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毕生支撑空间机构 黄真教授
发布日期:2010-5-27 20:30:19  新闻来自:本站原创

  黄真教授接待IFToMM 主席Ceccarelli 教授来访

  十六楼办公室的窗边,他凝神远眺——越过绿地红瓦,不远处荡漾着那波光琳琳的蔚蓝色大海,依稀看到佐世保的导弹驱逐舰,再穿过云蒸雾绕的太平洋,那插着“好莱坞”牌子的青山在更深处若隐若现……。他心潮澎湃:不到一个人一生的时间,世界就变化就这么大。儿时的遭遇不会再有,几代人的梦想已现端倪,中国人以自己的方式终于走上了一条康庄大道!

  迈向真理:为了儿时的信念

  黄真,江苏宜兴人,燕山大学教授。1936年2月出生于天津,那是个战火纷飞悲惨的年代,在侵华日军铁蹄践踏下中华民族遭遇了前所未有的苦难。黄真随着父母辗转内地过着颠沛流离的生活,小学六年的逃难期间他换了八所学校。天天听到的日本飞机“哄哄”地轰炸声,在他幼小的心灵里深深埋下了这样的种子:一定要为中国的强盛而努力!
  1953年踌躇满志的黄真高中毕业,此时正值国家第一个5年计划在东北重点建设国家重工业。祖国的呼唤就是他奋进的目标,好男儿志在四方。黄真毅然从江南乘了3天3夜的火车远赴哈尔滨上学,1959年他从哈尔滨工业大学毕业,来到富拉尔基东北重型机械学院,后来随学校迁到秦皇岛。
  改革开放给祖国的发展插上了翅膀,黄真也获得了出国学习的机会,1982年,他以访问学者的身份访问了美国两所大学。在傍晚纽约布鲁克林的拱桥上,那小汽车的红白灯光排成了平行的两条看不到头的长龙!壮观!现代化!国内外强烈反差形成了他最深的第一印象,给他震撼和紧迫感。他日以继夜、周末加班。“这个中国人不要命了!”美国朋友惊讶于黄真的刻苦。而黄真的回答让他们肃然起敬,“我46岁才起步,我只有加倍努力,不像你们来日方长。”
  1984年,黄真回国开始了他的研究事业,他在心中立下了一个坚定的目标:中国人一定要在国际学术界占有一席之地。此后的几十年里,黄真以“追求真理,实事求是”为座右铭,一步步实现着儿时的志向。
  黄真勤勤恳恳地忘我付出着,几十年如一日,他的成绩也有目共睹。1993年他成为国务院学位委员会评定的博士生导师,并建立燕大的第二个博士点——机械学博士点。此外他是中国机械工程学会高级会员、中国机械工程学会机构学专业委员会名誉主任;担任过中国机械工程学会机械工业自动化学会常务理事、中国机械工程学会机械传动学会常务理事、全国高校机电自动化及机器人研究会常务理事、北京工业大学、浙江理工大学和安徽理工大学兼职教授;科学出版社《制造科学与机器人学丛书》编委,国际现代机械工程杂志《International Journal of Advances in Mechanical Engineering》编辑;温哥华IEEE95会议程序委员会委员、台北2003 IEEE ICRA 国际机器人和自动化会议分会主席、美国拉斯维加斯2007ASME会议的分会主席、2008法国第二届国际机构和机器人基本问题研讨会学术委员会委员,还担任了多个国内外重要学术期刊的审稿员。
  他先后承担国家自然科学基金项目10项,国家863项目3项,国家科技攻关、河北省高层次优秀人才支持计划等项目。论文已在国内外发表320余篇,SCI收录47篇、SCI他引共184次,单篇引用最高39次。出版专著《空间机构学》、《并联机器人机构学理论及控制》,后者被审定为“全国高技术重点图书”,专著《高等空间机构学》被教育部研究生司推荐为全国研究生教材。培养硕士52人、博士研究生22人。卓越的成就使他获得了肯定,他先后获教育部科技一等奖2项、河北省科技一等奖2项、部省级二等奖2项。
  黄真的研究在国内外影响深远。黄真1997年出版的《并联机器人机构学理论与控制》一书几乎成为全国所有开展并联装置研究的院所的研究生的入门必读。经检索证实这本书他引816次——这个数目在机械工程领域颇为鲜见。2006年出版的《高等空间机构学》被教育部学位管理与研究生司推荐为“全国研究生教学用书”,现在又被广泛采用,不到两年就又再版。
  国际上包括美国等13个国家的诸多知名教授,他们一致肯定了他在该领域的突出贡献——“黄真取得了又一个重要的进展”、“他的研究是一个更加普遍性的分析”、“黄真的这些结论是最重要的贡献,…比先前的代数形式更加完善和精彩”;美国“机械设计”副主编Rico 教授在美国机械工程学会的年会上发表的文章说,“黄真的研究是最近十到十五年,在并联机构的型综合中的5 个重要的理论贡献之一”。2007年国家自然科学基金会出版的《机械科学基础研究20年》称黄真的研究为少数几个“原创性”成果之一。

