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自主创新

南车株洲所:自主创新的“奇葩”

来源:科学时报 作者: 点击率:2639 发布时间:2009年04月23日 字号:T|T

地处中国腹地、湘江之畔的湖南省株洲市,是我国著名的工业基地。位于国务院批准的“长株潭城市群综合配套改革试验区”核心地带的株洲市石峰区,建有我国电力机车的科研、生产基地──铁道部株洲电力机车研究所(现南车株洲电力机车研究所有限公司,简称株洲所)和铁道部株洲电力机车厂(现南车株洲电力机车有限公司)。自上世纪60年代初我国第一代电力机车在这里诞生以来,随着一台台不同型号、规格的电力机车下线驶向全国,“中国电力机车摇篮”的美誉传遍海内外。

在新中国60年的建设与发展中,特别是改革开放以来,这里从一个穷乡僻壤蜕变成一座欣欣向荣的科技工业园区。就是在这片充满生机的科技工业园里,株洲所在国产电力机车的核心技术——牵引电传动与网络控制系统集成技术及其关联领域硕果累累,人才辈出,成为我国深化科技体制改革、实践科学发展观、坚持走自主创新道路的一朵奇葩。

创新引领弯道超车

对中国和世界来说,过去的2008年是多灾多难的一年。

年初发生在中国南方罕见的大面积冰雪灾害,使交通运输受阻,打乱了人们正常的工作生活,让人措手不及;汶川“5·12”特大地震灾害,造成重大的人员、财产损失,引起全世界关注;从下半年开始,由美国次贷危机引发的一场金融风暴波及全球,并对实体经济造成打击,世界经济发展陡然“急刹车”……

也就是在多灾多难的2008年,株洲所却逆势上扬,取得了一个又一个发展成果。

这一年,全所在研课题达到291项,完成250项,完成率达86%;申请专利158项,参与制定国家标准3项,主持制定国家标准11项,行业、企业标准74项;有11项科技成果通过国家、省、市级鉴定,18个项目获奖;共有9家所属单位通过湖南省高新技术企业认定;该所参与“人造太阳”国际合作计划项目荣登“湖南省2008年度十大科技新闻榜”。

谈起2008年株洲所的发展进步,时任所长廖斌告诉我们,2008年是株洲所的产业规模实现“从小步快跑”到“大步稳跑”的一年,全年实现营业收入再创历史新高,利润水平与盈利能力同步增长;铁路机车牵引关键技术领域取得重大突破,自主创新技术成功地延伸应用到新兴产业与市场,建成了先进的规模制造平台与基地,通过资本运作实现了科技产业的纵向深度扩张,全面运行适应国际资本市场要求的现代企业管理制度。

该所的自主创新能力究竟有多强,我们从2008年全所科研生产的“十件大事”上就可窥端倪。

1月──安装在湖南江华山区的国产单机功率最大的风力发电机经受了冰冻考验,成功并网发电,标志着国内第一套完全自主知识产权的大功率风机系统开始接受市场的检验;

3月——沈阳地铁二号线一期工程牵引制动系统中标,这是我国城市地铁首次大规模采用完全自主知识产权的牵引传动系统;

6月——获得株洲公交140台混合动力客车订单,这是当时国内最大的电动汽车整车单项订单;
7月——获得华电集团投资的湖南省仰天湖风电场22台风电机组订单,这里是湖南省第一座风力发电场;

8月——该所研制240台智能地面充电机在国际上规模最大的电动汽车充电站——北京奥体中心电动汽车充电站正式投入使用,连同该所开发的50辆纯电动奥运示范车电传动系统,服务奥运会。良好的设备技术性能与优质的售后技术服务,赢得了奥运组委会的高度评价;

9月——该所研制的用于石油钻探的液压式“DQ40Y顶部驱动装置”成功下线,为国内首台;

