国务院特贴发明家 郭春平

上一讲讲了一靠“脑”，二靠“跑”，实现专利梦。很多朋友们打来电话问我：您的专利是如何发明的？有什么秘诀？可否分享给我们？有位著名专家在评价我的发明时说过：郭春平的“发明思维”是最大法宝！这一讲就把我发明“抗违章技术”的真实思维过程这个法宝，分为两次分享给朋友们。

2001版《煤矿安全规程》第 445 条规定：“井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线，检修或搬迁前，必须切断电源”，第 446 条规定：“非专职人员或非值班电气人员，不得擅自操作电气设备”。过去没有相关技术装备的保障，仅仅依靠人的自觉性，不可能制止违反上述规程操作的现象。比如 2003 年安徽淮北芦岭煤矿“5.13”瓦斯爆炸事故，就是因为违章带电作业产生电火花引爆瓦斯，造成86人死亡的严重后果。此类事故还有很多，使国家安监部门领导十分着急。2003年时任国家安监总局副局长王显政在看到我发明的“矿用开关两防锁”之后，就把发明一种能保证在开盖检修前切断电源的技术装备，这个极为重要的任务交给了我。

国家知识产权局原局长田力普在“抗违章技术”核心专利证上的亲笔签名图

我发明的专利“超前开盖断电技术”及其核心部件“开盖传感器”就是在这样的背景下诞生的。 刚接到任务，感到很容易，心想：把电冰箱“开门亮灯”的技术改进一下就可完成任务。很快就设计出具体方案，但仔细分析发现远没有那么简单。  

当时，某权威科研单位已将开盖断电技术产品推向市场，其取出开盖信号的方法与电冰箱开门亮灯技术取出信号方法相似，都是在拧开紧固螺栓“开盖后”，盖板与设备接线盒出现足够大的缝隙时，触动行程开关动作，发出开盖信号。这种取出信号方法是所有自动控制技术中通用方法，特点是：必须在被控件动作后，才能取出被控件的动作信号，我称这种方法是“滞后取出信号方法”。 

井下防爆电气设备不同于电冰箱等家用电气设备，只要盖板紧固螺栓松动，缝隙就会增大，就会失去防爆性能，电火花就可能从缝隙喷出引爆瓦斯。显然，井下不能应用这种“滞后取出信号方法”。 

我调动起自己所有的激情、能量与灵感，开始了长达五年的发明创造之路。 用什么方法识别开盖状态？这成为我要解决的“第一道难题”。

发明创造的路途绝不会一帆风顺，大家都知道爱迪生发明电灯的故事，仅植物类碳化试验就进行了 6000 多次。人类总是容易被习惯思维限制，被“现有框框” 束缚，很难向前突破。发明，除了卓越的头脑这个“硬件”，更需要坚韧不拔的意志这个“软件”。那个时候，时间在一个小时一个小时地流逝，攻不下技术难关，发明不出新产品，渐渐成了我的一块心病。我的大脑时时刻刻都在高速运转，甚至连吃饭走路时也在想这个问题，反复琢磨着到底该如何突破问题难关。

我查阅了国内外电力采煤一百多年来的技术资料，没找到答案；查阅了其他行业无数技术资料，也找不到可借鉴的技术。 

我从青少年时期就养成了特别注意不断“总结”和不断调整“思路”的习惯。经过认真总结过去的发明创造过程，我认定必须调整“思路”，冲破习惯思维框架。习惯思维框架是什么？是自动控制理论。我便自学了智能控制理论，读了德鲁克的管理理论等书，同时应用我青年时期在原北京煤炭管理干部学院学到的“煤矿安全”专业知识，分析研究了一千多个事故案例，具体研究了违章带电作业行为的全过程，发现其中存在一个“违章过渡过程”，首次提出了“抗违章技术”理论的重要观点之一：“在违章过渡过程预控违章行为”。 

