產(chǎn)學(xué)研用，促進(jìn)航空特種機(jī)器人應(yīng)用
——訪清華大學(xué)首席研究員陳懇教授

本刊記者 海 山

：請(qǐng)簡(jiǎn)單介紹一下清華大學(xué)機(jī)器人及自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)在航空領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向及內(nèi)容。

陳懇：機(jī)器人及自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)在航空領(lǐng)域的主要研究分為航空特種機(jī)器人表面涂裝和航空數(shù)字化制造技術(shù)及相關(guān)自動(dòng)化裝備兩大方向，涉及面較廣。從航空特種機(jī)器人表面涂裝來(lái)看，航空產(chǎn)品具有噴涂形狀復(fù)雜、尺寸大、對(duì)噴涂質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，我們的團(tuán)隊(duì)從最開始主要幫助企業(yè)解決進(jìn)氣道的涂覆問題，到現(xiàn)在的整機(jī)外表面噴涂，進(jìn)而推廣到大型零部件噴涂，從設(shè)備到控制、檢測(cè)、工藝，我們已經(jīng)形成了自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及一套完整的智能特種機(jī)器人噴涂技術(shù)體系。在航空數(shù)字化制造及自動(dòng)化裝備方面，如何將機(jī)器人用在數(shù)字化裝備上，如何利用機(jī)器人技術(shù)來(lái)解決飛機(jī)數(shù)字化裝配中部裝、總裝的特殊需求，如何將機(jī)器人技術(shù)和傳統(tǒng)的制造方式結(jié)合起來(lái)，從而適應(yīng)各種飛機(jī)制造生產(chǎn)要求，解決技術(shù)難題，提升航空制造技術(shù)裝備水平，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展與創(chuàng)新是我們團(tuán)隊(duì)的主要研究方向與特色之一。

：您的團(tuán)隊(duì)在2005年進(jìn)入航空領(lǐng)域，從學(xué)術(shù)研究到工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化做了哪些工作？

陳懇：通過國(guó)家重大需求的牽引，把高校已經(jīng)掌握的理論技術(shù)，以及創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)和國(guó)家目前的具體需求結(jié)合起來(lái)，在結(jié)合過程中，解決關(guān)鍵技術(shù)，研制新裝備，并通過工程實(shí)踐與提煉，推動(dòng)相關(guān)理論與技術(shù)創(chuàng)新?；A(chǔ)理論研究要保持延續(xù)性，特別是跟航空企業(yè)合作，國(guó)家航空發(fā)展非常快，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目進(jìn)行過程中，不管是從學(xué)生的培養(yǎng)，老師的學(xué)術(shù)水平，還是論文的發(fā)表，后續(xù)的研究都是不間斷的。在國(guó)家重大需求的大背景下做理論和技術(shù)創(chuàng)新，將企業(yè)需求變成整體方案，變成解決企業(yè)難題的技術(shù)途徑與方法及新裝備，這就解決了我們的理論和技術(shù)發(fā)展方向問題，同時(shí)也把研究成果轉(zhuǎn)換成為了工程問題的解決方案和實(shí)施技術(shù)。

：團(tuán)隊(duì)致力于先進(jìn)制造工藝的優(yōu)化，請(qǐng)問在特種材料加工工藝方面進(jìn)行了哪些研究？

陳懇：我們的團(tuán)隊(duì)研究特種機(jī)器人技術(shù)在航空產(chǎn)品涂裝與數(shù)字化制造及裝配領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制、自動(dòng)作業(yè)規(guī)劃、測(cè)量與集成、自動(dòng)化實(shí)施工藝等問題，涉及飛機(jī)的機(jī)器人涂裝與數(shù)字化裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、移動(dòng)式冗余特種多機(jī)器人系統(tǒng)智能作業(yè)規(guī)劃與安全避碰、機(jī)器人化無(wú)型架柔性定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)、復(fù)雜數(shù)字化系統(tǒng)的集成與智能控制、機(jī)器人數(shù)字化制孔與裝配、機(jī)器人噴涂與數(shù)字化制造過程的測(cè)量與精度補(bǔ)償，以及機(jī)器人自動(dòng)化作業(yè)工藝設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。特別是高端機(jī)器人裝備在企業(yè)應(yīng)用之后，與傳統(tǒng)手工是不一樣的，工藝規(guī)程與參數(shù)，比如機(jī)器人末端噴槍或制孔刀具工藝參數(shù)的設(shè)置、壽命及故障檢測(cè)等，都需要通過大量工藝試驗(yàn)研究確定。其中一部分工藝試驗(yàn)，可通過學(xué)校內(nèi)我們團(tuán)隊(duì)自己開發(fā)的平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，除此之外，還需要通過企業(yè)生產(chǎn)線，需要和企業(yè)車間技術(shù)人員反復(fù)溝通，進(jìn)行大量的工藝試驗(yàn)，共同來(lái)研究用上新設(shè)備之后工藝怎么做。我們的研究不涉及材料本身，只做工藝研究，例如噴涂方面，研究怎么達(dá)到滿足要求的噴涂質(zhì)量；比如機(jī)械手臂，研究運(yùn)轉(zhuǎn)速度、噴槍距離和壓力流量控制等。具體到復(fù)合材料疊層機(jī)器人制孔，涉及一個(gè)分層、撕裂、錯(cuò)孔和毛刺以及精度等加工與裝配質(zhì)量的問題，所以必須將刀具轉(zhuǎn)速、角度、壓力等工藝問題通過試驗(yàn)確定預(yù)先解決后才可實(shí)際應(yīng)用。相同類工藝有些參數(shù)是可調(diào)用的，但是需要長(zhǎng)期、大量積累，而且如果工藝變化太大，哪怕是以前研究過的，也要預(yù)先試一次。新的設(shè)備或新的飛機(jī)型號(hào)，摸索工藝時(shí)間就會(huì)長(zhǎng)些，而同型號(hào)飛機(jī)，有些參數(shù)是可以直接用的，只需要驗(yàn)證性的試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間也就短些。涂料成分對(duì)工藝摸索也有影響，特別是特種涂料，易沉淀，不同溫度變化對(duì)粘度、流動(dòng)性和均勻度都有影響。