10月──上海轨道交通一号线扩编改造车辆(114号车)正式下线,这台亚洲最大的编组地铁车辆装备了该所研制的具有自主知识产权的交流传动系统;

10月──收购加拿大上市的英国公司Dynex Power75%的股权,创造了中国轨道交通行业跨国并购首例,这是在危机中抓机遇的大手笔。不仅打造了一个再融资和实施海外扩张的新平台,同时也将形成包括大功率高压晶闸管、IGCT和大功率IGBT在内的完整产品结构,具备为国内外电力电子装置制造企业提供大功率半导体器件全配套的能力;

11月──在规模仅次于国际空间站的大科学国际合作计划“ITERAC/DC大功率变流系统技术支持与工程咨询国际招标项目”(又称“人造太阳”计划)中独家成功中标。

12月──为解决输变电露天系统冰冻灾害,研制出我国第一台移动式IGBT直流融冰装置,在江西国家电网完成挂网试验。

纵观这一系列创新性研发成果,在国内外经济形势大逆转的2008年中,株洲所自加压力,依托自主创新优势,抢抓机遇,保持了又好又快的发展势头,在规模经济效益再跃上新的台阶的同时,使株洲所的科学技术水平与自主创新能力牢牢占据行业领先地位。

创新,勇攀技术之巅

列车牵引电传动及网络控制技术是现代电力机车的机芯,牵引电传动系统常常被人们视为列车的“心脏”,而网络控制系统则相当于“大脑”,其技术难度之大、作用之关键显而易见,堪称世界电力机车技术的金字塔尖。但长期以来,该技术掌握在世界上少数几个发达国家的手里,上世纪70年代以来,随着世界经济的飞速发展,以电子信息技术为代表的高新技术开始全面应用于机车装备,日本新干线、欧洲高速列车等交流传动电力机车大行其道,这种结构简单、可靠性高、牵引功率大、黏着性能好的产品很快引起国内业界的注意,以黄济荣、严云升、柯以诺为代表的株洲所第一代科技工作者,以敏锐的嗅觉在资料奇缺、经费不足的情况下,开始着手牵引交流电传动系统技术的理论研究和简单试验,从交流同步调速系统的研究入手,试制大功率的负载换流变流器和同步电动机等关键设备,获得了大量的试验数据和实践经验,为株洲所未来大规模研究打下了坚实的基础。

进入20世纪80年代,株洲所又开始转入交流异步调速和传动系统的研究。并研制出四象限脉冲整流器等关键部件,为探索交流传动技术迈出了关键的一步。同时借助法国8K电力机车和美国ND5内燃机车的技术引进,促成了一大批青年科技人才的成长和对交流传动技术的认识。

进入20世纪90年代,以丁荣军为领军者的一批青年才俊从研究技术标准和技术模式入手,向该技术发起新一轮冲击,他们对比研究了欧美和日本两种技术流派的长处,主攻电路研究,创造性地发明了以两点式和异步电机为主、兼有三点式和同步电机的全新技术模式。1996年,与主机厂联合研制出我国首台4轴4000kW交流传动电力机车(原型车)。该机车的诞生,标志着我国电力机车进入交流传动时代。随后,拥有自主知识产权的大功率交流传动电力机车、高速动车组、交流传动城际机车、高速交流传动电力机车、交流传动内燃机车、交流传动货运内燃机车相继问世。

2003年开始,出口哈萨克斯坦交流传动机车研制成功,该车在哈萨克斯坦零下40℃的高寒条件下正线运行百万公里,开创了中国交流传动电力机车走出国门的先河。

持续的科研攻关和市场化的实践,使株洲所实现了从大系统到大部件、从关键材料到关键工艺、从核心硬件到核心软件的全面的突破,以自主知识产权的核心技术与跨国公司同台竞争。

2005年,代表我国科技发展水平的最高奖项——国家科技进步奖在北京颁发,由株洲所承担的“交流传动系统及其高性能控制技术的研究与应用”研究项目,荣获国家科学技术进步奖二等奖。

