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【改革开放40年】赵红卫:中国标准高铁将向系列、绿色、智能方向发展

2018-09-03 16:35 来源:80后整理 网友评论 0

节目导视:2018年6月26日,被命名为“复兴号”的中国标准动车组运营一周年。“复兴号”的出现,让中国高铁从国产化迈向了自主化,开创了惊艳世界的“中国速度”。这背后离不开参与研制我国“复兴号”动车组的科技工作者赵红卫和她的团队的坚韧务实的精神和不惧挑战的勇气。从十几年前关注高铁,到作为技术负责人参加高速CRH3型动车组技术引进的谈判,再到为“复兴号”高铁网络控制系统进行原始创新,赵红卫见证了中国高铁技术创新的每一步。本期节目,中国网《中国访谈》专访中国铁道科学研究院集团公司首席工程师赵红卫。

全国政协委员、中国铁道科学研究院首席工程师赵红卫接受中国网专访。 摄影 董宁

您是哪一年进入铁路系统工作的?当时我国的铁路交通情况又是怎样的?

赵红卫:我是1988年上大学,1992年我考了中国铁道科学研究院研究生,学的是铁道牵引电气化与自动化专业,1995年又读了机车车辆动力学与控制专业的博士。1998年博士毕业之后留在了铁道科学研究院,刚开始是在动力学与强度研究室,之后又在电力机车研究室,一直工作到现在。

关于这个铁路的感受,肯定是非常深刻了。我大学刚毕业的时候,那个时候还是相对来说比较落后,买票也比较难,要排长队,可能乘车环境也比较差,乘车时间也比较长。我记得有一次我跟一个亲戚接另外一个亲戚到北京,当时车也是非常少。接到这个亲戚之后,在车站熬了一晚上,然后再买是另外一趟火车票,那个时间也别长。

我国铁路交通技术到现在都发生哪些变化呢?

赵红卫:现在方便很多了,可能说走走了。在网上订个票拎包可以走,因为你到了车站可以有很多的车次可以选择,速度也更快了。 所以是出门旅行好像已经不再像过去似的是一件非常大的事了,应该说更加方便和快捷了。

2017年6月26日,中国标准动车组“复兴号”正式开通运行,并于9月实现了350公里的商业运营高铁最高时速。在“复兴号”上,高速动车组254项重要标准当中,中国标准占84%。整体设计和关键技术都是中国自主研发的,具有完全自主知识产权。其中,被称为“复兴号”“大脑”的列车网络控制系统,正是赵红卫带领团队研发的。

赵红卫:我所从事的专业是列车网络控制,它是又被人们称为是整个动车组的“大脑。之所以称为“大脑”,是因为它要把车上的所有的控制系统(连接起来),相当于一个计算机。比如牵引系统相当于是动车组的动力的来源,制动系统可以说是相当于汽车的刹车。那么这个网络系统它是要协调牵引和制动系统,包括还有辅助系统,空调,车门,是所有的这些系统基于一个车载的网络,要把它连接起来,然后再是用这个列车的控制监视和诊断这样一套系统完成整个动车组的控制功能。

关于是说为什么我们要自己来造这个列车网络控制系统。一个是因为它本身是列车网络系统,它相当于要把所有的系统给串联起来,它起着一个系统集成的作用。如果我们不去把这个系统集成的这个任务承担起来,如果是国外的这个系统集成商,那么它可以对这个子系统去选择。咱们有了自主化的这个列车网络控制系统,首先我们的各个子系统的供应商,我们可以自己去选择了。另外网络系统,它还有很多的部件,包括这个输入、输出单元,还有我们叫做列车“大脑”的中央控制单元,那么它起到的是司机手柄指令的发布,到这个牵引制动的执行这样一个系统的一个控制功能。 另外还有一个系统叫做中央诊断系统,它还会诊断这个设备是不是出现什么问题,有没有故障,监视这个系统的状态。那么还会把这些状态通过有一个叫HMI的人机交互的一个显示屏呈现给司机,那么司机在得知后面的系统出现问题的时候,他可以采取一定的导向安全的措施。所以,这个系统在整个动车组上来讲非常重要,也是我们要国产化自主化的原因。

以前很多技术都是从国外引进的。这一次我们自主研发,可能遇到很多困难,研发的难点在哪?

赵红卫:这个难点还是挺多的。是从几个方面来讲,首先列车网络控制系统比较庞大,分不同的层级。从一方面来讲,它有这个底层的通讯功能,相当于我们的计算机,你要上网,你必须得有网卡,有网络通讯的芯片,但是我们最初连这个网络通讯的芯片都不具备。这个列车网络控制系统,由于它是只有这个整车的系统集成商才关心,它才去做,所以你从第三方是采购不到的,于是我们从底层的这个芯片开始研究。

