為祖國擔(dān)當(dāng)——記中國工程院院士、中南大學(xué)教授桂衛(wèi)華

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桂衛(wèi)華，我國著名的有色金屬工業(yè)自動化專家，現(xiàn)為中國工程院院士，中南大學(xué)博士生導(dǎo)師。自1978年進入中南大學(xué)，桂衛(wèi)華忙碌的腳步就從未停過?！拔覀円涌旖ㄔO(shè)制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)，而一些發(fā)達國家又處處卡我們的脖子，我怎么停得下來？”桂衛(wèi)華這樣解釋自己的忙碌。他說，他的夢想是將中國建設(shè)成世界科技強國。

從工人到院士，從青絲到白發(fā)，桂衛(wèi)華懷抱著科研許國的初心，懷抱著為祖國擔(dān)當(dāng)?shù)氖姑?，以大國需求為己任，以民族振興為偉業(yè)，奮戰(zhàn)在科研創(chuàng)新的最前線，攻堅克難，教書育人，一如他的名字所示：摘桂冠，衛(wèi)中華！

啃下一塊塊“硬骨頭”

桂衛(wèi)華，名字聽起來很豪邁、大氣，但他的身形卻很清瘦，身體也不是太好，“體檢時，很多指標(biāo)都在高限值”。

清瘦的桂衛(wèi)華，竟鐵齒銅牙，在幾十年里率領(lǐng)團隊，啃下了一塊塊“硬骨頭”。

桂衛(wèi)華的研究領(lǐng)域主要是有色冶金自動化。

提起自動化，人們往往容易想到生活中的場景。自動門、自動擋車、遙控器、智能手機……很簡單嘛，哪是什么“硬骨頭”？有色冶金領(lǐng)域里的自動化，跟人們想象的可完全不是一回事，不然，桂衛(wèi)華也不可能成為我國自動化領(lǐng)域里的院士，而此前，這一領(lǐng)域的院士評選沉寂了10年！

難在哪？

在中南大學(xué)自動化學(xué)院，桂衛(wèi)華給記者進行了這樣一場“科普”——“簡單地說，就是在工業(yè)生產(chǎn)中，如何使設(shè)備實現(xiàn)自動化，減少人為操作帶來的質(zhì)量不穩(wěn)定、效率不高等問題，讓生產(chǎn)過程最大限度地節(jié)約能源、降低能耗，最終實現(xiàn)綠色、高效生產(chǎn)?！?/p>

記者聽了還是一頭霧水。

桂衛(wèi)華進一步做了解釋，加上認(rèn)真閱讀他近年的相關(guān)講座和報告文稿，特別是2017年在國家自然科學(xué)基金委雙清論壇上的報告《有色金屬生產(chǎn)流程智能的若干問題思考——人工智能助力制造業(yè)升級》，我們終于明白，桂衛(wèi)華和他的團隊所做的，是關(guān)系到我國能否實現(xiàn)制造強國的大事。

有色金屬工業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，我國是有色金屬工業(yè)大國。改革開放以來，經(jīng)過幾十年的努力，其產(chǎn)量和消費量連續(xù)16年居世界第一，但能耗、污染也相當(dāng)驚人：能耗占全國制造業(yè)總能耗的7.67%，廢氣排放量占全國總排放量的5.94%，廢水排放量占全國總排放量的4.27%，一般固體廢棄物排放量占全國總排放量的16.62%，危險固體廢棄物排放量占全國總排放量的21.55%……與發(fā)達工業(yè)國家相比，我國在能耗利用、環(huán)境污染和礦物回收率等方面都存在較大的差距。造成這種問題的主要原因之一就是我國有色冶金自動化的水平低。

作為自動化專業(yè)的學(xué)者，桂衛(wèi)華深感責(zé)任重大?！耙欢ㄒ梦覈陨砜萍剂α縼硖嵘猩苯鹱詣踊夹g(shù)水平?！彼摹皣覔?dān)當(dāng)”使命感油然而生。

30多年后，他在給00后大學(xué)生上黨課時，闡釋了他的“個人擔(dān)當(dāng)”和“國家擔(dān)當(dāng)”，他說：“只有我們每個人認(rèn)真做好每一件小事，才能完成中華民族偉大復(fù)興的夢想?！?/p>

