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研发要解决什么问题?

已有 1549 次阅读 2023-12-16 12:00 |系统分类:观点评述

时有人问,某种技术很成熟了,还有什么可研发的?这种问题不只有外行才问得出来,有些懂技术的人也困惑。之所以有“成熟,没什么可研发”的错觉,估计是某种技术已存在很长时间,或者其原理已为人共知的缘故。其实并非如此,下面用汽车发动机和天平两个例子来说明。

现代四冲程发动机是清朝同治二年(1862年)德国工程师奥拓发明的,由吸气、压缩、膨胀、排气四个冲程构成,这个原理初中物理就学过,原理虽简单,解决密封问题都花了几十年时间,时至今日也没完全解决,据《美国增长的起落》一书的描述,五十年前的汽车停放一晚漏出来的比今天行驶一天排出的污染物还多。

100多年来,几十上百万工程师研究发动机不是发明新原理,而是让奥拓循环原理工作得更好。通俗地说,就是让发动机更有力量、更省油、更安静、更可靠、成本更低,要达到这些目标,工程师简直要解决无穷无尽的问题。

比如增加活塞行程可以让发动机更有力量,但增加行程会引发一系列问题,如活塞和缸壁磨损更严重、离心力更大(导致更振)、曲轴制造难度更大,为解决这些问题采用的技术又会带来新的问题,比如增加润滑可以减少磨损,但增加润滑又要解决润滑油的过滤、密封、泵送等问题,解决这些问题又会引发新问题,如此循环。

又比如增加缸径也可以让发动机更有力量,但增加缸径会引发爆震,这要通过优化燃烧室、喷嘴、喷油方式等来解决,像经济学边际效用原理那样,任何单一技术都有效用极限,解决一个问题,往往需要组合多种技术,除优化燃烧室、喷嘴、喷油方式外,从燃油做文章也是解决爆震问题的途径之一,这就是929598牌号汽油的来由,数值越高,辛烷值越高,抗爆震能力越好。现在豪华车大多数用高压缩比、大缸径、短行程发动机,这种强劲的豪华发动机容易爆震,除发动机本身采用很多防爆震技术外,还要求加高牌号燃油,事实上是把发动机部分研发成本转嫁成客户使用成本上。

天平的工作原理是杠杆原理,这是初二物理课本知识,小卖部用的秤杆和科学实验用的精密天平都是同样的杠杆原理,粗糙天平木工师傅就可以做,精密天平是高科技仪器。

根据杠杆原理,一端的力乘以力臂等于另一端的力乘以力臂,所以要制造出精密的天平,就要制造出精密的杠杆,制造精密杠杆需要精密的机床、精良的工装、精湛的技艺、这些都需要优秀的团队来完成,卓越的团队必然要有卓越的领导人和优秀的企业文化。《光刻巨人:ASML的崛起之路》一书的作者认为,光刻机巨头荷兰阿斯麦的成功主要在于卓越的领导力,良好的团队精神,以及注重听取客户意见的企业文化,核心部件绝大多数是买来的,比如镜头买德国蔡氏的。

除制造出精密杠杆,还要在使用过程中保持精密,这就要求杠杆使用过程不能出现磨损、氧化、变形、热胀冷缩等问题。

比如,为了获得耐磨的杠杆,一般用优质低碳合金钢加渗碳淬火处理,淬火是一种将材料加热,使金相组织奥氏体化,再快速冷却,将奥氏体转化为坚硬的马氏体组织的热处理工艺。冷却过程不可能把所有奥氏体变成马氏体,有一部分奥氏体会残留下来,奥氏体在常温至零下几十度还会慢慢地,自发地向马氏体转变,因为奥氏体和马氏体的密度不同,所以奥氏体转化为马氏体过程体积会改变,水结成冰体积增大的道理一样,由此可知,如果残余奥氏体过多,杠杆就会慢慢伸长,精密天平逐渐变得不精密。

残余奥氏体又不能过少,过少会引发脆断和其它问题,于是残余奥氏体多少为合理?工艺上如何保证达到这个数值?这就是研发要解决的问题,杠杆支点的摩擦力也会影响天平精度,如何减少支点摩擦力?所以精密天平的核心技术不是杠杆原理,而是如何让杠杆原理跟现实吻合。

事实上,绝大多数技术研发都不是研发新原理,而是让众所周知的原理工作得更好,外行人不懂不要紧,研发人员,特别是研发负责人学点科技史和科技哲学还是很有好处的。




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