推动世界轨道交通的芯力量

　　——中国南车株洲所科技创新纪实

　　文图 / 刘亚鹏

　　龙年伊始，捷报频传。3月10日，装载中国南车旗下的南车株洲电力机车研究所有限公司(以下简称“南车株洲所”)自主研发的牵引系统的轻轨列车从伊兹密尔市一号线的BONOVA站出发，正式上线运营，向世界宣告了装载中国南车核心牵引系统、网络控制系统等关键部件的轻轨列车首次在欧洲投入运营。

　　50多年来，南车株洲所借助国家振兴装备制造业的政策东风，高举自主创新、科技先导的伟大旗帜，以打造轨道交通及其相关领域的第一民族品牌为目标，致力于牵引传动与列车网络控制技术的研发及产业化，经过多年的专注钻研和刻苦积累，成功建立起自主先进的牵引传动和控制技术体系和标准，其中传动控制、变流器设计和网络控制等三大核心技术水平居于国际领先行列，使我国成为世界上少数掌握该技术的国家之一，成功突破发达国家少数公司对行业核心技术的封锁和垄断，为我国轨道交通装备技术进步与产业发展以及国际地位的快速提升作出了突出贡献。

　　南车株洲所还致力于推动科技成果产业化应用，近年来，主持开发的7 200千瓦大功率电力机车交流传动电气系统、时速300公里以上等级动车组电传动及控制系统等核心技术成果应用到高速动车组、大功率交流传动机车等代表世界先进技术水平的机车车辆上，为我国铁路实现从普载、常速到重载、高速时代的跨越作出了杰出贡献，同时，南车株洲所积极开拓战略性新兴产业，成功将牵引传动与控制系统等核心技术延伸到城市轨道交通以及工业变流、电动汽车、风力发电等产业领域，形成以“同心多元化”为模式的产业发展结构。

　　科技先导 抢占制高点

　　牵引传动和网络控制是两大标志性技术，具有牵引功率大、速度高、节能环保、运营经济等优点，是现代机车车辆(含机车、动车组、城市轨道机车车辆)的“心脏”和“大脑”，被誉为“机车之芯”，是一个国家轨道交通装备水平高低的重要标志之一，也是重载和高速牵引的基础，国外上世纪80年代中应用，仅为西门子、阿尔斯通、庞巴迪和日本等少数公司和国家所掌握，且至今不对中国转让。

　　面对外部环境发生的深刻变化，南车株洲所认真分析当时的国内形势，瞄准国际一流水平，着力提升机车牵引电传动系统核心技术，力争在中国铁路从普载、常速到重载、高速时代的跨越中，抢占技术制高点。

　　按照国务院“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的要求，南车株洲所积极参加引进消化吸收再创新工程，以“先进、成熟、经济、适用、可靠”为纲领，以高速、重载为突破口，高起点引进国际一流技术，以国产化为重点，加强创新，高标准瞄准国际品牌，开始了史无前例的大规模牵引交流电传动系统技术的研制。

　　南车株洲所将原始性创新、系统集成创新和引进消化吸收再创新三者有机结合起来，依托早期雄厚的工程化锻炼及人才基础，先是借鉴和研究国外先进技术模式，以国外某种车型为参照，结合我国铁路应用的实际情况，确立系统的技术条件和各部件参数要求，分别进行部件的研发，然后将各部件组合成系统进行试验研究和验证，再装车进行试验和验证，从局部的成功到整体，直到整个系统的成功。

　　仅仅用了3年的时间，以丁荣军为代表的南车株洲所科技创新团队，结合欧美、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。

　　从大系统到大部件、从关键材料和关键工艺、从核心硬件和核心软件上向该技术发起了全面的攻关，南车株洲所先后开发了18种不同型号变流器产品、11种控制模块、两种型号新型电力电子器件，通过对传统电传动技术与高端电力电子、信息化软件技术的嫁接，再次确定了国内领先地位，形成了独有的技术创新体系和创新能力。

　　2007年4月18日，全国第6次铁道大提速。在首批开行的52列高速动车组中，有70%以上的牵引电传动系统和网络控制系统由该公司提供。在所有提速机车中，南车株洲所提供的动车组关键核心部件有6大类，约20个品种，与同期运行的进口高速机车争相辉映。

　　随着中国铁路技术的不断进步，以时速300公里为代表的高铁技术和以更高功率等级为标志的重载机车技术成为新时期我国铁路机车自主创新的新方向，南车株洲所决心发起向世界顶端机车牵引电传动技术冲刺。

　　2008年11月底，在国外新型交流传动大功率机车几乎独占中国市场的时候，南车株洲所团队经过6个月夜以继日的苦攻，具有完全自主知识产权的7 200kW大功率电力机车交流传动电气系统终于研制成功。该系统性价比较高，很快成为世界领先的主型电力机车的定型系统。

