“把精度作为永不停止的追求”—访国防科技大学精密工程创新团队李圣怡教授

文/庞贝 陈硕

国防科技大学教授、博士生导师，机械学科学术带头人。1946年4月生，1968年中南矿冶学院本科毕业，1981年浙江大学研究生毕生，美国哥伦比亚大学、伦塞雷尔理工学院高级访问学者。他从事精密工程教学与科研工作31年，曾任国防科技大学机电工程与自动化学院院长，获国家技术发明二等、三等和四等奖各一项，省部委科技进步奖一等奖3项、二等奖12项，出版学术专著8部，培养硕士、博士研究生近百人。

2013年1月中旬，这样一条消息进入人们的视野：国防科大精密工程创新团队自主研制的磁流变和离子束两种超精抛光装备，创造了光学零件加工的纳米精度，并通过国家权威部门验收。

据专家介绍，这一成果使我国成为世界上少数掌握这两种高精度光学零件制造装备技术的国家，该团队成为唯一同时具有小工具数控抛光、磁流变和离子束抛光装备研发能力的团队。

1月18日，“超精密光学零件可控柔体抛光技术与装备”在国家科学技术奖励大会上，荣获2012年度国家技术发明奖二等奖。

带着好奇和喜悦，本刊记者采访了国防科大精密工程创新团队的负责人李圣怡教授。

“纳米精度”精确到什么程度？李圣怡教授通俗地打比方：一个2米口径而精度为9纳米的大镜加工，如果将我国960万平方公里的国土面积等同于整个镜面，它就相当于一个直径3500公里的大镜，精度要达到不大于17.5厘米的高差。

“尽善尽美，精益求精，创造卓越”，是这个创新团队的精神内核；“琢玉成大器，磨砺亮人生”，是李圣怡追求的人格境界。他希望能够打造出一支属于中国精密领域的“梦之队”。他说，他们现在只爬到了这一领域“珠峰”的山腰，“现在还在爬。”

微米、亚微米，纳米、亚纳米，这是李圣怡追求的微境界；攀登、再攀登，攻坚、再攻坚，这是李圣怡不舍的大情怀。

国防科大精密工程创新团队研制的磁流变离子束抛光机床

记者：您能否为我们介绍一下磁流变和离子束这两种超精抛光装备，它的应用价值，以及它在提升我国精密制造水平方面的意义？

李圣怡：从2000年开始，我们一直关注世界上最先进的光学制造领域的动态。传统的加工手段就是简单机械加上老师傅的手艺经验，所用的原理和工艺还是牛顿、伽俐略那个时代的，己沿用了一二百年了，现在还在用。要靠手艺，凭手感的加工方法，无疑是非确定性的，这算第一代加工技术。随着光学零件的形状越来越复杂，精度越来越高，上世纪70年代小工具数控技术引入到光学加工中，使非确定加工变成确定性加工，但材料去除的原理仍未改变，仍不是精确可控的加工。

上世纪末，世界上陆续出现一些新原理的加工技术。例如，磁流变抛光技术是美国在前苏联解体后，引进苏联的科学家开发完善的。1998年，美国推出第一台商品化磁流变抛光机床，取得很好的效果，引起全世界的关注和跟踪研究。

我们2000年也开始投入这一领域的跟踪研究。随着研究的深入，我们敏锐地感觉到，小工具数控的加工技术，可划分为第二代技术。我们发现新一类技术都可以用计算机控制抛光盘或抛光膜的刚度或柔度，这是第一、二代技术不具备的特色，是否可以称之为第三代技术？我们把它称之为“可控柔体制造技术”，目的是总结第三代技术的共性，找出与第一、二代技术不同的研究思路和方法。因此，我们选择了磁流变抛光和离子束抛光作为第三代技术两个典型实例来研究。

我们的研究都是国家急需的，比如说，卫星对地观测的相机就需要大口径镜光学元件，制造大规模集成电路的关键设备是光刻机，它的镜头是由很多片精度优于纳米级的镜片组成。另外，激光惯性约束聚变的研究，可为人类将来解决能源问题，也需要大批量、高精度的光学元件。

现在很多光学元件，如非球面、自由曲面等，用传统加工己做不来了，我们用磁流变加工技术，不但精度非常高，而且效率也很高，满足了重大工程需求。而离子束抛光技术是目前光学加工中精度最高的一种手段，比如光刻机镜头的镜片加工，要想达到纳米和亚纳米精度，非离子束抛光机莫属。

能掌握第三代的可控柔体加工技术，使我国光学制造领域产生了革命性的变化，我们现在可以说，我们掌握了国际上最好的装备的研发技术，具备自主知识产权。它把我们的光学制造，从第一代、第二代提升到第三代，一下子上了一个台阶，做到了世界一流。

