2013年8月，中國工程院啟動（dòng）了重（chóng）大谘詢項目“創（chuàng）新設計發展戰略研究（jiū）”，項目組織了近20位院士、100多位專家，曆時兩年在（zài）地方、行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（shì）和企（qǐ）業與社會的廣泛關注。“提高（gāo）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（jǔ）措列入《中國製造2025》。中（zhōng）國好設計評選活動由中國創新設計產業（yè）戰略聯盟主辦，旨在評選和表彰在知識網絡經濟時代湧現出的中國創新設計（jì）優秀案例（lì），全麵展示創（chuàng）新設計在產品係統創新、工藝流程創新、管理（lǐ）服務創新及商業模式創新（xīn）等方麵的價值。2015年度中國好設計評選活動共評選出10項（xiàng）金獎和20項銀獎。 
 

案例一： CRH380A型高速動車組
完成單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司
 

一（yī）、 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（chǎn），打造（zào）中（zhōng）國品牌”的總體（tǐ）要求，在引進消化吸收的基礎上，通過大量工程實踐，掌握了高速動車組核（hé）心技術，擁有（yǒu）了時速200公裏動車組的設計、製造和運用經驗。
    2008年，四方股份通過十大技（jì）術創新 ，突（tū）破了製約速度提升的關鍵問題，研製了新一（yī）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的世界（jiè）記錄，推動我國高速鐵（tiě）路運（yùn）行時速提升至（zhì）350公裏，達（dá）世界（jiè）先進水平，成功實現中國製造到中國創造、中國質量到中國（guó）品牌的轉變。

圖1 CRH380A動車組外觀圖
 

二、設計思路
    四方股份以全（quán）麵提升列車整體性能為目標，遵循“先進、成（chéng）熟、經濟、適用、可靠”的設計原則，“以安全可（kě）靠為（wéi）核心，實現高速、高舒適性、高環保節（jiē）能”的創新理念，研製具有自主知識產權的持（chí）續速度（dù）350公裏（lǐ）的高速動車組（zǔ），打造中國品牌。
 

三、設計方法
    四方股份（fèn）通過（guò）對CRH380A型高速列車頂層（céng）技術指標進行技術分解，從係統集成和各部件性能等（děng）方麵，對既有（yǒu）動車（chē）組進（jìn）行係統技術分析；結合線路試驗，對比國內、外動（dòng）車（chē）組係統性能和（hé）結構，揭示（shì）更高速度條件下列車各係（xì）統間的作用關係和規律，提出新一代（dài）高速列車技術提升策略。以仿真分析、試驗驗證、運營考（kǎo）核相互驗（yàn）證作為研（yán）發手段（duàn），形成了涵蓋“方（fāng）案設（shè）計、技術設（shè）計、施工（gōng）設計和試驗驗證”四（sì）個階段設計流程。

圖2 CRH380A動車組研發路線圖
 

四、設計創新點
    頭型設計決定了列車運行的氣動性能（氣動阻力、氣（qì）動升力、側向力、交（jiāo）會壓（yā）力（lì）波）及運行的（de）節能環保(氣動阻力、氣（qì）動噪聲)等關鍵的技術指標。四方股份提出20種概念設計方案，經（jīng）過平衡技術性能和文化特性的需（xū）求，確定10種優選方案進行仿真計算。從（cóng）中再選（xuǎn）出 5 種綜合性能優良、外形特征鮮明的設計方案，進行仿真計算和風洞試驗，優化氣動性能，最終確定了（le）最優的頭型方案（àn）。最終確定的CRH380A頭型概念取材（cái）於長征火箭，造型圓潤（rùn）、光滑，線條流暢，形（xíng）態飽滿。全新的頭型設計，降低了氣動阻力、氣動噪聲和（hé）交會（huì）壓力波，抑製了尾車氣動升力，提高了氣動安全性。
    車體是高速動車組的關（guān）鍵承載（zǎi）部件。隨速度提升，線路和氣流擾動增強（qiáng），列車耦合振（zhèn）動加劇（jù），影響結（jié）構可靠性（xìng）。CRH380A車體設計的核心在（zài）輕量化、等強度設（shè）計的原（yuán）則下，通過結構優化和模態參數匹配，實現了車體氣密強度、振（zhèn）動模態性能提升，保證了高速運行的結構安全可靠性。

