蔡巧玉

郝啟堂在工作現(xiàn)場

鑄造是一門既古老又嶄新的技術(shù)。

早在石器時代，鑄造就已經(jīng)出現(xiàn)在人類的生產(chǎn)活動中，并作為一門古老的技術(shù)傳遞數(shù)千年之久。從“鐘鳴鼎食”的青銅時代起，我國古代鑄造匠人就以創(chuàng)造出許多技藝精湛超群、巧奪天工的鑄件而聞名于世?？梢哉f，一部中華文明史是一部凝聚了歷代工匠智慧和創(chuàng)造的發(fā)明史。

時至今日，鑄造業(yè)已成為現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)，其發(fā)展很大程度上標(biāo)志著一個國家的生存實力。工業(yè)革命以來，鑄造行業(yè)向機械化、規(guī)?；l(fā)展成為不可逆的歷史潮流。美、英、德等發(fā)達國家的鑄造工業(yè)不斷借助科技革命掀起的浪潮脫胎換骨、快速升級，呈現(xiàn)出專業(yè)化、集約化、高端化、智能化等特點。而中國作為傳統(tǒng)的鑄造大國，在邁向現(xiàn)代的過程中卻遭遇了瓶頸：一面是經(jīng)濟發(fā)展催生的強大需求，一面是鑄件工藝缺乏技術(shù)含量、高端鑄件產(chǎn)品長期依靠進口。如何突破中國現(xiàn)代鑄造業(yè)發(fā)展的瓶頸，成為相關(guān)科學(xué)家面臨的首要難題。

在西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院教授郝啟堂看來，承續(xù)傳統(tǒng)榮光，開拓技術(shù)新篇，是我國鑄造行業(yè)發(fā)展的必由之路。以技術(shù)突破為破局之道，蘊匠心于探索之途，用技術(shù)解決問題、填補差距，推動產(chǎn)業(yè)規(guī)律化、規(guī)格化、規(guī)模化發(fā)展，是他一切研究的起源，也是其最終目的所在。

投身鑄造：從一而終的選擇

談到與鑄造的緣分，郝啟堂常常用“一輩子”來形容。在他看來，與這項他埋首一生的事業(yè)相遇相攜，很有些宿命的味道。

1984年，臨近高考的郝啟堂，尚對未來要報考哪所大學(xué)一無所知。就在此時，西北工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“西工大”）的招生宣講會開到了郝啟堂的學(xué)?！衲局袑W(xué)。西工大這所傳承悠久的理工科學(xué)校，給郝啟堂留下了深刻的印象，并順理成章地成為了他的第一選擇。

憑借優(yōu)異的成績，郝啟堂順利地考入西北工業(yè)大學(xué)，并機緣巧合地選擇了其王牌專業(yè)——鑄造專業(yè)，開始了本科階段的學(xué)習(xí)。囿于時代和行業(yè)發(fā)展水平，當(dāng)時的鑄造工業(yè)的發(fā)展程度相對較低，一度被看作是苦活累活，研究涉及的專業(yè)領(lǐng)域也遠未達到現(xiàn)在的水平。這種情況，讓經(jīng)過4年專業(yè)學(xué)習(xí)的郝啟堂，依舊對“鑄造要干什么、有什么意義”這一問題心存疑惑。為了尋求這個問題的答案，他決心在學(xué)術(shù)路上繼續(xù)探索，以期用所學(xué)知識回答鑄造行業(yè)“是什么”“為什么”的本源問題，并以此為起點，緊跟行業(yè)發(fā)展的趨勢，充分運用新技術(shù)新產(chǎn)品，應(yīng)對行業(yè)發(fā)展不斷出現(xiàn)的新需求。

為此，郝啟堂遠赴哈爾濱工業(yè)大學(xué)攻讀碩士及博士學(xué)位，隨即開始在鑄造裝備生產(chǎn)自動化領(lǐng)域展開研究。投身這一融合了鑄造工藝、自動控制、軟件編程等前沿內(nèi)容的交叉課程中，加之哈爾濱工業(yè)大學(xué)“學(xué)在一線”的研究學(xué)習(xí)方式，讓郝啟堂迅速地融入鑄造行業(yè)實際的工作場景中?！皬哪菚r起，我的研究就一直沒有離開業(yè)務(wù)現(xiàn)場。”郝啟堂說，“這也決定了我的研究更加偏重工業(yè)應(yīng)用層面，‘一切從實際需求出發(fā)，把論文寫在優(yōu)質(zhì)鑄件自動化生產(chǎn)現(xiàn)玚’也成了我的研究準(zhǔn)則?！?/p>

