北京奥运会主火炬照明系统设计

北京奥运会主火炬照明系统设计

第29届北京奥运会于29日举行。世界关注的焦点是北京。一场精彩的体育盛会让北京赢得了世界的喝彩,“鸟巢”更成为北京新一代地标性建筑。奥运期间,“鸟巢”中的奥运会主火炬一直在灯光的映衬下熊熊燃烧,而完成主火炬照明系统设计及现场调试的正是北方工业大学教授、博士生导师张卫平和他带领的绿色电源科研团队。张卫平的“电力电子”实验室2008年7月中旬,北京奥运会开幕在即,张卫平突然接到一个紧急的任务,北京奥组委有关部门委托他负责设计国家体育场主火炬的照明系统。主火炬照明系统的设计和安装调试任务非同一般,离奥运会开幕不到一个月,任务光荣而艰巨。张卫平带领科研团队的成员,顶住压力大胆攻关,最终圆满完成了主火炬照明系统的设计及现场调试任务,赢得了北京奥组委及各界的充分肯定和赞扬。“鸟巢”主火炬的照明系统由20盏1.2kw的金属卤化物气体放电灯、镇流器和控制柜三部分组成,其核心技术是张卫平教授及其绿色电源团队10余年从事影视照明系统研究的成果。上世纪90年代,影视拍摄的照明设备完全依赖进口,价格高昂,国内的生产厂商想制造替代产品却因为没有核心技术而一筹莫展。在当时,这个技术难题难倒了许多科研院所,有的认为难度太大不敢接手,有的研究了半年时间却毫无进展。1994年8月,原中国电影器材公司的领导找到了时任北方工业大学电工学实验室主任的张卫平,请他帮忙解决这项技术难题。面对这样一块“烫手的山芋”,张卫平经过再三考虑,抱着试试看的心态把项目接了下来。张卫平把几名专业教师组合到一起,临时成立了课题小组,在一无相关经验、二无专业设备的条件下从零开始课题攻关。经过7个多月的反复摸索、不断试验,终于研制出了国内第一个用于影视拍摄的交流无频闪电源。“交流无频闪电源”的成功研制为张卫平带领的课题小组打开了一条全新的科研道路。在课题小组的基础上,张卫平组建了电力电子科研团队,对影视照明设备进行深入研究和不断改进。通过多年的探索,团队研制的照明设备用电子电源替代了电感电源,运用了功率因数校正、抗谐波干扰、软开关等多项先进技术,能够满足当前数字影像设备高速拍摄的各种严格甚至苛刻的要求。由此出发,张卫平进一步扩展科研思路,提出建立以研制“高效节能、无污染、抗干扰”的电源设备为主要方向的“绿色电源”实验室。2000年实验室成立,研发的交流无频闪MH灯用电子电源得到了广泛的应用。这套设备不仅成为应用在“鸟巢”中的唯一国产照明系统,之前在2005年德国慕尼黑国际车展和2006年多哈亚运会等国际重大活动中也多次被采用。在张卫平教授的带领下,绿色电源实验室在与相关企业合作研发的同时,积极申请北京及国家自然科学基金的资助,将横向科研和纵向科研相结合,由应用研究向应用基础研究迈进。由此,科研团队实现了一步一个脚印,一年一个台阶。以绿色电源为依托,科研团队2002年申请到北京市自然科学基金,2003年申请到国家自然科学基金小额资助项目,2004年申请到国家自然科学基金重点资助项目。2007年,团队联合西安交通大学、江苏宏微集团,申请了由国家发展和改革委员会支持的国家新型电力电子器件产业化项目,项目科研总经费达到450万元。在对电力电子技术的学术研究过程中,张卫平教授带领科研团队主持完成了国家“八五”和“九五”攻关项目各1项、国家自然科学基金项目3项、国家重点技术创新项目1项、北京市自然科学基金项目1项、省部级重点课题两项。