数字是最有力的说明。据统计,株洲所自1984年以来,共取得了国家、省部级重大科技成果近400项。仅“十一五”期间,株洲所就承担了国家“863”电动汽车重大专项12项;凭借交流传动技术的优势和在电动汽车行业取得的业绩,获得了北京奥运会无轨电车交流传动系统订单;成功研制出了全球直径最大、容量最大的6英寸晶闸管,使我国晶闸管技术达到国际领先水平;承担的国家“863”项目—— 7.5MVA IGBT变流器系统研制成功,在上海地铁A型车安装使用;自主研制的1.65兆瓦风力发电机变频控制器填补了国内空白。“十一五”以来,该所已经取得重大科技成果216项,20多个课题被列为国家级重大科技专项;拥有授权专利169件,拥有国家和行业标准70多项,更可贵的是,专利项目实施率达100%,科研课题转化产品比例达到90%以上,企业销售收入从1984年的700万元增长到2008年近40亿元,连续30年保持30%以上的增长率。

创新,催生体制之变

“科技和管理是企业稳定发展的两个车轮,缺少任何一个车轮,企业就会陷入停顿”,现任所长兼总工程师丁荣军告诉记者,“如果说科技力量的不断壮大为株洲所的成功奠定了良好基础,那么在管理体制上不断求新求变则是株洲所由小到大、由弱到强的法宝”。

从1959年创建至今,株洲所的隶属关系与管理体制数次变动。而株洲所的决策者们,把每一次“自上而下”的管理变动都演变成“由下向上”主动改革。半个世纪变革求新与持续发展,勾画出一道道由“科技先导+管理变革=又好又快发展”交织而成的美丽弧线。

在株洲所50年发展的历程的前半程,只有32名员工的株洲所在一无像样场地二无设备的基础上依然取得了令国人无比骄傲的成就。成立半年,株洲所与主机厂共同研究设计了新型牵引电动机、新的调压开关和当时世界上技术先进的硅半导体整流装置,1961年成功装备我国第一代国产干线电力机车6Y1型电力机车(韶山型1号机车)上,成为新中国第一代主力机车。至今,该车型已发展到了第三代产品。韶山系列电力机车为国民经济和铁路事业的发展作出了杰出贡献。

1978年全国科学大会迎来了“科学的春天”。株洲所的决策者们敏锐地觉察到,只有彻底解放思想,大胆进行改革,才能推动科研事业的大发展。在时任所长丁爱国的带领下,1984年率先拉开了研究院(所)体制改革的帷幕:取消国家事业费,实行科研有偿合同制、所长负责和干部聘任制、合同承包制、允许人才流动等措施,调动激活了全所员工,特别是科研人员的积极性和创造性。

从1984年到1992年的八年科技体制改革探索中,全所科研选题紧紧围绕经营生产急需,发挥整体优势,实现了“科研—生产—效益—科研”的良性循环。八年来取得的科研成果与获国家、部省级奖励,超过改革前20年的总和;科研成果95%以上应用于生产,产品销售额平均每年递增52.7%,创收达到2.5亿元,上交国家税金和科技发展基金1100万元,固定资产总额8年增长5倍。

1992年邓小平南巡讲话,深化改革的春风再一次让株洲所激发了新的生命力。通过转换整体机制,实行人才分流,加强研究开发,放开搞活经营,推行“小研究、大企业”、“小管理、大经营”的结构,以“大雪球”带动“小雪球”,走上了科工贸一体化的科技先导型企业集团的发展道路。

2000年,株洲所划归新成立的中国南车集团,正式转变成具有现代企业管理体制的企业实体。面对铁路跨越式发展形势,株洲所审时度势,提出“走好两条钢轨、走出两条钢轨”的发展思路,探索建立集中决策、分权管理的现代企业管理体系,构建母子公司经营管理制。