：作為團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，請(qǐng)談?wù)勗谂囵B(yǎng)學(xué)生過程中的心得。

陳懇：對(duì)清華的學(xué)生，尤其是博士，我們很看重他入學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)要有綜合能力，有一定的創(chuàng)新敏感性，解決問題的思維要清楚。學(xué)生要通過學(xué)校，通過項(xiàng)目，通過具體任務(wù)，來(lái)鍛煉綜合解決問題的能力，把系統(tǒng)的知識(shí)打扎實(shí)，要學(xué)會(huì)與人合作，同時(shí)也要鍛煉組織能力。到我這來(lái)很苦，既要做理論，又要做工程，作為博士首先要在自己論文研究的小方向成為專家，要在自身的研究方向上超過我，如果不成為專家，沒有一定的水平造詣，沒有深入的研究和創(chuàng)新，就不是一個(gè)合格的博士生。學(xué)生在校的5～8年中，要讓他們感覺人生的最好光陰在實(shí)驗(yàn)室沒有虛度。我認(rèn)為當(dāng)教師最欣慰的不是項(xiàng)目，更重要是有這些出色的學(xué)生。

陳懇：“產(chǎn)學(xué)研用”是我國(guó)走了很多年的大的政策方向，實(shí)際上國(guó)外也是如此。在企業(yè)方面，國(guó)外的一流企業(yè)，從人才的培養(yǎng)到技術(shù)，基本上跟高校都有合作，合作方式以成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、制定人才培養(yǎng)協(xié)議、向高校贈(zèng)送試驗(yàn)設(shè)備為主。我們的團(tuán)隊(duì)也和國(guó)內(nèi)外大企業(yè)有合作，建立了聯(lián)合研究中心。我國(guó)是制造大國(guó)，現(xiàn)在也有很多領(lǐng)域?qū)儆陬I(lǐng)先地位，但是很多基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域和一些關(guān)鍵技術(shù)需要進(jìn)一步研究，而這些研究從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看不是企業(yè)的長(zhǎng)項(xiàng)，一定要通過科研單位、高校，特別是某一方向的一流院校，來(lái)解決企業(yè)的需求，從而推動(dòng)技術(shù)水平的提高、裝備的更新和人才的培養(yǎng)。航空制造領(lǐng)域有高技術(shù)、高難度的特點(diǎn)，民機(jī)、軍機(jī)有很多特殊的要求，需要大量的創(chuàng)新技術(shù)，企業(yè)（如成飛、西飛）的技術(shù)人員跟高?？蒲腥藛T協(xié)作，企業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備有了很大的提升。產(chǎn)學(xué)研用，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，解決了國(guó)家目前階段對(duì)創(chuàng)新的需求。如果企業(yè)沒有抓好產(chǎn)學(xué)研用，技術(shù)更新?lián)Q代與企業(yè)發(fā)展容易出現(xiàn)滯后。而產(chǎn)學(xué)“研”中的研究機(jī)構(gòu)，在某一研究領(lǐng)域有多年經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)具備創(chuàng)新能力，是高校和企業(yè)中間的橋梁，幫助高校解決了工程能力不足的問題。高校方面，通過產(chǎn)學(xué)研用，第一可制定明確學(xué)科發(fā)展的方向；第二結(jié)合國(guó)家重大需求，提出研究問題和創(chuàng)新點(diǎn)；第三高校最終目的要培養(yǎng)人，特別是工程學(xué)科，要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行培養(yǎng)，通過產(chǎn)學(xué)研用，可培養(yǎng)各個(gè)行業(yè)的高層次人才，培養(yǎng)國(guó)家急需的人才和技術(shù)骨干。