任懷偉：勇于探索的科研帶頭人
文章來源：中國煤炭科工集團有限公司 發布時間：2021-03-25
嚴謹、惜時、負責、執著……這是科技工作者的共性。第四屆杰出工程師青年獎獲得者、中國煤炭科工集團開采研究院科創中心副主任任懷偉，就是這樣一名活躍在煤炭前沿科技領域的科技工作者。
跨界入行煤炭
選擇讀王國法院士的博士后之后，任懷偉一頭扎進了煤炭行業。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觸摸到了這個行業。
“那會兒不像現在，很多工作都得人去干，礦工掙點錢真不容易，我心里很不是滋味兒。”每當談起過往，任懷偉搖搖頭，“10多年過去了，液壓支架經歷了從本地手動閥控制、電液閥控制到現在的地面遠程控制，自動化水平算比較高了。”
也許正是這瞬間的感受，讓任懷偉有了刻苦鉆研的動力與耐心。博士后期間，他憑借較強的適應能力與學習能力，把已有知識體系融入新工程實踐中，對煤炭行業也從陌生到熟悉。從機械專業著手，任懷偉先將目光聚焦在了支架結構創新上。
由于煤礦井下處于動態變化過程中，支架存在一定的破壞概率。任懷偉利用概率有限元方法評估不同工況下支架的破壞方式和表現。
隨著經驗積累，他利用三維建模技術，設計了多種典型支架的整體結構和局部關鍵零部件，創新提出“雙重骨架”概念及其設計方法；在液壓支架的結構與可靠性分析上，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構截面內板元上的應力分布，確定截面參數的最優取值等。這一系列的研究，推動了我國液壓支架設計技術的升級換代。
在摸爬滾打中快速成長
談到成長最快的經歷，任懷偉表示，焊接車間項目是他第一次獨立解決現場難題。
從2012年開始，任懷偉負責建設國內首個能大規模焊接液壓支架結構件的機器人智能車間。
當年，高端液壓支架剛實現國產化。液壓支架主體主要由形狀復雜的箱型焊接結構件組成。焊接是最重要的工序。以往，由于結構、材料特殊，焊接工藝復雜，操作以人工為主。不過，高強鋼板的焊接需要預熱，不僅焊接工人勞動強度大，焊接質量也難以保證。在王國法的指導下，任懷偉聯合山東能源重型裝備制造集團，共同申請了智能制造裝備發展專項“高端液壓支架智能焊接車間”。
焊接車間項目這5年，任懷偉從頭盯到尾。專業優勢則讓他在細節把控上更游刃有余。支架板材一般厚25厘米，機器人焊接時要經過7道焊接工序。由于焊縫不規則，如何讓機器人精準把握焊接位置成了一道難題。任懷偉與焊接設備廠家一起，研究了支架格子間結構的自動焊接工藝，通過接觸傳感和激光傳感定位，再一圈一圈地焊接。在此基礎上，他們建立了焊接生產線，配備了7套14臺機器人，大幅提高了焊接效率。
為了解決焊接機器人與液壓支架制造的適應性問題，以任懷偉為首的項目組開發出了分層多道焊接、格子間變形自適應等專用焊接程序，提出了寬間隙焊接參數選取、橫焊縫脈沖打底等自動焊接工藝，研發出與機器人焊接核心控制系統配套的外部軸控制、工件夾具、生產線控制、物流等系統及裝置，實現液壓支架構件焊接、翻轉、上下料和運輸等工藝流程的自動化。
項目實施后，液壓支架焊接作業效率提高了一倍多。焊接車間項目拓寬了中國煤炭科工集團的業務范圍，探索出了新的商業模式。
在智能化中學會融合
“工作面‘三機’的協調控制，就像3個人同時在干一件事，要商量好步驟，形成協作機制。這樣，一旦外在條件變化，3個人按照協作機制，就可以適應特殊工況條件。”任懷偉說。
煤礦智能化是行業發展方向。在這方面，不僅任懷偉是專家，其帶領的團隊也是業界翹楚。該團隊首次提出了信息實體主動匹配與推送策略及基于深度學習的煤礦智能化邏輯模型，給出了多因素下開采群全局最優規劃和分布式協同控制方法。先后承擔了張家峁、巴拉素等千萬噸級煤礦的智能化建設工作，使礦井數據利用率由不足20%提升至50%以上。
2020年8月24日，巴拉素煤礦項目評審，這是任懷偉和團隊“打的一場小勝仗”。為了得到項目方案“最優解”，答辯前兩周，他們來到礦上，在食堂旁邊的小會議室里，每天跟該礦不同部門、中國煤科內部單位的人碰撞想法、統一認識。
“每個人有自己的理解。有人希望方案更適合落地實施，有人希望方案技術含量更高，甚至有人前后的想法都是矛盾的。我們要不停地在各專業和領域協調，做好各個部分的銜接。那會兒我們每個人負責整改自己的部分，每天都在對方案，壓力特別大。”任懷偉坦言。
經過團隊的不斷溝通交流，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，在項目啟動會上，任懷偉為眾多專家匯報了長達80多頁的展示方案。方案既體現了煤礦智能化建設的規劃性，又有落地實施的操作性，得到與會專家的高度認可。
【責任編輯：家正】
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