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因选择而热爱 不断融合创新

发布日期:2021-03-22  来源:中国煤炭报  浏览次数:1336

说起优秀的科技工作者,你会想到哪些词?严谨、惜时、负责、执着……除了共性特征外,每名科技工作者又各具特色。第四届杰出工程师青年奖获得者、中国炭科工集团开采研究院科创中心副主任任怀伟,就是一名个性突出、活跃在煤炭前沿科技领域的奋斗者。他并非行业科班出身,但能把知识与工程项目结合起来,开拓视野。他是中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家王国法培养的第一个博士后,在智能化建设道路上融合创新,带领不同专业的年轻人不断奋进。

学机械的选择了煤炭

王国法的一句话打消了任怀伟的顾虑,让他至今难忘:“有时,人是因为选择而喜欢,而不是因为喜欢才选择。只要肯学习钻研,很快就可以弥补专业上的不足。”

一开始,任怀伟的就业选择并不是煤炭行业。2008年12月,任怀伟完成博士毕业论文答辩、来中国煤炭科学研究院拜访同学时,经不住劝告,投了简历。其中一份到了王国法手中。当天下午他便收到了面试通知。

面试后,王国法决定招他做博士后。对于一名来自非煤炭院校、机械专业的学生来说,这个消息令任怀伟忐忑又惊喜。王国法的一句话打消了任怀伟的顾虑,让他至今难忘:“有时,人是因为选择而喜欢,而不是因为喜欢才选择。只要肯学习钻研,很快就可以弥补专业上的不足。”

就这样,任怀伟一头扎进了煤炭行业。第一次下井是在山东地下900多米的唐口煤矿。除了热和闷,涌上心头的剧烈感受让他真实触摸到了这个行业。

“那会儿不像现在,很多工作都得人去干,矿工挣点钱真不容易,我心里很不是滋味儿。”任怀伟摇摇头,“10多年过去了,液压支架经历了从本地手动阀控制、电液阀控制到现在的地面远程控制,自动化水平算比较高了。”

也许正是这瞬间的感受,让任怀伟有了刻苦钻研的动力与耐心。博士后期间,他凭借较强的适应能力与学习能力,把已有知识体系融入新工程实践中,对煤炭行业也从陌生到熟悉。从机械专业着手,任怀伟先将目光聚焦在了支架结构创新上。

由于煤矿井下处于动态变化过程中,支架存在一定的破坏概率。任怀伟利用概率有限元方法(一种工程分析手段),评估不同工况下支架的破坏方式和表现。

有一次,山西某矿有个支架坏了。任怀伟便与其他研究人员一起,观察照片中的裂缝样式,用概率有限元方法找出了破坏机理和修复方法,改变了以后支架的结构设计。

“在液压支架与地质条件结合上,我可能没有太多的现场经验。但我是学机械的,经验更多来自支架本身。比如,在一定的工况条件下,我可以通过理论计算,找到问题原因及修改方法,有了模型后不停地试验,看哪种方法最能改善状况,从而提供技术支持。”任怀伟说。

每当走进工作面,看见工人在粉尘、噪音环境中作业,在昏暗、泥泞的条件下坚持工作,任怀伟作为煤炭科技工作者的使命感便油然而生。“利用先进技术改善煤矿工人的作业环境,把他们从艰苦的工作环境中解放出来,是我的目标。”任怀伟说。

随着经验积累,他利用三维建模技术,设计了多种典型支架的整体结构和局部关键零部件,创新提出“双重骨架”概念及其设计方法;在液压支架的结构与可靠性分析上,他借助有限元软件,分析了在弯扭组合变形情况下支架箱型结构截面内板元上的应力分布,确定截面参数的最优取值等。这一系列的研究,推动了我国液压支架设计技术的升级换代。

2010年,任怀伟与王国法合作出版了专著《高端液压支架及先进制造技术》。

在摸爬滚打中快速成长

焊接车间项目花了5年时间。这5年,任怀伟从头盯到尾,“一心只想把事情做好”。项目实施后,液压支架焊接作业效率提高了一倍多。焊接车间项目拓宽了中国煤炭科工集团的业务范围,探索出了新的商业模式。

谈到成长最快的经历,任怀伟表示,焊接车间项目是他第一次独立解决现场难题。

从2012年开始,任怀伟负责建设国内首个能大规模焊接液压支架结构件的机器人智能车间。车间的投用,不仅提高了焊接效率和质量,还降低了工人的劳动强度。

当年,高端液压支架刚实现国产化。液压支架主体主要由形状复杂的箱型焊接结构件组成。焊接是最重要的工序。以往,由于结构、材料特殊,焊接工艺复杂,操作以人工为主。不过,高强钢板的焊接需要预热,不仅焊接工人劳动强度大,焊接质量也难以保证。在王国法的指导下,任怀伟负责联合山东能源重型装备制造集团,共同申请了智能制造装备发展专项“高端液压支架智能焊接车间”。

焊接车间项目花了5年时间。这5年,任怀伟从头盯到尾,“一心只想把事情做好”。

专业优势则让他在细节把控上更游刃有余。比如,支架板材一般厚25厘米,机器人焊接时要经过7道焊接工序。由于焊缝不规则,如何让机器人精准把握焊接位置成了一道难题。任怀伟与焊接设备厂家一起,研究了支架格子间结构的自动焊接工艺,通过接触传感和激光传感定位,再一圈一圈地焊接。在此基础上,他们建立了焊接生产线,配备了7套14台机器人,大幅提高了焊接效率。

