方太:有一种勇气叫“从零到一”

来源:hao123百家号     时间:2022-06-06 11:43:35

用航天科技温柔人间烟火。

文丨华商韬略 黑森林

1960年秋天的一个下午,中国科学院力学研究所的操场上,爆炸声响起,一块钢板瞬间被炸成了个凹下去的小碗。

只见钱学森走入场内,亲手把小碗举了起来,因为它关系到接下来的一项国家重大任务:

制造火箭发动机的重要部件——拉瓦尔喷管。

拉瓦尔喷管很薄,两头大中间小、结构复杂、体积巨大,是火箭超音速气流生成的关键组件。

彼时国内机械加工技术不足,钱学森创造性地提出用爆炸压力使喷管成形。顶着外界怀疑,摸索足足一千多个日日夜夜,中科院力学研究所的研究人员小心翼翼、一点一点精准掌控爆炸效果,成功炸出了形状复杂、精度极高的拉瓦尔喷管,以及爆炸力学这一新兴专业。

中国航天事业的腾飞,是奇思妙想与千锤百炼的强强联合。

六十年后,中科院力学研究所与厨电科技企业展开跨界合作,把这项国之重器的制造技术送入了寻常百姓家。

【水滴石穿,创新从底层技术开始】

今天,航天科技在生活中可以说无处不在。

摩丝喷发胶、强效纸尿裤、冻干食品、红外测温、渗透净水、烟雾报警等等无不是源自高大上的航天领域,从底层技术带动行业风向,默默支撑起便利舒适的现代生活。

但在很多事情上,这种跨界创新还有不少无人区,比如洗碗机。

洗碗机并不新鲜,三十年前就从西方传到中国,但是东西方饮食文化有别,沿用西方的技术路线,并不能很好地清洗干净中式重油污餐具,至今没能普及,家庭渗透率仅2%。

▲西方最初发明的洗碗机容量小而体积笨重

发达国家能源价格相对低,而且是分餐制,餐盘少、餐具形制单一,不是餐餐都需要洗,用纯水慢慢冲洗两三个小时都没关系。

这样的洗碗机来到中国,自然水土不服。

所有人都知道要创新,但行业现状是,大多数产品创新总是停留在喷淋臂的角度、喷嘴数量排列、水温水压等浅层次,本质是清洁力不够的核心问题没解决,产研机制无法良性循环。

早在2019年,在海量专利支持下,方太洗碗机就已经能轻松解决大多数餐盘果蔬污渍,但为了彻底攻克所有“中式重油污”清洗场景,比如蒸蛋碗、锅巴底、火锅牛油等等,方太的工程师们继续绞尽脑汁。

方太集团洗碗机产品线总经理徐慧说:

“我们认为要真正地在洗碗技术上做到突破还是要关注底层技术。”

当时方太洗碗机采用了一种叫“超声波空化”的技术,利用水中的无数个小气泡爆裂的空化效应来清洗果蔬。

“水滴石穿”的现象所有人都见过,但很少有人知道真正破坏石头的不是水本身,而是水滴溅射时那一瞬间的空化效应。

为了改进这项技术,方太从潜艇水下清洗技术中捕捉灵感——空化射流。

因为在高速空化射流下,不断炸裂的数以千亿计刚性气泡,能够扩散堪比子弹出膛速度的微射流冲击,对碗盘展开2.7倍于纯水的冲击覆盖效果,黏性再强的蛋白质、再顽固的油脂也在顷刻间土崩瓦解,连结构复杂孔洞无数的“蜂巢”都能一扫而净。

这就是方太自主研发的高能气泡洗清洗技术,也是一次勇闯无人区的创新。

“所谓的跨界也不是简单的拿来主义。”

2016年,徐慧带着团队刚刚开始攻关“空化射流”,也明白把这项服务于万吨巨轮、石油钻井的技术微缩到碗碟方寸之间,看似原理相同,实则谁也不知道“大炮打蚊子”能不能行。

比如,洗碗机小小的空间里,如何找到最佳的平衡位置,让“空化泡”在到达碗碟位置时爆炸形成最大的冲击力,就要考虑起气压、水流、流速、空泡间隙、气泡成长速度等等几十个变量,难度实在太大。

“当时希望借鉴一些案例,但是发现这个技术在民用领域还没有先例。”

“我们跑了全国的许多家高校,很多,很多人都和我们说这个想法几乎不可能。”

