當(dāng)前中國(guó)的建筑業(yè)農(nóng)民工，平均年齡近40歲，并且基本沒有新鮮血液補(bǔ)充。我們要培養(yǎng)新一代的建筑工人，不是單純做體力勞動(dòng)，而是能操控和維修機(jī)器人的年輕工人。回過頭來，這也能倒逼機(jī)器人的建筑工藝不斷優(yōu)化。
——— “建筑器人”研發(fā)設(shè)計(jì)師毛家振
不到一年時(shí)間，廣東博智林機(jī)器人公司實(shí)驗(yàn)中心走出了一批建筑機(jī)器人，在建筑工地上進(jìn)行地面抹平、鋪瓷磚、墻面噴涂等工作調(diào)試。它們都出自毛家振的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，而他也成為了建筑機(jī)器人研究一院一〇一所的負(fù)責(zé)人。
一年前，順德北滘，一座面積達(dá)11.23平方公里的中國(guó)最大機(jī)器人谷拔地而起。碧桂園集團(tuán)選址于粵港澳大灣區(qū)這一核心腹地，5年斥資800億元，成立全資子公司———廣東博智林機(jī)器人公司(下稱“博智林”)，欲引進(jìn)1萬(wàn)名頂尖機(jī)器人專家及研發(fā)人員，打造世界級(jí)機(jī)器人制造與應(yīng)用高地。聽聞這一全球“征集令”，在新加坡生活十多年的毛家振坐不住了。“作為一名機(jī)械研發(fā)工程師，我一直關(guān)注著機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展，希望能把所學(xué)技術(shù)帶回國(guó)，運(yùn)用到新興產(chǎn)業(yè)中”。
深海采油，升級(jí)油氣開采設(shè)備
2002年，毛家振前往新加坡留學(xué)，此后十年間，他完成了從本科到博士階段的學(xué)習(xí)，主要研究新材料與新產(chǎn)品在石油天然氣領(lǐng)域中的應(yīng)用。“我讀博時(shí)，目的很明確，就是要走產(chǎn)業(yè)化道路，把當(dāng)前有潛力的技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，并能在3-5年內(nèi)落地應(yīng)用”。
畢業(yè)那年，毛家振加入了全球最大的油田技術(shù)服務(wù)公司———斯倫貝謝的新加坡分公司，從事上游核心產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)工作。這是一家有著近百年歷史的老牌企業(yè)，毛家振所瞄準(zhǔn)的，是其先進(jìn)而完善的產(chǎn)品開發(fā)體系。“它們的框架和制度十分細(xì)致、成熟，產(chǎn)品的可靠性和安全性做得非常好，有助于我積累豐富的經(jīng)驗(yàn)”。
要知道，石油開采方法主要有自噴采油和人工舉升：油層物性好、壓力高的油井，油氣可自噴到地表；反之，當(dāng)?shù)貙幽芰坎蛔阋詫⒂蜌馀e升至地表時(shí)，就需要人工補(bǔ)充能量，進(jìn)行人工舉升。毛家振解釋說，石油開采都是由淺入深，當(dāng)挖到一定程度后，現(xiàn)有的產(chǎn)品往往無法滿足深海的作業(yè)條件。“包括壓力、溫度，越往深海時(shí)，產(chǎn)品性能要求越高，開采成本也越高，每個(gè)平臺(tái)日均花費(fèi)高達(dá)百萬(wàn)美金”。
此時(shí)，深海采油產(chǎn)品對(duì)可靠性至關(guān)重要。“要保證產(chǎn)品不出現(xiàn)故障，就算遇到故障，也要用最快的時(shí)間解決”。毛家振帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)，對(duì)墨西哥灣海域使用的一款油氣開采設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，從產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)突破，到產(chǎn)品功能的研制，及至后期運(yùn)行和維護(hù)的機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)。
2015年，新產(chǎn)品高溫高壓高可靠性深海人工升舉系統(tǒng)的誕生令團(tuán)隊(duì)沸騰了。“在機(jī)器惡劣的條件下，它的可靠性、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，都提高了2-3倍，這是行業(yè)技術(shù)上的突破”，毛家振欣喜地說。