那么用这个是FPGA,是可编程的门阵列,我们在这个上面要进行硬件的编程,是把通讯协处理器的芯片给它完成。那么之后再让这个芯片它有一个最小的工作环境,要给它提供电源,要有CPU(中央处理器),要有存储的相应的一些系统,这样的话才能把一个网卡研制出来。但是我们所有的这通讯它是基于产品,我们还要有相应的输入输出的网络产品,还要有这个承担列车控制这个“大脑”功能的中央控制的单元,还有核心的诊断系统,那么每一个系统它都有,比如CPU、存储单元、数字信号处理系统,是每一个系统它都是有一套比较完善的硬件,这个还是基础。

我们还要在硬件上面还要有软件开发平台,因为我们最后要完成的是车的控制功能,所以还要在上面去把整个车的,是从司机手柄指令的发布这个信号采集过来,然后转成合理的操作模式,把这个转成相应的软件,然后是这样的硬件系统,软件开发平台上面跑的应用软件,那么把这样一套系统搭起来,它这个难度也是非常大。

面对这些困难和技术壁垒,您的团队又是怎么克服的?

赵红卫:其实我们在这个研制过程中还是会遇到很多的挫折、问题。比如在硬件研发的时候,我们曾经遇到过,这个系统我们已经研制出来了,样机都已经出来了,但是我们拿到这个试验室去测试的时候,发现这个系统它可能受电磁干扰比较严重。即使可能你在试验室已经考虑到各困难,各干扰,但可能到了现场还会遇到一些问题,还会对你的系统产生影响,而且到了现场可能这影响更复杂了,有的时候可能不是你自己本身的问题,可能是别的系统的问题。

可以说我们是有一个比较好的团队,那么一个是大家不怕吃苦,另外是比较善于钻研。最重要的是我们还能够是化整为零,把比较复杂的工作给分解成一步一步的。比如我们现在的团队,我们有做这个通讯系统研发的,那么专门研制这个底层的通讯的协议,通讯的芯片。那么还有一部分人他是做硬件系统的研发,我们还有做这个软件开发平台,这样的一部分人,他要把这个硬件上面的驱动完成。那么还有一部分人是做软件系统开发的,它是利用这个软件的模块,然后再逐渐的达到车的控制功能。另外我们还有做测试系统的人,是测试系统,它要把整个车的这个功能测试出来,然后要完成一定的系统构建,所以是我们会把整个的这个工作进行分解,然后不同的人、不同的专家,还有这个技术骨干共同去参与把这个事情完成。

全国政协委员、中国铁道科学研究院首席工程师赵红卫谈为何要实现高铁网络控制系统的自主化。 摄影 董宁

2016年7月15日,两列中国标准动车组在郑徐高铁成功完成交会试验。当列车速度渐渐降下来后,试验团队开始在车厢里互相握手表示祝贺,赵红卫更是难以抑制激动的心情。这一天,中国高铁一举创下两个世界第一:拟运营高铁动车组列车第一次跑出时速420公里。赵红卫团队设计的控制系统,让两列不同厂家制造的动车组神奇地联挂在了一起,创造了两个厂家动车组重联的国际先例。

这样的交会试验难度究竟有多大?

赵红卫:应该说我们之前还是做了很多比较充分的准备。第一个是我们之前没有跑过这么高的速度,那么我们通常的,比如这个车它的设计时速是350公里,我们会在这个行驶试验的时候是让它(达到)110%,是会跑到(时速)385公里,那么(时速)385公里和这个(时速)420公里之间还是有比较大的差距,所以我们在试验的时候是逐级提速的。在提速的过程中我们会关注很多系统的状态和响应,那我们必须得在比较有把握的情况下才会做下一步的试验。 另外是我们在(做)这个试验,因为我们铁道科学研究院也是长期在做这个整车的联调联试,还有科学试验整车的行驶试验,所以我们也有很多各方面的经验,我们会制定比较周密的计划。所以我们认为是只要我们计划设计的得当,我们会提前预知它的这个试验的情况,所以不会做那盲目的冒险。

从最初的绿皮车,到后来的红皮的空调车,再到如今的高铁动车,我国铁路这一路走来,您感触最深的是什么?

赵红卫:应该说其实铁路之所以取得当前的这些成绩,是和整个铁路总公司,包括中车、各个集团,产学研共同合作,然后共同为一个目标去努力,我觉得是分不开的。你比如现在我们国家已经建立了比较完善的技术体系,我们可能除了大家看到的咱们的的发展,我们还有重载铁路,是我们有普速铁路重载,比如大秦线。我们还有高寒系列的动车,然后另外我们还有这个高铁动车组,建立了比较完善的技术体系。

另外一个角度上来讲,是从高铁来讲,我们也是建立了比较完善的技术体系。从这个线路桥梁的建设,我们有工务工程,那么它是这个路基是基础,我们桥梁的建造技术,我们的隧道建造技术在国际上都是非常领先的。然后再有我们是这个车高端的,那么它这个以“复兴号”为代表的的动车组也是的。

另外我们还有牵引供电系统,那么是能够适应(时速)350公里运行的供电网,那么它也是这个大张力的这供电网,那么也是我们国家根据运营要求来设计建造的。

还有这个列控系统,我们有C3,这个C2满足不同速度等级的列车控制系统,我们还有这个运营调度,还有风险防控,是我们有这样一个比较庞大的一个技术体系,然后另外我们有各个方面、各个专业的这专家。我们都有很多的人在为这个高铁事业,为我们国家的铁路事业在奋斗。

2018年全国“两会”期间,作为首位亮相“委员通道”的女政协委员,赵红卫的回答给人留下了深刻的印象,充分体现出一名科技工作者的精准和严谨。十几年时间,从追赶到引领,从中国制造到中国标准,中国高铁走过了高效而辉煌的引进、消化、吸收和创新之路。

那您认为实现高铁自主化,对我国铁路事业的发展又产生了怎样的影响?