张卫平作为科研团队的领军人物,在开关变换器的建模、控制、负载匹配等研究领域作出了突出贡献。他本人发表学术论文82篇,其中30篇被EI或ISTP收录,获国家专利5项,编著出版教材与专著3部。张卫平教授作为一名有着广泛社会声誉的电力电子专家,目前担任北京理工大学兼职教授和博士生导师,是教育部电气工程及其自动化专业教学指导委员会委员,中国电源学会常务理事、科普工作委员会主任,中国北京电源行业协会常务理事、专家工作委员会委员和IEEE会员。电力电子专业是一项复杂的课程一个中秋节的晚上,张卫平教授突然接到电话,一家生产电源设备的公司向他求助,他们公司一批第二天即将出口巴西的电源产品发货检测时全部不能正常工作。张卫平教授带领团队成员立即赶到了公司现场。经过认真排查,发现是电源的电路设计存在缺陷,高负载下无法工作。张卫平连夜为这批电源重新设计了电路,对其进行了改进。生产厂家按张卫平教授的设计方案重新生产,经检测产品全部合格,新生产出来的电源产品得以顺利出口。张卫平教授作为电力电子技术专家,从来都是这样不分昼夜、不辞辛苦地奋战在科研生产一线。科学探索的征途中容不得半点怠惰,需要的是锲而不舍、刻苦钻研的精神。张卫平教授有一个习惯,看过的每一本书都要做详细的笔记,他总是说:“书本是别人的,只有把它读到脑子里才能变成自己的。”直到今天,他学生时代的课本和读书笔记都还完好地保留着,而且放在手边,在科研工作中遇到问题的时候就会拿出来翻翻,寻找解题的灵感和思路。从事电力电子学科教学20多年,张卫平教授对于学科基本知识已经烂熟于心,但每学期开学之前,他总是把新课本中的每道课后习题重做一遍,工工整整地誊写下来。每堂课之前,他总是再三修改自己的课件和教学提纲,力求把知识更好地教授给学生。张卫平教授对待学术和教学总是慎而又慎,在撰写学术论文或授课讲义时,他总要字斟句酌,反复修改,直到满意为止。进入新千年,电力电子技术蓬勃发展,航空、航天、信息、新能源等领域急需掌握电力电子技术的专门人才,张卫平作为电力电子专业的教师和研究者,深感肩上的责任重大。为了把握电力电子学科的前沿动态,他出国时总会买一些国外的电力电子教科书和相关的科技资料。如果有同事出国,他也会请其带几本基础教材回来,一方面能够及时把握国外电力电子学科领域的研究方向和水平,另一方面能够从对国外基础教材的研究中吸取新的课程教授的方式方法,把国外好的教学经验运用到自己的教学中。张卫平教授在认真学习、研究国内外教学成果的基础上,结合我国工业界的发展现状,提出了“器件为电路服务,电路为系统服务,系统为应用服务,教育为工业服务”和“推广数值分析和设计方法”的教改思路,实施了一套与国际教学发展趋势基本同步、与我国工业界需求和当前技术发展基本一致,与学生已掌握的基础知识基本协调,时代特征鲜明的电力电子技术基础教学内容体系,建立了以培养学生扎实经典理论功底为根基,以强化学生工业应用背景为空间的“顶天立地”的课堂教学方法,创建了常规基础实验、综合设计实验、创新研究计划和高级演示实验4个层次,以实验研究为基础,多层次、多渠道培养学生创新能力的实践教学体系。张卫平教授对电力电子课程体系的改革和探索成果,被北京市教委教育教学改革专家组评价为“达到国内领先水平,居世界先进水平”,大大推动了国内电力电子课程教学改革的进程。由于在教学岗位上的辛勤耕耘和不倦探索,张卫平教授为学校电力电子专业建设的发展作出了突出的贡献。