◇今年7月，總投資逾10億元的路威輪轂生產(chǎn)線(xiàn)，在江西撫州試運行。這是國內外首條數字化連續化自動(dòng)化的鍛造鋁輪轂生產(chǎn)線(xiàn)，標志著(zhù)歷經(jīng)8年研發(fā)攻關(guān)的德瑪“四維制造”項目成果進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段
　　◇“四維制造”是在傳統立體化疊加式的“三維制造”基礎上，運用力對沖與平衡原理，引入全新的力學(xué)考量維度，形成的“四維制造”工作法
　　◇從變革裝備、技術(shù)、工藝等著(zhù)手，“四維制造”創(chuàng )新改造鍛壓機等傳統裝備，有效實(shí)現節能減排、綠色制造
　　◇以鍛鋁輪轂生產(chǎn)線(xiàn)為例，“四維制造”技術(shù)的系列裝備，均采用對稱(chēng)一體化結構與模塊化生產(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(gè)幾何級，生產(chǎn)效率提高10倍，性能、節能、環(huán)保等綜合效益可提升10倍

運用“四維制造”技術(shù)研發(fā)的4個(gè)工位旋壓機，節材75%，重量為傳統裝備的25%，價(jià)格為傳統裝備的25%，工效提高了4倍。圖為新型旋壓機在生產(chǎn)作業(yè) 黃瑞鵬 攝

　　輪轂是汽車(chē)輪胎內廓輪鋼通過(guò)立柱連接的輪芯旋轉部分，起著(zhù)軸承、轉向、驅動(dòng)、制動(dòng)等作用，是汽車(chē)的重要部件之一。
　　今年7月，總投資逾10億元的路威輪轂生產(chǎn)線(xiàn)，在江西撫州試運行。作為“四維制造”項目示范工程，這條數字化連續化自動(dòng)化的鍛造鋁輪轂生產(chǎn)線(xiàn)，標志著(zhù)歷經(jīng)8年研發(fā)攻關(guān)的德瑪“四維制造”項目成果進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
　　“四維制造”是在傳統立體化疊加式的“三維制造”基礎上，運用關(guān)于力對沖與平衡原理，引入全新的力學(xué)考量維度，形成的“四維制造”工作法。
　　德瑪公司總工程師和項目首席科學(xué)家李文龍說(shuō)，“四維制造”技術(shù)以高端裝備、工業(yè)母機轉型迭代為研究方向，以汽車(chē)業(yè)節能減排和輕量化為精準切入目標，擺脫傳統思維與路徑依賴(lài)，實(shí)現了基礎理論和技術(shù)方法的突破。
　　當前，“四維制造”研發(fā)團隊已完成基礎理論論證、拓撲數據評估、首臺套設備生產(chǎn)、場(chǎng)景化仿真流水線(xiàn)組合等研發(fā)目標，先后在中國、美國、日本、歐盟等15個(gè)國家和地區，獲得125項國內外專(zhuān)利，包括58項發(fā)明專(zhuān)利。
　　創(chuàng )新提出“四維制造”工作法
　　“四維制造”項目的投資方，是寧波精益微型軸有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“精益公司”）。這家以生產(chǎn)出口微型軸而出名的企業(yè)，數十年來(lái)累計生產(chǎn)微型軸100多億只（套），出口美歐日等30多個(gè)國家和地區，其投資研發(fā)的藍光智能節能窗，以超前理念，填補了多項國內外空白。
　　研發(fā)高端專(zhuān)用裝備，適應汽車(chē)輕量化發(fā)展趨勢。2010年，精益公司董事長(cháng)董祥義在美國考察發(fā)現，汽車(chē)輕量化浪潮正在歐美日等發(fā)達國家和地區興起推廣，其中輪胎內廓的金屬部件輪轂，出現鍛鋁輪轂替代鋼質(zhì)、鑄鋁輪轂的趨勢，而中國才剛剛起步?；貒?#xff0c;董祥義與公司管理層、技術(shù)經(jīng)營(yíng)團隊調研論證，于2015年初成立寧波德瑪智能機械有限公司，專(zhuān)注項目的科研攻關(guān)與裝備研發(fā)。
　　在考察國內多家汽車(chē)輪轂廠(chǎng)商后，德瑪團隊發(fā)現這些企業(yè)的裝備技術(shù)與制造工藝比較傳統，產(chǎn)品能耗高、生產(chǎn)流程零散、成本風(fēng)險大，難以適應未來(lái)規?；a(chǎn)業(yè)化的應用推廣。為此，德瑪提出，借鑒精益微型軸、藍光節能窗的經(jīng)驗，以研發(fā)高端專(zhuān)用裝備為先期突破口，走出獨特的智造轉型升級之路。
