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我的十年陀飞轮研发历程
 
来源:《钟表》2014年第5期 | 时间:2014-10-31  | 作者:本刊特约撰稿人 曹维峰




作者自述:

我今年36岁,高级工程师,天津大学仪器仪表专业硕士研究生,为天津市“131”创新型人才工程第一层次人选。2003年7月我入职天津海鸥表业集团有限公司技术中心,从事机械手表机心研发工作11年。现任高档机心创作二室主任,现工作于博士后工作站。主要研发方向是高档复杂陀飞轮机心与新材料的应用等课题的研究。设计研发的产品获得了国家发明专利5项、实用新型专利8项。申请了3项PCT国际专利,其中1项于今年陆续获得了日本和德国专利局的授权。

我把自己从2003年进入海鸥表厂到2013年,整十年的时间分为了三个阶段:

1. 从2003年到2004年的学习阶段;

2. 从2005年到2008年的成长阶段;

3. 从2009年到2013年的成熟阶段。


学习阶段

我的本科专业是自动化,学过的机械知识十分有限。但我自小就很喜欢机械,特别是我的母亲就是海鸥表厂的老员工,耳濡目染让我对表有了很深的印象。2003年7月1日党的生日那天(感觉很有纪念意义),我进入海鸥表厂。而后,我被安排进入前方车间实习体验。这对于要成为一名研发技术人员来说深入生产一线是一门必修课,通过一线的学习可以了解到机械表机心的每一个零件都是怎么做出来的,最后怎么组装成为一枚合格的机心。下到一线的时间不是很长,但这确让我在日后从事机心研发过程中,有意识的走进车间多学习,多见识,特别是跟有技术功底的老师傅们取经。

实习结束后,我正式进入技术中心开始从事产品研发工作。我很荣幸地跟随我的师傅——现任技术中心副总工程师、天津市劳动模范、享受国务院特殊津贴的专家周文霞学习机械表机心的研发设计。周工毕业于天津大学计时专业,业务能力相当突出。同时,有好几位虽然退休多年,但是对产品研发还富有一腔热情的老一辈高级工程师,教授了我非常富足的专业机心设计理论知识和零部件的制造经验。每一位前辈就好像宝库一样蕴藏了让我受之不尽的财富,而我对他们充满了敬仰之情。他们给予我的不只是知识和经验,还有更为重要的那份做技术的执着与坚持精神,为了自己的理念奋斗的态度,更让我感觉受益匪浅。

在这个阶段,我基本上都是以学习为主,学习包括两个方面自学和跟师傅们学习。我深感对机械表的理解很肤浅,所以找来了大学机械专业相关的书籍恶补基础知识,来弥补自己的知识储备。配合师傅做机心设计项目,虽然都是其中的某一个部分,但是点点滴滴的积累都是自己要学习的。遇到了想不明白的,就去请教那些老师傅们,设计方面的请教设计研发前辈,加工方面的请教资深的技师。



我接触到的第一款陀飞轮产品是海鸥ST8001


成长阶段

经过近两年的工作实践,尤其是在周工与各位前辈的指导下,我对机心的设计流程和技巧基本掌握。2005年初,我在师傅的授意下,开始独立做设计任务。虽然给我的这些项目不需要多么复杂的设计,但是再简单也需要完整的设计流程。我想这是磨砺自己的必经之路,不能因为简单而懈怠,不能好高骛远,必须要脚踏实地,这是我始终要坚持的。



我设计的第一款海鸥陀飞轮产品ST8003



我设计的第二款海鸥陀飞轮产品ST8006

从2005年下半年开始,我参与了海鸥核心技术陀飞轮的换代产品——同轴式陀飞轮的研发工作。这次是我首次全面接触陀飞轮技术的研发,虽然当时只是负责图纸的绘制,但是出于个人对技术的热衷和强烈的求知欲,我把陀飞轮从理论的计算到项目方案的确认,完整的研发过程都熟悉了一遍。



我参与设计的海鸥陀飞轮产品ST8260

到了2006年,我又参与了海鸥双陀飞轮产品的研发,这是海鸥首次研发复杂款陀飞轮产品,其难度比较大。前后做了三次样品试制,直到2007年才成功做出来成品。2008年,海鸥在瑞士巴塞尔国际钟表展上推出了双陀飞轮机械表受到了广泛的好评。只是这次展会出现了一次危机,瑞士制表大师对海鸥双陀飞轮的核心技术提出了专利质疑,认为有侵权的嫌疑。经过裁判委员会的专家仔细核对,最终得出未侵权的结论,海鸥赢得了这次具有历史意义的诉讼。



我参与设计的海鸥陀飞轮产品ST8080

而后,我经历了三次充实自己的学习机会:

1. 2008年4月到2010年10月,我在天津大学攻读硕士学位,专业是仪器仪表工程,最终以一篇题为“陀飞轮机械表的分析与改进”毕业论文完成了学业。近两年的学习历程为我打下了坚实的理论基础,让我学到了很多当今前沿的科技知识;

