为将国际先进技术引入轨道交通车辆领域并实现工程化应用,实现轨道交通装备制造技术的跨域式发展与自主创新,打造持续领先领跑的世界一流企业,中车四方股份公司以材料升级需求为突破口,基于稳定共赢、规避海外大额投资风险等目标,选择与国际顶尖技术团队合作,并依托国家科技部重大项目,以各方小资本投入建立研发中心的方式构建了“基于小资本合资实现核心技术突破的国际科技合作共赢模式” (以下简称“国际科技合作共赢模式” )。
一、国际科技合作共赢模式构建主要做法
(一)基于技术领先需求,选择合作团队、确定合作目标
打造世界一流企业,需要一流的技术创新能力支撑。轨道交通装备技术升级的关键之一是探寻解决轻量化与列车性能(强度、振动、噪声、隔热、辐射)间的矛盾的新材料。碳纤维复合材料因其比强度高、比模量高,以及高阻尼、结构功能一体化设计等特性,成为解决轨道交通装备轻量化、减振降噪以及铝合金复杂焊接结构变形大、尺寸一致性差等问题的关键,也是未来轨道交通装备新材料重点发展方向之一。
基于碳纤维复合材料对轨道交通装备技术升级的重要性,中车四方股份公司对国内外碳纤维复合材料技术领域进行了充分的调研:中国碳纤维及其应用产业无论是从原材料制备、设计仿真能力还是应用水平均相对落后;国际上,日本在碳纤维原材料领域拥有绝对优势,约占据全球碳纤维产能的一半;美国和欧盟则在碳纤维原材料、结构与铺层设计、工艺与制造装备、产品应用等方面综合优势明显。
综合评估各国技术特点,并考虑各种风险因素,优选了近年来与中国科技合作最为密切的德国作为潜在合作国。经过多次赴德考察,最终选定与被誉为“欧洲轻量化之父”的胡芬巴赫院士团队开展合作。
2014年10月,在第七届中德经济技术合作论坛上,中车四方股份公司与德累斯顿工业大学签署共建“中德轨道交通技术联合研发中心”框架合作协议,明确了“中方以轨道交通车辆新技术、新结构、新材料为切入点,致力于复合材料基础科学理论研究及其在轨道交通车辆领域中的工程化应用的关键技术研究,将德国乃至欧洲地区先进的轻量化复合材料技术引入轨道交通车辆领域并实现工程化应用,并在欧洲建立起聚合新技术 ‘桥头堡”的总体目标。
(二)基于稳定共赢目标,确立合作模式、搭建合作机制
基于框架合作协议确定的合作方向和目标,中德双方本着“互利共赢、求同存异”的原则,就合作模式、技术转移、规避大额投资风险、项目成果归属等核心关键问题,展开多轮务实探索与磋商。
中车四方股份公司谋求国际科技合作的目的是以公司技术升级/突破的需求为牵引,以外方技术优势为推力,以双方联合经营的形式代替单纯项目委托合作,提升外方合作的积极性;在规避境外大额投资风险的基础上,以较低的注册资本在境外成立实体化合资公司,建立长期稳定的合作机制,打造公司自主创新能力。基于此,中车四方股份公司梳理了既有的技术引进模式,进行了分析和对比,具体如下表所示:
上述既有合作模式无法同时满足技术转移、自身能力培育,并规避大额投资风险等需求。为满足合作共赢的目标,确保双方合作的深度与持续性,基于双方的优势互补,同时适应欧洲发达国家创新生态和机制,中德双方达成共识,提出了以小资本合作的国际科技合作模式:在德国德累斯顿合资成立有限公司性质的实体化联合研发中心,中方在成立之初以委托科研项目的形式支撑研发中心的运营与发展,德方以提供技术资源的形式来支持研发中心发展以及项目研发。
