2013年8月，中國工程院啟動了重大谘詢項目“創新（xīn）設計發展戰略研究”，項目組織了近20位院士、100多（duō）位專家（jiā），曆時兩年在地方、行業（yè）和企業進行廣（guǎng）泛（fàn）調研和（hé）深入研究，研（yán）究成果已引（yǐn）起政府的高度重視和企業與社會的廣泛關注。“提高創（chuàng）新設計能力”已經被作為提高我國製造業（yè）創新能（néng）力的重要舉措列入（rù）《中國（guó）製造（zào）2025》。中國好設計評（píng）選活（huó）動由中（zhōng）國創（chuàng）新設計產業戰略（luè）聯盟主辦，旨在評選和（hé）表彰在知識網（wǎng）絡經濟時代湧現出的中國（guó）創新設計優秀案例，全麵展示創新（xīn）設計在產品係統創新、工藝（yì）流程創新、管理服務（wù）創新及商業模式創新等方（fāng）麵的價（jià）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型高速（sù）動車組
完成單位：中車青（qīng）島四方機車車輛股份有限公司
 

一、 案例背景
    2004年至2007年，四方股份（fèn）按照（zhào）國務院“引進先進技（jì）術（shù），聯合設計生產，打造中國品牌”的總體要求，在引進消（xiāo）化吸收的基（jī）礎上，通（tōng）過大量工程實踐，掌握了高（gāo）速（sù）動車組核心技術，擁有了時速（sù）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 ，突破了製約速度提（tí）升的關鍵問題，研製了新（xīn）一（yī）代CRH380A型高速動車組，創造了運（yùn）營動車組最高試驗速度486.1km/h的世界記錄，推動我國高速鐵路運行時速提升至（zhì）350公裏，達世界先進水平，成功實現（xiàn）中國（guó）製造到中國創造、中（zhōng）國質量到中國品牌的轉變。

圖1 CRH380A動車組外觀（guān）圖（tú）
 

二、設（shè）計思路（lù）
    四（sì）方股份以全麵提升（shēng）列車整（zhěng）體性（xìng）能為（wéi）目標，遵循“先進、成熟、經濟、適用、可靠”的設計原則，“以（yǐ）安全可靠為核心，實現高速、高舒（shū）適性、高（gāo）環保節能”的創新理念，研製具有自主知識產權的持續速度350公裏的高速動車組，打造中國品牌。
 

三、設計方法
    四方股份通過對CRH380A型高速列車頂層技術（shù）指標進行技術分解，從係統集成和各部件性（xìng）能等方麵（miàn），對既有動車組進行係統技術分析；結合線路（lù）試驗，對比國內（nèi）、外動車組係統性能和結構，揭示（shì）更高（gāo）速（sù）度條件（jiàn）下列車各（gè）係統間的作用關係和規（guī）律（lǜ），提出新一代高速列車技術提升策略。以仿真分析、試驗驗證、運營考核相互驗證（zhèng）作為研發（fā）手段，形成了涵蓋“方案（àn）設計（jì）、技術設計、施工設計和試驗驗證”四個階段設計流程。

圖2 CRH380A動車（chē）組研發路線圖
 

四、設計創（chuàng）新點
    頭型設計決定了列車（chē）運行（háng）的氣動性能（氣動阻力（lì）、氣動升力、側向力、交會壓力波）及（jí）運（yùn）行的節能環保(氣動阻力、氣動噪聲)等關鍵的技（jì）術指（zhǐ）標。四方股（gǔ）份提（tí）出20種概念設計方案，經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（suàn）和風洞試驗（yàn），優（yōu）化（huà）氣動性能，最終確定了最（zuì）優的頭型方（fāng）案。最（zuì）終確定的CRH380A頭型（xíng）概念取材於長征火箭，造型圓潤、光（guāng）滑，線條流暢（chàng），形態飽滿。全新（xīn）的頭型設計，降低了氣動阻力、氣動噪聲和交會壓力波，抑製（zhì）了尾（wěi）車氣動升力，提高了氣動安全性。
    車體是（shì）高速動車組的關鍵（jiàn）承（chéng）載部件。隨速（sù）度提升，線路和（hé）氣流擾動增強，列車耦合振動加劇，影響結構可靠性。CRH380A車（chē）體設計的核心在輕量化、等強度設計的原則下，通過結構優化和模態參數匹配，實現了車體（tǐ）氣密強度、振動模態（tài）性能提升，保證了高速運行的結（jié）構安全可靠性。

