2013年8月，中國（guó）工程院啟動了重大谘詢項目（mù）“創新設計發展戰略研究”，項目組織（zhī）了近20位院士、100多位專家，曆時兩年在地方、行業和企業進行廣泛調研和深入（rù）研究（jiū），研究成果已引起政府的高度重（chóng）視和企業與社會的廣泛關注。“提高創新設計能力”已經被作為提（tí）高我國製造業創（chuàng）新能力的重要（yào）舉措列入《中國製造2025》。中國好設計評選活動由中（zhōng）國創新設計產業戰略聯（lián）盟主辦，旨在評選和表（biǎo）彰（zhāng）在知識網絡經濟時代湧現出的中國創新設（shè）計優秀案例，全（quán）麵展示創新（xīn）設計在產品係統創新、工藝流程創新、管理（lǐ）服務創（chuàng）新及商業模（mó）式創新等方麵的價值（zhí）。2015年度中國好設計評選活動共評選出10項金獎和（hé）20項銀獎。 
 

案例一： CRH380A型高速動車組
完成單（dān）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（sì）方股份（fèn）按照國務院“引進先進技術，聯合設計生產，打造中（zhōng）國品牌”的總體要求，在引（yǐn）進消（xiāo）化吸收的基礎上，通過（guò）大（dà）量工程實踐，掌握了高速動車組核心技術，擁有了時速200公裏動（dòng）車（chē）組的設計（jì）、製造和運用經驗。
    2008年，四（sì）方股份通過十大技術（shù）創新 ，突破了（le）製約速度（dù）提升的關鍵問題，研製了（le）新一（yī）代CRH380A型高（gāo）速動車組，創造了（le）運營動車組最高試（shì）驗速度486.1km/h的（de）世（shì）界記錄，推動我國高速鐵路運（yùn）行時速提升至（zhì）350公裏，達世（shì）界先（xiān）進水平，成功實現中國（guó）製造到中國創造、中國質量到中國品牌的轉變（biàn）。

圖（tú）1 CRH380A動車組外觀圖（tú）
 

二、設計思路
    四方股份以全麵提升列車整體（tǐ）性能為目標，遵循“先進、成熟、經濟、適用、可靠”的設計原則，“以安全可靠為核心，實現高速、高舒適性、高環保（bǎo）節能”的創新理念，研製具有自主知識產權的持續速度（dù）350公裏的（de）高速動車組，打造（zào）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指標進（jìn）行技術分解，從係統集成和各部件性能等方麵，對既有動車組進行係（xì）統技術分析；結合（hé）線路試驗，對（duì）比國內、外（wài）動（dòng）車（chē）組係統性能和（hé）結（jié）構，揭示更高速度條件下列車各係統間的作用關係和規律，提出新一代（dài）高速列車（chē）技術提（tí）升策略。以（yǐ）仿真分析、試驗驗證（zhèng）、運（yùn）營考核相互驗證作為研發手段，形成（chéng）了涵蓋“方案設計、技術設計、施（shī）工設計和試驗驗證”四個階段設計流程。

圖2 CRH380A動車組研發路線圖
 

四、設計（jì）創新點
    頭型（xíng）設計決定（dìng）了列車運行的氣動性能（néng）（氣動阻力、氣動升力、側向（xiàng）力、交會壓力（lì）波）及運行的節能環保（bǎo）(氣動阻力、氣動噪聲)等關鍵的技術指標。四方股份提出20種概念設計方案，經過平衡技術性能和文（wén）化特性（xìng）的需求，確定10種優選方案進行仿真計算。從中再選出 5 種綜（zōng）合性能優（yōu）良、外形特征鮮明（míng）的設計方案，進行仿真（zhēn）計算和風洞試驗，優化氣動性能，最終確（què）定了（le）最優的頭型方案。最終確定的CRH380A頭（tóu）型（xíng）概念取材於長征火箭，造型圓潤、光滑，線條流暢，形態飽滿。全新的頭型設計，降低了氣動阻力、氣動噪聲（shēng）和交會壓力波，抑（yì）製了尾（wěi）車氣動升力，提高了氣動安全性（xìng）。
    車體是高速動車組的關（guān）鍵承載（zǎi）部（bù）件。隨速度提（tí）升，線路和氣流擾動增（zēng）強，列車耦合振動加劇，影響結構可靠性。CRH380A車體設計的核心在輕量（liàng）化、等強度設計的原則下（xià），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3 CRH380A車廂內部圖