　　創(chuàng )新提出“四維制造”工作法，助力智造轉型升級。德瑪公司副總經(jīng)理黃進(jìn)說(shuō)，鍛造合金鋁輪轂需要高效大功率的專(zhuān)用鍛壓機，在拆卸解剖原有裝備零部件時(shí)發(fā)現，萬(wàn)噸鍛壓機真正受力點(diǎn)在立柱內的4根螺桿、8只螺帽上，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。
　　在研究改進(jìn)裝備結構時(shí)，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(gè)或4個(gè)工位的設想。當時(shí)團隊犯了難——關(guān)于引進(jìn)牛頓力學(xué)維度的設想，在理論上能站得住腳嗎？
　　德瑪團隊請來(lái)專(zhuān)家教授、高級工程師論證發(fā)現，在機床裝備、工業(yè)母機研發(fā)領(lǐng)域，引入力對沖與平衡原理具有科學(xué)依據，從技術(shù)條件、實(shí)施路徑來(lái)講，我國現有裝備技術(shù)條件及數字化制造能力也足以支撐。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(zhuān)業(yè)裝備及鍛鋁輪轂生產(chǎn)線(xiàn)方面展開(kāi)攻關(guān)。
　　從變革裝備、技術(shù)、工藝等著(zhù)手，“四維制造”創(chuàng )新改造鍛壓機等傳統裝備，有效實(shí)現節能減排、綠色制造。鍛造合金鋁輪轂需要高效大功率專(zhuān)用鍛壓機，李文龍將高達16米、重1000噸的立式鍛壓機翻轉著(zhù)地，變成高僅2米、平躺臥式鍛壓機，實(shí)現鍛壓機四腳均衡受力，提高平穩性系數。
　　與此同時(shí)，團隊將鍛壓機造型設計，改為線(xiàn)條流暢、外形美觀(guān)的橄欖形，巧妙安裝兩個(gè)對稱(chēng)工位，成倍提高作業(yè)效率?！皞鹘y設備為長(cháng)方形或正方形，應力薄弱環(huán)節較多，設備設計顯得笨重粗壯?，F在我們對鍛壓機采用橢圓形或橄欖形，讓機器整體均勻受力，可大幅減少材料損耗與能量消耗?！崩钗凝堈f(shuō)。
　　雙工位平躺臥式鍛壓機的工作量，相當于兩臺傳統鍛壓機工效。原機總重量達2000噸，而采用“四維制造”技術(shù)的新型鍛壓機，整個(gè)機身連同加固鋼圈總重量120噸，相當于原機重量的6%，抗壓強度提高了5倍。設備組合部件，從原來(lái)的200多個(gè)減為30多個(gè)，制造組裝更為便捷。
　　德瑪團隊曾邀請專(zhuān)業(yè)人士，評估“四維制造”技術(shù)的綜合功能與工效。以鍛鋁輪轂生產(chǎn)線(xiàn)為例，“四維制造”技術(shù)的系列裝備，均采用對稱(chēng)一體化結構與模塊化生產(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(gè)幾何級，生產(chǎn)效率提高10倍，性能、節能、環(huán)保等綜合效益可提升10倍。
　　把機床設備做精做細
　　按傳統技術(shù)工藝，匹配流水線(xiàn)鍛壓機的加工能力，需配置4臺單工位旋壓機，費用大、工效低?！拔覀儾捎谩木S制造’技術(shù)，成功研制平衡對稱(chēng)的4工位新型旋壓機，可節材75%，價(jià)格相當于原設備的25%，工效提高了4倍?！秉S進(jìn)說(shuō)。
　　新設備運行初期效果未能達到目標。研發(fā)人員請來(lái)中國寶武高級技師王軍與多位專(zhuān)家論證發(fā)現，新設備結構設計沒(méi)有問(wèn)題，但工藝導向存在瑕疵、電機扭矩力不足。多位專(zhuān)家將原來(lái)主軸動(dòng)力不足的普通電機更換為大功率電機，并在各工位安裝伺服電機驅動(dòng)器，有效解決旋壓機的工效難題。
　　技術(shù)研發(fā)離不開(kāi)產(chǎn)學(xué)研的大協(xié)作。近年來(lái)，德瑪整合各方資源，打造跨業(yè)界、學(xué)界的產(chǎn)學(xué)研共同體，涵蓋浙江大學(xué)、復旦大學(xué)、上海交大、西安交大、北京科技大學(xué)、天津大學(xué)等高校，中國一汽、中國一重、鞍鋼、寶武集團寶鋼股份、精達裝備、中國機械工程學(xué)會(huì )、中國機械智能裝備協(xié)會(huì )、中國智慧產(chǎn)業(yè)研究院等制造業(yè)頭部企業(yè)，以及行業(yè)權威機構的工程技術(shù)人員、研究人員。