圖3 CRH380A車廂（xiāng）內部（bù）圖（tú）

    轉向（xiàng）架（jià）承擔列車的承載（zǎi）、導向、減振、牽引和製動功能，決定列車的運行安全和（hé）動（dòng）力學性能，是高速列車的核心技術之一。新一代CRH380A動車組轉向架繼續采用經過長期運用驗證（zhèng）成熟可靠的技術和結構，為滿足350km/h以上速度長距離運營要求（qiú），轉向架（jià）進行（háng）了構（gòu）架適應軸重載荷增加重（chóng）新設計（jì），輪軸和軸承（chéng）滿足380km/h和15t軸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，進行（háng）了轉向（xiàng）架懸掛係統的優化，從而提高轉（zhuǎn）向架（jià）及各子係統的可靠性（xìng）。
    隨著速度的提升, 輪軌噪（zào）聲、氣動噪聲、受電弓係統噪聲和（hé）結構（gòu）振動噪聲急劇增強（qiáng）。CRH380A減振（zhèn）降噪（zào）設計進行了按照（zhào）分頻段（duàn）控製、等聲壓級（jí）設計和輕量化（huà）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（qiān）引係（xì）統為動車組高速（sù）運行（háng）提供驅動力（lì），在（zài）降低空氣阻力的（de）基礎上，提升牽引係統功率是（shì）提高動車（chē）組速度的主要手段。CRH380A動車組的研發結（jié）合京津、武廣線（xiàn）路（lù）長（zhǎng）期跟蹤運行實測數據，經過係統分析和計算，提出（chū）了係統（tǒng）提升方案。通過改（gǎi）變關鍵部件的材料、結（jié）構和冷卻係統，合理匹（pǐ）配（pèi）係統參數，提高（gāo）單位功率重量比，實現高啟動加速（sù）和高速運行（háng）能力。
    結合我國高速鐵（tiě）路采用彈性鏈型懸（xuán）掛接觸網的特點，同時考慮隨列車速（sù）度提高（gāo），氣流激擾（rǎo）對受電弓受流性能影（yǐng）響加（jiā）劇，CRH380A長編動車組采（cǎi）用半主動控製的受電弓。半主動控（kòng）製的受電弓，可以實現隨列車速度變化自動調整弓網（wǎng）間的接觸壓力，實現（xiàn）雙弓穩定受流（liú）。
    製動係統是保證高（gāo）速列車安全停車的重要手段。CRH380A製動係統為微（wēi）機控製直通（tōng）式電空製動（dòng）係統，采用電空（kōng）複合製動、電製動優先的控製方式，主要由風源係（xì）統、製動控製係統、防滑裝置、基礎製動裝置等組成（chéng）。製動係統充分利用再生製動，提高能量回饋，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，推動（dòng）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，極大緩解了客運壓力，是國內高速動車組（zǔ）走出去的首（shǒu）推車型，促進同城化進程和社會發展。
 

案（àn）例二“海洋石油（yóu）981”3000米水深半潛式鑽井平台
完成單位：中國海洋石油總公（gōng）司 中船集（jí）團第 708 研究所 上海外高橋造船有限公司 
 

一、案例背景
    作為我國油氣資源勘探開發最重要的區域，南海70%的石油蘊（yùn）藏在深水區域。長久以來，受技術（shù）水平和（hé）裝（zhuāng）備能力所限，我國海洋石油開發僅（jǐn）限於近海。截止2011年前我（wǒ）國（guó）的深水（shuǐ）鑽探（tàn）開發仍處於起步階段，僅屬於世界上第二代、第（dì）三代（dài）的水平。中國船舶工業集團公司第七O八研（yán）究所（以下簡（jiǎn）稱七O八所）和上海外高橋造船（chuán）有限公司通過集成設計創新，突破錨泊和動力定位等（děng）多項關鍵技術，建造第六代深（shēn）水半潛式鑽井平（píng）台，成為我國裝備製造業高端突破（pò）領先的一個縮影（yǐng）。
 

