潘際鑾：30年只為一“焊”，90高齡不輟攻關(guān)

尹平平

潘際鑾是我國焊接領(lǐng)域的開拓者。20世紀(jì)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。

工業(yè)機(jī)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。

事實(shí)上，僅從技術(shù)層面而言，早在十幾年前，潘際鑾團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無軌爬行焊接機(jī)器人就攻克了這一難題。

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(tuán)隊(duì)來說，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(jī)器人更感興趣，見效快，也賺錢。但我去做那些，就沒有味道，因?yàn)樗鼈兘鉀Q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

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)問題。這項(xiàng)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，潘際鑾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(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小小的鐵籠里，然后鐵籠被吊車吊進(jìn)罐內(nèi)。

200℃的高溫可以使水一下子就變成蒸汽，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)車必須一直在場，隨時準(zhǔn)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，潘際鑾就有一個想法：總有一天，要實(shí)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(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)焊接自動化的構(gòu)想。

他對清華機(jī)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(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。”

一套別墅換不來的關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)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(jī)器人。這個機(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。

閆炳義是從20世紀(jì)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(jī)。

這個爬行機(jī)具備在大型結(jié)構(gòu)件外立面進(jìn)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(dāng)時的潘際鑾正在南昌大學(xué)當(dāng)校長，主要精力放在讓南昌大學(xué)早日進(jìn)入“211”。趁潘際鑾來北京開會的間隙，閆炳義夫婦邀其參觀他們的爬行機(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(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)開展研究；當(dāng)時在南昌大學(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‘分娩過程都十分不易，曾經(jīng)有一段時間讓我們很難熬，因?yàn)椴恢撛趺唇鉀Q機(jī)器人負(fù)重的問題。研究團(tuán)隊(duì)為此進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，克服了無數(shù)困難。”回顧這項(xiàng)研究時，當(dāng)時的課題組成員、現(xiàn)任南昌大學(xué)機(jī)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(jī)還需要一套跟蹤機(jī)構(gòu)。經(jīng)過長達(dá)10年的研究，潘際鑾團(tuán)隊(duì)終于研制出無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)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(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)新處于國際領(lǐng)先水平”。

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

截至2016年12月20日，最后一項(xiàng)“863計(jì)劃”課題結(jié)題時，他們研發(fā)的無軌導(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、焊接等多個領(lǐng)域，其中光數(shù)學(xué)算法就多達(dá)上百項(xiàng)。

“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(dāng)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。

在潘際鑾看來，對科研成果的評價在于三方面：經(jīng)濟(jì)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(jì)效益、能不能產(chǎn)業(yè)化，這是評價科研成果的首要標(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罐焊接現(xiàn)場，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，對儲罐進(jìn)行人工焊接。

“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(jī)器人盡早投入實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，還需針對實(shí)際場景的使用需求，進(jìn)一步進(jìn)行研發(fā)調(diào)整，然后再進(jìn)行量產(chǎn)。完成上述過程需要經(jīng)費(fèi)，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(jī)械工程系機(jī)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，便與幾位老師商議：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(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(dāng)?shù)貛准以齑髽I(yè)，形成了初步的合作意向。

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(jī)器人的技術(shù)進(jìn)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，使他突然變成了“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(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化，是不是為了賺點(diǎn)錢改善生活？”

潘際鑾一笑哂之：“根本沒想過錢的問題。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)在還要抓緊時間，和年輕人一起，真正把這塊硬骨頭啃下來。”

（本文轉(zhuǎn)自科普中國網(wǎng)）