潘際鑾是我國焊接領(lǐng)域的開拓者。上世紀50年代初,我國第一個焊接專業(yè)——哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接專業(yè)以及清華大學(xué)的焊接專業(yè),都由他籌建。

“用機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�，F(xiàn)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。

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

僅從技術(shù)層面而言,潘際鑾團隊研發(fā)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,這些聰明的家伙自己尋找焊縫,自主計算焊縫中央位置,最后完成精確“縫合”。

然而，在這項價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,對于這個團隊來說,是另外一種挑戰(zhàn)。

2008年,江蘇一家企業(yè)和團隊簽訂技術(shù)合作協(xié)議,卻沒能進一步堅持,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歲的中國科學(xué)院院士潘際鑾冒著大雨坐了5個小時的車過去洽談,結(jié)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(guān)心的問題。”潘際鑾說。

為解放辛苦作業(yè)的焊接工人

潘際鑾是我國焊接領(lǐng)域的開拓者。上世紀50年代初,我國第一個焊接專業(yè)——哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接專業(yè),以及清華大學(xué)的焊接專業(yè),都由他籌建。

焊接的研究絕不僅限于實驗室。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(xué)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(xué)術(shù)會議,回來后一度寢食難安,不厭其煩地向?qū)W生們描述:

一位工人使用傳統(tǒng)的焊機,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小小的鐵籠里,然后鐵籠被吊車吊進罐內(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(nèi)疚。從那時起,潘際鑾就有想法,總有一天,要實現(xiàn)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(fā)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(fā),產(chǎn)生用爬行式焊接機器人解決大型結(jié)構(gòu)焊接自動化的構(gòu)想。

他對清華機械系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,不用焊接工人再那么辛苦,而且不要再鋪軌道。”

一套別墅換不來的關(guān)鍵技術(shù)

實現(xiàn)這個想法的關(guān)鍵,在于研制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(shè)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(jīng)退休,卻仍惦記著老哥兒幾個的未竟事業(yè),終于琢磨出了無軌電磁爬行機。

這個爬行機具備在大型結(jié)構(gòu)件外立面進行噴漆、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(qū)風(fēng)景秀美的地段買一套別墅。

當時的潘際鑾正在南昌大學(xué)當校長,主要精力放在讓南昌大學(xué)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(chǔ),制作爬行式焊接機器人,就能解決大型結(jié)構(gòu)焊接自動化的問題。他再三叮囑閆炳義誰也別賣,并把高力生等人叫來,對爬行機進行進一步改造。

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)開展研究；當時在南昌大學(xué)機電工程學(xué)院當教授的張華帶領(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)合式四代機器人。

“每一代機器人的‘分娩’過程都十分不易,曾經(jīng)有一段時間讓我們很難熬,因為不知該怎么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(shù)困難。”回顧這項研究時,當時的課題組成員、現(xiàn)任南昌大學(xué)機電工程學(xué)院院長張華不勝感慨。

如果想要擺脫軌道,只會爬還不行,爬行機還需要一套跟蹤機構(gòu)。經(jīng)過長達10年的研究,潘際鑾團隊終于研制出無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機器人,并申請獲得了美國專利。2003年11月,國內(nèi)焊接行業(yè)全部院士和數(shù)名頂尖級專家對項目進行了鑒定,一致認為“其成果的技術(shù)集成與創(chuàng)新處于國際領(lǐng)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,這款機器人一露面便成為全場焦點。

截至2016年12月20日,最后一項“863計劃”課題結(jié)題時,他們研發(fā)的無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機器人,所涵蓋的技術(shù)已經(jīng)橫跨機械、物理、數(shù)學(xué)、控制、軟件、焊接等多個領(lǐng)域,其中光數(shù)學(xué)算法就多達上百項。

“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。所以為什么我90歲了,還在想搞這個東西?就是因為看到?jīng)]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”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。當時風(fēng)很大,現(xiàn)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(jīng)“七老八十”,但是在研發(fā)時始終走在一線、沖在前面。

在潘際鑾看來,對科研成果的評價在于三方面:經(jīng)濟效益、技術(shù)成效以及學(xué)術(shù)價值。其中,能不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益、能不能產(chǎn)業(yè)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(chǎn)生研發(fā)機器人替代人工在野外進行大型結(jié)構(gòu)焊接念頭的近30年后,在與此相關(guān)的最后一項“863計劃”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罐焊接現(xiàn)場,有著20年焊接經(jīng)驗的孫明志,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。焊工們戴著防毒面具和焊帽,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(nèi)密密麻麻的電纜線及支撐架子,現(xiàn)場安全壓力極大。”施工現(xiàn)場工作人員說。

讓這款機器人盡早投入實際生產(chǎn)當中,還需針對實際場景的使用需求,進一步的研發(fā)調(diào)整,然后再進行量產(chǎn)。完成上述過程需要經(jīng)費,課題組開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。清華機械工程系機械工程專業(yè)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后,他和幾位老師商議:靠別人不如靠自己,干脆他出錢,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(shù)顧問。

經(jīng)過將近一年的努力,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?shù)貛准以齑�企業(yè),形成了初步的合作意向。

90歲的潘際鑾與85歲的老伴李世豫

為了爭取盡早投產(chǎn),已年過九十的潘際鑾,依舊像個精力旺盛的大小伙子那樣,每個月出差三四次,去有合作意向的企業(yè),協(xié)助他們對機器人的技術(shù)進行深化。90歲的他,至今仍騎著電動車帶著85歲的老伴,穿梭于清華校園的林蔭間。這一幕被清華學(xué)子捕捉下來發(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值的老院士,依然身居斗室。

有人問他:“參與無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機器人的產(chǎn)業(yè)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(jié)構(gòu),這是一塊硬骨頭,我已經(jīng)啃了30年。現(xiàn)在還要抓緊時間,和年輕人一起,真正把這塊硬骨頭啃下來。”