中国脊梁
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动车大脑创造者

为了技术保密不能请翻译公司,7个此前从未学习过意大利语的中国人,每人一本中意词典,用时8个月,看清楚了CRH5型动车的所有控制逻辑。

1965年,常振臣出生于吉林省九台市六台乡石场村,这是一个距离县城近百千米、仅有五十余户人家的小山村。

从小学开始,常振臣就和家人一起参加生产队的劳动:种植、除草和秋收。结果12岁那年使用镰刀收割玉米时,一刀砍在左手上,至今还留下明显的疤痕。

40年后,常振臣回忆起这个情节时说,这道伤疤不仅留在他的手上,也深深地刻在了他的心里。

由此在他童年的记忆中,印象最深的就是书本上的现代化农业机械——拖拉机和收割机在农田里耕作和收获的场景,同时作为一种隐喻暗示着美好和幸福的生活。“以后绝不让乡亲们再用落后的镰刀,一定要让乡亲们也用上这样的机器”。

发奋读书的常振臣在1985年成为村里第一位考上重点大学的大学生。他毫不犹豫地在志愿表上填下了“吉林工业大学农机工程专业”。

又过了30年,常振臣没能如小时候期望的那样成为一名农机工程师。身穿蓝色工作服的他如今是中国北车长春轨道客车股份有限公司(以下简称“长客股份公司”)副总工程师。

这家企业以高速动车组和城市轨道车辆的设计、制造而闻名。在这个1.4万余人挥洒汗水的先进制造企业中,常振臣是“列车网络控制系统”研发团队的领导者。

列车网络控制系统是以中央控制单元为中心,通过列车总线、车辆总线及输入输出模块将分散到列车各个部分的子系统控制单元及设备连接起来,实现整列车的控制、监视、故障诊断和测试。列车网络控制系统对于高速列车,就相当于人的大脑和神经系统。它是高速动车组制造的核心技术之一,是任何一家轨道交通装备制造企业必须掌握的核心技术。

2012年12月,由常振臣担纲主持的“CRH5型动车组列车网络控制系统研发项目”通过评审。2014年6月,这项科研成果通过知识产权分析与评估,中国彻底拥有设计制造“高铁大脑”的能力。

10年前,中国铁路营运里程仅为7.4万千米,人均铁路长度仅为5.5厘米,仅为英国人均铁路长度的五分之一。没有人能理解13亿中国人对于发展交通的焦灼和迫切心理,绿皮车拖慢的不仅是国人的速度,还有国民经济飞速发展的步伐。

2004年《国家中长期铁路网规划》不仅绘制了超过1.2万千米的快速客运专线网,还确定了“引进先进技术,联合设计生产,打造中国品牌”的总方针。

中国人开始了谦虚学习与探索先进高速列车技术,这场艰苦、备受责难的探索最终开启了属于中国的高铁时代。

那时,39岁的常振臣刚刚获得了博士头衔,在高校和高铁之间,选择打造“中国速度”。

十年一剑。至2013年,中国已经完成了约1万千米里程的高速铁路网建设,位居全球第一。

如今,它正在雄心勃勃地改变世界其他地方的发展速度。

要干一个男人的事业

从1905年詹天佑开始在京北群山中建造京张铁路,火车就不可避免地成为这个国家有识之士强国的现实寄托物。

1917年“革命的先行者”孙中山曾在《建国方略》中写道:“综观现在铁路,于世界位置上无较此重要者矣。”并提出建设十万英里(约16万千米)的铁路、连接四万万人口的设想,然而在列强侵略,积弱贫苦的旧中国,这个想法没有机会实现。

但发展铁路、实现国家富强的梦想不曾被遗忘,从詹天佑到王梦恕,一代又一代的中国工程师用辛勤的汗水拓展着铁路的里程。

虽然中国的铁路版图在不断延伸,但21世纪初,在日本、法国、德国的国土上已经飞驰着高速列车之时,中国铁路旅客列车平均时速仅为60多千米。高速铁路的建设已经刻不容缓。

一直到2004年博士毕业,常振臣仍然在钻研农业自动化:大学毕业后他被分配到解放军农牧大学任教。面对西方国家农场中的电气化、综合机械化和中国农场里拉犁的黄牛,在高校清闲任教的常振臣开始了新的求学之旅。

2000年,常振臣考入吉林大学汽车工程学院车辆工程专业攻读博士。

作为中国汽车工业人才培养的摇篮,吉林大学汽车工程学院创立于1955年,其车辆工程专业也是中国汽车领域最早的国家级重点学科。

2004年,博士毕业的常振臣进入长客股份公司博士后科研工作站,开始两年的博士后工作。

此时正值长客股份公司与法国阿尔斯通公司合作,引进时速200千米的CRH5型高速动车组。CRH(China Railway High-speed)即中国高速铁路的缩写,是第六次大提速中提出来,也是中国铁道部对中国高速铁路系统建立的品牌名称。CRH系列动车组至今已有1300多列在中国高速铁路上运行。

