任懷偉：勇于探索的科研帶頭人
文章來源：中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2021-03-25
嚴(yán)謹(jǐn)、惜時(shí)、負(fù)責(zé)、執(zhí)著……這是科技工作者的共性。第四屆杰出工程師青年獎(jiǎng)獲得者、中國(guó)煤炭科工集團(tuán)開采研究院科創(chuàng)中心副主任任懷偉，就是這樣一名活躍在煤炭前沿科技領(lǐng)域的科技工作者。
跨界入行煤炭
選擇讀王國(guó)法院士的博士后之后，任懷偉一頭扎進(jìn)了煤炭行業(yè)。第一次下井是在山東地下900多米的唐口煤礦。除了熱和悶，涌上心頭的劇烈感受讓他真實(shí)觸摸到了這個(gè)行業(yè)。
“那會(huì)兒不像現(xiàn)在，很多工作都得人去干，礦工掙點(diǎn)錢真不容易，我心里很不是滋味兒。”每當(dāng)談起過往，任懷偉搖搖頭，“10多年過去了，液壓支架經(jīng)歷了從本地手動(dòng)閥控制、電液閥控制到現(xiàn)在的地面遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)化水平算比較高了。”
也許正是這瞬間的感受，讓任懷偉有了刻苦鉆研的動(dòng)力與耐心。博士后期間，他憑借較強(qiáng)的適應(yīng)能力與學(xué)習(xí)能力，把已有知識(shí)體系融入新工程實(shí)踐中，對(duì)煤炭行業(yè)也從陌生到熟悉。從機(jī)械專業(yè)著手，任懷偉先將目光聚焦在了支架結(jié)構(gòu)創(chuàng)新上。
由于煤礦井下處于動(dòng)態(tài)變化過程中，支架存在一定的破壞概率。任懷偉利用概率有限元方法評(píng)估不同工況下支架的破壞方式和表現(xiàn)。
隨著經(jīng)驗(yàn)積累，他利用三維建模技術(shù)，設(shè)計(jì)了多種典型支架的整體結(jié)構(gòu)和局部關(guān)鍵零部件，創(chuàng)新提出“雙重骨架”概念及其設(shè)計(jì)方法；在液壓支架的結(jié)構(gòu)與可靠性分析上，他借助有限元軟件，分析了在彎扭組合變形情況下支架箱型結(jié)構(gòu)截面內(nèi)板元上的應(yīng)力分布，確定截面參數(shù)的最優(yōu)取值等。這一系列的研究，推動(dòng)了我國(guó)液壓支架設(shè)計(jì)技術(shù)的升級(jí)換代。
在摸爬滾打中快速成長(zhǎng)
談到成長(zhǎng)最快的經(jīng)歷，任懷偉表示，焊接車間項(xiàng)目是他第一次獨(dú)立解決現(xiàn)場(chǎng)難題。
從2012年開始，任懷偉負(fù)責(zé)建設(shè)國(guó)內(nèi)首個(gè)能大規(guī)模焊接液壓支架結(jié)構(gòu)件的機(jī)器人智能車間。
當(dāng)年，高端液壓支架剛實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。液壓支架主體主要由形狀復(fù)雜的箱型焊接結(jié)構(gòu)件組成。焊接是最重要的工序。以往，由于結(jié)構(gòu)、材料特殊，焊接工藝復(fù)雜，操作以人工為主。不過，高強(qiáng)鋼板的焊接需要預(yù)熱，不僅焊接工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量也難以保證。在王國(guó)法的指導(dǎo)下，任懷偉聯(lián)合山東能源重型裝備制造集團(tuán)，共同申請(qǐng)了智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)“高端液壓支架智能焊接車間”。
