瑞光公司是怎樣登上世界裝備制造業巔峰的？
http://www.debgrams.com 2009-02-16 16:55 來源：中國自動化學會專家咨詢工作委員會
瑞光公司是怎樣登上世界裝備制造業巔峰的？（上篇）
數字化成形的夢想是如何實現的
當今世界，隨著生產力水平的不斷提高及裝備制造業的飛速發展，金屬板類件制品的需求也在快速增長。在機械制造、航空航天、船舶艦艇、各種車輛、壓力容器乃至建筑裝潢、城市雕塑等許多領域，對三維曲面板類件都有大量的需求。這些板類件的三維曲面成形通常要采用模具成形或手工制造方式來實現。但由于模具的制造費用昂貴，動輒幾十萬元、幾百萬元乃至上千萬元，加工周期較長，需要5、6個月甚至10幾個月。而且產品一旦換型，模具也必須隨之更換，不利于產品的更新換代，制約著制造業的快速發展。而手工成形又存在質量差、效率低、勞動強度大等缺點。在市場競爭越來越激烈的今天，裝備制造業需要出現快速柔性的先進制造設備來實現三維曲面件的生產。
多點數字化成形設備就是這樣一種先進的柔性制造裝備。該裝備把塑性成形技術和計算機技術結合為一體，實現了板類件成形過程的自動化；它不需要模具，在一臺設備上即可進行多種三維曲面板類件的制造，省去了產品開發與制造過程中因模具設計、制造、調試、修改等復雜過程所耗費的時間和資金，顯著縮短研制及生產周期，能對產品的更新換代做出快速響應。
多點數字化成形裝備是擁有高科技含量的世界級前沿產品，國外在這方面還處于實驗室開發與研制階段，而在我國卻有一家公司能夠研制、生產和銷售其系列設備，這就是長春瑞光科技有限公司（以下簡稱瑞光公司）。該公司是由吉林大學組建的產學研實體，位于長春市高新技術開發區。他們不僅率先研制出了世界首臺商品化的多點數字化成形裝備，而且還首次實現了該設備的產業化，并將該設備成功應用于鳥巢建筑工程、高速列車、船體外板、醫學工程等多個領域，發揮了巨大的作用，為我國乃至世界的裝備制造業進步起到了積極的促進作用。
北京奧運會主場館———鳥巢建筑工程在施工時，遇到多項技術難題；其中一大難題就是鳥巢建筑中大量使用的大型彎扭箱形鋼板構件需要成形。其三維扭曲像麻花一樣，各構件的彎扭形狀與尺寸都不一樣，而且所用高強度鋼板的厚度從10mm變化到60mm，成形相當困難。如采用模具成形，將花費巨額的模具制造費用；采用水火彎板等手工方法成形，由于很難實現連續的圓滑成形，不易保證成形精度。而多點成形技術可以調整矩陣狀排列的沖頭高度構成任意形狀，很容易實現彎扭鋼構件的成形。承擔鳥巢建筑鋼構件制造任務的浙江精工鋼結構有限公司通過調研，認為這項技術非常好，雖然還沒有用于生產這種較厚的高強度鋼板的先例，但是非常值得一試。而且通過對原尺寸1/4大小的鋼板件進行試驗成形后取得了良好的實驗效果，這更增加了他們的信心，于是他們委托吉林大學與瑞光公司制造了一臺SM150型大噸位快速調形多點數字化成形系統。設備交付使用后，不僅達到了模具成形的效果，而且完全節省了昂貴的模具費用；并且成形效率非常高，10多分鐘就能完成一塊大型鋼板的彎扭成形，一天就可以成形幾十塊鋼板。在承擔“鳥巢”工程全部24榀門式桁架鋼結構制造的三個企業中，“浙江精工”任務量最大，且起步最晚。但他們采用多點成形機，很快就完成了任務，主要原因就是另兩家還是采用傳統的火攻成形法，需要大量熟練的技術工人加班加點用火槍烤鋼板。不僅耗費大量體力，而且生產環境差，一般一至兩天才能成形一塊彎扭鋼構件，生產速度非常慢。而“浙江精工”應用了多點數字化成形設備，不到1個小時就可以完成好幾塊形狀復雜的彎扭鋼板件成形，加工速度快，輕松地提前完成了所承擔的加工任務。
