潘際鑾：焊接航母火箭的開(kāi)拓者

尹平平

潘際鑾是我國(guó)焊接領(lǐng)域的開(kāi)拓者。現(xiàn)在，年近九旬的潘際鑾院士研制出能自動(dòng)焊接航母火箭等“大家伙”的焊接機(jī)器人，為盡快投產(chǎn)四處奔走。

工業(yè)機(jī)器人的手，早已經(jīng)“伸”到了焊接領(lǐng)域，但面對(duì)火箭、航母、油罐等超大型工件，依然束手無(wú)策。

僅從技術(shù)層面而言，潘際鑾團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無(wú)軌爬行焊接機(jī)器人，事實(shí)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，這些聰明的家伙自己尋找焊縫，自主計(jì)算焊縫中央位置，最后完成精確“縫合”。

然而，在這項(xiàng)價(jià)值上千億元的科研成果和產(chǎn)業(yè)化之間，還存在另外一道“縫”。“焊”上這道縫，對(duì)于這個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，是另外一種挑戰(zhàn)。

2008年，江蘇一家企業(yè)和團(tuán)隊(duì)簽訂技術(shù)合作協(xié)議，卻沒(méi)能進(jìn)一步堅(jiān)持，轉(zhuǎn)而去做了短期內(nèi)能更快收回成本的其他產(chǎn)品。2016年，來(lái)自河北的房地產(chǎn)老板，表示有投資的興趣。年近90歲的中國(guó)科學(xué)院院士潘際鑾冒著大雨坐了5個(gè)小時(shí)的車(chē)過(guò)去洽談，結(jié)果仍是不了了之。

“老板們對(duì)跑來(lái)跑去能說(shuō)會(huì)跳的機(jī)器人更感興趣，見(jiàn)效快，也賺錢(qián)。但我去做那些，就沒(méi)有味道，因?yàn)樗鼈兘鉀Q不了我最關(guān)心的問(wèn)題。”潘際鑾說(shuō)。

為解放辛苦作業(yè)的焊接工人

潘際鑾是我國(guó)焊接領(lǐng)域的開(kāi)拓者。上世紀(jì)50年代初，我國(guó)第一個(gè)焊接專(zhuān)業(yè)——哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接專(zhuān)業(yè)，以及清華大學(xué)的焊接專(zhuān)業(yè)，都由他籌建。

焊接的研究絕不僅限于實(shí)驗(yàn)室。從接觸焊接起，他就經(jīng)常跑工地，和工人師傅們共同解決技術(shù)問(wèn)題。這項(xiàng)工作的辛苦，他再熟悉不過(guò)。

曾師從潘際鑾的福州大學(xué)前校長(zhǎng)吳敏生清楚地記得，1979年5月，潘老師赴成都參加全國(guó)焊接學(xué)術(shù)會(huì)議，回來(lái)后一度寢食難安，不厭其煩地向?qū)W生們描述：

一位工人使用傳統(tǒng)的焊機(jī)，從內(nèi)外雙面，焊接大直徑合金鋼罐體。罐體管壁厚100毫米以上，為達(dá)到工藝質(zhì)量要求，管件必須預(yù)熱到200℃。因此工人身穿厚厚的石棉服蹲在一個(gè)小小的鐵籠里，然后鐵籠被吊車(chē)吊進(jìn)罐內(nèi)。

200℃的高溫使水一下子就變成了蒸汽，但工人們硬是要在這里堅(jiān)持十幾分鐘。灼人的高溫使狹小的空間里聚集了大量有害氣體，救護(hù)車(chē)必須一直在場(chǎng)，隨時(shí)準(zhǔn)備搶救休克的工人。

這位焊接專(zhuān)家對(duì)此深感內(nèi)疚。從那時(shí)起，潘際鑾就有想法，總有一天，要實(shí)現(xiàn)大型工件的焊接自動(dòng)化。

一次考察期間，潘際鑾看到美國(guó)一家公司研發(fā)的焊接機(jī)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(fā)，產(chǎn)生用爬行式焊接機(jī)器人解決大型結(jié)構(gòu)焊接自動(dòng)化的構(gòu)想。

他對(duì)清華機(jī)械系焊接教研室的高力生等人說(shuō)：“這是我們的研究方向，將來(lái)我們焊球罐、軍艦、巨輪，也要讓機(jī)器人爬上去焊，不用焊接工人再那么辛苦，而且不要再鋪軌道。”