二、設計思路
    “海洋石油981”設計思路的最顯著的特征（zhēng）是麵向戰略需求的集成創（chuàng）新，通過係統性的集成設計（jì）創造性地整合（hé）全球一流的設計（jì）理念（niàn）和裝備，各（gè）項創新要素之間互補融合優化（huà），使係統的整體（tǐ）功能發生質的變化，實現（xiàn）跨（kuà）越（yuè）式發展。同時，在集成設計的基礎上進行自主創新設計，突破了諸多（duō）關鍵（jiàn）核心（xīn）技術難題，提升了我國深水海洋工程裝備自主創（chuàng）新（xīn）能力。具體實施過程分三個階段：
    第一階段，開展前期研究（jiū）。中國（guó）海洋（yáng）石油總公司聯合七O八所、國內高校等優（yōu）勢力量，以充分吸（xī）收利用國內外創新人才和（hé）技術為起點，開（kāi）展前期研究。通過開放合作，從分（fèn）析國外最先進的典型船型和方案著手，進行技術理念和特點的深化研究，提出針對南海海域（yù）的深水半潛式鑽井平台（tái）性能指（zhǐ）標和概念設計方案，並製定進行基本設計船型方案國（guó）際招標的技（jì）術要求和設計基礎。
    第二階段，進行聯合基本設計。中海油應用集群管（guǎn）理設計（jì）的思維，將孤（gū）立的要素集成為創新（xīn）平台上的（de）組成部（bù）分，使得整個組織成為創新的主體。集成創新設計具有巨大的凝聚效應和創造空間，讓近百家（jiā）國內外單位為了（le）一個目標集成為一個整體，又在各自最擅長的領域（yù）創新貢獻出價值，讓人才得到了最大化的（de）鍛（duàn）煉和發揮。依托於中海油的組織能力以及先進（jìn）的管（guǎn）理設計並與眾多夥伴合作協同共創，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（yào）求，重點進行（háng）了平台主（zhǔ）要尺度、總體（tǐ）布局、運（yùn）動性能、結構性能及關鍵係（xì）統深化、優化設計。
    第三階段，進行平台工程建造和海上試驗。詳細（xì）設計期間，係統性地突破了平（píng）台總體綜合性能優化、關鍵結構設計、重量（liàng）控製（zhì）及主要係統集（jí）成優化設（shè）計等一係列難題，係統（tǒng）性地（dì）解決（jué）了平台設計核心關鍵技術。
 

三、設計創新點
    1．集成設計引領跨越：設計了適應我國南海兼顧世界其它主要海域（yù）作（zuò）業、性能指標（biāo）先進、具（jù）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、高穩性儲備，綜（zōng）合協調、有機融合的（de）總體布（bù）置，先進的設備配置，高效的作業效率等特點（diǎn），各項性（xìng）能指標達到了國（guó）際先進水平。建（jiàn）立了深海半潛式鑽井平台設計技術、數值分（fèn）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《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（guó）在該領（lǐng）域的空（kōng）白。
 

圖 鑽井平台出塢

    2.技術創新突破關（guān）鍵：穩性和結構強度設計滿足（zú）了200年（nián）一遇的台風環境（jìng）參數要求，平台達到作業性能指標和安全性（xìng）指標綜合統一的高水（shuǐ）平。首次設計了適應（yīng）南海環境條件的錨泊（bó）和（hé）動力定位組合配置方案平台。在1500米水深範（fàn）圍，采用12點錨泊定位（wèi）係統實現節能與穩定雙重目標；在3000米水深範（fàn）圍，采（cǎi）用DP3等級的目標平台動力定位係統（tǒng），在精確（què）計算（suàn）的（de）基礎上，靠8個推進器達到平衡定位目的。開發了深海半潛平台（tái）水動力性能混合模型試驗技術、動力定位性（xìng）能分（fèn）析軟件和DP3動力定位仿真裝置，多項成果獲得了國家發明專利授權和相關（guān）軟件（jiàn）著作權登記。

