陈晋南，北京理工大学化工与环境学院教授、博士生导师、化学工艺学科带头人。1986年，38岁的她曾义无反顾地辞掉公职，自费留学美国攻读学位，只因心中一直有着一个信念：一定要成为一名承上启下的好老师。1988年，她获得美国纽约市立大学工学硕士学位，6年后又同时获得物理硕士学位和工学博士学位。她曾先后在纽约市立大学美国物理-化学流体动力学研究所和美国约翰•赫普金斯大学化工系从事博士后研究工作。1995年年底被引进回国，任教于北京理工大学。

        《留学生》期刊曾这样介绍她：陈晋南教授是中国高等教育界的一位“侠女”：她武艺高强——卓越的学习能力、科研能力、管理能力;儒雅仁厚——对学生用心，对教学精心，对管理尽心;为国为民——离开美国，回国教学;忠义两全——对得住国家，对得住领导，对得住学生。

        在日前召开的中国合成树脂供销协会2016年一届五次理事会上，中塑在线记者有幸结识陈教授，并在会后邀她做了个人专访。

        【中塑在线】在美国攻读学位学习时，对您回国工作影响最大的知识是什么?

        陈晋南：第一点是美国大学机械工程、化学工程等工科专业的研究生要学很多数学的课程，例如高等应用数学、数学分析、数值计算，我们博士生资格考试时，要考线性代数、高等应用数学、数学分析、数值计算这5门数学课程。我学习的研究生专业课程，每次的作业都要求我们用编程解题来完成。国内化工、高分子材料专业学习的数学和力学知识不够，培养的工程技术人员不具备应用信息技术和软件的基础能力。

        第二点是美国大学生都学习使用软件。1988年，我获得Instructor的奖学金攻读博士学位。我每个星期上5学时本科生的课，讲授计算机辅助设计。出国前，国内还没有PC，我自学了计算机辅助设计软件，讲授CAD课程。给三年级本科生讲授软件的使用，教学生利用软件设计零件，再使用有限单元法分析零件的强度或分析温度分布。早在上个世纪80年代，美国大学生就已开始学习信息技术，学会使用软件。目前国内很多大学，研究生还没有设立数值计算的有关课程。

        当时，我就下决心要把数值模拟的先进技术引进国内，推广它的使用，与企业合作，为企业服务。设立化工应用数学的课程，培养研究生，提高他们的数学和力学水平，让他们学习如何使用信息技术和软件来研究科技问题。

        【中塑在线】1996年您回国工作，在国内率先引进了数值模拟技术和Polyflow软件，建立了北京理工大学化工过程数值模拟实验室，进行高分子材料加工和化工过程的数值模拟。这样的模拟实验对实际的材料加工和生产有什么意义?

        陈晋南：描述高分子材料加工挤出过程的数学物理方程都是非线性方程。非线性方程不能解析求解。在数值模拟技术发明前，非线性方程只能简化，用简单线性方程和化工原理介绍的经验公式来描述。工程中一般使用试凑的试验方法来研发新产品、新设备，试验周期长，成本高，有的产品的研制还存在未知的不安全因素。

        由于高分子材料的种类多、物性差别大，加工成型设备种类多，因此影响工艺过程和控制产品质量的因素很多。制备不同品种高分子材料，以往凭经验设计设备，采用试凑方法确定工艺参数，试制新产品的周期长，需花费大量的人力物力，研发费用高。对于有些特殊产品还有一定的危险性。

        解非线性方程的近似方法变分法由1696年圣彼得堡科学院院士欧拉创始。差分方法的经典著作于1957年问世。电子计算机和现代计算技术的发展使这些近似方法得到了极大的应用。随着信息技术的发展，如今科学计算已与理论分析，实验并列，被公认为当代科学研究的三种手段之一。三种方法的有机结合才能深入研究科研和工程问题。

        为了满足生产实际工程的需要，在高分子材料加工方面，发达国家汇集大量的科技人员系统地开发了一系列软件，很多软件经工程实践考验，成为成熟的商业软件包，其中计算数学和计算流体力学以各种形式起到了重要和决定性的作用。目前，各国广泛地使用成熟的软件数值模拟仿真高分子材料的成型过程，将实验和理论研究相结合，研究物性参数、设备结构和工艺参数对物料加工成型的影响，深入研究高分子材料加工成型机理。我们可利用国际先进的计算软件包，省去编程、调试等许多工作量，大大缩短研发周期，优化试验方案，减少盲目试验的次数，节省试验成本，提高本质安全程度和产品质量。

        【中塑在线】您刚才谈到，使用国际先进的计算软件包，省去编程、调试等许多工作量。目前国际都有哪些数值计算软件可以用在高分子材料的领域?能请您介绍一下这些软件吗?