研發(fā)新材料，3D打印螺旋槳
2017年5月，荷蘭達(dá)門船舶集團(tuán)宣布，在鹿特丹增材制造實(shí)驗(yàn)室(RAM Lab)中成功研發(fā)出第一個(gè)船舶3D打印 螺旋槳。其命名為“WAAMpeller”，是世界上首個(gè)獲得船級(jí)社認(rèn)證，可以直接投入使用的3D打印螺旋槳。“老東家”傳來的喜訊，一下子勾起了毛家振的回憶。
在斯倫貝謝，成熟的產(chǎn)品研發(fā)程序讓新人快速上手，按照既定程序就可以把產(chǎn)品做出來。但于毛家振而言，“這就容易在技術(shù)和視野上受限，失去獨(dú)立思考和創(chuàng)新的空間”。他明白自己的興趣點(diǎn)在于，“利用新材料、新能源進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)”。
隨后，毛家振任職于荷蘭達(dá)門船舶集團(tuán)的高級(jí)研發(fā)工程師，開始研發(fā)新型產(chǎn)品，包括3D打印的螺旋槳、用高分子復(fù)合材料制作的海上救援快艇，等等。
“實(shí)際上，很多新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域已有豐富的研究成果，但缺少一個(gè)牽頭人將這些成果集中起來，定義出一個(gè)產(chǎn)品形態(tài)，通過反復(fù)試驗(yàn)和測(cè)試讓技術(shù)落地應(yīng)用”。毛家振說，3D打印領(lǐng)域就是如此。在他看來，用3D打印制作船用螺旋槳再適合不過。由于螺旋槳的形狀是不規(guī)則的，曲面多，且在海底受力復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)材料和工藝的要求很高。“原始的用鑄造或車工的‘剪裁式’制作，是將大的合金材料做出來再進(jìn)行切割，而3D打印屬于‘增材式’，用顆粒粉塵一點(diǎn)點(diǎn)從小到大做出來，在性能、成本上極具優(yōu)勢(shì)”。
但這是一項(xiàng)“從0到1”的挑戰(zhàn)，“沒有一款好的材料和工藝配方，能讓產(chǎn)品完全滿足應(yīng)用條件。而且，國(guó)內(nèi)外也沒有現(xiàn)成的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，必須重新制定一套從設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、驗(yàn)證到使用的方法”。毛家振說，技術(shù)證明容易，難在從法規(guī)和條款上形成標(biāo)準(zhǔn)。
于是，毛家振帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)花了半年來研究新材料，設(shè)計(jì)出合適的產(chǎn)品則耗時(shí)一年多，再用了半年去突破規(guī)范與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。他記得自己離開時(shí)，3D打印螺旋槳的首次海上正式測(cè)試和使用已完成，“穩(wěn)定性、耐久性、耐腐蝕性、抗震減噪等性能都大大提升了”。
回國(guó)發(fā)展，向建筑機(jī)器人邁出第一步
多年的石油與天然氣行業(yè)從業(yè)經(jīng)歷，讓毛家振積淀了豐富的智能化設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用、新工藝研發(fā)、結(jié)構(gòu)仿真等經(jīng)驗(yàn)，成為機(jī)械設(shè)計(jì)研發(fā)領(lǐng)域的稀缺人才。眼看著事業(yè)正如日中天，他卻突然選擇了回國(guó)。
“傳統(tǒng)行業(yè)有一定的瓶頸，尤其是石油天然氣領(lǐng)域，并非一個(gè)鼓勵(lì)創(chuàng)新的朝陽(yáng)企業(yè)。”毛家振說，聽聞博智林正向全球引才引智、大手筆地打造機(jī)器人谷、研發(fā)設(shè)計(jì)第一款建筑機(jī)器人，他認(rèn)為時(shí)機(jī)來了，“我一直關(guān)注著機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展，希望能把所學(xué)技術(shù)帶回國(guó)，運(yùn)用到新興產(chǎn)業(yè)中”。
