讀懂中國制造的魄力與魅力
日前，北京，第六屆中國制造日活動現(xiàn)場，主題為中國制造拓寬邊界的圓桌論壇正在進(jìn)行，中國鐵建大橋工程局橋梁工程專業(yè)首席專家樊立龍，東方電氣風(fēng)電股份有限公司副總經(jīng)理劉世洪，徐工集團(tuán)工程機(jī)械有限公司神州第一挖700噸礦用挖掘機(jī)總工程師楊裕豐等嘉賓通過現(xiàn)場連線參與討論。
從神舟飛天，北斗組網(wǎng)，嫦娥奔月，蛟龍入海，天眼巡空，到中國高鐵，大飛機(jī)C919，華龍一號，深海一號，天問一號最近幾年來，這些耳熟能詳?shù)拿殖蔀橹袊圃斓淖詈米⒛_
如今，越來越多的中國智造，中國方案，中國標(biāo)準(zhǔn)走向世界。
奮力書寫中國制造的高質(zhì)量答卷
曾有這樣一件事讓徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司技術(shù)中心主任楊裕豐耿耿于懷了多年。
20世紀(jì)90年代末，剛剛?cè)肼毿旃さ臈钤ＸS隨團(tuán)前往德國寶馬工程機(jī)械展參觀學(xué)習(xí)，在有中方參觀人員詢問外方是否可以拍照時，得到這樣一個回答:可以拍照，錄像都可以，就是拍下來你們也學(xué)不會。
從那時起，楊裕豐心中鉚起一股勁，臥薪嘗膽，要讓中國制造后來居上，在全球占據(jù)一席之地。
2018年4月，伴隨著我國自主研發(fā)的第一臺700噸超大型液壓挖掘機(jī)正式下線，作為總工程師的楊裕豐在踐行自己當(dāng)初承諾的路上邁出了重要一步。商家先是通過線上銷售對需求方向有個大致判斷，然后在天貓持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)反饋中進(jìn)行市場磨合，最后在雙11期間進(jìn)行高頻驗(yàn)證，一些符合市場需求特征的商品為越來越多的消費(fèi)者所認(rèn)知，等雙11過后，天貓趨勢就成為市場趨勢了。
700噸液壓挖掘機(jī)被譽(yù)為神州第一挖，是個真正的巨無霸，它有多大楊裕豐說，僅挖掘的鏟斗就能容納100人站在里面，一斗可以放置60噸物料，接近1節(jié)火車皮的容量，最大挖掘高度能夠達(dá)到18.7米，相當(dāng)于7層樓的高度
大型液壓挖掘機(jī)是露天礦業(yè)開采的主要挖裝設(shè)備，是集機(jī)，電，液為一體的高技術(shù)產(chǎn)品，產(chǎn)品價值高，技術(shù)難度大，行業(yè)壁壘高。
在我國研制成功之前，700噸液壓挖掘機(jī)只有美國，德國，日本3個國家能夠制造，市場占比超過90%。
在楊裕豐記憶中，僅在十幾年前，200噸以上的挖掘機(jī)，還只能從國外購買如今，從200噸到700噸超大型挖掘機(jī)，中國都具備了制造的技術(shù)和能力在完成超大型挖掘機(jī)研制的時間上，國外耗時20余年，我國則僅用了七八年
在中國制造上，這將是一段載入史冊的榮耀征程。
2013年，當(dāng)700噸液壓挖掘機(jī)正式立項(xiàng)時，作為項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人的楊裕豐承受的是前所未有的壓力。
為了進(jìn)一步了解實(shí)地施工工況，分析不同環(huán)境下大型挖掘機(jī)的性能參數(shù)，為研制提供數(shù)據(jù)，不到6個月時間，楊裕豐帶著團(tuán)隊(duì)足跡遍及甘肅，內(nèi)蒙古，西藏，新疆，山西等大半個中國，行程超過10萬公里。
在研發(fā)道路上，被楊裕豐形容為挖掘機(jī)大力金剛腿的四輪一帶曾是橫亙在面前的最大攔路虎。
四輪一帶指的是引導(dǎo)輪，支重輪，托鏈輪，驅(qū)動輪和履帶，作為超大型挖掘機(jī)的核心部件，其不僅承擔(dān)將挖掘機(jī)送達(dá)作業(yè)目的地的行駛?cè)蝿?wù)，而且要支撐整機(jī)以及承受挖掘，卸料等全過程產(chǎn)生的作用力，要求之高，開發(fā)難度之大，常規(guī)產(chǎn)品難以比擬楊裕豐坦言
當(dāng)時，面對國外四輪一帶采購價格高，配送周期長，售后服務(wù)跟不上等種種限制，楊裕豐把實(shí)現(xiàn)四輪一帶完全自主研發(fā)立成軍令狀。