多點數字化成形裝備首先是可以實現快速、柔性成形，其次是加工出的產品質量很高。用傳統方法成形，不同厚度鋼板的彎曲成形和幾何尺寸需由人工來掌控，加工精度很難把握；每塊鋼板加工成形后再拼裝焊接時難度更大，因此主架構質量不容易保證，且曲面不圓滑，表面粗糙。而用由電腦控制的多點成形設備加工，由于每塊鋼板的形狀和尺寸十分精確，因此拼裝焊接時非常方便；不但保證了“鳥巢”鋼構件的質量，而且表面非常圓滑和美觀。
使用該裝備可以使加工費用大大降低。用傳統方法成形，除需要請專家和大量的老技工外，還需要配置彎板機等輔助加工設備及火攻加熱、冷卻等所需的各種裝備，再加上能源等消耗，人工費和其他費用加在一起耗資不菲。而用多點數字化成形設備，除購置設備一次性投入外，以上其他費用大大降低。而且這種設備還可以做為體現企業的重要裝備和加工生產能力的標志性裝備，長期使企業受益。
另外，使用該設備還減少了污染和噪音，實現了環保和綠色制造。用傳統方法由于需加熱、冷卻和人工敲擊成形，煙塵及噪音很大，加工場所環境較差，污染嚴重。而用多點成形設備加工，由于是冷壓成形，無噪音，無煙塵，無熱烤，操作環境得到大大改善。
在由浙江省科委委托紹興市科委召開的鑒定會上，專程從北京趕來的專家對“浙江精工”此次承擔的“鳥巢”工程項目給予了高度評價，即：“任務最重，起步最晚，進度最快，質量最好。”“浙江精工”對此次與“瑞光公司”及吉林大學的合作也非常滿意，特地贈送了他們一塊匾，上書兩行金色大字：“奧運鳥巢攻難關，多點成形顯神通”。
我國最大的鐵路客車生產廠之一———長春軌道客車股份有限公司承擔了研制流線型高速列車的任務，該任務技術難度大，時間緊，任務急。特別是流線型車頭的覆蓋件，如果用模具生產，需要做50～80套模具，制造周期至少需要半年以上。為此他們找到了瑞光公司，并購置了多點數字化成形設備。該公司應用多點成形機很快就生產出了幾十種成形難度較大的車頭覆蓋件，按原工藝方案生產新車型的模具需6~8個月時間，采用多點成形技術后，僅用幾天的時間就完成了一臺新車型的車頭覆蓋件成形，大大縮短了開發周期，提高了成形效率與成形質量；同時，顯著地降低了工人的勞動強度，改善了工作環境。
目前國內外的船體外板加工仍然采用火攻成形法，效率低、勞動強度大，耗費大量人力和時間，其產品質量和精度很難滿足現代化生產需求。如果要用鈦合金材料制造船體外板就存在更加突出的問題，船體的鈦合金外板難于成形，回彈又極大，采用傳統方法不僅效率低、生產周期長，而且表面質量也很差。如果表面質量不能保證，必然會降低板材強度，減少使用壽命，存在一定的安全隱患。為此，瑞光公司與某研究所進行了技術交流和探討，相關研究人員聽完介紹后，一致認為多點成形法切實可行，便決定進行調研并做相關的成形實驗。經過兩三輪的成形實驗，其效果非常好，成形后的鈦合金板表面光滑，沒有一點凸凹壓痕，完全符合各項參數及安全要求。這項技術獲得該研究所技術人員高度認可和好評，訂制了一臺較大臺面的多點成形壓力機，圓滿地解決了船體外板的鈦合金成形問題。
在航空航天領域，飛機蒙皮件的成形需大量的拉形模具，傳統拉形模具制造周期長，成本高，嚴重制約新機型開發進程。采用柔性的、可重構的多點數字化調形模具代替實體拉形模具，能夠實現飛機零件的數字化成形，快速制造出飛機蒙皮件，極大縮短制造周期。預計一個新機型的蒙皮類零件，從設計到生產全過程可在數周內完成，可節省模具費用數百萬元至上千萬元。目前，瑞光公司采用多點成形技術已生產出多種合格的蒙皮拉形件，為飛機蒙皮的數字化制造開辟了道路。我國多家飛機制造企業及研究部門通過與瑞光公司多次交流和探討，并進行實地考察后，特別看好多點成形技術在飛機鈑金件數字化制造中的應用前景。多點成形機已被成都飛機工業（集團）有限責任公司等列為飛機鈑金件數字化制造工程中的重點裝備，并開始訂購相關設備。此外，瑞光公司還為某衛星制造廠進行了衛星網格壁板成形實驗，取得了令人滿意的效果。
