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高铁动车装上了“中国脑”
 

 

    2014年11月25日,北国冰城哈尔滨。一列CRH5A型动车组开始进入“5000公里正线试验”的最后阶段。

    对于中国北车长客股份公司来说,这一天非同寻常。因为这列动车装载的牵引电传动系统和网络控制系统,为纯中国血统,也是中国首列。

    历经七年的探索,中国第一代高铁人开发出了中国第一批“高铁之心”和“高铁之脑”。在看得见的器件上,实现了中国设计、中国制造和中国材料;在看不见的控制软件中,则奔腾着中国语言、中国逻辑和中国思维。

    “‘高铁之心’与‘高铁之脑’实现百分之百国产化,将大力提升中国高铁列车的核心创造能力,夯实中国高铁走出去的底气。”长客股份公司副总工程师李军如是说。

    高速列车最关键的核心技术

    “牵引电传动系统就是‘高铁之心’,宛若人的心脏,是列车的动力之源,决定高铁列车能否高性能高舒适地运行;网络控制系统则是‘高铁之脑’,决定和指挥着列车的一举一动。”

    12月9日,在位于长春的中国北车长客股份公司,副总工程师李军为记者解疑释惑。

    列车网络控制系统之于轨道交通装备,就相当于“大脑”和“神经中枢”之于人体——它控制和监视着车上各种设备,承担着列车所有控制信息和故障信息的传输、处理、存储和显示功能,是轨道客车最关键的核心技术之一,也是国外公司技术封锁的重点。

    如今,中国高速铁路运营里程已经达1万多公里,每天都有数十万旅客搭乘舒适而快捷的高铁出行。

    但乘客并不知道,是什么使列车以最短时间启动加速到时速250公里的同时,保证了乘客获得的最大舒适感。公司网络控制技术专家郑恒亮、基础研发部副部长滕万秀解释说:“最高加速度和最舒适乘坐之间有个最佳临界点,这个临界点要靠‘高铁之心’与‘高铁之脑’实时高智能的捕捉,探索一个最佳程序,才能起到列车瞬间启动从零到高速时保持平稳状态。”

    “高铁之心”和“高铁之脑”所起的诸如此类的重要作用不计其数,因此,能否实现这两大核心技术的自主研发是衡量高铁列车制造企业是否具备核心创造能力的根本性指标。

    “10年前,我国动车组自主化列车网络控制系统应用还处于空白状态,可到了今天,在这一领域,我们已经达到国际先进水平!”说到这些,李军脸上写满了自信。

    一场挑战科技尖峰的“大会战”

    2004年,中国北车长客股份公司与法国阿尔斯通公司合作,引进时速200公里CRH5型高速动车组。彼时,常振臣刚刚博士毕业,进驻长客股份公司博士后流动站工作,受命负责该动车组列车网络控制系统的消化吸收工作。

    “合作之初,由于外方在技术转让中有所保留,我们只能在人为的技术壁垒面前自己去摸索。”常振臣打了个比方:“就如同一款超赞的电子游戏,作为用户,咱们只觉得程序编得特别好,但不知道这个程序到底是怎么编出来的,人家软件开发商不告诉你。”

    摆在眼前的路,只有一条:瞄准国际先进技术水平,在技术引进的基础上,实现消化吸收再创新。

    这是一场挑战科技尖峰的“大会战”。

    为突破高速动车组的核心技术,加大自主创新力度,原铁道部确立了“动车组关键技术自主创新深化研究项目”的重大课题, CRH5型动车组牵引电传动系统和网络控制系统自主创新为课题组成部分。