攻堅(jiān)之路上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)打破常規(guī)思路，通過大數(shù)據(jù)分析現(xiàn)有產(chǎn)品的傳動和接觸參數(shù)以及性能表現(xiàn)，獲取目標(biāo)性能參數(shù)，再通過修整齒形及輪體外緣參數(shù)，模擬分析對比，再優(yōu)化，逐漸逼近目標(biāo)性能參數(shù)。
經(jīng)過6個月的潛心研究，理想的齒形參數(shù)和輪緣參數(shù)終于獲得，并填補(bǔ)了國內(nèi)超大型挖掘機(jī)四輪一帶研發(fā)的空白。
我們的‘四輪一帶’成本僅是國外引進(jìn)價格的三分之一，制作周期也縮短到3個月，并具備全面的售后保障服務(wù)那一刻，楊裕豐無限感慨
從2013年到2018年，被楊裕豐團(tuán)隊(duì)攻克的難題不僅于此。
楊裕豐坦言，700噸絕不僅僅是中國最大噸位這么簡單，該產(chǎn)品擁有自主專利52項(xiàng)，在中國超大型液壓挖掘機(jī)領(lǐng)域首次實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)的集中應(yīng)用突破，標(biāo)志著中國成為世界上第四個具備700噸級以上液壓挖掘機(jī)研發(fā)制造能力的國家。
從二氧化碳變成淀粉，只需要11步
將二氧化碳變成淀粉這不是天方夜譚
日前，這項(xiàng)由中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在淀粉人工合成領(lǐng)域完成的重大突破發(fā)表在了國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上，這也是國際上首次實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉的人工合成，一項(xiàng)徹徹底底的中國制造。
2015年年初，當(dāng)?shù)谝淮蔚弥?jì)劃啟動人工合成淀粉項(xiàng)目時，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所副研究員蔡韜在心中打了一個大大的問號。
億萬年來，在自然界，淀粉主要由玉米等農(nóng)作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)這一過程，淀粉合成與積累涉及約60步生化反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控，理論能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右
在蔡韜看來，如何保障糧食淀粉可持續(xù)供給，將二氧化碳轉(zhuǎn)化利用變廢為寶已成為當(dāng)今世界科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略方向，不依賴植物光合作用，設(shè)計(jì)人工生物系統(tǒng)固定二氧化碳合成淀粉，將是影響世界的重大顛覆性技術(shù)。
簡而言之，我們就是將農(nóng)作物利用低密度太陽能，低濃度二氧化碳生產(chǎn)淀粉的復(fù)雜合成途徑，變成通過工業(yè)方式利用高密度電氫能，高密度二氧化碳生產(chǎn)淀粉的簡單合成途徑蔡韜說
一句話的簡單介紹背后卻是團(tuán)隊(duì)無數(shù)個不分日夜的試驗(yàn)，探索與堅(jiān)守。
試驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)首先利用高能量密度的電氫能將高濃度的二氧化碳化學(xué)還原為在生物體系具有高傳遞效率的簡單化合物，然后設(shè)計(jì)，構(gòu)建更簡單生物轉(zhuǎn)化途徑將碳一化合物聚合為多碳的淀粉分子。
為了保證這一設(shè)計(jì)的順利完成，團(tuán)隊(duì)人工設(shè)計(jì)構(gòu)建碳一聚合新酶，人工酶能夠打通整個轉(zhuǎn)化途徑，確保反應(yīng)更好更快地發(fā)生，像一條流水線一樣蔡韜說
日前，是一個激動人心的日子正在會議上的蔡韜收到同事發(fā)來的一張照片，并排的三支試劑管，中間一支的碘溶液呈現(xiàn)淡淡的藍(lán)紫色，與左右兩邊的深藍(lán)色與無色對比明顯