2004年,为促使各种资源最大效益化,实现与市场的完全对接,再次全面调整企业架构,以产权和资本连接为纽带,聚零为整,组建事业部(公司)制,推行扁平化管理,构建“葡萄架式”产业链。在“走好两条钢轨、走出两条钢轨”的战略指引下,实行“同心多元化”发展思路,利用自己的核心技术优势,相继进入了电动汽车、风力发电、工程机械、智能交通等新兴行业。目前,株洲所已经形成了轨道交通、新材料、新能源三大产业板块,拥有车载电气系统集成、变流技术、电子控制与网络、安全监控、大功率半导体器件、高分子复合材料、传感器、电动汽车系统集成与整车开发、风机整机集成与关键部件开发共十大核心技术,旗下有七大业务主体和三家上市公司,围绕核心技术实现了跨地区、跨行业、跨国的多元化经营,企业已经进入了良性发展的快车道。

从计划经济体制下的依靠国家经费生存,到1984年自断“皇粮”,1992年组建集团公司,2000年脱离铁道部事业编制,再到2004年现代化企业管理变革,每一个新的阶段,都为该所的又一次冲刺刷新了起跑线,增生和积聚了新的力量。
株洲所的发展,用该所党委书记邓恢金的话来说,适应市场发展的务实的科技体制是株洲所的软实力,持续的技术创新能力则是株洲所的硬实力。始终坚持技术创新和体制创新,株洲所从“小作坊”到“领头羊”,促进了观念创新、体制创新、机制创新、管理创新和技术创新,实现了科技支持产业、产业反哺科研的良性循环。

创新,造就将帅之才

当今社会,“科学技术是第一生产力”已深入人心。而科技生产力的第一要素是具有创新思想和创新能力的科技团队。

50年前,在技术总负责人、我国电力机车研究的领军人与开拓者蒋之骥的带领下,株洲所开始了中国铁路电气化、攻克电力机车核心技术与关键部件的征程。

50年间,从传统铁路装备行业到新兴产业,株洲所两代科技工作者薪火传承、忘我工作,取得了无愧于时代、无愧于后人的骄人业绩,也造就了一支勇于创新、敢为人先的科技队伍。目前,株洲所7000多名员工中,本科以上学历占58%,博士29 人,硕士348人,工程师973人,高级工程师356人,教授级高级工程师59人,形成了一支2000多人、结构合理的专业科研、开发、研制队伍。目前,科技队伍新老交替已经完成,第三代年轻科技人员已充当主力,株洲所已经成为我国轨道交通装备行业的人才洼地之一。

谈到株洲所的科技创新队伍,我们不得不关注到株洲所新一代的科技领军人——总工程师丁荣军。
1984年,丁荣军从西南交通大学电力机车专业一毕业就扎根株洲所。在我国第一条电气化铁路——宝凤线上一个偏僻的勉县机务段,经过近五年的艰苦磨炼后,丁荣军成长为一名理论功底深厚、专业技术知识全面和实践能力突出的青年专家。

1989年,由于专业知识扎实,业务水平突出,丁荣军首次作为主要成员参与了铁道部“电力机车三相交流传动800~1000kW机组地面试验”重大项目的研究。负责控制系统设计,承担脉宽调制、频率转换、脉冲形成等关键电路的设计工作。他仅用两年时间就完成了系统试验并通过铁道部鉴定,并获铁道部科技成果二等奖。

自上世纪90年代开始,丁荣军先后主持了铁道部重点项目“4000千瓦交流传动电力机车 1000千瓦变流装置研究”,主持了国家“八五”重点攻关项目──“高速试验列车交—直—交传动系统的前期研究”。作为主要设计者,参与了我国首台交流传动电力机车——AC4000kW电力机车原型车的设计和试验工作,并主持了香港电车传动系统改造、自主知识产权地铁车辆电传动系统和200公里/小时动力分散型动车组电传动系统监控等重点项目的研究。在我国首台交流传动电力机车的研制中,他曾领导项目组科技人员连续6天在机车上工作,创造了3天完成一个转向架测试,6天完成整车测试的奇迹。

