第12期 “應(yīng)變計(jì)匠人”：通過對(duì)零件的強(qiáng)度試驗(yàn)助力汽車安全行駛（后篇）

目錄

? 難點(diǎn)在傳感器的選擇以及粘貼方法
? 將肉眼不可見的零件內(nèi)部狀態(tài)可視化
? 挑戰(zhàn)尋常測(cè)不到的數(shù)值
? 研發(fā)殘奧選手的競(jìng)賽用假肢
? 站在第一線培養(yǎng)接班人

現(xiàn)在，以3D打印、AI技術(shù)為代表，數(shù)字化備受矚目。汽車行業(yè)生產(chǎn)一線卻依舊存在著一些依靠“老手藝”而運(yùn)轉(zhuǎn)的部門。

ToyotaTimes將聚焦這些用其自身精湛技藝支撐起汽車行業(yè)的“匠人”們，并開啟一個(gè)直指日本制造業(yè)精髓的新特輯“支撐日本汽車制造業(yè)的匠人們”。

本期ToyotaTimes為您帶來有著“應(yīng)變計(jì)匠人”之稱的岡田卓也特輯后篇，這位年輕人在造車一線用自己獨(dú)特的know-how進(jìn)行汽車行駛系統(tǒng)零件強(qiáng)度試驗(yàn)。

第12期 用獨(dú)特的know-how進(jìn)行汽車行駛系統(tǒng)零件強(qiáng)度試驗(yàn)的“應(yīng)變計(jì)匠人”：岡田卓也

豐田汽車 生產(chǎn)總部 堤工廠 車身制造技術(shù)部 沖壓工程維修科 品質(zhì)保證4系 小組組長(zhǎng)

難點(diǎn)在傳感器的選擇以及粘貼方法

書接上期，讓我們來看看岡田如何用應(yīng)變計(jì)為汽車行駛系統(tǒng)零件做強(qiáng)度試驗(yàn)。為探明這個(gè)問題的答案，ToyotaTimes來到了位于愛知縣豐田市的堤工廠車身生技部沖壓工程維修科。

在這里，岡田告訴我們：“應(yīng)變計(jì)是一次性的，使用的時(shí)候需要迅速用速干膠將其粘貼在測(cè)量對(duì)象上。而且應(yīng)變計(jì)價(jià)格不菲，哪怕是這種最基本的款式，1個(gè)的成本也在500日元左右。在粘貼的時(shí)候，我一般會(huì)雙膝跪地作業(yè)，而不是坐在椅子上，因?yàn)檫@樣對(duì)我來說更容易進(jìn)入最專注的狀態(tài)。每次作業(yè)時(shí)，我會(huì)在腦海中反復(fù)提醒自己：‘1個(gè)應(yīng)變計(jì)成本500日元’，這么想著便能全神貫注，防止失?。ㄐΓ?。另外，因?yàn)槲业氖直容^大，所以在細(xì)小的部位作業(yè)時(shí)會(huì)感覺相當(dāng)吃力?！?

岡田在自己的操作臺(tái)前為我們演示了作業(yè)流程：首先在準(zhǔn)備粘貼應(yīng)變計(jì)的位置做點(diǎn)、線等記號(hào)，然后滴幾滴速干膠，作業(yè)便完成了。

不過正如應(yīng)變計(jì)的使用說明書所述，它的難點(diǎn)其實(shí)在如何熟練使用。根據(jù)測(cè)試位置不同，應(yīng)變計(jì)測(cè)出來的數(shù)值會(huì)有很大變化。因此，在測(cè)量零件的應(yīng)力，即強(qiáng)度時(shí)，必須找到測(cè)量對(duì)象的適當(dāng)位置，并選用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄕ迟N。當(dāng)然，基本的配置和測(cè)定方法是有規(guī)律可循的，但這終究只是基礎(chǔ)，更多的時(shí)候還是需要靠自己去摸索。

