百分百國產化 “高鐵之心”與“高鐵之腦”

一列CRH5A型動車組開始進入“5000公里正線試驗”的最后階段。因為這列動車裝載的牽引電傳動系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng),為純中國血統(tǒng),也是中國首列。在看不見的控制軟件中,則奔騰著中國語言、中國邏輯和中國思維。

高鐵動車裝上了“中國腦”

2014年11月25日，北國冰城哈爾濱。一列CRH5A型動車組開始進入“5000公里正線試驗”的最后階段。

對于中國北車長客股份公司來說，這一天非同尋常。因為這列動車裝載的牽引電傳動系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，為純中國血統(tǒng)，也是中國首列。

歷經(jīng)七年的探索，中國第一代高鐵人開發(fā)出了中國第一批“高鐵之心”和“高鐵之腦”。在看得見的器件上，實現(xiàn)了中國設計、中國制造和中國材料；在看不見的控制軟件中，則奔騰著中國語言、中國邏輯和中國思維。

“‘高鐵之心’與‘高鐵之腦’實現(xiàn)百分之百國產化，將大力提升中國高鐵列車的核心創(chuàng)造能力，夯實中國高鐵走出去的底氣。”長客股份公司副總工程師李軍如是說。

高速列車最關鍵的核心技術

“牽引電傳動系統(tǒng)就是‘高鐵之心’，宛若人的心臟，是列車的動力之源，決定高鐵列車能否高性能高舒適地運行；網(wǎng)絡控制系統(tǒng)則是‘高鐵之腦’，決定和指揮著列車的一舉一動。”

12月9日，在位于長春的中國北車長客股份公司，副總工程師李軍為記者解疑釋惑。

列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)之于軌道交通裝備，就相當于“大腦”和“神經(jīng)中樞”之于人體——它控制和監(jiān)視著車上各種設備，承擔著列車所有控制信息和故障信息的傳輸、處理、存儲和顯示功能，是軌道客車最關鍵的核心技術之一，也是國外公司技術封鎖的重點。

如今，中國高速鐵路運營里程已經(jīng)達1萬多公里，每天都有數(shù)十萬旅客搭乘舒適而快捷的高鐵出行。

但乘客并不知道，是什么使列車以最短時間啟動加速到時速250公里的同時，保證了乘客獲得的最大舒適感。公司網(wǎng)絡控制技術專家鄭恒亮、基礎研發(fā)部副部長滕萬秀解釋說：“最高加速度和最舒適乘坐之間有個最佳臨界點，這個臨界點要靠‘高鐵之心’與‘高鐵之腦’實時高智能的捕捉，探索一個最佳程序，才能起到列車瞬間啟動從零到高速時保持平穩(wěn)狀態(tài)。”

“高鐵之心”和“高鐵之腦”所起的諸如此類的重要作用不計其數(shù)，因此，能否實現(xiàn)這兩大核心技術的自主研發(fā)是衡量高鐵列車制造企業(yè)是否具備核心創(chuàng)造能力的根本性指標。

“10年前，我國動車組自主化列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)應用還處于空白狀態(tài)，可到了今天，在這一領域，我們已經(jīng)達到國際先進水平！”說到這些，李軍臉上寫滿了自信。

一場挑戰(zhàn)科技尖峰的“大會戰(zhàn)”

2004年，中國北車長客股份公司與法國阿爾斯通公司合作，引進時速200公里CRH5型高速動車組。彼時，常振臣剛剛博士畢業(yè)，進駐長客股份公司博士后流動站工作，受命負責該動車組列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的消化吸收工作。

“合作之初，由于外方在技術轉讓中有所保留，我們只能在人為的技術壁壘面前自己去摸索。”常振臣打了個比方：“就如同一款超贊的電子游戲，作為用戶，咱們只覺得程序編得特別好，但不知道這個程序到底是怎么編出來的，人家軟件開發(fā)商不告訴你。”

擺在眼前的路，只有一條：瞄準國際先進技術水平，在技術引進的基礎上，實現(xiàn)消化吸收再創(chuàng)新。

這是一場挑戰(zhàn)科技尖峰的“大會戰(zhàn)”。

為突破高速動車組的核心技術，加大自主創(chuàng)新力度，原鐵道部確立了“動車組關鍵技術自主創(chuàng)新深化研究項目”的重大課題， CRH5型動車組牽引電傳動系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng)自主創(chuàng)新為課題組成部分。

2007年初，在消化吸收的基礎上進行再創(chuàng)新，我國列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)自主攻關新篇章在長客股份公司掀開。

