矢志科研创硕果,心系民生谱新篇
发表时间 2019-11-07 16:22 来源 未知

  ——记广州大学机械与电气工程学院刘晓初教授

  刘晓初,男,知名的轴承与灌溉专家、岭南英杰,教授/博导,广州大学绿色加工与智能灌溉装备研究中心主任&先进制造研究院院长,为“高性能加工”、“智能灌溉装备”等3个省级中心主任,中国能源学会副理事长、广东省机械工程学会机械设计&特种加工分/摩擦学等分会副理事长、国家轴承创新联盟理事、中国切削刀协委员、中国机械教委会委员、中国仪器仪表学会理等,科技部教育部和全国多省科技评审专家。

  致力于轴承、灌溉、加工等,主持国家级项目8项(国家基金重点1项),发表论文160多篇(SCI、EI收录70多篇,著作2部),获授权发明40余项、国家和省部奖5项。

  创建强化研磨和富氮加工、超高速离心磨削、干深-时域流控等绿色理论;发现强化研磨氮、硼常温可渗性和减摩织构与纳米强化,是世上太阳能智能灌溉和强化研磨原创者。发明长寿命轴承、太阳能智能灌溉器、自更新抗钝化材料等,国内双列角接触球轴承、外凹内凸直线轴承设计制造的创立者,修正了轴承额定静载荷计算公式,攻克了精度失效、高温耐腐、抗磨延寿、节水节能、增效等难题,颠覆了传统加工方法和含水率控制灌溉,打破西方技术封锁,引领支撑我国机器人、高铁等高性能核心零部件制造业和节水农业,累计达百亿元以上效益。

  “民以食为天,食以农为本。”农业离不开水,灌溉是农业生产最基本活动。一直以来,人类就没有停止过利用水、驾驭水与水自然作斗争,古今中外,在灌溉史不乏涌现出可歌可泣的英雄人物。中华民族从远古时期大禹治水、灌溉兴农,到战国时期李冰治水,修建都江堰灌溉,影响了世界;在国外,上个世纪60年代以色列斯迈哈.博拉斯父子发明了滴灌技术,接着20世纪70年代澳大利亚科学家D.J.Chalmers和I.B.Wilson提出了调亏灌溉原理,接着中国工程科学家茆智院士提出了水分生产函数和作物受旱复水“反弹”灌溉理论方法,他们推动了世界灌溉科学技术的进步。

  跨入新世纪,2001年康绍忠院士提出交替灌溉方法,取得了新突破;2019年7月,广州大学机械与电气电气工程学院刘晓初教授发明的“干深时域智能节水灌溉方法”获得了授权。中国科学家又一次向世人宣告一项原创性的科学灌溉方法正式诞生。这一技术颠覆了传统水分率灌溉湿不到根和定时灌溉的盲目性的缺陷,发展了调亏灌溉理论,实现了量化和精准控制灌溉。

  孜孜不倦,一心向科学

  刘晓初,出生中华民族农耕文化重要的发源地——神农造耒和造纸发明家蔡伦故乡耒阳,深受中华农耕文化的熏陶。耕者不离井,井者须有水。少年时代的刘晓初,喝水洗衣得从井里挑水,干农活都得从井里打水给庄稼灌溉,生活的磨砺使他懂得水的重要性,并由此爱上了水。从小就体会到“水是农业的命脉”,深感取水不易。

  1980年,刘晓初16岁,怀着对农业机械的求学梦想,报考了当年的洛阳农机学院(后改名为洛阳工学院,现河南科技大学),背井离乡来到了洛阳。然而,学校却给他分配到轴承设计与制造专业,几十年来,他不忘农机初心,成为前进道路上的动力。节水灌溉,貌似很平常的技术,涉及了农业的命脉,承载千年梦想和伟人情怀——水是农业的命脉。

