砥砺前行科研路 甘洒汗水育桃李——记 济南大学机械工程学院吕冰教授

文/王 艳

科研之路道阻且长。多年来，他潜心于创新设计研究，在砥砺前行中不断探索。凭借热爱与坚持，在科研与教学之路上留下了一个个踏实而勤劳的脚印。他就是济南大学机械工程学院吕冰教授。

谨遵父命，注定与机械的结缘

中学时期的吕冰，爱好广泛：喜欢绘画、表演、诗歌、地理、篮球……尤其在绘画方面，曾多次获得地市绘画一等奖，文化课成绩也名列前茅。吕冰说：“父亲是一名革命军人，对我的要求比较严格。虽然儿时的梦想是成为一名画家，但在父亲‘学好数理化，走遍天下都不怕’的教诲下，最终报考了济南大学机械制造工艺与设备专业。”毕业后，他作为助理工程师参与了济南引黄保泉世纪工程——中德西门子自动给水设备系统的设计、安装与调试工作。

干一行就要爱一行。工作积淀几年后，吕冰深知拓展专业知识的重要性，他来到山东工业大学机电一体化工程本科专业进修学习，毕业后进入山东农业机械科学研究院，成为一名工程师，从事农业装备设计研发、农业装备工程图册手绘、《山东农机》杂志美术编辑等工作。在此期间，他先后参与设计研发沭河8 马力手扶拖拉机、泗水农用三轮车等产品，手绘编辑山东拖拉机厂ZL50 装载机、山东蓬莱农用车厂PL1608 系列农用运输车，参与策划济南明水激流牌系列产品、美饮豆奶等产品广告，成为一名设计多面手。

1998 年，吕冰报考了山东大学机械设计及理论专业（工业设计方向）研究生。他说：“研究生学习期间，机械的严谨理性加上设计思维的激情感性，让我找到了人生自由驰骋的感觉。”2000 年，研究生毕业后，吕冰作为人才引进来到济南大学机械工程学院，成为一名高校教师，创建了济南大学工业设计专业，并担任工业设计系主任，开启了工业设计教育的人生之旅。

深耕科研教育一线多年，吕冰主要从事农业装备、医疗器械、交通工具、儿童推车、节水装备的创新设计，以及创新设计及创新方法理论研究，先后设计开发了我国第一代考勤机系列、急诊消毒工作站、微栓滤器、血管吻合器、病理工作站、工程燃气报警器系列、立铣加工机床、钢球机防护系统、立式雕刻机、工程热交换系统、西门子高层加压泵站、双人行无动力观光车、多功能儿童推车、模块化背负式作物收获青贮装备、自走式果园植保机器人、“外镶内嵌式水、肥、药、气一体化渗灌管”等一系列产品。

搭建金桥，促成高校行业接轨

走产学研合作之路，是高校科研成果落地开花的重要途径。在吕冰看来，科研工作的目标要落地，要产生价值、实现产业化，就必须走产学研结合的道路。对此，作为中国农业装备创新设计产业联盟常务副秘书长，中国机械工程学会工业设计分会常务理事，吕冰发起成立了我国第二个创新设计行业联盟——（中国）农业装备创新设计产业联盟。

据了解，联盟由100 多家全国顶级农业装备企业、科研院所和高等院校组成。联盟以农业装备创新设计开发为出发点、以农业装备制造业及相关创新设计企事业单位的设计需求为导向、以提升农业装备创新设计能力为目标，强化农业装备行业的核心竞争力，整合了各农业装备企事业单位的资源，实现了农业装备领域产学研协作平台的国家级优势资源共享。

此外，吕冰还发起成立济大长江节水装备技术研究院，并担任院长。作为核心参与中国机械工程技术路线图机械设计章工业设计节的编纂工作者，他担任中国仿真技术大会创新设计专题论坛主席、中国创新设计大会新工科新文科融合助力设计教育变革专题论坛主持人，同时兼任国际数字创意研究院专家委员会委员、中国农业装备创新设计产业联盟常务副秘书长、中国机械工程学会工业设计分会常务理事、中国发明协会发明方法研究会理事、中国好设计评委、科技部创新方法骨干师资、济南大学人工智能研究院智慧农机团队负责人。