　　汽車(chē)輪轂成品定型，由銑削環(huán)節完成。傳統銑削機床大多為單臂懸伸式結構，臂長(cháng)50至100厘米，輪轂尺寸越大，懸伸臂越長(cháng)，重心點(diǎn)越容易傾斜，為了設備穩定，自重需要達到一噸或兩三噸以上。德瑪技術(shù)總監陳鎮說(shuō)，單懸臂重心傾斜系基礎性設備結構造成的，加工穩定性差導致主軸轉速無(wú)法提升，加上銑削進(jìn)刀深度有限，產(chǎn)品表面精度只能達到7級，相當于半成品，后續還要打磨處理。
　　基于“四維制造”技術(shù)，德瑪團隊將銑削機床從原來(lái)單臂懸伸式結構，改為雙臂騎跨式設計，加工臂向機位兩端延伸。陳鎮說(shuō)，這樣一來(lái)，兩邊銑削刀同時(shí)旋轉，主軸中心就落在中間點(diǎn)，加工產(chǎn)生的震動(dòng)應力對沖抵消，有效保證設備運行的穩定性，還大大減輕自重分量。
　　新技術(shù)的應用，帶來(lái)了顯著(zhù)成效。銑削機床的主軸箱原有1噸重，現減為200公斤，節材率達80%；主軸轉速原來(lái)最高為每分鐘7000轉，現增加到17000轉；銑削深度從原來(lái)的2毫米增加到8毫米，表面精度超過(guò)磨床，甚至研磨加工工藝達到11級。
　　如今，下線(xiàn)后的鍛鋁汽車(chē)輪轂無(wú)需打磨，可直接噴涂成為成品。經(jīng)權威機構測算，采用“四維制造”技術(shù)的多刀頭銑削復合型加工中心，工效比傳統技術(shù)設備提高十余倍，產(chǎn)品質(zhì)量、性能更為出色。
　　優(yōu)化裝備體系和仿真生產(chǎn)線(xiàn)的同時(shí)，德瑪團隊還將注意力投入到生產(chǎn)流程中的每道工序、每個(gè)工裝器具等環(huán)節，提升技術(shù)含量與增值效益。
　　一次技術(shù)分析會(huì )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，機器人需要兩次翻夾倒騰，操作工效低。董祥義提出，輪轂中間原來(lái)就有孔洞，可以作為工裝夾具的依托，成為改進(jìn)工裝器具的新思路。
　　一個(gè)小小的工裝器具改造，不僅提升了工作效率，還節約了成本。研發(fā)人員采用內撐式夾具固定輪轂，新夾具僅20公斤重，重量減輕了90%。內撐式夾具可以一次成型完成4只輪轂的車(chē)銑加工，全程只需一分鐘，平均每只加工時(shí)間15秒，而此前需要耗時(shí)4分鐘只能生產(chǎn)一只。新方案讓輪轂銑削工效提高32倍，每臺設備每年可節省電費300萬(wàn)元。
　　寧波市經(jīng)信局企業(yè)培育與合作處處長(cháng)朱立富表示，我們積極扶持支持企業(yè)技改，去年幫助“四維制造”項目申請獲得了省級先進(jìn)裝備首臺套優(yōu)惠政策，現又在幫助德瑪技術(shù)團隊申報全國或國際先進(jìn)裝備首臺套政策。
　　“力平衡、多工位柔性銑削工藝，效率高、精度高、成本低，符合低碳經(jīng)濟、綠色制造與可持續發(fā)展的產(chǎn)業(yè)導向，廣受用戶(hù)歡迎好評?！睂幉ㄊ兄悄苤圃鞂?zhuān)家委員會(huì )主任陳炳榮說(shuō)，先進(jìn)制造業(yè)首先應重視各類(lèi)高端裝備、工業(yè)母機的基礎研究，把機床設備的設計制造與技術(shù)工藝，做精做細做到極致，夯實(shí)制造業(yè)基石。

國內外第一條采用“四維制造”技術(shù)，擁有完全自主知識產(chǎn)權，全自動(dòng)連續化鍛鋁輪轂生產(chǎn)線(xiàn)，年產(chǎn)汽車(chē)輪轂150萬(wàn)只。圖為全封閉綠色智能加工中心組列（2023年11月攝）黃瑞鵬 攝

　　推動(dòng)“國之重器”創(chuàng )新迭代
　　先進(jìn)制造業(yè)所依賴(lài)的高端機床，被稱(chēng)為工業(yè)母機“國之重器”。中國是全球工業(yè)母機第一大生產(chǎn)國、進(jìn)口國和消費國，但以往中國高端專(zhuān)用數控機床、關(guān)鍵零部件長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口。
　　在北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)學(xué)院教授蒼大強看來(lái)，航天航空、遠洋船舶、核工業(yè)、汽車(chē)、高鐵、軍工、礦山及隧道盾構機等，都需要大型或超大型高精度智能化機械，目前還有不少依靠進(jìn)口裝備與技術(shù)，亟待創(chuàng )新理論，開(kāi)發(fā)全新的裝備技術(shù)。
