在中國國際大學生創新大賽(2024)全國總決賽(原中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽)上,大連理工大學機械工程學院“形云流水——流體壓力成形全球領航者”項目(以下簡稱“形云流水”項目)從1410個項目中脫穎而出,獲得高教主賽道本科生創意組金獎。該項目全球首創的新一代柔性壓力成形技術——氣液混合柔性低壓成形技術,成功解決了傳統柔性壓力成形技術設備龐大、能耗高、效率低等問題,有望打破歐美企業在該領域的壟斷地位,提升中國在高端制造領域的國際競爭力,助力我國成形制造產業的全面升級。
團隊合影
從2020年2月發現問題、想法萌芽,再到2022年3月技術應用、樣件試制;從2024年3月應用反饋、設備優化,最后到2024年10月獲得金獎,“形云流水”項目經歷了四年的成長。提及自己最大的收獲,團隊隊長、機械工程學院2019級機械設計制造及其自動化(日語強化)專業學生田高寧表示:“經歷了一個完整的從想法到(成果)落地的過程?!闭缫活w種子需歷經破土發芽、發榮滋長,最后方能開花結果。氣液混合流體低壓成形技術從想法到現實,亦歷經重重磨煉。
想法靈光一現 理論破土發芽
團隊成員最初接觸流體壓力成形技術,是在機械工程學院副院長何祝斌教授的講座上。在參觀了機械工程學院和創新創業學院的實驗室,學習了3D建模和仿真等基礎科研技能后,田高寧和同專業的王天宇、蘇盛桐不約而同地對流體壓力成形技術產生了興趣。受益于學校的“三早”計劃——鼓勵本科生早進課題、早進實驗室、早進研究團隊——三人進入了何祝斌教授的課題組。
彼時剛剛大一的他們,在實驗室學習一段時間后產生了疑問:“為什么所有的壓力成形設備占地面積都很大呢?能否縮減設備體積呢?”帶著這個疑問,氣液混合流體低壓成形技術的想法在他們腦海中靈光一現?!耙桓摻z,很難把它拉斷,但可以輕易折彎。原有的氣體或液體壓力成形技術就像是把鋼絲拉斷的過程,而我們現在選用了氣液混合壓制,就相當于把這根鋼絲彎曲的過程,從這一個小小的原理入手,設備噸位就能被降下來了?!碧锔邔幮蜗蟮乇扔?。
團隊成員討論氣液混合流體壓縮模型
有創意的靈感,往往需要跳出傳統思維的框架。在剛開始接觸壓力成形的階段,田高寧等人沒有那么多先入為主的想法,反而能夠跳出常規,想出一些不被現有觀念束縛的新點子。比如,其他人可能只考慮使用單一介質進行傳導,而他們則思考如何控制兩種介質。這種打破既定模式的思考方式,讓他們有勇氣去嘗試那些未知領域。
然而,“全球首創”不僅意味著創新,更代表著團隊需要開辟出一條自己的路。在何祝斌教授的鼓勵下,田高寧三人開始進行長達兩年的理論推導。本科課程的學習,流體壓力成形理論的學習,模擬、仿真的學習……學無止境。一篇篇相關論文,一遍遍模型推導,一次次仿真實驗……持之以恒。正如一顆種子破土而出,需要在黑暗中不斷潛伏,汲取養分;氣液混合流體低壓成形技術理論的完善,需要千百遍理論的推導,需要無數次“瓶頸期”的壓力,需要實驗失敗后“茶不思飯不想也要做好”的專注,需要“一下課就泡在實驗室”的堅持。用田高寧的話來說——“還是要有一股勁兒,還是要坐一段時間冷板凳,這不是風風光光立馬就能出成果的事情?!?/p>
實踐精進不休 應用發榮滋長
前期千萬次的準備,換來了一次無比珍貴的機會。2022年的暑假,田高寧三人鼓起勇氣,在何教授的指導下使用實驗室200噸壓力平臺搭建首臺設備,進行樣件試制。當模具第一次擺脫褶皺、畸形,以平整完美的姿態出現在他們眼前,三人激動不已。成形結果顯示,模具實測壓力曲線與理論完全吻合,成形精度極高,甚至超越了在1000噸壓力機上的成形效果。
這次實踐的成功也讓他們第一次對氣液混合流體低壓成形技術的應用有了信心,團隊也根據需要逐漸發展壯大,吸納了機械設計制造及其自動化(創新班)專業的王野舟、廣播電視學專業的金采奇、機械設計制造及其自動化專業的胡智杰、機械設計制造及其自動化(日語強化)專業的劉子意、電子信息類專業的喬節禹、信息管理與信息系統專業的姜李文。
