中國科學(xué)院院士潘際鑾

他參與解決了我國多項(xiàng)重大工程問題，讓高鐵軌道“天衣無縫”，讓核電站“密不透風(fēng)”

我們需要理論，但不是為理論而理論，而是為實(shí)踐做理論

國家需要堅(jiān)決上馬、知難而進(jìn)敢于攀登、團(tuán)結(jié)友好共同戰(zhàn)斗、只求奉獻(xiàn)淡泊名利

文 |《瞭望》新聞周刊記者 扈永順

6月16日，在上海舉辦的北京·埃森焊接與切割展覽會(huì)上，一臺(tái)在大口徑筒體上進(jìn)行模擬焊接的無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人亮相。活動(dòng)現(xiàn)場，已是鮐背之年的中國科學(xué)院院士潘際鑾親臨觀摩指導(dǎo)，向大家講解焊接機(jī)器人。

作為中國焊接領(lǐng)域的開拓者，94歲高齡的潘際鑾長期工作在教學(xué)科研一線，創(chuàng)造了豐碩的科研成果，培養(yǎng)了眾多杰出人才。他參與解決了我國多項(xiàng)重大工程問題，讓高鐵軌道“天衣無縫”，讓核電站“密不透風(fēng)”。早在1984年，由潘際鑾排名第一完成人的新型MIG焊接電弧控制法，就榮獲國家發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。2005年，潘際鑾被中國焊接學(xué)會(huì)和中國焊接協(xié)會(huì)聯(lián)合授予“中國焊接終身成就獎(jiǎng)”。

“讓自己的科研工作解決實(shí)際問題，是我一生追逐的目標(biāo)。我的工作對國家有貢獻(xiàn)，我就很安心、很高興。”他說。

4月20日，中鐵十一局軌道焊機(jī)在焊接廣州地鐵18號線首通段最后一個(gè)鋼軌接頭 劉大偉攝/本刊

焊接領(lǐng)域開拓者

《瞭望》：你是如何進(jìn)入焊接領(lǐng)域并主持創(chuàng)建我國第一個(gè)焊接專業(yè)的？

潘際鑾：我的大學(xué)是在西南聯(lián)大和清華度過的，學(xué)的是機(jī)械工程。1948年畢業(yè)后，我留在了清華大學(xué)當(dāng)助教。1950年，教育部從全國各高校選拔了150名青年教師到哈爾濱工業(yè)大學(xué)（下稱哈工大）進(jìn)修俄語，為全面學(xué)習(xí)蘇聯(lián)、改革中國教育制度做準(zhǔn)備，我是其中之一。當(dāng)時(shí)我們一邊進(jìn)修俄語，一邊給哈工大本科生上課。

進(jìn)入焊接領(lǐng)域，主要是因?yàn)槲业膶?dǎo)師普羅霍洛夫教授，他是蘇聯(lián)著名的焊接專家。在此之前我對焊接并無特別偏好，只是在清華讀書時(shí)聽過李輯祥教授講授的焊接學(xué)課程，知道焊接技術(shù)的重要性。普羅霍洛夫教授來到哈工大后，我主動(dòng)報(bào)名跟他攻讀焊接專業(yè)。1952年，哈工大決定籌建焊接實(shí)驗(yàn)室和焊接專業(yè)，這是全國第一個(gè)焊接專業(yè)。這一年我既要完成研究生畢業(yè)論文，又要給本科生上課，還承擔(dān)了焊接實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)的籌建工作，自己不僅在科研、教學(xué)上，而且在組織和管理上，逐漸成熟起來。

1953年暑假，我回清華大學(xué)向?qū)W校匯報(bào)了自己在哈工大的學(xué)習(xí)工作情況。清華大學(xué)委托我主持籌建清華大學(xué)焊接專業(yè)和焊接教研組，為我國工業(yè)發(fā)展培養(yǎng)人才，也為正在興起的國家工業(yè)建設(shè)提供技術(shù)支撐。經(jīng)兩校協(xié)商，決定讓我在哈工大研究生畢業(yè)后工作兩年再回清華。這樣，我就在1953年9月，帶領(lǐng)清華大學(xué)10名學(xué)員來到哈工大，我在校工作，他們參加焊接師資研修班的學(xué)習(xí)。在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下，我跟學(xué)員們一起，進(jìn)一步明確了焊接專業(yè)的方向和培養(yǎng)目標(biāo)，研究制定了教學(xué)計(jì)劃，完成了清華大學(xué)焊接實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1955年暑假，我跟學(xué)員們一起從哈工大回到清華大學(xué)。清華大學(xué)正式組建了焊接教研組，我被任命為教研組主任。當(dāng)時(shí)學(xué)校沒有房屋、設(shè)備，經(jīng)費(fèi)也很緊張，我從規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)樓、訂購實(shí)驗(yàn)設(shè)備做起，開始了清華大學(xué)焊接專業(yè)和焊接教研組的建設(shè)。