根据小资本合作模式,中德双方就股权结构、注册资本、组织架构、人员规划、场地租赁、业务范畴,以及职责分工、发展愿景等进行多轮研讨,确立研发中心跨国技术联合攻关、前沿技术信息收集、国际化人才培养、国际标准的对标与研究、先进技术的引进的总体定位,合作机构的股权结构(见图1)、业务范畴及职责分工等。
中德双方目标一致,建立《公司章程》明确了公司及股东权限,进一步依据各自优势合理分工,搭建合作机制、管理架构(见图2):研发中心设2名执行董事,中德双方各提名一名执行董事。中方执行董事主要负责研发中心的财务管理、产品制造及采购、市场开发与销售等;德方执行董事主要负责研发中心的技术研发、质量管理、人力资源管理等。
为保证海外投资经营行为的合规性,将双方达成一致的《合资企业协议》等相关文件按照国资委相关规定报送中车集团、中国科技部报备,获得中国商务部颁发的境外投资许可。
2015年5月,中德研发中心在德国德累斯顿挂牌成立,并于6月至8月,完成在德国德累斯顿法院的工商注册,与中车四方股份公司确定了第一批合作项目,双方开始在运行机制磨合、研发平台应用、团队建设、项目合作等层面展开工作。
(三)构建协同创新平台,形成耦合机制、搭建创新桥梁
中德研发中心作为中德科技合作的典型代表,在筹备、成立、运营等各个阶段,充分利用多方资源,构建协同机制,有效加强国际科技合作效能,以提升我国轨道交通装备技术国际竞争力。
——政府资源 从合作模式规划阶段开始,科技部和中国驻德大使馆等政府部分就高度关注并在指导国外创新资源选择,组织建立战略合作伙伴关系等方面给予大力支持。在合作过程中,科技部两任部长及中国驻德大使参与成果发布等重大活动,多次到研发中心现场考察指导。针对关键技术研究,科技部支持重点专项立项,推动研发中心建设。充分发挥了政府在国际科技合作过程中的支持与引导作用。
——产业资源中德研发中心项目以轨道交通装备制造企业为主体,建立以轨道车辆技术升级/突破需求为牵引的海外研发中心,同时轨道交通装备制造企业通过提供项目资金支持研发中心前期运营发展以及核心技术培育,而研发的技术成果再转入国内轨道交通装备制造企业开展技术应用,支撑国内轨道交通装备制造企业技术创新、产品革新与升级。
——院校及研究机构在成立初期,中德研发中心核心技术能力处于快速培育期,设备硬件资源、技术及人力资源等软件资源尚未配置完全,不能满足在下一代轻量化地铁研发的需要。为此,中德研发中心充分调动、利用欧洲的科技资源,以轨道交通车辆结构服役性能需求为导向,在自主完成主体结构设计基础上,快速整合德国德累斯顿工业大学、弗朗霍夫研究所、PROSE、IMA,英国Gurit,奥地利Secar,西班牙Carburse等外部等高校、科研院所,构建了材料-设计-工艺-加工-试验上下游联动的协同创新平台,通过这些高校、科研院所的资源,解决了研发中心成立初期各方面资源不足的问题,同时提升了技术研发效率,为下一代碳纤维复合材料地铁列车顺利研制提供了强力的软实力-基础研发能力和智力支撑和设备硬件支撑。
——应用资源在轻量化地铁产品研发的同时,中车四方股份公司与青岛地铁、广州地铁等潜在用户开展以用户需求为中心的技术交流,从用户角度获取市场需求,确保研发的创新产品具备适应未来市场的潜质。
在中车四方股份公司的积极促成下,中德研发中心与同济大学、中德轻量化中心、德累斯顿工大等单位共建“中德系统轻量化技术众创空间”,搭建了中德科技创新创业桥梁,为两国青年人提供轻量化技术研发与应用的开放式创新创业平台;与国家电网、蔚来汽车等十余家单位共同在德国注册成立“德国中国研发创新联盟”,多次接待中国商飞、北汽、中航等国内企业考察交流,带动德国企业、高校、院所与中方高校、院所、企业共同深化科技合作。通过各层次的科技合作 ,形成资源耦合长效机制。