　　多位業(yè)內專(zhuān)家認為，德瑪“四維制造”技術(shù)的基礎理論與核心技術(shù)，可廣泛應用于高端裝備“工業(yè)母機”及先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域，尤其對高精尖專(zhuān)用設備、高端機床行業(yè)具有引領(lǐng)作用。
　　一方面，創(chuàng )新突破基礎理論，為機械裝備設計制造注入“源頭活水”。蒼大強認為，德瑪“四維制造”的基礎理論創(chuàng )新在于其運用作用力與反作用力、偶數倍增原理，打破機械裝備設計制造的傳統認知，為高端裝備、工業(yè)母機的提升迭代和綠色轉型，提供新思路新途徑。
　　有數據顯示，德瑪臥式鍛壓機節材94%，工效提升5倍；銑削一體化機床節材80%，設備剛性提高了4倍，銑削精度提高4倍，而綜合能耗降低了50%，有的裝備甚至下降了80%。第三方機構評估顯示，德瑪鍛鋁輪轂示范生產(chǎn)線(xiàn)的節材節能、綠色環(huán)保、性能質(zhì)量等綜合效益，比傳統技術(shù)裝備提高了10倍。
　　另一方面，推動(dòng)技術(shù)的創(chuàng )新應用，為先進(jìn)裝備研發(fā)和制造提供重要的技術(shù)支撐。中國鍛壓協(xié)會(huì )專(zhuān)家閻善武說(shuō)，德瑪“四維制造”技術(shù)可應用于車(chē)、削、铇、銑等各種高端數控機床，也適用于特種加工機床、專(zhuān)業(yè)化加工中心?？梢哉f(shuō)，它將創(chuàng )新技術(shù)應用于高端產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域并作出實(shí)踐示范，既研發(fā)了先進(jìn)裝備，又制造出過(guò)硬產(chǎn)品。
　　當前，智能化精準化輕量化，已經(jīng)成為數控機床行業(yè)的大趨勢。
　　在德瑪路威生產(chǎn)線(xiàn)上，加工中心的多軸心多工位、車(chē)銑削一體化的數控機床配有4個(gè)工位、8個(gè)刀塔，4個(gè)主軸還帶16個(gè)副軸，運行穩定，無(wú)隙銜接。同時(shí)，表面加工精度超過(guò)磨床工藝，誤差僅0.2微米，相當人類(lèi)發(fā)絲的2%。
　　浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院教授呂征宇說(shuō)，德瑪團隊引入拓撲學(xué)，建立數據仿真模型，通過(guò)數字化計算預控，將機器人融入整個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)景，可以對流水線(xiàn)上各個(gè)工藝流程、技術(shù)環(huán)節，進(jìn)行時(shí)空一體化跟蹤實(shí)時(shí)切換，體現智能制造轉型迭代的重要突破。
　　在撫州路威輪轂制造有限公司，德瑪路威輪轂生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)開(kāi)始試運行。這是國內外第一條擁有完全自主知識產(chǎn)權，首次實(shí)現原坯切割、低溫鍛壓、旋壓造型及車(chē)銑削一次成型、數字化自動(dòng)化的鍛鋁輪轂專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)，單件產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間為15秒，年產(chǎn)汽車(chē)輪轂150萬(wàn)只。
　　“相比同等投資規模的企業(yè)，路威在場(chǎng)地面積和用工成本上都具有顯著(zhù)優(yōu)勢?！睋嶂萋吠嗇炛圃煊邢薰究偨?jīng)理桑建國說(shuō)，這條生產(chǎn)線(xiàn)占地20畝，廠(chǎng)房面積1萬(wàn)平方米，是同行企業(yè)的十分之一，年畝均稅收可達1000萬(wàn)元。在用工成本上，傳統裝備需800至1000名操作工，路威只需40至50名管理人員。
　　未來(lái)，德瑪團隊將以新技術(shù)新設備助力各地產(chǎn)業(yè)園區、產(chǎn)業(yè)集群的提升轉型。黃進(jìn)說(shuō)，我們將通過(guò)技術(shù)合作、投資共建、設備租賃等方式，運用市場(chǎng)化方式建設“四維制造”技術(shù)小鎮，為中小微企業(yè)在模具設計、產(chǎn)品研發(fā)、成品出廠(chǎng)等環(huán)節，提供高效率、高性?xún)r(jià)比的一站式技術(shù)服務(wù)。
　　（《瞭望》2023年第47期）