如果说以前的精度水平，是处于喜马拉雅山山脚下的5200米大本营的水平，那么现在我们就算到了山腰处7790米的大风口C4营地水平，我们把登顶的物质装备送到C4营地，为登顶8848米的主力部队，中科院长光所和成都光电所服务，现在正在朝顶端进发。原来我们差距太大，没办法攀登，现在，我们已经有了充足的基础，有了技术设备，相信经过努力，我们国家光学制造业一定能到达最高的山顶。将来我们的高端光刻机诞生那天，才能算是达到了顶峰，现在我们还在爬。

记者：精密和超精密加工技术的发展直接影响尖端技术和国防工业的发展，世界各国都极为重视。但是，您在进入这一领域的时候，我国在这方面可以说是相对落后的。您为什么会选择这一领域来进行科研攻关？

李圣怡：1968年，我从中南大学的前身中南矿冶学院毕业分到鞍钢，做了10年机电技术员。“文革”结束后，我作为第一届研究生，来到浙江大学科学仪器系学习，1981年毕业来到国防科技大学工作。国防科技大学精密机械系是1979年在钱老（钱学森）指导下重新组建的。钱老认为，精密机械在国防领域中非常重要，但加工制造还是用传统办法，比较落后。他敏锐地看到，尽管当时计算机控制技术刚刚发展，但计算机一定能够在新的机械制造技术中起到重大作用。针对机械系的科研方向怎么选择，他建议将精密陀螺仪表作为研究对象，开展计算机控制下的超精密加工的研究。1981年，我正好赶上超精密加工研究室刚刚成立，成了这个团队最年轻的成员。那个时候，我们做的是微米和亚微米水平的精密制造。后来，到90年代，我成了这个团队的第二代带头人。当时非常困难，也没有多少人，大家对超精密加工方向能不能坚持下去也没有信心。

31年过去了，现在我国己经是世界制造大国，大批的制造业转移到中国来，但是如果我们只能做低端制造，高端的做不了，就永远成不了世界制造强国。国家的需求是我们科技工作者的动力，而以提高精度为目标的精密、超精密制造是机械学科发展的主干方向，一定要坚持下去，储备力量，一定会有好的前景。困难大，对科研工作者是一个机遇，要瞄准最高的水平去做，要跨越式发展，才能尽快缩短与先进工业化国家的距离，现在看来当时的坚持是正确的。

记者：作为精密和超精密加工技术领域的知名专家，您怎么看我国在这一领域的发展脉络和前景？能否为我们介绍一下这个领域目前的研究状态，您认为未来的研究发展方向又在哪里？

李圣怡：我国的精密超精密加工，走过曲折的路。老一代产品和技术，由于工业基础差，与先进工业化国家很多方面差距很大。当时国内需求只好把希望寄托在进口上，而真正急需的高科技，外国又禁运、限制我们。经过几十年的发展，现在我们虽然仍存在差距，但是进步也很大，而且进步还在加速，因为工业基础在不断提高，科研人员在不断努力。目前在局部的点上，我们已经达到了世界先进水平，相信随着国家投入的增加，全社会的努力，我们一定能够全面达到世界先进水平。

现在我们的团队形成了三个研究方向，分别是纳米精度光学超精密加工、微机电系统、精密传动和机电测控。其中发展最好的是纳米精度光学超精密加工方向。我们抓到了光学零件的最高的水平的加工技术进行研究，把我国光学制造装备水平一下子提上来了，可以说，我们没有白努力。

李圣怡教授在国家科学技术奖励大会上

我们希望通过努力，把我们的实验室打造成一个高端制造研究的基地。希望我们的实验室成为开放的基础研究中心，我们以基础研究为主，与工业部门协作解决难题。另一方面，希望我们的实验室能成为新设备、新工艺开发的中间实验基地，使我们掌握的技术开发成产品、装备，使技术工程化，提供给工业界和社会使用。

记者：荣誉是对一个阶段的肯定，也是对下一个阶段的激励。您在未来有哪些相应的研究设想？

李圣怡：未来，我们正在做两方面研究工作，正在执行的研究计划有一项国家“973”重大基础研究计划，我们组织了四所大学和中科院两个研究所的国家队，针对空间用的两米口径碳化硅反射镜的加工，精度要达到面形误差小于9纳米的制造技术进行基础研究，其尺度与精度之比高达2×108，难度非常大。如果将我国960万平方公里的国土面积等同于整个镜面，它就相当于一个直径3500公里的大镜，精度要达到不大于17.5厘米的高差。目前虽然两米的大镜还没有马上上天的需求，但是这是将来的方向，因此我们的基础研究要先走一步，通过这个研究使大型光学镜制造水平再提高一步。

另外，现在我们开发的设备基本可以满足深紫外光刻机镜组的加工要求，但是极深紫外光刻机镜组的加工要求更高，要达到亚纳米精度。我们正在国家重大专项中和其他研究单位合作，希望在原有基础上再提高一步，瞄准国家需求，提升研究水平和理论深度。

