源頭創新解決“卡脖子”技術難題
“從基礎研究到成果產業化，至少要翻越理論驗證、中試、資金投入、國際市場競爭四座大山。”清華大學河北中試基地負責人曹建國說，“對科研人員來說，每一座大山都困難重重，能成功者鳳毛麟角。”
但張躍明翻越了這四座大山。他從源頭創新的工業機器人RV減速器技術打破了日本的壟斷，並以此技術合作在北京亦莊開發區和河北石家莊建廠，每年可以生產世界上最頂尖的工業機器人RV減速器8萬套，產品供不應求。
此前很長時間裡，張躍明一直是學校裡一名默默無聞的工科教師，他32歲從清華大學博士畢業，成為北工大的第一批博士後，但到了50歲，還因論文沒有別人發得多而評不上教授。
打破國外技術壟斷，助力國產工業機器人走向高階
工業機器人的RV減速器，對製造業來說，相當於手機、電腦的晶片，其核心技術和全球90%的市場一直被日本壟斷。當前國產機器人使用的RV減速器大量從日本進口，中國製造業要轉型升級，必須要解決這個“卡脖子”的技術難題。
記者初見張躍明，是在北京亦莊經濟技術開發區的一個工業園裡，車間的生產機床還在不停轉動，機器發出巨大的轟鳴聲，當天他帶記者參觀了這個已投資兩億多元的生產廠區。
“生產廠區就是我的實驗室，這些RV減速器樣品都是根據我們自主研發的原創技術生產出來的。亦莊廠區的生產規模已實現年產3萬臺。”噪音嘈雜，張躍明指著展示臺上一堆閃閃發光的軸承大聲說。
記者在現場看到的檢測報告顯示，這些國產RV減速器產品在精度保持性和使用壽命等多個指標效能上，比日本最先進的產品還要好。
“減速器是工業機器人的核心功能部件。打個比方，把工業機器人當成人的手臂來看，減速器就相當於手臂的關節，這個關節主要決定了工業機器人手臂擺動的精度，使用時間長後其磨損會影響工業機器人的使用壽命。世界上高精度機器人傳動多采用RV減速器，一臺工業機器人的腿部、腰部和肘部，需要4到6臺RV減速器，減速器佔到工業機器人總成本的30%以上。”張躍明介紹。
“國產RV減速器的質量跟日本產品存在差距，主要是精度保持性不行；還容易磨損，影響使用壽命，大多隻供中、低端工業機器人使用。更無奈的是，日本企業出售給ABB、發那科等四大機器人公司的減速器價格是給我國企業價格的一半甚至更低；國內廠商拿貨還要被迫接受3至6個月的漫長等待供貨期。”張躍明告訴記者，“我現在的主要工作，就是要打破日本人的壟斷，助力國產工業機器人走向高階市場，助力中國製造業轉型升級。”
突破製造業“卡脖子”技術，需要源頭上的基礎理論創新
1997年，32歲的張躍明從清華大學精密儀器與機械學系博士畢業，進入北京工業大學做博士後，長期從事機械設計及理論的基礎研究。
“說起來很慚愧，我雖然是北工大的第一批博士後，但我個人的科研興趣一直在生產一線，幫企業解決實際問題。所以發論文相對比較少。”張躍明說。
張躍明的論文發得少，但他的實踐應用成果並不少。比如，張躍明跟北一機床合作，聯合開發出了數控機床核心功能部件，完全替代了日本進口，並一直應用於北一大隈機床廠的多個型號的數控加工中心產品，這也為張躍明做工業機器人的RV減速器打下了良好的基礎。他從中受到啟發：“我國機械製造的很多問題不是材料和工藝的問題，而是缺少源頭創新。”
“機械產品與其他高科技產品一樣，蘊含豐富的科學規律，只有揭示其內在的運動規律和科學原理，才能製造出高品質的產品。”張躍明告訴記者。
黨的十八大以來，我國科技體制改革持續深入推進，國家加大了對基礎研究和“卡脖子”技術攻關的支援力度，張躍明成了受益者。2015年，張躍明爭取到北京市科委的科研專案“RV減速器產業化開發”，拿到200萬元的科研經費，研發“機器人關節RV減速器製造工藝”技術。他花了1000多個日夜，建立了一個齒輪修形技術模型，解決了齒輪磨損問題，最終掌握了“機器人關節RV減速器設計及製造工藝”核心技術。
“這個技術是真正的源頭創新。國內研發機器人RV減速器的人很多，大多數人是仿製，但張躍明團隊的技術是正向設計，從源頭上創新，部分效能指標比日本人做得還好。”哈爾濱工業大學機器人研究所所長、國家重點研發計劃智慧機器人重點專項專家組組長趙傑告訴記者：“科技部將在‘十四五’期間支援該技術的產業化。”
“我國製造業還有很多‘卡脖子’技術，很多核心部件依賴進口，這些問題的解決，需要像RV減速器一樣，從源頭上進行基礎理論創新。比如，高階機械產品使用的軸承，80%都靠進口。這導致國內機床公司大多不賺錢，甚至連續虧損，錢都讓國外公司賺了。”張躍明說。
從基礎研究論文到成果產業化，需要最佳化創新創業生態環境
《MechanismandMachineTheory》（簡稱“MMT”）是國際機構學與機器科學聯合會的頂級國際學術期刊，中國科研人員在這本SCI核心期刊上發論文一般需要半年以上，張躍明的論文一個月就獲得發表，同行評審專家評價：“這是近幾年來少見的好論文，來源於實踐，建議出版期刊一定給予發表。”