桂衛(wèi)華的“小事”，要真正做好簡直比登天還難。

為什么這么說？

有色金屬的冶煉及加工，多在高溫、高壓、密閉的冶金爐窯中進行。例如，當(dāng)年“西南鋁”生產(chǎn)大型高強度鋁合金構(gòu)件的淬火爐，設(shè)備是“國寶”級，在國務(wù)院還有備案，操作工人都是精選的。

20世紀(jì)90年代，“西南鋁”承接了大型高強度鋁合金構(gòu)件的生產(chǎn)任務(wù)。但由于其形狀復(fù)雜、成型精度要求高、變形力大、熱處理難，加之構(gòu)件制備裝備的自動化技術(shù)跟不上，產(chǎn)品質(zhì)量一直過不了關(guān)。

桂衛(wèi)華和同事們臨危受命，一頭扎進了位于重慶的西南鋁業(yè)集團。

“國寶”級的淬火爐里，一個小原件總是壞，導(dǎo)致淬火溫差無法把控，產(chǎn)品質(zhì)量上不去……一大堆難題讓桂衛(wèi)華和他的同事們痛苦不已?，F(xiàn)場一次次的調(diào)研、測量、實驗，一次次失敗，又一次次重來，然而勝利女神總是若隱若現(xiàn)，好像看見了，伸手一抓又撲了空。

桂衛(wèi)華壓力極大，整晚整晚睡不著。正是這個時候，1995年12月，妹妹打電話來了：父親胃癌晚期，可能不行了。當(dāng)時正是攻堅克難的關(guān)鍵時刻，桂衛(wèi)華哪里走得開？“等等，等忙過這一陣。”他對妹妹說，仍然出發(fā)去重慶。那時通信不發(fā)達，等忙完手頭的事，父親已經(jīng)走了?！拔覜]想到這么快?！倍嗄旰?，桂衛(wèi)華回憶起父親的去世，還是很難過和不安，身為長子的他沒能送父親最后一程。

終于，淬火爐上的小原件穩(wěn)定了，但產(chǎn)品質(zhì)量問題卻沒解決，特別是其質(zhì)量的穩(wěn)定性。而要解決這一問題，把鋁合金構(gòu)件送到爐內(nèi)進行淬火時，就務(wù)必將爐內(nèi)溫差控制在3 ℃以內(nèi)，否則，鋁合金材料要不“燒死”，要不“結(jié)合”不好。然而，淬火爐是個龐然大物，地上30米，地下也有30米。試想一下，一間小居室，即便空調(diào)正常運轉(zhuǎn)，也很難保證每一個角落都均衡控溫，更何況是足足有幾十層樓那么高、全封閉的淬火爐？

也不知熬過了多少個不眠之夜，桂衛(wèi)華和他的同事們終于成功研制出萬噸模鍛水壓機和大型立式淬火爐智能控制方法，身形龐大、全封閉的淬火爐硬是乖乖“聽話”了?！吧郎氐那€、精度、溫度，都比他們要求的好?！彼f，這項技術(shù)使我國大型航空航天構(gòu)件制備自動化技術(shù)水平躋身世界先進行列，為相關(guān)企業(yè)成為波音公司的供應(yīng)商提供了支撐技術(shù)，按當(dāng)時的價格算，每年的經(jīng)濟效益就達2980萬元，這項成果獲得2007年度國家科技進步二等獎。

項目前后做了14年。

像這樣為了國家的重大需求，動輒耗時幾年甚至十幾年的科研項目；像這樣的“硬骨頭”，過去幾十年，桂衛(wèi)華“啃”得太多太多了。

我國最大的鋅冶煉企業(yè)——株洲冶煉集團，年銷售收入30多億元，但每年生產(chǎn)所用電費也超過1億元。桂衛(wèi)華和他的團隊又是一頭扎進這個企業(yè)，用12年的時間，研制出分時供電的調(diào)度技術(shù)，以及與其配套的電解沉積過程電流密度、電解液溫度及酸鋅濃度的智能控制技術(shù)和鋅電解生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化及電解液制備過程優(yōu)化控制技術(shù)等，企業(yè)電能損耗一年減少3000萬kWh，噸鋅電耗下降174 kwh，經(jīng)濟效益每年達7642萬元。這一系列技術(shù)，獲得2004年度國家科技進步二等獎。