郝啟堂（右二）和同事討論技術(shù)問題

在哈爾濱學(xué)習(xí)工作10年后，思念家鄉(xiāng)的郝啟堂決定重回西北工業(yè)大學(xué)任教。專門從事高溫合金研究的傅恒志院士研究組首先接納了學(xué)成歸來的郝啟堂。然而在合作的過程中，郝啟堂很快發(fā)現(xiàn)自己“志不在此”。此時的郝啟堂，早已揮別年少時的迷茫，他果斷轉(zhuǎn)換方向，投身到鋁鎂合金的研究領(lǐng)域，并相信自己可以在這一領(lǐng)域取得更高的科研成就。對于他的選擇，傅恒志院士予以大力支持，鼓勵他獨立出來做自己感興趣的工作。以這次“轉(zhuǎn)向”為開端，郝啟堂成為獨立帶隊的領(lǐng)頭人，開始了以鋁鎂合金為主體的鑄造工藝、鑄造設(shè)備及生產(chǎn)自動化方面的攻關(guān)研究。

克難關(guān)：“凡事先落到實處”

在郝啟堂看來，我國鑄造行業(yè)最大的掣肘是“大而不精”——在行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大的前提下，行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重落后于實際需求，甚至在涉及國家安全、科技民生等問題的多個重要領(lǐng)域，關(guān)鍵性的國產(chǎn)大型高質(zhì)量鑄件尚處于空白階段。為應(yīng)對軍用及民用領(lǐng)域關(guān)鍵裝備整體化、輕量化、精密化制造的國家重大需求，同時填補相關(guān)領(lǐng)域的空缺，自2001年起，郝啟堂即瞄準(zhǔn)大型高質(zhì)量鋁合金鑄件鑄造領(lǐng)域，攻堅反重力鑄造成型過程中的工藝及設(shè)備短缺的難題。

據(jù)郝啟堂介紹，運用于重大裝備上的大型高質(zhì)量鋁合金構(gòu)件，不僅形狀復(fù)雜、尺寸精度高，而且對力學(xué)性能和致密度的要求極為苛刻，加之復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整體精鑄，使得鑄件的質(zhì)量控制成為難點。因此，在反重力鑄造和控壓鑄造成形過程中，精準(zhǔn)控制就顯得尤為重要。

液面加壓是決定精準(zhǔn)控制能否實現(xiàn)的核心所在，與具有固定控制屬性或傳遞函數(shù)的被控對象相比，反重力鑄造或控壓鑄造成形裝備的被控對象具有很大的延滯性，而且被控對象的有效容積、介質(zhì)溫度、氣源壓力、加壓規(guī)律等都會隨時間變化，很難通過建立固定的數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)成形過程的精確控制。這就使得郝啟堂不得不在利用傳統(tǒng)PID實現(xiàn)過程控制時，為系統(tǒng)分段提供不同的PID參數(shù)，以求得到較好的動態(tài)控制效果。然而，這種分段式PID參數(shù)方案很難為這種無規(guī)律連續(xù)變化的成形過程提供無縫精確控制。

為了解決這一問題，郝啟堂創(chuàng)造性地將模糊控制技術(shù)引入反重力鑄造及控壓鑄造成形的液面加壓過程，開辟了鑄造過程動態(tài)控制的先河，并制定了專用參數(shù)模糊化規(guī)則。通過細化輸入和輸出量的模糊論域劃分等級并結(jié)合Mamdani模糊推理方法，統(tǒng)籌考慮誤差、誤差變化量、氣源變化、介質(zhì)溫度等因素，實現(xiàn)了最大限度上因變量控制的全覆蓋，從而使液面加壓過程控制水平和控制穩(wěn)定性得到了很大程度的提高。

當(dāng)然，一件事的成敗與否，并不是只有內(nèi)部因素這一個影響因素，精準(zhǔn)控制也是一樣。在整合處理了材料內(nèi)部各種影響因素之后，郝啟堂將目光投向?qū)嵤┚珳?zhǔn)控制過程中的外部因素，以求較為徹底地解決“穩(wěn)定性”的問題。