2. 2008年7月至8月,我参加了由西安轻工业钟表研究所的老师们为海鸥的全体技术人员进行了手表知识的培训。通过这次非常系统的培训,我把手表基础理论、材料、标准等内容都熟悉了一遍;

3. 2009年下半年到2010年上半年,我被选派参加了由天津科委组织,河北工业大学举办的“创新工程师培训班”。将近一年时间的培训,让我学到了在世界上非常流行,在国内起步不久的“发明问题解决理论”。此理论让我了解到原来做创新也要有理论方法做强有力的支撑。这次培训为我日后取得了多项创新成果起到了至关重要的作用。

在这个阶段,我所思考的问题是,什么是创新?如何做到创新?怎样才可以真的突破钟表王国瑞士的专利壁垒?我得到的答案是:首要是夯实自己的知识储备,踏踏实实的把专业知识学好,并且再深造学习更多的本领域知识以及非本领域知识,拓宽自己的视野。


成熟阶段

到了2009年,我进入了第二高档机心创作室,作为主任带领自己的团队进行项目的研发工作,主要的研发方向是高档复杂陀飞轮机心的研发与新材料的应用等课题的研究。2010年“海鸥”迁入新建成的工业园,同年我与我的团队被调入新成立的博士后科研工作站工作。我们所承担的重点项目中有以下几项(这些项目的研发目的都是为了提升手表的走时精度而设定的,并且都很具有挑战性,这是我最喜欢做的):

1. 与香港中文大学合作研发MEMS技术在机械手表中的应用。采用这项新技术制作对磁场免疫,同时几乎不会受到温度变化影响的硅游丝。2009年开始做这个项目,大家精诚合作,克服了众多技术方面的难题。通过多次试验,修正游丝的细微尺寸,此项目取得了可喜的进展。目前,搭载硅游丝的陀飞轮机械表机心处于调测阶段;



海鸥硅游丝无卡度摆轮游丝系统陀飞轮

2. 研发先进的无卡度摆轮游丝系统。摆轮游丝系统相当于手表的“心脏”,而无卡度结构克服了原有有卡度结构的弊端,可以将机心的走时精度进一步提升。2009年此项目开始研发,属于机械表的基础研究,需要理论方面的精密计算,还需要结构的绝对合理性,稍有误差就会导致失败。2011年,此技术已经基本成熟被批量生产,搭载于ST8260W陀飞轮机心上,并且获得国家实用新型专利的授权——“手表的可调节摆轮ZL200920250256.2”。截止到今年,海鸥已经推出多款搭载此先进技术的陀飞轮产品。



海鸥无卡度摆轮游丝系统陀飞轮产品ST8260W

3. 2012年研发成功了ST8550行星双陀飞轮机械表机心。此项目于2010年开始策划,核心技术是已经获得国家发明专利的授权——“一种带有既自转又公转的陀飞轮机械手表CN101446799B”。它的创新点是两个陀飞轮被放在了可以旋转的平台上,既以每1分钟/周的速度自转,又在转盘的带动下以12小时/周的速度公转。陀飞轮内部的调速机构运动轨迹更加复杂,又结合了双陀飞轮平均误差的技术优势,让此款手表的走时精度可以提升。此技术于2010年申请了PCT国际发明专利,2014年获得了日本发明专利授权——专利号JP2011544767,同年又获得了德国发明专利授权——专利号DE112009000624T5;



海鸥ST8550行星双陀飞轮机械表机心



海鸥ST8550行星双陀飞轮机械表效果图

4. 2010年开始研发设计的ST8520双轴立体陀飞轮机械表机心,于2011年完成了图纸的绘制和审核,2012年开始样机试制,2013年3月第一只样机试制成功。此技术的创新点是陀飞轮实现了二维立体空间旋转,运动轨迹变得更加复杂,可以更好的减少由于地球引力所导致的位置误差,提高手表的走时精度。此技术于2013年获得了国家发明专利的授权——“一种机械手表的双轴陀飞轮机构CN102809919B”。我根据自己的设计理念为这款双轴立体旋转陀飞轮起了一个名字“奇翼陀飞轮1号”。



海鸥ST8520“奇翼陀飞轮1号”机械表图

5. 2012年以双轴陀飞轮技术为基础,研发出ST8530三轴立体陀飞轮,于当年完成了图纸绘制和审核。于2013年开始试制,2014年3月第一只样机试制成功。此技术将陀飞轮的运动轨迹从二维的柱状立体旋转转变为三维的球状立体旋转,调速系统的运动轨迹复杂度会更为提高,手表的计时精度会随之更进一步提升。此技术于2014年申请了国家发明专利——“一种机械手表的三轴陀飞轮机构CN103412471A”。



海鸥ST8530“奇翼陀飞轮2号”


结语

作为海鸥人十年,我由浅至深地认知了机械手表的技术内涵和无尽的拓展空间,让我从开始的无聊乏味到后来的沉醉痴迷,从本职工作到兴趣爱好,深刻地体会到研究技术、传播技艺带给我的无尽快乐。我想既然选择了这个行业,就要责无旁贷、义无反顾地沿着这条路坚定地走下去。我会继续努力,奋发图强,创造出更优秀的成果。

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