后來，蔡韜說，那淡淡的藍(lán)紫色是他見過的最美的顏色。
難以抑制興奮之情的蔡韜立刻趕回實(shí)驗(yàn)室，直到親眼看到試劑管，才放下心來這意味著制造路徑全線打通了蔡韜說
3年多的時間，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從0到1，從虛擬到現(xiàn)實(shí)的跨越，鴻溝跨過去了。
但研究尚未結(jié)束，蔡韜說那只是人工合成淀粉1.0版本之后，團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化轉(zhuǎn)化速度和效率，先后完成2.0版本和3.0版本
6年時間，一批當(dāng)初平均年齡30歲的青年科學(xué)家從無到有創(chuàng)造奇跡在這條路上，團(tuán)隊(duì)記了33本的實(shí)驗(yàn)記錄，其中不僅有核心數(shù)據(jù)，還有各種失敗路徑
同樣在這條路上，團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算分析，從約7000個生化反應(yīng)中設(shè)計(jì)出多條從二氧化碳到碳一中間體再到淀粉合成的新途徑，最終的途徑只有11步主要反應(yīng)，這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。
根據(jù)消息顯示，按照目前技術(shù)參數(shù)推算，在能量供給充足的條件下，理論上1噸二氧化碳的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉平均年產(chǎn)量。
走向太空的中國制造
2020年5月，在由長征5號B運(yùn)載火箭搭載發(fā)射的中國新一代載人飛船試驗(yàn)船上，進(jìn)行了一項(xiàng)特殊的實(shí)驗(yàn)——由立體光刻3D打印機(jī)進(jìn)行陶瓷，金屬復(fù)合材料的微米級精度在軌制造。
這是國際上第一次在太空進(jìn)行該類試驗(yàn)。
在試驗(yàn)持續(xù)的兩三個小時里，中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員，太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王功和同事們無比激動。
從2014年以來，中國太空制造試驗(yàn)從地面走向太空，這不僅是空間距離上的一大步，更是我國太空制造領(lǐng)域前進(jìn)中的關(guān)鍵一步。
什么是太空制造為什么進(jìn)行太空制造在王功看來，后勤補(bǔ)給資源是長期太空探索任務(wù)成功的重要保證，目前主要是通過發(fā)射運(yùn)載火箭和貨運(yùn)飛船向空間站進(jìn)行補(bǔ)給，不僅周期長，而且成本昂貴
如果需要的零部件在太空里就能直接制造，將是人類太空探索技術(shù)的一次革命性進(jìn)展王功表示
雖然太空制造在空間站在軌應(yīng)急維修保障，大型空間載荷在軌部署等方面具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，但與地面環(huán)境相比，太空的長時微重力，強(qiáng)輻射，高真空，交變冷熱循環(huán)等環(huán)境也給太空制造技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)，對于太空制造裝備，也需要滿足高精度，低功耗，小型化，智能化等苛刻的技術(shù)要求。
2014年，我國成立科研團(tuán)隊(duì)開始太空制造研究2017年年底，中國科學(xué)院太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式成立，這是一支平均年齡只有33歲的青年科研隊(duì)伍
其實(shí)，在國際上，開展太空制造技術(shù)研究的時間也才10余年。
2014年9月，美國航空航天局在全球第一次將一臺打印機(jī)送到國際空間站，這臺放在手套箱里，以打印塑料為主的打印機(jī)并不大，各項(xiàng)指標(biāo)都不算先進(jìn)，但卻引發(fā)廣泛關(guān)注。
