驰骋在世界交通装备技术竞技场

  2017年9月21日，装载中车株洲电力机车研究所有限公司（以下简称中车株洲所）牵引变流器、网络控制管理系统等八大子系统的中国高铁“复兴号”实现350公里时速运营，再次变成全球商运速度最高的高铁。

  从1959年中国第一代“韶山1型”电力机车研制到拥有自主“大脑”和“心脏”的中国高铁“复兴号”诞生，中车株洲所展示了近60年中国轨道交通牵引技术发展的不懈奋斗、持续创新与骄人成就。

  中车株洲所也从59年前的电力机车研究所，成长为中国中车股份有限公司一级全资子公司，已形成“电气传动与自动化、高分子复合材料应用、新能源装备、电力电子（基础）器件”四大产业板块，十大业务主体，旗下拥有三家上市公司、24家境外分（子）公司；2017年实现出售的收益333亿元；拥有260多项自主创新成果。

  近十年来，该所科学技术创新成果亦呈现井喷态势，为擦亮“中国制造”名片贡献了应有力量：2011年，中国第一列装载永磁牵引系统的高铁正式下线年，全球第二条、全国首条8英寸IGBT专业生产线月，全球首列智轨列车首发；2017年7月，全球首款智能驾驶新能源客车发布

  在40年改革开放的大背景下，在实施科教兴国战略20多年的努力奋进中，在以创新驱动满足国家发展需求的过程中，中车株洲所是如何在国际高端装备制造领域实现从“跟跑”“并跑”到“领跑”的？近日，本报记者专访了中车株洲所总工程师、研究院院长冯江华。

  冯江华是1989年毕业于浙江大学电机专业的高材生，同年进入中车株洲所，在科研开发一线年。追昔抚今，冯江华感慨：“1959年国家在株洲建所，就是要填补我国电力机车研究领域的空白，几十年来我们始终处于持续探索、自主创新的状态。无论何时，研究所自主创新的良好基因不能丢，也不会丢。”结合中车株洲所的发展历史来看，这些线年株洲所创建，这是我国唯一的电力牵引系统研究机构，旗下仅有32名技术人员。1960年，韶山1型机车改进研制的重要阶段，苏联专家突然中断援建，带着全部图纸与技术资料撤离。

  这让刚刚成立的稚嫩队伍一时陷入了茫然的境地。打破技术封锁、自主掌握电力机车核心技术，是株洲所切肤之痛后的决心。

  到了21世纪，进入了一个科学技术密集并加快速度进行发展的时代，大范围的应用的信息化技术、兀然崛起的人工智能技术，更是把现代社会带入了高科技产业全方位激烈竞争的时代。“现在的氛围又有点类似于当年的技术封锁。二三十年前，当我们的技术落后于人、处于跟跑状态时，发达国家对我们的技术转让、与我们合作更宽松。可如今当我们的技术与国外处于并跑状态，甚至有领跑趋势时，技术竞争又有了新的形式。”冯江华说。

  时过境迁，面对新一轮“技术封锁”，中车株洲所的科学技术人员再没有了50多年前的茫然。冯江华说：“因为这半个世纪以来，株洲所在张开怀抱开放合作、技术引进的同时，从始至终坚持自练内功，从未放弃过自主创新。”

  如果把技术引进比喻为“输血”，把自主创新比喻为“造血”，那么，中车株洲所通过技术引进和不停地追赶完全掌握了电力牵引系统的核心技术，已进入全面自主创新时期，获得了持久的造血能力。

  冯江华说：“中车株洲所每年将不低于出售的收益的8%作为创新团队的科研经费，十二五期间累计投入70多亿元，这个比例达到了世界领先企业的科研投入水平。”中车株洲所持续高强度投入研发费用，实现260多项自主创新成果，达到行业领先水平。以牵引传动领域的技术攻关为例，为掌握现代“机车之芯”技术，株洲所从上世纪80年代开始累计投入30多亿元的资金，历经三代科技专家，建立了适合国情的大功率牵引传动系统技术模式，创建了技术和产品平台，并形成了具有独特优势的轨道交通核心装备产业。

