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多位專家，曆時兩年在地方、行業和（hé）企業進行廣泛（fàn）調（diào）研和深入研究，研究成果已引起政府的高度重視和企（qǐ）業與社會（huì）的（de）廣（guǎng）泛關注。“提高創新設計能力”已經被作為提高我國製造業創新能力的重要舉措列入（rù）《中國製造2025》。中國好設計（jì）評選活動由中國創（chuàng）新設計產業戰略聯盟主辦，旨在評選和表彰在知識網絡經濟時代湧現出的（de）中國創新設計（jì）優秀案例，全麵展示創新設（shè）計在產（chǎn）品係統創新（xīn）、工藝流程創新（xīn）、管理服（fú）務創新及（jí）商（shāng）業模式創新等方（fāng）麵的價值。2015年（nián）度中國好設計評選活動共評選出（chū）10項金獎和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、 案例背景（jǐng）
    2004年至2007年，四方股份按照國務院“引進先進（jìn）技術，聯合設計（jì）生產（chǎn），打造中（zhōng）國品牌”的總體要求，在引進消化吸收的基礎上，通過大量工（gōng）程（chéng）實踐，掌握了高速動車組核心技術，擁有了時速200公裏動車組（zǔ）的設計、製造和運用經（jīng）驗。
    2008年，四方股份通過十大（dà）技術創新（xīn） ，突破了（le）製約速度提升的關鍵問題，研製了新一代CRH380A型高速動車組，創造（zào）了運營動車組最高試驗速度486.1km/h的世界記錄，推動我國高速（sù）鐵路（lù）運行時速提升至350公裏，達（dá）世界先進水（shuǐ）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（gǔ）份以全（quán）麵提升列車整體（tǐ）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（ān）全（quán）可靠為核心，實現高速、高舒適性、高環保（bǎo）節能”的創新理（lǐ）念，研製具有自主知識產（chǎn）權的持續速度350公裏（lǐ）的高速動車（chē）組，打造中國品牌。
 

三、設計方法
    四方股份（fèn）通過對（duì）CRH380A型高速列車頂層技術（shù）指標進行技術分（fèn）解，從係統集成和各部（bù）件性能等方麵（miàn），對既（jì）有動車組（zǔ）進行係（xì）統技術分析；結合線路（lù）試驗，對比國內、外動車組係統性能和結構，揭示更高（gāo）速度條件下（xià）列車各係統間的作用關係和規律，提（tí）出新（xīn）一代高速列車技術提升策略。以仿真分析、試驗驗證（zhèng）、運營（yíng）考核相互驗證作為研發手段，形成了涵蓋“方案設計、技術（shù）設計（jì）、施工設計和試驗驗證（zhèng）”四個（gè）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）決定了列車運行的氣動性能（氣動阻力、氣動升力、側向（xiàng）力、交會壓力波）及運行的節能環保(氣動阻力、氣動噪聲)等關鍵（jiàn）的技術（shù）指標。四方股份提出20種概念設計方案（àn），經過平衡技術性能和文化（huà）特性的需求，確定10種優選方案進行仿真計（jì）算。從中再（zài）選出 5 種綜合性能優良、外形特征（zhēng）鮮（xiān）明的設計方（fāng）案，進行仿真計（jì）算和風洞試驗，優化氣動性能，最終確定（dìng）了最優的頭型方案。最終確定的CRH380A頭型概念取材於長征火箭，造（zào）型圓潤（rùn）、光滑，線條流暢，形態飽（bǎo）滿。全（quán）新的頭型設計，降（jiàng）低了氣動阻力、氣動（dòng）噪聲和交（jiāo）會壓力波，抑製了尾車氣動升（shēng）力，提高（gāo）了氣動安全性。
    車體是高速動車組的關鍵承載部件。隨速度提升（shēng），線路（lù）和氣流擾動增強，列車耦合振動加劇，影（yǐng）響結（jié）構可靠性。CRH380A車體設（shè）計的核心在輕量化、等強度設計的原則下，通過結（jié）構優化和模態參數匹配，實現了車體氣密強度（dù）、振動模態（tài）性能提（tí）升，保證了高速運行的結（jié）構安全可靠性。