圖（tú）3 CRH380A車廂內部圖

    轉向架承擔列車的承載、導向、減振、牽引和（hé）製動（dòng）功能，決定（dìng）列車的運行安全和動力學性能，是高速列車的核心技術（shù）之一。新一代CRH380A動車組（zǔ）轉（zhuǎn）向架繼續采用經過長期運用驗證成熟可靠的技術和結構，為滿（mǎn）足350km/h以上速度長距離運營要求，轉向架進行了（le）構架適應（yīng）軸重載荷增加重新設計，輪軸和軸承滿足380km/h和15t軸重技術要求進行了強度設（shè）計，采用高熱容量的轉向（xiàng）架（jià）製動盤片，進行了（le）轉向（xiàng）架懸掛係統的（de）優化，從而提高轉向架及各子係統的可靠性。
    隨著速度的提升, 輪軌噪聲、氣動噪聲、受電弓係統噪聲和結構振（zhèn）動（dòng）噪聲急劇增強。CRH380A減振降噪設計進行了按照分頻段控製、等聲（shēng）壓級設計（jì）和輕量化設計三大（dà）控製策略，采用“減、隔、吸、降”的技術手段，實現對噪聲源和（hé）傳播途徑的控製。
    牽引係統為動車組高速運行提供驅動力，在降低空氣阻（zǔ）力的基礎上，提升牽引係統功（gōng）率是（shì）提高動車組速度的主要手段。CRH380A動車組的研發結合京津、武廣線路長期（qī）跟蹤運行實測數（shù）據，經（jīng）過係統分析和計算，提出了係統提升方案。通過改變關（guān）鍵部件的（de）材料、結構（gòu）和冷卻（què）係統，合理匹配係統參數，提高單位功率重量比，實現高啟動加（jiā）速和高速運行（háng）能力。
    結合我（wǒ）國高速鐵路采用彈性鏈型懸掛接觸網的特點，同時考（kǎo）慮（lǜ）隨列車（chē）速度提高，氣流激擾對受電弓受流性能影響加劇，CRH380A長編動車組采用半主動控製的受（shòu）電弓。半主動控製的（de）受電弓，可以實現隨列車速度變化自動調（diào）整弓網間的接觸壓（yā）力，實現雙弓穩定受流。
    製動係統是保證高速列車安全停車的重要（yào）手段。CRH380A製動係（xì）統為微機控（kòng）製直通式電空製動係統，采用電空複合製動、電製動優先的控製方式，主要由風源係統、製動控製係（xì）統、防滑裝置（zhì）、基礎製動（dòng）裝置等組成。製動係統充分利用再（zài）生製動，提高能量回饋，降低機械磨耗。

五、設（shè）計先進（jìn）性
    創造運營動車組最（zuì）高試驗速（sù）度486.1km/h的世界記錄，推動（dòng）我國高速鐵（tiě）路運行時速（sù）提（tí）升至350公（gōng）裏，投入運（yùn）營400餘（yú）標準列（liè），極大緩解了（le）客運壓力，是國內高速動車組走出去的首推車型，促進同城化進程和社會發展。
 

案例二“海洋石油981”3000米水深半潛式鑽（zuàn）井平台
完成單（dān）位：中國海洋石油總公（gōng）司 中船（chuán）集團第（dì） 708 研究所 上海外（wài）高橋造船（chuán）有限公司 
 

一、案例背景
    作為我國油氣資源勘探開（kāi）發最重要的區域（yù），南海（hǎi）70%的石油蘊藏在（zài）深水區域。長久以來，受技術（shù）水平和裝備能力（lì）所限（xiàn），我國海洋石油開發僅限於近海。截止2011年（nián）前我國（guó）的深水（shuǐ）鑽探開發仍處於起步階段，僅屬於世界上第二代、第三代的水平。中國船舶工業集團公司第七O八研究所（以下（xià）簡稱七O八所）和上海外高橋造船有限公司通過（guò）集成（chéng）設計創新，突破錨泊和（hé）動力定（dìng）位等（děng）多項關鍵技術，建造第六代深水半潛式鑽井平台（tái），成為我國裝備製造（zào）業高端突破領先的（de）一（yī）個縮影。
 

