本文為《解碼高鐵》三部曲下篇， 節選自《從逆向工程到正向設計：中國高鐵對裝備製造業技術追趕與自主創新的啟示》報告。
面對日、德、法三國差異化的高速列車設計， 中國高鐵裝備研發、設計、製造、試驗各參與單位以深刻理解不同車型運行原理、融會形成自主設計思想為目標， 開展高強度並行學習， 在試驗效率、問題識別、工作邏輯、設計工具、標準確立等方面快速改善， 在短時間內引致了正向設計能力的突變。
試驗中學習通過基於高密度並行試驗的“試驗中學”， 中國高鐵裝備研發人員迅速增強了試驗技術，
同時引進多國高速動車組並輔之以大範圍的產學研合作， 使中國高鐵裝備產業得以兼具並行試驗速度較快和串列試驗促進學習的優點。
組建多個專案團隊、分別攻關指定型號， 這屬於典型的並行安排， 有利於在短期內完成大量試驗， 但不同團隊難以獲取其他團隊的同期經驗， 容易造成各團隊“背對背”試錯的冗餘試驗， 影響學習效果和試驗技術改進。 若採取減少單輪試驗量、增加試驗輪次的串列安排， 則難免降低試驗速度。 與此相比， 前述的產學研合作機制， 尤其是科研人員的跨團隊活動， 增強了中國高鐵裝備試驗團隊之間的即時資訊交流， 在保證並行試驗速度和密度的同時， 獲得了原本在串列試驗中才能達到的學習效果。
就試驗設計而言， 據西南交大張衛華教授介紹，
通過工程實踐與設計實踐反復反覆運算的“幹中學”（Arrow， 1962）， 中國高鐵裝備研發人員在設計輸入和設計工具上取得了大量突破， 形成了具有鮮明中國特徵的自主化正向設計平臺。
從2004年前的自主研發到大規模、多源頭的技術引進和消化吸收， 經驗知識積累大大加速， 主要體現在三個方面。
一是識別核心問題。 影響高速動車組性能的因素極其龐雜， 不可能也不必要全部納入模型。 確認核心問題及其影響因素是合理簡化設計模型的先決條件， 而不同問題和要素的相對重要性往往在產品開發和工程實踐中才能顯現。 例如， 儘管文獻廣泛提及空氣動力學問題， 但中國高鐵裝備研發人員卻是在廣深線提速過程中才真正認識到這一問題的重要性。
中國高鐵裝備研發人員對氣密強度的認識則是在武廣線試驗中得到深化的。
鐵科院原副院長康熊研究員介紹說， “當時我在四方的車上， 過隧道時能感覺到晃動很大。 後來用感測器測， 側牆板最大內移達到12毫米， 疲勞問題嚴重。 ”針對這一問題， 四方技術中心副主任孫彥表示：“從日本引進的CRH2A時速只有250公里， 根本沒發現氣密強度的問題， 日本人當然也不會主動提醒。 所以， 在研發CRH380A的前身CRH2C-350時， 車體氣密強度的要求就沿用了之前的4000帕。 結果， CRH2C-350在武廣線上過隧道後， 車體和門窗全都變形。 我們在排查後發現， 氣密強度是造成此情況的主要指標。 ”
認識到這一問題後， 四方投入大量研究資源， “在車體重量僅增加4%的情況下”， 將CRH380A的“氣密強度從4000帕提高到6000帕”（矯陽， 2011）。得益於經驗性的問題識別和定義，中國高鐵裝備產業才能在迫切的追趕要求下，最大程度地減少過冗餘、過試驗、過設計造成的浪費，將有限資源聚焦於“真正的問題”。
二是構建工作邏輯。高速動車組的架構高度模組化，其性能提升需要同級元件的優化匹配和自下而上的有效集成。正向設計能否形成符合用戶期望的整車工作系統，實現這一設計的生產成本是否合乎預期，取決於研發人員對各級元件之間靜態依賴關係和特定場景下動態調用關係的定義。這些關係的結構化表達，就是車輛工作邏輯，也是正向設計的精華所在（沈志雲，2014）。由“中華之星”等早期型號到CRH380系列和標動，中國高速動車組工作邏輯急趨複雜。
案例：
