中国高速列车创新
纸青蛙的折法
高速铁路简称高铁,它是一个由基础设施、移动装备、牵引供电、通信信号、运营维护和运输组织等多个技术种构成的铁路系统。通常认为,运营时速不小于200公里的客运专线铁路就是高速铁路。高速铁路有狭义和广义之分,狭义的高速铁路是指轮轨式的高速铁路,这也是在当今世界应用最为广泛的高速铁路;广义的高速铁路还包含采用磁悬浮、真空管道等技术的高速轨道运输系统。
高速列车是高速铁路系统中的移动装备部分,也是高速铁路系统中的核心部分。轮轨式的高速列车通常被称为高速动车组。其实,并不是所有的动车组都是高速的,将动车组与高速列车画等号是一种误解。所谓动车组是指由若干带动力的车辆(动车,用“M”表示)和不带动力的车辆(拖车,用“T”来表示)构成的编组列车。按速度等级可将动车组划分为高速
(时速200公里及以上)和普速(时速200公里以下)。本章集中分析的是中国在高速列车上的创新。
2007年4月18日,中国铁路迎来了第六次大提速,在这次大提速中铁道部首次投入运营了140对时速200公里的动车组,动车组统一使用CRH(China Railway High-Speed的缩写)“和谐号”的品牌标识,从此“和谐号”正式进入人们的生活。因此很多人把2007年视为中国步入高铁时代的元年,但此时投入运营的动车组是中外联合设计生产的。之后不久,2010年中国自主研制的CRH380A正式投入运营,2015年具有完全自主知识产权的时速350公里的中国标准动车组正式下线,这些自主研制的高速列车的相继问世标志着中国高铁取得了举世瞩目的创新成就。在大规模引进国外产品短短几年之后就实现了自主研制新产品,中国高速列车创新给人的感觉好像是“忽如一夜春风来”,其实事情并没有这么简单,在“和谐号”问世之前中国已经有很长的动车组研发历史。那么,中国高速列车创新到底经历了怎样的历程呢?
创新一般是指实现经济资源的新组合,在内容上包括开发新产品、采用新的生产方法、获得新的材料来源、开辟新市场和实行新的企业组织形式等。[1]油烟机排行榜就本书研究的高速列车创新
而言,我们主要关注的是产品和工艺创新,特别是产品创新。而产品创新涉及对技术路线、技术系统和技术来源的选择,因此,在本文高速列车创新指的是在技术路线、技术系统和技术来源方面做出选择,并在这些选择下开发生产出相应的新产品。技术路线指的是开发具有某种(些)功能的新产品所遵循的技术路径。通常开发拥有相同功能的产品并不存在唯一的技术路径,就高速列车的研制而言,主要存在轮轨、磁悬浮、真空管道等不同的技术路线。技术系统指的是在既定的技术路线下,选择通过怎样的设计方案和具体技术要素的组合开发出复杂的系统产品。比如,在轮轨式技术路线下,通过怎样的牵引、控制、制动和转向架等具体技术的组合开发出高速列车。技术来源指的是开发生产目标产品所需的技术系统及其构成要素的来源,这主要是在自主研发和外来引进之间做出选择。对技术来源的不同选择会导致不同的创新模式,一般把创新模式分为原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新三种类型。原始创新是指前所未有的重大科学发现、技术发明、原理性主导技术等创新成果,原创性和首发性是其本质属性。集成创新是指通过对各种现有技术的有效集成,形成有市场竞争力的产品或者新兴产业。它与原始创新的区别是,集成创新所应用到的所有单项技术都不是原创的,而是已经存在的,其创新之处就在于对这些已经存在的单项技术按照自己的需要进行了系统集成并创造出全新的产品或工艺。引进消化
吸收再创新是利用各种引进的技术资源,在消化吸收基础上完成重大创新,它与集成创新的相同点在于都是以已经存在的单项技术为基础,不同点在于集成创新的结果是一个全新产品,而引进消化吸收再创新的结果是产品价值链某个或者某些重要环节的重大创新。[2]原始创新主要建立在自主研发的基础上,而后两种创新模式主要建立在对引进技术的模仿和综合的基础上。
