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嚴(yan)謹、惜(xi)時(shi)、負責、執著……這是科(ke)技工(gong)(gong)作者的共性。第四屆杰出工(gong)(gong)程師(shi)青(qing)年獎獲得者、中國(guo)煤炭科(ke)工(gong)(gong)集團開(kai)采研(yan)究院科(ke)創中心(xin)副(fu)主任(ren)任(ren)懷偉，就是這樣一名活躍在煤炭前沿科(ke)技領域的科(ke)技工(gong)(gong)作者。

跨界入行煤炭

選(xuan)擇讀王國(guo)法院士的(de)博士后(hou)(hou)之后(hou)(hou)，任懷偉一頭扎進了(le)煤炭行業。第一次下井是在山東地下900多米的(de)唐口(kou)煤礦(kuang)。除了(le)熱和悶，涌(yong)上心頭的(de)劇烈(lie)感受讓他真實觸摸到了(le)這個行業。

“那會兒不(bu)像現(xian)(xian)在，很多工作都得人去(qu)干，礦工掙點錢(qian)真(zhen)不(bu)容易，我心里很不(bu)是滋(zi)味(wei)兒。”每(mei)當談起過往(wang)，任懷偉搖(yao)搖(yao)頭，“10多年過去(qu)了(le)，液壓支架經歷了(le)從本地手動(dong)閥控(kong)制(zhi)、電液閥控(kong)制(zhi)到(dao)現(xian)(xian)在的地面遠(yuan)程(cheng)控(kong)制(zhi)，自動(dong)化水平(ping)算比較高了(le)。”

也許正是這瞬間(jian)(jian)的感受(shou)，讓(rang)任懷偉(wei)有了刻苦(ku)鉆研的動力(li)與耐心(xin)。博士(shi)后(hou)期(qi)間(jian)(jian)，他(ta)憑(ping)借(jie)較強的適(shi)應能(neng)力(li)與學習能(neng)力(li)，把已(yi)有知識體系融入(ru)新工(gong)程(cheng)實踐中，對(dui)煤炭行業(ye)也從陌生(sheng)到熟悉。從機(ji)械專(zhuan)業(ye)著手，任懷偉(wei)先將目光聚(ju)焦在了支架結構(gou)創新上。

由于(yu)煤礦(kuang)井下處于(yu)動態變化過程中，支(zhi)架存在一定的(de)(de)破壞概率(lv)。任懷(huai)偉(wei)利用(yong)概率(lv)有限元方法(fa)評估不同工(gong)況(kuang)下支(zhi)架的(de)(de)破壞方式和表現。

隨著經驗積累，他利用三維(wei)建模技術(shu)，設(she)計了多種(zhong)典型(xing)支架(jia)的(de)整體結構和(he)局部關(guan)鍵零部件(jian)，創新提出(chu)“雙重(zhong)骨架(jia)”概念及其設(she)計方法(fa)；在(zai)液壓支架(jia)的(de)結構與可(ke)靠性分析上(shang)，他借助(zhu)有限元(yuan)軟件(jian)，分析了在(zai)彎扭組(zu)合變形情況下支架(jia)箱型(xing)結構截面內板元(yuan)上(shang)的(de)應力(li)分布，確定截面參數的(de)最優取(qu)值等。這一系列(lie)的(de)研究，推動了我國(guo)液壓支架(jia)設(she)計技術(shu)的(de)升級換(huan)代。

在摸爬滾打中快速成長

談到成長最快的經歷(li)，任懷偉表示，焊接(jie)車間項(xiang)目是他第一(yi)次獨(du)立解決現場(chang)難(nan)題。

從2012年開始，任懷(huai)偉負(fu)責建設(she)國(guo)內(nei)首(shou)個能大規模焊接(jie)液(ye)壓(ya)支架結構(gou)件的(de)機器(qi)人智能車(che)間。

當(dang)年(nian)，高(gao)(gao)端液壓支架剛實現國(guo)(guo)產化。液壓支架主體(ti)主要(yao)由(you)形狀(zhuang)復雜的(de)(de)(de)箱型焊(han)接(jie)(jie)(jie)結構件組成。焊(han)接(jie)(jie)(jie)是最重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)工(gong)序。以(yi)往，由(you)于結構、材料(liao)特殊(shu)，焊(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)藝(yi)復雜，操作以(yi)人(ren)工(gong)為主。不(bu)過，高(gao)(gao)強鋼板的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)需(xu)要(yao)預熱，不(bu)僅(jin)焊(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)人(ren)勞動(dong)強度大，焊(han)接(jie)(jie)(jie)質量也難以(yi)保證。在王(wang)國(guo)(guo)法的(de)(de)(de)指(zhi)導下(xia)，任懷(huai)偉聯(lian)合山(shan)東(dong)能源重(zhong)型裝(zhuang)備(bei)制造集團(tuan)，共同申請了智(zhi)能制造裝(zhuang)備(bei)發展專項“高(gao)(gao)端液壓支架智(zhi)能焊(han)接(jie)(jie)(jie)車間”。

焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)車間(jian)(jian)項目這5年，任懷(huai)偉(wei)從頭盯到尾。專業優勢則讓他(ta)在細節把控上更(geng)游(you)刃有余。支架板材(cai)一(yi)(yi)般厚25厘米，機(ji)(ji)器(qi)人焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時要經過7道(dao)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工序。由于焊(han)(han)(han)(han)縫不規(gui)則，如何讓機(ji)(ji)器(qi)人精準把握(wo)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)位置成了(le)一(yi)(yi)道(dao)難題(ti)。任懷(huai)偉(wei)與焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)設(she)備(bei)廠家一(yi)(yi)起，研(yan)究了(le)支架格子間(jian)(jian)結(jie)構的自(zi)動焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝，通過接(jie)(jie)觸傳(chuan)感(gan)和(he)激光(guang)傳(chuan)感(gan)定位，再一(yi)(yi)圈(quan)一(yi)(yi)圈(quan)地焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。在此基(ji)礎(chu)上，他(ta)們建立(li)了(le)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)生產(chan)線，配備(bei)了(le)7套14臺(tai)機(ji)(ji)器(qi)人，大(da)幅提高了(le)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)效率。

為(wei)了解決焊(han)接(jie)機器(qi)人與液(ye)壓(ya)支(zhi)架(jia)(jia)制造的適應(ying)性(xing)問題，以任懷偉為(wei)首的項目組開發出了分層多道焊(han)接(jie)、格子間(jian)變形(xing)自(zi)適應(ying)等專用焊(han)接(jie)程序(xu)，提(ti)出了寬間(jian)隙焊(han)接(jie)參數選取、橫(heng)焊(han)縫脈沖打底(di)等自(zi)動焊(han)接(jie)工藝(yi)(yi)，研發出與機器(qi)人焊(han)接(jie)核(he)心(xin)控制系統配套的外部(bu)軸控制、工件夾具(ju)、生產(chan)線控制、物流(liu)等系統及裝(zhuang)置，實現液(ye)壓(ya)支(zhi)架(jia)(jia)構(gou)件焊(han)接(jie)、翻轉、上下料(liao)和運輸等工藝(yi)(yi)流(liu)程的自(zi)動化。

項(xiang)(xiang)目實施后，液壓(ya)支(zhi)架焊(han)接(jie)作業(ye)效(xiao)率提高了(le)一(yi)倍(bei)多(duo)。焊(han)接(jie)車(che)間(jian)項(xiang)(xiang)目拓寬了(le)中國(guo)煤炭科工集團的業(ye)務范圍，探索出(chu)了(le)新的商業(ye)模式。

在智能化中學會融合

“工作(zuo)面(mian)‘三機(ji)’的協調控制，就像3個人(ren)同時(shi)在(zai)干(gan)一(yi)件事，要商量好步驟(zou)，形成協作(zuo)機(ji)制。這樣(yang)，一(yi)旦外在(zai)條件變化，3個人(ren)按(an)照協作(zuo)機(ji)制，就可以(yi)適(shi)應特殊工況條件。”任懷偉說。

煤礦(kuang)智(zhi)能化是行(xing)業發展方向。在這方面(mian)，不僅任懷偉是專家(jia)，其帶領的(de)(de)團隊(dui)也是業界翹(qiao)楚。該團隊(dui)首(shou)次提(ti)出了信息(xi)實體主(zhu)動匹配與推送策略及基于深(shen)度學(xue)習的(de)(de)煤礦(kuang)智(zhi)能化邏輯模型，給出了多因素下(xia)開采(cai)群全局最優規劃和分布式協同控制方法(fa)。先(xian)后承擔了張家(jia)峁、巴拉素等(deng)千萬(wan)噸級(ji)煤礦(kuang)的(de)(de)智(zhi)能化建(jian)設工(gong)作(zuo)，使礦(kuang)井數據利(li)用率由不足20%提(ti)升至50%以上(shang)。

2020年8月24日(ri)，巴拉素煤礦項(xiang)目評審(shen)，這是任(ren)懷偉和(he)團隊(dui)“打(da)的(de)一場小勝(sheng)仗”。為了得到(dao)項(xiang)目方案“最優解”，答辯前(qian)兩周(zhou)，他們來到(dao)礦上，在食(shi)堂旁(pang)邊的(de)小會議室里，每天跟該(gai)礦不(bu)同部(bu)門、中國煤科內(nei)部(bu)單位的(de)人碰撞想法、統一認識(shi)。

“每(mei)(mei)個人(ren)(ren)(ren)有(you)自己的(de)(de)理解。有(you)人(ren)(ren)(ren)希(xi)望方(fang)案更適合落地(di)實施，有(you)人(ren)(ren)(ren)希(xi)望方(fang)案技術含量更高(gao)，甚至有(you)人(ren)(ren)(ren)前后的(de)(de)想法都是(shi)矛(mao)盾(dun)的(de)(de)。我(wo)們(men)要不停地(di)在(zai)各專業和領(ling)域協調，做好(hao)各個部分(fen)的(de)(de)銜接。那會兒我(wo)們(men)每(mei)(mei)個人(ren)(ren)(ren)負責整改(gai)自己的(de)(de)部分(fen)，每(mei)(mei)天都在(zai)對方(fang)案，壓力特別大(da)。”任懷偉(wei)坦(tan)言。

經過團隊的(de)不斷溝通(tong)交流，方(fang)案終于在截止(zhi)日期前(qian)兩天有了雛形。來(lai)不及休息，任(ren)懷偉加(jia)急整合思(si)路(lu)。最終，在項目啟(qi)動會上，任(ren)懷偉為眾(zhong)多(duo)專(zhuan)家匯報(bao)了長達80多(duo)頁(ye)的(de)展示(shi)方(fang)案。方(fang)案既體現了煤礦智能(neng)化(hua)建(jian)設的(de)規劃性，又有落地(di)實施的(de)操(cao)作性，得到與會專(zhuan)家的(de)高度(du)認(ren)可。

【責任編輯：家正】