《瞭望》：你是如何推動(dòng)這一專業(yè)發(fā)展、培養(yǎng)學(xué)生的？

潘際鑾：上世紀(jì)50年代，大家對焊接并不太了解，有的學(xué)生認(rèn)為焊接沒什么好學(xué)的，要求調(diào)換專業(yè)。一些學(xué)生認(rèn)為學(xué)焊接會(huì)埋沒自己的才能。

1956年上半年，焊接教研組開出了第一門專業(yè)課——焊接冶金原理，下半年又開出了六門專業(yè)課。在抓教研組教學(xué)工作的同時(shí)，我鼓勵(lì)教師積極開展科學(xué)研究，希望通過承接科研項(xiàng)目和讓學(xué)生參與科研，使他們從科研中感受到國家工業(yè)發(fā)展對焊接專業(yè)需求的緊迫性。那段時(shí)間，我們結(jié)合工業(yè)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的需要，研制成功了重型軋鋼機(jī)架的電渣焊技術(shù)、大型錘鍛模堆焊技術(shù)、我國第一臺(tái)真空電子束焊機(jī)，完成了2500噸水壓機(jī)全套高壓蓄勢器的研究及生產(chǎn)任務(wù)、清華大學(xué)核反應(yīng)堆焊接工程的研究及生產(chǎn)任務(wù)、我國第一個(gè)汽輪機(jī)大型拼焊轉(zhuǎn)子工程等。這些項(xiàng)目都是在西方國家對我國進(jìn)行封鎖和禁運(yùn)、蘇聯(lián)對我國中斷援助、科研資料極其匱乏、科研條件極其艱苦的情況下完成的。

科研工作所取得的成績，鼓舞了師生。部分課題吸納了學(xué)生參與，使同學(xué)們感受到了焊接專業(yè)在國家工業(yè)建設(shè)和國防建設(shè)中的作用，感受到國家對焊接人才的迫切需求?？梢哉f中國所有焊接工作者都是從哈工大、清華大學(xué)的焊接專業(yè)培養(yǎng)出來的。

《瞭望》：你擔(dān)任了秦山核電站工程的焊接技術(shù)顧問，當(dāng)時(shí)情況是怎樣的？

潘際鑾：焊接是建設(shè)核電站的關(guān)鍵技術(shù)。如果盛放核燃料的管道因焊接質(zhì)量問題造成放射物質(zhì)的泄漏，后果不堪設(shè)想。1987年初，當(dāng)時(shí)的核工業(yè)部請國外專家參觀正在施工的秦山核電站。外國專家認(rèn)真察看了工作流程，發(fā)現(xiàn)工程中有些焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量不合格，他們十分擔(dān)憂，緊急向中央寫信報(bào)告此事。

受國務(wù)院委托、核工業(yè)部聘請，我去秦山核電站實(shí)地考察，對重要結(jié)構(gòu)的焊接情況進(jìn)行深入了解研究，發(fā)現(xiàn)了很多焊接問題。我與當(dāng)時(shí)的核工業(yè)部副部長及歐陽宇院士商量，決定立即停止工程，有問題的焊接結(jié)構(gòu)全部推倒重做，并與電站施工單位共同制定了焊接結(jié)構(gòu)、焊接性能及焊接工藝試驗(yàn)方案。推倒重來使核電站建設(shè)工程工期推遲了一年，到1991年時(shí)才建成，但工程質(zhì)量得到了保證，從1991年底秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電，運(yùn)轉(zhuǎn)至今，主要焊接結(jié)構(gòu)未發(fā)生問題。