根据对技术路线、技术系统和技术来源的选择以及在这些选择下设计生产的相应产品,可将迄今为止的中国高速列车创新历程明显地划分为三个时期:一是技术积累时期(2004年之前),二是技术引进时期(2004年~2008年),三是自主创新时期(2009年~2015年)。在这三个时期,由于在技术路线、技术系统和技术来源方面的不同组合产生了不同的创新结果,并呈现出不同的创新特点。在2004年大规模引进国外产品之前,中国就已经有了很长一段自主研制动车组的历史,我们称之为技术积累时期。这一时期中国在高速铁路建设上发生了轮轨与磁悬浮的技术路线之争,同时中国机车车辆企业在轮轨式动车组上进行了多元化的自主研发尝试,这期间所形成和积累的技术能力为后来的消化吸收外来技术和自主创新奠定了基础。2004年至2008年,中国高速列车创新以引进消化吸收再创新为显著特点,我们称之为技术引进时期,这一时期中国决定以轮轨技术和动力分散型的电力
科学家在南海首次发现鲸落动车组来大规模发展高速铁路,但在技术来源上选择了从国外引进四种产品平台。从2009年开始自主研制的CRH380系列高速动车组,标志着中国高速列车研制进入全面自主创新时期,这一时期呈现出技术标准化、产品系列化和研发自主化的特点。接下来本章将从技术路线、技术系统和技术来源三个维度描述和分析在不同时期中国高速列车创新的特点。
第一节 技术积累时期(2004年之前)
在这一时期,围绕发展中国高速铁路的技术路线选择发生了轮轨派与磁悬浮派的争论,虽然这两种技术路线都得到了一定的探索和实践,但相对而言,轮轨技术获得了更多的储备和积累,决策者最终也选择了以轮轨技术来大规模发展中国的高速铁路。配合既有线路改造提速、秦沈客运专线建设和京沪高铁的前期研究,中国的机车车辆企业在轮轨式动车组的技术系统上进行了多元化的自主研发尝试,研制的产品在动力类型上有内燃动车组和电力动车组,在动力分布上有动力集中型和动力分散型,在传动方式上有液力、交—直流电力和交—直—交流电力,在速度等级上有时速200公里以下的和200公里以上的。在技术来源上,以自主研发为主,几乎所有车型都是中国机车车辆企业自主系统集成的,不过,不同产品在关键技术上的自主化程度有所不同,即使自主化程度很高的产品仍有些关键部件
需要从国外厂家采购。虽然这一时期中国自主研制的高速动车组还不够成熟可靠,但相关企业形成和积累了一定的技术能力,为后来的引进吸收和自主创新奠定了基础。
一 技术路线之争:轮轨派战胜磁悬浮派
中国对高速铁路的大规模讨论和筹划是围绕着京沪高铁的建设方案开始的。从1990年铁道部完成“京沪高速铁路方案构想报告”到2008年京沪高铁举行开工典礼,京沪高铁整整经历了18年的论证和准备。在对京沪高铁的论证过程中发生的一个重要争论就是:轮轨派与磁悬浮派之间的技术路线之争。
山东旅游景点(一)高速轮轨与磁悬浮技术在世界上的发展
从世界范围来看,高速轮轨系统铁路与磁悬浮系统的研究几乎同时在20世纪60年代起步。磁悬浮的基本原理就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理,让车辆悬浮起来,利用电磁力引导,推动列车前行。之所以要发展磁悬浮列车,很大程度上是因为当时有些人认为,轮轨运输方式的极限速度大约为270公里,要想超过这个速度,必须要采用不依赖轮轨接触黏着的新型运输方式,磁悬浮列车成为另一条可供选择的技术路线。此后经过30多年的发展,日本和德国在这两个方面都取得了世界领先的技术优势。
当中国在20世纪90年代初开始筹划发展自己的高速铁路时,轮轨式高速铁路已在日本、法国、德国、意大利、西班牙等国得到了大规模的实际应用。日本是世界上第一个建成高速铁路并投入商业运营的国家。1964年日本第一条高速铁路东海道新干线建成通车,列车最高运营速度达到210km/h。法国紧跟其后,1981年法国的第一条高速铁路(TGV)开通巴黎至里昂线,列车最高运行速度270km/h,成为当时世界的最快速度。在日本和法国高速铁路快速发展的影响下,德国于1979年将研发重点从磁悬浮技术路线转向高速轮轨技术路线,成为继日本和法国之后第三个全面掌握高速轮轨技术的国家。1991年德国的第一条高铁线——曼海姆至斯图加特线——投入运营。而对磁悬浮列车来说,虽然日本和德国都已经掌握成熟的高速磁悬浮技术[3],但尚未真正投入商业运营,只是各自修建了很短的试验线。在1990年代,中国官方曾数次组织技术专家到欧洲和日本考察它们在高速铁路方面的技术进展和实际运用情况。[4]
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