　　这期间，国家组织新一轮的自主高铁技术的研究，在九大核心技术中，南车株洲所主持其中时速300公里以上等级动车组电传动及控制系统等3项关键技术的研发(牵引变流器、牵引控制和列车网络控制系统技术)，成功解决了困扰高速动车组“变流器功率大、体积小、重量轻”等技术难题，使变流器的功率密度大幅提高了30%，研制出当前世界单列功率最大的动车组变流器。2010年12月4日，装载自主牵引系统和网络控制的CRH380A商用动车组创造了486.1公里/小时的世界铁路运营最高时速，向世人证明了中国铁路“机芯”技术的王者地位。

　　随着中国高铁铁路建设进入高峰期，公司先后中标时速300公里的武广高铁、郑西、沪杭、京沪高铁项目，共计140列1 600余台。特别京沪高铁项目，公司拿下半数以上关键部件订单，成为国内自主高端牵引电传动系统最大的供应商。南车株洲所完成了从“技术引进的先行者”到“自主创新的领导者”的蜕变，推动中国铁路技术进入世界强国之列。

　　在这场史无前例的“机芯”技术攻关中，IGBT应用技术的成功自主掌握，无疑是最大的亮点，它被南车株洲所成功突破，被业界认为抢占机车核心技术的“珠峰”制作。

　　IGBT，中文名称绝缘栅双极晶体管，英文全称InsulatedGateBipolarTransistor，它在轨道交通牵引变流器中起着关键作用，如果牵引变流器被称为“机车之芯”，而作为牵引变流器的核心元件，IGBT被称为“机车之核”。牵引变流器作为机车(高速动车组、城轨、电力机车等)的“心脏”，决定了列车的启动、制动和最高运行速度等性能，具有十分关键的作用。而IGBT作为牵引变流器的核心元件，其性能及可靠性直接决定了牵引变流器的性能及可靠性。

　　不仅如此，IGBT几乎还涉及到关于国计民生的各个领域，是节能和低碳经济的主要支撑技术之一。对掌控国家经济命脉、推动民族产业崛起具有重要作用。

　　早在2007年，南车株洲所启动“高压IGBT元件研制”项目，制订“收购——整合——创新”的战略，确定“先期导入封装技术，后续再整合、创新芯片技术”的实施计划，并于2008年完成了对世界著名的半导体公司丹尼克斯公司的并购，还于2010年在国内建成第一条高压IGBT封装线的建设。

　　2010年5月，中国南车在英国丹尼克斯公司成立功率半导体研发中心，共同研发新一代IGBT技术。内容包括了标准的用于轨道交通的焊接式IGBT模块及全新的用于智能电网的压接式IGBT模块，电压等级最高位。项目由双方500千伏，为国内目前最高。

　　2011年5月25日，南车株洲所大功率IGBT产业化基地奠基，标志着我国首条8英寸IGBT芯片生产线项目正式启动。项目设计年产8英寸芯片12万片、IGBT模块100万只，南车株洲所成为国内唯一掌握IGBT芯片设计——芯片制造——模块封装——系统应用完整产业链企业，填补了国内相关技术领域的空白，目前，该项目正有序推进。

　　仅用了4年左右的时间，南车株洲所“机芯”技术的科研设计、生产制造和检验实验有了飞跃性的发展，培养了一支高素质的员工队伍。实现了牵引交流传动系统从核心元件到部件系统集成的技术开发应用体系，同时也确立了中国南车株洲所在中国轨道牵引交流电传动系统集成技术领域的领军地位。

　　三高之策 稳占主导权

　　迈向核心技术之巅，聆听世界轨道交通铿锵的脚步声，追寻南车株洲所科技创新历程大发展、大跨越背后的足迹，30多年来，该公司广大科技工作者用汗水和智慧向祖国交出了一份精彩的答卷。

　　高强度投入，构筑科技发展保障。南车株洲所始终坚持“以科技立企，以产业兴企”的发展方针，不断加强核心技术开发，实行科研成果产业化运作，30多年来，南车株洲所每年将销售收入的8%以上作为科研经费，近3年更是达到10%以上。这个比例是同行业平均标准的3到5倍。作为中国南车轨道交通产业的承担者，南车时代电气(03898.HK)研发经费由2009年的19 081万元，到2010年的32 210万元，再到2011年的38 074万元，平均增长18%。

　　另一上市公司，南车时代新材(上海上市，600458)，“十一五”期间，共计投入新产品研发费用8 000万元左右，同时为建设更先进完善的科技研发平台，在软硬件建设上投入资金3 000万元。

　　不仅在科技研发上，近5年来，南车株洲所还投入近2亿元进行扩建和新试验能力建设，打造轨道交通领域同业规模最大、设备最为齐全、技术实力最为雄厚的检测检验中心；投资了约17亿元，新增一大批专业化制造基地，新增建筑面积接近30万平方米。