“搞基礎研究的大學教授一般不會關心產業轉化問題，理論論文在國際期刊發表後，就會被束之高閣，很多人甚至是為了爭取專案和發論文而搞研究，在對國家更有價值的科研成果轉化中他們卻成了缺席者。”曹建國說。
張躍明遇到的第一座“大山”就是要驗證技術理論。
“工業機器人RV減速器這篇論文發表後，理論上雖然得到國內外同行的高度認可，但我的心裡總是擱不下，這麼多年，我寫論文比較少，每一篇也都是為了服務實踐。我當時的困難是科委的專案結題了，沒有科研經費支援了。我需要機床加工出樣品來，以驗證技術正確，然後才能產業轉化。而買一臺高階加工機床需要上千萬元。”張躍明說，“這是一個悖論式的難題：我要實現成果的產業化，需要先驗證理論，要先有樣品，但企業一般要見到樣品，才會投錢，所以這個成果擱置了很長一段時間。”
後來，一個偶然的機會，讓張躍明看到解決這個難題的曙光：有一家義大利的高階機床廠想到中國來開拓市場，他們的負責人正好與張躍明認識。張躍明跟他們談合作，先讓對方幫忙把樣品加工出來，這也正好驗證他們機床的效能，對方同意了。
張躍明和他的團隊最終去義大利把工業機器人的RV減速器樣品加工出來，驗證了他的理論成果完全正確。樣品送到國家的權威檢測中心，在精度保持性和使用壽命等多個指標效能上，比日本最先進的產品還要好。
有了樣品，張躍明實現了從基礎理論到產品的飛躍，接下來他遇到第二座“大山”：中試環節。
“很多科研人員走到這一步，就走不下去了。中試是一個漫長的過程，有的甚至要數年，所以投資者對中試缺乏熱情和動力，這是造成我國原始創新成果轉化難的癥結所在。”曹建國告訴記者，“從清華大學多年來的科技成果轉化資料來看，100個科技成果大概只有5個能形成最終產品。”曹建國說。
人努力，天幫忙。這幾年全球市場環境的變化幫了張躍明的大忙，石家莊一家做減速器的生產廠家主動找上門求合作。
“我們企業原來生產的減速器技術含量低，市場競爭激烈，迫切需要新技術轉型升級。我們做過市場調研，國產減速器做得不好，最根本原因就是國產減速器基礎理論沒有創新，張躍明在理論與實踐相結合方面做了大量工作，而且已做出了樣品。”這家企業的董事長鬍文石接受記者採訪時說，“看到他的技術和樣品，我的眼睛都亮了，這正是我們要找的核心技術，所以我們毫不猶豫花了3700萬元買技術和合作，還花了八九千萬元買國外的高階機床裝置投入中試，因為一旦成功，我們企業就可以實現從初級產品到世界頂尖產品的跨越升級，市場前景廣闊。”
2017年10月20日，張躍明代表學校和石家莊的企業簽訂了合同，併合作在北京亦莊開發區投資2億多元建廠，買了機床，用於國產機器人RV減速器產業化生產。
張躍明團隊的中試環節比較順利，但很快他們就遇到了新的問題——科技成果轉化政策障礙。
“就科技成果轉化而言，需要源頭創新研究者深度參與，才有可能實現轉化。但不少高校、科研院所的管理還有待完善，一邊喊支援國家的產業升級，一邊把科技人員管死。”曹建國說。
幸運的是，學校後來非常支援張躍明的技術成果轉化。北京工業大學黨委書記謝輝告訴記者：“近年來，黨中央、國務院出臺了一系列關於科技管理的改革舉措，學校也建立了一系列的配套政策，加強學校的科技成果轉化。北京工業大學將科技成果轉化業績納入教師績效、崗位、職稱考核指標並提高賦值權重，張躍明等科研人員正是透過機器人RV減速器等科技成果轉化業績，成功晉升教授職稱。”
缺乏資金持續支援擴大生產規模，是很多創新產品市場化難以翻越的第三座“大山”。
幸運的是，亦莊國投和京城控股給張躍明的團隊拋來投資橄欖枝。現在，應用張躍明創新技術的石家莊新廠已經建立，年產規模5萬套，RV減速器國產化之路正在迅速鋪開，中國企業正在大步向前追趕日本的壟斷企業。
國際市場競爭是他們需要翻越的另一座“大山”。
“可以預見，其產品會遭遇日本企業降價打壓等一系列問題。這就需要擴大生產規模，降低成本，提高市場競爭力。”曹建國說。
“張躍明團隊對RV減速器的自主創新，實現了從基礎研究突破到產業化，十分難得。這對迫使日本減速器價格降低，使國產機器人核心技術不再依賴進口，提高國產機器人市場競爭力，參與國際市場競爭都具有重要意義。”趙傑說。
國家智慧財產權局智慧財產權發展研究中心主任韓秀成認為：“構建良好的創新創業生態環境，既要借鑑國際經驗，也要有中國特色，需要科研人員、企業、高校、專利部門、金融機構、風險投資方等共同參與。科研人員關注源頭創新，學校給予政策支援釋放科研人員的創新活力，風險投資方搞好中試，專利部門給予技術保護，金融投資機構給予資金支援，企業來實現產品市場化，各方合力探索一條市場化路徑，加速科技成果向現實生產力轉化，帶動整個國家的產業轉型升級。”韓秀成說，就目前的國際和國內大環境來說，全國上下團結一心，打好關鍵核心技術攻堅戰，這一仗我們必須要打，也一定能打贏。
《光明日報》（ 2021年04月11日01版）