在相關(guān)領(lǐng)域的國際交流過程中，郝啟堂發(fā)現(xiàn)，以德國為代表的傳統(tǒng)鑄造強國，其人工智能及視頻圖像識別技術(shù)在鑄造方面的運用已經(jīng)十分純熟。這為郝啟堂提供了“解題思路”——他積極開展鑄造行業(yè)與先進算法、深度學(xué)習(xí)技術(shù)充分融合的相關(guān)研究，以實現(xiàn)對設(shè)備和工藝更好的實現(xiàn)效果。具體到實際操作中，以進一步提高液面加壓控制系統(tǒng)的適應(yīng)性和抗干擾性能為目的，郝啟堂充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)秀的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，真正意義上實現(xiàn)了PID參數(shù)的連續(xù)在線整定，并通過引入自適應(yīng)學(xué)習(xí)率和自適應(yīng)動量項方法，使算法的學(xué)習(xí)效率和控制精度得到明顯的提升。隨著先進算法的不斷應(yīng)用，針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法程序計算量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，郝啟堂在算法中引入模糊控制模塊，并利用神經(jīng)元間的迭代學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了對模糊表中參數(shù)增量的再優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，郝啟堂開發(fā)出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，其應(yīng)用在控壓鑄造成形液面加壓過程控制的精度、可靠性和效率方面均取得了理想的結(jié)果。

借助參數(shù)模糊化和網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元算法，郝啟堂團隊突破了大尺寸復(fù)雜鋁合金鑄件的完整成型、多組元鋁合金凝固組織精細調(diào)控、鑄造缺陷及致密度控制、鑄件尺寸精度控制等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了大型復(fù)雜構(gòu)件的精確成型和組織性能優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，郝啟堂團隊提出高階參數(shù)模糊化控壓成型控制算法，結(jié)合大口徑控壓數(shù)字組合閥技術(shù)，開發(fā)出系列化全自動控壓成型鑄造裝備，解決了大尺寸、大噸位異形構(gòu)件的成型工藝難題，填補了我國大型控壓成型鑄造裝備技術(shù)空白。

從2007年“反重力鑄造工藝與裝備”項目的合作實施，再到2020年“大型高質(zhì)量鋁合金鑄件控壓成型關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”合作研究，與郝啟堂有過多次合作的西北工業(yè)大學(xué)教授介萬奇反復(fù)強調(diào)：“如果沒有郝老師這個團隊，我們的項目不可能完成，更不可能這么好地完成?！痹诮槿f奇看來，如果自己是提出“新想法”、著重理論研究的人，那郝啟堂就是那個讓“想法落地”的人。通過近15年的研究和技術(shù)創(chuàng)新，郝啟堂團隊開發(fā)出大型高質(zhì)量鋁合金構(gòu)件控壓成型鑄造新技術(shù)，在高精度成型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體成型、高性能成型及高致密度成型方面均有亮眼成果，其中鋁合金熔體綜合處理技術(shù)和控壓凝固技術(shù)已達國際領(lǐng)先水平。在技術(shù)創(chuàng)新的加持下，郝啟堂團隊研發(fā)出了我國最大的分體式低壓鑄造和全自動砂型反重力鑄造生產(chǎn)線，在我國關(guān)鍵大型復(fù)雜構(gòu)件的生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，運20等重點型號大型復(fù)雜構(gòu)件鑄造難題得以順利解決，航空航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了大型鑄件的完全國產(chǎn)，保障了國家重大型號的研發(fā)與批產(chǎn)，同時推動了我國高質(zhì)量鋁合金構(gòu)件鑄造技術(shù)的跨越式發(fā)展。

談及成果，郝啟堂顯得很自信：“凡事先落到實處，這是我們團隊一直奉行的工作準(zhǔn)則。在與介萬奇教授的具體合作中，我們在著眼實踐的同時，充分重視理論的重要性和指導(dǎo)性，并積極在實踐中為新的理論提供實證，最終實現(xiàn)了兩個團隊的強強聯(lián)合、共同進步。不謙虛地說，這么多年以來，以關(guān)鍵技術(shù)為切入點，充分打通理論到實際應(yīng)用的通路，我認(rèn)為我的團隊做得還是很不錯的?！?/p>