赵红卫:我认为可能不光是铁路行业,各个行业都是一样的。如果是你要想真正的掌握技术,靠钱买不来的,必须得靠我们自主的设计研制制造,这一点我们是深有体会的。我印象最初我们在做这个列车网络控制系统的软件联调的时候,我们需要有一个半实物的仿真试验台。当时我们说我们能不能快一点去建造,能不能直接采购国外的一些设备,然后能够把这个系统构建起来。但是当国外(一些企业)了解我们要做什么,要完成什么样的工作的时候,那么他们断然拒绝了。这样也是迫使我们自己不得不自己去把这样一套系统,包括测试环境,我们的这个硬件的平台,软件的平台完全靠自主去搭建起来。

另外,原先我们可能比如有一些车型我们在运用的时候,那么这个车可能在国外的这环境它运行的非常好,因为它可能运行不像我们使用的这么频繁。另外它可能也不像我们国家使用的地域这么辽阔,是晚上可能还在哈尔滨,白天到了广州了,它这个交路这么长,这是我们国家的色,但是它这个车比如到了我们国家不适应。我们提出来一些改进的意见。有的时候我们连改进的方案都提出来了,但是他一方面是说可能我要要钱,或者是他说你得给我时间。但是咱们的运营很紧张,有的时候这个时间是等不起的。

然后另外还有各的原因,所以逼迫的你不得已,你只能够自己根据咱们国家线路运营的条件,去研制适应我们国家自己的动车组。我们按照我们自己的标准来设计我们自己的动车组,最后我们才能够满足我们乘客大众出行的这需求。

十几年的时间,从追赶到引领,从中国制造到中国标准,现在中国高铁其实追求的不仅仅是速度,更多的是一些核心的技术部分。那未来我国高铁动车组又会在哪些方向发展呢?

赵红卫:未来的动车组我认为会朝着几个方向发展。一方面是系列化的方向,因为我们有了这个“复兴号”动车组的平台,那么这个平台我们是完全自主的,包括底层的这个硬件,软件,还有上面的车体转向架,还有我们的牵引制动网络,所有系统软件代码我们都是自主编写的。那么这样的一个平台我们会覆盖不同的速度等级,比如(时速)250公里的,还有(时速)160公里的覆盖不同的速度等级,因为我们现在的这个平台一个是满足我们国家的运营需求,另外它具有互联互通的性,然后还有是我们这样一个平台,它整体的运营成本相对来说也是比较低,能满足我们国家的运营的需求。

另外我们还会朝着更加绿色、更加智能的方向发展。 因为我们各个行业都在沿着绿色的方向(发展),是更加节能,更加环保,那么是二氧化碳的排放量更低。比如“复兴号”上,你看它整个的车的头型设计是采用流线型的车头,那么它的这个运行的阻力比既有的和谐号也是降低了12%。那么这样的话是它在(时速)350公里运行的时候,它这个能耗会更低。

另外,我们还会采用轻量化的车体转向架,使这个车更加轻量化,那么也是对它这个节能的,最后节能这方面是有贡献的。

另外我们也会采用更加节能环保、可降解的一些材料,是对环境的污染最小,那么这个也是我们发展方向。

我们也会朝着更加智能的方向发展。比如在京张高铁上,我们一方面是会采用自动驾驶,有人值守的这样一方式。那么司机只要按一下按钮,这个车可以启动加速,然后自动停车,精准停车到位,那么这是自动驾驶这部分。然后同时它的智能还体现在对车的控制,还有这个(对)它的诊断,这方面会进一步的完善,车本身还会有更多的传感器,那么能够智能的感知车辆的状态。当检测到异常的时候,能够自动导向安全停车,然后通过这样的一些智能化的手段使这个车更加安全。然后同时我们也会考虑研发能够提高整车的舒适性方面的一些技术。

应该说现在我国高铁动车组的一些自主研发的技术算是比较成熟了,那当前在“走出去”的这一块表现怎么样?

赵红卫:目前,我们也和国外的一些供应商签订了一些合同和合作意向,比如像是中泰,雅万高铁上也有一些合作,另外有一些项目上他们还明确提出来要采用中国的标准。所以我们高铁是这个一张亮丽的名片,我们也希望这个高铁能够走出国门。

好,谢谢,谢谢您接受中国访谈的专访。

(本期人员——责编:裴希婷;主持:段冰,摄像:常智博;摄影:董宁;主编:郑海滨)

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