2013年8月，中國工程院啟動了重大谘詢項目“創新設計發展戰（zhàn）略研究”，項目組織了近20位院士、100多位專家，曆時兩（liǎng）年在地（dì）方、行（háng）業和企業進行廣泛調研和深入研究，研究成果已引起政府的高度重視和企業與社（shè）會的廣泛關注。“提高創新設計能力”已經被作為提高我國（guó）製造業創新能力的重要舉措列入《中國製造2025》。中國好設計評選活動由中國創新設計產業戰略聯（lián）盟主辦，旨在評選和表（biǎo）彰在知（zhī）識網絡經濟時代湧現出的中國創新設計優秀案例，全麵展示創新設計在產品係統創新、工藝流程創新（xīn）、管理服務創新及商業模式創新等方麵的價值。2015年度中國好設計評選活動共評選出10項金獎和20項銀獎。 
 

案例一： CRH380A型高（gāo）速動車組
完成（chéng）單位：中車青（qīng）島四方機（jī）車車輛股份有限公司
 

一、 案例背景
    2004年至2007年，四方股份按照國務院“引進先進技術，聯合設計生產，打造中國品（pǐn）牌”的總（zǒng）體要求，在引進消化（huà）吸收的基礎上，通過大量工程實踐，掌握（wò）了高速（sù）動車組（zǔ）核心技術，擁有了時速200公裏動車組的設計、製造和運用經驗。
    2008年，四方股份（fèn）通過十大技術創新（xīn） ，突破了製約速度提（tí）升的關鍵問題，研製了新一代CRH380A型高速動車組，創造了運營動車組最高試驗速度486.1km/h的世（shì）界記錄，推動我國（guó）高速鐵路運行時速提升至350公裏，達世界先進（jìn）水平，成功實現中（zhōng）國製造（zào）到中國（guó）創造、中國質量到中國品（pǐn）牌的轉變。

圖1 CRH380A動車組外觀圖
 

二、設計思路
    四方股份以全麵提升列車整體（tǐ）性能為（wéi）目標，遵循“先進、成熟（shú）、經濟、適用、可靠（kào）”的設計原則，“以安全可靠為核心，實現高速、高舒適性、高環保節能”的創新理念，研製具有自主知識產權的持（chí）續（xù）速度350公裏的高速動（dòng）車組，打造中國品牌。
 

三、設計方法（fǎ）
    四方（fāng）股份通過對CRH380A型高速（sù）列車頂層技術（shù）指標進（jìn）行（háng）技術分解，從係統集成和各部件性能等方麵（miàn），對既有動車組進行係統技術分析；結合（hé）線路試驗，對比國內、外動車組係統性（xìng）能（néng）和結構，揭示（shì）更高速度條（tiáo）件下列車各（gè）係統間（jiān）的作（zuò）用（yòng）關係和（hé）規律（lǜ），提出新一（yī）代高速（sù）列車技術提升策略。以仿真分（fèn）析、試驗驗證、運營考核相互驗證作為研發手段，形成了（le）涵蓋“方案設計、技（jì）術設計、施工設計和試驗驗證”四個階段設計流程（chéng）。

圖2 CRH380A動車組研發路線圖
 

四、設計創新點
    頭型設計（jì）決定（dìng）了列車運行的氣動性能（氣動阻力（lì）、氣動升力、側向力、交（jiāo）會（huì）壓力波）及運行（háng）的節（jiē）能環保(氣（qì）動阻力、氣（qì）動噪（zào）聲)等關鍵的技術指標。四方股份提出20種概念設計方案（àn），經過平（píng）衡技（jì）術（shù）性能和文化特性的需求，確（què）定10種優（yōu）選方案進行仿真計算。從中再選出 5 種綜合性能優良、外形特征鮮明的設（shè）計方案，進行仿真計算和風洞試驗，優化氣動（dòng）性能，最終確定了最（zuì）優（yōu）的頭型方案。最終確定的CRH380A頭型概念取材於長征（zhēng）火箭，造型圓潤（rùn）、光滑（huá），線（xiàn）條流暢，形態飽滿。全新的（de）頭型設計（jì），降低了氣（qì）動阻力、氣動噪聲和（hé）交會壓力波，抑製（zhì）了尾車氣動升力（lì），提高了氣動安全性。
    車體是高速動車組的（de）關鍵承載部件。隨速度提升，線路和氣流（liú）擾動增強，列車（chē）耦合振動加劇，影響結構可靠性。CRH380A車體設計的核心在輕量化（huà）、等（děng）強度設計的原則下，通過結構（gòu）優化和模態參數匹配，實現了車體氣密強（qiáng）度、振動模態性能（néng）提升，保證了高速運行的結構安全可靠性。