說來令人難以置信，多點數字化成形機還被應用到了醫學領域。過去，人腦顱骨受傷缺損后，修補所用的材料主要是有機玻璃、骨水泥等，這些修補材料多存在組織相容性差、易感染、耐腐蝕性及硬度較差等缺點，并且一定時間后需要重新更換，給患者帶來諸多不便和很大痛苦。現在較常用的修復材料是鈦合金網板，但是鈦網板硬度較高，很難塑形，且塑形后回彈很大。傳統的成形方法是手工塑形，需要通過一次又一次的手工敲打一點點成形，不僅費時費力，影響生物力學性能，還直接影響手術效果，并且外形也不能令患者滿意。而采用多點數字化成形技術，這些問題都迎刃而解，很好地解決了鈦板塑形問題。這項技術首先根據CT斷層照片完成顱骨修補部位的三維重建，然后進行修復體的數字化設計、模擬裝配、優化工藝參數，最后將設計好的修復體數據直接傳輸到多點成形機上制造出修復體。從拿到CT數據開始到制作出合格的顱骨修復體只需兩小時左右，不但制作效率高，而且非常適用于顱骨修補個性化的特點。該技術實現了鈦網板修復體的精確塑形，尤其是在形狀復雜的部位，如前額、眶上緣、顳窩等顱骨缺損處的鈦板塑形形狀準確，完全匹配，達到了滿意的整形效果。幾年來，瑞光公司已為吉林大學第一醫院、吉林省人民醫院、北京天壇醫院、天津環湖醫院、唐山工人醫院、秦皇島第一醫院、黑龍江省醫院等多家醫院加工了數百片鈦網板顱骨修復體，塑形后的形狀與患者缺損部位完全吻合，既減少了手術風險，也使術后頭部形狀美觀，院方和患者均非常滿意。
不少國外的大學和企業得知中國瑞光公司有這樣一項技術和產品后，紛紛打電話來咨詢和了解，并有多家國外企業特地到瑞光公司來考察和交流，瑞光公司也多次派人出國講學與交流。韓國的幾家企業慕名而來，參觀了瑞光公司的應用示范實驗室，并觀看了三維曲面件的壓制過程，看完后都大為贊嘆。韓國釜山大學與韓國UNOKO機械工程有限公司經過幾次來公司進行調研與試驗后，認為該設備正是他們所需求的設備，于是訂制了一臺具有200噸壓力的多點數字化成形機，打算用于船板及其他板類件成形。瑞光公司在與之簽訂合同后，立即組織生產，不到半年時間就制造出YAM10-200型多點數字化成形機，該設備小行程調形時間在8分鐘以內，中行程調形時間在13分鐘以內，調形效率很高。順利出口到韓國后，韓國用戶使用其進行了多種中厚板件的成形。他們對該設備給予了很高的評價，認為其成形效果比他們預期的還好，而且他們還想再訂購大型的多點成形裝備。
目前，瑞光公司正在穩步發展，已生產出YAM與SM兩個系列十余個品種的多點數字化成形壓力機，其中有3個型號的多點成形機通過了省級新產品鑒定。同時，多點數字化成形技術還被列入國家重點攻關計劃、國家863高技術計劃、國家自然科學基金、國家級火炬計劃、國家科技成果重點推廣計劃、科技部中小企業創新基金及國家重點新產品等十多項國家級項目。已經申報了國家發明專利十項，國際專利一項，其中已有五項發明專利獲得授權，三項實用新型專利獲得授權，國際專利已公開。相關成果先后獲得高等學校科技進步一等獎、機械工業科技進步一等獎、吉林省科技進步一等獎及上海國際工業博覽會創新獎。
由國內多位機械、材料等方面的著名教授、專家組成的國家重點科技攻關項目的驗收、鑒定委員會對這些成果的評價如下：“多點成形技術是傳統的板類件三維曲面成形生產方式的重大創新，具有良好的市場前景。該項目在多點成形設備、多點成形理論與實用技術的研究成果已達到了國際領先水平，已具備工業應用條件”。
瑞光公司是怎樣登上世界裝備制造業巔峰的(下篇)
