一條輪轂生產(chǎn)線背后的“四維制造”密碼

用地用房和人力成本降至1/10 生產(chǎn)效率和綜合效益提升10倍

一條輪轂生產(chǎn)線背后的“四維制造”密碼

　　由浙江省寧波市重點扶持支持，對標高端裝備制造前沿領域的德瑪“四維制造”項目，歷經(jīng)8年研發(fā)攻關，獲得突破性進展。近日，德瑪公司總工程師和項目首席科學家李文龍博士宣稱，運用“四維制造”理論與技術，其研發(fā)團隊先后完成了基礎理論論證、拓撲數(shù)據(jù)評估、首臺套設備生產(chǎn)、場景化仿真流水線組合等系列研發(fā)目標，并先后在中國、美國、日本、歐盟等發(fā)達國家和地區(qū)獲得125項國內(nèi)外專利，包括58項發(fā)明專利。

　　不久前，作為“四維制造”項目示范工程，總投資逾10億元的路威輪轂生產(chǎn)線在江西撫州試運行。這條數(shù)字化、連續(xù)化、自動化的鍛造鋁輪轂生產(chǎn)線，標志著德瑪“四維制造”項目成果進入產(chǎn)業(yè)化階段。

　　“增減”之間見“真功”——該生產(chǎn)線采用對稱一體化結(jié)構(gòu)與模塊化生產(chǎn)，力與力矩對消近100%，可降低振幅75%，減少能耗80%，提高剛性度4倍、精度4個幾何級，生產(chǎn)效率提高10倍，性能、節(jié)能、環(huán)保等綜合效益提升10倍。與同樣投資、同等規(guī)模傳統(tǒng)企業(yè)相比，用地廠房面積降至1/10。傳統(tǒng)裝備需800至1000名操作工，路威僅需40至50名管理人員。

　　創(chuàng)新突破 “四維制造”帶來技術革新

　　“‘四維制造’技術，以高端裝備、工業(yè)母機轉(zhuǎn)型迭代為研究方向，以汽車業(yè)節(jié)減化輕量化‘綠色駕駛’為精準切入目標，擺脫傳統(tǒng)固有思維與路徑依賴，實現(xiàn)了基礎理論和技術方法的突破?！崩钗凝堈f。

　　“四維制造”，是在傳統(tǒng)立體化疊加式的“三維制造”基礎上，運用關于力對沖與平衡原理，引入全新的力學考量維度，形成的“四維制造”新體系新工作法。“四維制造”項目的投資方，是以生產(chǎn)出口微型軸聞名的寧波精益微型軸有限公司，該公司數(shù)十年來累計生產(chǎn)微型軸100多億只（套），出口美歐日等30多個國家和地區(qū)。

　　2010年間，公司董事長董祥義在美國考察時發(fā)現(xiàn)，汽車輕量化浪潮正在歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)興起，其中輪胎內(nèi)廓的金屬部件輪轂，出現(xiàn)鍛鋁輪轂替代鋼質(zhì)、鑄鋁輪轂的趨勢，而中國才剛剛起步。回國后，董祥義與公司管理層、技術經(jīng)營團隊調(diào)研論證，于2015年初成立寧波德瑪智能機械有限公司，開展該項目的科研攻關與裝備研發(fā)。

　　在深入考察國內(nèi)多家汽車輪轂廠商后，德瑪團隊發(fā)現(xiàn)，這些企業(yè)的裝備技術與制造工藝比較傳統(tǒng)，產(chǎn)品能耗高、生產(chǎn)流程分離、成本風險大，難以適應未來產(chǎn)業(yè)化的應用推廣。為此，德瑪提出，以研發(fā)高端專用裝備為先期突破口，走自己獨特的轉(zhuǎn)型升級之路。

　　鍛造合金鋁輪轂需要高效大功率專用鍛壓機。“我們把原有裝備全部拆卸下來，對一個個零部件進行詳盡剖析發(fā)現(xiàn)，看起來龐然大物的萬噸鍛壓機，真正的受力點就在立柱內(nèi)的4根螺桿、8只螺帽，依靠螺桿螺帽擰緊的力量，抵擋加工壓力，而且鍛壓機自身還得承受鍛造沖擊的反彈力?！钡卢敼靖笨偨?jīng)理黃進說。

　　在研究改進裝備結(jié)構(gòu)時，董祥義提出取消四根立柱，運用力對沖與平衡理論，將鍛壓機設計為2個或4個工位的設想。德瑪團隊請來專家教授、高級工程師論證發(fā)現(xiàn)，在機床裝備、工業(yè)母機研發(fā)領域，引入力對沖與平衡原理具有科學依據(jù)，經(jīng)多方商討，最后將這一設想命名為“四維制造”工作法，在高端專業(yè)裝備及鍛鋁輪轂生產(chǎn)線方面展開攻關。