据此理论，否定了上述“开盖后”取出信号方法，创造性地提出：在“违章过渡过程”中的“将开盖”时超前取出信号的新思路。 

什么是“将开盖”？就是电气开关盖板紧固螺栓未拧开前，但将要拧开时。类似伸入钥匙开门，但门还没有打开之时。对于井下防爆设备的盖板，在“将开盖”而盖还没有打开时，电火花无法从缝隙喷出引爆瓦斯。只有在此时超前取出“将开盖”信号，才能防止电火花引发瓦斯爆炸。我把这种方法称作“超前取出信号”方法。至此，取出信号方法取得了第一次实质性突破，即否定了“滞后取出信号”方法，确定采用“超前取出信号”方法！ 

用“将开盖”时取出信号，代替“开盖后”取出信号，这一石破天惊的想法，突破了自动控制技术思维的限制，进入智能控制领域。 

“将开盖”信号如何取出？我想到了门锁。门锁在全世界各地使用了上千年，在人们的头脑中形成一条常识：任何人未经授权，不许打开别人家的门锁。利用这条常识，我专门设计了“两防锁机构”，作为取出“将开盖”信号的方法。简单地说：就是在电气开关盖板紧固螺栓上加了一把专门设计的“锁”，要松动紧固螺栓，必须先核对身份，然后才能开锁。开锁后才能松动螺栓，取出的“将开盖”信号。

这种方法突破了必须开盖后才能识别开盖状态的自动控制技术思维约束，运用了智能控制及“抗违章理论”，在“将开盖”的过渡过程中进行智能识别开盖状态方法，在安全监控领域具有极其广泛的应用前景。而且还可应用在核爆炸防控领域，科幻片星球大战思维是通过空中拦截导弹而防止导弹落入本国领土，这种方法副作用很大。而参照我发明的“在过渡过程预控”方法，应该修改为在按核按钮的过渡过程中预控其发射行为，当然，其难度极高，暂时还难以做到，但却是未来努力的方向。 

至此，第一道题彻底解决，即：通过智能识别“将开盖”状态方法而代替了取出“开盖后”信号方法，实现了安全识别开盖状态目的。 

井下各种各样的在用电气设备约千万台，为了防止“失爆”，管理极其严厉，严禁改变其结构。所以，在不改变设备结构的前提下，如何用无损连接的安装方法把“将开盖”识别装置安装在每台设备上，取出“将开盖”信号，成为“第二道难题”。 

发明创造就像登“天路”，翻过了一座山又一座山，闯过了一关又一关，不断地披荆斩棘，向上攀登。在这个过程中，我观察分析了约 1000 多台设备，阅读数百本书籍，熬过了无数个不眠之夜，通过以下四步才完整地解决。 

第一步，不改变设备结构，更换一条带“锁口”的紧固螺栓，该锁口能与两防锁连接，把“两防锁机构”安装连接后，只有开锁后才能松动螺栓。 

第二步，有些用户认为更换紧固螺栓比较麻烦，我便发明了不动紧固螺栓，在盖板上加一个“螺栓罩”的办法。在“螺栓罩”上安装“两防锁机构”，要松动紧固螺栓，必须先取下“螺栓罩”，要取下“螺栓罩”，必须先打开“两防锁机构”。经过这两道关才能取出“将开盖”信号。后来，国家安标办下文对“螺栓罩”产品标准提出要求，说明“螺栓罩”产品被认可。 

 挑战不可能图 

第三步，一些客户认为加装“螺栓罩”也麻烦，我参照顶丝及膨胀螺栓原理，发明了在紧固螺栓上直接安装“两防锁机构”方法，实现了不松动紧固螺栓即可在螺栓上安装“两防锁机构”目的，松动紧固螺栓前先打开“两防锁机构”，开锁后即可取出“将开盖”信号。 

第四步，人工智能发展到今天，在各种设备的“将开盖”过程中通过视频识别开盖状态已不是问题，我们已应用在实际中。同时，对总馈电开关、风机等特殊重要负荷实现有电闭锁，倒逼作业人员遵章按计划停电后再进行开盖作业，彻底杜绝了违章带电作业行为。 