數字化成形技術--發達國家的企盼
其實，多點成形這一設想日本人早在20世紀50年代就已提出。幾十年來，日本、美國等技術發達國家的一些研究機構與企業一直進行著有關多點成形技術的研究，日本幾乎所有的大型造船公司都曾嘗試過把該技術應用于船體外板的曲面成形；但由于沒有掌握其中的關鍵技術，尚處于實驗室研究階段。美國的大學與企業也對型面可重構的柔性成形技術進行了幾十年的研究與探索，制造過實驗室原型機。后來，由美國麻省理工學院與美國航空部門聯合投入1400萬美元，開發了型面可變的蒙皮拉形裝置，但只能用于變形量較小的蒙皮拉形。
長春瑞光科技有限公司是目前在國內外唯一實現了板類件多點數字化成形壓力機商品化與產業化的企業。公司由優秀留學回國人員李明哲教授領導，專門從事多點數字化成形設備的開發與制造。
長春瑞光科技有限公司以吉林大學無模成形技術開發中心為技術依托單位，擁有專職研發人員二十余人，其中教授五人、副高級職稱人員五人，具有博士學位的研究人員九人，專業覆蓋機械、材料加工、流體傳動、力學、自動控制、計算機等多種學科，并有十余名博士研究生、二十余名碩士研究生參與設計與開發，具有強大的人才優勢。通過對多點數字化成形技術的深入研究，由李明哲教授率領的這一研發團隊掌握了一系列關鍵技術，在其基礎理論、軟件開發、實用技術等方面取得了具有國際領先水平的科技成果，發表多點成形方面的學術論文220多篇，超過國內外相關論文總數的三分之二。同時，瑞光公司還擁有一批經驗豐富的工程技術人員、熟練的技術工人及營銷人員，可滿足產品設計、開發、生產及銷售等各種需要。公司十分重視科研開發活動，設有多個研發部門，并配置了完備的設備設施，包括產品研發室、成形實驗室、軟件開發室、設計室、電氣開發室等研發部門。并配置了四臺多點成形機及三坐標測量儀、激光測量儀、數控加工中心、高檔微機等高精尖設備，為研發人員提供了充足、良好的研發環境。
瑞光公司董事長李明哲是留日博士、吉林大學教授、博士生導師，是中國機械工業科技專家、享受國務院政府特貼、教育部“跨世紀優秀人才培養計劃”人選及全國“百千萬人才工程”首批人選、吉林省首批省管優秀專家、吉林省有突出貢獻的專業技術人才。
1990年，李明哲在日本拿到了博士學位后，進入日本日立公司生產技術研究所從事博士后研究。在博士后研究期間，他從板材無模多點成形的新穎構想開始，經過不斷探索和鉆研，主持開發出世界第一臺計算機控制的無模多點成形實用機，使板材的無模成形成為現實。1993年回國后，李明哲教授組建了吉林大學無模成形技術開發中心，繼續在多點成形技術方面進行深入、系統的研究與開發工作。在多點成形基礎理論、專用軟件、實用技術以及設備開發等方面取得了一系列具有自主知識產權、達到國際領先水平的成果；并為推動該技術的產業化工作，于2002年組建了產學研實體———長春瑞光科技有限公司。在多點成形方面的研究成果，獲得國內外有關專家的高度評價并受到有關企業的廣泛關注。
2006年10月，“基于多點成形方法的飛機蒙皮制造用數字化調整裝置”被列為歐盟第六框架協議國際合作項目。該項目由吉林大學與英國卡迪夫大學共同發起，還有比利時、西班牙與意大利等國家的四家研究機構與企業共同參與，其中由吉林大學與瑞光公司負責多點成形與多點拉形兩種設備的主要研發工作。該項目是歐盟框架協議計劃實施以來，中方參加單位在航空航天領域獲得歐盟研究經費最多的一個項目；亦是我國科研人員在與西方發達國家進行裝備制造業的頂尖技術合作中，首次居于主動與主導地位的項目。這個事實從一個側面說明歐盟國家充分認可吉林大學與瑞光公司在多點數字化成形研究與開發方向的技術水平。目前已有幾家歐盟用戶正在聯系相關設備的訂購事宜。
