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中科院沈陽自動化所:“機”動人心

時間:2019-06-14來源:中國科學報

海翼7000水下滑翔機

 

■本報記者 李晨陽

一個長方形水池,長20米、寬15米、深10米,水色如墨。一眼看去,不知里面藏著什么。就在這方小小的水池里,“游”出過許多大名鼎鼎的水下機器人: “海斗”“海星”“海翼”“探索”“潛龍”“龍珠”……

然而,隨著我國水下機器人的發展要求進一步提升,這片水面已然顯得太過逼仄。中國科學院沈陽自動化研究所(以下簡稱沈陽自動化所)的水下機器人研究室里,一個個龐然大物正等待投身更廣闊的水域,更鱗換角、振鰭擺尾,游出一片新天地。

這個時刻不會太遠。

“擴”出新天地

 

創新研究院揭牌儀式在沈陽舉行。

十幾公里開外,一個10萬平方米的嶄新園區已進入竣工驗收階段。其中一座試驗水池長100米、寬24米、深15米,未來蓄水量將高達3萬噸。

“我們非常期待在更寬敞的空間里測試水下機器人的性能。”沈陽自動化所水下機器人實驗室主任李智剛笑道,“之前的老水池用了30年,也該換了。”

不光是水下機器人等著“躍龍門”。沈陽自動化所工藝裝備與智能機器人研究室助理研究員陸瑩也在熱切期盼著新園區的落成,到時他們會有更好的工作環境和更多的實驗設備。

幾年來,這個研究團隊攻克多重難關,掌握了飛機發動機葉片和整體葉盤激光沖擊強化工藝,并研發出相關智能裝備,大大提升了航空發動機關鍵部件的抗疲勞、抗腐蝕、耐磨損性能。目前,他們的產品已服務于國內多家制造企業。

這些成果都出自一間相對狹小的實驗室,這里只放得下一套激光沖擊強化設備,研究工作繁忙時就顯得捉襟見肘。不久之后,新園區的科教融合基地將配置一套更先進的新裝備,同時用于科學研究、學生培養和對外展示。

大家聲聲念叨的這個“新園區”,有一個響亮的名牌:中國科學院機器人與智能制造創新研究院(以下簡稱創新研究院)。

2015年,沈陽自動化所積極貫徹中科院“率先行動”計劃,推進分類改革,通過“總部+分部+聯合實驗室”形式,以沈陽自動化所為核心,聯合中科院合肥物質科學研究院(以下簡稱合肥物質院)、寧波材料技術與工程研究所(以下簡稱寧波材料所)等優勢力量,籌建創新研究院。同年9月,中科院、遼寧省、沈陽市簽署了共建協議,三方對創新研究院建設所需的土地、政策、資金、人才等分別給予支持。2017年12月,創新研究院通過驗收進入正式運行階段。

過去數十年間,沈陽自動化所孵育出的一代代機器人,上天、行地、下海,活躍于各個領域、各個區域。如今,乘著中科院“率先行動”計劃研究所分類改革的東風,在創新研究院的框架下,這支“海陸空”機器人兵團即將躍向一個更高遠、更開闊的平臺。

創新研究院的“創新”自然不僅在于“開疆拓土”。“今天的科學是協同創新,而非單點創新。當今國家真正的重大需求,需要的也是多學科交叉融合。”創新研究院院長、沈陽自動化所所長于海斌說,“這就需要把一個領域的創新鏈構建好,與整個社會的創新網銜接好。”

“過去,沈陽自動化所的強項在于系統整機集成和部分單元技術,沈陽自動化所人引以為豪的就是不僅能產出新原理樣機,也可以直接服務行業需求。但要更好地滿足國家需求、服務國民經濟,就需要把握市場脈絡,補全創新鏈條。”沈陽自動化所綜合辦公室主任王明輝說。

經過對國內外體制改革經驗的學習和思考,也經過自身的一系列探索和實踐,創新研究院聚合多方資源,圍繞產業鏈部署創新鏈,初步實現了“科學研究、工程應用、檢測評估、標準制定”四位一體的開放式創新布局。

“融”出新機遇

處處閃爍著金屬光澤的生產車間里,重達數噸的大型功能艙段正在對接。一邊的艙段上有4個銷子,另一邊則是4個銷孔,雙方就像能看到彼此一般,調整著相對位置,最終準確對接在一起。整個過程,現在僅僅需要幾分鐘。在這項自動化技術出現之前,同樣的工作,需要4個有技術、有經驗的工人,花上很長時間才能完成。

沈陽自動化所智能產線與系統研究室主任徐志剛的目標,就是把這些工人“趕出”生產車間。

這位笑容爽朗的東北大哥,怎么這么“殘忍”?