圖（tú）3 CRH380A車廂內部圖

    轉向架承擔列車的承（chéng）載、導向、減振、牽引和製動功能，決定列車的運行安全（quán）和動力學性能，是高速列車的核心技術之（zhī）一。新一代CRH380A動車組轉（zhuǎn）向架繼（jì）續采用經（jīng）過長期運用驗證成熟可靠的技術和結構，為（wéi）滿足350km/h以上速度長距離運營要求，轉向架進行了構架適應軸（zhóu）重載荷（hé）增（zēng）加重新設計，輪軸和軸承滿足380km/h和15t軸重技術要求（qiú）進（jìn）行了強度設（shè）計，采用高熱容量（liàng）的轉向架製動盤片，進行了轉向架懸掛係統的優化，從而提高（gāo）轉向架及各子係統的可靠性。
    隨著速度的（de）提升, 輪軌噪聲、氣動噪聲、受電弓係統噪聲和結構振動噪聲（shēng）急劇增強。CRH380A減振降噪設計進行（háng）了按照分頻段控製、等聲壓級設計和輕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（hé）傳播途徑的控製（zhì）。
    牽引係統為動車組（zǔ）高速運行提供驅動力，在降（jiàng）低空氣阻力的（de）基礎上，提（tí）升牽引係（xì）統功率是提高動車組速度的（de）主要手段。CRH380A動車組的研（yán）發結合京津、武（wǔ）廣線路長期跟蹤運行（háng）實測數據，經過係統分析和計算，提出了係統提升（shēng）方案。通過改變關鍵部件的材料、結構和冷卻（què）係統，合理匹配係統參數，提高單（dān）位功率重量比，實現高啟動加（jiā）速和高速運行能力。
    結合我國高速鐵（tiě）路（lù）采用彈性鏈型懸（xuán）掛接觸網的特點，同時考慮（lǜ）隨列車速度提高，氣流激擾對受電弓受（shòu）流性能影響加劇，CRH380A長編（biān）動車組（zǔ）采用半主動控製（zhì）的受電弓。半主動控製的受電弓（gōng），可以實現隨列車（chē）速度變化自動調整弓網間（jiān）的接觸壓力，實現雙弓穩定受（shòu）流。
    製動係統是保證高速列（liè）車安全停車的重要手段。CRH380A製動係統為微機控製直通式電（diàn）空製動係統，采用電空複合製動、電製動優先（xiān）的控製方式，主要由風源係統、製動控製係統、防（fáng）滑裝置（zhì）、基礎製動裝置等組成。製動係統充分利用再生製（zhì）動，提高能量回饋（kuì），降低機械磨耗。

五、設計先進性
    創造（zào）運營動車組最高（gāo）試驗速度486.1km/h的世（shì）界記錄，推（tuī）動我國高速鐵路運行時速提升至350公裏（lǐ），投入運營400餘標準（zhǔn）列（liè），極大緩解了客運壓力，是國內高速動車組（zǔ）走出去的首推車型，促進同（tóng）城化進程（chéng）和社會發展。
 

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

一（yī）、案例背景
    作為我國油氣資源勘探開（kāi）發最重要的（de）區域，南海70%的石油蘊藏在深水區域。長久以來（lái），受技術水平和裝備能力所限（xiàn），我國海洋石油開發僅限於近海（hǎi）。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（以下簡（jiǎn）稱七O八所）和上海外高橋造船有限公司通過集成設計創新，突破錨泊和動力（lì）定位等多項關鍵（jiàn）技術，建造第六代深水半潛式鑽井平台，成為我國裝備製造業（yè）高端突破領（lǐng）先（xiān）的一個（gè）縮影。
 

二、設計思路
    “海洋石油981”設計思路的最顯著的特征是（shì）麵向戰略需求的集成（chéng）創新，通過係統性的（de）集成設計創造性地整合全（quán）球一流的設計理（lǐ）念和裝備，各項創新要素之間互補融合優化（huà），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（shè）計（jì）的基礎上進行自主創新設計，突（tū）破了諸多關鍵核（hé）心技術難題，提升了我國深水海洋工程裝備自主創新能（néng）力（lì）。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（hé）七（qī）O八所、國內高校等優勢力量，以充分（fèn）吸（xī）收利（lì）用國內外創新人才和技（jì）術為起（qǐ）點，開展前期研究。通過開放合（hé）作，從分析國外最先進的典型船型和方案著手，進行技術理（lǐ）念和特點的深化研究，提出（chū）針對南海海域的深水半潛式鑽井平台性能指標和概念設計（jì）方案，並（bìng）製定進行基本設計船型方案國際招標的技術要求和（hé）設計基礎。
    第（dì）二階段，進行聯合基本（běn）設計。中海油應用集群管理設計的思（sī）維，將孤立的要素集成為創新平台上的組成部（bù）分，使得（dé）整個組織成為創新的主體。集（jí）成創（chuàng）新設計（jì）具有（yǒu）巨大的凝聚效應和創造（zào）空間，讓（ràng）近百家國內外單位（wèi）為了一個目標集成為一個（gè）整體，又在各自最擅長的領（lǐng）域創新貢獻出價值，讓人才得到了最大化的鍛煉和發揮。依托於中海油的組織能（néng）力以及先進的管理設（shè）計（jì）並與眾（zhòng）多夥伴合作協同共創（chuàng），形成了具有（yǒu）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（tái）的技術要求，重點進行了平台主要尺度、總體布局、運動性能、結構性能及關鍵係（xì）統深化、優化設計。
    第（dì）三階段（duàn），進行平台工程建造（zào）和海上試驗。詳細設計期間，係統性地突破了平台總體綜合性（xìng）能優化、關鍵結構設計、重量控（kòng）製及主要係統（tǒng）集成優化設計等一係列（liè）難（nán）題，係統性地解決了平台設計核心關鍵技術（shù）。
 