焊接車間項(xiàng)目這5年，任懷偉從頭盯到尾。專業(yè)優(yōu)勢(shì)則讓他在細(xì)節(jié)把控上更游刃有余。支架板材一般厚25厘米，機(jī)器人焊接時(shí)要經(jīng)過7道焊接工序。由于焊縫不規(guī)則，如何讓機(jī)器人精準(zhǔn)把握焊接位置成了一道難題。任懷偉與焊接設(shè)備廠家一起，研究了支架格子間結(jié)構(gòu)的自動(dòng)焊接工藝，通過接觸傳感和激光傳感定位，再一圈一圈地焊接。在此基礎(chǔ)上，他們建立了焊接生產(chǎn)線，配備了7套14臺(tái)機(jī)器人，大幅提高了焊接效率。
為了解決焊接機(jī)器人與液壓支架制造的適應(yīng)性問題，以任懷偉為首的項(xiàng)目組開發(fā)出了分層多道焊接、格子間變形自適應(yīng)等專用焊接程序，提出了寬間隙焊接參數(shù)選取、橫焊縫脈沖打底等自動(dòng)焊接工藝，研發(fā)出與機(jī)器人焊接核心控制系統(tǒng)配套的外部軸控制、工件夾具、生產(chǎn)線控制、物流等系統(tǒng)及裝置，實(shí)現(xiàn)液壓支架構(gòu)件焊接、翻轉(zhuǎn)、上下料和運(yùn)輸?shù)裙に嚵鞒痰淖詣?dòng)化。
項(xiàng)目實(shí)施后，液壓支架焊接作業(yè)效率提高了一倍多。焊接車間項(xiàng)目拓寬了中國(guó)煤炭科工集團(tuán)的業(yè)務(wù)范圍，探索出了新的商業(yè)模式。
在智能化中學(xué)會(huì)融合
“工作面‘三機(jī)’的協(xié)調(diào)控制，就像3個(gè)人同時(shí)在干一件事，要商量好步驟，形成協(xié)作機(jī)制。這樣，一旦外在條件變化，3個(gè)人按照協(xié)作機(jī)制，就可以適應(yīng)特殊工況條件。”任懷偉說。
煤礦智能化是行業(yè)發(fā)展方向。在這方面，不僅任懷偉是專家，其帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)也是業(yè)界翹楚。該團(tuán)隊(duì)首次提出了信息實(shí)體主動(dòng)匹配與推送策略及基于深度學(xué)習(xí)的煤礦智能化邏輯模型，給出了多因素下開采群全局最優(yōu)規(guī)劃和分布式協(xié)同控制方法。先后承擔(dān)了張家峁、巴拉素等千萬噸級(jí)煤礦的智能化建設(shè)工作，使礦井?dāng)?shù)據(jù)利用率由不足20%提升至50%以上。
2020年8月24日，巴拉素煤礦項(xiàng)目評(píng)審，這是任懷偉和團(tuán)隊(duì)“打的一場(chǎng)小勝仗”。為了得到項(xiàng)目方案“最優(yōu)解”，答辯前兩周，他們來到礦上，在食堂旁邊的小會(huì)議室里，每天跟該礦不同部門、中國(guó)煤科內(nèi)部單位的人碰撞想法、統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。
“每個(gè)人有自己的理解。有人希望方案更適合落地實(shí)施，有人希望方案技術(shù)含量更高，甚至有人前后的想法都是矛盾的。我們要不停地在各專業(yè)和領(lǐng)域協(xié)調(diào)，做好各個(gè)部分的銜接。那會(huì)兒我們每個(gè)人負(fù)責(zé)整改自己的部分，每天都在對(duì)方案，壓力特別大。”任懷偉坦言。
經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的不斷溝通交流，方案終于在截止日期前兩天有了雛形。來不及休息，任懷偉加急整合思路。最終，在項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)上，任懷偉為眾多專家匯報(bào)了長(zhǎng)達(dá)80多頁的展示方案。方案既體現(xiàn)了煤礦智能化建設(shè)的規(guī)劃性，又有落地實(shí)施的操作性，得到與會(huì)專家的高度認(rèn)可。
【責(zé)任編輯：家正】
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