(四)建立镜像团队、立体化管控机制,提升合作效能
中德合作双方围绕实体化研发中心运营和联合攻关项目,从管理和技术两个层面构建立体化管控与对接机制,融合两国法律、税务、文化以及思维模式差异,以项目为载体构建了“镜像”技术团队,提升了跨国合作效率。
在德国,由中德双方执行董事共同负责中德研发中心的经营管理,合作项目则实施项目经理负责制。每个项目配置一名项目总经理和一名项目副总经理,项目总经理由以技术主导的德方员工担任,副总经理由以管理主导的中方员工担任,从技术、管理两条线既各负其责又建立横向沟通机制,以提升工作的实施效率。在国内,一方面,针对国际协同创新的新需求,依托国家工程研究中心成立了对外交流合作部,组建了一支有具备较强国际化工程经验的专业技术+商务复合型团队,专门负责对接海外研发中心的经营管理与国际科技合作项目的管理,有效融合中德双方在法律、税务、文化以及思维模式上的差异,提升双方合作效率;另一方面,以项目为单位,同步组建涵盖研发、设计、工艺、质检、试验等各环节的技术承接队伍,为技术转移提供人才支撑。
(五)搭建跨国培训平台,培育研发能力、推进技术转移
为在国际合作过程中培育自主研发能力,中车四方股份公司以合作项目为载体,向中德研发中心长期派驻了一批熟悉轨道交通车辆结构与服役特点的工程师,与德方轻量化复材技术专家联合攻关。一方面,解决了德方轻量化复合材料工程师不懂“车”的问题,提升了项目实施效率;另一方面,中方轨道车辆工程师通过全程深度参与项目执行,深度学习复合材料相关设计工艺技术,培养了一批既懂“复材”又懂“车”的核心自主研发队伍,为国外先进技术转移与国内落地夯实基础。
(六)构建全链条协同机制,实现产业落地、持续发展
适宜的基于工作分工的协同机制可以保证跨国合作工作的有效开展。为了确保合作成果的应用效果,避免境外大额固定资产投资产生的风险,减少国内实物产品的物流成本和生产制造成本,提升产品的市场竞争力,合作各方根据各自优势细化各方分工:中德研发中心负责轻量化复合材料产品研发过程中的材料选型、产品设计、仿真优化等前端研发工作;国内预先根据工艺规划,配置相应的制造检测设备,国外技术专家在国内试制过程中给予相应的技术支持,确保将国外研发成果在国内应用、进行批量生产。
中德跨国合作,以国内作为产品的主要终端市场,通过以国内装车应用需求为牵引,带动上下游产业协同发展,构建“前端研发-中试优化-产业落地”的协同模式,实现海外技术研发、国内产业落地,保障技术安全自主掌握,产业链持续可靠发展。
二、国际科技合作共赢模式构建实施效果
(一)搭建了面向欧洲创新合作的“桥头堡”
以科技合作为目的建立中德研发中心,为中国中车搭建了面向欧洲创新合作的"桥头堡",为先进技术"引进来"、优质产品"走出去"提供资源与窗口支撑,并获得2020年欧洲铁路集群“最佳创新中小企业奖”。
中车四方股份公司依托中德研发中心开放创新平台,面向欧洲聚合优质资源,共同参与项目研发,使中国中车成为世界上首个掌握碳纤维复合材料在轨道车辆大型主承载部件上全面应用技术的企业;借助中德研发中心的顶尖技术优势和地利优势,积极搜集当地市场信息,与德国铁路公司以及当地轨道交通车辆运营商建立了长期联络机制,密切关注氢能源列车、双动力轨道车辆等项目的走向,为市场开拓提供信息与技术支撑,为中车在欧洲轨道交通装备市场拓展提供有效的信息和技术支撑。
(二)推动了中国轨道交通装备的技术升级
