科技創新賦能量 產業孵化促發展
——記北京理工大學重慶創新中心裝備輕量化研究所所長趙巖教授

《祖國》/趙娜 文/王超

現今，隨著汽車工業迅速發展，汽車質量和性能也在顯著提升，但汽車重量卻不斷增加，導致燃油消耗和污染排放等問題日趨嚴重，為解決此類問題，汽車輕量化技術需不斷發展和應用。汽車工業是碳排放“大戶”，數據顯示，如果汽車重量每降低10%，燃油效率可提高6-8%，汽車動力性增強，燃料消耗減少，將有效降低碳排放量。隨著我國“碳達峰、碳中和”的提出，汽車輕量化對于節能減排目標實現具有重要意義，無論是對于傳統汽車還是新能源汽車而言，汽車輕量化都是“雙碳”政策的剛性需求，輕量化也是未來汽車行業的重要發展方向之一。

北京理工大學重慶創新中心裝備輕量化研究所所長、重慶數元道科技有限公司董事長、重慶市創新創業領軍人才、教授級高級工程師趙巖，長期從事汽車輕量化技術研究，現已負責或承擔國家重點研發計劃、國家科技重大專項、國家自然科學基金重點項目、重慶市產業重點研發、企業研發項目等20 余項，發表SCI/EI 論文30余篇，制定汽車行業標準2項，授權發明專利20余項，獲得軟件著作權6 項。取得了一系列成果并應用于汽車產業，為汽車減重的同時，更為實現節能減排做出了突出貢獻。

傾力科研 創新突破

據統計，當今汽車工業已占我國近70%的石油消耗，且碳排放量遠超其他行業，可見，汽車輕量化刻不容緩。超高強度鋼的應用在實現汽車輕量化的同時即提升汽車的安全性能，進而達到節能、降碳和降本的多重目標。

目前，熱成形技術廣泛應用于乘用車安全件的制造，單車用量普遍在10 個零件以上，新能源汽車則在20個以上。但，熱成形零件因韌性不足、氫脆敏感性高，使用中存在氫脆開裂、早期失效等安全隱患。

趙巖教授

為此，趙巖首創了汽車用超高強熱成形鋼復合微合金化關鍵調控技術，聯合中信金屬、中國汽研、馬鋼等單位研發并產業化22MnB5NbV、34MnB5NbV 和25MnB5NbMo 三類新型熱成形鋼，顯著提升了超高強熱成形零件韌性和抗氫致延遲斷裂性能。相關技術通過了第三方權威機構檢測，以翁宇慶院士領銜的國內頂級專家組認為該總體成果可達到國際先進水平。

新型復合微合金化熱成形鋼已在馬鋼等鋼廠實現工業化量產，供貨于重慶平偉、吉林信通等多家熱成形零件生產企業，制造的熱成形A柱、B柱、車門防撞梁等零件已被批量應用于長安、江淮等企業的8款乘用車型，制造的熱成形翻斗則主要應用于紅巖汽車、四平億達、南京開沃等5家企業的商用車型，直接經濟效益達50億元。

熱沖壓成形是集鋼材加熱奧氏體化、模內成形與淬火多項工藝于一體的先進制造技術，可制造強度1500MPa 以上、復雜形狀的汽車零件，同時實現汽車安全和輕量化的首選路徑。2021 年，我國汽車熱成形零件產量超2 億件，產值超百億元，但占據市場主流的Al-Si涂層熱成形鋼專利卻由國外公司壟斷，嚴重制約了國產汽車輕量化水平提升，熱成形材料、工藝等多項“卡脖子”技術亟需解決。

對此，趙巖首創稀土微合金化無涂層、免拋丸熱成形鋼，在熱成形鋼高溫加熱時表面形成富Si、Cr 的微米級氧化保護膜，避免疏松氧化鐵皮的產生。該產品能有效解決現行熱成形裸板的高溫氧化問題，避開拋丸工藝，可以制造汽車大型薄壁零件，突破了國外Al-Si涂層技術的“卡脖子”問題，使熱成形零件制造更綠色、更低碳。

該產品打破了乘用車領域國外Al-Si 涂層專利技術壟斷的局面，現已在攀鋼實現百噸級量產，制造出的乘用車熱成形零件表面質量、涂裝、焊接性能均達到車企認證標準，并具備更高的韌性與抗氫致延遲斷裂性能。

