如何讓高鐵安全地停下來？這家公司“十年磨一片”，背後的故事不簡單

時速300公里的列車停靠在站台上，穩健平滑、乾脆利落，乘客幾乎聽不到什麼噪音……

過去十多年，讓疾馳的高鐵列車安全停下的制動閘片，成為北京天宜上佳高新材料股份有限公司創始人吳佩芳和她的團隊為之不懈奮鬥的目標。

天宜上佳的智能生產線現場

八年前，作為高鐵核心零部件的制動閘片，中國還只能從國外進口。

一年前，作為我國時速350公里、250公里“復興號”制動閘片的第一方案供應商，中關村企業天宜上佳成功上市，成為科創板首批企業。

今年11月初，一條高鐵閘片智能製造生產線在北京房山建成，我國高鐵閘片生產從此將駛上智能化、自動化的“快車道”。

“生命保護神”要由自己掌控

摩擦係數0.36，制動曲線非常平穩！測試儀器上的數據，引起了一陣熱烈的掌聲。

吳佩芳至今清楚記得，那一天是2010年5月26日：在實驗室研製成功後，他們的剎車閘片順利通過了為期一週的台架測試。這意味着，她的一隻腳已經踏進了成功之門。

在創辦天宜上佳公司之前，吳佩芳已經與摩擦片打了數十年交道。上世紀80年代初，20歲的吳佩芳來到機械局下屬的北京摩擦材料廠工作。由於敢想敢幹、技術過硬，她從一名剛畢業的基層技術員被破格提拔為廠長助理，24歲時就已成為北京摩擦材料廠副廠長。此後，她還擔任過北京超硬材料廠廠長，涉足超硬材料領域。在這期間，吳佩芳接觸、學習、研究用於工程基建和飛機等領域的摩擦材料，一干就是20多年。

吳佩芳（左二）在展示閘片核心部件摩擦塊。

2009年，吳佩芳開始了創業之旅。基於多年飛機和工程機械剎車片的研發經驗，吳佩芳將目光放大至整個交通領域。

她關注到，國內鐵路市場的前景非常廣闊，從當時的“四橫四縱”到“八橫八縱”，中國鐵路版圖不斷擴大，但作為高鐵列車關鍵零部件的剎車片，卻只能依賴進口；而高鐵作為當時國家大力扶持發展的新興產業，藴藏着巨大的機遇。

2009年11月，吳佩芳註冊成立“天宜上佳”，公司註冊資金1000萬元，正式踏上了高鐵剎車片的獨立投資研發之路。

一定要生產出中國人自己的高鐵剎車片，讓“生命的保護神”不再被人掌控！目標令人振奮，但實現起來並非易事。鐵路人常説，“不怕車跑不起來，就怕車停不下來”，讓重約500噸、處於高速運行的動車安全有效地停下來，離不開制動系統，制動系統也當之無愧成為高速列車動車組九大關鍵技術之一。

高鐵剎車片的質量如何，直接關係到高速運行的列車能否及時減速和停下來。而在當時，能夠直接生產高鐵製動系統和剎車片的只有德國、法國和日本等少數國家，其中德國克諾爾公司在全球市場的壟斷地位無人能敵。

為什麼這麼難？

高鐵剎車時，車身會產生巨大的慣性，由此帶來的巨大動能通過摩擦轉變成熱能，剎車片温度瞬間能升高到1000℃左右。這就要求剎車片不僅要承受1000℃左右的瞬間升温，還要在巨大力量的拉扯下不能有絲毫變形，且鑲嵌其中的金屬塊不能出現絲毫鬆動。這對產品的材料、製造工藝等的要求都極高。

可是，如果長期無法實現這一技術的國產化，那無異於將高鐵製動的重要命脈，拱手讓給了別人。

勝利在於“再堅持一下”

雖然吳佩芳曾經有過製造飛機閘片的技術基礎，但飛機閘片和高鐵閘片之間的差異，絕對稱得上“一個天上一個地下”。

“飛機起飛、降落的速度約為270公里/小時，高鐵的最高速度可達到350公里/小時。飛機的總重量要分載到所有機輪上，再分載到每片閘片；而高鐵是一個轉向架和四根車軸，一根軸上只有兩個制動盤，8輛車組的軸要承擔500噸的重量，並且高鐵長時間在軌道上行駛，經常會觸發閘片介入工作。從單位受重來看，高鐵的閘片負荷遠超飛機。”吳佩芳説道。

如若沿着開發飛機剎車片的傳統思路走，根本走不通。事實證明，這正是國內許多研究者開發速度緩慢的原因。

“十幾個人、七八條槍”。成立之初，吳佩芳將公司全部的人力、財力、物力都投入進了技術攻關。無數個日日夜夜，公司研發人員全部窩在幾十平方米的實驗室裏。實驗數據不理想，從頭再來！材料、設備、工藝，完全依靠自己摸索，自己配製。同樣的實驗，吳佩芳和同事們重複了數萬次。