    轉向架承擔列車的承載、導（dǎo）向、減振、牽引和製動功能，決定列車的運行安全和動力學性能，是高速列車的核心技術之一。新一代CRH380A動車（chē）組轉向架繼（jì）續采用經過長期運用（yòng）驗證成（chéng）熟可靠的技術和結構，為滿（mǎn）足350km/h以上速度長距離運營（yíng）要求，轉向架進行了構架適（shì）應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計，采（cǎi）用高熱容（róng）量的轉向架製（zhì）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（tǒng）的可（kě）靠性。
    隨著（zhe）速（sù）度的提升, 輪軌噪（zào）聲、氣動噪聲、受電（diàn）弓係統噪聲和結構振動噪聲急劇增強。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，實現對噪聲源和傳播途徑的控製。
    牽（qiān）引係統為動車組高速運行提供驅動力，在降（jiàng）低空（kōng）氣阻力（lì）的基礎上，提（tí）升牽引係統功（gōng）率是提高（gāo）動車組速度的主要手段。CRH380A動車（chē）組的研發結合（hé）京津、武廣線路長期跟蹤運行實測（cè）數（shù）據，經過係統分析和計算，提出了係統提升方案。通過改變關鍵部件的材料、結構和（hé）冷卻係統，合理匹配係統參數，提高單位功率重（chóng）量比，實現高啟動加速（sù）和高速運行能力。
    結（jié）合我國高速鐵路采用彈性鏈型懸掛接（jiē）觸網的特點，同時考慮隨列車（chē）速度提高，氣流激擾對受電弓受流性能影響加劇（jù），CRH380A長編動車（chē）組采用半主動控製的受電弓。半主動控製的受電弓（gōng），可以實現隨（suí）列車速度變化自動調整弓網間的接（jiē）觸壓力，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手段。CRH380A製動係統為（wéi）微機控（kòng）製直通式電空製動係（xì）統（tǒng），采用電空複（fù）合製動、電製動優先的（de）控製方式，主要（yào）由（yóu）風源係統、製動控製係統、防滑裝（zhuāng）置、基礎製動裝置等（děng）組（zǔ）成。製動係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（zǔ）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（shí）速提（tí）升至350公裏，投入運營400餘標準列，極大緩解了客運壓力，是國內高速動車組走出去（qù）的首推（tuī）車型，促進同（tóng）城化進程和社會發展（zhǎn）。
 

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

一、案例（lì）背景
    作為我（wǒ）國（guó）油氣資源勘探開（kāi）發最重要的區域，南海70%的石油蘊（yùn）藏在深水區（qū）域。長久以來，受技術（shù）水平和裝備能（néng）力所限，我國海洋石油開（kāi）發僅限於近海。截（jié）止2011年前我國的深水鑽探開發仍處於起步階段，僅屬於世界上第二代（dài）、第三代的水平。中國船舶工業集團公司第七（qī）O八研究所（以下簡稱七O八所）和上海外高橋造船有限公司（sī）通過集成設計創新，突（tū）破（pò）錨泊和動力定位等多項關鍵技術，建造（zào）第六代深水半潛式鑽井平台，成為我（wǒ）國裝備製造業高端突破領先的一個縮影。
 

二、設計（jì）思路
    “海洋石油981”設計思（sī）路的最顯著（zhe）的特征是麵向戰略需求的集成創新（xīn），通過係統性的集成設（shè）計創（chuàng）造性地整（zhěng）合全球一流的設計理（lǐ）念和裝備，各項創新要素之間互補融合優化，使係統的（de）整體功能發生質的變化（huà），實現跨越式發展。同時，在（zài）集成設計的基（jī）礎上進行自主創新設計，突破（pò）了諸多關鍵核心技術難題，提升了我（wǒ）國深水海洋工程裝備自主創新能力。具體實施過程分三個階段：
    第一階段，開展前期（qī）研究。中國海洋石油總公司聯合（hé）七O八所、國內高校等優勢力量，以充分吸收利用國內外創新（xīn）人才和技術為起點，開（kāi）展前期研（yán）究。通過開放合作，從分析國外最先進的（de）典型船型（xíng）和方（fāng）案著手，進行技術（shù）理念和特（tè）點的深化研究，提出針對南海（hǎi）海域的深水半潛式鑽井平台性能指標和概念（niàn）設計方案，並製定進行基本設計船（chuán）型方案國際招標的技術要求和設計基礎。
    第二階段，進行聯合基本設計。中海油應用集群管理設計的思維，將孤立的要素集成為創新平台上的（de）組成部分，使得（dé）整個組織（zhī）成為創新的主體。集成創新設計具有巨大的凝聚效應和（hé）創造空間，讓近百家國（guó）內外單位為了一（yī）個目標集成為一個整體，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（huà）的鍛煉和（hé）發（fā）揮。依（yī）托於中（zhōng）海油的組織能力以及（jí）先進的管理設計並與眾多夥伴合作協同共創，形（xíng）成了具有自主知識產權的基（jī）本設計方案。針對南海海域惡劣環境條件和平台的技（jì）術要求，重點進行（háng）了平（píng）台主要尺（chǐ）度、總體布（bù）局（jú）、運動性（xìng）能、結構性能及關鍵係統深化、優化設計。
    第三階段，進行平台（tái）工（gōng）程建（jiàn）造和海上（shàng）試驗。詳細設計期間，係統性地突（tū）破了平台總（zǒng）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一係列難題，係統性地解決了平台設計核心關鍵技（jì）術。
 