　　南车株洲所科技之所以成就辉煌，最重要的原因就是将研发创新能力作为核心竞争力来培植，围绕核心技术开发，辅之以检测检验、专业制造等配套设施，在技术研发上，形成完善的链条，打造了行业内绝无仅有的大科研开发平台。

　　高素质人才，锻造持续创新能力。随着企业规模化、现代化和国际化发展步伐的提速，南车株洲所以整合资源为主要内容的核心竞争力，其涵盖的资源范围已不仅局限于自然资源和资本优势，更重要的是高科技人才、特别是尖端技术的人才。据了解，5年来，南车株洲所通过提高工资待遇、建立项目奖励机制以及帮助员工设计“乔”型职业发展体系管理等先进理念，集聚了业内一大批精英。并通过内部培训、战略联盟、全球采购等方式充分利用全球的技术、人才、资本和经营管理经验，促使技术和产品迅速升级换代。

　　针对南车株洲所最为核心的牵引电传动技术，2011年，在前期工作基础上，完成了以设计、产品、制造为内容的“三大技术平台”建设，实现平台滚动发展，持续提升产品质量水平，提高项目开发效率，降低产品成本，提升企业核心竞争力，建成具有世界先进水平的技术管理软硬件。

　　在“十二五”的第一年，南车株洲所“三大技术平台”取得显著成就，策划了83个三大平台项目，优化并完善了17项工艺管理标准的各项表单并通过PLM系统进行了固化，RDP开发程序得到有序推广，完成了动车组电传动系统的仿真实验室的建设，DTECS-2、TEC4000等下一代产品平台完成了关键技术研究，开始进入平台样机研制。

　　同时，南车株洲所积极吸纳凝聚外部科研资源，通过战略合作、联合办学等，与高校、科研院所建立各种合作关系，开展前瞻性的基础技术研究。2011年，先后与中国科学院微电子所、清华大学电机系、西南交通大学等国内知名院校，开展在SiC功率器件、电机控制、电气传动、电能质量、柔性输电、新能源及高压变频等技术以及人才培养的全方位合作。

　　截至2011年底，公司拥有博士72名，研究生以上学历781人，形成了以1名中国工程院院士，8名首席专家、59名教授级高级工程师、16名政府津贴获得者领衔的3 678人的科研队伍。拥有两家企业博士后科研工作站和三个国家级技术平台，成为中国轨道交通名副其实的“人才洼地”和“技术硅谷”。如今，在该公司科技大舞台上活跃着由资深专家、首席专家、学识带头人、骨干科研人员、基层技术人员等不同层次的科研团队，他们为持续创新提供了源源不断的动力支持。

　　凤凰栖吾枝，亮翅放清音。雄厚的人才队伍，带来了丰硕的科研成果。据统计，“十一五”期间，南车株洲所累计创造1 000多项科技成果，800项发明专利。其中，最具分量的是，作为IEC/TC9国际标准中国归口单位，5年来，该所组织制订国家标准共44项，完成企业标注修订209项，并获得了IEC62580—2和IEC62621等两项重要国际标准的主导起草权，这在中国轨道交通装备制造企业中更是史无前例。

　　高速效转换，科技成果香气满园。掌握关键的核心技术，创造出系列的科技成果是第一步，推动产业化运营则更为关键。

　　“不同的企业在不同的发展阶段对发展模式会有不同的选择。南车株洲所走的是一条科技产业化的道路。我们承载的使命，不仅在于把技术转化成了现实的生产力，做大一个企业，更重要的是把一个国家级的研究所带入市场，引领行业技术进步。”该所总经理丁荣军说。

　　在激烈的市场竞争环境中，南车株洲所意识到了自主创新的重要，意识到发挥核心技术优势，寻求新的市场空白点，加快产业发展的重要性。正是基于这样的认识，该所提出了“同心多元化”的产业扩张战略。

　　依据“同心多元化”的发展模式，本着将传统轨道产业做大做强、将核心技术引入朝阳产业，将定位扩大到全球市场的理念，南车株洲所已形成了以电气传动与自动化、高分子复合改性材料、新能源装备、电力电子器件为主的四大产业板块。其产品拓展到了以铁路机车电子、信息、轨道维护装备为基础，辐射延伸至工业传动、城市轨道交通，光伏发电、电动汽车、风力发电、工程机械等多元化市场。

　　通过资本运营，合并重组后的南车株洲所，产业结构更明晰，技术实力更强大，从轨道交通、高分子材料到新能源，产业辐射领域“同心多元”，呈现出“葡萄”效应，跻身为多元化发展集团性公司。

　　经过多年的改革与发展，南车株洲所今天已成功转型为一家科技先导的高科技企业集团，成功探索出了一条“以科技促产业，以产业养科技”的良性发展模式，“科技创新”也成为牵引南车株洲所不断发展的一股强大动力引擎。