就在常振臣率隊實現(xiàn)CRH5型動車組列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)國產化方興未艾之際，2007年4月18日上線運營的CRH5型車，陸續(xù)出現(xiàn)了軸溫顯示系統(tǒng)軸溫頻繁跳變現(xiàn)象。

參與研發(fā)的公司網(wǎng)絡控制專家鄭恒亮回憶說：“每次出現(xiàn)跳變，都要停車進行人工檢測軸溫，短則5分、8分，長則20多分鐘，嚴重影響車輛正常運營秩序?？蓡栴}反饋給外方公司，均被告之解決問題至少需半年，而且要收取一大筆費用。”

對飛速發(fā)展的中國高鐵，等半年解決一個問題簡直不可思議。幾經(jīng)權衡，憑借幾年來在自主研發(fā)過程中的技術積淀，常振臣決定率團隊自己攻堅。

攻堅的道路艱難而曲折。

列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的程序異常復雜，一個指令不對，就會影響整個計算機讀取數(shù)據(jù)，而要在上萬行源代碼中查找這樣一個問題，猶如大海撈針！“要糾正外方技術缺陷，比自己寫程序的難度還大！”回憶那些肩負著巨大壓力的日子，鄭恒亮至今難忘。

山高人為峰。團隊經(jīng)過無數(shù)次跟車檢測和在地面實驗臺的反復同步試驗，1個多月后，終于在繁復浩雜的程序里準確“揪”出了罪魁禍首，找到了那個制造麻煩的時間參數(shù)，并通過軟件重新設計，徹底解決了CRH5型車軸溫跳變導致的軸溫誤報警問題。

窺一斑而知全豹。對軸溫顯示系統(tǒng)的自主改進，也只是一個縮影。“在團隊的努力下，通過一次又一次艱苦攻關，CRH5型動車組的總體故障率大幅度下降，不僅保障了在線CRH5型動車組的平穩(wěn)運行，而且使公司得到了同類車型的后續(xù)市場訂單，客戶也反映很好。”長客股份公司鐵路客車開發(fā)部副部長孔風說。

未來研發(fā)重點是高速列車上的工業(yè)以太網(wǎng)

2014年10月22日，完全自主化的中國北車CRH5型動車組列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（“高鐵之腦”）通過中國鐵路總公司組織的技術評審，獲準批量裝車，成為國內首個獲準批量裝車運行的動車組列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。

隨后，裝載中國北車自主化牽引系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的CRH5A型動車組在哈爾濱鐵路局開展正線試驗。

自2007年以來，CRH5型動車組已在中國大地上安全穩(wěn)定運行7年，累計有141列（含綜合檢測車1列）投入運營，覆蓋東北、西北、中原、華南、華東等18個省區(qū)，能承受零下40℃到零上40℃間溫差巨變的考驗，總運營里程已經(jīng)超過2億公里，相當于繞地球5000多圈。

十年來，通過引進消化吸收再創(chuàng)新，中國北車長客股份公司從全局性、前瞻性、戰(zhàn)略性的高度著眼，充分利用國家政策，申報建設高速列車系統(tǒng)集成國家工程實驗室和國家軌道客車系統(tǒng)集成工程技術研究中心，完善了軌道客車技術創(chuàng)新機構建設，并對研發(fā)隊伍、研發(fā)手段、研發(fā)平臺等資源進行整合，全面提升研發(fā)能力和研發(fā)水平。

在國家相關部門支持下，中國北車長客股份公司還投資1.39億元，建立了占地面積達15128㎡的“高速列車系統(tǒng)集成國家工程實驗室（北方）”，重點承擔仿真分析與產品試驗任務，通過仿真分析、試驗臺試驗等手段對新技術、新材料與新工藝、新產品進行分析計算和試驗驗證，驗證其可行性與可靠性。

在搭建尖端創(chuàng)新平臺的同時，中國北車股份公司也建立了一支優(yōu)秀的創(chuàng)新人才梯隊。“目前，公司擁有1500余人的產品研發(fā)及工程化隊伍，具備了軌道客車系統(tǒng)集成、車體、轉向架、網(wǎng)絡控制等專業(yè)齊全、梯隊合理的創(chuàng)新和研發(fā)隊伍。”李軍說。

創(chuàng)新永無止境。

中國北車長客股份已把研發(fā)重點找準高速列車上的工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸速度能夠達到1000兆，是目前列車網(wǎng)絡傳輸速度的1000倍，這將大大提高整個車輛信息的傳輸速度，而且一些圖像信息也可以通過以太網(wǎng)實現(xiàn)傳輸。

常振臣告訴記者，這項技術在國外也是剛剛起步，中國北車長客股份公司將通過努力，使我國盡快占領這一新的技術高地。