中德双方历时3年的联合研发,成功研制了世界上首辆采用全碳纤维主承载结构的下一代地铁列车,满足安全-高效-节能-舒适等方面的技术要求,并在2018年德国柏林世界轨道交通展上进行了全球首发,在国际上引起了广泛的轰动效应,极大的提高了中国轨道交通装备制造企业在国际上的品牌影响力。境外媒体报道超过1000家,包括美国ABC广播公司、德国商报、雅虎财经等国际主流媒体,覆盖人群达1.8亿人次。
集功能、结构、工艺一体化及轻量化特色的车体、转向架、司机室和设备舱结构,较传统金属结构减重超30%,其中碳纤维构架较传统金属构架疲劳性能提升30%,解决了轨道车辆的高强度、耐久性、减振降噪与轻量化之间的矛盾,获德国萨克森州轨道交通协会创新奖,为推动中国下一代高速列车材料应用变革提供技术支撑。2019年,下一代地铁列车通过了广州线路运营考核,试验证明综合指标优良,实现整车减重13%,整车节能超20%,降噪5dBA,并获得2019中国国际工业博览会科技创新奖。
(三)培育了碳纤维复合材料全链条自主研发能力
依托与中德研发中心联合攻关的科研项目,通过派驻满足已为中车四方股份公司培养了一批核心研发团队,并通过项目国内“镜像”实施与落地,在国内组成了一支40余人的复材技术团队,基本形成了涵盖材料选型-结构设计-工艺制造-质量检测-试验研制等全链条的自主研发能力。
与中德研发中心联合研发的碳纤维复合材料下一代地铁列车,不仅在技术上打破了国外企业对碳纤维复合材料工程化应用的技术垄断,培育了中车企业碳纤维复合材料全链条自主研发能力和技术迭代能力,完成了下一代轻量化地铁的研制,形成了自主知识产权,填补了国内技术空白,使中车四方股份公司成为世界上首个掌握碳纤维复合材料在轨道车辆大型主承载部件应用技术的企业。
(四)推动了先进技术在轨道交通装备领域产业化落地
在基于科技合作模式完成技术攻关的同时,中车四方股份公司还对取得的科研成果申请了约20项发明专利,目前已有4项专利获得授权,15项专利获得德国专利的受理通知书,已选取其中9项发明专利进入国际专利合作协定(PCT),并布局至中国、日本、法国、美国、意大利、奥地利等軌道交通先进国家,为技术在国内中试落地以及后续产品出口提供有力支撑。同时,为确保国外先进技术成果在国内落地生花,以国家高速列车技术创新争先建设为契机,中车四方股份公司规划建设了轨道交通关键部件复合材料中试线,该中试线将作为中德研发中心在国内的生产制造基地,开展轨道交通装备复合材料产品的中等批量研发与制造,为碳纤维复合材料技术在轨道交通装备领域的批量化应用与产业化发展夯实基础。
(五)促进了德国的经济发展和科技再创新
基于双方优势互补、互利共赢建成的中德研发中心,除对中国具有多方面的良好效益以外,也有力促进了德国当地的就业和经济发展。 其一,中方的项目投入为德国带来了直接资本以及更多可持续发展机遇;其次,研发中心在德国招聘的当地高技术人才,直接促进了就业;同时也带动当地其它企业参与项目中的部分委托加工、配套支撑等环节,带动了当地经济发展。此外,中方的应用需求导向,也为德国先进技术提供了真正地实践与市场应用平台,并进一步促进科技再创新。正是这种中德双方强强合作,优势互补,且互利共赢的模式,有效促进了研发中心的长期可持续发展。
以小资本、技术+市场为要素构建联合研发中心,这种国际协同合作模式得到了中德两国政府部门的普遍认可,为今后开展国际科技合作提供了参考。
创造人员:刘韶庆 仲崇成 李 鹏 刘显峰 何佳捷 刘 荠 丁叁叁