张志辉 | 超精密加工：为生活增添更多幸福感

进入21世纪以来，超精密加工技术作为先进制造的关键性技术，其作用日益凸显，更被尊崇为制造业“皇冠上的明珠”。在公众的认知中，超精密往往与尖端科技紧密相连，人们首先联想到的也往往是航空、航天飞机的发动机引擎，天体望远镜的巨型反射镜，汽车、船舶内的复杂齿轮传动机构，隐形雷达的高灵敏度探测镜等高科技产物。

▲张志辉（左）是首位获选美国精密工程学会会士的华人

然而，在从事超精密加工、微纳米测量、先进光学制造及其在工业领域应用等基础理论和应用科研工作近30年的张志辉教授心中，一直秉持着科技改变世界的信念，他的目光不仅聚焦在翱翔天际或深潜海底的国之重器，他更怀揣着一个更为宏大且贴近民生的愿景——将超精密加工技术的尖端科技融入百姓日常生活，让科技之光造福社群，为人们的生活增添更多幸福感。正是这份信念和愿景让他在超精密加工技术这一领域不懈探索和耕耘。

一步一个脚印

香港，这座国际化大都市，凭借得天独厚的地理位置和开放多元的文化环境，一直是前沿科技与信息的汇聚之地，这里也为张志辉这样的科学家提供了很多的机会。

在本科阶段，张志辉就对机械工程、新产品设计及各类新兴技术产生了浓厚的兴趣，开始了解并接触多项高科技项目，例如利用计算机技术进行影像分析、机器设计等，这些经历使他对科研工作有了更为直接和深刻的认识。

香港学界借鉴欧洲先进模式，推出的“厂校联合培养计划”，为莘莘学子搭建了一座理论与实践相结合的桥梁。在这一计划的推动下，张志辉在硕士研究生期间，就加入一家著名的半导体公司，做半导体封装设备的相关研究。这种理论与实践相结合的研学经历为他日后的科研之路奠定了坚实基础。

20世纪90年代，随着新技术、新工艺、新设备及测试技术的不断革新，对加工精度的要求不断提升。超精密加工技术随之应运而生，这一技术的精度比传统的精密加工提高了一个数量级以上，并不断向微米和纳米级精度迈进。它对工件材质、加工设备、刀具、测量环境等条件都有极高的要求，需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制，以及其他先进技术。

1996年，张志辉加入了香港理工大学，并师从李荣彬教授攻读博士，在博士研究生阶段，张志辉开始深入研究超精密加工技术，他与导师及同事从基础建设、精密机床采购和调试到加工技术研发，攻克了一个又一个难题，从零开始在理大建立起了香港第一间从事超精密加工、光学设计、精密模具设计和精密注塑成型的超精密加工中心。

随着科学技术的发展，产品复杂度不断提升，因此，在2000年，超精密加工中心引入了自由曲面加工这一前沿技术。自由曲面加工技术运用多种复杂的表面形态和多轴超精密加工系统，实现制造多样化的功能产品。但其研究方法和新工艺也面临着诸多困难，需要不断攻克技术难关，这些挑战与磨炼，使他从一名新人，迅速成长为超精密加工中心不可或缺的科研骨干。

为了进一步研究自由曲面先进光学元件的超精密加工技术，2003年，超精密加工中心升级为先进光学制造中心。2009年，先进光学制造中心更获得科技部的批准，成立“超精密加工技术国家重点实验室伙伴实验室”。这一殊荣不仅彰显了中心与天津大学、清华大学科研合作的深厚底蕴，也标志着张志辉及其同事们的不懈努力得到了国家级平台的认可，成为国家科研体系中的一员，肩负着超精密加工技术前沿探索和满足国家重大需求的重任。

面对多元的加工需求，张志辉紧跟科技前沿的步伐，不断创新技术，不断前行。实验室的发展壮大，不仅是技术迭代的过程，更是寻找志同道合者的过程。张志辉和他的科研团队，在思想的碰撞和合作的磨合中，共同构建了紧密合作、声气相和的实验室文化，在这种科研氛围中，成果和荣誉接踵而来。2009年，作为第二完成人，张志辉参与的“自由光学曲面的超精密加工技术及其应用”被教育部授予年度高等学校科学研究优秀成果奖科技进步奖二等奖。一年后，他以第一完成人身份主导的项目“超精密金刚石车削中纳米表面生成建模与表征”获得了2010年度高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖二等奖。没有精密测量，就没有精密产品，测量难题一直是长期困扰超精密加工领域的世界级难题。张志辉所主导的针对工业4.0中在线测量技术实现了精密测量质的突破，荣获了2017年英国工程与科技学会（IET）制造技术类创新奖，赢得了国际同行的广泛赞誉和认可。