  1984年4月,刘晓入光荣地加入中国共产党,对习主席的“不忘初心、牢记使命”感触颇深,他爱党爱国爱人民,祖国的需要便是他的选择。大学毕业后,刘晓初来到中国人民解放军总参谋部装甲兵部,后来作为军代处工程师、军代表,派驻洛阳轴承厂军代表室,直到1992年,来到机械工业部洛阳轴承研究所担任工程师。三年后,刘晓初来到了改革开放的前沿,在广东省中山市轴承总厂任工程师。因为“发现自己还是最喜欢做老师”,在此后的日子里,刘晓初先后分别在中山大学孙文学院、电子科技大学中山学院、广州大学授业讲学,诲人不倦,获得广州大学首届最受欢迎的老师。

  在2005年获得华南理工大学博士学位后,刘晓初作为学术带头人被引进到广州大学,现在是广州大学机械与电气工程学院机械制造及自动化学科带头人,广州大学大学先进制造应用技术研究院院长,以及广州大学绿色加工与智能灌溉装备研究中心主任。来到广州大学,刘晓初不久就带领团队创办了广州大学的第一个机械硕士点,主持承担起了多项国家级、省市级的科研项目,包括国家自然基金重点项目。

  为了扩大自己的国际视野,2010年以来,刘晓初考察了美国、以色列、德国等发达国家的农业灌溉。他意识到,没有最好,只有更好,成绩和荣誉永远代表过去,必须终身学习,勇于实践,不但要向书本学习,更重要地是向实践学习,在灌溉中学会灌溉,在灌溉工程实践中不断迎接新问题和新挑战!慢慢地悟出来,要取得重大突破,还需面向工程实践开展一定的基础研究,才能原理突破和创新。
 


 

  不忘初心,方得硕果

  刘晓初还是我国最早完整的提出“双列角接球轴承”设计方法及理论的第一人,这种轴承双向承力,精度高,而且节材。“轴承虽然看起来小,不起眼,但它实际上它是代表一个国家工业水平的高度,一直是制造业高难度的基础件。”对于自己所从事的工作,刘晓初执着而坚定。

  八十年代,刘晓初每每回到家乡、回到了农村,看到了父老乡亲们面朝黄土背朝天,挑水灌溉,彻底震撼了,他深切地体会到:水是生命之源,生产生之要,生态之基。能不能发明一种自动的机械灌溉设备,1986年就开始研究自动灌溉的问题,省吃俭用,从硬是几十元一个月的工资挤点钱出来自己搞发明,经过十几年的钻研,于1999年研发一个太阳能浇水器,实现了自动浇水,为了节约专利申报费用,2001年取得了第一个灌溉的实用新型专利“植物用太阳能全自动浇水器”,没想到成为世界上发明太阳能自动控制灌溉的第一人和开创者。

  此后,通过不断迎接技术挑战,技术还需不断升级,越是深入遇到的问题越多,围绕这许许多多问题,面临一次又一次的失败,刘晓初一次又一次鼓起勇气,并认为失败不是一件坏事,恰恰给他启迪和智慧,他以问题为导向,开展了富有成效的研究,并申请获得了100多项专利。

  经过不断工程实践,不断地求索,2017年,刘晓初终于提出了干深时域灌溉的设想,并申请了发明专利,于2017年至2019年三次向国家基金委提出“干深时域灌溉理论基础研究”重点基金课题,得到了不少专家的充分认可,认为具有原创性,颠覆传统水分率控制灌溉方法和理念,给了他极大鼓舞。此理论在灌溉产品得到了应用,得到用户和基层农业专家及专业灌溉公司的广泛认可。刘晓初一边开展基理论研究,一边开展工程技术创新研究。