近年来，依托学校资源，吕冰主持和作为骨干参与教育部产学研协同育人项目、科技部创新方法推广项目、山东省自然科学基金、山东省农机装备研发创新计划项目17 项，发表学术论文40 余篇，其中EI 收录20 篇；获得国家发明专利7 项，实用新型12 项；研发实际产品40 多款，并全部投入市场；同时入围光华龙腾奖中国设计业杰出青年百强，个人作品获得中国好设计创意大奖、中国仿真技术最佳案例奖、中国仿真技术大会优秀报告奖、中国好设计年度贡献奖、山东省机械工业科技进步一等奖等多项荣誉。

科技创新，助力农业机械发展

在我国可耕种土地中，山地丘陵面积比例较大，农村劳动力相对匮乏，农民的人均收入偏低，每户田地以小田块为主，对于大型农机的需求极低。山东省是农业大省也是畜牧大省，青贮玉米等优质饲草资源十分丰富，但是每年有近1300 万吨秸秆资源未充分利用，造成了秸秆浪费和环境污染。

吕冰说，在此背景下，研发适合当地基本情况的中小型、模块化、智能化、多功能的青贮装备是我省青贮农机研发发展必由之路。对此，他创新开展“模块化背负式多功能青贮装备技术开发”项目研究。该项目主要开展集切割、粉碎、打捆、包膜多功能于一体的模块化智能青贮装备开发等关键技术研究，基于多传感器信息感知和融合技术，实现各功能模块的自动组装和拆解，属于世界首创。该产品大大降低整机销售成本、降低劳动强度、提高作业效率，满足用户多样化的功能需求。本项目的实施不仅节省人工成本，提高生产效率，而且将有助于解决秸秆焚烧引起的环境污染问题。利用秸秆配合饲料养畜，通过动物的消化实现秸秆过腹还田，可促进农业生产良性循环，优化农业生态环境，对带动地区经济发展具有显著经济效益和良好社会生态效益。

此外，吕冰还创新开展了“基于水肥一体化系统的补偿式渗滴灌方式及灌带加工方法研究”项目研究工作。目前，地埋式渗灌管部分产品已在全国应用近3 万亩。产品已在袁隆平院士水稻种植中做试用，产品出口到俄罗斯、毛里塔尼亚、智利等国家。

潜心躬耕，甘洒汗水育桃李

对于培养学生，吕冰有自己的见解。在他看来，高校教学是人才培养基础，但设计教学绝不能仅局限在课堂上，应以练代学、以赛代练，强化设计实践的重要引导作用，通过实际案例的知识牵引，并根据每个学生自身状况，量身培育具备个性化设计思维色彩的设计人才。

经过不懈努力，他指导学生获得全国机械创新设计大赛、全国工业设计大赛等省级以上奖项500 多项。凭借出色的设计教学和设计实践指导能力，吕冰荣获全国工业设计优秀毕业设计指导教师、全国三维创新设计大赛优秀指导教师等荣誉称号。

在多年设计教育从业过程中，吕冰隐约感到设计行业因缺乏核心竞争力而导致空心化的危机，于是积极致力于探索设计本质和设计教育的核心问题。2001 年开始将结构设计模块纳入工业设计培养方案；2004 年开始通过指导学生参与大量设计实践实证设计教育的核心内容；2010 年探索创新方法导入设计教育的时效性问题，提出节制设计理论思想；2015年研究并积极推广创新设计理论体系；2018 年在中国农业装备创新设计产业联盟成立后，积极致力于创新设计理论在农业装备领域的推广。

经过多年探索，目前形成的基本结论：设计价值主要是设计发现，而不是设计创新；设计思维对于科学探索有相对的引导作用；设计实践要适度考虑人的因素，但不是以人为本；设计必须与产业接轨，在与产业深度融合的基础之上，才能探索设计的本质和价值。

今天，吕冰依旧满怀激情，奋战在科研与教学一线。他表示，未来会继续探索设计本质和设计教育的核心问题，丰富和完善创新设计理论体系，并出版相关著作，为搭建设计核心理论架构添砖加瓦，为培养高素质设计人才和设计理论系统进化披荆斩棘、铺平道路。