    3．配套設計助推發展：實現了（le）深（shēn）海鑽井係統部分關鍵設備的國產化研製，完（wán）成了技術性能先進的6000馬力（lì）鑽井絞車、伸（shēn）縮（suō）式鐵鑽工、3000馬力高壓泥漿泵的自主（zhǔ）設（shè）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
    1.半井架型式設計突破傳統隔（gé）水管存放方式，采用直接作用式隔水管張緊係統的鑽井係統。與國際同（tóng）類先進平台相比，平均時效高達86%，鑽井時效提高10%，直接經濟效益超過100億（yì）。
    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米提升至3050米，鑽井深度最大可達12000米，可變載荷由7000噸提升至9000噸，錨泊定位（wèi）係統（tǒng）由8點提升至12點，錨泊定位水（shuǐ）深可達1500米。
    3.世界首次研製（zhì）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（biāo）準。
 

案例三： 蛟龍（lóng）號載人潛水器
完成單位（wèi）：中船重工702 研究所
 

一、案例背景
    隨著深海（hǎi）科考和資源探測需求日益迫切，作為深海科考和資源探測（cè）重要手段的（de）載人潛水器研發也勢在必（bì）行。中國載人深潛隊伍瞄準水下7000米深度的科考作業和國際領先（xiān）技術水（shuǐ）平，通過不斷的摸索和試驗提出了我國深海載人潛水器的設計（jì）方法，以我國工業生產（chǎn）水平（píng）為基礎並吸收國外先進技術開展蛟龍號（hào）的總體設計，設計出了總體性能優越、功能強大的蛟龍號載人潛水器，填補了我國在深（shēn）海載（zǎi）人潛水器領域的空白。

圖1 蛟龍號構造圖
 

二（èr）、設計思路
    蛟龍號載人潛水器在設計之初就（jiù）以“先進性、實用性、可靠性、安全性”為設計目標（biāo），結（jié）合先進的設計和製造手段，遵循“載體性能與作業要求一體化、技術先進性和工程實用性統（tǒng）一化、技術要（yào）素規範化、結構（gòu）分塊化（huà）、功能模塊化”準則，注重多（duō）學科優化作為（wéi）設計創新理念（niàn）。
    蛟龍號載人潛水器的設計依托702所長期的技術積累（lèi）和比較完善的試驗設施體係，創（chuàng）新提出了四要素設（shè）計方法，整體采用自頂（dǐng）向下的3D設計理念，結合深海環（huán）境、用戶需求和我（wǒ）國工業水平，采用多學科優化設計方（fāng）法進行優化集成，研製成功了性能優越（yuè）的蛟（jiāo）龍號載人潛水（shuǐ）器（qì）。