  经过大量的实践考察,刘晓初发现农民和专家掌握灌溉的时机,往往是根据观察土壤干有多深来判断干够了没有,而水分率是不易判断的,由此,他想到如何模仿人的智能感知,提出干深度这一概念,并通过人工智能模糊算法来确定定这一干深度值,实验表明这一算法确定的干深度几乎与人认为的干深度几乎没有差异,不仿把探测探头埋放在这一深度,当探测探头在所埋深度感知到这一干深度达到这一阈值,并结合人工智能算法确定作物水胁迫时长,且当达到水胁迫时长时,控制器就发出开水指令让执行器启动灌溉,而灌溉使土壤达到算法的湿点深度,开始计时,按照人工的经验、智慧和知识设置的时长进行灌溉。这样既实现了调亏灌溉,又能使作物灌透到根系底层,既继承了调亏灌溉的理论,又发展了调亏灌溉,突破了传统水分率控制方法,实现了基于时间、空间和量化的精准节水灌溉,形成了干深时域的精准智能灌溉。这一灌溉新原理和新方法,融入到原先的太阳能智能灌溉器中去,刘晓初教授带领广州大学与广州市神禹太阳能灌溉设备有限公司合作研发团队研制出了干深时域太阳能智能节水灌溉器。

  目前,该产品在广州市神禹太阳能灌溉设备有限公司成功地进行产业化,与此同时,刘晓初带领团队和研究生们还研发了系列与之配套的系列灌溉装备和产品,如无需蓄电池的太阳能同步作抽水及水清洁处理系统与设备,包括太阳能、电力、风电互补型同步作抽水及水清洁处理系统与设备,以及智能水肥药一体化机、与物联网兼容可管控的干深时域太阳能智能灌溉器等等。前不久,刘晓初在杨凌国际节水灌溉会议上展出了自己的成果,得到了大禹节水、新疆天业等许多国内的知名灌溉企业和农业公司以及国外以色列耐特菲姆等公司的青睐。

  现在绿色能源方兴未艾,而早在上世纪90年代,刘晓初在中山做工程师时,对于太阳能灌溉技术就已经做了很多实用性的发明,一度被当地媒体誉为“中山的爱迪生”,传为一时佳话。如今,由刘晓初带队完成的具有节能减排作用的“太阳能全自动灌溉控制器”,已经面世,其中的一系列的发明专利,均处于世界前列,并且已在广州、南京等地建立了产业化基地,在广州大学城亚运会场馆周边和广东省农业技术推广总站等建立了太阳能节水示范基地,真正实现了“产学研一体化”。

  刘晓初团队在国家自然基金资助下,在基础研究成果中触发了他研发了世界上第一台强化研磨机。该成果能提高轴承的抗疲劳性和使用寿命,同学们打趣的给这份“成果”的关键技术,起了一个别致的名称——“轴承抗疲劳强化制造技术”。

  刘晓初团队的这项技术出来后,在学术界引起了强烈反响,南京航天航空大学、轴研科技股份有限公司等高校和企业纷纷发来邀请,提出合作意向。“这项技术首先是概念创新,是原创性创新。同时它也是基于一种原理创新,是产品应用上的创新。”总结过后,刘晓初继续深入讲述“理论与实践”之间的关系,“理论研究,要结合实际,它在于发现,在于创造知识;科学应用,要勤于实践,它在于发明,在于创造产品和财富。”或许,正是基于这样的理念,刘晓初凭借多年实践与理论的深厚积累,在我国的机械工程方面开枝散叶,硕果累累。

  虽然这些年的辛勤耕耘,刘晓初虽然已有许多发明创造,但是还有很多都没有去申请专利和报奖,谈及原因,刘晓初谦虚的表示,能为社会做出点贡献,得到社会认可,心理也很满足,国家也需要千千万万个默默无闻的奉献者和无名英雄,毕竟金杯银杯,不如老百姓的口碑,再说自己也没时间去整理那么多的资料,安心做学问、搞研究是一件更快乐的事情。“我喜欢高强度的劳动,虽然很累,但我感到非常充实,这种感觉特别好。人生的价值不在于获取了多少,而在于奉献了多少。”

  刘晓初从青少年时代起就热爱农机的情结,到至今不忘初心,作为一名科学家,他始终认为“学无止境,贵在坚持;有所为有所不为,精忠报国是根本;一个人的价值不在于他的索取,而在于他的贡献”。中国科学院院士赵淳生教授看过对刘晓初干深时域太阳能智能节水灌溉器后,矗起大拇指称赞:“了不起,既有理论又有实践,美国人干不出来东西,你干出来了,你为中国人争了光!”

