第12期 “應變計匠人”：通過對零件的強度試驗助力汽車安全行駛（后篇）

目錄

? 難點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)尋常測不到的數(shù)值
? 研發(fā)殘奧選手的競賽用假肢
? 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”而運轉的部門。

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“應變計匠人”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特的know-how進行汽車行駛系統(tǒng)零件強度試驗。

第12期 用獨特的know-how進行汽車行駛系統(tǒng)零件強度試驗的“應變計匠人”：岡田卓也

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

難點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變計為汽車行駛系統(tǒng)零件做強度試驗。為探明這個問題的答案，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：“應變計是一次性的，使用的時候需要迅速用速干膠將其粘貼在測量對象上。而且應變計價格不菲，哪怕是這種最基本的款式，1個的成本也在500日元左右。在粘貼的時候，我一般會雙膝跪地作業(yè)，而不是坐在椅子上，因為這樣對我來說更容易進入最專注的狀態(tài)。每次作業(yè)時，我會在腦海中反復提醒自己：‘1個應變計成本500日元’，這么想著便能全神貫注，防止失?。ㄐΓ?。另外，因為我的手比較大，所以在細小的部位作業(yè)時會感覺相當吃力?！?

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

不過正如應變計的使用說明書所述，它的難點其實在如何熟練使用。根據(jù)測試位置不同，應變計測出來的數(shù)值會有很大變化。因此，在測量零件的應力，即強度時，必須找到測量對象的適當位置，并選用恰當?shù)姆椒ㄕ迟N。當然，基本的配置和測定方法是有規(guī)律可循的，但這終究只是基礎，更多的時候還是需要靠自己去摸索。

正如前篇所介紹的，應變計誕生于近70年前，如今它被廣泛運用于以造物為首的各種一線。但是廠商的手冊上還是寫著這樣一條規(guī)定：“使用者需要有長期的經(jīng)驗和know-how”。同時在用應變計時也要重視細節(jié)，比如根據(jù)測量對象的材料和測量目的的不同，有時需要制作夾具和工具等等。

“最重要的是明確測量的具體結構、目的和方法，這點也適用于應變計以外的其他測量儀器。我之前說過，與其悶頭亂做一通，還不如不做。因為只有了解清楚測量的原理，測量結果才能準確。另外，我們也不能忘記學習與測量材料有關的知識?！?/p>

將肉眼不可見的零件內(nèi)部狀態(tài)可視化

岡田主要負責用應變計對前置懸架及后懸架零件進行疲勞強度試驗和變形強度試驗。

每當汽車行駛、轉彎、停下時，都會給汽車行駛系統(tǒng)的零件反復施加巨大的力。即使在設計階段已經(jīng)預想到了這一點，但由于反復施加這么強大的力，鋼和鋁合金材質(zhì)的汽車行駛系統(tǒng)零件難免會在無形中出現(xiàn)損傷，這種損傷宛如“疲勞”一樣不斷累積，零件強度也相應受損，這就是金屬疲勞。

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

所謂疲勞強度試驗，就是將應變計貼于汽車行駛系統(tǒng)的零件上，再將其放入通過液壓運轉的試驗儀，試驗儀會模擬汽車行駛時的樣子，對零件反復對施加力，以此測定零件的疲勞強度。具體來說，就是通過零件上的應變計先測出零件內(nèi)部產(chǎn)生了多大的應力、發(fā)生了多大的變形，再通過改變力的大小和施加次數(shù)重復進行試驗，以此判斷零件強度的極限。要想確保汽車能安全行駛，疲勞強度試驗必不可少。

“我們可以借助應變計的測量數(shù)據(jù)了解零件內(nèi)部的狀態(tài)，哪怕是非常細微的部分都逃不過應變計的檢測，只要原材料內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，就會立刻體現(xiàn)在測量數(shù)值的變化上。我們也可以通過它來判斷測試對象是不是快損壞了，如果測出來的數(shù)值變化很大的話，那這個零件很可能會立刻壞掉?！?/p>