初来乍到的常振臣,受命负责该动车组列车网络控制系统的消化吸收工作。

为了尽快地熟悉动车组的结构和工作原理,他主动申请参加“长白山号”动车组的试验工作。作为中国动车、高铁领域的标志性产物,造价近1亿元的“长白山号”设计速度为210千米/时,由长客股份公司和加拿大庞巴迪公司联合研发,也是CRH出现前中国自主化程度最高的动车组。

在2004年8月至9月两个月的时间里,他全程参加了长白山号动车组试验和车辆维护工作。2004年9月的一次试验中,长白山号动车组跑出了254.5千米/时的速度,让常振臣万分激动,也给他带来了极大的震撼。“未来中国如果发展起这样的高速铁路,乡村与都市之间的交通将更为便利,改变家乡面貌的方式也许不只是先进的农机设备。”

就此,农机爱好者常振臣的想法彻底改变了。

这是无比精密精细的挑战。某次“长白山号”在更新软件后失去牵引力,只能拉回停车场彻底检查。“后来查清软件更新失败是由动车组的轮径值设置不正确导致的,其误差为10毫米。”常振臣回忆说。

60天的试验不仅让常振臣对动车的结构和原理有了深入了解,也让他意识到中国动车组在牵引控制技术和列车网络控制技术方面还落后于西方先进国家,“心里很不是滋味”。

创始性的“长白山号”于2007年2月在沈大线运行,其间充满挫折与挑战,2012年因无配件供应而被封存。但是常振臣说,后来CRH家族的第一个型号CRH1型电动动车组,牵引系统及内部装饰均在一定程度上参考了“长白山号”。它不仅为国人带来最初的关于动车的记忆,也开启了中国的高铁时代。

在“长白山号”试验结束后,半路出家的常振臣进入博士后课题“哈局内燃动车组列车网络控制系统”的研发。

2006年7月,这个系统完成调试,常振臣顺利“出站”,但两条路摆在他面前:选择“高铁”还是“高校”。

最后还是长客股份公司原总工程师、公司内导师牛得田的话一锤定音:“作为一个男人生在世界上就要干一番事业,高铁发展机遇可遇而不可求。”

被激怒的中国工程师

2007年1月,以常振臣为负责人的7人团队到阿尔斯通公司的意大利SESTO工厂进行为期两个月的列车网络控制系统培训,其任务是了解列车网络的控制逻辑及其与各个子系统的接口关系,这也是列车网络控制系统技术最重要的部分。

但阿尔斯通给中国学员制订的学习计划却并不包括这个内容。

常振臣不得不仔细研读签署的合同,“培训后使其具备自主改变列车配置的能力”这一条款成为他与外方培训人员谈判的筹码。

“经过对合同条款的反复讨论,终于拿到了核心的整车控制网络逻辑关系——3000多页的意大利语的逻辑图。”常振臣说。这也为后续列车网络控制系统的自主研发奠定了基础。

这是常振臣第一次接触到国际最先进的动车技术最核心的部分,还没有来得及兴奋和感叹,巨大的难题摆在了工程师们的面前:如何看懂意大利语的技术图。

为了技术保密不能请翻译公司。7个此前从未学习过意大利语的中国人,每人一本中意辞典,用时8个月,看清楚了CRH5型动车的所有控制逻辑。

“由此,外汉进入门了。”常振臣说。

2007年4月18日,北京到哈尔滨的CRH5型高速列车组正式上线运营,“和谐号”从此驶入了中国百姓的生活。

与此同时,全国铁路实施第六次大提速和新的列车运行图。繁忙干线提速区段达到速度200~250千米/时,标志着中国高铁跨入新的发展阶段。

刚从意大利“研读意大利语”归国的常振臣开始了CRH5动车组的随车试验,这意味着中国高速铁路大规模生产的时代已经到来。

常振臣的记忆中,生产周期特别紧张,调试周期并不充足,“阿尔斯通的设计缺陷和没有考虑中国的运营环境”,刚开始运营的动车组陆续出现故障。

动车组一般早上五六点就从哈尔滨出发,驶过广袤的黑土地,至晚上11点才结束旅程。不过常振臣团队的任务并没有结束,维修和检查任务紧跟其后。

北车长客股份公司企业文化部部长张天的描述是“与其说他是一个博士,还不如说他更像一个战士。”

法国人的态度很难令人满意。轴温显示系统频繁跳变的问题,对方竟说需要半年时间来解决。此类事情屡屡发生。

“他们的工程师明知道是什么问题,就是不告诉我们,即使上午就某个问题的原因达成共识,下午又会变卦否认。”中国工程师的心急如焚并没有使法国人做出让步,“半年就是半年”,法国人摆出一副“你们如果会,你们自己修”的傲慢态度。