　　“四維制造”創(chuàng)新改造鍛壓機等傳統(tǒng)裝備，將原來高達16米、重1000噸的立式鍛壓機翻轉(zhuǎn)著地，變成高僅2米的平躺臥式鍛壓機，實現(xiàn)鍛壓機重心下沉，四腳均衡受力，大大提升平穩(wěn)性系數(shù)。研發(fā)團隊還將鍛壓機造型設計從原來的長方形，改為線條、外形流暢美觀的橄欖型，巧妙安裝兩個對稱工位，成倍提高工作效率。

　　按傳統(tǒng)技術工藝，匹配流水線鍛壓機的加工能力，需配置4臺單工位旋壓機，費用高、功效低?！拔覀儾捎谩木S制造’技術，成功研制平衡對稱的4工位新型旋壓機，可節(jié)材75%，重量為傳統(tǒng)裝備的25%，價格為傳統(tǒng)裝備的25%，功效可提高4倍?！秉S進說。

　　基于“四維制造”的技術與設計理念，德瑪團隊還將銑削機床從原來單臂懸伸式結(jié)構(gòu)，改為雙臂騎跨式設計，加工臂向機位兩端延伸。德瑪技術總監(jiān)陳鎮(zhèn)說，這樣作業(yè)時兩邊銑削刀同時旋轉(zhuǎn)，主軸中心落在中間點，加工產(chǎn)生的震動應力對沖抵消，有效保證設備運行的穩(wěn)定性，大大減輕自重分量。

　　新技術的應用立竿見影。銑削機床的主軸箱原來有1噸重，現(xiàn)減為200公斤，節(jié)材率達80%；主軸轉(zhuǎn)速原來最高為每分鐘7000轉(zhuǎn)，現(xiàn)增加到17000轉(zhuǎn)；銑削深度從原來的2毫米猛增到8毫米，表面精度超過磨床，甚至研磨加工工藝達到11度。

　　智造賦能 產(chǎn)業(yè)升級高端化綠色化

　　生產(chǎn)車間采用自動化封閉式運行，沉重粗長的鋁棒，被機械手輕輕抓起，精準放在切割臺上，切割成一段段短樹樁模樣，經(jīng)高溫處理和鍛壓機碾壓成扁圓狀，接著多工位旋壓機開始運行擠壓，毛坯很快初顯模樣，隨后進入全封閉銑削一體化加工中心，送到流水線終端時，一個個锃亮炫目，圓潤精美的輪轂掛在成品架上……今年7月，投資10余億元的德瑪路威輪轂生產(chǎn)線開始試運行，這條凝聚著參與者無數(shù)心血的尖端科技“驚艷”亮相。

　　“與傳統(tǒng)輪轂企業(yè)比較，‘四維制造’擁有全方位的技術優(yōu)勢?！甭吠嗇灴偨?jīng)理桑建國說，撫州生產(chǎn)線總投入10億元左右，年產(chǎn)鍛鋁輪轂150萬只。“若同樣投資、同等規(guī)模的傳統(tǒng)同行企業(yè)，需200畝地、10萬平方米廠房，我們僅需20畝地、1萬平方米廠房，相差10倍。傳統(tǒng)裝備需800至1000名操作工，我們僅需40至50名管理人員?！?/p>

　　“這條生產(chǎn)線上的每一臺設備、每一道工序、每一條流程，包括每一個細微環(huán)節(jié)，我們團隊都精心琢磨反復論證，力求盡善盡美?！秉S進說。

　　在一次技術分析會上，有人提出，輪轂毛坯重量為25至30公斤，銑削加工夾具卻重達200公斤，機器人還得兩次翻夾，操作麻煩功效又低。董祥義提出，輪轂中間原來就有孔洞，可以作為工裝夾具的依托，于是研發(fā)人員轉(zhuǎn)換工藝流程，采用內(nèi)撐式夾具固定輪轂，新夾具僅20公斤重，重量減輕了90%，可一次成型完成4只輪轂的車銑加工，全程僅需1分鐘。新方案讓輪轂銑削工效提高32倍，每臺設備每年可節(jié)省電費300萬元。

　　“我們還建立了原料選擇、流程優(yōu)化、數(shù)據(jù)監(jiān)控、首檢把關等嚴格完整的質(zhì)量控制體系。”路威輪轂技術部長李政委說，每批次原材料入庫，都要對其品相組織、化學合成、變形性能等材質(zhì)參數(shù)，做超聲波探傷與相關成分檢測，從源頭上保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　作為業(yè)內(nèi)小有名氣的輪轂專家，桑建國20年前即進入輪轂行業(yè)，長期鉆研汽車輪轂制造，親身經(jīng)歷了汽車輪轂行業(yè)從鋼質(zhì)、鑄鋁到鍛鋁制造的快速迭代。

　　桑建國說，傳統(tǒng)輪轂制造工藝由于銑削加工精度未能達到要求，需要增加機械或人工拋光打磨工序，在加工過程中產(chǎn)生大量鋁粉塵，嚴重威脅工人健康。此外，鋁灰嚴重污染環(huán)境，鋁灰撒過之處“寸草不生”，后續(xù)治理十分困難。這樣的生產(chǎn)工藝還存在嚴重的安全隱患，粉塵在空氣中積累到一定程度，稍有不慎就會引發(fā)粉塵爆炸。采用“四維制造”的加工工藝，使輪轂表面光潔度呈現(xiàn)鏡面拋光效果，可以直接噴涂料，解決了輪轂打磨的安全隱患。