圖（tú）3 CRH380A車廂內部（bù）圖

    轉向（xiàng）架承擔列車的（de）承載、導向、減振、牽引和製動功能，決定（dìng）列車的運行安全和動力學性能，是高速列車的核心（xīn）技術之一。新一代CRH380A動車組轉向架繼續采用經過長（zhǎng）期運（yùn）用驗（yàn）證成熟（shú）可靠的技術和結構，為滿足350km/h以上速度長距離運營要求（qiú），轉向架進行（háng）了構架（jià）適應軸重載荷（hé）增加重新設計，輪軸（zhóu）和軸承滿足（zú）380km/h和（hé）15t軸（zhóu）重技術要求進行了強度設計，采用高熱容量的轉向架製動盤片，進（jìn）行了轉向架懸掛係統的優化，從而提高轉向架及各子係（xì）統的可靠性。
    隨著速（sù）度的提升, 輪軌噪聲、氣動噪聲、受電弓係統（tǒng）噪聲和結構振（zhèn）動噪聲急劇增強。CRH380A減（jiǎn）振降噪（zào）設計進行了按照分頻段控（kòng）製、等聲壓級設計和（hé）輕（qīng）量化設計三大控製策略，采用“減、隔、吸、降”的技術手段，實現對噪聲源和傳播途徑的控製。
    牽引係統為動車組高速運行提供驅動力，在（zài）降低空氣阻力的基礎上，提升牽引係統功率（lǜ）是提高動車組速度的主要手段。CRH380A動車組的研（yán）發結合京津、武廣線（xiàn）路長期跟蹤運行實測數據，經過係統分析和計算，提出了係統提升方案。通過改（gǎi）變關鍵部（bù）件的材料、結構和冷卻係統，合理匹配係統參數，提高（gāo）單位功率重量比，實現高（gāo）啟動加速和高速運行能力。
    結合我國高速（sù）鐵路采用彈性鏈（liàn）型懸掛接觸網（wǎng）的特點，同時考慮隨列車速度（dù）提高，氣流（liú）激擾對受電弓受（shòu）流性能影響加劇，CRH380A長編動車組采用半主動控製的受電弓。半主動（dòng）控製的受電弓，可以實現隨列車速度變化自動調整弓網（wǎng）間的接觸（chù）壓力，實現雙弓穩定受（shòu）流。
    製動係統是保證高速列車安全停（tíng）車的重要手段。CRH380A製動係統為微機控製直通式電空製動係統，采用電空（kōng）複合製動、電製動優先（xiān）的控製方式，主要由風源（yuán）係統、製動控製係統、防滑裝置、基礎製動（dòng）裝置等組成。製動係（xì）統充分利用再生製動，提（tí）高能量回饋，降低機械磨耗。

五、設計先進性
    創造運營動車組最高試驗速度486.1km/h的世界記錄（lù），推動我國高速鐵路運行時速提升至350公裏，投入運營400餘標準列，極（jí）大緩解了客運（yùn）壓力，是國內高速（sù）動車組走出去的首推車型，促進同城（chéng）化進（jìn）程和社（shè）會發展。
 

案例二“海洋石油981”3000米水深半潛式（shì）鑽井平台
完成單位：中國海洋石油總公司 中船（chuán）集團第 708 研（yán）究所 上海外高橋造船有限公司 
 

一、案例背（bèi）景
    作（zuò）為我國油氣資源勘探開發最重要的區域，南（nán）海70%的石油蘊藏在深水區域。長久以來，受技術水（shuǐ）平和裝備能力所限，我國海洋石（shí）油開發僅限（xiàn）於近海。截止2011年前我國的深水鑽探開發仍處於起步（bù）階段（duàn），僅屬於世界上（shàng）第二代、第三（sān）代的水平。中國船舶工業集團公司第七O八研究所（以下簡稱七O八所）和（hé）上海外高橋造船有（yǒu）限（xiàn）公司通過集成設計創新，突破錨泊和動力定位等多項關鍵技術，建造第六代深水（shuǐ）半潛（qián）式鑽井平台，成為我國裝備製造業高端突破領先的一（yī）個（gè）縮影。
 