  专业硕果:把机构学推向新高度

  在科研上,黄真是自信的。机构学的发展充分证明了他在这个领域的才华。
  20世纪中叶后,科学技术向高大精尖发展,机构学也随之要求从平面向空间发展,从单自由度向多自由度发展,机器人从串联向并联发展,机械系统从静态研究向动态研究发展……。面对这个历史性的机遇,立即挑战与世隔绝多年的中国学者。中国机构学界两代人60年积极应对,追赶国际学术先进,迈出了历史上的一大步。他们的努力已经让国际上承认了“中国、北美和欧洲并列为机构学研究的三大块阵地”。中国已经有了三分天下!机构学界为国家争了光,黄真也功不可没。
  黄真是我国最早从事并联机器人研究的学者,早在80年代初国际上仅有以Hunt为代表的十多人研究并联机器人时,他就开始参与抓住了这个新生事物的苗头。作为该领域最著名的学者之一,黄真发表许多论著,多次参加国际学术活动。在2004年举行的4年一次,有44个国家500多名学者参加的国际机器和机构学学会的第11届大会上,他被推荐为6个中心发言人之一。他在国际上有了很高的影响。
  并联机器人是一种新型多自由度空间机器人具有许多特殊的优点,与普通工业机器人具有互补性。它不仅可以直接作为机器人应用,而且并联装置在高技术方面有许多重要的应用。然而,并联机器人,是摆在机构学界面前的一座大山,它以其机构复杂及其远远高于普通串联机器人的难度,使机构学这门古老的学科面临严重的挑战。黄真迎接挑战,他采用包括螺旋理论、影响系数原理等数学工具,系统地解决了并联机器人空间多自由度、多闭环系统导致的非线性强耦合问题等等许多机构学核心困难。
  20多年来,黄真及他的课题组在学术上做出了十分出色和系统的创造性贡献。他的最重要的四个研究成果包括:解决了困扰国际机构学界长达150年的“建立快捷统一的自由度分析公式”、解决了近半个世纪的“运动链同构判别”和在机型综合方面取得的历史性突破。他提出的并联机器人机构学的系统理论则又是对机构学的一个突出贡献。黄真用他的成果,将机构学推向了一个新的高度。                                 
1. 创建统一的机构自由度分析原理解决150年历史问题
  在机械工程领域的创新中,机构的创新尤为重要。对任何新机构最基本的认识就是首先要知道它的自由度,人们发现许多机构不适合传统自由度公式,从契贝舍夫起150年来许多学者都想找到一个统一而方便的公式而没有成功。对此,黄真另辟蹊径,巧妙地以中国人的逻辑思维与形象思维相结合的方法,走出成功之路。早在1997年基于反螺旋理论他同时采用“公共约束螺旋”和“虚约束” 两个概念研究自由度。成功分析了古典的Sarrus机构和3-RRRH并联机构,形成“基于螺旋理论求解自由度的基本理论”。