“再也等不了了!”常振臣被激怒。事实上,他们仅用了1个多月就解决了法国人说等半年的问题,并且经过8个月的分析和试验验证,常振臣率领团队不仅厘清了CRH5型动车组的整车控制逻辑关系,还发现了法国人设计不合理的地方,并向对方提出了改进和完善建议。这坚定了常振臣自主研发的决心。

整个网络上千个软件由上万行源代码组成,全部需要设计、研发、试验,然后一个一个替代外国零部件,然后再试验,静态调试、地面调试、动态调试……这个最终完成的时间是5年。

“比如温度跳变的问题,替换软件后仍然出现故障,监测的时候需要一动不动地看着屏幕数小时不能离开,否则错过一次跳动都会后患无穷。”常振臣说,“法国人开始好奇,为什么我们后来有困难不找他们了。因为我们自己会了。”

2007~2008年度他获得中华全国总工会“五一劳动奖章”时,体检报告也显示他早已患上肾炎。

自主研发,为高铁“走出去”贡献力量

2009年的春天,北京—太原CRH5型动车组高铁线路开通,常振臣继续随车试验。再次因劳累入院。

这是一个被描述为“冲刺阶段”的铁路发展期,常振臣和团队的视野不得不扩展到整个中国:研究适合中国特殊地理环境需求的网络系统,逐个攻破技术难关,并开始投入试验。

这时网络研发组团队已有8人。长客股份公司高速动车组基础研发部网络开发室副主任单正辉告诉记者,当时团队里有五个男同事和三位女同事,因为中国的大学里面没有网络控制系统专业,所以几乎所有人都来自电气工程专业,“开始上手特别困难”。

也是在2009年的春天,长客股份公司开始自主开发世界上时速最高的380千米/时的CRH380CL动车组。

常振臣迅速率队投入到紧张的研发中,制订出列车网络控制系统与各子系统的接口规范、各子系统功能规范和逻辑图,编制了列车网络控制系统调试文件和用户手册,从而在自主研发的道路上迈出了坚实的一步。

截至2010年,中国高铁运营里程已达到8358千米,每天开行动车组近1200列。飞速发展的中国高速铁路引起了大洋彼岸的羡慕。2010年初,奥巴马在首份国情咨文中曾把中国和欧洲并提,称中国有高铁,美国跟中国一样也要有。

高歌猛进之中,2011年7月23日温甬线动车事故,使这项本可作为国家形象的工程陷入“全民责难”之中。虽然事故的车辆并不是由中国北车长客股份公司生产,但是作为中国高铁事业的一份子,常振臣也陷入深思。

“当时我正在北京进行售后服务,高铁追尾事故让我很震撼,也很难过。”他回忆说。由于开始所有疑问都指向中国的列车控制系统,他关于列车控制系统的介绍也被“断章取义地攻击和诬陷”。最终的调查结果主要责任是管理方面的问题。

虽然事故和长客股份公司毫无关系,但常振臣介绍,“723”事故发生后,为确保所研发列车网络控制系统的安全性,2011年长客股份公司自我开展了列车网络控制系统安全完整性认证工作,并开始制定更加苛刻的标准。

“723”一年后,2012年8月23日,自主研发的列车网络控制系统顺利通过欧洲国际安全等级认证。

“在现在的高铁系统开发中,中国工程师比以往更重视安全性和可靠性,所有中国设计生产的动车系统全都以故障导向安全,即发生故障系统一定要使列车处在安全的状态下。”常振臣说。

2012年开始,中国为进一步打破高速列车供应商的独家垄断,实施中国高铁走出去战略,全面开展高速列车主要系统的国产化替代工作。

2012年底,常振臣担纲主持的“CRH5型动车组列车网络控制系统研发项目”顺利通过原铁道部科技司组织的评审,我国真正意义上实现动车组列车网络控制系统国产化,到目前为止该网络控制系统已装车运用并完成了30万千米的运用考核。

常振臣说:“我们自主设计的列车网络控制系统,具有诊断功能完善、自检功能多输等特点,更便于对动车组的使用和维护。不仅可以根据用户需求自主更改软件,还能大大降低列车网络控制系统的成本,由此进一步增强了我国轨道交通装备产品在国内外市场的竞争力。”

据国际铁路联盟统计,截至2013年11月末,世界其他国家和地区高速铁路总营运里程11605千米,几乎同等于此时中国高铁总营运里程,从最初的零起步到占世界一半,中国用了十年。中国列车网络控制系统也从最初的严重依赖外方到现在国产化的全部实现。

激烈的国际高铁技术竞赛不允许常振臣和他的团队有一丝松懈。

常振臣告诉记者,目前团队正在研发传输能力更强的工业以太网,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。

“这项技术在国外也是刚刚起步,希望通过团队的共同努力,能够使我国尽快占领这一新的技术高地,为中国高铁走出去贡献力量。”常振臣说。

岁月足以颠覆历史,使后发者占据权威。