追踪中国高铁技术核心来源

来源:互联网





中国高铁技术在*近10年的迅速进步,被普遍认为通过“引进、消化、吸收、再**”而来。追根溯源,造成这种印象的原因来自原铁道部的解释。

2011年7月,原铁道部新闻发言人向媒体介绍说:中国高铁研发在不到6年的时间内,跨越了三个台阶:**个台阶,通过引进消化吸收再**,掌握了时速200--250公里高速列车制造技术;**个台阶,自主研制生产了时速300--350公里高速列车;第三个台阶,中国铁路以时速350公里高速列车技术平台为基础,成功研制生产出新一代CRH380型高速动车组。

但是,对中国高速列车技术来源的分析却证明,虽然原铁道部描述的“三个台阶”在时间顺序上是连续的,但在技术上却存在许多“断裂”,即许多技术不是来自对引进技术的改进,而是来自与引进毫无关系的其他来源。

事实证明,中国高铁技术存在着引进之外的来源,即中国铁路装备工业能够对引进技术进行消化、吸收、再**的技术能力基础,以及这个工业已经掌握的核心技术。也就是说,*终成就中国高铁技术全球前列的中国铁路装备工业的技术能力,并非因为技术引进才生成,而是在技术引进之前就已存在,充其量是经过对引进技术的“消化、吸收”而得到成长。

高速列车的技术引进

从大规模引进开始,中国高铁技术一度遭到社会广泛质疑,争论焦点在于原铁道部是否真的引进了“核心技术”。

事实上,所谓买来的技术,都是给定产品设计的给定技术,即体现在产品上的生产技术而非“设计能力”。

中国高铁技术未来的重大变革的伏笔就埋在此处。2004--2006年,大规模引进高速列车技术,主要是从四个外国企业购买了四个车型及相应的技术转让,具体分为四个CRH系列:

“1型车”,即CRH-1,是原铁道部从加拿大的庞巴迪购买的40列。这批列车由庞巴迪在中国的合资企业生产,没有技术转让费。

“2型车”,即CRH-2,以新干线E2-1000为原型车,时速200公里,由日本川崎重工业株式会社转让。原铁道部订购60列,由南车集团所属青岛四方机车车辆股份有限公司(以下简称四方股份或四方)受让、国产化,支付技术转让费约6亿元人民币。

“5型车”,即CRH-5,时速250公里,是从法国阿尔斯通旗下的阿尔斯通交通运输引进,转让给北车集团所属长春轨道客车股份有限公司(以下简称长客),技术转让费约为9亿元。

“3型车”,即CRH-3,时速300公里,是2006年**轮招标后,原铁道部从德国西门子公司引进,购买价值6.69亿欧元的60列,技术转让费约8亿元人民币。

除整车外,还有配套牵引、制动等系统及部件的生产转让。

“转让”的只是“生产能力”

所谓“转让技术”的内容是:一是对中国购买的高速列车进行“联合设计”。这种“联合设计”不是外方与中方一起从头设计一个过去没有的新车型,而是双方对中方购买的车型进行设计修改,以使其能够适应中国的线路特点。

二是外方提供中方购买车型的制造图纸。当然,设计原理和设计来源数据库等关键技术资源是不可能转让的。而且在给图纸的部分,也不是所有的零部件图纸都有。

三是生产引进产品的工艺。这部分属于制造体系的一部分,是中方受益*大的部分。

四是对中国工程师和技术工人进行培训。

长客的一位技术管理者是这样介绍从西门子受让技术的:“我们拿到的全部是西门子的制造图纸,连一张三维模型图都没有,只是设计的结果,没有过程。我们拿到的是现场施工图纸,所以只是知道工艺了,学会了怎样把现成的零部件装上,但怎么设计的,不知道。”

四方的一位技术负责人则是这样描述的:“在与川崎的合作上,我认为川崎是个好老师。四方派了一个设计团队在日本学习了半年,其中也有前后学习了一年的人。日方不是教你设计的方法,如为什么这么设计,而是教你读图。他们不会告诉你为什么电路要以这个逻辑关系设计出来,而是告诉你这个执行机构的作用,以及此后有哪几个步骤要懂。日方的培训很细致,对于每一个图上的细节都会告诉你是起什么作用的,但不会告诉你为什么。”

也就是说,中方获得的是生产能力(对给定技术的使用方法),而不是技术能力(把这些技术开发出来的方法)。在这种情况下,如果引进是技术的唯壹来源,那么中国铁路装备工业后来的发展路径就是按照外国车型设计来制造,并通过引进新车型来进行升级换代。但实际情况与这个逻辑前景并不相符。

本土技术能力是**核心来源

以“2系车”制造商四方股份为例,事实上,中国铁路装备工业几乎还在“消化、吸收”原型车技术期间,就已经开始“再**”。有两个事实说明了这一点:

**,四方技术进步的速度远远超出所有人的预料。在引进初期,川崎重工认为四方对引进技术的消化吸收需要16年,即8年消化、8年吸收,然后才能达到可以**的阶段。

**,四方开发的CRH380A已经通过美国的知识产权评估。在四方跟踪美国加州高铁市场的过程中,由四方提供自己的技术条件和设计方案,美方检索出来所有相关技术砖利900多项,再找专业人士评估是否侵权。*后美方评估的结论是四方的产品没有侵权,说明CRH380A的技术完全是自主产权,且已经超过日本新干线技术。

很明显:除了技术引进,中国高铁发展肯定还存在着另外的,而且是更重要的技术来源。

那么,“新的技术”是从哪里来的?原铁道部的解释是,“新的技术”是对引进的技术进行消化、吸收、再**而来的。但仍然没有回答清楚,为什么中国铁路装备工业能够对引进的技术进行“消化、吸收、再**”。

事实上,技术能力的两个构成要素是产品开发能力和技术积累。在此基础上,技术能力具有三个特性:

其一,产品设计和生产技术是可以交易的,但技术/产品开发能力是不可交易的;其二,对于一个组织来说,对竞争力更重要的技术来源是以自己的能力去改变已有的技术——即**;其三,生产能力和技术能力是两种不同性质的能力,前者指的是使用给定技术进行生产的能力,而后者指的是“掌握”技术和技术变化的能力。

很显然,技术能力的主要性质是经验性的,即技术能力的获得离不开研发和使用技术的经验。正是由于这种经验性质,技术能力只能是组织内生的,无法从市场上买到。因此,国际**学界对技术能力有一个经典定义,即“技术能力是产生和把握技术变化的能力”(BellandPavit1993)。

把这个逻辑用在中国高铁技术的发展上,就可以断定:如果引进是“原始技术”的来源,那么中国工业“土生土长”的技术能力、产品开发能力和技术积累,就是“新的技术”的另外一个来源。

事实上,从技术变化的时间逻辑和技术逻辑看,中国铁路装备工业的技术能力并非是因为技术引进而生成的,而是在技术引进之前就存在的,充其量是经过对引进技术的“消化、吸收”而得到成长。

“2系车”**演进轨迹

在2004--2006年的大规模引进之后,中国再没有全套引进过外国车型,但中国的高铁技术却在后来的几年中发展迅速,体现在一系列新车型上。以南车四方股份负责的“2系车”为例,描述其**演进轨迹:

CRH2A,开发时间是2004--2006年,共向原铁道部交付60列,其中3列是原装进口,6列是散件组装,其余51列全部国内制造。此车以引进日本川崎重工制造的新干线E2系为原型(8辆车编组),联合设计内容是针对中国线路特点进行适应性修改,主要包括转向架部分、内车距、踏面形式、弓网受流等环节。

CRH2B/CRH2E(长编组),开发时间是2007--2008年,CRH2B(座车)交付10列,CRH2E交付20列(卧铺车)。这两个型号与原型车相比发生的主要变化是把原来的8辆车编组变成16辆编组。CRH2B加装了半主动减震器、车端耦合减振(车端阻尼器)、头车两侧车灯,进行了安全性和适应性改造,也改进了空调的通风系统。

CRH2C(I),开发时间是2006--2008年,交付30列。此车是在时速200公里的CRH2A平台上,为京津线开发的时速300公里动车组,主要变化是动力配置——动车数量从原来的4节(4M4T)增加到6节(6M2T),牵引总功率提升到7280kW,其他变化包括对速度提升的安全性评估和舒适度评估,中车体(头型未变),以及内装的适应性改造。特别要指出的是,CRH2C(I、II)使用的牵引逆变器、辅助牵引变流器、通风系统及列车信息系统已全部由株洲所(时代电气)提供。

CRH2C(II),开发时间是2008--2010年,用于时速350公里的武广、郑西线动车组,29列交付。与CRH2C(I)相比,CRH2C(II)改用更大功率的YQ-365型交流牵引电动机,8节短编组列车总功率提升至8760kW。

这个车的核心技术,牵引系统是株洲所的,制动系统是南京浦镇海泰的,并完成了车体转向架的验证试验。从内装、转向架包括牵引系统都做了改进,是新一代高速动车组CRH380的基础。为了做380A,专门做了一列新头型试验车,头型、转向架、断面、牵引制动都是新的,这时从外观到内部都已经没有川崎的东西了。

CRH380A,时速350公里,“十一五”规划开始,订单140列,已交付40列8编组和48列16编组。时速500公里更高速度试验列车,2011年12月下线,由四方、株洲所等单位联合全新设计,在功率等级、网络拓扑上都采用全新设计。

CRH380A四大关键技术的突破

业内公认,区别一列动车组的知识产权归属要看四个关键部分:车头造型,转向架构造,车体强度密封,网络控制系统和牵引系统。我们以这种标准来解析一下CRH380A的四个关键技术所实现的**突破。

