潘際鑾是我國焊接領域的開拓者。上世紀50年代初,我國第一個焊接專業哈爾濱工業大學焊接專業以及清華大學的焊接專業,都由他籌建
用機器人替代人工焊大型結構,這是一塊硬骨頭,我已經啃了30年。現在還要抓緊時間,和年輕人一起,真正把這塊硬骨頭啃下來
▲潘際鑾與焊接機器人。 圖片來源網絡
新華每日電訊記者尹平平
工業機器人的手,早已經伸到了焊接領域,但麵對火箭、航母、油罐等超大型工件,依然束手無策。
僅從技術層麵而言,潘際鑾團隊研發的無軌爬行焊接機器人,事實上早在十幾年前就攻克了這一難題。
在垂直或彎曲的金屬板上,這些聰明的家夥自己尋找焊縫,自主計算焊縫中央位置,最後完成精確縫合。
然而,在這項價值上千億元的科研成果和產業化之間,還存在另外一道縫。焊上這道縫,對於這個團隊來說,是另外一種挑戰。
2008年,江蘇一家企業和團隊簽訂技術合作協議,卻沒能進一步堅持,轉而去做了短期內能更快收回成本的其他產品。2016年,來自河北的房地產老板,表示有投資的興趣。年近90歲的中國科學院院士潘際鑾冒著大雨坐了5個小時的車過去洽談,結果仍是不了了之。
老板們對跑來跑去能說會跳的機器人更感興趣,見效快,也賺錢。但我去做那些,就沒有味道,因為它們解決不了我最關心的問題。潘際鑾說。
為解放辛苦作業的焊接工人
潘際鑾是我國焊接領域的開拓者。上世紀50年代初,我國第一個焊接專業哈爾濱工業大學焊接專業,以及清華大學的焊接專業,都由他籌建。
焊接的研究絕不僅限於實驗室。從接觸焊接起,他就經常跑工地,和工人師傅們共同解決技術問題。這項工作的辛苦,他再熟悉不過。
曾師從潘際鑾的福州大學前校長吳敏生清楚地記得,1979年5月,潘老師赴成都參加全國焊接學術會議,回來後一度寢食難安,不厭其煩地向學生們描述:
一位工人使用傳統的焊機,從內外雙麵,焊接大直徑合金鋼罐體。罐體管壁厚100毫米以上,為達到工藝質量要求,管件必須預熱到200℃。因此工人身穿厚厚的石棉服蹲在一個小小的鐵籠裏,然後鐵籠被吊車吊進罐內。
200℃的高溫使水一下子就變成了蒸汽,但工人們硬是要在這裏堅持十幾分鍾。灼人的高溫使狹小的空間裏聚集了大量有害氣體,救護車必須一直在場,隨時準備搶救休克的工人。
這位焊接專家對此深感內疚。從那時起,潘際鑾就有想法,總有一天,要實現大型工件的焊接自動化。
一次考察期間,潘際鑾看到美國一家公司研發的焊接機器人,可以像跳蚤一樣沿軌道爬到工件上焊接,他由此得到啟發,產生用爬行式焊接機器人解決大型結構焊接自動化的構想。
他對清華機械係焊接教研室的高力生等人說:這是我們的研究方向,將來我們焊球罐、軍艦、巨輪,也要讓機器人爬上去焊,不用焊接工人再那麽辛苦,而且不要再鋪軌道。
一套別墅換不來的關鍵技術
實現這個想法的關鍵,在於研製出一個可以擺脫軌道自主爬行的機器人。這個機器人的雛形,直到1997年才由閆炳義和他的夫人盧勤英設計出來。
閆炳義是從上世紀50年代就開始和潘際鑾合作的焊接技師。1997年,閆炳義已經退休,卻仍惦記著老哥兒幾個的未竟事業,終於琢磨出了無軌電磁爬行機。
這個爬行機具備在大型結構件外立麵進行噴漆、檢測等多種使用前景,很快有人上門求購,張口出價二三十萬。那個年代的二三十萬,可以在北京郊區風景秀美的地段買一套別墅。
當時的潘際鑾正在南昌大學當校長,主要精力放在讓南昌大學早日進入211。來北京開會的間隙,閆炳義夫婦邀潘際鑾參觀他們的爬行機。潘際鑾敏銳地認定,以此為基礎,製作爬行式焊接機器人,就能解決大型結構焊接自動化的問題。他再三叮囑閆炳義誰也別賣,並把高力生等人叫來,對爬行機進行進一步改造。
研究工作隨後兵分兩路:閆炳義、高力生、盧勤英及部分研究生在清華大學開展研究；當時在南昌大學機電工程學院當教授的張華帶領部分研究生在南昌大學從事研究。課題組先後研製了電磁式、履帶永磁式、輪式、輪履結合式四代機器人。