一套別墅換不來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法的關(guān)鍵，在于研制出一個(gè)可以擺脫軌道自主爬行的機(jī)器人。這個(gè)機(jī)器人的雛形，直到1997年才由閆炳義和他的夫人盧勤英設(shè)計(jì)出來(lái)。

閆炳義是從上世紀(jì)50年代就開(kāi)始和潘際鑾合作的焊接技師。1997年，閆炳義已經(jīng)退休，卻仍惦記著老哥兒幾個(gè)的未竟事業(yè)，終于琢磨出了無(wú)軌電磁爬行機(jī)。

這個(gè)爬行機(jī)具備在大型結(jié)構(gòu)件外立面進(jìn)行噴漆、檢測(cè)等多種使用前景，很快有人上門(mén)求購(gòu)，張口出價(jià)二三十萬(wàn)。那個(gè)年代的二三十萬(wàn)，可以在北京郊區(qū)風(fēng)景秀美的地段買(mǎi)一套別墅。

當(dāng)時(shí)的潘際鑾正在南昌大學(xué)當(dāng)校長(zhǎng)，主要精力放在讓南昌大學(xué)早日進(jìn)入“211”。來(lái)北京開(kāi)會(huì)的間隙，閆炳義夫婦邀潘際鑾參觀他們的爬行機(jī)。潘際鑾敏銳地認(rèn)定，以此為基礎(chǔ)，制作爬行式焊接機(jī)器人，就能解決大型結(jié)構(gòu)焊接自動(dòng)化的問(wèn)題。他再三叮囑閆炳義誰(shuí)也別賣(mài)，并把高力生等人叫來(lái)，對(duì)爬行機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步改造。

研究工作隨后兵分兩路：閆炳義、高力生、盧勤英及部分研究生在清華大學(xué)開(kāi)展研究；當(dāng)時(shí)在南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院當(dāng)教授的張華帶領(lǐng)部分研究生在南昌大學(xué)從事研究。課題組先后研制了電磁式、履帶永磁式、輪式、輪履結(jié)合式四代機(jī)器人。

“每一代機(jī)器人的‘分娩過(guò)程都十分不易，曾經(jīng)有一段時(shí)間讓我們很難熬，因?yàn)椴恢撛趺唇鉀Q機(jī)器人負(fù)重的問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)為此進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，克服了無(wú)數(shù)困難。”回顧這項(xiàng)研究時(shí)，當(dāng)時(shí)的課題組成員、現(xiàn)任南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院長(zhǎng)張華不勝感慨。

如果想要擺脫軌道，只會(huì)爬還不行，爬行機(jī)還需要一套跟蹤機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10年的研究，潘際鑾團(tuán)隊(duì)終于研制出無(wú)軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人，并申請(qǐng)獲得了美國(guó)專(zhuān)利。2003年11月，國(guó)內(nèi)焊接行業(yè)全部院士和數(shù)名頂尖級(jí)專(zhuān)家對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了鑒定，一致認(rèn)為“其成果的技術(shù)集成與創(chuàng)新處于國(guó)際領(lǐng)先水平”。

2006年，在有著焊接界奧運(yùn)會(huì)之稱(chēng)的“北京·埃森焊接與切割展覽會(huì)”上，這款機(jī)器人一露面便成為全場(chǎng)焦點(diǎn)。

截至2016年12月20日，最后一項(xiàng)“863計(jì)劃”課題結(jié)題時(shí)，他們研發(fā)的無(wú)軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人，所涵蓋的技術(shù)已經(jīng)橫跨機(jī)械、物理、數(shù)學(xué)、控制、軟件、焊接等多個(gè)領(lǐng)域，其中光數(shù)學(xué)算法就多達(dá)上百項(xiàng)。

“現(xiàn)在全世界的大型結(jié)構(gòu)，火箭也好、航母也好，絕大多數(shù)都還是人工焊。即使有自動(dòng)焊的，多半也需要人工參與，還沒(méi)有純交給焊接機(jī)器人的。所以為什么我90歲了，還在想搞這個(gè)東西？就是因?yàn)榭吹經(jīng)]人能解決這個(gè)問(wèn)題，這是一塊硬骨頭。”潘際鑾說(shuō)。