正如前篇所介紹的，應(yīng)變計(jì)誕生于近70年前，如今它被廣泛運(yùn)用于以造物為首的各種一線。但是廠商的手冊(cè)上還是寫著這樣一條規(guī)定：“使用者需要有長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)和know-how”。同時(shí)在用應(yīng)變計(jì)時(shí)也要重視細(xì)節(jié)，比如根據(jù)測(cè)量對(duì)象的材料和測(cè)量目的的不同，有時(shí)需要制作夾具和工具等等。

“最重要的是明確測(cè)量的具體結(jié)構(gòu)、目的和方法，這點(diǎn)也適用于應(yīng)變計(jì)以外的其他測(cè)量?jī)x器。我之前說過，與其悶頭亂做一通，還不如不做。因?yàn)橹挥辛私馇宄y(cè)量的原理，測(cè)量結(jié)果才能準(zhǔn)確。另外，我們也不能忘記學(xué)習(xí)與測(cè)量材料有關(guān)的知識(shí)?！?/p>

將肉眼不可見的零件內(nèi)部狀態(tài)可視化

岡田主要負(fù)責(zé)用應(yīng)變計(jì)對(duì)前置懸架及后懸架零件進(jìn)行疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)和變形強(qiáng)度試驗(yàn)。

每當(dāng)汽車行駛、轉(zhuǎn)彎、停下時(shí)，都會(huì)給汽車行駛系統(tǒng)的零件反復(fù)施加巨大的力。即使在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)預(yù)想到了這一點(diǎn)，但由于反復(fù)施加這么強(qiáng)大的力，鋼和鋁合金材質(zhì)的汽車行駛系統(tǒng)零件難免會(huì)在無形中出現(xiàn)損傷，這種損傷宛如“疲勞”一樣不斷累積，零件強(qiáng)度也相應(yīng)受損，這就是金屬疲勞。

一旦金屬疲勞積累到一定程度，零件內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)肉眼可不見的細(xì)小裂縫或斷裂，導(dǎo)致零件強(qiáng)度下降，最終招致?lián)p壞。即是說，金屬疲勞十分危險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致車輛無法行駛，甚至是發(fā)生事故。

所謂疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，就是將應(yīng)變計(jì)貼于汽車行駛系統(tǒng)的零件上，再將其放入通過液壓運(yùn)轉(zhuǎn)的試驗(yàn)儀，試驗(yàn)儀會(huì)模擬汽車行駛時(shí)的樣子，對(duì)零件反復(fù)對(duì)施加力，以此測(cè)定零件的疲勞強(qiáng)度。具體來說，就是通過零件上的應(yīng)變計(jì)先測(cè)出零件內(nèi)部產(chǎn)生了多大的應(yīng)力、發(fā)生了多大的變形，再通過改變力的大小和施加次數(shù)重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，以此判斷零件強(qiáng)度的極限。要想確保汽車能安全行駛，疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)必不可少。

“我們可以借助應(yīng)變計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)了解零件內(nèi)部的狀態(tài)，哪怕是非常細(xì)微的部分都逃不過應(yīng)變計(jì)的檢測(cè)，只要原材料內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，就會(huì)立刻體現(xiàn)在測(cè)量數(shù)值的變化上。我們也可以通過它來判斷測(cè)試對(duì)象是不是快損壞了，如果測(cè)出來的數(shù)值變化很大的話，那這個(gè)零件很可能會(huì)立刻壞掉?！?/p>

疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)一般有三種，分別是模擬車輛急起急剎的前后型疲勞試驗(yàn)、模擬車輛轉(zhuǎn)彎的左右型疲勞試驗(yàn)，以及模擬在一般道路或惡劣道路上行駛時(shí)車輛顛簸的上下型疲勞試驗(yàn)。

另一項(xiàng)是變形強(qiáng)度試驗(yàn)，它是在車輛與路緣石發(fā)生碰撞等非正常行駛的狀態(tài)下，通過試驗(yàn)儀還原輪胎對(duì)汽車行駛系統(tǒng)零件產(chǎn)生的沖擊力，以此確認(rèn)零件會(huì)在多大的力下受到何種程度的損傷，這同樣是確保汽車安全行駛的必要前提。