这是国际上第一次成功地实现存在着一个既适合古典机构又适合现代的并联机构的统一公式。到2001年用他提出的“修正的G-K公式”成功地综合出国际上认为不可能的5自由度对称并联机构。到2009年完成了包括了Merlet指出的三大著名反例的几乎所有的现代并联机构和公认难度大的古典机构的分析,证明了这个公式的统一性。统一的自由度公式的获得是一个重要的历史性的贡献,非常有利于机构的创新。
2. 首创基于环路数学的拓扑理论和机构数字化图库
  机构的结构创新成为机械产品的原始创新,是机械创新所最希望获得的。现在数字化、智能化和人机交互化的机械创新设计已成为发展方向。历史表明只要对机构进行结构综合,就要进行同构判别。从更高的角度来说,数学界“图的同构问题”一直没有解决。黄真和他的学生在本项研究上取得了突破:创立运动链环路代数理论体系,并以它解决了困扰国际机构学界长达近半个世纪的“运动链的同构判别”;还提出运动链唯一数字描述代码,和建立国际上首个一一对应的运动链数字化图谱库,为机构创新的数字化铺平道路。他这种同构判别方法具有高效性,国际上只能判别数目在14 杆以下的运动链,用这个新方法构件数达到30 的时候仍然非常高效,这也创造了一项新的世界纪录。
3. 完成并联机构的全部机型类型的综合
  新世纪的扉页刚刚打开,新机型的发明赫然成了国际上激烈竞争焦点。发明新机构是一场艰难的过程,历史上每综合出一个机构常以综合者的名字命名,像瓦特机构、斯蒂芬孙机构等等都是如此。少自由度机构中对自由度3到5的按输出运动特征分为9类。可是许多国际著名学者都断言:其中有两种类型特别是5自由度的对称机构是不可能或不存在的,也就是不可能综合出全部9种。
  对于这个问题,当时黄真已经建立起统一的机构自由度公式,处于一个有利的位置。2000年和2001年黄真他们突破了国际学者的预言,综合出第一个4自由度和第一个5自由度机构;2003年完成了全部对称的9种类型的并联机构的综合。从众多国际文献引用和评语中可以概括出学术界已经普遍肯定这项研究,给于了高度的评价,“是近10到15年期间5项重要的贡献之一”。
4.  创建系统的并联机器人机构学理论
  “他20余年磨一剑”。确实他20多年来在并联机器人领域的研究,形成一套系统的理论。包括机构的运动学和动力学,机构的分析与综合,6自由度和少自由度等各个方面。内容含机构的自由度分析、机构的拓扑分析、结构分析、位置分析、速度加速度分析、误差分析、奇异分析、动力学分析,机构的动力平衡、机构的性能分析、以及并联机构的型综合等等。他的有特色的理论是基于螺旋理论和影响系数理论,特别是他把研究于19世纪末的螺旋理论应用到如此极致,解决当今机构学上的许多世界难题,这是其他某些数学方法目前所未能企及的。    

