自主创新，引领未来！航空工业“S形试件”成为国际标准

切削中的“S形试件”。

国际标准化组织机床技术委员会到成飞参观“S形试件”切削现场。

团队成员在做“S形试件”几何形状自身精度和机床加工精度关联分析。

国内专家组现场指导“S形试件”国际标准的制定。

攻关团队创新提出将“S形试件”作为五轴联动数控机床验收标准。

国际标准化组织机床技术委员会现场。

位于成飞航空主题教育基地的S形试件长椅。

11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。由航空工业成飞牵头攻关的“五轴联动数控机床S形试件检测方法及加工精度提升技术”获得国家科技进步二等奖。

迎难而上 无畏挑战

20载2020年1月29日，国人迎来一个期待已久的好消息：“S形试件”历经12次国际会议，优化迭代9个版本，正式作为国际标准ISO 10791-7:2020《加工中心检验条件第七部分：精加工试件检验》对外发布。

这是我国在世界金属切削领域的首个国际标准，它实现了中国在这一领域零的突破。

翻读厚重的历史，每一步都在求索与奋斗、创新与超越交织辉映中坚韧前行。

20世纪90年代，为满足我国航空工业快速发展的需要，成飞开始使用五轴联动数控机床加工零件。在一切操作正常的情况下，机床却频频发生零件铣伤事故。

“当时百思不得其解，问题究竟出在哪里。我们检查了很久，都没有找到原因。”时任成飞数控加工厂厂长的汤立民回忆当时的情况。“如果这么先进的设备都没法正常使用，我们肯定是有责任的。”

为尽快找出问题所在，汤立民紧急组织技术骨干成立攻关团队，对设备运行状态进行全程跟踪。然而零件再次发生铣伤事故。每一次铣伤就像是割在他们身上一道道无法愈合的伤口。“该怎么办？”他们一筹莫展。

某天下午，下班后，他们仿佛约好了一般，没人离开工位。“走，再去现场看看！”汤立民带着宋智勇、崔雅文等技术骨干，来到设备前，一遍遍地检查、讨论。他们决定用当时公认的国际标准圆锥台试切件，再次测试。一遍遍的测试中，事情终于有点“眉目”：他们发现故障位置集中出现在空间曲面上具有开闭角转换特征的位置。原来是摆角快速旋转造成了零件铣伤，可以说，这是机床精度出现了问题。

“机床是按照当时行业公认的验收标准严格验收合格的，怎么会出现铣伤问题呢？”

经过深入了解，他们发现，近年来，数控机床行业迅猛发展，机床加工技术不断进步，然而验收标准还是20多年前制定的，已经不能满足当下高端机床检测的需要了。20年来，许多国家曾经尝试制定新的标准，但标准多数被机床制造强国掌握，其他国家缺少话语权，加之五轴联动数控机床的精度检测难度太大，各国的尝试均以失败告终。制定全新的五轴数控机床精度测试和评价标准，成为当今一个世界性难题。此刻，这道难题正摆在中国人的面前。

历史总会在一些特殊的年份给人们汲取智慧、继续前进的力量。“不能总被人牵着鼻子走，我们自己干”，中国人做出了这样的决定。

一约既定，万山难阻。结合试验件的结构特征，攻关团队对零件经常出现的问题特征进行提取、归类、抽象和简化，历经反复的论证和大量的试切、修正，在众人的千呼万唤中，1999年一种实现多方面技术创新，综合变曲率、跨奇异、变扭曲特征的“S形试件”作为五轴联动数控机床验收标准被正式提出。

2000年，成飞公司尝试使用“S形试件”，对其购买的机床进行验收。然而通往未来的路总是崎岖又漫长。

“‘S形试件’对机床的动态性能提出了更高、更严苛的要求。很多机床企业认为我们故意为难他们”，多次参加机床验收的郭志平回忆说。

“我不相信你们能切合格。”2007年，在航空工业的帮助下，成飞公司决定购买一款五轴联动数控机床。开始验收时，厂家自信满满：“没问题，我们的机床是按照国际标准严格测试过的，什么试切件都能切出来。”实际操作时，却怎么也切不出合格的“S形试件”。这使得厂家对“S形试件”测试标准提出了巨大质疑，项目几乎停滞。令他们万万没想到的是，成飞公司组织团队专赴验收现场，不仅把它切了出来，更利用“S形试件”进一步提升了机床的加工精度和效率。

“S形试件”在应用中得到不断优化完善。2009年和2011年，“S形试件”先后获得国家发明专利和美国发明专利授权。

“S形试件”作为五轴联动数控机床验收标准，创新性提出了五轴联动加工精度“S形试件”检测技术、基于“S形试件”的机床五轴联动精度控制技术和五轴联动加工工艺优化技术，以其精准、可靠的实用性，一次次经受住考验，逐渐被行业认可。“S形试件”初露峥嵘。

一路求索 一路前行

2012年5月1日早上8时，一个陌生的电话打进时任数控加工厂副厂长郭志平的办公室：“我是全国金属切削标准化委员会秘书长李祥文，现邀请你们5月17日参加第73届国际标准化会议，并用英文对‘S形试件’做一个介绍。”“S形试件”国际标准申报之路就此拉开了帷幕。