二、設計思路
    “海洋石（shí）油981”設計思路的最顯著的特征是麵向戰（zhàn）略需求的集成創（chuàng）新，通過係統性的（de）集成設計創造（zào）性地整（zhěng）合全球一流的設計理（lǐ）念和（hé）裝備，各項創新要素之間互補融（róng）合優化，使係統（tǒng）的整體功能發生質的變化，實現跨越式發展（zhǎn）。同時，在集成設計的（de）基礎上進行（háng）自主創新設計，突破了諸多關（guān）鍵核心（xīn）技術難題，提升（shēng）了我國深水海（hǎi）洋工程（chéng）裝（zhuāng）備（bèi）自主創（chuàng）新能力。具體實施過程分三個階段：
    第一階段，開展前期研究。中國海洋石油總公司聯合七O八所、國（guó）內高校等優（yōu）勢（shì）力量，以充分吸收利用國（guó）內外創新人才和技術（shù）為（wéi）起點，開展前期研究。通過（guò）開放合作，從分析國外最先（xiān）進（jìn）的典型船型和方案著手，進行（háng）技術理念和特點的深（shēn）化研究，提（tí）出針對南海海域（yù）的（de）深水半潛式鑽井平台（tái）性能指標和概念設計方案，並製定進行基本設計船型方案國際招標的技術要求和設（shè）計基礎。
    第二（èr）階段，進行聯合基本設計。中海油應用集群管理設計的（de）思維，將孤立的要素集成為創（chuàng）新平台上的組成部（bù）分，使得整個組織成為創（chuàng）新的主體。集成創（chuàng）新設計具有巨大的凝（níng）聚效應和創造空間，讓近百家國內外單位為了一個目標（biāo）集成為一個整體（tǐ），又在（zài）各自最擅長的領域創新貢獻（xiàn）出價值，讓人才得到（dào）了（le）最大（dà）化的鍛煉和（hé）發揮。依（yī）托於中海油（yóu）的（de）組織能力以及先進的管理設計並與眾多（duō）夥伴合作協同共創，形成了（le）具有自主知識（shí）產權的（de）基本設（shè）計方案。針對南海海域惡劣環境條件（jiàn）和（hé）平台的技術要求，重點進行了平（píng）台主要尺（chǐ）度、總（zǒng）體布局、運（yùn）動性能、結構性能及關鍵係統深化、優化設計。
    第（dì）三階段（duàn），進行平台（tái）工程建（jiàn）造和海上試（shì）驗。詳（xiáng）細設計期（qī）間，係統性地（dì）突破了平台總體綜合性能優化、關鍵結構設計、重量控製及主要係統集成優化設計等（děng）一係列難題，係統性（xìng）地解決了平台設計核心關鍵技術。
 

三、設計（jì）創新點
    1．集成設計引領跨越：設計了適應我國南（nán）海兼顧世界（jiè）其它（tā）主要海域作業、性能指標先進、具有自主知識產權的第六代深海半（bàn）潛式（shì）鑽（zuàn）井平台方案（àn）。設計方（fāng）案體現了優（yōu）異的運動性能、高穩性儲備，綜合協調、有機融合的總體布置，先進的設備配置，高效（xiào）的作業效率等特點，各（gè）項性能指標達到了（le）國際先進水（shuǐ）平。建立了深海半潛式鑽井平台設計技術、數值分析技術、規範及設計標準三大技術體係，實現了技術體係集成創新。編製了（le）《深海半潛（qián）式平台設計規範》以（yǐ）及設計指導性文（wén）件，填補了我國在該領域的空（kōng）白。
 

圖 鑽井平台出塢

    2.技術創（chuàng）新（xīn）突破關鍵：穩性和結構強度（dù）設計滿足了200年一遇的（de）台（tái）風（fēng）環（huán）境參數要（yào）求，平台（tái）達到作（zuò）業（yè）性能指標和安全性指標綜合統一的高水平。首次設計了適（shì）應南海環境條件的錨泊和動力定位組合配置方案平台。在1500米水深範圍，采用12點錨泊定位係統實現節能與穩定雙重目標；在3000米水（shuǐ）深範圍，采用DP3等級的目標平台動力定位（wèi）係統（tǒng），在精確計（jì）算的基礎上，靠8個推進器達（dá）到平衡定（dìng）位目的。開發了深海半潛平台水動力性能混合模型試驗技術、動力定位性能分析軟件和DP3動力定位仿（fǎng）真裝置，多項成果獲得（dé）了國家發明專利授權和（hé）相關軟（ruǎn）件著作權登記。