“因為這些生產過程存在極大的危險性。目前我國還有數萬人在做這樣的工作,我們亟需減少危險作業場所的人員數量,解放勞動力!”徐志剛說。

在他們設計的諸多生產線上,已經看不到工人忙碌穿梭的身影,“鋼鐵巨人”之間配合默契、交接順暢。流水鏈條末端,一件件成品平穩有序地下線。

徐志剛和同事用一次次艱辛的探索,實現了“危險工位的無人化生產,惡劣環境生產人員減少75%以上,產品性能一致性達到99%以上”的重大突破,為危險品行業的智能制造轉型升級和安全改造工程提供了先進的技術保障。

“曾經,危險品制造業是一個我們難以進入的行業。除了特殊行業的固有壁壘外,對他們的工業需求也不甚了解。”于海斌回憶道。

在籌建創新研究院的過程中,于海斌等人開展了一項重要工作:深入調研與制造相關的幾大行業,針對行業實際需求提出具有獨創性的解決方案。這些基于科技創新的點子對企業頗具吸引力,由此簽訂了一系列戰略協議。

“創新研究院的成立,給研究團隊提供了更高的起點,也提升了行業對我們技術的認可度,為我們進入這個特殊領域奠定了基礎。”徐志剛說,“此外,智能制造是一項復雜的系統性工程,涉及多學科、多領域。得益于創新研究院機制下各研究團隊間更緊密的融合,我們積極與網絡、管控等相關團隊合作,共同爭取項目,形成了一體化的技術和全套的解決方案。”

自創新研究院籌建以來,徐志剛體會到了小火箭般的快速發展。短短幾年,他的團隊人員從個位數發展到數十人。即便如此,大家還是覺得人手不夠,因為人員增長的速度遠遠比不上訂單涌來的速度。

2016年至2017年間,徐志剛團隊度過了最忙碌的一段時光,許多企業都來找他們做整體方案論證。“一口氣接了這么多科研任務,你們干得過來嗎?”于海斌忍不住關切地詢問。

目前,該團隊已經建設了多個示范工程,為國內數家工業集團研制的多套生產線成為行業樣板工程,在創新研究院框架下與國內多家大型龍頭企業簽署了戰略合作協議。

“今年將是我們爆發的一年。”徐志剛面露自豪。去年他們簽了8000多萬元的合同,今年合同總額可能突破億元大關。

“合”出新局面

劉連慶本科是自動化專業,一路走來初衷未改。可是近年來,這位機器人學國家重點實驗室副主任、沈陽自動化所機器人學研究室主任,開始“無可救藥”地迷戀上動物世界。

“蒙上響尾蛇的眼睛,它依然可以精準捕獲獵物,因為它有一個特殊的結構,能通過蛋白質的折疊和離子通道的觸發感知紅外線。”談起這些,劉連慶眼中閃爍著光芒。

響尾蛇頰窩面積只有1平方毫米,卻能覺察環境中0.001℃的溫度變化,從而靈敏地發現獵物。目前的商用紅外感知器件依靠電子躍遷進行檢測,不僅需要大體積的冷卻系統輔助,而且很難達到響尾蛇的感知精度和頻譜寬度。

“依靠‘光、機、電’運行的機械,無法模擬這種精巧的生物活性機制。那我們的出路在哪里?”劉連慶說,“把生命系統融合進機電系統里!”

他們和中科院成都生物研究所上海藥物研究所和中國科學技術大學合作,把光敏感生物蛋白轉入模式細胞,使其獲得感光能力。

當你舉起一臺相機時,能否想到在它的金屬外殼下,竟然藏著一個活生生的細胞,帶著生物數千萬年的進化記憶,正感知著外界的明暗冷暖呢?

“當今機器人‘進化’的兩大推動力量,一是載體材料,二是仿生機制。”劉連慶說。

機器是剛性、固定的,生命是柔性、生長的。當前,機器人正處于一個從“更像機器”到“更像生命體”跨越的歷史階段。劉連慶研究的類生命機器人,就是通過生命系統與機電系統在細胞和分子尺度上的融合,實現感知、思維、能量轉換和驅動的新一代機器人系統。

機器人學國家重點實驗室有這么一支隊伍,在蜻蜓扇動了5億年的翅膀里,尋找能讓航天器減重提效的秘密;在啄木鳥腦震蕩免疫的結構中,探索讓機器人在巨大震動中安然無恙的方法;在鲅魚具有超強摩擦的口腔結構里,尋找減少手術機器人接觸損傷器官組織的方式……

但要把這些層出不窮的創想變成現實,又怎能缺少學科和機構間的交叉合作?