为了解决焊接机器人与液压支架制造的适应性问题,以任怀伟为首的项目组开发出了分层多道焊接、格子间变形自适应等专用焊接程序,提出了宽间隙焊接参数选取、横焊缝脉冲打底等自动焊接工艺,研发出了与机器人焊接核心控制系统配套的外部轴控制、工件夹具、生产线控制、物流等系统及装置,实现液压支架构件焊接、翻转、上下料和运输等工艺流程的自动化。

项目实施后,液压支架焊接作业效率提高了一倍多。焊接车间项目拓宽了中国煤炭科工集团的业务范围,探索出了新的商业模式。

虽说这是一个科研项目,但任怀伟打交道的不只有厂家,还有设备供应商、用户等。项目内容不止于试验,也涉及商务。“那会儿啥事都碰到过,身边也没个帮手,还是很锻炼人的。”任怀伟说。如今去财务部门办事,工作人员笑称任怀伟比专业人士懂得的都多。

搞智能化得学会融合

有人希望方案更适合落地实施,有人希望方案技术含量更高,甚至有人前后的想法都是矛盾的。任怀伟及团队要不停地在各专业和领域协调,做好各部分的衔接。

“工作面‘三机’的协调控制,就像3个人同时在干一件事,要商量好步骤,形成协作机制。这样,一旦外在条件变化,3个人按照协作机制,就可以适应特殊工况条件。”任怀伟说。

煤矿智能化是行业发展方向。在这方面,不仅任怀伟是专家,其带领的团队也是公认的优秀团队。该团队首次提出了信息实体主动匹配与推送策略及基于深度学习的煤矿智能化逻辑模型,给出了多因素下开采群全局最优规划和分布式协同控制方法。该团队先后承担了张家峁、巴拉素等千万吨级煤矿的智能化建设工作,使矿井数据利用率由不足20%提升至50%以上。

智能化研究需要汇聚不同专业的人才,比如机电、通信和人工智能等。怀伟比较有想法,也有把年轻人聚在一起的能力。”王国法说。

2020年8月24日,巴拉素煤矿项目评审,这是任怀伟和团队“打的一场小胜仗”。为了得到项目方案“最优解”,答辩前两周,他们来到矿上,在食堂旁边的小会议室里,每天跟该矿不同部门、中国煤炭科工集团内部单位的人碰撞想法、统一认识。

“每个人有自己的理解。有人希望方案更适合落地实施,有人希望方案技术含量更高,甚至有人前后的想法都是矛盾的。我们要不停地在各专业和领域协调,做好各个部分的衔接。那会儿我们每个人负责整改自己的部分,每天都在对方案,压力特别大。”任怀伟坦言。

很少生气的任怀伟,有两次甚至在会上发了火:“开会时我在讲,你在玩手机;开完会你又回头问我,这是在浪费大家的时间。”

经过团队的不断沟通交流,方案终于在截止日期前两天有了雏形。来不及休息,任怀伟加急整合了项目的整体思路。最终,在项目启动会上,任怀伟为众多专家汇报了长达80多页的展示方案。方案既体现了煤矿智能化建设的规划性,又有落地实施的操作性,得到与会专家的高度认可。

“这张蓝图既包括采煤新工艺、先进技术、设备协同联动,又有大数据积累等。我们积极地去研发,后期也会按照蓝图去落实。从团队角度来讲,这是大家真正成熟地做成了一件事。”任怀伟表示。

不只项目中分工协作,在中国煤炭科工集团开采研究院科创中心,工作面智能化研发也是团队每个人负责一个方向,任怀伟负责整体设计、任务分配、协调衔接。“十几位同事都非常敬业,没有人说‘这不是我的工作范围’,都是想全心全力把事情做好。”任怀伟想的是与大家一起学习、一起进步,鼓励团队成员不断试错、调整。

这种传帮带也体现在王国法与任怀伟的关系上。王国法眼中的任怀伟“人品过硬、肯下功夫,有做科研的创新素质与能力”;任怀伟眼中的王国法“很少约束自己,鼓励自己从不同角度出发主动解决问题”。

正是在这种良好的成长环境中,中国煤炭科工集团不仅涌现出了一批科学家,也使一大批煤炭科技青年得以茁壮成长。

擅长在重复中找创新

采访间隙,任怀伟接到同事的咨询电话,立刻切换为“较真儿”模式,认真解释原理,反复核对数据。“踏踏实实做好自己的事”是他对自己的第一要求。

采访中,任怀伟总是笑眯眯的,语调平稳、语速适中,“我的性格比较内向、敏感,不太会与人打交道,也容易吃亏。所以我比较注重心理建设,要有自己的独立判断,必要时敢于拒绝并表达自己的观点”。

科技工作者通常很惜时,在一段时间里处理多项任务是常态。采访间隙,任怀伟接到同事的咨询电话,立刻切换为“较真儿”模式,认真解释原理,反复核对数据。“踏踏实实做好自己的事儿,这是我对自己的第一要求。”任怀伟说。

采访结束后,任怀伟立即赶到办公室,和同事讨论起论文来。在他的工位,记者看到,被支架撑高的键盘、易于阅读的曲面屏以及移动硬盘、可携带的免洗洗手液等。这些物件丰富了这名科技工作者的日常。

“我不太喜欢重复性的工作,更擅长在重复中找创新。”任怀伟说。他正以自己的韧性与坚持,开拓着属于他的事业疆域。

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