圖2 蛟龍（lóng）號設計流程
 

三、設計創新點（diǎn）
    1.創新設計打造（zào）卓越（yuè）性能
    蛟龍號設計了獨特的低阻流（liú）線型主體+X型穩定翼+7個矢量布置的（de）推力器的水動力布局形式，讓其載體既具有六（liù）自由度的良（liáng）好機動能力，又具有穩（wěn）定的低阻直航（háng）性能，配合先（xiān）進的控（kòng）製策略，實現了深海載（zǎi）人潛（qián）水（shuǐ）器近複雜（zá）海底操控；設計研發的液壓泵送（sòng）移動水銀技術（shù），基於多傳感器信息融合的自（zì）主導航技術，突破了超（chāo）大潛深縱傾調節（jiē）難題，實現（xiàn）了（le）深海載人潛水器的爬坡航行功能和深海路徑操控。
    蛟龍號在國際上首次實現了（le）大（dà）深度載人潛水器的（de）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（hào）突破（pò）的大深度載人（rén）潛水器高精度定高航行控製技術開創了載人潛水器距（jù）海底為0.5~1m的高效搜尋、探測作業模式，讓蛟龍號的深海作業能（néng）力進一步提高。
    2.創新設計實現高（gāo）安全性、高可靠性
    為了有效地避（bì）免故障引起的後患，蛟（jiāo）龍號設計了（le）大潛深電氣設備及線路的（de）絕緣故（gù）障預警檢測裝置，該裝置可以實時判別故障的級別，提前采取相應的故障隔離措施；設計了動力供應、水聲通（tōng）信、生命支持等關鍵係統的故障報警，並通過冗餘設計（jì）實現容錯控製。故障報警裝置的設計有（yǒu）效的提高了蛟龍號的可靠性和安全性。
    為了進一步確保深海作業的安全（quán）性和可靠性，在蛟龍號的研發（fā）過程中，首次設計出大潛深下有電（diàn）爆螺栓、液壓驅動等多種應急拋載裝置，實現蓄電池箱、采樣籃、機械手、水銀（yín）等的單獨拋（pāo）棄和（hé）集合拋棄等，使得蛟龍號在海（hǎi）底作業時遇到泄漏（lòu）或纏繞等各種應急情況下可以進一（yī）步提供足夠浮力，確保安全上（shàng）浮；同時，通過首次在大潛深潛水器上設計的應（yīng）急浮標（biāo）釋放裝置，當潛水器在海底被陷時可以釋（shì）放（fàng）浮標到達（dá）海麵（miàn），通過浮（fú）標和潛水器相連的牽纜，對（duì）潛水器實施解困救援。

圖3 鈦合（hé）金載人艙球殼

圖4 蛟龍號一體化框（kuàng）架結構

    3.創新設計突破超（chāo）常規的大潛深耐壓技術
    超常規的大潛深耐壓技術是大（dà）深度載人潛水器的核心技術，蛟龍號的研發過（guò）程中，建立了7000米級鈦合金載人球艙應力強度標準、設（shè）計計算方法、開（kāi）口加（jiā）強和試驗檢測（cè）等方法；並依此設計出了可載3人的鈦合金載人艙球殼，為（wéi）實現載人深潛提供（gòng）支撐；並且（qiě）設計了一體化框架結構，既可承載潛水器的所有設備，又可以方便維護；同時，以超大潛深雙向壓力（lì）補償技術為基礎，設計了蓄電箱內下潛時補償油（yóu）體積壓縮和上浮時放電所積（jī）累的氣體膨脹的雙向壓力補償（cháng），有效地減輕了潛水器重量，實現了載（zǎi）人深潛的夢想。
    4.創新設計打造卓越作業（yè）係統
    蛟龍號通過人機環優化設計（jì），在2.1米直徑載人艙內3位乘（chéng）員與各種操（cāo）縱設備形成一個整體，不僅提高了空間利用率（lǜ），還提（tí）升了乘員的舒適性和工作效（xiào）率（lǜ）；設計的機（jī）械手與采樣（yàng）籃組合，實現了深海的各種高難作業；設計的燈（dēng）光視頻係統（tǒng），實現了在深海的高（gāo）清晰拍攝，有效的實現了蛟龍號的係統作業。

圖（tú）5 蛟龍號（hào）載人艙內部
 

四、主要設計（jì）先進性（xìng）指標（biāo）（技術、商業、文化、人本）
    蛟龍號是我國（guó）自行設計、自主集成、獨立完成海上試驗的國際上工作深度最大的作業型載人潛（qián）水器（qì）。在國際上首次突破了7000米級科學考察和資（zī）源勘查載人潛水（shuǐ）器總體集成設計、總裝建造、試驗測試（shì）等關鍵技術。
    蛟龍號已成功實現了三個航次的應用，在南（nán）海、太平洋和印度洋上，完成了超過40次（cì）的下潛作業和超過20多（duō）人次（cì）的科學家（jiā）下潛，采集（jí）了大量的樣品，拍攝了寶貴的視（shì）像資料，為南海（hǎi）科學研究、大洋資源與環境調查（chá）、熱液硫化物探索做出（chū）了重大貢獻。