科技创新赋能量 产业孵化促发展——记北京理工大学重庆创新中心装备轻量化研究所所长赵岩教授

《祖国》/赵娜 文/王超

现今，随着汽车工业迅速发展，汽车质量和性能也在显著提升，但汽车重量却不断增加，导致燃油消耗和污染排放等问题日趋严重，为解决此类问题，汽车轻量化技术需不断发展和应用。汽车工业是碳排放“大户”，数据显示，如果汽车重量每降低10%，燃油效率可提高6-8%，汽车动力性增强，燃料消耗减少，将有效降低碳排放量。随着我国“碳达峰、碳中和”的提出，汽车轻量化对于节能减排目标实现具有重要意义，无论是对于传统汽车还是新能源汽车而言，汽车轻量化都是“双碳”政策的刚性需求，轻量化也是未来汽车行业的重要发展方向之一。

北京理工大学重庆创新中心装备轻量化研究所所长、重庆数元道科技有限公司董事长、重庆市创新创业领军人才、教授级高级工程师赵岩，长期从事汽车轻量化技术研究，现已负责或承担国家重点研发计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金重点项目、重庆市产业重点研发、企业研发项目等20 余项，发表SCI/EI 论文30余篇，制定汽车行业标准2项，授权发明专利20余项，获得软件著作权6 项。取得了一系列成果并应用于汽车产业，为汽车减重的同时，更为实现节能减排做出了突出贡献。

倾力科研 创新突破

据统计，当今汽车工业已占我国近70%的石油消耗，且碳排放量远超其他行业，可见，汽车轻量化刻不容缓。超高强度钢的应用在实现汽车轻量化的同时即提升汽车的安全性能，进而达到节能、降碳和降本的多重目标。

目前，热成形技术广泛应用于乘用车安全件的制造，单车用量普遍在10 个零件以上，新能源汽车则在20个以上。但，热成形零件因韧性不足、氢脆敏感性高，使用中存在氢脆开裂、早期失效等安全隐患。

赵岩教授

为此，赵岩首创了汽车用超高强热成形钢复合微合金化关键调控技术，联合中信金属、中国汽研、马钢等单位研发并产业化22MnB5NbV、34MnB5NbV 和25MnB5NbMo 三类新型热成形钢，显著提升了超高强热成形零件韧性和抗氢致延迟断裂性能。相关技术通过了第三方权威机构检测，以翁宇庆院士领衔的国内顶级专家组认为该总体成果可达到国际先进水平。

新型复合微合金化热成形钢已在马钢等钢厂实现工业化量产，供货于重庆平伟、吉林信通等多家热成形零件生产企业，制造的热成形A柱、B柱、车门防撞梁等零件已被批量应用于长安、江淮等企业的8款乘用车型，制造的热成形翻斗则主要应用于红岩汽车、四平亿达、南京开沃等5家企业的商用车型，直接经济效益达50亿元。

热冲压成形是集钢材加热奥氏体化、模内成形与淬火多项工艺于一体的先进制造技术，可制造强度1500MPa 以上、复杂形状的汽车零件，同时实现汽车安全和轻量化的首选路径。2021 年，我国汽车热成形零件产量超2 亿件，产值超百亿元，但占据市场主流的Al-Si涂层热成形钢专利却由国外公司垄断，严重制约了国产汽车轻量化水平提升，热成形材料、工艺等多项“卡脖子”技术亟需解决。

对此，赵岩首创稀土微合金化无涂层、免抛丸热成形钢，在热成形钢高温加热时表面形成富Si、Cr 的微米级氧化保护膜，避免疏松氧化铁皮的产生。该产品能有效解决现行热成形裸板的高温氧化问题，避开抛丸工艺，可以制造汽车大型薄壁零件，突破了国外Al-Si涂层技术的“卡脖子”问题，使热成形零件制造更绿色、更低碳。

该产品打破了乘用车领域国外Al-Si 涂层专利技术垄断的局面，现已在攀钢实现百吨级量产，制造出的乘用车热成形零件表面质量、涂装、焊接性能均达到车企认证标准，并具备更高的韧性与抗氢致延迟断裂性能。