以資訊傳輸為例，鐵科院首席研究員王悅明介紹說，“‘大白鯊’的資訊傳遞量和機車拉客車差不多，主要是一條開門線和兩個司機室的控制線需要全列貫通。CRH型號則是每條資訊都要傳到主控車和其他列車。”
中國高鐵裝備研發人員通過反復調試不同應用條件下的引進車型故障邏輯，逐步加深了對高速動車組工作邏輯的認識，隨後根據實際運行條件自行設置邏輯或改寫原有邏輯。在密集的“試錯—改錯”過程中，中國高鐵裝備研發人員掌握了部件級、產品級、系統級等各層次硬體和嵌入軟體、應用軟體的聯通、控制、監測、診斷等關係。目前，標動已經達到了“長客造和四方造車輛均能接收、執行、回饋對方主控車指令”這一“從未有過的資訊傳遞和處理水準”。考慮到車速越高，“需要及時觀察、判斷的情況越多，對可靠性和即時性的要求越高，軟體介面越多”，不同廠家車輛之間互聯互通的事實反映出中國高鐵裝備研發隊伍已具備了自主開發全套車輛工作邏輯的能力。
三是發展設計工具。高速動車組是眾多組件交互形成的大型裝配體，結構複雜、關聯量大、參數繁多是其設計模型的固有特徵。在明確關鍵變數及其關聯關係的基礎上，內置了逐層級關聯關係的設計工具可固化產品工作邏輯、實現元件協同變形，幫助研發人員根據特定使用者需求自頂向下地生成設計模型，減少設計工作量，豐富產品多樣性。
而要發展出正確傳遞並表達設計資訊的優質工具，並保證其可讀性、穩定性、後續開發與維護便利性，則有賴於研發人員在建模方法、設計參數、程式結構、實現方法上的實踐經驗。就建模方法和設計參數而言，西南交大徐志根教授表示，高校實驗室的“支撐作用之一，就是確定設計用參數。我們根據基礎理論和實驗室資料建立模型，在大系統動力學的基礎上做一個設計平臺，為工廠提供動力學參數。工廠拿到這些參數，就能設計車輛。”就程式結構和實現方法而言，不少設計軟體和設計環境“都是通過搞動車組，一點點摸索、一點點琢磨、一點點建立起來的”。
案例：長客副總工程師李軍指出，2006年底長客派隊去唐車參與CRH3A的消化吸收，瞭解到西門子用的是ELCAD三維設計軟體，就聯繫軟體公司，諮詢設計步驟，再按照步驟自己摸索著搭建設計平臺。為了測試平臺是否有效，就把西門子給的生產圖紙拿來，看能不能生成一樣的圖紙。如果不行，根據兩頭的結構和結果，繼續推測、調整。2007年我們完全復原了西門子的車體設計。這就證明，我們有了自主的設計平臺，而且和西門子的平臺至少在工程化上是等效的。標準動車組設計的所有分析計算模組，都是這樣建立起來的。
應用中學習通過運行、維護技術來源各異的多種列車型號的“用中學”，中國高鐵裝備研發人員對各種設計理念在特定條件下的具象差異有了更為深入、直接的認識，提升了依據應用環境確立設計標準的水準。研究表明，新裝備有80%的問題都是出乎設計人員預料、在投入使用後才首次發現的，而解決這些問題所需的資訊也隱藏在使用環境之中。實際上，標動研發人員是需要融合國內現有四個平臺的設計理念的基礎上，才能確定了適合國內環境的設計要求。
鐵科院首席研究員王悅明指出，“廣深線提速前，看過國外文獻，知道空氣動力學研究是基本要求，但從上到下都不重視。沒想到，在160公里到200公里的低時速下已經出現很多問題。准高速列車和老式客車交會，把對面的木頭窗子都吸過來了。這才意識到空氣動力學的確是高速情況下的大問題，原鐵道部才會支持相關研究，為後來的高速動車組打下了基礎。”紙上得來終覺淺，所有的實踐真知，才是真正的裝備製造騰飛的法寶。
德國和日本的理念也有所不同。日系車強調人的作用，很多監測專案由人工完成，不包含在監測系統之內，因此，對管理精細程度要求高，檢修頻率高。德系車強調硬體的作用，監測事無巨細，需要的檢修人員少，但操作複雜，容易報故障。”
德國和日本這兩種理念本無高下之分，也各自延伸出了適用的配套模式。然而，一旦落實到他國環境中，管理者或操作者對這些問題回應和處置方式的態度卻可能截然不同。
