北京科技大学特聘教授，国家人才计划入选者，荷兰Corus集团研发中心首席科学家，塔塔集团全球战略创新研究部主任庄林忠教授应材料学院教育部高性能铝/镁合金材料开发及应用协同创新中心赵宇宏教授邀请，于2025年11月24日至28日，开展为期五天的深度学术交流与科研指导。期间，围绕大语言模型融合机器学习的铝合金铸件成分-工艺智能设计，针对航空航天等高端装备领域对大型薄壁复杂铝合金铸件高性能与高效、低成本制造的迫切需求，就研发过程中面临的合金成分-成形工艺耦合设计复杂、数据极端稀疏、研发周期长、试错成本高等相关核心问题进行了指导，并对LLM知识引导与小数据集机器学习精准优化的“成分-工艺”一体化智能设计技术进行详解，在铝合金构件的自主可控制造提供核心智能化工具方面进行了重点交流，庄林忠教授的到访对于缩短大型薄壁复杂铝合金铸件的研发周期，降低实验与试制成本，提高成品率和最终产品性能起到关键指导作用，为中心师生带来了前沿的学术视角和宝贵的实践经验。同时介绍了国家级科研平台及科研创新团队的规划及发展前景，对协同创新中心的发展提出了宝贵建议，进一步推动了协同创新中心在轻合金材料领域的科研合作与创新发展。
首日参观交流，共话发展蓝图
交流首日，庄林忠教授在协同创新中心师生的陪同下，参观了中心的成果展厅，详细了解了中心在铝合金材料方面的研究进展与应用成果。随后，庄教授实地考察了一系列先进实验设备及铝合金结构件，对中心扎实的科研条件和清晰的学科规划表示高度赞赏。在座谈交流中，庄林忠教授针对高性能铝合金开发提供了在热处和成型工艺方面的经验，就构建全面的“成分-工艺-组织-性能”知识图谱提供关键的工艺维度信息和深刻的机理阐释。结合协同创新中心在铸造领域知识抽取与机器学习模型应用的经验，以及对LLM进行的深度微调进行了交流，确保了机器学习关联性，理解深层物理冶金原理，提升了知识推理的准确性。庄林忠教授丰富的合金设计实践提供了大量隐性的专家经验。同时，他结合了中航工业、兵器集团、中船重工、中车等开发定制化高性能铝合金构件期间的丰富经验，深刻阐述了不同应用场景对材料性能和工艺条件的苛刻要求。直接用于评估和修正LLM的生成方案，并通过人机交互反馈机制，加速LLM的学习和进化，确保其推荐方案的理论依据，具备了工程可行性。结合协同创新中心在铸造工艺和浇注系统设计方面的经验，将零件特征有效转化为LLM提示，共同提升了方案质量与针对性。此外，庄教授结合所在国家级科研平台的建设经验，为中心的未来发展方向、团队建设与人才培养提出了诸多具有战略性的指导意见，为中心的高质量发展提供了重要参考。
深入实验一线，指导工艺优化
11月25日，庄教授来到协同创新中心大型铝合金构件成型工坊，亲自指导铝合金结构件的成型工艺。庄林忠教授在开发国际领先的全自动铝合金生产线的工业化应用中，积累了大量关于工艺参数敏感性、获得了关键影响因素识别以及“实验/仿真数据-工艺优化”闭环的实践经验。这些经验对于判断合金成分/工艺参数组合区域至关重要，结合协同创新中心在优化挤压铸造工艺上的成功实践，及LLM先验知识，显著提升数据获取效率，降低了仿真/实验上的投入成本。同时，庄林忠教授结合多项高性能合金研发项目积累的丰富实验数据和性能关联知识，将结构化的历史数据实施迁移学习、提升小数据代理模型的精度。结合协同创新中心对材料性能复杂关联性的深刻理解，确保获取了关键的物理冶金规律。他结合实际生产条件，对设备服役参数等关键工艺环节进行了系统讲解与现场演示，并就如何实现低缺陷、高性能结构件成型提出了具体可行的优化建议，为相关工艺的改进指明了方向。
倾听工作汇报，悉心答疑解惑
