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顶刊论文 路风:冲破迷雾——揭开中国高铁技术进步之源

发布时间:2022-09-25 04:52:32 来源:爱游戏电竞app 作者:爱游戏电竞app下载

  走上自主开发道路和形成以高铁替代传统铁路的“激进方针”是中国高铁被公认为伟大成就的两个关键因素。但是,这两个因素在中国开始建设高铁的起点上并不存在,而是在过程中才出现的。本文采取过程性和历史性的视角,通过对这两个“转变”过程的全景式分析,揭示出在解释中国高铁的成功时被广泛忽略的因素——中国铁路装备工业的技术能力基础和国家对于发动铁路激进创新的关键作用。这些分析否定了“引进、消化、吸收、再创新”是中国高铁技术进步之源的流行性说法,也指出了造就成功的战略行动背后的深层次原因。本文最后指出,系统层次的创新是保持中国高铁领先的关键。

  高速铁路(以下简称“高铁”)的发展已经被广泛地认为是中国的一项伟大成就。在这种情况下,问题的焦点更多地转向解释取得这个成就的原因。不过,这时也容易产生事后的“功能式”解释(即以结果解释原因)。近年来国内的许多研究已经指出了高铁成功的各种可能原因,包括政府主导或政策的引导(张维克,2010;Sun,2015)、技术战略的选择(林善波,2011;冯灵、余翔,2015)、激励机制的形成(吕铁、贺俊,2017)、基础研究的加强(程鹏等,2011)和合作网络的建立(林晓言等,2017)等,但很少有文献把这些因素或变量置于高铁发展的实际过程中去分析其作用机制,而是直接用来解释总体结果。这样的解释既无法得到经验证据的验证,也使决定中国高铁发展成功的关键变量继续保持模糊状态。

  澄清因果关系的切入点是追问:为什么今天中国在世界范围内被公认是高铁发展的领先国家?这样提出问题的原因是,在起点上,中国的高铁建设是以大规模技术引进为条件的,反映出中国既非高铁的原创国,也非率先发展高铁的国家。因此,除非中国高铁后来走上自主开发的道路,而且除非中国高铁的发展后来出现不同于其他领先国家的“模式”,否则中国就更可能被看成是一个高铁的追赶者甚至模仿者,而不可能会被认为在世界范围内引领了轨道交通方式的革命。历史的事实是,这两个变化都在中国开始建设高铁之后的过程中出现:不仅中国高铁技术的发展走上了自主创新的道路,而且中国成为世界上第一个以高铁替代传统铁路的国家——这是不同于所有在高铁技术上曾经领先国家的建设方针和发展轨迹。

  于是,解释中国高铁的成功就必须回答两个关键问题:为什么从引进技术开始的高铁建设后来会走上自主开发的道路并取得成功?为什么在初期同样只是为了补充和改善传统铁路的高铁建设后来会走上以高铁替代传统铁路的道路?

  本文的中心论点是:走上自主开发道路和形成以高铁替代传统铁路的“方针”是成就中国高铁的两个直接因素或变量,但它们不是在起点上被政策设计出来的,而是被若干种力量在一个连原铁道部(即中华人民共和国铁道部,2013年撤销,以下简称为铁道部)也被迫改变初衷的实际过程中所塑造出来的。因此,中国高铁成功的真正原因不在于其发展过程中的具体做法,而在于使这些做法发生变化的力量。换句话说,中国高铁成功之谜不在于做了什么,而在于为什么会这样做。正是因为这些变量曾经受到忽略或不易从直观上被识别,所以对于大多数人来说,中国高铁技术的进步速度和成功程度是一个“意外”。因此,高铁发展对于中国学术界的理论挑战,是通过分析实际过程来识别决定了其发展路径的关键变量并从理论上予以解释,而不是描述其成功的特征或与这些特征直接相关联的做法。