5月17日，在国际标准化组织机床技术委员会第73次会议上，刚从国外访问归来的牟文平用流利的英文全面介绍了“S形试件”标准。“本来那次汇报没有进入正式的议程。我没想到，报告一结束，全场响起了热烈的掌声。特别热烈！委员会还邀请我们参加下一次会议，做正式的提案报告。”牟文平回忆起当时的情景，仍难掩激动。

同年9月，在瑞典召开的第74次会议上，“S形试件”国际标准申报正式立项，进入工作组草案阶段。这是有史以来，我国金属切削领域唯一一个获得正式立项的国际标准。这是“S形试件”成功迈向国际标准的第一步。

在国家工信部和国家标准化管理委员会的鼎力支持下，在中国机械工业联合会、中国机床工具工业协会以及航空工业科技管理部门的指导帮助下，航空人踏上了申报国际标准的新征程。

此前，中国乃至亚洲在金属切削领域尚未有一项国际标准。面对毫无先例可循的申请之路，航空人会遇到怎样的挑战，未曾可知。他们只能一路摸索，一路前行。

在第75次会议上，申报团队因为经验不足、沟通不畅，对问题的回答未得到专家认同，草案被意外驳回。在随后的会议上，各国专家围绕“S形试件”定义、工艺引入误差、测量方法等方面更是提出了海量的技术问题。

2014年5月13日，在意大利米兰的第77次会议上，外方专家直击要害：国际标准规定，数控机床检测不能在奇异值区域进行，并提出了去除奇异值区域的简化“弧形试件”标准以替代“S形试件”。“S形试件”国际标准申报之路遭遇了最大的一次危机。

“当时我就懵了。这个问题是第一次提出来，我们没有任何准备。如果给不出合理的解释，这对‘S形试件’标准申报来说，打击将是毁灭性的。”牟文平说。“我当时提出，请专家给我们一个晚上的时间，第二天再讨论这个问题。”

艾青曾在《光的赞歌》中写道：“只有通过漫长的黑夜，才能喷薄出火红的太阳。”用这句诗形容当时的情况，恰如其分。一个晚上的时间，他们必须完成理论分析和实验验证两方面的工作。理论分析他们可以在国外进行，但试验验证必须依靠国内完成。一个晚上的时间，国内能否完成相关实验，能否准时把数据传到国外，一切都是未知数。

这天夜里，北京时间凌晨0时30分，成都，几个人顶着夜色急匆匆地走进成飞。此刻，距离米兰第二天会议开始仅剩12小时。按照申报团队发回的要求，制定测试方案、试验分析、整理数据、整合报告，一支临时召集的团队连夜对奇异值区域展开实验验证。他们心里很清楚：“如果不能及时拿出充分的试验数据，‘S形试件’国际标准之路将就此止步。”

此刻的米兰，申报团队正在焦灼的等待。时间一分一秒地流逝，国内还没有数据传来。

“直到会议开始前的一小时，我们才拿到数据。”时任数控加工厂厂长的隋少春说：“会上，我们用翔实的理论分析和精准的实验数据充分证明了奇异值区域测试与国际标准没有冲突。我们在如此短的时间内拿出全方位的证明，与会专家一致给予高度认可，就连当时提问的外方专家都主动过来握手。”

此刻的成都，一群人拖着疲惫的身体走出厂房，阳光铺洒在他们身上，如此温暖和煦。

“笑看人生高峰处，唯有磨难多正果。”此次会议，中国申报团队的专业素养赢得了国际标准化组织机床技术委员会的普遍赞誉。“S形试件”保住了国际标准的申报资格，在之后不断地切磋交流中，“S形试件”逐步得到各国专家的广泛支持和认可。

正如国际标准化组织机床技术委员会主席吉多·弗洛鲁森所说：“我们称该试件为‘中国龙’。它可以更好地帮助用户获知五轴机床的真实性能和精度，这是中国对机床精度检测做出的重要贡献。”

未来可期每一分努力都不会被辜负

2019年5月13日，日本广岛第84次会议，“S形试件”国际标准最终草案第一版获得通过。

2019年12月12日，国际标准化组织机床技术委员会全票通过“S形试件”最终版国际标准草案，正式同意将“S形试件”列为国际标准。

对于航空工业来说，这仅是他们全面推进技术创新的一小步，但对于提升我国机床行业在该技术领域的国际标准话语权和国际影响力来说，却是一大步。忠诚奉献、逐梦蓝天，历经20载的风雨探索和执着创新，“S形试件”终于成为国际标准，如今更是获得了国家科技进步二等奖。一路走来，他们不仅收获了国际友谊、熟知了国际规则，更助力了国产五轴联动数控机床的研发和应用，为我国带来了巨大的经济效益和社会效益。

自主创新是大国崛起的必然选择，是攀登世界科技高峰的必由之路。正如习近平总书记所说“只要路走对了，就不怕遥远”。未来已来，此刻的中国，正以高标准助力高技术进步，促进高水平开放，引领高质量发展。自主创新，全面助力国家高水平科技自立自强，我们的脚步永不停歇。（作者：常庆星　易舒 方蕾　李源益）