加快研发 孵化产业

2023 年10 月，北理工重庆创新中心下属装备轻量化技术研究所正式成立重庆数元道科技有限公司（简称数元道科技），由赵岩担任董事长，他带领公司聚焦汽车行业仿真分析领域，向产业化落地运营迈开了一大步。

目前，数元道科技已成功研发并推出智能化材料卡片开发与管理系统MatFavor，同时针对汽车行业仿真分析多种共性问题，形成定制化的解决方案。

赵岩介绍，近年来汽车碰撞法规日益严苛，轻量化要求越来越高，在汽车设计阶段引入CAE 分析工具对汽车碰撞性能进行预测，是当下各大车企的主流解决方案。整车碰撞中零件存在高应变速率和复杂应力状态等特点，每次碰撞涉及部件数以千计，连接关系复杂形式多样，因此，整车碰撞变形与断裂仿真涉及到的力学理论与工况非常复杂，技术门槛相当高，目前也被国外软件牢牢占据。整车碰撞的几何建模、材料建模和有限元求解器分别由法国Dassault 公司的CATIA、德国MATFEM 公 司 的CrachFEM 和 美 国ANSYS 公 司 的LSDYNA占据市场。其中，材料建模存在“周期长、精度低、成本高”三大痛点问题。

赵岩带领团队研发了国内首款专用的高精度材料本构与断裂建模软件MatFavor，实现了进口软件替代。据了解，应用MatFavor 自动开发材料卡片仅需2 小时（传统开发时间为15 个工作日），卡片应用仿真综合精度达90%，卡片开发成本显著下降，真正做到了“让仿真快、准、省”。

最初国外竞品在精度方面是领先的，但经过团队的坚持开展大量技术攻关，MatFavor 不仅达到了同样的精度，而且通过更优算法在计算速度上超过了国外产品。不同材料在不同环境条件下会展现出千变万化的形态与复杂多变的物理属性。因此，如何获得高精度的材料模型成为行业的痛点，不仅技术门槛高，而且工作量极大。Matfavor 采用自主核心技术，可基本实现金属材料高精度卡片的制作，同时考虑到特殊工艺路径引起的性能变化，数元道科技又先后研发了适用于冷冲压、压铸、挤压加工等工艺的高精度卡片，可完全满足高效化、定制化和多场景应用需求。

“非金属材料力学特性与金属材料没有关联性，其卡片相当于又要从0 开始。”赵岩道，“团队针对其力学特性开发了描述各向异性屈服面的新型卡片，这也是国外竞品的核心技术，经过各类实验的验证，证明我们也攻克了这一关，结果已获得多家主机厂的认可。除此之外，还开发了连接断裂、疲劳断裂等模型，亦在主机厂获得应用。”

目前，数元道科技已从材料厂、零部件厂、汽车主机厂三个维度分别进行MatFavor 的落地合作。同时，根据用户试验标准的不同，开发定制化的标定模块，解决了国内汽车企业无法实现模型参数自主求解的难题。截至目前，通过横向技术合作创收已突破1500万元。其中，MatFavor 软件租售及相关的技术服务，创造产值就达1000万元。

数元道科技专注于汽车软件领域，后续将拓展至硬件开发，有了好的仿真技术，打造独有的技术壁垒，就可以自主设计不少高端硬件，企业也将加快进军高端检测设备、制造设备领域，从创收千万到破亿，或许只是一步之遥。

如今，公司已与长安汽车、吉利汽车、首钢及中信金属等数家头部企业签下了10 余项横向技术合作协议，创收突破1500 万元“关口”。他们从10 余人的初创团队到公司化运营，这是一次质的飞跃，对自己、对团队而言，都是一次蜕变。

这个世界唯一不变就是改变，随着科技发展更新迭代的加速，新一轮汽车工业大潮浩浩而来，赵岩和团队将继续在汽车轻量化领域攻坚克难、砥砺前行，以科技创新赋能产业，以产业应用创造未来，推动我国汽车工业创新发展。