三、設計創新（xīn）點
    1．集成（chéng）設計引領跨越：設計了適應我國南海兼顧世界其它主要海（hǎi）域作業、性能指標先進、具有自主（zhǔ）知識產權的第六代深海半潛式鑽井平台方（fāng）案。設計方案體現了優異的（de）運動性能、高穩性儲（chǔ）備（bèi），綜合協調、有（yǒu）機（jī）融合的總體布置（zhì），先進的（de）設備配置，高效的（de）作業效率等特點，各項性能指標達到了國（guó）際先進水平。建立（lì）了深海半潛式鑽井平台設計技術、數（shù）值（zhí）分（fèn）析（xī）技術、規（guī）範（fàn）及設計標準三大技術體係，實（shí）現了技術體係集成創新。編製了（le）《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（guān）鍵：穩性和（hé）結構強度設計滿足了200年一遇的台風環境參數要求，平台達到作業性能指標和安全性指標（biāo）綜合統一的高水平。首次（cì）設（shè）計了適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（wéi），采用12點錨泊定位係統實現節能與穩定雙重目（mù）標；在3000米水深範圍，采用DP3等級的目標平台動力定位係統，在精確計算（suàn）的基礎上，靠8個推（tuī）進器達到平衡定位目（mù）的。開發了（le）深海半潛平台水動力性能混合模型試（shì）驗技（jì）術、動力（lì）定位性能分（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（hé）相關軟件著作權登記。

    3．配套設計助推發展：實現了深海鑽井係（xì）統（tǒng）部分關鍵設備的國產化研（yán）製，完成了技術性能先進的6000馬力鑽井絞車（chē）、伸縮式鐵鑽工、3000馬力高壓泥漿泵的自（zì）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（jìn）性指（zhǐ）標
    1.半井架型（xíng）式設計突（tū）破傳統隔水管存放方式，采用直接作用式隔（gé）水管張緊係統的鑽井係統。與國際同類先進平台相比，平均時（shí）效高達86%，鑽井時效提高10%，直接經濟效益超過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（yóu）2286米提升（shēng）至3050米，鑽井深度最（zuì）大可達12000米，可變載荷由（yóu）7000噸提升至9000噸，錨（máo）泊定位係統由8點提升至12點（diǎn），錨泊定位水（shuǐ）深可達1500米。
    3.世界首次（cì）研製成功高（gāo）強度R5級海洋工程係泊錨鏈，破斷載（zǎi）荷達到（dào）860噸，較R4錨鏈提高17%，形成ABS的R5級錨鏈標準。
 

案（àn）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（bèi）景
    隨著深（shēn）海科（kē）考和資源探測需求日益迫切，作為深海科考和資源探（tàn）測重要手段的載人（rén）潛水器研發也勢在必行。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技術水平，通過不斷的摸索和試驗（yàn）提出了我國深海載人潛水器的設計方（fāng）法，以我（wǒ）國工業生產水平為基礎並吸收國外先進技術開展蛟（jiāo）龍號的總體設計，設計出了總體性能優越、功能強大的蛟龍號載人潛水器，填補了我國在深海載人潛水器領域的空白。