有些鐵路局不喜歡歐洲車型，因為報警、停車太頻繁；但是，有些鐵路局認為小問題都報警也沒關係，心裡踏實。為此，標動研發團隊需要建立起全新的適用性自主標準。在體系架構上，比德國更強調監測，安全監測點從引進車型的1000多個增加到標動的3000多個。但在資訊展示上，則把監測資訊分成了給司機、給隨車機械師和給段上檢修人員的部分。司機不會被頻繁的報警打擾，隨車機械師則能全面掌握車輛狀態。
小結後發而上的中國高鐵已經不可逆轉地改變了世界高鐵的格局。“全球市場在過去幾年經歷了巨大的變化，一家來自亞洲的企業強勢改變了市場格局。” 在上個月西門子宣佈和阿爾斯通的交通業務合併中，總裁Kaeser意味深長地提到了這一點。中國高鐵的發展，自有其特殊的規律，然而也非常值得總結。從戰略導向看，採用了“一竿子到底”的戰略思維。從資源配置看，數十年傳承有序的人力資源積累和協調有效的長期合作機制，是該產業形成正向設計能力的基礎。而從活動系統看，根據科研與工程需要持續完善的試驗體系，特別是同步提升的試驗理念和組織水準，是該產業形成正向設計能力的重要支撐。這些都值得裝備製造業的深思和借鑒。
（——全文終——）
作者：呂鐵（中國社科院工經所研究員，研究方向是產業經濟）、江鴻（中國社科院工經所副研究員，研究方向是戰略管理）
編審：林雪萍（南山工業書院發起人，北京聯訊動力諮詢公司）
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2011）。得益於經驗性的問題識別和定義，中國高鐵裝備產業才能在迫切的追趕要求下，最大程度地減少過冗餘、過試驗、過設計造成的浪費，將有限資源聚焦於“真正的問題”。二是構建工作邏輯。高速動車組的架構高度模組化，其性能提升需要同級元件的優化匹配和自下而上的有效集成。正向設計能否形成符合用戶期望的整車工作系統，實現這一設計的生產成本是否合乎預期，取決於研發人員對各級元件之間靜態依賴關係和特定場景下動態調用關係的定義。這些關係的結構化表達，就是車輛工作邏輯，也是正向設計的精華所在（沈志雲，2014）。由“中華之星”等早期型號到CRH380系列和標動，中國高速動車組工作邏輯急趨複雜。
案例：
以資訊傳輸為例，鐵科院首席研究員王悅明介紹說，“‘大白鯊’的資訊傳遞量和機車拉客車差不多，主要是一條開門線和兩個司機室的控制線需要全列貫通。CRH型號則是每條資訊都要傳到主控車和其他列車。”
中國高鐵裝備研發人員通過反復調試不同應用條件下的引進車型故障邏輯，逐步加深了對高速動車組工作邏輯的認識，隨後根據實際運行條件自行設置邏輯或改寫原有邏輯。在密集的“試錯—改錯”過程中，中國高鐵裝備研發人員掌握了部件級、產品級、系統級等各層次硬體和嵌入軟體、應用軟體的聯通、控制、監測、診斷等關係。目前，標動已經達到了“長客造和四方造車輛均能接收、執行、回饋對方主控車指令”這一“從未有過的資訊傳遞和處理水準”。考慮到車速越高，“需要及時觀察、判斷的情況越多，對可靠性和即時性的要求越高，軟體介面越多”，不同廠家車輛之間互聯互通的事實反映出中國高鐵裝備研發隊伍已具備了自主開發全套車輛工作邏輯的能力。
三是發展設計工具。高速動車組是眾多組件交互形成的大型裝配體，結構複雜、關聯量大、參數繁多是其設計模型的固有特徵。在明確關鍵變數及其關聯關係的基礎上，內置了逐層級關聯關係的設計工具可固化產品工作邏輯、實現元件協同變形，幫助研發人員根據特定使用者需求自頂向下地生成設計模型，減少設計工作量，豐富產品多樣性。
