山里来的大三学生设计“黄连炕”机器获国赛大奖

  “山里的娃儿走出去不容易，希望娃儿的作品能帮助到村里更多的人！”近日，恩施土家族苗族自治州利川市汪营镇鹞子池村村民贺文六，在手机视频中看到儿子贺章涛从武汉科技大学发过来的改良版“黄连炕”，激动不已。让他没想到的是，自己几年来的心结能在儿子和他老师的手中被解开。

  汪营镇地处800里清江的源头，以黄连为主的中药材种植培养面积达到2万余亩，利川黄连成为当地特产之一。鹞子池村有2000多人，种植黄连是村民的主要收入来源。

  黄连药效好，但性苦，民间有“哑巴吃黄连，有苦说不出”的俗语。52岁的贺文六家就种植了10多亩黄连，在他看来炒制黄连同样是件苦活累活。

  黄连生长周期较长，一般栽后5至6年才能收获。采摘后的黄连块茎不能直接售卖，还要除湿除根须。在太阳下晾晒出来的黄连易呈黑色，颜色不好看；只有人工炒制出的黄连才呈现金黄色，有卖相。

  贺文六说，每年10月至11月，用铁筛网翻炒黄连是鹞子池村村民的传统做法。翻炒时附着在黄连上的泥土变成灰尘四处飘散，不一会儿身上全是灰，“鼻子眼睛都看不见”。铁筛网上黄连要不停翻炒，一炕需要4个小时翻炒，一天也只能加工150斤。要是翻炒不及时就会炒煳，几年的辛苦可能毁于一旦。

  贺章涛从小就跟父母在黄连地里劳动，觉得父母很辛劳。即便如此辛苦，家里收获的黄连被炒煳也是常有的事。2020年，还在上高三的贺章涛凭着所学的物理知识，与父亲商量起改进炒制黄连的办法，让炒黄连不再又苦又累。他们买来钢材，在家使用焊机、切割机、角磨机等工具改造了一辆废旧摩托车的变速器，制作了一台自动翻炒黄连的机器——黄连炕。

  贺章涛说，之所以使用摩托车变速器，是因为在烘炒过程中，翻炒速度应该要依据含水量调整，才能避免炒煳。机器一定要能实现变速翻炒，自行制造一台变速器较为困难，摩托车的变速器刚好合适。

  父子二人制造的土设备很快引来村民围观。村民们惊奇地发现，贺文六父子的“黄连炕”能自动翻炒黄连，加工时省力不少。很快有村民开始模仿打造这种“黄连炕”加工黄连。

  贺文六父子的“黄连炕”虽然实现了自动翻炒，但效率依然不高。“由于采收的黄连大小不一，烘干所需要的时间也不一样，无论是手工加工还是机器加工，都需要先将黄连按大小分多批筛选，这一过程非常耗时耗力。”贺章涛找到了问题的症结。

  如何提高“黄连炕”的加工效率，父子俩琢磨了很久也无能为力，渐渐地成了父亲贺文六的心结——“要是能解决这一个问题，炒黄连也就不再辛苦了”。

  2020年9月，贺章涛考入武汉科技大学汽车与交通工程学院。坐在宽敞的图书馆，贺章涛脑海里总会浮现父母沾满灰尘的脸庞，时时惦记着父亲心中的那个心结。“炒制黄连时，不仅腰酸背痛，鼻孔里也都是灰尘。”贺章涛向长江日报记者比画着自己小时候炒黄连的窘态。

  贺章涛的想法很快被辅导员何一鸣得知。在全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛上，学车辆工程专业出身的何一鸣询问了参赛者贺章涛的家庭情况。贺章涛说出了自己的设想：改进家里的“黄连炕”，使其从手工分拣黄连变为自动分拣。

  何一鸣决定成立一个团队，和贺章涛一起攻关改良“黄连炕”的技术。小组成员一起查专利、找论文，学习设计仿真软件和机械设计相关知识，参考农户加工经验，进行仿线天攻关，最终将“黄连炕”改良的核心确定为加装一个可变筛孔结构。“这一结构能根据黄连的湿度信号来调节孔径大小，以此来实现对炕干的黄连进行自动筛选。”贺章涛说。

  为改进“黄连炕”存在的问题，何一鸣驱车千里前往贺章涛家家访，仔细听取贺文六的意见后，给团队明确了从环保、省力、精准控温三个方面改进“黄连炕”的思路。

  何一鸣和记者说，他们给“黄连炕”加装了烟尘过滤器，这样可有效过滤烟尘中的较大颗粒物，减少灰尘排放，炒制黄连的人再也不会“黑脸”。

  他们还为“黄连炕”设计了可变筛孔，不再需要人大力翻炒黄连。“筛筒在不断转动下实现对黄连的翻炒，其筛网轴上固定安装有T形爪以实现对黄连的搅拌，同时筛筒内的黄连在不断碰撞和摩擦下被去除表皮根须。”贺章涛说，翻炒自动化可以把父母的手解放出来，他们再也不会汗流浃背、腰酸背痛。

  在改良“黄连炕”的过程中，团队遇到的最大困难是给“黄连炕”智能化升级——确定设备决策机制的具体算法，即把预期指令转化为机器能听懂的语言。这决定了设备能否对炕干的黄连块茎实现精准筛选。

  贺章涛说，为解决这一问题，他们对黄连块茎进行建模，利用专业相关知识进行仿真分析，得出了不同初始条件下的黄连块茎的干度随机器运作时间、炕内温度等因素的变化规律，让机器能通过具体的数据“读懂”黄连的状态，实现精准控温。

  团队还给“黄连炕”配置了聪明的大脑。他们在黄连生产中采集不同条件下黄连体内水分与时间的变化关系，并与仿真分析结果作比较，综合连农生产经验，将数据拟合成相应条件下的算法存入控制单元内，让“黄连炕”走向智能化。

  “再也不会发生炒煳黄连的事了。”贺章涛给记者算了一笔账，黄连亩产最好的在600斤左右，最差的产量只有200斤左右，炒干后的黄连每斤收购价都在150元左右，有些金贵，要是炒煳了5年的收成就没有了。

  据悉，改良“黄连炕”成功解决了黄连人工粗加工效率低、对环境造成污染、耗费柴薪、灰沙没办法回收等系列问题，实现了筛孔实时可变、时速智能控制、烟尘无害排放等多项技术的创新。该作品已获全国三维数字化创新设计大赛精英联赛国家一等奖，还获得了两项软件著作权。

  “改良后的‘黄连炕’不仅能将加工效率提高5到6倍，还能实现灰沙回收……”面对视频中儿子贺章涛的滔滔不绝，贺文六露出了会心的微笑。他激动地说：“能在何老师的带领下学到真本事，我们为娃感到高兴。”

  贺章涛改良“黄连炕”的喜讯也传到了鹞子池村村党支部书记邹杰的耳朵里。邹杰和记者说，他们周围20多个村有数万连农，支撑起了“利川黄连”这个品牌。贺章涛改良的“黄连炕”能变成现实，连农肯定是最高兴的。

  “我们那儿把种植黄连的农民叫作连农。设计的初衷是想让父母的劳作变得方便快捷，解放连农的手，让他们干活舒心。”贺章涛和记者说，改良的“黄连炕”有876个零部件，除了标准件外，不少是非标准件，制造成本比较高。目前已有3D模型和图纸，他为其起名为“急先锋”，就是急连农所急，希望能尽快制造出实物来，让父母这样的连农轻松种黄连。

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