面對(duì)這一全新的行業(yè)，“懂建筑的不懂機(jī)器人，懂機(jī)器人的又不懂建筑。國(guó)外有很多失敗的嘗試，沒有真正產(chǎn)品化。”毛家振決定，“要真正把二者結(jié)合，我們選擇，做機(jī)器人的人邁出第一步”。2018年8月，帶著國(guó)外掌握的那一套成熟的產(chǎn)品開發(fā)理念與體系，毛家振進(jìn)入了博智林的建筑機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
話雖如此，建筑環(huán)境是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜環(huán)境，與工廠機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境全然不同。“工廠里可以人為規(guī)劃得很完美，地面平整、物品擺放規(guī)范，但建筑工地現(xiàn)場(chǎng)無法做到，人員和場(chǎng)地混亂，整個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景十分復(fù)雜。”毛家振解釋說，土木行業(yè)是一種粗放型行業(yè)，而機(jī)器人又是精密設(shè)備，兩者具有天然的不匹配性。“如果要把兩個(gè)行業(yè)拉到一塊兒，當(dāng)中有很多沖突和矛盾需要解決”。
去年國(guó)慶節(jié)過后，毛家振正式負(fù)責(zé)接手這個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)。為了更加深入了解建筑工藝，他不斷前往工地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，“就在現(xiàn)場(chǎng)待著，看工人怎么工作，對(duì)他們的動(dòng)作、工藝，每一個(gè)細(xì)節(jié)都要清楚，還要了解施工要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)”。毛家振說，鋪磚、噴涂、制模板、貼墻磚墻紙……工地上能想到的工種，他幾乎都干過。
30多款建筑機(jī)器人正在研發(fā)
“最有成就感的，就是自己帶著團(tuán)隊(duì)從去建筑工地了解需求開始，逐步設(shè)計(jì)建筑機(jī)器人方案，最后讓方案變成樣機(jī)。”6月14日，在博智林的實(shí)驗(yàn)中心，毛家振興奮地告訴記者。短短十個(gè)月，他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)從最初的七八個(gè)人，成長(zhǎng)為200多人的建筑機(jī)器人研究院一所，他任副所長(zhǎng)。并且，30多款機(jī)器人設(shè)備正在研發(fā)當(dāng)中，其中7款已開始測(cè)試使用，在建筑工地上進(jìn)行地面抹平、鋪瓷磚、墻面噴涂等工作調(diào)試。
這令人驚嘆的研發(fā)速度，既得益于毛家振心中那套先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)思路，更離不開公司在資金和人員上的大力投入。他介紹說，團(tuán)隊(duì)的人員結(jié)構(gòu)十分“有趣”，“有作為主力的研發(fā)人員，有從地產(chǎn)項(xiàng)目調(diào)動(dòng)的建筑工程師、專家，也有一線經(jīng)驗(yàn)豐富的工人，還有一些職業(yè)學(xué)校的畢業(yè)生，作為梯隊(duì)人才”。
“這不光是要改變產(chǎn)業(yè)形態(tài)，還要改變?nèi)瞬沤Y(jié)構(gòu)”。毛家振提到，當(dāng)前中國(guó)的建筑業(yè)農(nóng)民工，平均年齡近40歲，并且基本沒有新鮮血液補(bǔ)充。“我們要培養(yǎng)新一代的建筑工人，不是單純做體力勞動(dòng)，而是能操控和維修機(jī)器人的年輕工人”。回過頭來，這也能倒逼機(jī)器人的建筑工藝不斷優(yōu)化。
那么，建筑機(jī)器人何時(shí)能真正發(fā)揮作用？毛家振說，目前人工成本在不斷上升，而設(shè)備成本在下降，二者有一個(gè)吻合的交點(diǎn)。“目前看來，這個(gè)界點(diǎn)就要到來了，我們正為之努力。到那個(gè)時(shí)候，建筑機(jī)器人就可以大量使用了”。
采寫：南都記者 莫郅驊
圖片：受訪者提供
