到95%。

  谈及未来,周建新说:“高端化是我国传统制造业的出路,更是挑战。接下来,我将继续带领团队,助力我国铸造行业向绿色化、智能化不断迈进。”

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