  中车株洲所以“原始性创新、系统集成创新和消化吸收再创新”为支撑，在技术、产品、质量和标准方面都走在国内外同行的前列。截至2018年11月，中车株洲所累计申请专利7717项，其中发明专利5032项（发明专利占比达65%）；两个国际发明奖（第68届德国纽伦堡国际发明展金奖和银奖）；共取得授权专利4000项，科研课题转化产品比例达到85%以上，专利项目的实施达到95%以上；主持和参与起草各类标准249项，其中国际标准76项、国家标准103项和行业标准70项。

  “人才是企业自主创新源源不断的动力，是公司发展的核心所在，特别是高科技人才和熟练的生产技能人才，更是企业的宝贵财富。”2011年，习视察株洲所时，嘱托株洲所一定要创新人才工作机制，为人才成事创造良好的发展空间和环境。

  “构建起人人参与、人人尽力、人人享有的创新大格局”；“让想干事的人有机会，能干事的人有平台，干成事的人有地位”这是中车株洲所给出的满意答卷。

  现在的中车株洲所，拥有一支近6000人的科研队伍，建设了23个以首席专家命名，以科技带头人为骨干，覆盖中、青年科技工作人员的专家工作室；在传帮带的工作机制中，中车株洲所形成了由资深专家、首席专家、学术带头人、骨干科研人员、基层技术人员等组成的科研梯队，创新基因得到了良好传承，创新人才的个体优势逐渐转化为群体优势，为持续创新提供源源不断的智力支撑；全所建成9个国家级技术平台，成为高端制造领域自主创新的强有力保障。

  随着我国“一带一路”倡议的推进，株洲所立足本土，放眼全球，积极探索“政、产、学、研、用”多方深度融合模式，吸纳全球高品质人才，开展前瞻性研发技术。先后与剑桥大学、牛津大学以及清华大学、北京大学、浙江大学、中国科学院等国内外20多所高校院所建立40多个专项合作；在海外成立4个研发中心，积极打造公司技术创新海外“桥头堡”，加快“从集中内源创新向全球开放创新转变”，有效挖掘全球科学技术资源，构建全球化研发网络，实现跨地域和时空的协同创新。

  1804年，第一台蒸汽机车出现；90年后，第一台内燃机车诞生；到1900年，第一台电力机车面世。每一次机车动力的升级换代都给世界铁路交通运输显现出振奋人心的发展前景。

  在中国湖南株洲，1958年，我国第一台电力机车样车诞生，1996年，中国第一台交流传动原型机车问世。2008年，凝聚着中车株洲所系列科技成果的中国第一列高铁在京津线上开通运营，高铁“中国名片”正式亮相，揭开我国铁路交通创新驱动、跨越式发展的大幕。

  作为以电力为动能的高速列车的心脏，牵引传动系统一直是中车株洲所奋斗的主战场。

  快点，再快一点；稳点，再稳一点；省点，再省一点。冯江华等株所人也在思考，异步交流牵引比直流牵引已表现出优异性能，还有更优质的牵引技术吗？

  2000年的一次国际学术会议上，一位外国专家的“永磁同步牵引技术”演讲吸引了冯江华。当晚，他久久不能入睡，思绪万千。

  永磁同步电机能否应用于轨道交通牵引系统？别人是不是已经在部署？是等着别人先探索再跟进，还是立刻起跑，与他们同台较量？

  彼时，永磁牵引技术仍属于前瞻性核心技术，别说没有接触过，就连研究的对象也只是一个概念。

  “在异步交流传动时代，我们是追赶者；在永磁时代，我们要做竞跑者，抓住机遇，抢占制高点。”冯江华坚定的信念，激起了团队自主创新的豪情和雄心。

  从研究到试验，尝试、失败，再尝试。终于，一台功率仅为5千瓦的永磁电机开发成功。此后，团队又研发了100千瓦的永磁驱动系统。接着，永磁电机成功应用在国内10多个城市的6000多辆电动公交车上。

  2012年底，永磁牵引系统在沈阳地铁成功装车，并实现了“零故障”载客运行10万公里的安全纪录。2016年首列“永磁地铁”全面投入长沙地铁1号线运行。

  试验“从小到大”，公交车、地铁，接着就是冯江华心中的制高点“永磁高铁”了。

  2015年6月24日，“永磁高铁”在北京环铁试验基地进行首件鉴定。当鉴定现场单台电机的功率显示达到690千瓦的时候，全场沸腾了!