填補(bǔ)國際空白

《瞭望》：怎樣想到要研發(fā)無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人？

潘際鑾：1979年，我在參加一場全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議時(shí)，看到工人要焊接一個(gè)大直徑合金鋼罐體，為達(dá)到工藝質(zhì)量要求，管件必須預(yù)熱到200℃。工人要穿厚厚的石棉服進(jìn)入罐體內(nèi)焊接，在里面堅(jiān)持十幾分鐘。灼人的高溫使狹小的空間里聚積了大量有害氣體，救護(hù)車必須一直在場，隨時(shí)準(zhǔn)備搶救休克的工人。這個(gè)場景讓我印象很深刻，從那時(shí)起我就下決心要實(shí)現(xiàn)大型工件的焊接自動(dòng)化。

大型結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)化焊接一直是焊接領(lǐng)域的一大世界難題。雖然已有的焊接機(jī)器人能夠替代一部分人工，但焊接機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)范圍只能在兩米直徑內(nèi)，面對火箭、巨輪、油罐等超大型工件，依然束手無策。一次考察期間，我看到國外一家公司研發(fā)的焊接機(jī)器人可以像壁虎一樣沿軌道爬到工件上焊接，這給了我啟發(fā)，我們也要研究爬行式焊接機(jī)器人。

不過國外的爬行式焊接機(jī)器人需要預(yù)先在要焊接的物體表面鋪設(shè)軌道，但在大型結(jié)構(gòu)件的焊接上，往往面臨焊接作業(yè)面大且變化多樣。特別是在有曲面焊縫以及不規(guī)則焊縫的場景中，軌道很難與焊縫完全平行，焊接效果差。我們想要研究一款可以在不斷運(yùn)動(dòng)中自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)焊接的機(jī)器人。它有三個(gè)定語，一是無軌導(dǎo)，可以不用鋪設(shè)軌道；二是全位置，可以平焊、立焊、仰焊；第三個(gè)是爬行式，它能夠爬行運(yùn)動(dòng)，這款焊接機(jī)器人當(dāng)時(shí)在世界上是沒有的。

《瞭望》：團(tuán)隊(duì)是怎樣突破無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人技術(shù)瓶頸的？

潘際鑾：無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人涉及數(shù)學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、焊接、機(jī)械、控制、軟件、電氣等專業(yè)，是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的系統(tǒng)工程產(chǎn)品，我們用20多年時(shí)間，突破了三大難題。

解決的第一個(gè)難題是讓機(jī)器人要爬上去并且在不掉下來的前提下能運(yùn)動(dòng)。我們前后共研制了電磁式、履帶永磁式、輪式、輪履結(jié)合式四代焊接機(jī)器人，最終采用了輪履式與懸浮磁吸附相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了低自重、高負(fù)載的三維曲面吸附和爬行能力。

第二個(gè)是研發(fā)了控制系統(tǒng)。機(jī)器人主要由爬行機(jī)本體、電氣控制柜、激光焊縫跟蹤系統(tǒng)和焊接負(fù)載組成，要使各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)工作，我們研發(fā)了多傳感器的信息融合控制技術(shù)，搭建了中央控制器，無需編程就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

解決的第三個(gè)難題是焊縫識(shí)別以及確保焊接質(zhì)量。通過機(jī)器人搭載的激光跟蹤傳感器抓取焊縫特征，結(jié)合姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，中央控制器實(shí)時(shí)計(jì)算運(yùn)動(dòng)偏差，輪履式機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)調(diào)整位置，實(shí)現(xiàn)自主識(shí)別焊縫、自主對中焊縫，并實(shí)現(xiàn)自主焊接。通過對焊接材料的研究，焊縫能夠成型，焊接質(zhì)量得到保證。

1997年，我們研發(fā)出了無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人原型機(jī)；2006年，焊接機(jī)器人在第十一屆北京·埃森焊接與切割展覽會(huì)首次露面，受到了許多參觀者的青睞和好評。同行專家評價(jià)無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人填補(bǔ)了國內(nèi)外該項(xiàng)技術(shù)的空白，是國際焊接領(lǐng)域中的首創(chuàng)，屬于國際領(lǐng)先、原始創(chuàng)新的科研成果，成為解決大型結(jié)構(gòu)件在工地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的強(qiáng)大武器；2009年，焊接機(jī)器人申請到了美國專利。