  人生哲学:升华价值是最欣慰的归宿

  荣誉的背后总是有不为人知的艰辛和努力作支撑,支持科学家历尽艰辛攀登科学高峰的不仅仅是充实的学识,更要有积极正确的人生哲学。
转身回首,黄真在科研之路上收获颇丰,受到党和政府的多次表彰,他曾经荣获秦皇岛市劳动模范、河北省劳动模范、原机械工业部先进工作者和全国优秀教师等光荣称号。成果累累赞誉不断的黄真确也并非一帆风顺,挫折、不理解、相当时间弄不到科研经费、不能带博士生等等他都经历。“申报院士”也曾是黄真心中的一个绵延的梦,学术界和学校内的朋友常问及此事。众人看来,他的学术成就申报院士应是不成问题的事情,而现实却历尽了波澜。
  “申报院士”的每一个脚步黄真都清晰地记着,数着。1999和2001他两次申请中国科学院院士失败,他并没有灰心,他仍一如既往全心全意投身在科研的第一线上,在古稀之年仍取得了许多更为重要的学术成果。然而他得知中科院调整了申请人入门的门槛:“65岁以上的申请者必须有六位院士联合提名”。这个规定似乎是一道“彰显公平与权威”的盾牌,然而对于机构学这个领域却是现实的尴尬。目前,机构学界没有自己的院士,这个旨在提升“学术水平”的门槛让黄真费尽周折,他不得不逐个地拜访那些邻近学科不相识的院士,以期请到足够数目的院士为他推荐。然而现实的寒冰熄灭了他心中的火焰。科学院又规定每位院士一次只能推荐两人,而他发现有些学校要求院士必须首先为本校的申请者保留一个名额。这样就得和院士他本学科熟悉的朋友竞争另外的一个名额!真是何必如此。仰首是梦,俯首是路,儿时的信念时刻在心,“为中国科学的现代化尽力才是自己的一辈子的追求”。他转向将时间完全用于自己喜爱的事业,努力追求自己的梦。
  人才是发展最宝贵的资源,黄真尽最大的心力为国家培养人才。一方面他关注“把学生引领到国际学术最前沿,培养具有国际学术眼光的人才”。他通过鼓励学生直接与国际学者Email讨论学术问题,交朋友。在经费并不充足下,他还经常让研究生出国亲历国际学术大会的学术气氛,结交学术名流。在他指导学生进行科学研究时,还经常结合自己的实际体会给学生做报告,讲解要树立科学精神,学会科学的思维方法;讲解如何运用哲学去分析问题。他认为学会运用创新思维和辨证思维的方法,才能真正提高研究生的“独立从事科学研究的能力”。目前,他的许多学生已经走到了学术的前沿,为国家的科技创新而奋斗。
  “岂能尽如人意,但愿无愧我心。”凭着一份平常心,黄真努力做好每一件事。1989-1995年黄真在系主任的岗位上做了六年的行政工作。“书呆子黄真怎么能做好行政?”在众人诧异和不解中,“书呆子”黄真在行政工作上确实获得了全校的赞誉。“他想这是一个教书育人改善学术环境的大局,也是一个值得做的事情。”黄真走马上任后那时就特别注重学风和学科建设、注重学术环境和学科点的建设。他创建了学校寂寞了很长时间的第二、第三个博士点。那个年代学校刚从东北搬来,办学经费非常困难,机械零件教研室老师指导设计连计算器都没有,黄真用他的科研经费给他们配置了计算器。为了给办学创造点经费条件,他和同志们统一思想、排除困难,创建了效益很高的汽车配件厂。“只要我的努力能够为学校的建  设与发展做出了贡献,这便能体现我的人生价值。”
  大家见到的黄真天天过着从家到办公室,从办公室到家的钟摆式生活,简单近乎“变态”。然而事实并非如此,黄真涉猎颇广,“做自己喜欢的事情,就像蝴蝶在花丛中翩翩起舞,不会感觉疲劳。”唱歌、跳交谊舞、下象棋、看电影、看电视剧、看小说、钓鱼、照相、旅游都是他乐此不疲的事情,如果你从他身边经过,有可能听见他嘴里哼着的京戏。不要诧异,黄真有板有眼地唱上几嗓子京戏也不足为奇。“有的人觉得我很单调,可是毕竟时间有限,我要将每一分钟投入到科学研究中。每当看到自己完成的白纸黑字有价值的学术论著时,我都感受到无比的快乐和幸福”。

  两千年前,亚里士多德说过“人人都追求快乐,得到快乐的唯一方法就是对他人有用”,这也正是黄真所坚守的人生哲学。“无论在哪个岗位,我都尽力了。”这是已年逾古稀的黄真最大的欣慰,“人生终有归宿,我一点也不害怕、不遗憾,我想那一定是在带着微笑闭上眼睛的时候。”

 
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