重實干：拓寬產(chǎn)業(yè)化道路

與一般的學(xué)者不同，郝啟堂很享受與企業(yè)“親密接觸”的過程。他認(rèn)為，企業(yè)是行業(yè)發(fā)展的先鋒隊伍，企業(yè)的需求，在一定程度上與行業(yè)發(fā)展需求是高度趨同的。在郝啟堂看來，企業(yè)的需求不僅是研究方向的“指路燈”，更是研究路上的“磨刀石”，能夠在明確方向的前提下，促進自己查漏補缺、不斷創(chuàng)新。他說：“我的工作要切實地為企業(yè)服務(wù)，脫離實際需求的閉門造車沒有意義，更不會有發(fā)展?！?/p>

為此，郝啟堂積極參與到國家先進工業(yè)預(yù)研項目中，以期可以精準(zhǔn)地解決企業(yè)生產(chǎn)過程中提出的各項問題。在某型號關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件國產(chǎn)化的先進工業(yè)預(yù)研項目中，郝啟堂成功地將自動控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的鑄造成形當(dāng)中，實現(xiàn)了我國優(yōu)質(zhì)鑄件生產(chǎn)工藝和裝備從無到有的轉(zhuǎn)變。伴隨著反重力鑄造成形技術(shù)研究工作的深入，以及在我國優(yōu)質(zhì)鑄件生產(chǎn)的廣泛推廣和應(yīng)用，郝啟堂不但解決了液態(tài)金屬在充型過程中的流態(tài)問題和溫度場控制問題，而且在充型加壓過程的多樣化、冶金質(zhì)量控制等方面也取得了良好的效果。不同工藝節(jié)點的自動銜接在提高生產(chǎn)效率的同時，極大地減少了人為因素對鑄件質(zhì)量的影響，這對鑄件質(zhì)量的把控產(chǎn)生了極為正面的作用。此外，郝啟堂對液態(tài)金屬成形模具的CAD/CAM研究為汽車輕量化提供了保障條件，縮短了高性能新產(chǎn)品的研究周期。原位生成鋁基復(fù)合材料的研究為改善傳統(tǒng)鋁銅合金鑄造性能、提高產(chǎn)品可靠性及合格率提供了基礎(chǔ)。

團隊合影

以此為契機，郝啟堂與國內(nèi)眾多的鑄造企業(yè)建立起良好的合作關(guān)系，并根據(jù)企業(yè)的具體需求，為其研發(fā)出100余臺套不同型號、不同功能的優(yōu)質(zhì)成形裝備。郝啟堂團隊自主開發(fā)的成套控壓成型鑄造裝備，憑借在汽車、航空、航天、高鐵等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)精密成型的優(yōu)異表現(xiàn)，獲得了相關(guān)企業(yè)的廣泛認(rèn)可，在國內(nèi)市場占有率達到了80%以上。與此同時，郝啟堂團隊積極促進了行業(yè)技術(shù)進步，不斷降低鑄造過程中造成的能耗浪費，以高度集成，符合綠色化、智能化發(fā)展要求且滿足企業(yè)需求的新型設(shè)備，推進鑄造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，有效幫助傳統(tǒng)企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)改造，使得多個因環(huán)保等問題面臨倒閉的企業(yè)起死回生，并大大改善了工作環(huán)境和職工福利。在孵化新企業(yè)、增加就業(yè)崗位、促進產(chǎn)業(yè)升級方面也起到了良好的推動作用。

據(jù)合作企業(yè)反饋，在與郝啟堂合作之前，因為技術(shù)水平不達標(biāo)，設(shè)備的調(diào)試可能就要花去20天的時間。如今利用郝啟堂研究的技術(shù)，設(shè)備可以實現(xiàn)“零調(diào)試”，“今天下午裝好了，明天上午就可以投入生產(chǎn)”。他所帶領(lǐng)的團隊也因此聲名在外，深受企業(yè)青睞。如果有新建企業(yè)或有一些新的特殊工藝要求，這些企業(yè)也會主動找到郝啟堂團隊進行合作。難怪郝啟堂會驕傲地說：“這條連接高校和企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化之路，我們走通了?！?/p>

談及與企業(yè)的關(guān)系，郝啟堂坦言：“我的做事風(fēng)格比較‘企業(yè)化’。比起實驗室，我更熟悉的地方是企業(yè)車間、鑄造現(xiàn)場。能為企業(yè)解決多年遺留的老大難問題，是一件很有成就感的事?！?/p>

在路上：“要有一兩件拿得出手的事”