        陈晋南：目前国际上有许多成熟的商业软件可以用于高分子材料领域和化工过程，例如FLUENT、PHOENICS、ANSYS CFX、GAUSSIAN、MATERIALS STUDIO。我简单介绍一下这些软件。

        FLUENT是目前国际上比较流行的CFD软件包。FLUENT包含丰富先进的物理模型和物性参数的数据库，可用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂牛顿或非牛顿的流动，凡是与流体、热传递和化学反应等有关的工程领域均可使用。

        PHOENICS是英国CHAM公司开发的模拟传热、流动、反应、燃烧过程的通用CFD软件，应用领域包括航空航天、能源动力、船舶水利、暖通空调、建筑、海洋、石油化工、汽车、冶金、交通、燃烧、核工程和环境工程等。

        ANSYS CFX是由英国AEA公司开发全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，后来被ANSYS收购。用于模拟流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧问题，可应用于航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、防火安全、冶金、环保等领域。

        GAUSSIAN是美国Gaussian公司的量子化学软件，是研究取代效应、反应机理、势能面和激发态能量的有力工具，可数值研究高分子能量和结构、过渡态的能量和结构、化学键、反应能量、分子轨道、偶极矩和多极矩、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、NMR、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径，模拟气相和溶液中的体系，模拟基态和激发态，可揭示高分子材料的微观性质。

        MATERIALS STUDIO材料模拟软件是美国Accelrys公司的高度模块化的集成产品。该软件包括量子力学QM、线形标度量子力学Linear Scaling QM、分子力学MM、分子动力学MD、蒙特卡洛MC、介观动力学MesoDyn和耗散粒子动力学DPD和统计方法QSAR等几十个模块，可数值模拟研究高分子材料的力学与分子动力学、晶体生长、晶体结构、量子力学、界面作用、定量结构。

         【中塑在线】您在理事会创新专题讨论环节中讲到希望更多的企业能使用数值模拟新技术，相比国外，国内企业在新技术和分析软件的利用上是否还存在很大的差距?

        陈晋南：国内企业与国外企业在新技术和分析软件的利用存在很大的差距。发达国家使用材料软件研究材料配方，预测材料的性能，优化配方后，再在实验室研制材料，大大缩短了新材料的研发周期，节省了成本，提高了本质安全的程度。美国媒体CNN报道，在美的三位科学家：哈佛大学教授马丁·卡普拉斯，斯坦福大学教授迈克尔·莱维特和南加州大学教授阿里耶·瓦谢勒科研成果是用计算机模拟化学实验，突破传统“试管实验”局限性，荣获化学诺贝尔奖。化学家用棍子和小球搭建复杂模型的时代在他们手上终结。三位得奖者的努力，使得如今的计算机程序可以对化学反应详细描述并进行复杂预测。计算机成为化学实验室中不可或缺的实验手段之一，他们所得出的方法既简单又保证了极高的准确性。

        在合成树脂方面，应用模拟技术的差距很大。我国不少单位购买了MATERIALS STUDIO材料模拟软件，使用该软件研究问题发表了一些论文，鲜见使用该软件合成新材料的。

        目前，国内塑料行业开发新设备绝大多数采用试凑的试验方法，凭经验或模仿设计加工设备结构，用大量的试验确定操作工艺条件。国外开发新设备，首先测定物料的流变性能，确定描述该物料性能的本构方程，建立描述成型加工过程的方程，使用计算机和成熟软件，在计算机上做挤出、吹塑、注射等成型试验，优化设计加工设备结构和确定操作工艺条件。再制造机器设备和做成型试验，数值模拟的结果指导了设计和试验工作。

        【中塑在线】目前国内塑料加工企业对数值模拟这类技术的利用情况怎样?产生这种差距的原因是什么?

        陈晋南：目前，国内很多的大学和企业都购买大型商业软件，学习了软件的使用和操作，使用新技术研究科学和技术问题，推动了塑料行业的发展。我们课题组与企业合作、为企业服务，根据工程的要求数值研究高分子材料螺杆挤出过程和成型机理，正交设计了螺杆元件的组合，优化螺杆结构，比较研究了螺纹块与捏合块的功能，模拟仿真了不同物料粒子的运动轨迹，动态模拟了双螺杆挤出中物料混合过程，研究了三螺杆的挤出特性，研究了销钉机筒挤出机螺杆混和段的混合性能，优化设计螺杆挤出机的模具，研究螺杆机筒和口模组合流道物料的流场，数字设计橡胶密封条挤出模具，研究了头部无螺纹和有螺纹注射螺杆的性能，研究工艺参数对注射螺杆流道中熔体流场各物理量的影响，研究物性、工艺条件对不同材料共挤出的影响，数值研究螺筒结构对挤出机性能的影响，数值模拟优化带把手HDPE油桶挤出吹塑型坯壁厚，研究了型坯温度对HDPE油桶成型的影响，为企业新型螺杆和模具的设计，工艺条件的优化提供了理论依据和技术支持。我们课题组用数值模拟研究特殊聚合物加工成型，取得了突破性的成果。

