作者:李浩鸣 成舸 来源:科学时报 发布时间:2011-10-26 8:25:03
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不懈攀登 成就高铁中国造
追寻中国南车高铁技术自主创新轨迹(下)
 
□本报记者 李浩鸣 成舸
 
2010年12月,中国南车股份有限公司(简称“中国南车”)宣布,与跨国公司美国通用电气(GE)签署合资合作框架协议,后者将把中国南车的高铁动车组技术引入到美国。
 
此举被外界解读为:世界上知识产权保护意识最强的美国,在经过长达半年的审核后,认可了中国南车高速动车组的自主知识产权,中国有望从高铁技术引进国转变成为技术输出国。
 
作为我国铁路装备重要支柱企业,中国南车拥有包括铁路机车、客车、货车、动车组、城轨地铁以及牵引传动系统等相关零部件研发、制造的18家高科技子企业,拥有以高速动车组、大功率机车、地铁车辆为代表的一大批具有自主知识产权的高性能产品的研制技术,制造的铁路机车车辆和城轨地铁车辆产品,服务于中国铁路和各大城市,为交通运输发展提供了源源不断的动力。
 
扛起高速铁路发展的大旗
 
从1997年开始的10年间,中国铁路先后实施了六次大提速,从时速50公里到时速200公里,中国南车研制的机车车辆都担当领跑重任。在2007年实施的第六次大提速中,中国开始进入高铁时代。其标志性产品为时速200~250公里高速动车组。2010年9月18日,在新开通的沪杭城际高铁上,中国南车研制的新一代高速动车组CRH380A曾创造了时速416.6公里的世界运营铁路试验最高速。2010年12月3日,在京沪高铁先导段,CRH380A动车组达到时速486.1公里,再次刷新了世界铁路运营试验最高速度。
 
为满足中国乃至世界铁路高速发展需要,中国南车相继开发了具有世界先进水平的时速200~250公里动车组、时速300~350公里动车组、时速380公里动车组,涵盖时速200公里至380公里不同速度等级,以及座车、卧车不同类型,具备高速度、高安全、高舒适、高节能的特点。
 
开放式的技术创新模式成为中国南车的加速器。公司通过引进消化吸收先进技术与自主创新相结合,通过建立产学研用联合攻关体系,形成高速动车组、交流传动电力机车、大功率内燃机车和城轨地铁车辆等高端产品开发平台,并确立了在这些领域的领先地位。目前,中国南车稳定占有中国铁路市场50%以上份额,在成长性更强的高端产品市场优势尤为明显:在线运行高速动车组中的超过60%来自南车。
 
中国南车还创造了多项中国轨道交通装备出口史上的第一:中国唯一拥有电力机车整车出口业绩的企业,实现了中国内燃机车出口“零”的突破,中国南车还是中国首家向世界发达地区出口城轨地铁车辆整车的企业和中亚地区最大的铁路机车供应商之一。
 
CRH380A的成功研制首先得益于中国南车在高速动车组研发上的整体战略布局。在这个布局中,南车四方公司负责动车组总成,重点攻克系统集成技术、转向架技术和车体技术;南车株洲所和电机公司负责牵引电传动及网络控制系统,包括牵引变流技术、车辆信息控制技术、牵引电机技术和变压器技术;南车浦镇公司负责制动系统技术;南车戚墅堰所负责钩缓装置、基础制动单元和齿轮传动等技术。正是由于这个大团队的通力合作、共同攻关,高速动车组的核心技术装备均在中国南车实现自主研制,使得CRH380A动车组成为我国自主化率最高、拥有完全自主知识产权的高速列车。据不完全统计,中国南车在高速动车组方面已获得国家专利授权400多项,制定标准100多项。
 
面对中国南车在中国高铁发展过程中的骄人业绩,董事长赵小刚说,中央企业和其他企业的社会责任不一样。国家的要求就是企业的使命。中国高铁技术的发展创新是中国南车义不容辞的历史使命。
 
高铁技术创新的核心团队
 
追寻中国南车的铁路机车技术创新的历史,还要回溯到半个世纪前。
 
上世纪50年代末,为了解决以苏联H60型为原型设计制造6Y1型电力机车在运行中牵引电动机绝缘击穿和环火故障,南车株洲机车厂与南车株洲所(以下简称“厂所”)共同研究设计了1500伏4极带补偿绕组的新牵引电动机,为牵引电动机问题的解决及批量生产打下了良好的基础;为解决电力机车的调压开关触头烧损严重等故障,研制了新的20元件的调压开关以取代原28元件的调压开关,并设计试制了空心电抗器,减小了过渡电流的冲击,使运行状况大为好转;通过采用当时世界先进的硅半导体整流装置代替引燃管整流装置,试运获得成功。在这一过程中,厂所在电力机车的设计、研制和运行技术维护方面上积累了大量经验,培养了中国第一批电力机车专业人才,为国产电力机车核心技术体系的形成奠定了坚实的基础。
 