註冊資金1000萬元很快就花完了，卻遲遲得不到理想的結果。當公司賬面只剩下13000元的時候，“女漢子”吳佩芳也忍不住哭了。為了維持公司正常運轉，她向親戚朋友借款，到處尋找合作伙伴，甚至把自己的房產都抵押出去……

“最後的勝利往往就在於‘再堅持一下’。”屢戰屢敗，但屬牛的吳佩芳有一股認定方向就不輕言放棄的韌勁兒。以多年從事粉末冶金專業研究的經驗，她知道自己正在一步步接近成功。

粉末冶金閘片TS588A/32

在人們全家團圓、盡享天倫之樂的春節假期，吳佩芳仍在堅持做實驗。大年初二，當她像往常一樣來到實驗室，看着“減重”一欄的實驗數據時，突然怔住了，這正是幾個月以來孜孜以求的實驗結果！

成功了！實驗成功了！經過了數萬次試驗，數萬次失敗，摩擦係數、耐熱性、使用壽命……一個個難題終於被攻破了。

天宜上佳高鐵剎車片的成功研製並推廣應用，使我國成為世界上少數幾個能夠生產高鐵剎車片的國家之一，並且迫使進口剎車片價格降低30%，為鐵路運營節約了大量成本，有力地保障了國家鐵路的戰略安全。

兩場大雪帶來的機遇

閘片雖研製成功了，吳佩芳卻面臨着新問題。面對全球市場佔有率極高、產品已在一線使用多年的國際“前輩”，天宜上佳這個“新人”，憑什麼被使用單位青眼相待？

一場極端天氣的考驗來了。

8年前那個寒冷冬天，一件怪事震動了鐵路圈。2012年底，世界緯度最高的高寒高鐵線路哈大線開通。此後，東北連續下了數場多年罕見的暴雪。在回庫檢查中工作人員發現，列車制動系統中的制動盤出現了深深的劃痕，剎車片上則出現了一團一團的金屬絮狀物——剎車片出現異常磨損，行車和運維安全面臨威脅！

鑑於問題的嚴重性，鐵路主管部門責成車輛供應商儘快拿出解決方案。而當時為哈大高鐵提供閘片的國際巨頭企業，從未遇到過這樣的極端高寒情況，他們給出的答案是“無解”。

吳佩芳敏鋭地意識到，這是可怕的“金屬鑲嵌”。這樣的怪事，在幾年前就曾出現過：當時京津地區也下了一場大雪，一層類似車刀牀車出的金屬絮狀物混合着雪，一團團地粘在京津高鐵的閘片上。

當時，還未正式涉足高鐵閘片領域的吳佩芳開始跟業內的夥伴探討，並漸漸瞭解了發生這種現象的原因。原來，列車在制動時的高温融化了積雪，而在隨後冷卻的過程中，雪水和鐵軌上的積雪裹挾着剎車片上未經排出的金屬屑形成堅硬的金屬鑲嵌物，並在運行過程中不斷擴大，在制動盤上留下了深深的劃痕。這種被稱為“金屬鑲嵌”的現象，對高鐵製動來説非常危險，很可能會導致制動盤報廢，造成剎車失靈等嚴重事故。

能不能改變摩擦塊的形態？在此之前，市面上的高鐵閘片大多由一個個帶孔的摩擦塊組成。根據吳佩芳的經驗，在乾燥的天氣下，制動產生的粉末會輕易飛散。而在雨雪天氣下，泥沙、磨削物就會積攢在孔裏，極易形成“金屬鑲嵌”。基於這樣的考慮，吳佩芳和她的科研團隊開始改良鐵路閘片的實驗。

基於此前對高寒地區閘片的研究基礎，在吳佩芳的帶領下，天宜上佳改良了合成料和摩擦塊的形態，並在最短的時間內拿出了高寒閘片樣品。

沒有劃痕！在中國鐵科院的試驗枱架上，模擬哈大高鐵的高寒積雪工況，吳佩芳的“大間隙”高寒剎車片沒有在制動盤上留下劃痕。

2013年1月，天宜上佳高寒閘片在哈大線開始裝車試驗，從冬季運行時速200公里，到夏季運行時速300公里，天宜上佳的閘片完全符合高寒地區高鐵列車的運行要求，“金屬鑲嵌”現象再也沒有出現。