        我国数值计算的应用属于起步阶段，还需深入发展。我担任国家自然科学基金的面上项目和青年基金项目评审邀请(有机高分子材料学科)的通讯评审专家，回国以来我有幸审核了不少申请报告。由于不少国内核心期刊的信任，我审核了很多有关数值模拟的论文。在审核工作中，我发现了不少好文章。

        这里我要谈的是发现的一些共性问题：

        1. 本构方程是错的，数值模拟的结果也就是错的。具体有以下5种情况：

        (1) 没有认真测试物料的流变性能，因为每种流变测试仪器都有一定的测试范围，错误的使用流变仪，测试的数据就会有问题;

        (2) 有的没有测试低剪切速率或高剪切速率下物料的流变数据，得到物料的本构方程是线性的，不能描述物料的流变性能;

        (3) 有的随意从软件的数据库选择物料的本构方程;

        (4) 流变仪的工作原理基于牛顿内摩擦定律，高分子材料是非牛顿流体，必须进行Bagley，壁面滑移和Rabinowitsch校正。不少人没有进行校正，直接把测试的物料的表观黏度当物料黏度使用，不处理数据。

        (5) 有的国产流变仪设备结构看上去不错。但是，非常遗憾处理流变数据的软件使用的方程是错误的，处理得到的数据必定也是错的;

        2. 由于数学和力学的基础不好，参照他人发表的论文，随意选择数学模型。

        3. 错误或不会分析数值模拟的结果，无法指导工程实际。

        4. 有的文章没有设立工艺条件和边界条件，就有计算结果，不知结果是怎么算出来的。有的干脆抄袭他人的数值模拟图。

        以上4种问题，导致数值模拟物料的加工过程的结果是错误的，不能指导设备的设计，确定的工艺条件也是错的。

        这其中最严重的问题是学术界的学术腐败问题。个别人抄袭他人发表的论文的计算结果和数值模拟图。这里列举两例：2003年Polyflow用户大会上，我指导的博士生胡冬冬公布了三螺杆的研究成果。2004年，在化工学报我们发表了啮合同向三螺杆挤出机中三维等温流动的数值模拟的文章。北京化工大学的一位教授阅读论文时发现了抄袭问题，电话通知我，国内某大学的老师把我们研究的图粘贴到自己的论文中投稿到国外。后来，我认真核对了这位年轻的老师在国外发表的两篇论文，发现存在严重抄袭问题。他研究的材料是PP，螺杆的外径是45mm，胡冬冬研究的材料是LDPE，螺杆的外径是53mm。他发表的文章中，中心区粒子的停留时间分布曲线与胡冬冬得到的完全一样，连图中的材料都还是PE，不是他研究的PP。他得到的四螺杆中心区粒子的停留时间分布曲线也与胡冬冬研究的三螺杆一样。为了维护中国的声誉，我考虑再三没有给国外的编辑写信，揭露这个抄袭问题。

        在审核2008年国家自然基金时，我发现还是这位大学老师，他在申请中写道：“对于多螺杆挤出机混合机理的研究，国内外处于空白状态。”为了申请经费不惜造假。当然他没有申请到这一年的国家自然基金。但是，他没有接受教训和改正错误，后来申请了省里的基金。大学老师不讲诚信，学术造假，不能坚守诚信基本道德的底线，还怎么教书育人。这是非常让人痛心的事。

        还有一次，我审核论文时，发现一篇论文求解的问题是20年前就已经求解过的，而他引用的文献却是近期的，来说明自己研究的问题没有人做过。由于他不理解抄袭的公式，得到的数值模拟图是从另外的地方复制的。这也说明有个别导师没有认真审核自己学生撰写的论文。

        对于学术腐败问题，我个人认为不讲诚信，浮躁急于求成，急功近利是第一个原因，第二个原因是不重视基础研究，化工和高分子材料的科技和工程技术人员数学和力学基础不好。国家和行业需要加大企业和科技人员诚信教育，加大对侵权和违规的打击力度。希望我们的行业协会充分整合调动大学、大型企业各种资源，举办新技术、新理论培训班推广新技术，提高工程技术人员理论水平，使学者和技术人员有更多的共同语言，便于更好地合作。我相信，一定有不少老师和科技工作者原意提供服务。我们课题组也愿意提供服务。

        【中塑在线】您刚才谈到行业协会的作用，您认为行业协会应该如何发挥作用?

        陈晋南：行业协会最重要的职能归纳为：一是中介组织，要起到在政府和企业之间起桥梁和纽带作用；二是服务职能；三是提供信息；四是培训功能；五是参政功能。我校继续教育学院的团队曾经研究了行业协会的历史沿革和作用。2007年继续教育杂志连续3期发表了我们的研究成果《借鉴国外行业协会经验，加速我国继续教育协会的建设和发展》，有兴趣的朋友可以查阅我们的文章。

        进一步了解陈晋南教授辞掉公职赴美留学的经历以及对中国传统高等教育的深刻反思，请点击：http://info.21cp.com/industry/News/201603/1117354.htm