张志辉及其团队的研究领域，覆盖了从基础理论到跨领域应用的全方位探索的同时，还积极推广科研成果的产业化，帮助企业解决关键零部件的设计、制造和生产难题，与国内外众多企业建立了紧密的合作关系。现如今，理大的全国重点实验室已经成为超精密加工技术领域的一块“金字招牌”，引领着先进光电子行业向更高水平迈进，为中国制造的高质量发展贡献力量。

飞入寻常百姓家

2017年，实验室创始人李荣彬教授光荣退休后，早在2003年就已经成为实验室学术带头人的张志辉接过了实验室的主持工作。次年，经科技部批准，超精密加工技术国家重点实验室伙伴实验室更名为超精密加工技术国家重点实验室（香港理工大学），标志着实验室进入了一个崭新的发展阶段。

如今，实验室已配备了多台先进的超精密加工设备，纳米级测量系统及精密注塑设备，并在香港理工大学校园内的实验室总部建有一个万级无尘超精密测量实验室。2025年，张志辉领导实验室成功完成重组成为超精密加工技术全国重点实验室，旨在更好地发挥实验室重要战略作用，成为国际创新技术中心的重要组成部分，为国家超精密加工技术的发展作出贡献。

在步入21世纪的第二个十年，超精密加工技术已成为现代制造业不可或缺的发展引擎，成为直接影响各国在国际竞争中能否胜出的关键技术。在这一关键领域，作为实验室主任的张志辉，尤为重视前沿基础和应用研究。他带领团队致力于研发超精密加工技术及精密检测的新方法、新工艺、新系统及新设备，旨在为各行各业提供创新的技术和应用方案，以期构建香港及中国企业在设计及先进制造技术上的核心竞争力和优势。

▲过往30年，张志辉见证了超精密加工技术全国重点实验室的全部成长历程

超精密加工技术发展至今，呈现出一个鲜明的趋势：从关注单一领域的应用越来越趋向于跨学科的合作。张志辉表示，作为一个多学科跨领域的系统工程和当今创新科技的重要支撑技术，它在先进光电子和机电一体化、视光、通信、生物医学工程等都有广泛应用。这种跨学科合作不仅可以激发许多创新，还极大地促进了超精密加工技术和不同领域的融合。例如利用不同的超精密加工工艺，切削、抛光和磨削来改变物体的表面形状，从而赋予其新的功能；制造技术的提升还可以制造出一些以前无法实现的产品，解决之前难以解决的问题等。张志辉强调，超精密加工作为一门应用基础科学性的技术，其研究课题应紧密围绕国家和社会实际需求展开。张志辉希望自己的科研成果能够应用到香港和国家的航空、航天、生物医学工程、视光、光电、半导体等民用关键领域，为国家的强大贡献自己的力量；与此同时，他也没有忘记自己一贯的主张，不遗余力推动研究创新和知识转移来回应迫切的社会需求，让先进技术融入百姓生活，推动社会进步和产业升级。

儿童、青少年近视一直是社会高度关注的问题。目前中国小学生近视率已攀升至36%，中学生近视率更是高达71.6%，据估算，我国的近视人群已经超过1亿。这一严峻形势令许多专家深感忧虑，纷纷呼吁要将中小学生近视防控提升为一场全民参与的“战役”。高度近视不但影响视力，更可能引发严重的眼科疾病，所以控制儿童近视加深尤为重要。面对这一攸关未来的难题，张志辉以实际行动回应社会关切。他首创了“超精密纳米多环加工技术”，并结合先进的光学设计、精密测量技术，以及精密注塑工艺，成功将“光学多环近视离焦”技术应用于近视防控镜片，不但令镜片的外形更美观，亦提升了视觉的稳定性及舒适度，加上非侵入性的设计，在保证镜片具有良好视野的同时，佩戴更美观舒适，孩子也更易适应。在第48届瑞士日内瓦国际发明展上，这款拥有双专利的近视防控镜片获得了具有最高殊荣的“特别大奖”及“评审团嘉许金奖”，这些奖项不仅意味着该产品赢得了具有国际顶级科研奖项的认可，更代表着香港制造在近视管理产品领域里程碑式的成就。