三、設計創新點
    1．集成（chéng）設計引領跨越：設計了適應我國南海兼顧世（shì）界其它主要海域作業、性能指標先進、具有自主知識產權（quán）的第六代深海半潛式鑽井平台方案。設計方案（àn）體現了（le）優異的運動性能、高穩性儲備，綜合協調（diào）、有機融合的總體布置，先進的設備配置，高效（xiào）的作業效率等特點，各項性能指標達到了（le）國際先進水平。建（jiàn）立了深海半潛式鑽井平台設計技術、數值分析技（jì）術、規範及設計標準三大技術體係，實現了技（jì）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，填補了我國在該領域的空白。
 

圖 鑽井平台出塢

    2.技術創新突破關鍵：穩性和結構強度（dù）設計滿足了200年一遇的台風環（huán）境參數要求，平台達到作業性能指標（biāo）和安全性指標綜合統（tǒng）一的高水平。首次設計了適應（yīng）南海環境條件的錨泊和動力定（dìng）位組合配置方（fāng）案平台。在1500米水深範圍，采用12點錨泊定位係統實現節能（néng）與穩定雙重目標；在3000米（mǐ）水深範圍，采用DP3等級的目（mù）標平台動力定（dìng）位（wèi）係統，在精確計算的基礎上，靠8個推進（jìn）器達到（dào）平衡定位目的。開發（fā）了深海半潛平台水動力性能混合模型試（shì）驗技術、動力定位性能分析軟件（jiàn）和DP3動力定位仿真裝置（zhì），多項成果獲得了國（guó）家發明專（zhuān）利授權和相關軟件（jiàn）著作權登記。

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

四、主要設計先進性（xìng）指標
    1.半井架型式設計突破傳統隔水管存放方式，采用直接作用式隔水管張緊係統的鑽井係統。與（yǔ）國際同類先進平台相比，平（píng）均時效高達（dá）86%，鑽井時效提高10%，直接經濟效益超過100億。
    2.創新突破原（yuán）參考船型，量級提升關鍵（jiàn）技術指標，作業（yè）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噸提升至9000噸，錨泊定位係統由8點提升至12點，錨泊定位水深可達1500米。
    3.世界首次研製成功高強度R5級海洋工程係泊錨鏈，破斷載荷達到860噸，較R4錨鏈提（tí）高17%，形成ABS的R5級錨鏈標準。
 

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

一、案例背景
    隨（suí）著深海科考和資源探測需求日益迫切，作為（wéi）深海科（kē）考和資源探測重要手段的載人潛水器研發也勢在必行。中國（guó）載人深（shēn）潛隊伍瞄準（zhǔn）水下7000米深（shēn）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（shuǐ）器（qì）的設計方法（fǎ），以我國工業生產（chǎn）水平為基礎並吸收國外先進技（jì）術（shù）開展蛟龍號的總體設計，設計（jì）出了總體性能優越（yuè）、功能強大的蛟龍號載人潛水器，填補了我國在深海載（zǎi）人潛水器領域的空白（bái）。

圖1 蛟龍號構造圖
 

二、設計思路
    蛟龍號載人潛水器在（zài）設計之初就以“先進性、實用性、可（kě）靠性、安全性”為設計目標，結合先進的設計和製（zhì）造手段（duàn），遵循“載體性能與作業要求一體化、技術先進性和工（gōng）程實用性統一（yī）化、技術要素規範化、結構分塊化、功能模塊化”準則，注重多學科優化（huà）作（zuò）為設計創新理（lǐ）念。
    蛟龍（lóng）號載人潛水器的設計依托702所長期（qī）的（de）技術積累和比較完善的試驗（yàn）設施體係，創新（xīn）提出了四（sì）要素（sù）設計方法，整（zhěng）體采用自頂向（xiàng）下的3D設計理念，結合深海環（huán）境、用戶需（xū）求和我國工業水平，采用多學科優化設計方（fāng）法進行優化集成，研（yán）製成功了性能（néng）優越的蛟龍號載人潛水器。