记者：搞军工科研不像做其他领域，面临国外的严密封锁，一点可供借鉴的经验都没有。作为这一领域首屈一指的专家，您在研究工作中面临过哪些困难，是如何解决的？请您结合自身研究经验，谈谈怎样才能做到自主创新？您又是如何带领团队保持如此优越的创新能力的？

李圣怡：借鉴人家资料很重要，但是关键部分人家不告诉你。我们当初每走一步都很难，我们通过实践，在实践中遇到问题，开始认识并不深刻，遇到问题不知道人家怎么解决的。

一般做机械研究的人，认为把机床做好就行了。通过研究发现，这样的思路影响和制约了我们的研究水平。尽管我们机械系也学习了一些光学工程的基础知识，但这些远远不够，一定要通过学科的深度交叉，向光学加工的工程技术人员请教，一起来研究光学工艺。现在我们实验室不但机床机械设计、机床控制和机械零件制造做得非常好，光学零件加工也达到一流水平，这得益于研究思路的拓展。通过实践发现问题，通过理论指导实践，再通过实践反馈过来，克服困难。

创新是基础，也是前进的动力。创新要以国家需求为努力方向。创新要产生实际应用。有些研究很重要，但是往往只注重发表论文、拿到专利，却与应用脱节。我们希望自己的基础研究要形成自主知识产权，同时要走下去，成为原理样机、工程样机，能为用户提供很好的服务。

我们这次获国家发明奖的项目，一共申请了40多项发明专利，己授权了20多项。这些创新就是想办法解决工作中遇到的特殊问题得来的，这样的创新并不难。有需求，有背景，有难题，而想办法解决这些难题，就是创新。

以国家经济建设为目标，提供有用的创新，将成果推广到应用中去。这套思路和创新结合起来，成为我们创新的主流。

记者：能否介绍一下您所在的创新团队？这个团队为什么能够具备这样一种拼搏的劲头？

李圣怡：我们这个团队叫精密工程创新团队，1981年建立，有31年的历史了。当时是在钱老的直接授意下组建的精密机械系。他通过亲自调研，指引了精密机械系的研究方向。

经过30多年的发展，我们这个团队走过了三个阶段：第一个阶段，在老科学家的关怀带动下，艰难起步，初创辉煌的10年；第二阶段，在国家经济发展时期，学校为军队服务遇到困难，老一代教师退休，面临人才的断层，这10年，是人才培养和团队建设打基础的10年；第三个10年，我们又创造了一个辉煌的转折，确定了纳米精度的光学制造、微纳尺度机电系统制造为主攻方向，并把这个方向调整好，把超精密加工推向更高的水平。

目前我们这个团队由青年教师、硕士和博士研究生、技术工人等80多人组成。我们的团队精神是：“尽善尽美，精益求精，创造卓越。”

所谓“尽善尽美”，就是做到极致，这是对我们团队成员在技术上和思想作风上的要求；所谓“精益求精”，从30年前的亚微米精度，到纳米精度，现在追求亚纳米精度，这个追求永无休止。我们要在这种追求中“创造卓越”,就是要强调创新，强调跨越式发展。

“琢玉成大器，磨砺亮人生”，就是希望我们的团队成员和学生，不但精雕细刻，制造出超精密光学器件，还要经过雕琢造就一批批有用的人材。我们的团队研磨、抛光了光学镜面，也打磨了发亮了自己的人生。

我们之所以能够刻苦攻关，靠的就是顽强拼搏。国防科大有两个传统，一是哈军工的优良传统，核心就是把国家重任放在肩上，艰苦奋斗，自力更生，奋发图强。这是陈庚将军任院长时我们就遵循的一贯原则。

1971年，国防科技大学迁到长沙之后，在新的以科研为主的条件下，与时俱进，银河巨型计算机团队创造了“银河精神”。

我们团队作为国防科技大学“银河系”的一个“子集”，在这两个传统的基础上，形成了我们自己的特点，把精度作为永不停止的追求，从而提高、带动了其他技术。

首先，我们学校具备军校的优良传统，执行力很强，我们也以此来组织团队。研究方向确定后，我们团队团结协作的能力很强，这是我们的优势。

其次，我们有重大项目驱动。舞台和平台大，就决定了我们的团队建设体量比较大，科研经费比较多，能够团结更多优秀的人才为我们的研究事业作贡献。在这个平台上，年轻人脱颖而出的几率也大。

再次，团队灵魂很重要。我们有哈军工的优良传统，有银河精神，有正确的思想指导，是为了国家做事情，这就使我们团队凝聚力很强。

第四，我们在团队管理制度上严格要求，同时根据每个人的不同需求，在大目标一致的前提下，充分尊重每个人的个性发展。通过管理提高认识水平，健全团队作风。

瞄准国家需求，提升研究水平和理论深度，这是我们的责任。在我们这个团队成立30周年的纪念活动上，我们对自己提出这样的希望，希望我们能够通过努力，把团队打造成为超精密加工的“梦之队”，担当起超精密加工领域最繁重、最艰苦的任务，所向无敌，战无不胜。