随着超精密自由曲面需求的日益增长，超精密抛光技术也迎来了前所未有的发展机遇和挑战。传统的超精密抛光方法通常效率低下、成本高昂，批量化抛光手段更是难以实现高形状精度保持性和纳米级表面粗糙度。为了应对这一挑战，张志辉带领团队开展了磁场辅助批量化抛光的研究，利用环形腔室外部的旋转磁场驱动磁性磨料撞击工件从而去除材料，不仅实现了自由曲面的纳米级批量抛光，还确保了微米级的形状精度。这项开创性的新型磁场辅助批量超精抛光技术和装备，可用于外科手术刀和止血钳等医疗器具的大规模超精抛光，通过这项技术加工的手术刀在手术过程中可以显著减少粘刀现象，切口也更加平整，大大减少了手术过程中的创伤，为广大手术患者带来福音。

在张志辉的眼中，科研是一场永无止境的探索之旅。他每天都在思考如何在现有技术的基础上寻求突破，以期实现更高的精度、更低的能耗、更高的效率、更短的生产工序，以及更经济的制造成本，让科研能惠及更多民众。在坚持服务国家战略和企业转型升级需求之外，他还将超精密加工技术成功应用于手术刀具、光学镜片、光学模具、人工关节、种植牙、裸眼3D等日常百姓生活中，坚持履行着科技“勿以善小而不为”的理念，用实际行动诠释着科技改善生活的主张。张志辉的不懈努力和执着追求赢得了学界、商界和社会各界的高度认可，2023年年底，他荣获了中银香港科技创新奖（先进制造领域），表彰他在超精密加工领域所取得的卓越成就和推动制造业发展作出的杰出贡献。

张志辉于2024年8月24日获选为国际生产工程学院（International Academy for Production Engineering, CIRP）院士（CIRP Fellow）。CIRP是世界领先的生产工程研究组织，张志辉因在切削力学和表面生成机理、超精密加工工艺的建模和模拟、超精密表面测量，以及创新开发超精密加工工艺等方面作出卓越贡献而受到认可，此殊荣表彰了他坚定不移地致力于促进生产工程领域的国际科学研究和合作。

同年11月7日在美国得州休斯敦举行的第39届美国精密工程学会（American Society for Precision Engineering, ASPE）年会上，张志辉当选为会士（ASPE Fellow）。美国精密工程学会（ASPE）致力于推动精密工程的科学和技术的发展，ASPE会士是一项享有盛誉的学术荣誉，他是首位获此殊荣的华人学者。

团队的力量

“实验室的每一步发展和每一项成果的取得，绝非一人之功，而是凝聚了整个团队的心血。团队共同且持续的努力才是迈向成功的关键。”张志辉常常这样感慨，他深知超精密加工是一项需要团队高度合作的技术，任何一个环节出了问题，都会让全组人的努力前功尽弃。他的这番话也正是实验室团队近30年来不畏艰难、勇往直前的生动写照。这支科研团队既有一起并肩作战30多年、默契十足的“老战友”，也有师从于他、满怀激情的年轻人，更有众多来自不同领域、携手合作的专家与学者。他们共同构建了一个充满活力、多元融合，致力于超精密加工技术不断突破与创新的科研基地，并发展为国内乃至世界超精密加工领域顶尖的研究团队之一。

在科研探索和成果转化的道路上，张志辉不仅展现了卓越的科研领导力，更是一名杰出的团队管理者。在团队里，他一直在倡导和坚持“团结协作，相互扶持”的团队精神，和人尽其才、和谐共进的团队文化。他认为，团队中每位成员都各具特色、各有优势，只有根据每个人的特长和能力分配任务，确保每个人都能在自己的领域发挥最大效用和潜能，才能激发团队的凝聚力和战斗力。

作为实验室的领导者和学术带头人，不管是团队里的资深同事还是年轻学生，张志辉始终保持着开放和包容的心态，为他们的成长和发展倾尽心力。在每一次的科研例会上，他总是鼓励每位成员积极发言，充分表达自己的见解和想法。面对意见分歧时，他也不会轻易下定论，而是倡导以数据为依据，进行客观分析。