2003年以来,株洲所积极响应铁道部发出跨越式发展的部署,积极参与国外先进技术的引进消化吸收和再创新,努力提升技术装备水平。丁荣军作为铁道部专家组重要成员之一,义无反顾地挑起闯关的重担。他积极组织科技人员,对牵引变流器、微机控制网络、牵引电机等交流传动核心技术领域,开展了一系列的交流传动核心技术的攻关,实现了从大部件到大系统、从关键材料到关键工艺、从核心器件到核心软件的全面突破。通过将交流传动系统技术进行层层分解,建立了全新的技术模式和技术标准体系,攻克了一系列有关软硬件的设计和工艺难题,实现了大功率电力电子器件IGBT等关键元件的应用和工程化能力,为我国自主开发研制时速200公里、300公里以上的高速动车组,缩短与国外先进国家的差距再立新功。由丁荣军主持的“交流传动系统及其高性能技术的研究与应用”获国家科技进步奖二等奖。

丁荣军还带领他的团队围绕我国铁路机车、动车组、城轨车辆等重大项目,将具有自主知识产权的交流传动系统及网络控制技术实现了产业化应用与推广。主持我国首列国产化地铁A型车、B型车、中低速磁浮车辆的成套电气系统的国产化,主持了广州地铁直线电机国产化,打破了国外的技术垄断;主持国家“863”项目“电动汽车电机及其控制系统”、国防建设项目“90MW/44kV高压电弧喷射用整流电源”和国家核聚变计划项目“中国环流器HL-2A装置中性束电源系统”的研制。

从2002年开始,丁荣军开始负责国家“863”电动汽车重大专项的课题研究,这使得株洲所在该领域虽然起步晚,但很快就居于领先地位。目前,株洲所已培育出国内规模最大、技术门类最为齐全的专业化电动汽车产业。

目前,丁荣军主持了国家“十一五”科技支撑项目“高速货运机车牵引变流器研制”;还主持了铁道部项目:GE内燃机车的消化吸收、时速350公里动车组交流传动系统自主创新、八轴和六轴机车用交流电传动系统的自行研制等一系列科研项目。

丁荣军先后获国家科技奖和省部级科技奖9项,发表专著1本,论文近20篇,有4项发明专利被受理。他的科技成果也得到了社会各界的肯定,先后获铁道部火车头奖章、茅以升科技奖、詹天佑成就奖和湖南省光召科技奖的多项荣誉。2008年,丁荣军还光荣地成为奥运会火炬手,参加了在湖南省会长沙市的火炬传递活动。

25年来,丁荣军始终保持着专注、执著和创新的精神。从技术员到教授级高工,副所长兼总工程师,2008年底又被任命为所长兼总工程师。他深知自主创新的意义和科技服务社会的责任,他也深知科学家个人与团队的作用。他说,株洲所缺了谁都可以,都能发展;但缺了谁都不行,就不能发展。

前任所长廖斌则这样评价他:“株洲所取得今天的辉煌成果凝聚了两代工程技术人员的心血和努力。第一代是上世纪60年代建所之初的创业者,第二代则是80年代初进所的开拓者,他们是当今株洲所的中流砥柱,丁荣军则是第一代的中坚和第二代的领军人。”

丁荣军,这位从科研实践中脱颖而出的优秀的年轻学者,我国电力机车研究领域的新一代帅才,他和他带领的科研团队,必将为我国铁路电气化的新发展交上新的圆满答卷。

创新,是一个民族发展的灵魂。自主创新更需要精神、骨气和能力。

株洲所50年的发展,为新中国的铁路电气化事业作出了不朽的贡献,在中国铁路发展历史上留下了一个自主创新、敢为人先、自强不息的光辉身影。

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