自進(jìn)入公司以來，岡田在強(qiáng)度測(cè)試的工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，憑著與生俱來的探索精神，靈活運(yùn)用應(yīng)變計(jì)等各種測(cè)量?jī)x器，確立了自己的一套測(cè)量方法，將前輩傳授的know-how發(fā)揚(yáng)光大，并在一次次測(cè)定中將不可能化為可能。

挑戰(zhàn)尋常測(cè)不到的數(shù)值

因?yàn)閷锍錾谋憩F(xiàn)，他收到了公司各個(gè)部門的一致好評(píng)，其他部門的人紛紛來找他咨詢：“我們用現(xiàn)有的方法無法測(cè)試這個(gè)零件的強(qiáng)度，您有沒有辦法呢？”漸漸的，越來越多的人了解到“岡田很厲害，能想辦法測(cè)出之前無法測(cè)出的數(shù)據(jù)”，并來求助于他。

岡田表示：“面對(duì)他們的請(qǐng)求，我絕不想說自己做不到，因?yàn)檫@正是我大展身手的機(jī)會(huì)，必須得想辦法測(cè)量他們都無法測(cè)出的零件數(shù)據(jù)。特別是有熱愛研發(fā)的人向我咨詢時(shí)，我絕對(duì)是有問必答。”

令岡田印象最深刻的工作之一，就是在車身外板的涂裝過程中，實(shí)時(shí)測(cè)量因加熱產(chǎn)生的熱應(yīng)變。為了確保汽車的靜謐性，在車身外板的內(nèi)側(cè)會(huì)用橡膠涂料進(jìn)行特殊涂裝。但是，這種涂料在干燥的過程中會(huì)發(fā)生“熱應(yīng)變”，最終導(dǎo)致外板出現(xiàn)凹凸不平的樣子。

因此，涂裝部門的求助內(nèi)容是：“希望能測(cè)量和分析熱應(yīng)變”。起初岡田覺得這個(gè)問題很棘手，因?yàn)閼?yīng)變計(jì)并不耐熱。后來，他自制了一個(gè)兼具隔熱和冷卻功能的木箱，將應(yīng)變計(jì)整個(gè)放入其中，成功測(cè)出了原本不可能測(cè)到的數(shù)值。

研發(fā)殘奧選手的競(jìng)賽用假肢

作為“應(yīng)變計(jì)匠人”，岡田的工作還包括支持運(yùn)動(dòng)員們。隸屬豐田汽車的殘奧比賽運(yùn)動(dòng)員佐藤圭太選手可謂一位短跑王者，他曾在2016年里約熱內(nèi)盧殘奧會(huì)的400m接力賽（100m×4）中摘得銅牌。豐田從2017年開始專門研發(fā)佐藤選手使用的競(jìng)賽用假肢。

“佐藤選手之前使用的是市面上賣的假肢，但這種假肢不具備高耐久性。因此，當(dāng)時(shí)公司內(nèi)部成立了‘佐藤小組’，專門研發(fā)佐藤選手參賽用的假肢?！?/p>

后來，“佐藤小組”的項(xiàng)目在生技管理部的統(tǒng)籌下啟動(dòng)了，但由于成員們并不了解假肢的制造方法，研發(fā)得從零開始。盡管他們?cè)?017年年末完成了第一款競(jìng)賽用假肢，但該假肢在初次試跑了20m就后壞掉了，而且還是在慢跑中損壞的，說明研發(fā)中存在很大問題。

“最開始我們車身制造技術(shù)部并沒有參與該項(xiàng)目，我們是在2018年接到佐藤小組的合作邀請(qǐng)之后才加入進(jìn)來的?！?/p>

當(dāng)時(shí)，岡田所在車身制造技術(shù)部收到的委托是：幫忙測(cè)量跑步時(shí)假肢承受的準(zhǔn)確應(yīng)力，并通過強(qiáng)度試驗(yàn)確保假肢的強(qiáng)度。