在我國最大、世界第三大的銅冶煉企業(yè)——江西銅業(yè)集團，作為技術(shù)總負(fù)責(zé)人的桂衛(wèi)華，和他的團隊成員在銅冶煉生產(chǎn)全流程自動化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域攻堅克難，研發(fā)的銅冶煉生產(chǎn)綜合自動化系統(tǒng)，不僅提高了冰銅品位，降低了重油消耗，使我國閃速爐單臺產(chǎn)能躍居世界第一，銅冶煉綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平，企業(yè)一年回收銅500多噸，經(jīng)濟效益達5039萬元。這個項目榮獲2010年度國家科技進步二等獎。

這些年來，在國家節(jié)能降耗減排重大戰(zhàn)略需求的引領(lǐng)下，桂衛(wèi)華率領(lǐng)他的團隊跑遍了全國大大小小的有色冶金企業(yè)，對中國有色冶金企業(yè)生產(chǎn)一線整體自動化裝置情況了如指掌。在此基礎(chǔ)上，他和團隊成員圍繞冶金過程的建模、控制和優(yōu)化，展開了系統(tǒng)深入的研究，建立了復(fù)雜冶金過程智能集成建模與優(yōu)化控制的技術(shù)框架，提出了一系列以智能優(yōu)化方法為核心的集成優(yōu)化控制技術(shù)，并成功應(yīng)用在有色冶金企業(yè)的生產(chǎn)過程中。

桂衛(wèi)華和他的團隊，為有色金屬工業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，特別是在自動化技術(shù)的提升和自主創(chuàng)新領(lǐng)域作出了重要貢獻。

攀登學(xué)術(shù)界的“珠穆朗瑪”

如果說，過去幾十年桂衛(wèi)華和同事們一直是在“啃硬骨頭”的話，那么，現(xiàn)在他率領(lǐng)團隊做的事，則是攀登學(xué)術(shù)界的“珠穆朗瑪”。

高爐煉鐵是鋼鐵流程的關(guān)鍵工序，在鋼鐵制造過程中能耗最大、排放最多、生產(chǎn)成本最高，分別占鋼鐵綜合能耗的60%～70%、鋼鐵工業(yè)總排放量的90%和鋼鐵制造總成本的60%～70%。如何將這高能耗、高排放、高成本的龐然大物做到節(jié)能減排和降本增效，是桂衛(wèi)華及其團隊近年來一直苦苦思索的問題。

要想實現(xiàn)這個目標(biāo)，首先得知道高爐運行時的各種參數(shù)。但是，如何監(jiān)測這每天都在運行著的大型高爐？有專業(yè)人士說，對大型高爐煉鐵過程運行信息進行監(jiān)測，是這個領(lǐng)域的“珠穆朗瑪”。

“先搞清楚它的內(nèi)部運行情況?！惫鹦l(wèi)華對團隊成員說，并設(shè)想著為高爐做一個“內(nèi)窺鏡”，對大型高爐關(guān)鍵參數(shù)進行高效、實時、可靠的監(jiān)測。

高爐“內(nèi)窺鏡”，這可比做手術(shù)時的人體內(nèi)窺鏡難多了。桂衛(wèi)華的博士研究生陳致蓬告訴記者，高爐空間密閉，爐頂溫度在200 ℃以上。像他們進行試驗驗證的廣西柳州鋼鐵集團有限公司（以下簡稱柳鋼）那座高爐，每10分鐘投放70噸鐵礦石，即使特制的內(nèi)窺鏡不被熔化，那如瀑布般傾瀉而下的鐵礦石也會把它砸得體無完膚，那漫天彌漫的粉塵更會讓它“兩眼一抹黑”。