二、設計思（sī）路
    “海洋石油（yóu）981”設計思路的（de）最顯著的特征是麵向戰略（luè）需求的（de）集成創新，通過係（xì）統性的集成設計創造性地整合全球（qiú）一流的設計理念和裝備，各項創（chuàng）新要素之間互（hù）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。同時，在集成設計的基礎上（shàng）進行自主（zhǔ）創新設（shè）計，突破了諸多關鍵核心技術難題，提升了我國深水海洋（yáng）工程裝備自主創新能力（lì）。具體實施過程分三（sān）個階段：
    第一階段，開展前期研究。中國海洋石油總（zǒng）公司聯合七O八所、國內高校等（děng）優勢力量，以充分吸收利用國內外創新人才和技術為起（qǐ）點，開展（zhǎn）前期研究。通過開放合作，從分析國外最先進的典型船型和方案著手，進行技（jì）術理念和特點的深化研究，提出針對（duì）南海海域的深（shēn）水半潛式鑽井平台性能指標和概念設計方案，並製定進行基本設計（jì）船型方案國際招標的技術要（yào）求和設計基礎。
    第二階段，進行（háng）聯合基本設計。中海油應用（yòng）集群管理設計（jì）的（de）思維，將孤立的要素集成為創新平台上的組成部分（fèn），使得整個組織成為創新（xīn）的主體。集成創新設計具有巨大的凝聚效應和創造空間，讓近百家國內外單位為了一個目標集成為一個整體，又在各自最擅（shàn）長的領域創新貢獻出價值（zhí），讓人才得到了最大化的鍛煉和（hé）發（fā）揮。依托（tuō）於中海油的組織能力以及先進的管（guǎn）理設計並與（yǔ）眾（zhòng）多夥伴合（hé）作協同共創（chuàng），形成了具有自主知識產權的基本設計方案。針對南海海域惡劣環境條件和平台的技術要求，重點進（jìn）行了平台主要尺度、總體布局、運動性能、結構性能（néng）及關鍵係（xì）統深化、優化設計。
    第三階段，進行平台工（gōng）程建造和海上試驗。詳細設計期間（jiān），係統性地突破了平台總體綜合性能優化、關（guān）鍵結構設計、重量控製及主要係統集成優化設（shè）計等（děng）一係列難題，係統性地解決了平台設計核（hé）心關鍵技術。
 

三、設計創新點
    1．集成設計引領（lǐng）跨越：設計了適應我國南海兼顧世界其（qí）它（tā）主要海域作（zuò）業、性能指標先進、具有自（zì）主知識產權的第六代深海半潛式鑽井平台方案。設計方案體現了優異的運動性能、高穩（wěn）性儲備，綜合協調（diào）、有機融合的總體布置，先進的設備配置，高效（xiào）的作業（yè）效率等特點（diǎn），各項性能指標達到了國際（jì）先進水平。建立了深海半潛（qián）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（zhì）了《深海半潛式平台設計規範》以及設計指導性文件，填補了我國在該領域的空白。
 

圖（tú） 鑽井平台出塢

    2.技術創（chuàng）新突破（pò）關鍵：穩性和結構（gòu）強度設計滿足了200年一（yī）遇的台（tái）風（fēng）環境參數要求，平台（tái）達到作（zuò）業性能指標和安全性指標綜合統（tǒng）一的高水平。首次設計了適應南海環（huán）境（jìng）條件的錨泊和動力定位組合（hé）配置方案平（píng）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米水深範圍，采用DP3等級的目（mù）標平台動力定位係統，在精確計算的基礎上，靠8個推（tuī）進器達到平衡（héng）定位目（mù）的。開發了深海半潛平（píng）台水動力性能混合模型試驗技術、動力（lì）定位性能分析（xī）軟件和DP3動力定位仿真裝置，多項成果獲得了（le）國家發明（míng）專利授權和相關軟（ruǎn）件著作權（quán）登記。