    2007年初,在消化吸收的基础上进行再创新,我国列车网络控制系统自主攻关新篇章在长客股份公司掀开。

    就在常振臣率队实现CRH5型动车组列车网络控制系统国产化方兴未艾之际,2007年4月18日上线运营的CRH5型车,陆续出现了轴温显示系统轴温频繁跳变现象。

    参与研发的公司网络控制专家郑恒亮回忆说:“每次出现跳变,都要停车进行人工检测轴温,短则5分、8分,长则20多分钟,严重影响车辆正常运营秩序。可问题反馈给外方公司,均被告之解决问题至少需半年,而且要收取一大笔费用。”

    对飞速发展的中国高铁,等半年解决一个问题简直不可思议。几经权衡,凭借几年来在自主研发过程中的技术积淀,常振臣决定率团队自己攻坚。

    攻坚的道路艰难而曲折。

    列车网络控制系统的程序异常复杂,一个指令不对,就会影响整个计算机读取数据,而要在上万行源代码中查找这样一个问题,犹如大海捞针!“要纠正外方技术缺陷,比自己写程序的难度还大!”回忆那些肩负着巨大压力的日子,郑恒亮至今难忘。

    山高人为峰。团队经过无数次跟车检测和在地面实验台的反复同步试验,1个多月后,终于在繁复浩杂的程序里准确“揪”出了罪魁祸首,找到了那个制造麻烦的时间参数,并通过软件重新设计,彻底解决了CRH5型车轴温跳变导致的轴温误报警问题。

    窥一斑而知全豹。对轴温显示系统的自主改进,也只是一个缩影。“在团队的努力下,通过一次又一次艰苦攻关,CRH5型动车组的总体故障率大幅度下降,不仅保障了在线CRH5型动车组的平稳运行,而且使公司得到了同类车型的后续市场订单,客户也反映很好。”长客股份公司铁路客车开发部副部长孔风说。

    未来研发重点是高速列车上的工业以太网

    2014年10月22日,完全自主化的中国北车CRH5型动车组列车网络控制系统(“高铁之脑”)通过中国铁路总公司组织的技术评审,获准批量装车,成为国内首个获准批量装车运行的动车组列车网络控制系统。

    随后,装载中国北车自主化牵引系统和网络控制系统的CRH5A型动车组在哈尔滨铁路局开展正线试验。

    自2007年以来,CRH5型动车组已在中国大地上安全稳定运行7年,累计有141列(含综合检测车1列)投入运营,覆盖东北、西北、中原、华南、华东等18个省区,能承受零下40℃到零上40℃间温差巨变的考验,总运营里程已经超过2亿公里,相当于绕地球5000多圈。

    十年来,通过引进消化吸收再创新,中国北车长客股份公司从全局性、前瞻性、战略性的高度着眼,充分利用国家政策,申报建设高速列车系统集成国家工程实验室和国家轨道客车系统集成工程技术研究中心,完善了轨道客车技术创新机构建设,并对研发队伍、研发手段、研发平台等资源进行整合,全面提升研发能力和研发水平。

    在国家相关部门支持下,中国北车长客股份公司还投资1.39亿元,建立了占地面积达15128㎡的“高速列车系统集成国家工程实验室(北方)”,重点承担仿真分析与产品试验任务,通过仿真分析、试验台试验等手段对新技术、新材料与新工艺、新产品进行分析计算和试验验证,验证其可行性与可靠性。

    在搭建尖端创新平台的同时,中国北车股份公司也建立了一支优秀的创新人才梯队。“目前,公司拥有1500余人的产品研发及工程化队伍,具备了轨道客车系统集成、车体、转向架、网络控制等专业齐全、梯队合理的创新和研发队伍。”李军说。

    创新永无止境。

    中国北车长客股份已把研发重点找准高速列车上的工业以太网。工业以太网的传输速度能够达到1000兆,是目前列车网络传输速度的1000倍,这将大大提高整个车辆信息的传输速度,而且一些图像信息也可以通过以太网实现传输。

    常振臣告诉记者,这项技术在国外也是刚刚起步,中国北车长客股份公司将通过努力,使我国尽快占领这一新的技术高地。

 
 
   
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