至此，第二道难题彻底解决。但是还有“第三道难题”，即：“如何实现安全开盖断电。 

当时的井下用电和家庭照明用电一般都是当线路出现漏电故障或短路故障后，自动切断电源，有些设备为了实现开盖断电，先人为造成漏电故障再断电，这显然是危险的，是重大安全隐患。我因此在权威杂志《煤炭科学技术》发表了一篇论文《人为接地实现开盖断电方法存在隐患分析及解决办法》，详细分析了其危险性，并建议禁止使用人为接地实现开盖断电的方法。同时提出解决办法：不与动力线路直接电气接触，通过网络实现“超前开盖断电”。该办法消除了“人为接地实现开盖断电方法”存在的隐患，实现了安全开盖断电。上述论文引起有关部门关注，下文禁止使用人为接地实现开盖断电方法，并推广安全可靠的“超前开盖断电技术”。至此，第三道难题也解决了，我十分高兴。

若干年以后，才知道高兴的太早了，我负责起草的行业标准因“操作”失误被有关部门下文终止，损失两亿元的潜在市场，几乎造成公司破产。经调查后才知道：由于“人为接地实现开盖断电方法”被禁止使用，相关的大量设备也被禁用，引起很多人的不满。标准管理部门向他们征求关于标准的建议时，他们就说：该标准早已无人使用，废了吧！标准管理部门没有按规定征求我这个第一起草人的意见就 “乱作为”下文终止了。

我在保留进一步采取法律手段维护自身权益的同时，也进行了冷静分析：“超前开盖断电技术”是“颠覆性”技术，对“人为接地实现开盖断电方法”具有天然的“破坏性”。社会各界对重大发明创造造成的“破坏性”，要有充分的思想准备，尽可能减少不必要的矛盾冲突。我想到此，就悄悄地咽下了约损失两亿多元存在市场这个“苦果”。

为了攻克井下开盖断电百年世界难题，我国政府有关部门曾煞费苦心，给一些科研院所投巨资要求攻克该难题，但结果很不理想，国外也没有任何人能解决该难题。原因是“三道难题”就像横在人们面前的“三座大山”，挡住了大家的眼睛和思路。这“三道难题”同样也使我困扰多年。我曾经想过好多种办法，舍生忘死地进行 “愚公移山”，但都不成功，导致 2003 年大病一场，差点见了爱迪生。

失败对任何一个发明家都是“老朋友”。任何一个发明家都是一个屡败屡战、不屈不挠的斗士，都是从失败的废墟中站起来的巨人。一些人在失败面前束手无策，会向失败求饶，会找各种借口为自己的软弱退却披上“无能”的外衣。我是失败一次，前进一步，失败一次，提高一个台阶。海明威在他的不朽名著《老人与海》中借主人公圣地亚哥之口阐发了一句名言：“人，不是为失败而生的，一个人可以被毁灭，但是不可以被打败。”我坚定这个信念，我不会被打败的，除非我自己主动放弃。 

在发明创造之路上，经过千百次的试验、改进，我把解决“三道难题”的思路升华为“超前开盖断电方法及其装置”专利技术，再把该专利技术转化为系列品牌商品及“国家重点新产品”，其基本原理是：当专业人员将要违章带电开盖时，在电气设备 “将开盖”未失爆前，就通过开盖传感器进行报警，并通过网络使上级电源开关跳闸断电并闭锁不能送电，可极大降低事故发生概率，同时也能防止非专职人员擅自开盖操作。

防爆电气领域实现安全开盖断电这个世界百年难题终于被我彻底解决，为彻底杜绝违章带电作业事故提供了技术保障。这项技术获中国、美国、欧洲等30多个国家和地区专利权，受到国家重点研发计划、国家重点新产品等科技项目资助，应用在国家能源集团等煤矿的45万台设备上，有关权威部门认为最少减少死亡20人。该专利在国内获中国专利奖、煤炭科学技术奖、山西省专利一等奖及山西省技术发明奖，书写了中国乃至世界防爆电气安全领域的“传奇”，原国家知识产权局局长前几天来山西调研走访时还在该专利证上签字留念。