  为避免“既然成功了就一定是因为某个或某些做法”的功能式解释,本文首先从3个方面界定被研究对象的特性、适用的研究方法和需要解释的结果。这3个界定可以被看作是一个讨论中国高铁技术创新的分析“框架”。

  第一,高速铁路是大型技术系统。国内关于高铁发展的文献一般把分析单位落在“高铁产业”上,虽然这本身没有什么错误,但无助于区分高铁与汽车、手机等工业之间的不同。本文以国际主流创新文献为基础,把高速铁路看作大型技术系统(large technical systems)。大型技术系统往往是一个经济体在技术、能源、交通、通信等方面的基础设施(铁路、电网、通信系统是其典型的例子),其开发、建设和运营涉及多个行动主体,包括企业、政府、非政府组织(如反核组织)和监管机构(Hughes,1983)。大型技术系统包含许多有区别但互相联系在一起的系统(如高铁的高速列车、信号系统、供电系统、路轨、桥梁等),其中每个系统都执行独立的任务,但被“集成”起来完成一个共同的目标;它们同时也具有明显的层级,包括系统的系统(即大型技术系统本身,如高铁)、复杂产品系统(如高速列车)、元件系统(如高速列车的电力牵引系统)和零组件(Hobday et al.,2005)。由于组成系统的各种技术和亚系统之间存在高度的互相依赖性,不能被完全分解为模块,所以开发这些系统需要一体化(integrative)的知识并高度依赖系统集成者的能力。“系统集成”起源于开发复杂武器系统的工程方法(Prencipe et al.,2003),它演进为一种企业、政府机构、监管机构把各种投入集成为有用系统的组织能力。在大型技术系统的层次上,系统集成者可以是系统的运营商/用户或提供主要产品系统的供应商,但也可以是政府机构。即使在商业领域,系统集成企业与供应商之间的关系也存在协调,并非纯粹的市场关系。因此,大型复杂技术系统在一个特定的范围内塑造了政府、企业和市场的边界,使市场关系受到“看得见的手”或“看得见的脑”的协调。

  把高铁看作大型技术系统,就会立刻排除掉经济学教科书中的“政府—市场”二分法。高铁系统作为基础设施的公共性、投资与回报之间的超长期关系以及社会评价带来的政治压力等因素并不允许政府超脱于市场竞争;系统内部各种技术的高度互相依赖使相关企业在与用户和彼此之间的市场关系上受到系统集成者的协调。正如几乎所有的文献都承认的那样,在中国高铁的发展中,国家扮演了一个重要角色。但这些文献承认不够的地方在于,“国家”并不只限于铁道部,而且包括中央决策层;国家的作用也并不只限于制订政策和“引导”,而且是高铁发展的直接行动者。把国家当作高铁技术创新的主体之一当然有悖于主流经济学的信条,但这种看法却一直在学术界存在(Lazonick,2011;Mazzucato,2013)。回到实际发生的历史过程,中国高铁发展的决策是在国家层次上做出的,这个大型技术系统的系统集成者是铁道部。如果脱离中国高铁作为一个大型复杂技术系统的语境,仅仅借助于一些局部的变量如合作网络、基础研究的投入、科研人员的经济激励等,既避免不了事后解释的尴尬,也无助于理解中国高铁成功的关键原因。

  第二,中国高铁的发展是激进创新。虽然大多数文献都围绕中国高铁的发展是如何成功的这个主题,但在评价高铁的成就时仍然存在许多模糊不清,诸如“中国已经是高铁大国,但还不是高铁强国”之类的说法。因为缺乏评判标准,这种模糊的语言无法说明:当中国的高铁运营里程已经占到全世界的2/3以上时,如果中国不是高铁强国,那么还有哪个国家是高铁强国?当今天中国高铁的技术创新已经被公认为成功时,我们需要明确这个结果的性质,然后才能确定需要解释的问题。根据对创新的分类,本文把中国高铁的发展定义为世界轨道交通领域的一次激进创新,标志就是中国以高铁全面替代传统铁路,而不是对现有铁路的补充或改进,也因此引领了世界轨道交通的革命。