每一代機器人的分娩過程都十分不易,曾經有一段時間讓我們很難熬,因為不知該怎麽解決機器人負重的問題。研究團隊為此進行了大量的實驗,克服了無數困難。回顧這項研究時,當時的課題組成員、現任南昌大學機電工程學院院長張華不勝感慨。
如果想要擺脫軌道,隻會爬還不行,爬行機還需要一套跟蹤機構。經過長達10年的研究,潘際鑾團隊終於研製出無軌導全位置爬行焊接機器人,並申請獲得了美國專利。2003年11月,國內焊接行業全部院士和數名頂尖級專家對項目進行了鑒定,一致認為其成果的技術集成與創新處於國際領先水平。
2006年,在有著焊接界奧運會之稱的北京埃森焊接與切割展覽會上,這款機器人一露麵便成為全場焦點。
截至2016年12月20日,最後一項863計劃課題結題時,他們研發的無軌導全位置爬行焊接機器人,所涵蓋的技術已經橫跨機械、物理、數學、控製、軟件、焊接等多個領域,其中光數學算法就多達上百項。
現在全世界的大型結構,火箭也好、航母也好,絕大多數都還是人工焊。即使有自動焊的,多半也需要人工參與,還沒有純交給焊接機器人的。所以為什麽我90歲了,還在想搞這個東西?就是因為看到沒人能解決這個問題,這是一塊硬骨頭。潘際鑾對《新華每日電訊》記者說。
80後90後的創業新征程
2007年9月,潘際鑾和課題組成員去鋼軌焊接基地天津楊村考察。工地現場非常淩亂,工人在離地麵20米的高架橋上焊接。
為了拿到第一手資料,潘際鑾架著軟梯子也爬到20多米高的高架橋上,看工人焊接。當時風很大,現場人員都被這個80歲老人的舉動嚇壞了。類似的例子,在潘際鑾的科研生涯中不勝枚舉。
高力生、閆炳義等人,盡管也都已經七老八十,但是在研發時始終走在一線、衝在前麵。
在潘際鑾看來,對科研成果的評價在於三方麵:經濟效益、技術成效以及學術價值。其中,能不能產生經濟效益、能不能產業化,這是評價科研成果的首要標準。
然而,在距離潘際鑾第一次產生研發機器人替代人工在野外進行大型結構焊接念頭的近30年後,在與此相關的最後一項863計劃課題結題的2016年年底,在新疆塔裏木油田凝析氣輕烴深度回收工程儲罐焊接現場,有著20年焊接經驗的孫明誌,仍然與20名同事一起,手把焊炬,對儲罐進行人工焊接。
近乎密閉的儲罐弧光閃爍、焊花飛濺,煙塵讓人沒法呼吸。焊工們戴著防毒麵具和焊帽,一會兒就汗流如注。
受限空間20人同時焊接、打磨施工,再加上罐內密密麻麻的電纜線及支撐架子,現場安全壓力極大。施工現場工作人員說。
讓這款機器人盡早投入實際生產當中,還需針對實際場景的使用需求,進一步的研發調整,然後再進行量產。完成上述過程需要經費,課題組開始接洽感興趣的企業,但結果都不了了之。
潘際鑾的學生坐不住了。清華機械工程係機械工程專業博士馮消冰,在和潘際鑾等幾位老師一起上門尋找金主未果之後,他和幾位老師商議:靠別人不如靠自己,幹脆他出錢,投入此前工作、創業積攢的全部家產,由幾位老師指導技術,師生共同組建公司,打通技術轉化最後一公裏。
2017年1月18日,肩負這一使命的北京博清科技有限公司,從北大創業孵化營中誕生。潘際鑾、閆炳義、高力生等人,不再僅僅是院士、教授,還有了新的身份高級技術顧問。
經過將近一年的努力,博清科技已經與中石化下屬的幾家建設公司、江蘇省泰州市政府及當地幾家造船企業,形成了初步的合作意向。
為了爭取盡早投產,已年過九十的潘際鑾,依舊像個精力旺盛的大小夥子那樣,每個月出差三四次,去有合作意向的企業,協助他們對機器人的技術進行深化。90歲的他,至今仍騎著電動車帶著85歲的老伴,穿梭於清華校園的林蔭間。這一幕被清華學子捕捉下來發到網上,使他突然變成網紅院士。
繼而人們發現,這位背著上千億元科研價值的老院士,依然身居鬥室。
有人問他:參與無軌導全位置爬行焊接機器人的產業化,是不是為了賺點錢改善生活?
潘際鑾一笑哂之:根本沒想過錢的問題。用機器人替代人工焊大型結構,這是一塊硬骨頭,我已經啃了30年。現在還要抓緊時間,和年輕人一起,真正把這塊硬骨頭啃下來。