《瞭望》：在將無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化過程中，又遇到了哪些困難？

潘際鑾：1993年到2003年期間，我在南昌大學(xué)任校長。2003年回到清華大學(xué)后，繼續(xù)研究焊接機(jī)器人，但要做產(chǎn)業(yè)化，一是沒人，二是沒錢。博士生的主要任務(wù)是搞科研，不懂如何產(chǎn)業(yè)化。課題經(jīng)費(fèi)也只能用來做科研，不能用來做產(chǎn)業(yè)化。在從社會(huì)上找投資中，發(fā)現(xiàn)社會(huì)資本愿意做短期內(nèi)能更快賺錢的產(chǎn)品，例如對那些跑來跑去能說會(huì)跳的機(jī)器人更感興趣。但我不想去做那些，因?yàn)樗鼈兘鉀Q不了我最關(guān)心的問題。

2017年，我的學(xué)生，清華大學(xué)機(jī)械工程系博士馮消冰創(chuàng)立了北京博清科技有限公司，承接了我們團(tuán)隊(duì)的焊接機(jī)器人創(chuàng)新成果，組建了由機(jī)械、焊接工藝、控制、圖像處理專業(yè)博士、碩士等組成的研發(fā)和管理團(tuán)隊(duì)，開始了焊接機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。經(jīng)過近四年的刻苦攻關(guān)，在國際上，率先將可在三維曲面大型結(jié)構(gòu)件上自主尋縫焊接的新一代無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人推向市場。

2018年，無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在大型儲(chǔ)罐的焊接應(yīng)用；2019年，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)在北京組織召開了無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人科技成果鑒定會(huì)。鑒定委員會(huì)認(rèn)為項(xiàng)目成果技術(shù)難度大，創(chuàng)新性強(qiáng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中在三維曲面的大型結(jié)構(gòu)件上自主尋縫及焊縫對中技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先地位。

目前無軌導(dǎo)全位置爬行焊接機(jī)器人已經(jīng)在中石化中科煉化一體化湛江項(xiàng)目上得到應(yīng)用，經(jīng)檢測焊縫質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)一次性合格率達(dá)到98%以上，焊接精度高于行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且工作效率比傳統(tǒng)的人工焊接提高3到5倍，深受客戶好評，在國家重點(diǎn)行業(yè)的建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。隨著博清科技特種焊接機(jī)器人產(chǎn)品的更新迭代，全自動(dòng)化焊接將陸續(xù)進(jìn)入到油氣化工、軌道交通、船舶制造、核電、能源和建筑鋼結(jié)構(gòu)等眾多重要建設(shè)領(lǐng)域。同時(shí)，博清科技已在韓國和美國設(shè)立銷售機(jī)構(gòu)，并與沙特阿美等國外重要行業(yè)客戶達(dá)成合作意向。在歐洲和中亞等項(xiàng)目資源比較豐富的地區(qū)也在積極布局。

需重視工程技術(shù)研究

《瞭望》：如何評價(jià)目前國內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展？

潘際鑾：現(xiàn)在大家對焊接的重要性仍然是認(rèn)識(shí)不夠，認(rèn)為這是一項(xiàng)很普通的工作。焊接作為組裝工藝之一，通常被安排在制造流程的后期或最終階段，對產(chǎn)品質(zhì)量具有決定性作用。發(fā)展好焊接技術(shù)需要很多基礎(chǔ)研究工作，包括材料基礎(chǔ)、工藝基礎(chǔ)、焊機(jī)裝備基礎(chǔ)、焊接自動(dòng)化基礎(chǔ)等等。此外，隨著用鋼強(qiáng)度、厚度及合金元素新材料的不斷變革，對焊接水平也提出了新的要求。

清華大學(xué)機(jī)械工程系焊接團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了上海汽輪機(jī)廠一項(xiàng)百萬千瓦汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子焊接工作。這個(gè)轉(zhuǎn)子有3米粗、13米長、300噸重，鍛造是沒法鍛造出來的，只能靠焊接。我們把8個(gè)3米粗的圓餅焊接成13米長，成功完成了任務(wù)。

轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境是高溫高壓，每分鐘要達(dá)到1500～3000轉(zhuǎn)，這對焊接質(zhì)量要求非常高，而且焊接過程中，材料性質(zhì)是會(huì)發(fā)生變化的，必須要研究清楚其中的變化機(jī)理?？梢钥闯觯附硬⒉皇且豁?xiàng)簡單的工作，工程技術(shù)研究應(yīng)該受到社會(huì)更高的關(guān)注。但現(xiàn)在，焊接領(lǐng)域最好的技術(shù)大部分都在國外。