他主持创建的绿色电源实验室作为学校电工电子实验教学中心的重要组成部分,被评为市级实验教学示范中心。由他主讲的课程“电力电子技术基础”先后被评为市级精品课程和国家级精品课程,他主持的教育教学改革成果获得市级高校优秀教学成果二等奖。他本人也荣获了多项荣誉:1992年被评为北京市优秀青年骨干教师,2006年入选“北京市属市管高校拔尖创新人才”,2008年被评为北京市教学创新人才。张卫平教授:从学生实际出发,培养学生的团队协作精神和工程实践素质张卫平教授的课堂常常是座无虚席,吸引了众多学生。学生都说张老师所讲授的课程虽然难,但大家都很愿意听。他在课程讲授中由问题讲知识,以知识讲思想,由思想讲方法,由方法谈系统,由系统谈应用,让学生培养兴趣,精通经典,启迪思维,掌握方法,提高学生的自主学习能力和解决实际问题的综合能力。在教学中,他注重将学术优势转化为教学优势,将科研成果转化为教学内容,及时更新课堂教学和实验教学的内容,使教学内容和学科前沿保持一致,不断得到更新和拓展。张卫平教授的课让每一位听课的学生受益匪浅,也让越来越多的学生喜欢上了电力电子这门学科。电子信息工程本科专业2000级学生张东辉就是在张卫平教授的课堂上对电力电子产生了极大的兴趣。在张教授的指导下,他在三年级时就进入实验室开展课题研究,不久后参加了大学生电子设计竞赛,凭借在“高频功率放大器”设计上的突出成果获得全国大学生电子设计竞赛北京赛区二等奖。随后,他又进入了科研团队参与教师课题研究,本科在读期间就发表了学术文章,其结合实际课题完成的毕业设计还参加了国家专利的申请。谈起张卫平教授,张东辉满怀感激地说:“是张老师手把手把我领进电力电子学科的大门。”现在的张东辉在航天院研究所工作,专门从事电力电子方面的研究,电力电子已经成为他终身选择的事业。鼓励本科生参与科学研究,带领他们走入实验室是张卫平教授在学生培养上的一个显著特点。为了帮助学生顺利完成试验课题,他经常与学生在实验室里工作到深夜,同学生一起在实验室度过很多个节假日。张卫平教授广博深厚的专业学识、勤奋忘我的敬业态度和刨根问底的钻研精神深深感染了他的学生。在他的带动和辅导下,许多学生在科研上取得了突出的成绩。近5年来,他指导的本科生、研究生47人,在读期间发表论文38篇,其中IEEE收录18篇,EI收录6篇,ISTP收录13篇。他指导的本科毕业生在毕业设计中可以达到完成一个完整的电力电子小系统设计的水平。激发学生的学习兴趣,鼓励学生参加课外科技活动,培养学生的团队协作精神和工程实践素质是张卫平教授教书育人的一项重点工作。每两年一届的全国大学生电子设计竞赛,是由教育部主办,面向全国大学生开展的信息与电子类学科最高水平的一项赛事,北方工业大学的参赛学生一直有着骄人的战绩。从2001年起,凡涉及电力电子技术内容的题目,均获得全国奖项,其中获全国一等奖两项,全国二等奖两项,市级奖励10余项。这些成绩的取得与作为电力电子教学团队负责人的张卫平教授有着密切的关系,他本人作为指导教师曾获得过4个全国奖项。“教书是手段,育人是目的。”张卫平教授经常告诉年轻教师,要善待学生,不要因为学生不懂而责备学生,作为教师必须首先爱学生,才能去教育学生。张卫平教授在担任本科生班导师时,关心班级学生生活的各个方面,鼓励班级学生刻苦学习、全面发展,所带班级学生的大学英语四级一次性通过率在全校名列前茅,两次获得北京市优秀班集体称号。张卫平教授获得了众多荣誉,2006年,他被学生评选为第一届校级“十佳教师”,200