這是在空間站第一次有了自動化生產(chǎn)的工具王功說
2015年，王功開始策劃第一次微重力環(huán)境下的3D打印試驗(yàn)由于當(dāng)時我國還沒有建成空間站，借助中科院與德國宇航局的合作關(guān)系，團(tuán)隊(duì)將試驗(yàn)挪到了歐洲航天局的失重飛機(jī)上失重飛機(jī)是在地面上模擬太空環(huán)境的一個重要試驗(yàn)平臺
在8000米高空，當(dāng)飛機(jī)關(guān)閉發(fā)動機(jī)，開始一個自由落體的拋物線下降時，會產(chǎn)生22秒的微重力環(huán)境。
正是利用31次重復(fù)循環(huán)的22秒微重力環(huán)境狀態(tài)，王功團(tuán)隊(duì)不斷測試3D打印效果，打印出中國科學(xué)院5個字。
29歲的3D打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人劉亦飛，親歷了第一天的失重飛行他說，第一次微重力環(huán)境3D打印試驗(yàn)，令團(tuán)隊(duì)收獲頗豐，拿到樣品那一刻，每個人都無比開心
通過這次試驗(yàn)，王功發(fā)現(xiàn)熔融沉積技術(shù)的兩個缺陷:產(chǎn)品性能有限并且制造精度距離在軌直接裝配使用還存在不小距離。
為此，在完成首次微重力模擬試驗(yàn)之后，中科院太空制造實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向利用立體光刻來進(jìn)行太空制造的路線。
這個原理很簡單，利用紫外光去觸發(fā)光敏樹脂的光聚合反應(yīng)來進(jìn)行固化，有點(diǎn)像女生涂指甲油，然后在紫外燈下去照射固化王功說，這是一種被美國航空航天局研究過并被否定了的工藝
原因在于這種工藝的原材料是液體，而在微重力環(huán)境下，液體漿料受表面張力的影響，很容易自由飄散，難以控制其穩(wěn)定狀態(tài)，從而無法完成打印過程王功表示
如何能找到一個方法，來保證液態(tài)材料無法自由流動。
經(jīng)過探索，試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)選擇將陶瓷粉末，樹脂溶液和光引發(fā)劑等材料進(jìn)行混合匹配，開發(fā)出一種全新的陶瓷膏體材料這種材料類似牙膏狀，在沒有外力時，可以保持固有形態(tài)，如此一來，在微重力環(huán)境下，仍然可以保證液體的形態(tài)可控，進(jìn)而完成立體光刻的成型工藝
可是，就是這樣一項(xiàng)工藝，團(tuán)隊(duì)前后研發(fā)了兩年。
將納米級，亞微米級金屬和陶瓷粉末添加到光敏樹脂溶液里，相當(dāng)于把一袋面粉倒入一杯水中，并且還要保持納米顆粒均勻分散，難度非常大王功說
2018年，再次在失重飛機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)時，立體光刻工藝被證明行得通，團(tuán)隊(duì)將不可能變成了可能，這也是中國團(tuán)隊(duì)在太空制造領(lǐng)域首次提出并驗(yàn)證一個新思路。
2015年以來，團(tuán)隊(duì)先后完成了4次面向不同工藝和材料的地面微重力模擬飛行試驗(yàn)。。
2019年10月，在陜西西安閻良，團(tuán)隊(duì)通過與中國試飛院合作，完成了我國首次自主微重力模擬飛行試驗(yàn)，這次飛行不論對于中國太空制造，還是對未來其他太空技術(shù)驗(yàn)證而言，都是一次零的突破。
如今，在王功心中，還有很多技術(shù)難題求解答案。
他坦言，如果太空制造存在小型零部件制造，大型空間裝置制造及在軌組裝，地外環(huán)境綜合設(shè)施制造等三個階段的話，那么人類目前的技術(shù)也只是處于第一個階段，盡管如此，伴隨著上下行運(yùn)輸手段的豐富和技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)太空辦工廠的愿望并不會太遙遠(yuǎn)。
2022年01月06日 T02 版
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