加快研發 孵化產業

2023 年10 月，北理工重慶創新中心下屬裝備輕量化技術研究所正式成立重慶數元道科技有限公司（簡稱數元道科技），由趙巖擔任董事長，他帶領公司聚焦汽車行業仿真分析領域，向產業化落地運營邁開了一大步。

目前，數元道科技已成功研發并推出智能化材料卡片開發與管理系統MatFavor，同時針對汽車行業仿真分析多種共性問題，形成定制化的解決方案。

趙巖介紹，近年來汽車碰撞法規日益嚴苛，輕量化要求越來越高，在汽車設計階段引入CAE 分析工具對汽車碰撞性能進行預測，是當下各大車企的主流解決方案。整車碰撞中零件存在高應變速率和復雜應力狀態等特點，每次碰撞涉及部件數以千計，連接關系復雜形式多樣，因此，整車碰撞變形與斷裂仿真涉及到的力學理論與工況非常復雜，技術門檻相當高，目前也被國外軟件牢牢占據。整車碰撞的幾何建模、材料建模和有限元求解器分別由法國Dassault 公司的CATIA、德國MATFEM 公 司 的CrachFEM 和 美 國ANSYS 公 司 的LSDYNA占據市場。其中，材料建模存在“周期長、精度低、成本高”三大痛點問題。

趙巖帶領團隊研發了國內首款專用的高精度材料本構與斷裂建模軟件MatFavor，實現了進口軟件替代。據了解，應用MatFavor 自動開發材料卡片僅需2 小時（傳統開發時間為15 個工作日），卡片應用仿真綜合精度達90%，卡片開發成本顯著下降，真正做到了“讓仿真快、準、省”。

最初國外競品在精度方面是領先的，但經過團隊的堅持開展大量技術攻關，MatFavor 不僅達到了同樣的精度，而且通過更優算法在計算速度上超過了國外產品。不同材料在不同環境條件下會展現出千變萬化的形態與復雜多變的物理屬性。因此，如何獲得高精度的材料模型成為行業的痛點，不僅技術門檻高，而且工作量極大。Matfavor 采用自主核心技術，可基本實現金屬材料高精度卡片的制作，同時考慮到特殊工藝路徑引起的性能變化，數元道科技又先后研發了適用于冷沖壓、壓鑄、擠壓加工等工藝的高精度卡片，可完全滿足高效化、定制化和多場景應用需求。

“非金屬材料力學特性與金屬材料沒有關聯性，其卡片相當于又要從0 開始。”趙巖道，“團隊針對其力學特性開發了描述各向異性屈服面的新型卡片，這也是國外競品的核心技術，經過各類實驗的驗證，證明我們也攻克了這一關，結果已獲得多家主機廠的認可。除此之外，還開發了連接斷裂、疲勞斷裂等模型，亦在主機廠獲得應用。”

目前，數元道科技已從材料廠、零部件廠、汽車主機廠三個維度分別進行MatFavor 的落地合作。同時，根據用戶試驗標準的不同，開發定制化的標定模塊，解決了國內汽車企業無法實現模型參數自主求解的難題。截至目前，通過橫向技術合作創收已突破1500萬元。其中，MatFavor 軟件租售及相關的技術服務，創造產值就達1000萬元。

數元道科技專注于汽車軟件領域，后續將拓展至硬件開發，有了好的仿真技術，打造獨有的技術壁壘，就可以自主設計不少高端硬件，企業也將加快進軍高端檢測設備、制造設備領域，從創收千萬到破億，或許只是一步之遙。

如今，公司已與長安汽車、吉利汽車、首鋼及中信金屬等數家頭部企業簽下了10 余項橫向技術合作協議，創收突破1500 萬元“關口”。他們從10 余人的初創團隊到公司化運營，這是一次質的飛躍，對自己、對團隊而言，都是一次蛻變。

這個世界唯一不變就是改變，隨著科技發展更新迭代的加速，新一輪汽車工業大潮浩浩而來，趙巖和團隊將繼續在汽車輕量化領域攻堅克難、砥礪前行，以科技創新賦能產業，以產業應用創造未來，推動我國汽車工業創新發展。