为什么要申请美国等外国专利权？形象地说，科技人员就是和平时期国家的一支“特种部队”，获得一项国外专利权，就相当于占领了一块国外法律保护的“专利领地”，获得 30 多个外国专利授权，就相当于为我国在不同国家占领了 30 多块“专利领地”。企业家开发这些“专利领地”，就能受到国外法律保护。这些发明成果为我国占领了多块“主权”属于中国的高新技术“领地”。

获得的美国等国家专利

诸多荣誉和业绩中，我最看重的是在美国 5 项发明专利，因为美国发明专利权在世界上最难获得。据查新报告结论：经检索，1782 年 1 月 1 日至 2009 年 4 月 30 日期间，在这 227 年间，中国煤矿隔爆电气领域仅有一件中国专利“一种超前开盖断电方法及其装置”获美国（专利号：US8902075B2）及欧洲（专利号： EP2299554B1）专利权，第一发明人为郭春平。因而，毫不夸张地说，我的发明成果实现了 “专利奥运会”227 年间“零的突破”！专利技术的意义并不仅仅在于“零的突破”，更重要的是专利技术思路对世界安全产业发展提供了重大贡献。在美国这样的科技强国，能够获得 5 项发明专利权，我感到非常自豪，这不仅是我个人的光荣，也是显示国家的科技实力，为国争光！

“开盖传感器”在市场也叫“三开一防传感器”，很快成为品牌产品，并成为国家重点新产品，但不幸的是又被假货“污染”。我在此基础上又着手发明创造了“智能抗违章保护技术系统”及“智能远方漏电试验装置”等商品，其中“智能远方漏电试验装置”的发明创造可谓“三十年磨一剑”。早在1991 年我就在《煤矿安全》发表关于远方漏电试验的论文，2012 年申请该项目第一项专利，2015 年开始办理市场准入证件，历经 30 年风风雨雨，直至 2020 年 6 月 4 日，才取得矿用产品安全标志证书，并获两项中国发明专利和一项美国发明专利。该装置弥补了“人工跳闸远方漏电试验”的不足，能够安全、准确、方便地对煤矿井下低压供电系统进行抗违章后备保护试验（远方漏电试验）。据查新报告显示，本产品有 8 项技术填补了国际技术空白。 

至此，我发明的抗违章技术系列产品从技术上补齐了煤矿井下供电系统各个“抗违章短板”。 

我在发明创造抗违章技术产品的同时，还加大抗违章技术理论的“深度”

研究。“深度”研究是我国传统科技的短板，如：我国古代发明了指南针，但不知道磁铁的分子式，没有提出“磁力线”概念，更没有创立“麦克斯韦电磁方程”。所以，加大“深度”研究，意义尤其重大。我特别注重抗违章理论创新，在国内外安全生产领域首次创立了抗违章理论体系，提出了“想违章违不成，即使违章也造不成事故”的抗违章理念。首次提出《煤矿井下供电系统抗违章保护技术》，并在国家级刊物发表；首次概括出“违章可预控性定则”“违章过渡过程”等十几个词条，并被收入《百度百科》。 

发明思维是思维科学的一部分，为了抛砖引玉，我向大家“解密”了抗违章技术的发明思维主要过程。我归纳出发明思维的主要特征是：冲破习惯思维的智力，舍身发明的精神，坚韧不拔的意志（简称：“一冲、二舍、三韧”）。冲破习惯思维的智力水平是发明的必要条件，舍身发明的精神和坚韧不拔的意志是发明家必须具备的品格。

这一讲讲到此，下一讲讲“骏马拉小车”的故事。

注：故事内容摘自：《抗违章技术理论与应用》（郭春平著 王国法院士序）附录6：我的发明创造之路