到了1984年,法国同意向中国转让直流车8K车关键技术。根据铁道部安排,厂所担任了8K车的技术承接单位,并在较短的时间内掌握了该技术,成功运用于韶山4型38号车、韶山5型车上。
 
上世纪90年代,铁道部提出研制160公里时速的机车,以厂所为依托,采用空心轴全叠片牵引、时速可达160公里的韶山8型机车在韶关试车成功。这一时期,“韶山”系列客运电力机车和“东风”系列货运电力列车成为了我国铁路运输的主力车型,也是让国人引以自豪的电力机车“中国制造”之代表作。
 
1996年6月19日,以厂所为主联合研制的“八五”国家重点科技攻关项目AC4000交流传动电力机车竣工下线。这是我国第一台交流传动电力机车。两家企业在承担研制任务的过程中,瞄准国际先进水平,经过7年连续攻关,研制获得成功。随后,以AC4000样车、广深交流传动干线电力机车等先行项目为起点,铁道部提出,全面实施铁路机车由直流传动到交流传动的“十年转换工程”。研发人员相继开发出DJJ2“中华之星”高速动车组、DJF1“中原之星”城际动车组、DJ2“奥星”电力机车等一系列电力机车、内燃机车、地铁列车、地铁电动客车等轨道交通和城轨电力机车新产品。
 
在中国铁路迈向“客运高速化”与“货运重载化”过程中,牵引传动和网络控制是最核心的关键技术之一,当时,该技术仅为西门子、阿尔斯通、庞巴迪和三菱等少数跨国公司所掌握,至今都未向我国转让。“主攻大功率牵引传动、列车网络控制技术以及核心功率器件的开发,打破技术垄断格局,并将成果推广应用以造福国家”,遂成为中国南车追求的目标。
 
2005年,中国南车组织技术专家,开展了“时速300公里以上等级动车组电传动及控制系统”项目研制,并取得可喜成果,成功解决了高速动车组“变流器功率大、体积小、重量轻”等技术难题,使变流器的功率密度大幅提高了30%, 2010年底创下世界铁路运营最高时速的CRH380A商用动车组,就装载了中国南车自主研制的牵引系统和网络控制,向世人展示了中国高速铁路技术的创新成就。
 
2008年底,在国外交流传动大功率机车核心技术几乎独占中国市场的时候,中国南车具有完全自主知识产权的7200 千瓦大功率交流传动电力机车研制成功,很快成为我国的主型交流传动电力机车。目前,该电力机车已有1000余台实现商业运营,受到用户的高度评价。
 
IGBT是一种新型功率半导体器件,是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品,也是轨道交通装备“机芯”里技术最先进、效能最突出的高端产品,全球市场被日本三菱、东芝,德国英飞凌、瑞士ABB公司等国外少数大公司垄断。2007年11月9日,中国南车与飞思卡尔半导体合作建设的微电子应用联合实验室正式成立,这是中国轨道交通领域的第一家微电子实验室。2009年,中国南车在株洲建立国内第一条小批量大功率IGBT模块封装线。2011年5月,国内首条8英寸IGBT芯片生产线落户株洲。中国南车计划投资14亿多元,用2年左右时间,在株洲建立一个具备年产12万片8英寸IGBT芯片生产规模、年产100万只以上大功率IGBT封装及测试能力的产业化基地。这意味着中国南车将打破国外垄断供应,完全自主实现电力电子器件技术,跻身世界大功率IGBT器件技术及产业化一流梯队。
 
不懈追求的持续创新领先
 
2009年6月12日,温家宝总理在不到四年时间内第二次来到中国南车株洲企业考察轨道交通装备产业发展。当得知中国南车现已拥有十大核心技术,特别是自主开发了目前世界直径最大、容量最大的6英寸晶闸管和大功率IGBT器件,打破了国外的技术垄断,成功解决铁路牵引控制技术发展瓶颈的时候,总理感慨地说:“看到了你们许多新的技术和产品,你们一直围绕高速列车动力牵引来研发具有自主知识产权的核心技术和核心装备。而这些技术和装备在世界上是具有竞争力的,如果不是你们的努力,我们有钱也买不到……我们的铁路轨道交通都处在大发展阶段,抓住这个机遇,不仅上规模、上水平,而且要在技术上处于世界的领先地位,这是我们追求的目标。”
 