疲勞強度試驗一般有三種，分別是模擬車輛急起急剎的前后型疲勞試驗、模擬車輛轉彎的左右型疲勞試驗，以及模擬在一般道路或惡劣道路上行駛時車輛顛簸的上下型疲勞試驗。

另一項是變形強度試驗，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，通過試驗儀還原輪胎對汽車行駛系統(tǒng)零件產(chǎn)生的沖擊力，以此確認零件會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。

自進入公司以來，岡田在強度測試的工作中不斷積累經(jīng)驗，憑著與生俱來的探索精神，靈活運用應變計等各種測量儀器，確立了自己的一套測量方法，將前輩傳授的know-how發(fā)揚光大，并在一次次測定中將不可能化為可能。

挑戰(zhàn)尋常測不到的數(shù)值

因為岡田出色的表現(xiàn)，他收到了公司各個部門的一致好評，其他部門的人紛紛來找他咨詢：“我們用現(xiàn)有的方法無法測試這個零件的強度，您有沒有辦法呢？”漸漸的，越來越多的人了解到“岡田很厲害，能想辦法測出之前無法測出的數(shù)據(jù)”，并來求助于他。

岡田表示：“面對他們的請求，我絕不想說自己做不到，因為這正是我大展身手的機會，必須得想辦法測量他們都無法測出的零件數(shù)據(jù)。特別是有熱愛研發(fā)的人向我咨詢時，我絕對是有問必答?！?/p>

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，實時測量因加熱產(chǎn)生的熱應變。為了確保汽車的靜謐性，在車身外板的內(nèi)側會用橡膠涂料進行特殊涂裝。但是，這種涂料在干燥的過程中會發(fā)生“熱應變”，最終導致外板出現(xiàn)凹凸不平的樣子。

因此，涂裝部門的求助內(nèi)容是：“希望能測量和分析熱應變”。起初岡田覺得這個問題很棘手，因為應變計并不耐熱。后來，他自制了一個兼具隔熱和冷卻功能的木箱，將應變計整個放入其中，成功測出了原本不可能測到的數(shù)值。

研發(fā)殘奧選手的競賽用假肢

作為“應變計匠人”，岡田的工作還包括支持運動員們。隸屬豐田汽車的殘奧比賽運動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，當時公司內(nèi)部成立了‘佐藤小組’，專門研發(fā)佐藤選手參賽用的假肢。”

后來，“佐藤小組”的項目在生技管理部的統(tǒng)籌下啟動了，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。盡管他們在2017年年末完成了第一款競賽用假肢，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部并沒有參與該項目，我們是在2018年接到佐藤小組的合作邀請之后才加入進來的。”

當時，岡田所在車身制造技術部收到的委托是：幫忙測量跑步時假肢承受的準確應力，并通過強度試驗確保假肢的強度。

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

回憶起當時的情景，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的運動員一起跑，一是你肯定跟不上人家，二是傳感器的電線也會斷’。當然，他們說的都是實話，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)的假肢制造團隊。在結合了造車技術和know-how后，成員們終于達成了團隊目標：該競賽用假肢可以幫助運動員跑得更快，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了，后來還購買了豐田的汽車?！?/p>

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

“在日常工作中，我基本沒有機會與終端客戶直接溝通，而在2020年東京殘奧會的工作中，我能一邊直接聽取運動員這位終端客戶的意見和建議，一邊推進工作，這真是莫大的經(jīng)驗財富。通過這個項目，我第一次體會到了什么是‘用戶視角’?！?/p>

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量方法，要保證他們先理解測量的原理和原則，之后才再學習具體步驟。兩個人的進步非常明顯，現(xiàn)在他們自己也會去思考如何合理使用新儀器了?！?/p>

岡田認為，只有自己被稱為“匠人”還遠遠達不到目標，他會致力于培養(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：“測量技術的進步日新月異，我正在通過網(wǎng)絡和文獻認識新的測量儀器和作為測量對象的新原材料。我希望自己能夠在這方面更上一層樓，用自身的知識幫助更多人?！?/p>

這就是年輕的“應變計匠人”岡田卓也。在聽說了他高超的“測量技術”后，公司內(nèi)各個部門都會向他求助。不僅如此，岡田的工作也得到了來自社會的關注，比如日本塑性加工學會等。可以說，屬于他的舞臺才剛剛拉開帷幕，讓我們期待這位匠人今后的精彩表現(xiàn)。