  刘晓初的发明生产了重要的社会影响,获得了国内外广泛认可。被评为科学中国人(2018)年度人物,2019年9月,得到了津巴布韦总统及第一夫人的邀请,希望与他的刘氏灌溉技术开展“一带一路”国际合作。他坚持理论联系实际、科学指导工程,坚持在工程实践中,以技术问题为导向,解决科学问题,最终支撑工程技术问题解决,并接受实践检验,积极践行习主席的号召“把论文写在祖国的大地上”。
 


 

  感恩回馈社会,心系祖国家乡

  2010年,刘晓初教授在美国当访问学者,马里兰大学和马里兰州政府,得知他发明了太阳能自动灌溉器并产业化了,承诺给他千万元资助,希望他留在美国发展,他断言谢绝回答:“我的事业在我的祖国”。

  刘晓初虽长期在外工作,却一直关心着家乡耒阳的发展,近些年更是不断建言献策。“每次想起家乡耒阳,内心总有一种激励的力量,是耒阳的山水养育了我。”对于家乡耒阳,刘晓初总有说不完的深情,道不尽的感恩。

  耒阳是一个经济强市,但机械制造业欠缺发达,怎样结合耒阳的实际情况,大力发展耒阳自己的先进机械制造业,是刘晓初一直以来不断思考的问题。对此,刘晓初谈了几点他的想法:

  “耒阳发展先进机械制造业,有自己的优势,但一座城市中一个产业的建立和兴盛,不是那么容易的一件事情,耒阳在这一方面可以做的事情还有很多。首先,可以成立先进制造业研究院,并且是作为市一级的研究院,予以专门的财政支持,形成一些前景光明的项目,在耒阳进行孵化,再结合珠三角的技术、人才、市场等方面的支持,引进、消化、吸收、转化成产品,真正做成以市场为导向,产学研相结合,开放式的研究院;其次,把这些项目成果推介给投资者,这需要政府的配套支持,这种支持可以是一步一步的阶段性奖励,把成果进行产业化;最后,关键是人,是人才,需要有决心、有手段的引进一批高科技人才,特别是年轻的知识技术骨干,让他们愿意扎根在耒阳,这样的“人才战略”才是高瞻远瞩的。”

  耒阳近些年的快速发展是有目共睹的,但存在的问题也不少,对此,刘晓初进一步表示,问题是现在我们的观念、理念还没有转变过来,工作不够细致,没有落到实处。政府的职能需要转变,需要强化服务管理的理念,政府可以建立一个专家库,重大问题无妨听听他们的声音,而比如对于一些专家与政府的座谈的结果,需要以类似于提案的形式,让它进入到长久长效的机制中去。

  作为一名大学里的老师,刘晓初同样关心着家乡耒阳的青年学子们,对他们寄予了深情厚望:青年学生,有着大好年华,潜力无限。青年学子最主要的是先要学会做人,学会做事,自己会做人做事,再带领团队做事,做一个团队中的“将才”。年轻人需要克服好高骛远的毛病,不要心急,有时不妨以曲为直,有了足够的积累后,功到自然成,要避免心浮气躁,要脚踏实地,也不能横冲直撞,一味霸蛮。耒阳人性格中有霸蛮的倾向,但霸蛮实际上是把双刃剑,用在科研上是件好事,用在生意场上也不见得是件坏事,用在人际关系的处理上,肯定是不好的,对人对事能容、有度,方成大器。