车头造型

CRH380A的头型是四方自己设计的,与CRH2A的头型完全不同。头型的重要性不只是为了好看,而是与列车的空气动力性和安全性高度相关。开发该头型的过程如下:

其一,开发人首先必须具有相当的技术积累,按照新车的速度等参数并依据已有的技术知识形成初步概念,四方*初设计了20个造型形成图纸和模型;其二,从20个初步方案中,根据表征和技术要素筛选出10个进行初步仿真分析、计算、验证;其三,从10个仿真模型中选出5个做风洞模型试验,并进行精细化计算验证和模型实物验证;其四,再从中选出2个做1:1实物的工艺验证;其五,*后选定1个投入生产。

显然,按照此流程开发出来的380A头型,不仅与世界上任何列车的头型都不一样,而且在开发的起点上连四方的工程师也无法预料结果。

转向架的构造

转向架的设计是动车*关键的环节,是决定列车安全的保证。当列车时速从200公里变成350公里,要求转向架的构造发生重要变化。

比如,高速运行时对转向架会产生新的危害,复杂性增加,频带宽,还要考虑气流影响风的作用,各种因素的作用结构变得更复杂。考虑到速度变化导致的所有这些变化,对构架的承载能力、车辆运行的安全舒适性、悬挂系统的防震减噪、轮轨和制动装置的关系就都必须重新找到解决方案,而且要解决相关装置和系统之间如何匹配的问题。

由于380A的速度大大超过CRH2A,其转向架完全重新设计,这不仅要求足够的技术积累,而且要求理解技术的科学原理——动力学、结构强度、一系列刚度等等,而且要求新的材料。

总之,必须分析和理解所有影响产品性能的因素并找到解决方案,才能通过系统匹配的技术能力设计出新的转向架。380A的转向架就是这样设计出来的,在试验台架上跑出的*高时速超过550公里——这是为什么四方能够在380A之后迅速开发出来时速500公里高速试验动车组的原因之一。

车体强度密封

提高车体“气密承载能力”的技术关键是车厢壁板的结构(壁板由双层铝合金板通过一定形状的金属结构连接组成,结构连接点的中间是空的)。由于气密强度和速度的幂次方关系,380A的壁板不可能从CRH2A的壁板改进而来,必须由开发人通过试验测出速度数据,并根据这些数据进行设计,然后考核车体设计的气密疲劳度(何时会断裂)再加以修改。在四方制造车间同时摆放着CRH2A和380A的壁板截面,可以清楚地看到两个截面结构完全不同。

网络控制系统和牵引系统

动车组网络控制系统的主要作用是,实现各动力车的控制;实现全车所有由计算机控制的部件联网通信和资源共享;实现全列车的制动控制、自动门控制、轴温监测和空调控制等功能;实现全列车的自检及故障诊断决策。

在受让网络控制系统产品制造、测试技术之后,株洲所依托自身长期积累的技术能力,迅速掌握所有核心技术。

在统一动车组网络技术构架和功能界面需求之下,株洲所自主构建CRH380A网络系统构架和产品配置,较引进车型更大数量和范围地满足动-拖车辆控制需求,实现列车信息管理、列车控制以及与牵引、制动、旅客信息等子系统的信息集成。并且进一步创建和丰富列车设备和安全监控功能,实现信息网络实现检测、管理、共享、车地无线通讯等技术突破。

除此之外,针对时速500公里动车组,株洲所采用具有完全自主知识产权的符合欧洲标准的TCN技术,并引入了工业以太网技术,更有发展潜力。

在牵引系统方面,株洲所和南车电机为CRH380A提供的牵引系统轴功率已经超过400kW,而CRH2A的功率不到300kW。牵引系统主要参数的变化,意味着主要部件全部重新设计,包括变压器、牵引变流器、电机。这些部件的设计、制造、试验考核全部打上株洲所等企业的烙印。更进一步,株洲所为高速试验动车组(时速500公里)提供的牵引系统功率达到600kW,已经为高速动车组奠定了新一代牵引系统平台。

三个明确结论

从上述简要的对比可以得出三个明确的结论:

**,正向开发的CRH380A不是简单在CRH2A的技术基础上二次引进而来的,两列车的技术之间具有非常大的不同,其标志就是中国拥有对380A的全部知识产权,并经美国有关方面确认。

**,从做出CRH2A到开发出CRH380A只花了5年的时间,根本原因是中国工业不仅本来就具有技术能力,而且还直接使用了自己本来就已经掌握的核心技术——这些技术不但不是引进的,甚至也不是对引进技术“再**”而来的。

第三,中国高铁技术的迅速进步是真实的,认为CRH380系列能跑350公里/小时的原因是“吃掉”外国产品设计安全余量的说法不符合事实。

(本文转自RT轨道交通,如有侵权请联系删除)


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