  在国际创新文献中,对激进(radical)创新与渐进(incremental)创新的划分由来已久。前者指的是重大的产品/系统创新;后者指的是在前者发生之后那些后续无数的微小改进,尽管这些改进最终实现创新的大部分经济收益和性能提高(Abernathy and Utterback,1978)。这种早期的粗略划分在后续的研究中得到进一步的澄清。Dosi(1982)在库恩关于科学革命理论(Kuhn,1962)的基础上,以技术范式和技术轨道的关系来分析同时具有连续性和非连续性特征的技术进步过程。“技术轨道”是指在技术范式所规定的范围内解决问题的“常规”活动模式,代表了在由技术范式所规定的外部边界之内的一组可能的技术方向,沿着这些方向的技术活动是连续性的。“技术范式”是在选择出来的科学原则和选择出来的技术基础上,解决选定技术问题的“模型”或“模式”,可以形容为一种“世界观”,它具有很强的排除效应,使工程师及其所在组织的技术努力和想象集中在相当确定的方向上,而无视技术发展的其他可能性。虽然Dosi的本意是指出,在科学—技术—生产的链条上,经济力量与制度和社会因素在任何层次上都共同发挥“选择机制”的作用,但新范式的出现标志着技术发生非连续性(激进)的变化。Henderson和Clark(1990)则把产品的知识划分为“架构知识”和“元件知识”。在这个划分的基础上,他们通过一个2×2的矩阵把产品创新分为4类:渐进创新(架构和元件都不变),模块创新(架构不变,但元件变化),架构创新(架构变化,但元件不变),而激进创新则是架构和元件同时发生变化。W. Brian Arthur(2007)在讨论激进的新技术是如何被开发出来时,把这种发明过程看作是遵循一个结构化的逻辑。发明起始于解决某种问题或满足某种需要的动机,然后基于对某种自然现象的利用(科学),产生出关于技术的某种中心思想或概念,他将其称为“技术的基础概念或基础原则”;以基础原则为起点,技术开发就是通过往复解决问题的过程,最后以已经存在的技术来实现这个基础原则。因此,产生一项激进技术变化的标志(区别于其他技术的标志)是基础原则的变化。

  虽然上述3个理论的分析层次都是在产品上,但它们划分创新性质的原则仍然可以应用于大型复杂技术系统。从系统层次上看,中国是世界上第一个把高速铁路作为解决铁路运输问题主要手段的国家,即以高铁替代传统铁路,而高铁在日本和欧洲是被当作现有铁路干线的补充性线路。因此,以高速铁路替代传统铁路代表着轨道交通方式的“范式变化”,也是铁路系统的“基础原则”的变化。以高铁替代传统铁路,对于整个铁路网的大系统及其子系统的列车、供电、路轨、信号等来说,其“架构”和“元件”全都必须同时发生变化。因此,中国高铁的发展是世界铁路史上的一次激进创新,其意义比肩第一次建设铁路网。

  第三,对中国高铁的发展要采取过程解释。中国高铁的发展是一个重要的事件,它不仅是中国在工业技术进步、基础设施建设等方面的重大成就,也是世界铁路史上的重大事件。同时,高铁发展涉及决策层、政府部门、众多企业以及庞大消费者人群等多方面的利害关系,因而政府决策、高铁的技术和运营绩效、公众舆论及其这些因素之间的反馈都影响了事件的发展。面对这样一个重大的事件,要避免事后解释并识别出决定结果的关键变量,就需要采取过程解释,尤其是对决策过程和技术进步过程的解释。