    3．配套設計助推發展：實現了深海鑽井係（xì）統部分關鍵設備的國（guó）產化研製，完成了技術性能先（xiān）進的6000馬力鑽井絞車、伸縮式鐵鑽工、3000馬力高壓（yā）泥漿泵的自主設計與製造，核心設備國產（chǎn）化研製（zhì）取得（dé）突（tū）破。
 

四（sì）、主要設（shè）計先進性指標
    1.半井架型式設計突破傳統隔水管存放（fàng）方式，采用直接作（zuò）用式隔水管張緊係統的鑽井係統。與國（guó）際同類先進平台（tái）相比，平均時效高達86%，鑽井時效提高10%，直接經濟（jì）效益超（chāo）過100億。
    2.創新突破原參考船型，量級提升關鍵技術指標，作業水深由2286米提（tí）升至3050米，鑽井深度最（zuì）大可達12000米，可變載荷由7000噸提升至9000噸，錨泊（bó）定位係（xì）統由8點提升至12點，錨泊定（dìng）位（wèi）水（shuǐ）深可達1500米。
    3.世（shì）界首次研製成（chéng）功高強度R5級海洋工程係泊錨鏈（liàn），破斷載荷達到860噸，較R4錨鏈（liàn）提高（gāo）17%，形成ABS的R5級錨鏈標準。
 

案例三： 蛟龍號載人潛水器
完成單（dān）位：中船重（chóng）工702 研究所（suǒ）
 

一、案例（lì）背景
    隨（suí）著深海科考和資源探測需求日益迫切，作為深海科考和資源探測重要（yào）手（shǒu）段的載人潛水器研發也勢在必行。中國載人深潛隊伍瞄（miáo）準水下7000米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（shì）驗提出了我國深海載人潛水器的設計方法，以我國工業生產水平為基礎並（bìng）吸收國外先進技術開展蛟龍號的總體設計，設計出了總體性（xìng）能優越、功能強大的蛟龍號載人潛水（shuǐ）器，填補了（le）我國在深海載人潛水（shuǐ）器領域的空白。

圖1 蛟龍（lóng）號構造（zào）圖
 

二、設計思路
    蛟龍號載（zǎi）人潛水器在設計（jì）之初就以“先進性、實用性、可靠性、安全性”為設計目（mù）標，結合先（xiān）進的（de）設計和（hé）製造手段，遵循“載體（tǐ）性能與作業要求一體（tǐ）化、技術先進性和工程實用性統一（yī）化、技術要素規範（fàn）化、結構分塊化、功能模（mó）塊化”準則，注重多學科優化作為設計創新理念（niàn）。
    蛟龍號載（zǎi）人潛水器的設計依托702所長期的技術（shù）積累和比較完善的試驗設施體係（xì），創新提出了四（sì）要素設計方法，整體采用自頂向下的3D設計理念，結（jié）合深（shēn）海環境、用戶需求和我國工（gōng）業水平，采用多學科優化設計方法進行優（yōu）化集成，研製成功了性能優（yōu）越的蛟龍號載人潛水器。