“我现在就像一位掌舵的船长，驾驶着实验室这艘大船，力求让它快速而稳健地驶向远方。”但是科研之路并非坦途，从创新想法的闪现，到技术的优化与验证，再最终到成果转化应用，每一步都充满挑战。在20多年的科研攻关历程中，张志辉及其团队也曾遭遇无数艰难险阻，其中更不乏世界级的难题。面对项目进展不畅，实验受挫等困境，团队成员难免会感到焦虑和烦躁。这个时候，张志辉总会耐心地倾听每个人所面临的困难，帮助大家明确目标，细致分析每个实验步骤和数据，共同寻找问题根源，及时调整研究策略，尝试不同方法，鼓舞士气。“作为船长，在茫茫大海上遭遇风暴或者迷失方向时，必须能顶住压力，带领团队驶向正确的航道。”张志辉对自己的高标准严要求，使他始终站立在领域发展的前沿，以更广阔的视野、更深刻的认识，带领团队不断突破自我、攀登科技高峰。

令张志辉感到欣慰的是，一批批年轻人就在这样的科研氛围中成长了起来。这些曾经的学生如今已经于国内外众多高等院校、科研机构，以及知名企业中，成为行业佼佼者，在关键岗位上发挥着重要作用，有的甚至已建立起自己的实验室和团队，不断向前推进着超精密加工技术的发展。

“科研的价值来自实践，而非孤芳自赏。”这是张志辉常向团队强调的理念，科学研究不能局限于实验室里的理论研究，或者是论文里的抽象论述，更绝不能为了科研而科研，脱离实际。相反，科研应直面国家和民众的需求，将科学理论和产业实践紧密结合，真正实现“产学研用”的深度融合与转化。

立足香港，张志辉不断加强与内地研究机构和企业的沟通交流，与全国各地超精密加工同行建立了广泛的合作关系，取得了丰硕的成果。为更好涵盖全国不同地方需求，2024年，张志辉带队前往温州，依托香港理工大学温州技术创新研究院在温州建立了产学研基地－超精密制造技术研究中心，形成“香港－内地”双轨协同发展模式。张志辉担任超精密制造技术研究中心主任，统筹超精密加工技术全国重点实验室在温州基地的科研与成果转化工作。中心基地设于温州市龙湾区，重点围绕先进光学、生物医学、智能精密制造装备及精密测量技术等战略产业方向开展应用研发，致力于突破“卡脖子”技术限制。与当地重点发展产业深度合作，聚焦超精密制造技术领域，促进相关产业在核心技术研发、成果转化、人才培养及创新创业方面的发展。这一合作不仅有助于当地经济的高质量发展，更是对国家产业发展需求的积极回应。

在过去的30年里，一步一个脚印，从超精密加工中心到先进光学制造中心，再到国家重点实验室，张志辉在不同阶段，以不同角色，见证了超精密加工技术全国重点实验室的全部成长历程。在这一过程中，张志辉和他的团队既遭遇过“山穷水尽”的坎坷，也体验过“柳暗花明”的惊喜。在他看来，各种起伏和波折都是人生中必不可少的磨砺，是通往成功的必经之路。星辰大海，逐梦而行，在超精密加工技术这条航道上，张志辉和他的这艘大船不会停下前进的步伐，他们已经把目光投向了更远的未来，将继续在科研的道路上探索、创新，为人们带来更多的便利和幸福。

专家简介

张志辉，香港理工大学工业及系统工程学系超精密加工及计量学讲座教授、超精密加工技术全国重点实验室主任、香港理工大学-温州技术创新研究院超精密制造技术研究中心主任，同时担任长春理工大学兼职教授等职务。亚洲纳米技术和精密工程学会（ASPEN）理事会成员、中国机械工程学会（CSME）-生产工程分会常务委员、国际生产工程学院院士（CIRP Fellow）、美国精密工程学会会士（ASPE Fellow）。

主要研究领域包括超精密加工、精密表面计量学和智能精密制造，先后牵头承担多项重大科研项目的研究，包括香港研究资助局的研究影响基金、合作研究基金、优配研究金/研究用途补助金、香港创新科技署的创新及科技基金、国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划等。迄今为止，撰写和合著3本研究专著、3本编辑书籍、16本书章节及500余篇期刊论文，其中包括300余篇《科学引文索引》（SCI）/《社会科学引文索引》（SSCI）期刊论文，获得30多项专利。先后荣获2008年度ASAIHL-Scopus青年科学家奖－工程技术组亚军、2009年高等学校科学研究优秀成果奖科技进步奖二等奖；2010年和2011年高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖二等奖、英国机械工程师协会（IMechE）2010年度Joseph Whitworth奖、2017年度AM Strickland奖、2017年英国工程与科技学会（IET）创新奖－制造技术类、2020年广东省科技厅科技进步奖二等奖、2023中国银行（香港）科技创新奖－先进制造类等荣誉奖励。