從研20余年，郝啟堂鮮少沮喪低落。面對并不平坦的研究之路，這個耿直的西北漢子總是說：“我是個樂觀之人，我沒什么困難。什么困難對我來講都不是什么難事?！痹诤聠⑻每磥?，再難的問題，只要看準(zhǔn)了核心的問題，抓住這個核心鉆研下去，假以時日，必能有一個結(jié)果。只要把方向搞準(zhǔn)了，再難的事情，總會有落地和解決的一天。一些旁人為之蹙眉的“難”，于郝啟堂來說，更像是有趣的游戲，他樂在其中。越難的課題、越具有挑戰(zhàn)性的項目，他做起來越是充滿干勁。他堅信，“上下求索”的熱情和“刨根問底”的勇氣，是攻克難關(guān)的“必備品”，遇到困難只會往后縮，是斷然沒有什么好結(jié)果的。

這份質(zhì)樸的情感，也被郝啟堂帶到了團隊建設(shè)的過程中?！皬膶嵺`中來，到實踐中去”，是他對團隊年輕教師和學(xué)生的第一要求，“到企業(yè)中去”的研究傳統(tǒng)被他繼承下來并發(fā)揚光大。以郝啟堂的經(jīng)驗來說，貼近實際需求、提升動手能力、培養(yǎng)科學(xué)嗅覺，是一個循序漸進的過程。在這個過程中，隊伍里的年輕人會慢慢摒棄“嬌”“驕”二氣，在“上手干活”的同時逐漸觸摸到行業(yè)發(fā)展的脈絡(luò)，并在其中捕捉新的科研閃光點。勤奮肯干，加之學(xué)生扎實的理論基礎(chǔ)，郝啟堂培養(yǎng)出一批精于學(xué)術(shù)、強于實踐的復(fù)合型人才。他們在進入實際工作后，收獲了用人單位的一致好評，這讓郝啟堂感到十分欣慰。

在鑄造行業(yè)干了一輩子，郝啟堂從未覺得這是一個“夕陽產(chǎn)業(yè)”。特別是進入21世紀(jì)以來，劃時代的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，鑄造行業(yè)正向著智能鑄造的方向大步邁進。隨著工業(yè)4.0時代的到來、工業(yè)智能化水平的提高，我國由鑄造大國邁向鑄造強國的改革浪潮方興未艾?！吨袊圃?025》行動綱領(lǐng)中明確提出，要加快推進鑄造行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，打造鑄造行業(yè)提質(zhì)增效的升級版，走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型發(fā)展之路，適應(yīng)制造強國戰(zhàn)略。可以預(yù)見，有“機械工業(yè)之母”稱號的鑄造行業(yè)還有很大的發(fā)展空間。對此，郝啟堂深有感觸，在團隊近些年的相關(guān)研究中，鑄鋼、鑄銅、鈦合金等材料的控壓成形技術(shù)已被納入研究范疇，在人工智能和圖像技術(shù)的幫助下，這些新型材料已在制造裝備方向呈現(xiàn)出很多可能，團隊在材料的多樣性、新屬性的挖掘、新技術(shù)的研究推廣方面均有建樹，這讓他對行業(yè)長足發(fā)展的信心更增加幾分。

“鑄造行業(yè)的前景遠不止于此，未來它進步的步伐必然會越來越大?！焙聠⑻谜f，“對于我的團隊來說，目前要做的就是積極響應(yīng)國家‘質(zhì)量和品牌戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、綠色鑄造戰(zhàn)略、結(jié)構(gòu)優(yōu)化戰(zhàn)略、精益管理戰(zhàn)略、人才培養(yǎng)戰(zhàn)略’的六大發(fā)展戰(zhàn)略，抓緊布局，實現(xiàn)企業(yè)化、細節(jié)化、可持續(xù)化發(fā)展。同時建立鏈條，將產(chǎn)品升級和產(chǎn)品落地這兩個階段有效地聯(lián)系起來，讓研究不落伍、技術(shù)不落后、產(chǎn)品不斷檔。距離我退休還有一些時間，相信我可以在鑄造研究的路上再做些事。在我看來，一輩子做事情也好、做科學(xué)研究也好，只要有那么一項兩項有自己知識產(chǎn)權(quán)的東西能夠拿在手里，人就會有底氣，這就是自主知識產(chǎn)權(quán)帶來的巨大改變。做事只要能踏踏實實，哪怕只有一點兩點，有一定先進性和水準(zhǔn)，都能感受到以后發(fā)展的路子很寬。”