扭力梁樣件產品下線
理論指導實踐,實踐反饋理論。自2020年想法萌芽,團隊成員攻克了一個又一個技術難點。如今,團隊已經提出了氣液混合流體成形全新技術:成形前充填一定比例的氣液混合流體,而后使用模具壓制,實現低壓、高效、綠色成形;建立了成形過程模型與介質壓力模型,二者相互耦合,實現了對成形過程的精確量化和對壓力變化的精確預測;建立了反求工藝參數的迭代算法,可以精確計算出不同零件所需的最佳工藝參數,實現最佳的成形效果?!暗雷枨议L,行則將至,行而不輟,未來可期。”從無到有的氣液混合流體低壓成形技術,是對這句話最生動的注腳。
當技術趨于成熟,將其投入應用是對科研成果的最好檢測方式。在捷安特工廠的實際生產中,氣液混合流體低壓成形技術完成了現實應用的重要一步。在昆山的捷安特工廠里,田高寧等人花了三個月時間調試設備,期間也曾發生過諸多意想不到的挑戰,幾人“見招拆招”,不斷完善設備。這次的經歷亦讓他們認識到,理論和模擬永遠無法完全替代實踐中的經驗積累。
團隊成員前往捷安特進行設備更新
氣液混合流體低壓成形技術的突出優勢,使其在大國重器高端制造中大放異彩。團隊成員使用噸位僅為現有設備十分之一的壓力機,試制成功了3米級火箭貯箱整體箱底,實現了大型戰斗機進氣道的一體化成形,減重50%。本科生的巧思與鉆研,也在反哺科研,賦能大國重器。
隨著諸多應用的成功落地,青年的志向不斷升華?!暗聡氖胬蘸腿鸬涞腁P&T是我們格外關注的兩家公司。他們一臺設備動輒就1000萬,而我們的全新技術僅需現有技術1/4的流體壓力、1/3的設備噸位和1/5的能源消耗,即可實現甚至超越現有流體成形技術的效果,具有巨大競爭優勢。我們的技術那么好,還能做得更便宜,我們為什么不能做呢?我們要賣東西,我們要賣中國人自己的東西!”田高寧目光堅定,擲地有聲。此后,一系列商業化推廣開始。如今,團隊成立的形云流水(大連)精密金屬成形公司已與包括寶鋼、捷安特(昆山工廠)在內的多家公司洽談合作。
羽翼初豐預展翅 開花結果捧金歸
鷹擊天風壯,鵬飛海浪春。2024年,在學校、老師的幫助下,團隊帶著承載成員諸多心血的項目“形云流水——流體壓力成形全球領航者”進入中國國際大學生創新大賽決賽。在講解環節,團隊成員將形象化的比喻式講述與嚴謹的實驗數據展示結合,既吸引了評委的注意力,又展示了項目的專業性。最終,項目也經過重重選拔,榮獲金獎。
談及來路,由熱愛生發的堅持與敢闖敢試的自信缺一不可。正是團隊成員日復一日、年復一年的努力,項目才能一步步從理論變為現實。當然,團隊搭檔的相互配合亦是項目成功獲獎的重要因素。從一開始的“創業三人組”,到如今的“形云流水九人團”,每一個人的加入,都產生了“1+1>2”的效果。當被問及團隊的氛圍,團隊成員、2023級電子信息類專業的喬節禹笑著回答:“團隊的氛圍非常好,成員之間相互尊重和幫助。我非常感謝學長學姐們的耐心指導,這讓我能夠更快地融入團隊并貢獻自己的力量。”除卻自身的努力,指導老師、實驗室學長的幫助更顯珍貴。循循善誘的何祝斌老師,為成員“惡補”理論的林艷麗老師,工訓中心的冷林威老師、杜巍老師,“知無不言、言無不盡”的袁杭、胡馨予、徐怡學長……提及他們,團隊成員充滿感恩。除此之外,無論是剛入學時學校舉辦的一系列“專業入門”活動,還是項目開展后提供的實驗耗材與設備,學校的一系列舉措對“形云流水”項目也給予了大力支持。
團隊在國創賽省賽現場
拿到金獎后,“形云流水”團隊并沒有停下前行的腳步,正如田高寧所言:“金獎只是對我們成果的一個認可,讓我們能夠堅定信心繼續走下去?!痹跁r代的浪潮中,總有一群人,會勇敢地駛向未知的領域,探索科技的無限可能?!按巳ヌ岷庀鰸h上,鵬摶鯤運更論程?!薄拔磥?,‘形云流水’團隊將堅定信心,闊步向前,繼續深耕壓力成形的研究,提升中國高端制造的全球競爭力,爭做流體壓力成形領域全球領航者!”這群意氣風發的青年們表示。(來源:黨委宣傳部 新聞中心 作者:魏子晴 王海濤 于舒雯 編輯:任亭鈺 袁冰焱)