“得益于創新研究院的體制架構,我們與上海藥物所、上海生科院、中國科大、成都有機化學有限公司、蘇州納米所等機構都開展了卓有成效的合作。”劉連慶說,“創新研究院籌建后,在合肥物質院、寧波材料所設有分部,進一步滿足了我們的合作需求。”

目前,劉連慶正跟合肥物質院、蘇州納米所聯合開發一種模仿人類指紋結構的微納類生命傳感器。憑借超靈敏的觸覺感知,這種傳感器有望突破遠程醫療“望、聞、問、切”的最后一道難關——“切”,也就是手摸觸診。在不遠的未來,當一些偏遠地區發生公共安全事件,亟待救治的受災者將能獲得該技術提供的遠程把脈和遙控包扎等服務。

“中科院在對四類機構改革提出的要求中,特別強調創新研究院要實現機構間的深層次合作。”于海斌說。

沈陽自動化所具有成體系的技術架構,合肥物質院精于傳感器的研制,寧波材料所擅長力矩電機和精細驅動。幾家各顯其能,實現了不同法人單位心向一處聚、力往一塊使的局面。

近年來,沈陽自動化所分別與寧波材料所、合肥物質院合作完成了中科院重點部署項目“下一代工業機器人關鍵技術及系統開發”“特種機器人研發”。同時,通過設立創新研究院自主部署項目,沈陽自動化所與合肥物質院、寧波材料所在協作型雙臂機器人、手術機器人、軟體機器人等領域開展了聯合研發工作。

“創”出新規則

在“四位一體”的架構中,如果說“科學研究+工程應用”還算是不少科研機構的標配,那么,檢測評估和標準制定無疑是創新研究院的重要特色之一。

“我國機器人行業在快速發展中出現了‘高端產業低端化’的趨勢,以及投資過剩、低水平重復建設等隱患。這樣下去,不僅會浪費大量人力、物力和國家資源,也會對整個產業生態產生不利影響。”于海斌說,“那么問題來了,我們怎么判斷一個產品是‘好’機器人還是‘壞’機器人呢?”

2015年1月,創新研究院獲批籌建國家機器人質量監督檢驗中心(遼寧)(以下簡稱國檢中心),成為國內首家批籌的機器人質檢中心;同年,創新研究院在國家發展改革委的支持下承建國家機器人檢測與評定中心(沈陽)(以下簡稱國評中心),這是一個集機器人產品檢測認證、標準制修訂、科研開發等功能于一體的第三方高技術公共服務平臺。 “這對我們來說也是新生事物,與以往30多年的機器人研發工作完全不同。”國檢中心主任吳鎮煒說。

由于機器人產品檢測實驗室在我國屬于行業空白,技術儲備和測試經驗長期以來十分欠缺,沒有形成系統的測試標準、方法和檢測設備等,也沒有相關經驗可以借鑒。最初,吳鎮煒等人只能摸著石頭過河,一步一步解決人才隊伍、建設資金、檢測方法、檢測設備、試驗場地、質量體系等一系列難題。

在創新研究院部署下,吳鎮煒和另外兩位同事李志海、鐘華一起撰寫了申請報告,爭取到國家發展改革委的項目支持,解決了建設資金難題。隨著新園區質檢中心實驗大樓拔地而起,試驗場地也得到了保障。

軟件的積累比硬件的籌措還要艱難。幾個人從參加培訓開始,學習和借鑒沈陽產品質量監督檢驗院的相關質量體系文件,經過消化吸收,利用半年多時間,終于編制出質檢中心第一版符合國家認證認可監督管理委員會、中國合格評定國家認可委員會檢測實驗室管理要求的《質量手冊》和《程序文件》,材料足足裝滿了一個1.8米高的鐵皮卷柜。該套質量體系文件成為指導國檢中心機器人檢測工作有效運行的重要基礎。

在他們的不懈努力下,國檢中心和國評中心先后順利竣工,通過驗收。

如果說檢測是機器人必須通過的一場考試,那么標準就是指導機器人“成長”的“教育大綱”。劉連慶說:“制定機器人產業標準迫在眉睫。標準是技術的更高形態,是規范市場、淘汰落后產能的重要手段。這是一項公益事業。”

2015年9月,國家機器人標準化總體組成立,在我國機器人標準化工作中承擔統籌協調、規劃布局的角色。創新研究院成為總體組秘書處單位,劉連慶擔任秘書長。

2017年,在深入研究國家政策和標準體系的基礎上,劉連慶組織編撰了《中國機器人標準化白皮書》和《國家機器人標準體系建設指南》,用來指導機器人產業的標準化工作。

目前,創新研究院自主研發的面向過程自動化的工業無線網絡WIA-PA技術標準和面向工廠自動化的WIA-FA技術標準,已成為國際電工委員會(IEC)認可的正式國際標準,不僅為中國在智能制造領域爭取到國際話語權和競爭優勢,也為建立我國自主工業無線技術體系奠定了基礎。