2005年開工建設(shè)的京津城際鐵路，關(guān)鍵之一是以焊接方法制造無縫鋼軌。我是清華大學(xué)與北京鐵路局共同成立的京津城際鐵路鋼軌焊接項(xiàng)目組總指揮，我們焊無縫鋼軌的焊機(jī)都自己制造不了，是買國外的。

從北京南站到天津站全程約120公里，共有3680個(gè)接頭，只有接頭不出問題，才能保證高速鐵路高平順性和高穩(wěn)定性。我們先要在天津楊村基地把5根單根長100米的鋼軌焊成500米的長軌，這臺(tái)焊機(jī)是花了1300萬元從瑞士買的。500米鋼軌焊好后，用火車把鋼軌運(yùn)到現(xiàn)場，再用焊機(jī)把6根鋼軌焊成3000米長的鋼軌，最后把3000米長的鋼軌焊接合攏，這臺(tái)焊機(jī)是花2000萬元從烏克蘭買的。大家愿意仿造國外焊機(jī)，但是不愿意做扎實(shí)的研究，社會(huì)對工程技術(shù)研究重視不夠。

《瞭望》：如何推動(dòng)國內(nèi)工程技術(shù)研究的發(fā)展？

潘際鑾：現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)是科學(xué)原理和產(chǎn)業(yè)發(fā)展、工程研制之間不可缺少的橋梁，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

加強(qiáng)現(xiàn)代工程和技術(shù)科學(xué)研究，首先要堅(jiān)持正確的科研導(dǎo)向。雖然國家倡導(dǎo)破“四唯”，也出臺(tái)了一系列政策，但到了高校層面仍然非常看重論文。不管是基礎(chǔ)研究還是工程技術(shù)研究，都要看發(fā)表論文數(shù)量、論文發(fā)在了哪些期刊上?，F(xiàn)在一些高校教師科研目標(biāo)就是做理論、出論文。這是很危險(xiǎn)的事情，如果大家都為了追求論文而故意設(shè)置一些能出論文而對解決現(xiàn)實(shí)問題毫無意義的課題，不僅浪費(fèi)科研經(jīng)費(fèi)，對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)也不會(huì)有什么貢獻(xiàn)?？萍紕?chuàng)新要著眼于產(chǎn)業(yè)化，要將能否產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益、能否產(chǎn)業(yè)化視為評價(jià)科研成果的首要標(biāo)準(zhǔn)。

再者就是國家仍要大力宣傳大國工程、工匠精神，倡導(dǎo)科研人員依據(jù)國家需求做工程技術(shù)研究。科技攻關(guān)要堅(jiān)持問題導(dǎo)向，奔著最緊急、最緊迫的問題去。要從國家急迫需要解決的問題、事關(guān)發(fā)展全局和國家安全的基礎(chǔ)核心領(lǐng)域開展課題研究。做工程技術(shù)研究也要注重動(dòng)手能力。現(xiàn)在為數(shù)不多的大學(xué)內(nèi)設(shè)置的焊接專業(yè)，學(xué)生只學(xué)習(xí)理論知識(shí)，并不會(huì)自己具體操作焊接工作。我是從進(jìn)入焊接專業(yè)開始就到車間跟著工人師傅學(xué)習(xí)焊接的。創(chuàng)新應(yīng)該是理論與實(shí)踐螺旋式上升，又有理論又有實(shí)踐，這樣不斷發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，我們需要理論，但不是為理論而理論，而是為實(shí)踐做理論。我們的目標(biāo)應(yīng)該是對國家有用，對人類有貢獻(xiàn)，只做論文無應(yīng)用是沒有意義的。博清科技公司就是把理論做成了實(shí)踐，把實(shí)踐做成了產(chǎn)業(yè)，用產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)世界。所以我現(xiàn)在很熱心他們的工作，這是在產(chǎn)業(yè)報(bào)國。我跟他們提了4個(gè)要求，國家需要堅(jiān)決上馬、知難而進(jìn)敢于攀登、團(tuán)結(jié)友好共同戰(zhàn)斗、只求奉獻(xiàn)淡泊名利?！?/p>