没有参考,方太的工程师只能在不断跌倒和爬起中度过了两年多时间,直到在一次偶然中发现喷射工艺的小改进可以形成局部高速细流,因此大受启发。

徐慧说,当时她兴奋到睡不着觉。

通过直驱系统为水流定量补气,以局部负压配合高速水流,方太终于研发出了夹杂无数空化泡的高能气泡洗技术,不但洗得更快更彻底,还更节水省电。

2021年,方太拿着这套自主研发的方案,敲开了中科院力学研究所的大门——这个由钱学森亲手创立的国内力学科研顶级殿堂。

在这里,经过一次次测试,高速摄像下,高能气泡洗的优越性成了双方的共识。

中科院力学研究所出具的盖章认证的权威检测报告,不但宣告方太以往单纯的水洗升级为水气混动的气泡洗,带领行业进入了气泡洗的2.0时代,也拉开了双方更进一步课题合作的序幕。

【数字孪生,紧跟时代的工匠精神】

在最开始,对于把空化效应放在洗碗机里会有什么结果,中国科学院力学研究所实验室主任郭亮博士心里其实也在不断打鼓。

随着课题的深入,在一次次观测高能气泡的产生和溃灭过程后,郭亮博士不但认可了高能气泡洗的价值,还进一步发现,气流与液体在力学中都属于“流体”,而用于航天发动机的拉瓦尔喷管能够在出口形成超声速气流,与方太洗碗机新式喷淋结构非常相似。

▲拉瓦尔喷管结构

于是,嫁接火箭喷管的技术来进一步提升洗碗机空化效应的灵感涌入郭亮脑海。

但跨越式创新的背后,也意味着技术落地难度的倍增。

为此,中科院力学研究所祭出了科研杀手锏——数字孪生。

数字孪生是什么?

让我们把视线拉回到1970年4月13日,离地球33万公里的外太空。

当时阿波罗十三号飞船即将进入月球轨道,突然舱外氧气罐爆炸,舱内电力中断、维生系统无法运转,宇航员却两眼一抹黑,搞不清楚状况,只能在无尽的黑暗中等待死亡降临。

时间一分一秒流逝,远在地球的指挥中心,迅速启动了地面一比一仿真模型,配合飞船从33万公里外传回的数据,进行了上百万个零件与参数的模拟测试操作,短时间内找到了事故原因与应急逃生办法,然后发送给宇航员,成功脱险,最终安全返回了地球。

这次太空救援背后的一整套计算机模拟体系,成为了人类数字孪生技术的源头。

经过半个世纪的发展,随着计算机三维建模技术不断成熟,数字孪生在航天航空等高端制造领域大放异彩。

比如,英国罗罗公司打造的发动机数字孪生体,能同时分析上万个参数,以每秒十万个样本模拟叶片震颤测试,效率之高叹为观止,不负世界航空发动机制造商两强的威名。

在中国中科院力学研究所,数字孪生技术应用到了拉瓦尔喷管设计中,将当年旷日持久的研发测试工作进化成为了多快好省的数字仿真模拟,极大提高了研发效率,也提升了喷管的综合效能,为天舟系列货运飞船立下汗马功劳。

麻雀虽小,洗碗机喷嘴结构设计同样也是一个系统工程,既要考虑水流的压力,也要考虑空气混合比例,还要考虑在多达17个喷嘴情况下,彼此影响的效果。

此外,在极其有限空间内,如何平衡空化射流的威力、噪音、清洗效果?如何调整洗碗机喷管与水流系统中其他位置的水流效率变化关系,保证整体最优?

这一切都要测试了才知道。

如果人力一点一点做实验,打样,测效果,不但工作量太大,而且难以保证找到“最优解”,甚至只能靠运气去碰。

所以郭亮博士借鉴火箭喷管设计的思路,为方太洗碗机设计了如出一辙的数字孪生模拟方案,综合模拟多孔喷射喷口的运行,分析各种参数值结果,一步步优化,持续逼近最佳方案,最终让空化效应提升了一倍以上。

▲数字孪生技术,为最优清洗效果赋能

传统上,我们说“工匠精神”,往往是赞扬工匠终其一生把一件简单的事情做到极致的坚持。比如方太的一线工人在手工打磨水槽洗碗机的槽体时,手中角磨机的使用力度、角度、转速、磨盘大小,都有着严格的要求,最后还要刻上工匠个人的印章。