“凝”出新人氣

 

南極科考機器人    中科院沈陽自動化研究所供圖

歲月如梭,轉眼間,沈陽自動化所走過了60多個春秋。這個“中國機器人的搖籃”,培育出一代代標志著國內當時最高制造水平的機器人。

如今,它已悄然發生了巨變,從單一研究所體制變成了創新研究院建制,從孕育新生的搖籃變成了專業齊全、實力雄厚的“大學”。

它培育出的機器人和智能制造產品,技術更加成熟,性能更加優異,品類也更加全面:從譜系化的海洋機器人到尖端化的空間機器人;從應用于工業現場的各類智能制造生產線到備受關注的“工業4.0”示范線;從危險環境中大顯身手的特種機器人到令人無限遐想的類生命機器人……

但是不要忘了,再聰明的機器人背后,都是更加聰明的活生生的人。在整個東北人才流失的大環境下,創新研究院同樣面臨著如何吸引人才、留住人才、用好人才的問題。

創新研究院籌建以來,于海斌也在苦苦思索著增強人才向心力的問題。他們為此改革了人才考核和評價機制,把初級、中級和高級職稱細分為多個級別,弱化熬年頭、論資歷的傳統職稱評定,讓表現好、貢獻大的人脫穎而出、勞有所得;對已經獲得研究員正高級職稱的人員,增加骨干研究員評定,為表現突出的研究員適當提高待遇……

值得一提的是在年輕骨干中擇優選拔項目研究員。在聘期內,項目研究員可以研究員身份參加科技項目、指導或協助指導研究生培養、開展國際交流與合作。

2018年1月,38歲的副研究員劉意楊在激烈的競爭中脫穎而出,入選第一批項目研究員。不久后,他便牽頭申請到工信部一個1000萬元經費的重要項目。“這些項目對申請人職稱都有要求。可以想象,如果沒有項目研究員制度,我就與這個機會失之交臂了。”劉意楊說。

對于像劉意楊一樣的年輕人來說,有了項目研究員的頭銜,就意味著有了更廣闊的空間和舞臺。該制度實施一年多來,大部分項目研究員都憑借出色的成績晉升為正式研究員。“這是一個良性循環。”于海斌笑道。

“制度留人”之外,更要“事業留人”。李智剛清楚記得,以前大家做研究多是各自為戰,傾向于“接一些小活、散活,賺一點小利潤”。但創新研究院成立后,科研人員開始向能產出重大成果的項目聚焦,爭相去做那些更有前瞻性和挑戰性的工作。

“創新研究院改變了考核標準,如果再做那些沒有技術含量的事情,會失去對未來發展機遇的把控。”李智剛說。作為室主任,他明顯感到壓力大了、責任重了,但同時也覺得這份事業更有奔頭了。

徐志剛常開玩笑說:“我們的坐標在沈陽,但節奏堪比深圳。”課題組里的副研究員王義軍有過1個月連軸工作沒有休息日的記錄。王義軍說:“‘996’是經常的,因為我們的工作不努力就做不成。”后來,徐志剛擔心大家身體吃不消,只好“強迫”他們周日必須休息。

快節奏沒有把人嚇跑,反倒吸引了不少年輕人加入。在徐志剛團隊里,“80后”和“90后”分別占到了46%和38%。在動輒需要數年完成的項目進程中,極少有人中途“退群”。

最后,不得不提的當然是“待遇留人”。2015年,中科院與遼寧省、沈陽市共同出資支持創新研究院基礎建設;深海機器人裝備、智能制造等方向獲得充足的經費支持——大量資金的涌入,讓創新研究院的軟硬件配置大幅提高,用于人才激勵的經費也更加充足。更重要的是,隨著創新研究院科研和應用能力獲得各部委及行業集團的認可,越來越多重大項目在此落地開花,科技人員的日子過得越來越紅火。

習近平總書記將機器人稱為“制造業皇冠頂端的明珠”。機器人與智能制造創新研究院就像一只吐珠納玉的巨蚌,在中科院“率先行動”計劃的改革浪潮中,孵化出國家機器人創新中心、交叉創新中心、行業聯合研發中心、科教融合基地等一系列嶄新平臺,醞釀著下一代機器人和智能制造的技術革命。

這是一個劇變的時代,改革的呼聲無處不在。但于海斌說,他不喜歡總把“改革”兩個字掛在嘴邊,而是喜歡“有序地改、實實在在地干”,把“一件一件的事情做起來”。

這場略顯低調的改革,效果究竟如何?“這么說吧,最開始大家不一定覺得需要改革,但一步步走來,今天再看,我們真覺得這條路走對了!”李智剛說。

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