而要發展出正確傳遞並表達設計資訊的優質工具，並保證其可讀性、穩定性、後續開發與維護便利性，則有賴於研發人員在建模方法、設計參數、程式結構、實現方法上的實踐經驗。就建模方法和設計參數而言，西南交大徐志根教授表示，高校實驗室的“支撐作用之一，就是確定設計用參數。我們根據基礎理論和實驗室資料建立模型，在大系統動力學的基礎上做一個設計平臺，為工廠提供動力學參數。工廠拿到這些參數，就能設計車輛。”就程式結構和實現方法而言，不少設計軟體和設計環境“都是通過搞動車組，一點點摸索、一點點琢磨、一點點建立起來的”。
案例：長客副總工程師李軍指出，2006年底長客派隊去唐車參與CRH3A的消化吸收，瞭解到西門子用的是ELCAD三維設計軟體，就聯繫軟體公司，諮詢設計步驟，再按照步驟自己摸索著搭建設計平臺。為了測試平臺是否有效，就把西門子給的生產圖紙拿來，看能不能生成一樣的圖紙。如果不行，根據兩頭的結構和結果，繼續推測、調整。2007年我們完全復原了西門子的車體設計。這就證明，我們有了自主的設計平臺，而且和西門子的平臺至少在工程化上是等效的。標準動車組設計的所有分析計算模組，都是這樣建立起來的。
應用中學習通過運行、維護技術來源各異的多種列車型號的“用中學”，中國高鐵裝備研發人員對各種設計理念在特定條件下的具象差異有了更為深入、直接的認識，提升了依據應用環境確立設計標準的水準。研究表明，新裝備有80%的問題都是出乎設計人員預料、在投入使用後才首次發現的，而解決這些問題所需的資訊也隱藏在使用環境之中。實際上，標動研發人員是需要融合國內現有四個平臺的設計理念的基礎上，才能確定了適合國內環境的設計要求。
鐵科院首席研究員王悅明指出，“廣深線提速前，看過國外文獻，知道空氣動力學研究是基本要求，但從上到下都不重視。沒想到，在160公里到200公里的低時速下已經出現很多問題。准高速列車和老式客車交會，把對面的木頭窗子都吸過來了。這才意識到空氣動力學的確是高速情況下的大問題，原鐵道部才會支持相關研究，為後來的高速動車組打下了基礎。”紙上得來終覺淺，所有的實踐真知，才是真正的裝備製造騰飛的法寶。
德國和日本的理念也有所不同。日系車強調人的作用，很多監測專案由人工完成，不包含在監測系統之內，因此，對管理精細程度要求高，檢修頻率高。德系車強調硬體的作用，監測事無巨細，需要的檢修人員少，但操作複雜，容易報故障。”
德國和日本這兩種理念本無高下之分，也各自延伸出了適用的配套模式。然而，一旦落實到他國環境中，管理者或操作者對這些問題回應和處置方式的態度卻可能截然不同。
有些鐵路局不喜歡歐洲車型，因為報警、停車太頻繁；但是，有些鐵路局認為小問題都報警也沒關係，心裡踏實。為此，標動研發團隊需要建立起全新的適用性自主標準。在體系架構上，比德國更強調監測，安全監測點從引進車型的1000多個增加到標動的3000多個。但在資訊展示上，則把監測資訊分成了給司機、給隨車機械師和給段上檢修人員的部分。司機不會被頻繁的報警打擾，隨車機械師則能全面掌握車輛狀態。
小結後發而上的中國高鐵已經不可逆轉地改變了世界高鐵的格局。“全球市場在過去幾年經歷了巨大的變化，一家來自亞洲的企業強勢改變了市場格局。” 在上個月西門子宣佈和阿爾斯通的交通業務合併中，總裁Kaeser意味深長地提到了這一點。中國高鐵的發展，自有其特殊的規律，然而也非常值得總結。從戰略導向看，採用了“一竿子到底”的戰略思維。從資源配置看，數十年傳承有序的人力資源積累和協調有效的長期合作機制，是該產業形成正向設計能力的基礎。而從活動系統看，根據科研與工程需要持續完善的試驗體系，特別是同步提升的試驗理念和組織水準，是該產業形成正向設計能力的重要支撐。這些都值得裝備製造業的深思和借鑒。
（——全文終——）
作者：呂鐵（中國社科院工經所研究員，研究方向是產業經濟）、江鴻（中國社科院工經所副研究員，研究方向是戰略管理）
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