    3．配套設計助推發展：實現了深海鑽井係統部分（fèn）關鍵設備的國產化研製，完成了技（jì）術性能先進的（de）6000馬力鑽井絞車、伸縮式鐵鑽工、3000馬力高壓泥漿泵（bèng）的自主設計與製造，核心設備國產化研製取得突破。
 

四、主要設計先進性指標（biāo）
    1.半井架型式設計突破傳統隔水管存（cún）放方式，采用直接作（zuò）用式（shì）隔水管張緊係統的鑽井（jǐng）係統。與國際同類先進平台相比，平均時效高達86%，鑽井時效提高10%，直接經濟效（xiào）益超過100億。
    2.創新（xīn）突破原參考船型，量級提升關鍵（jiàn）技術指標，作業水深由2286米提升至3050米，鑽井深度最大可（kě）達12000米，可變載荷由7000噸提升（shēng）至9000噸，錨泊定（dìng）位係統（tǒng）由8點提升至12點，錨（máo）泊定位水深可（kě）達1500米。
    3.世界首（shǒu）次研製成功高強度R5級海洋工程係泊錨鏈，破斷載荷達到860噸，較R4錨鏈提高17%，形成ABS的（de）R5級錨鏈標準。
 

案例三： 蛟龍號載人潛水器
完成單位：中船重工702 研究所
 

一、案例背景
    隨著深海科（kē）考和資源探測需求日益迫切，作為深海科考（kǎo）和資源探（tàn）測重要手段的載人潛水器研（yán）發（fā）也勢（shì）在必行。中國載人深潛隊伍瞄準水下7000米（mǐ）深度的科考作業和國際領先技術水平，通過不斷的摸索和試驗提出（chū）了我國深海載人潛水器的設計方法，以我國工業生產水平（píng）為基礎並（bìng）吸收國外先進技術開展蛟龍（lóng）號的總體設計，設計出（chū）了總體性能優越、功能強大的蛟龍號載人潛水器，填（tián）補了我國在（zài）深海載人潛水器領域的空白。

圖1 蛟龍號構造圖（tú）
 

二、設計思路
    蛟龍號載人潛水器在設（shè）計（jì）之初就以（yǐ）“先進性、實用性、可靠性、安全性”為設計目標，結（jié）合先進的設計和製（zhì）造手段，遵循“載體性能與作業要求一體化、技術先進性和工程實用（yòng）性統一化、技術要素規範化、結構（gòu）分塊化、功能模塊化”準則，注重多學科優化作為設計創新理念。
    蛟龍（lóng）號載（zǎi）人（rén）潛水器的設計依托702所長期的（de）技術積累和比較完善的試驗設施體係，創新提出了四要素設（shè）計方法，整體采用自頂向下的3D設計理念，結合（hé）深海環境、用戶需求和我國工業水平（píng），采用多（duō）學科優化設計方法進行優（yōu）化集成，研製成功（gōng）了性能優（yōu）越的蛟龍號載人潛水器。