其實，這一課題已在學(xué)術(shù)圈沉寂了近20年，甚至有人直言不諱——“要想解決高爐的監(jiān)測問題，最好的方式就是不用高爐冶煉”。據(jù)美國學(xué)者說，10多年前，“美鋼聯(lián)”斥資3000萬美元做過類似的研發(fā)，以失敗告終。種種跡象表明，這不僅是“珠穆朗瑪”，甚至是一條走不通的“死胡同”！

怎么辦？

“做科研，沒有一個問題是低垂的果實。如果很容易就能摘到果實，早在幾十年前就被人摘了?！惫鹦l(wèi)華骨子里藏著一股不服輸?shù)膭蓬^，他打算“死磕”到底。

有沒有另外一種可能，讓“內(nèi)窺鏡”在大型高爐內(nèi)找到“棲身之所”？

科學(xué)研究，很多都是在“死胡同”面前“死磕”著往前走而柳暗花明的，那最艱難的一步往往是成功的關(guān)鍵。桂衛(wèi)華和他的團隊通過分析高爐爐頂粉塵分布機理，建立爐頂粉塵顆粒的運動軌跡模型，借助數(shù)值仿真技術(shù)終于找到一方“寶地”——在高爐爐壁上確實存在低粉塵區(qū)域，這便是近距離取像設(shè)備的最佳安裝區(qū)。即使噸量級鐵礦石從高處降落，也不會砸到器械，又能實現(xiàn)對高爐料面的實時監(jiān)測。

陳致蓬最先找到這塊“寶地”，他提出要找企業(yè)合作進行試驗。

“怎么可能？”“異想天開！”“太危險了。”團隊成員一片質(zhì)疑。

“要不讓他試試？”桂衛(wèi)華輕聲說。大家用驚訝的目光望著他。陳致蓬都不相信自己的耳朵。盡管導(dǎo)師素有不服輸?shù)膭?，有“死磕”的勁，但這次的“死磕”，搞不好就真的會“磕死”。

按照桂衛(wèi)華團隊的設(shè)想，他們將利用合作企業(yè)柳鋼的高爐檢修期——這個時間只有短短的20多個小時，在高爐上開個口子，將他們研制的“內(nèi)窺鏡”放進千辛萬苦找到的那塊“寶地”，此后高爐正常運行，“內(nèi)窺鏡”監(jiān)測各項參數(shù)，并傳送回計算機。

理論上很完美，但企業(yè)遲遲不敢答應(yīng)。

為什么？

高爐上開口子？吃了豹子膽？！高爐內(nèi)滿是一氧化碳，如果一不小心氣體泄漏，中毒者20秒內(nèi)昏迷，90秒可致終身癱瘓。若氣體大面積泄漏，整個柳州不保！

沒人敢開這個口子。

桂衛(wèi)華豁出去了。他對團隊成員千叮嚀萬囑咐，一定注意安全！桂衛(wèi)華及其團隊成員與柳鋼20多個部門的領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)技術(shù)人員進行多次研討論證，講意義、陳利害，并拍胸脯下保證。最后，在國家重大利益面前、國家重大需求面前，所有人都豁出去了。

那是2014年4月，陳致蓬記得很清楚，先天他一晚沒睡，從高爐上下來時，滿身滿臉的煤灰，甚至嘴里吐的口水都帶有煤灰?？梢恢笔卦诂F(xiàn)場的桂衛(wèi)華，看到計算機上傳來“內(nèi)窺鏡”拍到的影像時，也不管學(xué)生身上灰呀土的，高興地拉著他的手，像孩子一樣跳起來?！捌叫械凸鈸p背光高溫工業(yè)內(nèi)窺鏡”橫空出世，可由此獲得較為清晰的高爐料面形狀，大型高爐煉鐵過程運行信息的高性能監(jiān)測從理想照進了現(xiàn)實。

這之后，每年柳鋼的高爐檢修期，桂衛(wèi)華和他的團隊都來做試驗，“內(nèi)窺鏡”也不斷得到改進，至今已是第七代了。

【節(jié)選自湖南人民出版社《非凡十年——黨的十八大以來湖南教育改革發(fā)展的生動實踐》（原文刊發(fā)于《湖南教育》）】