  “中国轨道交通的永磁牵引时代终于来临了。”曾任中车株洲所董事长的中国工程院院士丁荣军为此兴奋不已。

  从电力的异步牵引到永磁同步牵引，这是牵引系统工作方式在原理上的变革，是轨道交通业界一场新的技术革命。

  而此时，中国高速铁路拥有了国际上最先进的牵引技术，中国是世界少数几个掌握高铁永磁牵引技术的国家。

  “这是花钱也买不到的核心技术。”我国电力机车奠基者之一、曾长期担任我国电力机车整车制造的总体设计师、中国工程院院士刘友梅说，“在能源日益紧张、社会迫切需求绿色交通的大背景下，永磁同步牵引系统代表了节能减排、绿色环保、低耗高效的技术发展的新趋势，必将变成全球发达国家寻求新突破的技术热点。”

  节能、高效、环保是永磁牵引的优势。多个方面数据显示，中车株洲所研发的690千瓦永磁同步电机，比目前主流的异步电机功率提高60%，电机损耗降低70%。

  根据沈阳地铁2号线的实际运行数据，一条地铁每年可节能折合400万元。有行业报告称，到2020年前后，全国将建设约100条城市轨道交通线%的新建线路采用永磁牵引系统，全国每年新线亿元。

  实际上，除了轨道交通，永磁系统在中央空调领域也展现出极强的替代优势。基于永磁变频传动系统的中央空调可实现节能40%。一台240千瓦的中央空调，若每年运行4个月，一年至少可节约用电11.52万度。按全国40000台中央空调测算，则一年即可节约用电46亿度，少排放46万吨二氧化碳。

  对此项自主创新性关键技术的应用前景，冯江华踌躇满志，充满信心。他说：“永磁技术还在新能源汽车、船舶电驱、特种装备等领域，有着广阔的前景。现在永磁牵引系统的研发与产业化应用还在起步阶段，今后，我们一种原因是纵向上深化和细化研发技术，另一方面是横向上继续扩展永磁牵引技术的应用领域，实现全面布局和持续领先。”

  2017年6月，全球首列智轨列车首发；2017年7月，全球首款智能驾驶新能源客车发布亮相，公开路试上演“无人驾驶”绝技；2017年12月，高端新材料PI膜实现量产一时间“株所智造”精彩迭现，全球瞩目。

  谈及人机一体化智能系统，冯江华说，近年来，中国高端装备制造企业迎来了智能化的历史机遇，中车株洲所从始至终坚持科学技术创新为先导，通过精细级、精益级、智能级三个层面推进“智慧产业”的发展，构建了高铁、地铁、新能源客车为主的智慧交通产业链，为人类“智慧出行”助力。

  在冯江华看来，人机一体化智能系统不仅是产品的智能化，还包括制造智能化和运行维护的智能化。

  在中车株洲所新能源客车的生产车间，我们正真看到了这样的情景：一辆电动汽车的主体框架经吊装运往其中，半个小时不到，整车的底漆就涂装完毕，其间，不见任何一名工作人员参与；在汽车总装车间，装配工人在技术操作的流程中遇到难题，打开生产线边上的MES管理系统，将问题输入后10分钟不到，负责技术的工程师便传来了解决方案。

  如何实现运行维护智能化，以新能源客车为例，有一个车联网平台能计算、会分析、会学习的“云智通”，为每一辆新能源客车建档，跟踪记录车辆的使用和维修状况，监测车辆运行的安全状态。