圖2 蛟龍號設計流程
 

三、設計創新點
    1.創新設計（jì）打（dǎ）造卓越性能
    蛟（jiāo）龍號設計了獨特的低阻流（liú）線型主體+X型穩定翼+7個矢量（liàng）布置的推力（lì）器的水動力布局形式，讓其載體既具有六自由度的良好機動（dòng）能力，又具有穩定的低（dī）阻（zǔ）直航性能，配合先進的控製策略，實現了深海（hǎi）載人潛水器近複雜海底（dǐ）操控；設計研發的液壓泵送移動水銀技術，基於多傳感器信息融合的自主導（dǎo）航技術，突破了超大潛深縱傾調節難題，實現了深海載人潛水器的爬坡航行功能和深海路徑操控。
    蛟龍號在國（guó）際上首次實現了大深度載人潛水器的懸停定位（wèi）控製，實現了針對目標（biāo）所需的的穩定作業；同（tóng）時，蛟龍號突破的大深度載人潛（qián）水器高精度定高航行（háng）控製技術開創了載人潛水器距海底（dǐ）為0.5~1m的高效搜尋、探測（cè）作業模式，讓（ràng）蛟（jiāo）龍號的深海作業能力進一步提高。
    2.創新設（shè）計實現高（gāo）安全（quán）性、高可靠性
    為了有效地避免故障引起（qǐ）的後患，蛟龍號設（shè）計了大潛深電氣（qì）設備及線路的絕緣故障預警檢測裝置，該裝置可（kě）以實（shí）時（shí）判（pàn）別故（gù）障的級別，提前采取相應的故障隔（gé）離措施；設計了動（dòng）力供應、水聲通信、生命支持等關鍵係統的故障報警，並通過冗（rǒng）餘設計實現容錯控製。故障報警裝置（zhì）的設計有效的提高（gāo）了蛟龍號的可（kě）靠性和安全性。
    為了進一步確保深海作（zuò）業的安全性和可靠（kào）性，在蛟龍號的研發過程中，首次設計出（chū）大潛深下有（yǒu）電爆螺栓（shuān）、液壓驅動等多種應（yīng）急拋載裝置（zhì），實（shí）現蓄電池箱、采（cǎi）樣籃、機械手、水銀等的單（dān）獨拋棄和集合拋棄等，使得蛟龍（lóng）號在海底作業時遇到（dào）泄漏或（huò）纏繞等各種應（yīng）急情況下可以進一步提供（gòng）足夠浮力，確保安全上浮；同時，通過首次在大潛（qián）深潛水器上設計的應急（jí）浮（fú）標釋放裝置，當潛水器在海底被陷時可以釋放浮標到達海（hǎi）麵，通過（guò）浮（fú）標和潛水器相連的牽纜，對潛水器（qì）實施解困救援。

圖3 鈦合金載人艙球殼

圖4 蛟龍號一體（tǐ）化框架結構

    3.創新設計突破超常規的大（dà）潛深耐壓技術
    超（chāo）常規的大潛深耐壓技術是大深度載（zǎi）人潛水器的核心技術，蛟龍號的研發過程中，建立（lì）了7000米級鈦合金載人球艙應力強度標準、設計計算方法、開（kāi）口加強和試驗檢測等方法；並依（yī）此設計出了可載3人的（de）鈦合金載人艙球殼（ké），為實現載人（rén）深潛提供（gòng）支撐；並且設計了一體化框架結構，既可承載潛水器的所有設備，又可（kě）以方便維（wéi）護；同時，以超大潛深雙向壓（yā）力補償技術為基（jī）礎，設計了蓄電箱（xiāng）內下潛時補償油體積壓縮和上浮時（shí）放電（diàn）所積累的氣體膨脹的雙向壓力補償（cháng），有效地減輕了（le）潛水器重量，實現了載人深潛（qián）的夢想。
    4.創新設計打造卓越作業係統
    蛟龍（lóng）號通過人（rén）機環優化（huà）設計，在2.1米直徑（jìng）載人艙內3位乘員與各種（zhǒng）操縱設備形成一個整體，不僅提高（gāo）了空（kōng）間利用率，還提升了乘員的舒適性和工作效率；設計的機（jī）械（xiè）手與采樣籃組合，實現了深海的各種高難作（zuò）業；設計的燈光視頻係統，實現了在深海的高清晰拍攝，有效的實現（xiàn）了蛟（jiāo）龍號的係統作業。

圖5 蛟龍號載人艙內部
 

四、主要（yào）設計先進性指標（技術、商業（yè）、文化、人本）
    蛟龍號是我國自行設計、自主集成、獨立完成海上試驗的國際上工作深度（dù）最大的作（zuò）業型載人潛水器。在國際上首次突破了7000米級科學考察和資源勘查載人潛水器總體集成設計、總裝建造、試驗測試等關鍵技術。
    蛟龍號（hào）已成功實現了三（sān）個航次的（de）應用，在南（nán）海、太平洋和印度洋上，完成了（le）超過（guò）40次的（de）下潛作業和超過20多人次的科學家下潛，采集（jí）了（le）大量的樣品，拍攝了寶貴的視像資料（liào），為（wéi）南海科學研（yán）究、大洋資源（yuán）與環境調查、熱液硫化物探索（suǒ）做出了重大（dà）貢獻。