“80”后“90”后的創(chuàng)業(yè)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(xiàn)場(chǎng)非常凌亂，工人在離地面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(dāng)時(shí)風(fēng)很大，現(xiàn)場(chǎng)人員都被這個(gè)80歲老人的舉動(dòng)嚇壞了。類(lèi)似的例子，在潘際鑾的科研生涯中不勝枚舉。endprint

高力生、閆炳義等人，盡管也都已經(jīng)“七老八十”，但是在研發(fā)時(shí)始終走在一線(xiàn)、沖在前面。

在潘際鑾看來(lái)，對(duì)科研成果的評(píng)價(jià)在于三方面：經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)成效以及學(xué)術(shù)價(jià)值。其中，能不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益、能不能產(chǎn)業(yè)化，這是評(píng)價(jià)科研成果的首要標(biāo)準(zhǔn)。

然而，在距離潘際鑾第一次產(chǎn)生研發(fā)機(jī)器人替代人工在野外進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)焊接念頭的近30年后，在與此相關(guān)的最后一項(xiàng)“863計(jì)劃”課題結(jié)題的2016年年底，在新疆塔里木油田凝析氣輕烴深度回收工程儲(chǔ)罐焊接現(xiàn)場(chǎng)，有著20年焊接經(jīng)驗(yàn)的孫明志，仍然與20名同事一起，手把焊炬，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行人工焊接。

近乎密閉的儲(chǔ)罐弧光閃爍、焊花飛濺，煙塵讓人沒(méi)法呼吸。焊工們戴著防毒面具和焊帽，一會(huì)兒就汗流如注。

“受限空間20人同時(shí)焊接、打磨施工，再加上罐內(nèi)密密麻麻的電纜線(xiàn)及支撐架子，現(xiàn)場(chǎng)安全壓力極大。”施工現(xiàn)場(chǎng)工作人員說(shuō)。

讓這款機(jī)器人盡早投入實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，還需針對(duì)實(shí)際場(chǎng)景的使用需求，進(jìn)一步的研發(fā)調(diào)整，然后再進(jìn)行量產(chǎn)。完成上述過(guò)程需要經(jīng)費(fèi)，課題組開(kāi)始接洽感興趣的企業(yè)，但結(jié)果都不了了之。

潘際鑾的學(xué)生坐不住了。清華機(jī)械工程系機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)博士馮消冰，在和潘際鑾等幾位老師一起上門(mén)尋找金主未果之后，他和幾位老師商議：靠別人不如靠自己，干脆他出錢(qián)，投入此前工作、創(chuàng)業(yè)積攢的全部家產(chǎn)，由幾位老師指導(dǎo)技術(shù)，師生共同組建公司，打通技術(shù)轉(zhuǎn)化“最后一公里”。

2017年1月18日，肩負(fù)這一使命的北京博清科技有限公司，從北大創(chuàng)業(yè)孵化營(yíng)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(jí)技術(shù)顧問(wèn)。

經(jīng)過(guò)將近一年的努力，博清科技已經(jīng)與中石化下屬的幾家建設(shè)公司、江蘇省泰州市政府及當(dāng)?shù)貛准以齑髽I(yè)，形成了初步的合作意向。

為了爭(zhēng)取盡早投產(chǎn)，已年過(guò)九十的潘際鑾，依舊像個(gè)精力旺盛的大小伙子那樣，每個(gè)月出差三四次，去有合作意向的企業(yè)，協(xié)助他們對(duì)機(jī)器人的技術(shù)進(jìn)行深化。90歲的他，至今仍騎著電動(dòng)車(chē)帶著85歲的老伴，穿梭于清華校園的林蔭間。這一幕被清華學(xué)子捕捉下來(lái)發(fā)到網(wǎng)上，使他突然變成“網(wǎng)紅院士”。

繼而人們發(fā)現(xiàn)，這位背著上千億元科研價(jià)值的老院士，依然身居斗室。

有人問(wèn)他：“參與無(wú)軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化，是不是為了賺點(diǎn)錢(qián)改善生活？”

潘際鑾一笑哂之：“根本沒(méi)想過(guò)錢(qián)的問(wèn)題。用機(jī)器人替代人工焊大型結(jié)構(gòu)，這是一塊硬骨頭，我已經(jīng)啃了30年。現(xiàn)在還要抓緊時(shí)間，和年輕人一起，真正把這塊硬骨頭啃下來(lái)。”

編輯/余弘陽(yáng)endprint