在德国轨道交通咨询公司SCI Verkehr发布的《2010年全球铁路市场调查报告》中,中国南车集团成功跻身世界轨道交通行业前三位。
 
而根据《国有企业竞争力报告》披露,2003年我国工业企业引进技术与消化吸收费用的比例为1∶0.06。与之形成鲜明对比的是韩国、日本企业,其比例分别为1∶5和1∶8。这样导致的结果是,中国企业光引进组装线,把企业变成一个单纯装配厂,而核心技术仍掌握在他人手里。
 
“我们确定了‘引进一块钱、要投入三块钱进行消化吸收’的技术战略,只有通过密集型的资金投入与人才投入,才能真正把引进的技术消化吸收。”赵小刚表示。
 
中国南车加大了对引进技术过程中消化吸收再创新的投入,使二者达到1∶3的比例。“这个比例尽管相比发达国家少一点,但是考虑到我国研发成本较低的国情和企业实际,对南车来说是合理而有效的投入规模。”中国南车总裁郑昌泓说。据了解,早在2004年,中国南车就投入高达30多亿元,支持科研团队对核心技术进行消化吸收。
 
也正是由于有了这样的资金支持,中国南车拥有了变流技术国家工程中心(株洲)、高速列车国家工程实验室(青岛)、机车和动车组牵引与控制国家重点实验室(株洲)、高速动车组总成国家工程技术研究中心(青岛)和6家国家认定技术中心,6个博士后工作站,并在美国成立了第一个海外工业电力电子研发中心,在英国成立了功率半导体研发中心。开放式的技术创新模式成为了中国南车发展的加速器。
 
2010年7月26日,科技部、铁道部、国资委共同组织专家对“机车和动车组牵引与控制国家重点实验室”的建设计划进行可行性论证。专家组一致同意通过了该实验室的建设计划。这是目前我国轨道交通领域规模最大、水平最高的国家级实验室。
 
在中国南车标准化、系列化、模块化、信息化的研发思路下,一个覆盖旗下所有企业,集设计、制造、产品“三大技术平台”于一体的自主创新局面逐渐成形。其产品已出口到海外60多个国家和地区,全球轨道交通装备市场格局为之一变。
 
2004年4月12日,时速200公里的交流传动客运电力机车在中国南车株洲电力机车厂下线,驶向哈萨克斯坦共和国。这是中国交流传动高速客运电力机车首次出口。
 
2011年7月22日,我国首台出口澳大利亚的机车在中国南车资阳机车有限公司下线。这是我国具有自主知识产权的交流传动内燃机车首次出口至发达国家。
 
2011年8月10日,一辆出口欧洲的新型轻轨列车在中国南车株洲电力机车有限公司下线,驶向爱琴海地区最大的集装箱港口城市——土耳其伊兹密尔。这是我国自主研制高端轻轨列车首次进入全球轨道交通门槛最高的欧洲市场。就在同一月,中国南车宣布,美国GE公司向旗下的宁波分公司订购3000台中国产列车电容器。
 
“时代列车,南车创造。”逐渐走出国门的中国南车高质量列车产品的背后,是不断增强的自主技术创新实力和逐渐积聚的品牌效应。赵小刚说:“我们分析过一些失败案例,国内很多企业技术引进来了,但过几年又要重复引进。另一方面,很多民族品牌在与外资企业的合作中被消灭了。这都是深刻的教训,中国南车必须避免。”
 
2011年6月,国际电工委员会(IEC)传来一则好消息,由中国南车主导起草的国际标准《轨道交通地面装置 电力牵引 架空接触网用复合绝缘子的特殊要求》(IEC62621)获得IEC各成员国100%的赞成票,并于2011年6月29日正式发布。据悉,该项标准主要由南车下属的株洲所起草,规定了轨道交通架空接触网复合绝缘子的特性参数、试验方法和验收准则。该标准的发布,标志着国际轨道交通领域第一项由中国主导制定的标准诞生。
 
21世纪是标准的世纪,谁掌握了标准,谁就掌握了游戏规则。“一流企业卖标准”,世界轨道交通领域标准曾长期由发达国家控制,中国南车此项标准的发布,标志着中国轨道交通行业在世界上开始有了话语权。赵小刚认为,中国企业不仅要做强做大,要成为建设创新型国家的主力,还要在国际分工中赢得更多的话语权、占据更有利的位置。
 
50多年的时光流逝,半个世纪的不懈追求,中国南车经历了从模仿制造到不断自主创新的艰难探索历程,昂首挺胸迎来了中国高铁发展的历史性机遇,也承载着发展中国高铁技术的光荣使命。在中国经济高速发展、科技实力不断增强的今天,有中国铁路发展的迫切需求,有国家和人民的殷切期望,有科技创新的强力支撑,中国高速铁路技术必将问鼎世界一流水平。
 
《科学时报》 (2011-10-26 A1 要闻)
 
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