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嚴謹、惜時、負責、執(zhi)著……這是(shi)科(ke)技工(gong)作者(zhe)的共性。第四屆杰出(chu)工(gong)程師(shi)青年獎獲(huo)得(de)者(zhe)、中國煤炭(tan)科(ke)工(gong)集團開采研究(jiu)院科(ke)創中心副主任任懷偉(wei)，就是(shi)這樣一(yi)名活躍在煤炭(tan)前沿(yan)科(ke)技領域的科(ke)技工(gong)作者(zhe)。

跨界入行煤炭

選(xuan)擇讀王(wang)國法(fa)院士的博士后(hou)之后(hou)，任懷(huai)偉一頭扎進了(le)煤炭行(xing)(xing)業(ye)。第一次下井是在(zai)山東地下900多米(mi)的唐口煤礦。除了(le)熱和(he)悶(men)，涌上(shang)心(xin)頭的劇烈(lie)感受讓他真實觸摸到了(le)這(zhe)個行(xing)(xing)業(ye)。

“那會(hui)兒(er)不(bu)像現在(zai)，很多工作都(dou)得人去干，礦(kuang)工掙點錢真不(bu)容易，我心(xin)里很不(bu)是滋味(wei)兒(er)。”每(mei)當(dang)談起過往，任懷(huai)偉搖(yao)搖(yao)頭，“10多年過去了(le)，液壓(ya)支架經歷了(le)從本地手動閥控制、電(dian)液閥控制到(dao)現在(zai)的(de)地面遠程控制，自動化水平算比較高了(le)。”

也(ye)許(xu)正是這瞬間(jian)的感(gan)受，讓任(ren)懷偉有(you)了(le)刻(ke)苦(ku)鉆研(yan)的動力(li)與耐心。博士后期間(jian)，他憑借較(jiao)強(qiang)的適應能(neng)力(li)與學習能(neng)力(li)，把已(yi)有(you)知識體系融入新工(gong)程實踐中(zhong)，對煤炭行業也(ye)從(cong)陌生到熟悉。從(cong)機(ji)械專業著手(shou)，任(ren)懷偉先將目光聚焦在了(le)支架(jia)結構(gou)創新上。

由于(yu)煤礦井下(xia)處(chu)于(yu)動態變化過(guo)程中，支架(jia)存在一(yi)定(ding)的(de)破壞概率(lv)。任懷(huai)偉利用概率(lv)有限元方法(fa)評估不同工況下(xia)支架(jia)的(de)破壞方式和表現。

隨著經驗積(ji)累，他(ta)利用三維建模技術，設(she)計了(le)多種典型支架(jia)(jia)的(de)(de)整體(ti)結(jie)構(gou)(gou)和局部(bu)關鍵零部(bu)件(jian)，創(chuang)新提出“雙重骨架(jia)(jia)”概念(nian)及其設(she)計方法；在液壓支架(jia)(jia)的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)與可(ke)靠性分析上，他(ta)借助(zhu)有限(xian)元軟件(jian)，分析了(le)在彎扭組合變形情況下支架(jia)(jia)箱型結(jie)構(gou)(gou)截(jie)面內(nei)板元上的(de)(de)應力分布，確定截(jie)面參數(shu)的(de)(de)最(zui)優取值等(deng)。這一系列的(de)(de)研究，推(tui)動(dong)了(le)我國液壓支架(jia)(jia)設(she)計技術的(de)(de)升級(ji)換代。

在摸爬滾打中快速成長

談(tan)到(dao)成(cheng)長最快(kuai)的經(jing)歷，任懷(huai)偉表示，焊(han)接車間項目是他第一次(ci)獨(du)立(li)解決現(xian)場難題。

從(cong)2012年(nian)開始，任懷偉負責建設(she)國內首個能大規模焊接液壓支架結(jie)構件(jian)的(de)機器人(ren)智能車間(jian)。

當年(nian)，高(gao)端液(ye)壓(ya)支架剛實現國產化。液(ye)壓(ya)支架主體主要(yao)(yao)由(you)形狀復雜的箱型(xing)(xing)焊(han)接(jie)(jie)結構(gou)件組成。焊(han)接(jie)(jie)是最重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)的工(gong)序。以(yi)往，由(you)于結構(gou)、材料特殊，焊(han)接(jie)(jie)工(gong)藝復雜，操(cao)作以(yi)人工(gong)為主。不過，高(gao)強鋼(gang)板的焊(han)接(jie)(jie)需要(yao)(yao)預熱，不僅焊(han)接(jie)(jie)工(gong)人勞動強度大，焊(han)接(jie)(jie)質量(liang)也難以(yi)保證。在王國法(fa)的指導下，任懷偉聯合山東能(neng)源重(zhong)(zhong)型(xing)(xing)裝備制造集團(tuan)，共(gong)同申請(qing)了智(zhi)能(neng)制造裝備發展(zhan)專項“高(gao)端液(ye)壓(ya)支架智(zhi)能(neng)焊(han)接(jie)(jie)車間”。