　　北京科技大學教授蒼大強認為，德瑪“四維制造”技術及鍛鋁輪轂自動化生產(chǎn)線，具有國際前沿水準，其綠色節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)工藝，不但適應汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)減型低碳化、輕量化的發(fā)展方向，也符合國家高端制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃與政策導向。當下，我國加速推進制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，德瑪“四維制造”技術與鍛鋁輪轂生產(chǎn)線的問世，豎起了示范標桿。

　　中國寶武高級技師王軍評價稱，采用“四維制造”技術的鍛鋁輪轂裝備與產(chǎn)品，其效率、性能、質(zhì)量還有上升空間。但其鍛鋁輪轂連續(xù)制造技術，從傳統(tǒng)點狀離散式制造流程工藝，改造變革成為自動化連續(xù)化一條龍作業(yè)，這是了不起的創(chuàng)新之舉。

　　引領未來 打造國際競爭核心能力

　　“墻內(nèi)開花墻外香”。國外廠商早早看到了“四維制造”這項創(chuàng)新的重大價值。2019年間，德瑪研發(fā)推出幾臺樣機，將其放到國際工業(yè)設備展會上“投石問路”，不少廠商表現(xiàn)出濃厚興趣。

　　德國某家全球知名機械設備制造商帶隊負責人當即表示：“這個產(chǎn)品非常棒，如果愿意貼上我們公司的品牌，我可以幫助貴方賣到全世界?！钡卢敼ぷ魅藛T回應：“等研發(fā)成功后，我們要打自己的獨家品牌?！?/p>

　　黃進表示，話雖這樣說，但絕不敢輕視德國的研發(fā)能力，在歐盟申請專利保護后，又特意向德國申報國際專利，“雙重保險”來保護知識產(chǎn)權。

　　路威鍛鋁輪轂新生產(chǎn)線投產(chǎn)后，歐洲有位資深輪轂制造專家獲此消息，專程趕到撫州路威生產(chǎn)現(xiàn)場，表達交流探討的意愿。桑建國陪同外賓在流水線外面的走廊上轉(zhuǎn)了一圈，這位專家感慨道：“這些年我跑了幾十個國家，這樣設計超前、技術先進的鍛鋁輪轂生產(chǎn)線，是第一次看到，這是中國式‘黑客制造’，相信路威產(chǎn)品在國際市場上一定會大受歡迎?！?/p>

　　路威新生產(chǎn)線試運行不久，韓國汽車工業(yè)委員會負責人也慕名趕來撫州，看到路威鍛鋁產(chǎn)品比傳統(tǒng)鑄鋁輪轂竟然一下減輕40%的分量，直言這項技術突破把汽車輕量化提前了20年。

　　“汽車業(yè)作為高度全球化行業(yè)，若與國際化企業(yè)、跨國大公司深度合作，加入全球‘航母艦隊’，有利于企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，提升抗風浪能力，而國外大客商也在中國積極尋找有技術優(yōu)勢的匹配企業(yè)?！钡卢敼臼袌隹偙O(jiān)王紅晶說。

　　日本澳德巴克斯，是豐田旗下最大的全球汽車零部件采購商，早在2018年初，獲悉德瑪團隊在研發(fā)新一代鍛鋁輪轂，就趕來寧波總部考察，很快雙方簽署了為期三年的合作協(xié)議，對方擬每年向路威采購3000萬只鍛鋁輪轂，總值300億元人民幣。后因疫情打亂了計劃，但澳德巴克斯始終關注著“四維制造”的研發(fā)進度。隨著路威鍛鋁輪轂生產(chǎn)線即告完工，澳德巴克斯專家趕去撫州現(xiàn)場考察，今年3月與德瑪路威又一次簽訂為期三年的新合作協(xié)議。

　　“目前輪轂產(chǎn)品銷售，我們采取的是雙軌制，以C端推B端。”桑建國說，首先面對的是替換市場，公司正在擬訂“以舊換新”計劃，即大量回收汽車存量市場的舊鑄鋁輪轂，以優(yōu)惠價更換為新鍛鋁輪轂，該方案很受合作商贊同；其次是外貿(mào)出口，國外用戶嗅覺靈敏，路威輪轂的質(zhì)量、價格優(yōu)勢明顯，需求量非常大。

　　“這條生產(chǎn)線的設計能力，為年產(chǎn)量150萬只，可24小時無間斷連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率為傳統(tǒng)技術裝備10倍。但目前訂單太多，生產(chǎn)能力不足，我們正全力以赴安裝建設第二、第三及第四條生產(chǎn)線，智能化水平、技術功能也更加完善強大。屆時，僅撫州一個工廠，年產(chǎn)鍛鋁輪轂即可達700萬只?！鄙＝▏钢吷险谶\轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線說。(記者 班娟娟)

　　轉(zhuǎn)自：經(jīng)濟參考報

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