圖2 蛟龍號設（shè）計（jì）流程
 

三、設計創新點
    1.創新設計打造卓越性能（néng）
    蛟龍號設計了獨特的低阻流線型主體+X型穩定（dìng）翼+7個矢量布置的推力器的水動力布局（jú）形式，讓（ràng）其載體（tǐ）既具有六自由度的良好機動能力，又具有穩定的低阻直航性能，配（pèi）合先（xiān）進的控製策略，實現了（le）深海載人潛水器近複（fù）雜（zá）海底操控；設計研發的（de）液壓（yā）泵送移動水銀技術，基於多傳（chuán）感器信息融合的自主導航技術，突破了超大潛深（shēn）縱傾調節難題，實現了深海載人潛（qián）水器的爬坡航行功能和深海路徑操控。
    蛟龍號在國際上首次實現了大深度載人潛水器的懸停定位控製，實現了針對目標所需的的（de）穩定作業；同時，蛟龍號突（tū）破的大深度載人潛水器高精度定高（gāo）航行控製技術開創了載人潛水器距海底為0.5~1m的高效（xiào）搜（sōu）尋、探測作業模式，讓蛟龍號的深海作業能力進一步提高（gāo）。
    2.創新設計實現高安全性、高可靠性
    為了有效地避（bì）免故障引起的後患，蛟龍號設計了大潛深電氣設備及線路的（de）絕緣故障預警檢測裝置（zhì），該裝置可以（yǐ）實時判別故障的級別，提前采取相應的故障隔離措（cuò）施；設計了動力供應、水聲通信、生命支持等關鍵係統的故障報警，並通過冗餘設計實現容錯控（kòng）製。故（gù）障（zhàng）報警裝置的設計有效的提高了蛟龍號的可靠性（xìng）和安全性。
    為了進一步確保深（shēn）海作業的安全性和可靠（kào）性，在蛟龍號的研發過程中，首次設計出大潛深下有電爆螺栓、液壓驅動等多種應急拋載（zǎi）裝置（zhì），實現蓄電（diàn）池箱、采樣籃、機械手（shǒu）、水（shuǐ）銀等的單獨拋棄和集合拋棄等，使得蛟龍號在海底作業時遇到泄漏或纏繞等各種應急情況（kuàng）下（xià）可以進（jìn）一步提供足夠浮力，確保安全上浮；同時，通過首次在大潛深潛（qián）水（shuǐ）器上設計的應（yīng）急浮標（biāo）釋放裝置，當（dāng）潛水器（qì）在海底被陷時可以釋放浮標到達海麵，通過浮標和潛水器相連的牽纜，對潛水器實施解（jiě）困救援（yuán）。

圖3 鈦合金載人艙球殼

圖4 蛟龍號一（yī）體化框架結構

    3.創新設計突（tū）破超常規的大潛深耐壓技（jì）術
    超常規的大潛深耐壓技術是大深度載人潛水器的核心技術，蛟龍號的（de）研發過（guò）程中（zhōng），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、開口加強（qiáng）和試驗檢（jiǎn）測等方法；並依此（cǐ）設計出了（le）可載3人的鈦合金載人艙球殼，為實現載人深潛提供支撐；並且設計了（le）一體化框架結構，既可承載潛水器的所（suǒ）有設備，又可以方（fāng）便維（wéi）護（hù）；同（tóng）時，以超大潛深雙向壓力補償技（jì）術為基礎，設（shè）計了蓄電箱內下潛時（shí）補償油（yóu）體積壓縮和上浮時放電所積累的氣體（tǐ）膨脹的（de）雙向（xiàng）壓力補償（cháng），有（yǒu）效地減（jiǎn）輕（qīng）了潛水（shuǐ）器重量，實現了載人深潛（qián）的夢想。
    4.創新設計打造（zào）卓越作業係統
    蛟龍號通過人機環優化設計，在2.1米直徑載人艙內3位乘員與各種操縱設備形成一個整體，不僅提高了空間利用率，還提（tí）升了（le）乘員的舒適性和工作效率；設計的機械手與采樣籃組合，實現了深海的各種高難作業；設計的燈光視頻係統，實現了在深海的高清晰拍攝，有效的（de）實現了蛟龍號的係統作業。

圖5 蛟龍號（hào）載人艙內（nèi）部
 

四、主要（yào）設計先進性指標（技術、商（shāng）業、文化、人本）
    蛟龍號是我國自行設計、自主集成、獨立完（wán）成海上試驗的國際上工（gōng）作深度最（zuì）大的作業型載人潛水器。在國際上首次（cì）突破了7000米（mǐ）級科學考察和資源勘查載人潛水器總體（tǐ）集成設計、總裝建造、試驗測試等關鍵技術。
    蛟龍（lóng）號已成功實現（xiàn）了三個航次的應用，在南（nán）海、太平洋和印（yìn）度（dù）洋上，完成了超過40次的下潛作業和超過20多人次的科學家下潛，采集了大量的（de）樣品，拍攝了寶貴的視像資料，為（wéi）南海科學研究、大洋資源與（yǔ）環境調查、熱液硫化物探索做出了重（chóng）大（dà）貢（gòng）獻。