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马斯克的创新设计理念:最好的零件是没有零件,最好的工艺是没有工艺

2年前浏览3578

作为传统行业的搅局者,马斯克常常有天马行空、脑洞大开的创意,在技术上的突破让我们“目瞪口呆”。

最近,特斯拉宣布了一项新技术:用超级压铸机把Model Y中70多个零件减少为1个零件,大家又一次被特斯拉的创新精神折服。

我们说起增材制造,经常会提到它区别于传统工艺的优势是可以实现整体化结构设计与制造。本期优化讲坛,我们来探讨一下特斯拉是如何基于“传统工艺”实现结构一体化的。

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压铸是一种金属铸造工艺,原理类似于注塑成型,它是将融化的金属施加高压,注入模具的腔体内,以铸造出需要的形状,其模具通常是用强度更高的合金打造而成。

压铸工艺的生产效率高,能在短时间内将高速高压金属液压入模型中,而且可以制造出造型复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的零件。另外,压铸出的零件其表面粗糙度可达Ra0.8-3.2μm,表面足够光滑,基本不用再进行机加工。

但是压铸工艺并非没有缺点,首先,大型压铸机和压铸模具很昂贵,如果没有大批量生产带来的规模效益,那么车企很难承担其综合成本;由于压铸机锁模力及装模尺寸的限制,很难压铸大型压铸件;由于高速填充,快速冷却,型腔中如果气体来不及排出,气孔及氧化夹杂物存在则会降低压铸件质量。

如今采用铝合金车身的产品上经常会见到压铸工艺。但是,如特斯拉这样大范围使用压铸工艺的车很少见,甚至Model Y可以算是独一份,其一体式压铸零件覆盖了后车体的大部分。

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特斯拉CEO埃隆·马斯克曾在媒体采访时承认,Model 3复杂的车身制造工艺影响了工厂里的自动化生产效率。因此,在设计Model Y的车身结构时进行了针对性的改进,而提升效率的关键之一就是一体化结构的铸造工艺。

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特斯拉与意大利IDRA公司的通力合作,打造了尺寸规模大到足以压铸出Model Y后车体的压铸机,解决了尺寸限制问题。这款压铸机长约20米,高约5米,重达410吨。

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超级压铸机

众所周知,以往生产一台汽车在车架生产和压铸过程中,不同的压铸部件需要使用不同的压铸机。然后,工人或机器人系统会将每台压铸机压铸出来的部件组装或固定在一起形成一个车架。

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一体成型的车架,省略了以往大部分需要机械臂焊装拼接的过程,使得整个车身更加完整,安全性也得到了提升。

更为重要的是这样的工艺减少了装配车间,能够大大降低 制造成本,特斯拉认为这样的设计能够“减少生产时间、运营成本、生产成本、工厂占地面积、工厂运营成本、工具成本、以及设备数量”。

传统的汽车厂商建造四大车间--冲压、焊接、涂装和总装,通常要花费数年时间,而马斯克在遇到产能瓶颈时,直接搭了个棚子就开搞了。

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这顶临时帐篷,就是特斯拉的生产线。马斯克亲自驻守特斯拉弗莱蒙特工厂,24小时督战,喝拉撒都在里面,让特斯拉的周产能快速飙升至5000辆。

特斯拉CEO埃隆-马斯克(Elon Musk)在大肆宣传即将在德国制造的特斯拉Model Y时声称,这将是“汽车车身工程的一场革命”

马斯克2019年在接受采访时说过的一段话:

“The best part is no part, the best process is no process,” Musksaid. “It weighs nothing, costs nothing, can’t go wrong … The thing I’m most impressed with when I have design meetings at SpaceX is, ‘What did you undesign?’ Undesigning is the best thing. Just delete it, that’s the best thing.”

"最好的零件是没有零件,最好的工艺是没有工艺,"马斯克说,“它没有重量,没有成本,永远不会出错...最让我震惊的是在SpaceX开设计会议时问:‘你没有设计什么?’没有设计是最好的,直接删除它,这是最好的”。

作为一名以结构优化设计为毕生事业的设计师,我十分喜欢马斯克的这一番话,让我来狗尾续貂一下:

最好的加强是没有加强——当我们在冥思苦想最好的加强结构时,我们是否可以跳出固有思想的桎梏,想想是否不需要这些加强结构。

最好的装配是没有装配——千方百计去设计分离面和装配,不如考虑把零部件都合并到一起,从根本上消除紧固件。
最好的设计是没有设计——当困在某个设计细节无法自拔时,何不跳出条条框框的限制,直接把结构或细节去掉。推倒重建,可能会发现不一样的天地。
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首次发布时间:2021-10-27
最近编辑:2年前
增材制造创新设计
博士后 | 高级工程师 更轻更强更优,创新无止境
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