焊(han)接(jie)(jie)(jie)車(che)間項目這5年(nian)，任懷(huai)偉從頭盯到尾。專(zhuan)業優(you)勢則(ze)讓他在細(xi)節把控上更游刃有余。支架(jia)板材一(yi)(yi)般厚25厘米(mi)，機器(qi)(qi)人焊(han)接(jie)(jie)(jie)時要經過7道焊(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)序。由于(yu)焊(han)縫不規(gui)則(ze)，如何讓機器(qi)(qi)人精準把握焊(han)接(jie)(jie)(jie)位置成(cheng)了(le)(le)一(yi)(yi)道難題。任懷(huai)偉與焊(han)接(jie)(jie)(jie)設備廠家一(yi)(yi)起，研究(jiu)了(le)(le)支架(jia)格子間結(jie)構的自動焊(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)藝，通過接(jie)(jie)(jie)觸傳(chuan)感和激光(guang)傳(chuan)感定位，再一(yi)(yi)圈一(yi)(yi)圈地焊(han)接(jie)(jie)(jie)。在此基礎上，他們建立了(le)(le)焊(han)接(jie)(jie)(jie)生產線，配備了(le)(le)7套14臺機器(qi)(qi)人，大幅提高了(le)(le)焊(han)接(jie)(jie)(jie)效率。

為了(le)(le)解決(jue)焊(han)接(jie)機(ji)器(qi)人與(yu)液壓(ya)支架制(zhi)造的(de)適應(ying)性問題(ti)，以(yi)任懷偉為首的(de)項目組開發(fa)出了(le)(le)分層多(duo)道焊(han)接(jie)、格子間變形自(zi)適應(ying)等專(zhuan)用(yong)焊(han)接(jie)程序(xu)，提(ti)出了(le)(le)寬間隙焊(han)接(jie)參數選取、橫焊(han)縫脈沖(chong)打底等自(zi)動(dong)焊(han)接(jie)工(gong)(gong)藝，研(yan)發(fa)出與(yu)機(ji)器(qi)人焊(han)接(jie)核心控(kong)制(zhi)系統配套(tao)的(de)外部軸控(kong)制(zhi)、工(gong)(gong)件(jian)夾具(ju)、生產線(xian)控(kong)制(zhi)、物流等系統及裝置，實現液壓(ya)支架構(gou)件(jian)焊(han)接(jie)、翻轉、上下料(liao)和運輸等工(gong)(gong)藝流程的(de)自(zi)動(dong)化。

項(xiang)目實施后，液壓(ya)支(zhi)架焊接作業(ye)效率提高了(le)(le)一倍多。焊接車間項(xiang)目拓寬了(le)(le)中(zhong)國煤(mei)炭科工(gong)集團的業(ye)務范圍，探(tan)索出了(le)(le)新(xin)的商業(ye)模(mo)式。

在智能化中學會融合

“工作(zuo)(zuo)面‘三機’的(de)協(xie)調控制(zhi)(zhi)，就像3個(ge)人同時在干一件事，要(yao)商量(liang)好(hao)步驟，形成協(xie)作(zuo)(zuo)機制(zhi)(zhi)。這樣，一旦外在條件變化，3個(ge)人按照(zhao)協(xie)作(zuo)(zuo)機制(zhi)(zhi)，就可以適應特殊工況條件。”任(ren)懷偉說。

煤(mei)(mei)礦智能化是行(xing)業發展(zhan)方(fang)向(xiang)。在這(zhe)方(fang)面，不僅任懷偉是專家(jia)，其(qi)帶領的(de)團(tuan)隊(dui)也是業界(jie)翹楚。該團(tuan)隊(dui)首次提出(chu)了信息實體主動匹配(pei)與(yu)推(tui)送策略(lve)及(ji)基于(yu)深度(du)學(xue)習的(de)煤(mei)(mei)礦智能化邏輯(ji)模(mo)型，給出(chu)了多因素下開采(cai)群全局最(zui)優規劃(hua)和分布(bu)式協同(tong)控制(zhi)方(fang)法(fa)。先后(hou)承(cheng)擔了張家(jia)峁、巴拉素等千萬(wan)噸級煤(mei)(mei)礦的(de)智能化建(jian)設工(gong)作，使(shi)礦井(jing)數(shu)據利用率由不足20%提升至(zhi)50%以上。

2020年8月24日，巴拉素(su)煤礦(kuang)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)評審，這是任(ren)懷偉和團隊“打的一(yi)(yi)場(chang)小勝(sheng)仗”。為了得到項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)方案(an)“最優解”，答(da)辯前(qian)兩周，他們來(lai)到礦(kuang)上，在食堂旁邊的小會議室里，每天跟該礦(kuang)不同部門、中國煤科內部單位的人(ren)碰(peng)撞想法(fa)、統(tong)一(yi)(yi)認(ren)識。

“每個(ge)人(ren)(ren)有(you)自己(ji)的(de)理解。有(you)人(ren)(ren)希(xi)望(wang)(wang)方(fang)案更適合落地(di)實(shi)施，有(you)人(ren)(ren)希(xi)望(wang)(wang)方(fang)案技術含(han)量更高，甚至有(you)人(ren)(ren)前后的(de)想(xiang)法都是矛盾(dun)的(de)。我(wo)們(men)要不停地(di)在各專業(ye)和領域協調，做好各個(ge)部分的(de)銜接。那會兒我(wo)們(men)每個(ge)人(ren)(ren)負責(ze)整改自己(ji)的(de)部分，每天都在對方(fang)案，壓力特別(bie)大。”任懷偉坦言。

經過團隊的不斷(duan)溝通交流，方案(an)終于在截止日期(qi)前兩天有(you)了雛形(xing)。來不及休息，任懷偉(wei)加急整合思路。最終，在項(xiang)目(mu)啟動會(hui)上，任懷偉(wei)為(wei)眾多(duo)專(zhuan)家(jia)匯報了長達80多(duo)頁的展(zhan)示方案(an)。方案(an)既體(ti)現了煤(mei)礦智能化建設的規劃性，又有(you)落(luo)地實施的操作(zuo)性，得到與會(hui)專(zhuan)家(jia)的高度(du)認可。

【責任編輯：家正】