國際巨頭也頭疼的難題，中國土生土長的企業自己解決了！

零下40℃的高寒地區，滴水成冰，在疾馳的哈大線高鐵上，天宜上佳的閘片常年為列車提供製動保障，擔當高鐵的“生命保護神”。從這條高鐵線路開始，我國高鐵核心零部件粉末冶金閘片正式實現自主研發，一舉扭轉了高鐵列車閘片這一關鍵零部件被外商壟斷的局面。天宜上佳成為時速350公里和時速250公里“復興號”制動閘片的第一方案供應商，躋身中國標準動車組“復興號”的核心供應商。

帶着團隊披荊斬棘的吳佩芳，也有柔軟脆弱的時候。在她心頭，一直有個難以抹去的遺憾。由於自己工作繁忙，女兒從幼兒園到大學，各個求學階段全部寄宿在學校裏。成年後，女兒去美國讀大學，吳佩芳看到女兒寫給自己的日記，紙上滿是思念媽媽留下的已風乾的淚痕。“女兒小的時候，我總是沒完沒了的忙，沒能給孩子一個有媽媽陪伴的天真快活的童年。等她有了孩子，希望我能盡力去彌補。”吳佩芳説。

為未來的“暴風雪”提早準備

鐺！去年7月22日，在上海證券交易所科創板，銅鑼敲響。淚水在吳佩芳眼眶裏打轉，“踏踏實實做企業，持之以恆搞創新，穩穩當當促增長，才是真正的價值所在。”喜極而泣的她感嘆道。

這一天，天宜上佳登陸科創板，成為我國科創板首批企業。僅以2018年的數據計算，天宜上佳人均創收接近250萬元，人均創利高達117萬元。

然而，資本市場的接納與企業經營的亮眼成績單並未讓吳佩芳鬆懈。“越是在企業經營比較好的時候，越會去想這面紅旗還能打多久？企業經營的這杆大旗，你還能扛多久？”吳佩芳説。

她必須及早下手，為未來的“暴風雪”提早做準備。

高鐵閘片行業發展已有十幾年，如今面臨的，是技術革命帶來的制動方式根本性改變的挑戰。吳佩芳預測，隨着技術進步、閘片使用時間延長，傳統閘片的市場需求量將逐漸減少。若不早做打算，這些都將成為企業長期發展面臨的危機。

今年11月，天宜上佳高鐵閘片無人智能製造生產線建成了。無人生產線，是吳佩芳帶領團隊擁抱智能製造的重要舉措。該生產線可將所有關鍵工序智能連接，實現從原材料到成品的智能化及自動化製造、檢測、裝配、包裝和物料自動配送與倉儲，全過程在線工況檢測、質量監控和製造數據收集存儲，實現設計、工藝、製造、檢測、倉儲等全面一體化管控和數據共享。

比如，在工裝環節，過去大量依靠傳統技術進行檢測的工序，如今都能夠由視覺檢測等前沿技術來完成，每一道工序都配備了智能報錯系統；每塊摩擦塊的背後都有產品質量追溯碼，掃描後即可獲知該摩擦塊的生產批次、生產人員、檢驗人員等信息，實現一鍵溯源。

擁抱中國製造的智能化浪潮，天宜上佳還在研發“EMB電機械制動系統”。這是一種新型制動形式，通過電能直接轉化為機械動作，簡化了傳統空氣制動系統的一系列轉換環節，具有設備更輕、響應速度更快、故障率更低等特點。作為新一代制動技術，它可以真正實現制動系統的全電子化，使列車智能化水平得到提升，是未來軌道交通制動系統的發展趨勢。

更智能，還要更安全。天宜上佳EMB電機械制動系統的響應速度已達到0.2秒，驅動電機的重量也相對較輕，達到原有系統重量的80%左右。“制動響應速度快了，相當於提高了軌道交通的安全係數。”吳佩芳説。

據瞭解，作為新一代制動技術的EMB系統，目前國際上尚未有成熟的產品投入運用。因此，發展EMB技術是我國在軌道交通車輛裝備關鍵系統技術上的一次原始創新，如能投入應用，將是我國在軌道交通車輛裝備關鍵系統上的一次技術引領。這對提升中國製動產品的核心競爭力，並帶領整個制動產業向精細化、智能化發展具有重大意義。

目前，天宜上佳已推出包括系列摩擦副產品、輕質軍用（民用）結構功能一體化碳纖維複合材料製品、EMB電機械制動系統在內的“三駕馬車”產品戰略，並將產品體系從單一的軌道交通領域向“大交通”擴展，從單一制動閘片向整個制動系統升級轉型。

“擼起袖子加油幹吧！”在經歷了一系列挑戰成功突圍後，高鐵閘片界的“木蘭”吳佩芳內心更加堅定。

來源：北京日報 記者：孫奇茹 通訊員：王艾艾

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