  坐在“云智通”的指挥台前，便可调取新能源客车前一天的踏板分布图。这些密密麻麻的红点映射着司机的驾驶性格是温柔型还是火爆型。踩踏板的轻重也直接说明了开车人对能耗的把控能力。收集踩踏板等数据，还可优化电机驱动性能。例如，贵阳地区坡路较多，能耗也大，云智通搜集车辆运行数据，经过大数据分析后，远程优化了车辆驱动系统的运行参数，最终节油率提高了5%～10%。

  冯江华说：“在智能产品研制上，我们还需要主动出击，为城市交通痛点提供智能化的解决方案。”全球首条智能轨道快运系统就是他主导设计的解决中小城市交通难题的智能化解决方案。冯江华认为，“轨道交通是一种解决城市拥堵很重要的交通方式”。但当前80%的中小运量城市根本没办法承受现有轨道交通装备高昂的建设成本和漫长的建设周期。

  “当时脑子灵光一闪，想到将轨道列车和传统公交的优势跨界融合在一起，研发一款适合中国道路的无轨电车。”正是这个灵光一闪，一种没有轨道却能像轨道交通车辆运行的虚拟轨道列车的概念，开始在冯江华脑海中萌生。

  这种新型公共交通工具必须兼具有轨和无轨公共交通优势、节能环保、运载能力强、基础设施要求低、通过性好，布局在中大城市能承担中小运量交通系统的补充、加密及接驳。

  历经4年的科研攻关和技术沉淀，智轨列车终于面世。2017年6月，智能轨道快运系统发布。

  此次发布的智轨列车长达31.74米，堪称马路“巨无霸”，最多可乘坐307人，虽然路面没有实体轨道，整列车却沿着一条虚拟的轨道前行，就像是一列开在路面的地铁。

  从当初的灵光一闪到项目的落地实施，中车株洲所用4年的时间，为城市交通提供了一种新的公共交通解决方案，实现了全球领跑。

  冯江华说，面向未来，瞄准“中国制造三步走”战略目标，中车株洲所的人机一体化智能系统将在三个方面发挥作用。一是依托我国交通装备技术的突破和引领，可构建全球领先的一个装备制造的产业体系。二是依托高端装备制造的智能绿色的发展，促进产业向中高端转变和聚集，通过产业体系的调整和先进制造技术的应用，提升技术经济的水平和制造业的水平。三是依托高端装备制造技术的发展，打造制造业的核心竞争力，持续提升我国国际话语权与影响力，增强领跑的实力。他强调：“高端装备制造领域中人机一体化智能系统的提速，必将对中国整个制造业的发展起到示范、引领和推动作用。”

  冯江华，1964 年出生于湖南衡阳，教授级高级工程师；1989年毕业于浙江大学电机专业，2008年获中南大学工学博士学位，现任中车株洲电力机车研究所有限公司副总经理、总工程师，研究院院长、新型功率半导体器件国家重点实验室主任。

  冯江华是我国电气传动领域杰出领军人才。长期从事电气传动控制与系统工程研究工作，潜心研究电机与变流控制、分散系统协同控制、系统稳定性等理论与方法，致力于列车牵引系统集成和平台产品工程化研究，取得系列重大技术创新成果。实现科技成果规模产业化，参与建立了世界领先水平的自主高速、重载牵引控制技术、标准和产品体系，推动了我国轨道交通装备技术进步并将核心成果拓展到商用空调、冶金轧机、矿山电动轮车等高端装备领域，创造了显著的社会经济效益。

  主持并参与国家级科研项目6项，主持省部级科技项目12项；获得国家科技进步奖二等奖1项、国家技术发明奖二等奖1项、中国专利金奖1项、省部级科技奖励8项；获发明专利授权41件；发表论文58余篇，出版著作3本；组织制定国际标准9项，并荣获2016年度国家标准创新贡献组织奖；带领团队获得科技部“列车网络控制与信息系统创新团队”；入选“百千万人才工程”“国家万人计划”；先后获“中央企业劳动模范”“詹天佑科学技术成就奖”“茅以升科技奖”“湖南光召科技奖”“当代发明家”等荣誉。