11月26日，庄教授专门安排时间听取协同创新中心的汇报。中心师生围绕多个前沿主题进行汇报。庄教授认真聆听，并就遇到的困惑和难题进行一对一指导，其深厚的学术造诣和循循善诱的讲解令与会师生受益匪浅。特别是针对协同创新开发的LLM知识引导、数据高效获取、代理模型和知识引导多目标优化等核心模块，构建面向大型薄壁复杂铝合金铸件的成分-工艺一体化智能设计原型系统过程进行了悉心指导。对于可扩展的架构，零件要求、性能指标与约束，可视化展示LLM建议、预测结果，获取最优解集。实现与自主开发的EasyCast数据接口，并通过严格测试与优化，确保系统的稳定、可靠与易用。协同创新中心构建的材料相场设计EasyPhase和铸造工艺优化EasyCast宏微观智能控制软件，具备系统集成和GUI开发经验，结合庄林忠教授在大型自动化产线系统集成方面的宏观经验，实现原型系统架构合理、功能完善、稳定易用的探讨。庄林忠教授以航空航天或高端装备领域的典型大型薄壁复杂Al-Si铸件作为案例，利用开发的原型系统完整执行智能设计流程，通过高精度数值仿真验证关键优化方案在缺陷抑制和性能提升方面的效果，并开展样件试制与实验检测。通过与传统方法及基线算法的系统性对比，量化评估本智能设计系统在提升设计效率、降低成本、改善铸件质量与性能方面的显著优势，验证新范式的先进性与实用价值。
聚焦成型技术，探讨材料前沿
11月27日，庄林忠教授针对铝合金成型设备的升级改造与特定铝合金成型技术开展专项指导。他深入分析了铝合金成型过程中的缩孔、卷气等缺陷成因，并提出了相应的工艺改进措施。深度探讨融合LLM领域知识的高效多目标优化工序框架。研究将提炼的参数范围、物理约束、性能权衡等知识形式化与交互机制，以实现知识对优化过程的有效引导。庄林忠教授介绍了曾经在设计满足航空（如高强韧）、国防（如抗爆耐蚀）、船舶（如易焊耐蚀）等多种苛刻且往往相互冲突性能要求的合金时，所积累的大量关于性能权衡的实践经验和物理理解。并结合于形式化LLM提取的知识，指导平衡各项性能指标，并施加合理的工程约束，确保优化结果的实际意义和应用价值。此外，庄教授还系统介绍了铝合金成型的最新研究进展与发展前景，结合具体牌号与成分设计，与团队师生开展了深入的技术研讨，为中心在该方向的研究提供了新思路。
指导材料制备，破解工艺难题
11月28日，庄教授来到铝合金实验现场，指导材料的制备过程。针对成型过程中温度波动大、内部温度监测难等问题，他提出了切实可行的解决方案，并对增强相强化机制给出了重要建议，为相关材料的性能提升提供了关键技术支撑。庄林忠教授介绍了曾经基于国防特种需求的前期装甲轻量化领域的相关合作，所开发的高强度、耐腐蚀、抗爆炸特种铝合金情况，该合金获得了兵器装备集团的高度认可。同时，他介绍了所领导团队开发的十余种专利合金，并成功在美国铝业协会（AA）注册的3个牌号。其优异的综合性能，已被空客A380、波音787选为关键零部件（含铸造成型）的新型设计首选材料，性能满足了超大型飞机的苛刻要求，在空客多种机型及军用车辆设计的首选合金，并得到广泛应用。庄林忠教授在开发高性能铝合金材料方面所积累的宝贵经验协助协同创新中心对铝合金材料的多维一体化具有重要指导意义。
总结与展望
庄林忠教授此次来访，不仅为高性能铝/镁合金材料开发及应用协同创新中心带来了国内外最新的科研动态和工艺经验，也通过实地指导、学术研讨、师生互动等多种形式，显著提升了中心师生的科研视野与实践能力。此次，庄林忠教授重点围绕开发知识-数据驱动的铝合金成分-差压铸造工艺一体化智能设计技术，应用于典型大型薄壁复杂舱体铸件的研制，通过结合机器学习精准优化融合来解决当前该类高端铸件研制，克服成分-工艺耦合设计复杂、依赖传统试错导致研发周期长、成本高、性能难以突破的关键技术难题进行了重点指导，为国防装备等领域提供高效、精准的先进设计和高性能铝合金大型复杂铸件方案建言献策，为增强战略材料及部件保障助力。协同创新中心将以此次交流为契机，进一步深化与庄林忠教授的交流，共同推动铝/镁合金材料领域的技术创新与人才培养，为行业发展贡献更大力量。