圖1 蛟龍（lóng）號構造圖
 

二、設計思路
    蛟龍號載人潛水器在設計之初就以“先進性、實用性、可靠性、安全性”為設計目標，結合先進的設計和製造手（shǒu）段，遵循“載體性能與作業要（yào）求一體化、技術先進性和工程實（shí）用性統一（yī）化、技術要素規範化、結構分塊化、功能（néng）模塊化（huà）”準則，注重多學（xué）科優化（huà）作（zuò）為設（shè）計創新理念。
    蛟龍號載（zǎi）人潛水器的設計依托702所長（zhǎng）期的技術積累和比較完善的試驗設施體係（xì），創新提出了四要素設計方法，整體采用自頂向下的3D設計理念（niàn），結合（hé）深海環（huán）境、用戶需求和（hé）我國（guó）工業水平，采用多學科優化設計方法進行優化集成，研製成功了（le）性（xìng）能優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.創新設計打造卓越性能
    蛟龍號設計了獨特的低阻流線型主體+X型（xíng）穩定翼（yì）+7個矢量布置（zhì）的推力（lì）器的水動力布局形式，讓其載體既（jì）具有六自由度（dù）的良好機（jī）動能力，又具有穩（wěn）定的低阻直航性能，配合先進的（de）控製策略，實現了深（shēn）海載人潛水器近複雜海底操控；設計研發的液壓泵（bèng）送移動水銀技術，基（jī）於多傳感器信息融（róng）合的（de）自主導航技術，突破了超大（dà）潛深縱傾調節難題，實現了深（shēn）海載人潛水器的爬（pá）坡航行功能和（hé）深海路徑操控。
    蛟龍號在國際（jì）上首次實現了大深度載人潛（qián）水器（qì）的懸停定位控製，實現了針對目標所需的（de）的穩定作業；同時，蛟龍號（hào）突破（pò）的大（dà）深度載人潛（qián）水器高精（jīng）度定高航行控製技術開創了載人潛水器距海底為0.5~1m的高效搜（sōu）尋、探測作（zuò）業模式，讓蛟龍號的深海（hǎi）作業能力進一步提高。
    2.創（chuàng）新設計實（shí）現高安全性、高可靠（kào）性
    為了有（yǒu）效地避免故障引起的後患，蛟龍號設計了大潛深電氣設備及線路的絕緣故障預警檢測裝置，該裝置可以實時（shí）判別（bié）故障的級別，提前采（cǎi）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，並通過冗餘設計實現容錯控製。故障報警裝置的設計有效的提高了蛟（jiāo）龍（lóng）號的可靠性（xìng）和安全性。
    為了進一步確保深海作業（yè）的安全性（xìng）和可靠性，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裝置，實現（xiàn）蓄電池（chí）箱、采（cǎi）樣籃、機械手、水銀等的單獨（dú）拋棄和集合拋棄等，使得蛟龍號在海底作業時遇（yù）到泄漏或纏繞等各種應急情況下（xià）可以進一（yī）步提（tí）供足夠（gòu）浮力，確保安（ān）全上浮；同（tóng）時，通過首次在大潛深潛（qián）水器上設計的應急浮標（biāo）釋放裝置，當潛水器在海底被陷（xiàn）時可（kě）以（yǐ）釋放浮標到達海麵，通過浮標和潛水器相連的牽纜，對潛水器實施解困救援（yuán）。

圖3 鈦合金載人艙球殼

圖4 蛟龍號一體化框架結構

    3.創新設計突破超常規的大潛深耐壓技術
    超常規的大潛深耐壓技術是大深度載人潛（qián）水器的核心技術，蛟龍號的研（yán）發過程中，建（jiàn）立了7000米級鈦合金（jīn）載人球艙（cāng）應（yīng）力強度標準、設計計算方法、開口加強和試驗檢（jiǎn）測等方法；並依此設計出了可載3人的鈦合金載人艙球殼，為實現載人（rén）深潛提供支撐（chēng）；並且設計了一體化框架結構，既可承載潛水（shuǐ）器的所有設備（bèi），又可以方便維護；同時，以（yǐ）超大潛深雙向壓力補償技術為基礎，設計了蓄電（diàn）箱內下潛時補償油體積壓縮和上浮時放（fàng）電（diàn）所積累的氣（qì）體膨（péng）脹的（de）雙向壓力補償，有效地減（jiǎn）輕了潛水（shuǐ）器重量，實現了載人深潛的夢想。
    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，在2.1米直徑載人艙內3位乘（chéng）員與各種操縱設備形成一個整體，不僅提高了（le）空間利（lì）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（lán）組合，實現了深海的各（gè）種高難作業（yè）；設（shè）計的燈光視頻係統，實現了在深海的高清晰（xī）拍攝，有效的實現了蛟龍號的係統作業。

圖5 蛟龍號載人艙內部
 

四、主要設計先進性指標（技術（shù）、商業、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最大的作業（yè）型載人潛水器。在國際（jì）上首次突破了（le）7000米級科學考察和資源勘查載人潛水器總體集成設計、總（zǒng）裝建造（zào）、試驗測試等關鍵技（jì）術（shù）。
    蛟（jiāo）龍號已成功（gōng）實（shí）現了三個航次的應用，在南海（hǎi）、太平洋和印度（dù）洋（yáng）上，完成了超過40次的（de）下潛作業和超過20多人次的（de）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（yáng）資源與環（huán）境（jìng）調查、熱液硫化（huà）物探索做（zuò）出了重大（dà）貢獻。