而数字孪生同样代表着“有限时间内穷尽一切可能”的现代高精尖的工匠精神。

无论是传统手工打磨槽体还是与航天技术同源的高能气泡洗,一直以来,方太都在企业内部推行工匠文化,打造工匠精神,再简单的工序、再难的问题,都力求极致与完美。

唯有如此,才能把创新当作一种没有止境的修行。

【从零到一,把论文写在大地上】

2011年,方太洗碗机研发团队正式组建,目标是研发出更适合中国家庭的产品。

瞄准中国厨房洗碗机安装复杂、使用不便的痛点,方太决定开发全球第一款水槽洗碗机,担子落在徐慧和当时寥寥数人的团队肩上。

工程师们走访了大江南北25个城市的1000多户家庭,行程十万公里,还邀请其中25位顾客共同参与设计、研发,用上了五百多个专利。

一次次提交方案,一次次被方太集团董事长兼总裁茅忠群推翻,逼得徐慧日思夜想,走路都在思考洗碗机,一度想放弃了之。

有天开车途中,徐慧突然灵感迸发,联想起汽车的涡轮增压发动机工作原理,带着团队开发“开放式双泵”系统,配合高频超声和湍流冲击技术,实现了一餐一洗,农残的去除率高达90%以上。

方案成功通过,产品上市后大受市场好评,友商纷纷跟进,整个低迷的洗碗机行业进入了一个春天。

此时,距离立项已经整整过去五年,其间被否决的设计图纸超过了150张。

徐慧团队在前线攻坚,背后是茅忠群总结的宝贵经验:

“创新要有‘板凳愿坐十年冷’的决心,企业不能催着研发人员早点出成果,反而要在考核上给予他们足够的周期。”

归根到底,真正带来改变的创新从来不是脑袋一拍就有了,而是无数次失败与流汗后的柳暗花明。

硅谷投资大佬彼得·蒂尔说,从零到一,才是创新真谛,而从一到万,不过是一遍遍复制改进。

就难度而言,后者是一马平川,前者却如跨天堑。

对于和方太的合作,郭亮博士说,“我们感受最大的就是,想用前沿科技的理论和先进的算法来指导工程实践,尤其是产品的优化,是相当有难度的一件事。”

科研人员具备超强的计算能力和深厚的理论基础,习惯考虑最理想的实现方式,工程师则更擅长实际应用,时刻关注尺寸、功率、成本等约束条件,看问题角度不一样,解决思维也不一样,少不了各种碰撞磨合。

但正是有了两个团队的磨合、两种思维的碰撞,才能彼此启发,抓住一次次灵感的爆发,最终将创新落到产品实处。

正如任正非所说:“把一篇论文变成技术和标准,这是科学家和工程师的共同胜利!”

对技术创新,方太有一股不服输的轴劲,不达目的誓不罢休,而对消费者,方太秉持的是仁爱、同理心、将心比心,才能逢山开路遇水搭桥,不变初心。

当初,为了找到“不跑烟”的油烟机方案,真正还原用户感受,方太炒掉了一千公斤辣椒;为了一根小小的净水膜丝,过滤杂质还保留有益消费者健康的关键微量元素,方太愣生生用掉了两吨材料……

多年来,方太每年投入研发的资金超过销售收入的5%,持续领先传统家电巨头,还与清华、浙大、上海交通大学等二十多所高校常年开展横向研究,共建各类实验室,推动核心技术的商业化发展。单是在清洗科技领域,方太就拿下615项国内专利、142项发明专利、19项国外专利。

今年3月,方太对外宣布将与国家航天院所开展航天技术厨电应用联合课题研究,利用航天单位在空气动力学、流体力学、热能学等层面的技术优势,助力航天技术更深一步民用转化。

6月5日,正值神州十四号载人飞船发射成功,方太联合国家航天局新闻宣传中心及央视新闻推出《厨房里的航天课》特别直播节目,让人们感受到了航天技术的深邃魅力与普惠烟火人间的亲切。

科研领域浩如烟海,方太秉持着“为中国家庭需求而研发”的理念,与中科院“论文写在大地上”的口号异曲同工,相融共洽,才能实现“从零到一”的跨越,在科技海洋中发现中国人最需要的创新。

《论语》中有句话叫:智者不惑,仁者不忧,勇者不惧。

这大概是“方太式创新”最好的总结。

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