（三）數字化成形———巨大的應用潛力有待進一步挖掘瑞光公司的多點數字化成形設備已在鳥巢建筑工程、高速列車、船體外板、醫學工程等多個領域成功應用，創造了極大的經濟和社會效益。除了這些領域外，該設備還有更廣闊的應用前景。
汽車工業是當今全球性的支柱產業，而在汽車制造業中應用最多的加工件是各類覆蓋件。轎車、客車的覆蓋件約占整車零件的40%~60%，貨車的覆蓋件也達20%~30%。這些零件形狀復雜，成形難度很大。傳統的制造方式一般都采用整體模具成形技術，而用模具成形一種零件往往需要數套模具，經多道工序才能完成。模具制造的成本極高、開發一個車型的覆蓋件模具一般需要數千萬元乃至1億~2億元的投入，生產準備周期長，平均需要一年以上的制造周期。同時，模具還要經過多次調試與修改。而用模具生產還要使用重型設備，多數為幾百噸甚至幾千噸的壓力機，因而要花費大量的資金。因此，傳統的汽車覆蓋件生產方式嚴重制約新車型的開發進程。如果采用數字化成形裝備可以實現覆蓋件的快速、高質量、低成本生產，加快車型的更新換代、提高市場競爭力。因此，這一技術在新車型開發及概念車、豪華車等個性化車型制造方面將具有非常廣闊的應用前景和極大的國內外市場。我國汽車業發展迅猛，有眾多的汽車制造廠，各汽車廠家都在開發自己的新車型，這些廠家都是薄板沖壓件多點成形技術的潛在用戶，因此，可以毫不夸張地說，數字化成形設備具有廣闊的市場。我國各種汽車年產量已近千萬輛，在汽車覆蓋件生產中采用多點數字化成形技術將通過節省模具及其加工制造費用、降低生產成本等環節創造巨大的經濟效益和社會效益。為了實現汽車覆蓋件的數字化成形，瑞光公司將投入更多的人力與物力，開展相關工作。
李明哲及其科研團隊始終遵循“科技是第一生產力”的信念，將科技研發放在第一位。近期在原有研究成果的基礎上，又發展了多點成形理論，提出了效率更高、成本更低的連續多點成形新概念；開發了柔性卷板成形與高效旋壓成形兩種不同成形工藝。柔性卷板成形是對輥式卷板機引入多點調整式柔性輥概念，使其工作輥由固定的剛性直輥變成可以柔性控制的可彎曲輥，從而能夠迫使被成形的板料不僅可以在其縱向產生塑性變形，還可以在橫向沿著柔性輥的不同彎曲形狀產生相應的塑性變形，獲得雙曲度的三維曲面工件。目前，瑞光公司已研制出柔性卷板成形樣機，實現了多種不同形狀曲面件的成形。高效旋壓成形是基于柔性線成形原理，在傳統的旋壓成形中引入了多點調整式柔性輥概念，使旋壓成形用工具由固定的壓頭、搟棒或旋輪變成軸線可彎曲、可柔性控制的蛇形軋輥，使工具與工件的接觸狀態由點接觸變成線接觸，實現回轉曲面件的高效柔性成形。使用這種方法，可以明顯增加變形區尺寸，并且使變形路徑更趨合理，顯著提高成形效率與加工精度。目前，瑞光公司已經開發出高效旋壓成形簡易實驗裝置，實現了圓形件與筒形件的柔性成形，成形效果非常好。
采用這種連續多點成形技術，生產效率能達到傳統卷板或旋壓成形時的數倍，甚至數十倍，非常有利于小批量或大型曲面件的制造，特別是在超大型曲面件如大型封頭類工件的制造中可以產生顯著的經濟效益與社會效益。再經過進一步的深入研發，還可以實現高效柔性成形裝置柔性輥的實時控制。這種技術可以用于異型復雜曲面的數字化制造中，從而產生更為可觀的社會和經濟效益。
柔性卷板成形與高效旋壓成形是我國裝備制造業原創性技術，具有很高的技術含量與高附加值，能實現高效率、低成本的生產。目前國內外還沒有該類設備出現，因此具有極大的國內外市場潛力。這種技術在機械、電子、化工和民用工業中，尤其在航空、航天與國防工業中都將具有廣闊的應用前景。
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