圖2 蛟龍號（hào）設計流程
 

三、設計創新點（diǎn）
    1.創新設計打造（zào）卓越性能
    蛟龍號設計了獨特的低阻流線型主體+X型穩（wěn）定翼+7個矢量布置的推力器的水（shuǐ）動力布局形式，讓其載體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（xìng）能，配合先進的（de）控製策略，實現了深海載（zǎi）人潛水器近複雜海底操控；設計研發的液壓泵送（sòng）移動（dòng）水銀技術，基於多傳感器信息融合（hé）的（de）自主導航技術，突破了超大潛深（shēn）縱傾調節難（nán）題，實現了深海載人潛水器的爬（pá）坡航行（háng）功能和深海路（lù）徑操控。
    蛟（jiāo）龍號在國際上首次實現了大深度載人潛水器的懸（xuán）停定位控製，實現了針對目標所需的的（de）穩（wěn）定作業；同時，蛟龍號突破的大深度（dù）載人潛水（shuǐ）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（xún）、探測作（zuò）業模式，讓蛟龍號的深海作（zuò）業能力進一步（bù）提（tí）高。
    2.創新設計實（shí）現高安全性、高可靠性
    為（wéi）了有效地避免故障引起（qǐ）的後患，蛟龍號設計了大潛深電氣設備及線路的絕（jué）緣故障預警檢測裝置，該裝置可以實時判別故障的級別（bié），提前采取相應的故障隔離措施；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（guò）冗餘（yú）設計實現容錯控製（zhì）。故障報警裝（zhuāng）置的設計有效的提高（gāo）了蛟龍號的可靠性和安全性。
    為了進一步確保深（shēn）海作業的安全性和（hé）可（kě）靠性，在蛟（jiāo）龍號的研發過程中，首次設計出大潛深下有電爆螺栓（shuān）、液壓驅動等多種應急拋載裝置，實現（xiàn）蓄（xù）電池箱、采樣籃、機械手、水銀等的單獨拋棄和集（jí）合拋棄等，使得（dé）蛟龍號（hào）在海底作業時（shí）遇（yù）到泄漏或纏繞等各種應急情況下可以進一步提供足夠浮力，確（què）保安（ān）全（quán）上浮（fú）；同時，通（tōng）過首次在大潛深潛水器上設計的應急浮標（biāo）釋放裝置，當潛水器在海底（dǐ）被陷時可以釋放浮標到達海麵，通（tōng）過（guò）浮標和潛水器相連的（de）牽纜，對潛水器（qì）實施（shī）解困救援。

圖3 鈦合金載人艙球殼

圖4 蛟（jiāo）龍號（hào）一體化框架結構

    3.創新設計突破超常規的大潛深耐壓技術
    超常規的大潛（qián）深耐壓技術是大深度（dù）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、設計計算方法、開口加強和（hé）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（cāng）球殼，為實現載（zǎi）人深潛提供支撐；並且設（shè）計了一體化框（kuàng）架結構，既可承載潛水器的所有設備，又可以方便維護（hù）；同時（shí），以超大潛深雙向壓力補償技術為基礎，設計了蓄電箱內（nèi）下潛時補償油體積壓縮和上浮時放電所積累（lèi）的氣體膨脹的（de）雙向壓力補償，有效地減輕了潛水器（qì）重量，實現了載人深潛的（de）夢想。
    4.創（chuàng）新（xīn）設計打造卓（zhuó）越（yuè）作業係統
    蛟龍（lóng）號通過人機環優（yōu）化設（shè）計，在（zài）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（jǐn）提高了空間利用率，還提升了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（hǎi）的各種高難作業；設計的燈光視頻係統，實現了在深海（hǎi）的高清（qīng）晰拍攝，有效的實現了（le）蛟龍號的係統作業。

圖5 蛟龍號載人艙內部
 

四、主要設計（jì）先進性指標（技術、商業、文化、人本）
    蛟龍號是我國自行設計、自主（zhǔ）集成、獨（dú）立完成海上試驗的國際（jì）上（shàng）工作深度最大的作業型載人潛水器。在國際上首次突破（pò）了7000米（mǐ）級科學考察和資源勘查載人潛水器（qì）總（zǒng）體集（jí）成設計（jì）、總裝建造、試驗測試等關鍵技術。
    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（shàng），完成了超過40次（cì）的（de）下潛作（zuò）業和超過20多人（rén）次的科學家下潛，采集了大量的樣品，拍攝了寶貴的視像資料，為南海科學研究、大洋資源與環境調查、熱液硫化物探索做出了重（chóng）大貢獻。