于是岡田在假肢上安裝了應(yīng)變計(jì)等各種傳感器，讓佐藤選手試跑的同時(shí)自己也跟著并排跑，以此獲取數(shù)據(jù)。同時(shí)，他還對(duì)研發(fā)的假肢進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)。

回憶起當(dāng)時(shí)的情景，岡田笑著說道：“成員們都和我說‘你太亂來了，居然敢和專門跑100m的運(yùn)動(dòng)員一起跑，一是你肯定跟不上人家，二是傳感器的電線也會(huì)斷’。當(dāng)然，他們說的都是實(shí)話，可即便如此，我還是想在電線斷掉之前盡可能多地收集數(shù)據(jù)”。

最終，岡田將獲得的數(shù)據(jù)反饋給了包括假肢矯形師在內(nèi)的假肢制造團(tuán)隊(duì)。在結(jié)合了造車技術(shù)和know-how后，成員們終于達(dá)成了團(tuán)隊(duì)目標(biāo)：該競(jìng)賽用假肢可以幫助運(yùn)動(dòng)員跑得更快，而且耐久性極高，3年可以跑36萬步以上。

“佐藤選手認(rèn)為這款假肢‘很方便跑步’，他跑100m的速度也快了0.21s。另外，聽說假肢矯形師被豐田式的造物方式打動(dòng)了，后來還購(gòu)買了豐田的汽車。”

為了研發(fā)這款假肢，岡田與平日里接觸不到的各領(lǐng)域“匠人”們通力合作，這些領(lǐng)域包括設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、木型、樹脂成型、碳纖維成型、空氣動(dòng)力學(xué)分析等等。岡田認(rèn)為通過這次的寶貴經(jīng)驗(yàn)，自己的價(jià)值觀和思考方式也有所改變。

“在日常工作中，我基本沒有機(jī)會(huì)與終端客戶直接溝通，而在2020年?yáng)|京殘奧會(huì)的工作中，我能一邊直接聽取運(yùn)動(dòng)員這位終端客戶的意見和建議，一邊推進(jìn)工作，這真是莫大的經(jīng)驗(yàn)財(cái)富。通過這個(gè)項(xiàng)目，我第一次體會(huì)到了什么是‘用戶視角’。”

站在第一線培養(yǎng)接班人

如今，岡田正專注于培養(yǎng)接班人和提高自身技能。

“我現(xiàn)在在帶兩個(gè)后輩，他們都是20多歲的年輕人。我每天都在教他們正確的測(cè)量方法，要保證他們先理解測(cè)量的原理和原則，之后才再學(xué)習(xí)具體步驟。兩個(gè)人的進(jìn)步非常明顯，現(xiàn)在他們自己也會(huì)去思考如何合理使用新儀器了?！?/p>

岡田認(rèn)為，只有自己被稱為“匠人”還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到目標(biāo)，他會(huì)致力于培養(yǎng)后輩們，讓他們也成為“匠人”。話雖如此，岡田也才不到40歲，今后他還想站在第一線，繼續(xù)作為工程師迎接新的挑戰(zhàn)。

岡田表示：“測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步日新月異，我正在通過網(wǎng)絡(luò)和文獻(xiàn)認(rèn)識(shí)新的測(cè)量?jī)x器和作為測(cè)量對(duì)象的新原材料。我希望自己能夠在這方面更上一層樓，用自身的知識(shí)幫助更多人。”

這就是年輕的“應(yīng)變計(jì)匠人”岡田卓也。在聽說了他高超的“測(cè)量技術(shù)”后，公司內(nèi)各個(gè)部門都會(huì)向他求助。不僅如此，岡田的工作也得到了來自社會(huì)的關(guān)注，比如日本塑性加工學(xué)會(huì)等?？梢哉f，屬于他的舞臺(tái)才剛剛拉開帷幕，讓我們期待這位匠人今后的精彩表現(xiàn)。