  对于组织决策的过程解释在社会科学有着强大的基础,即由Herbert A. Simon(西蒙)、Robert M. Cyert和James G. March(马奇)所奠定的行为理论传统,其影响遍及社会科学的各个领域,尤其是直接影响了当代的组织学习理论和演化经济学的发展。不满于主流经济学的理性选择模式——“经济人”可以在一定约束下自动做出最优选择,行为理论的要旨是通过研究过程来研究决策,把组织的决策看成是一个行为顺序的结果,并要求理论建立在对真实组织的决策结果和过程结构的经验观察上,而且必须经得起实际组织行为的验证,其关键概念包括有限理性、搜寻、满意度原则等(Argote and Greve,2007)。国际创新文献的主流同样把技术创新看作是一个过程,因为技术变化——从知识基础的演进到利用新知识的产品开发再到市场应用以及它们之间的互动——需要时间,其中每个阶段都存在不确定性;创新能力需要通过复杂的学习才能积累起来,影响创新活动的社会条件也随时间而变化(Bruland and Mowery,2005)。因此,过程解释的传统在创新研究领域一直保持着主导地位——从熊彼特把经济体系内部的“创造性毁灭”看作是经济发展的动力,到技术进步被概括为演化过程,再到把创新的各个方面概括为学习的过程(Rosenberg,1982)。总之,对于那些在其起点上无法预测其结果的事件,过程解释的实质是通过分析行动者与客观世界和社会条件的互动来识别那些决定了事件结果的关键变量。

  过程解释之所以对识别中国高铁发展的关键原因非常重要,尤其是这个发展过程的实际轨迹是若干重大变化所塑造出来的。例如,中国从大规模技术引进开始建设高铁,但还在尚未完成对引进技术的消化、吸收阶段时就转向自主开发,而且迅速开发出当时世界上运营速度最快的高速列车(CRH380系列)。那么,被大多数文献所回避的技术引进与自主开发之间的关系到底是什么?此外,国务院批准的2004年《中长期铁路网规划》被公认为是中国开始高铁建设的标志,但无论是在国家批复还是规划的文本中,通篇都没有出现“高铁”的字眼。事实上,高铁建设是到2009年才迎来第一个高潮,又在2011~2013年经历了一个低潮期,然后才逐渐进入至今尚未结束的又一次建设高潮。可见政府对于高铁的发展方针不仅数次发生重要变化,而且“一贯正确”的含义是不成立的。面对如此之大的起伏和甚至带有“自相矛盾”色彩的变化,如果不去追溯这些变化及其变化顺序的原因,就无从识别中国高铁成功的关键变量。如果脱离了中国高铁发展过程的语境,回避关键时刻和关键事件,任何解释都会是不可证伪的。

  本文的目的是为理解中国高铁发展的成功迈出可经受经验证据验证的一步。虽然本文把在过程中发生的转向自主技术开发和形成以高铁替代传统铁路的“方针”定义为决定中国高铁成功的两个直接变量,但仍然为讨论什么是影响这两个转变的因素留下余地。此外,本文集中在高速列车的技术领域。高速列车是高速铁路大系统中的一个子系统,但却是最具技术含量的核心系统,也是从国外成套引进技术的领域,而且是发生事故时被关注的焦点(因为载人)。因此,分析中国高速列车技术发展的原因,可以帮助理解中国高铁发展的主要问题。

  文章余下部分安排如下:第二节讨论中国高铁技术的来源以及从引进转向自主开发的原因;第三节追溯中国铁路装备工业在长期自主开发中积累的技术能力基础及其与引进技术的关系;第四节分析中国走上铁路激进创新的过程和原因;第五节指出,从部门管理转变为系统集成是解开体制矛盾的关键;第六节是结论部分,同时讨论中国高铁发展经验对于理论研究的挑战。

  中国的高铁建设是从大规模技术引进开始的。从2007年4月的全国铁路第六次大提速首次使用时速200公里及以上的动车组,到京津客运专线、郑西高铁、武广高铁等新建线年的相继开通,中国在第一批建成的客运专线上投入运营的动车组全部是统一被命名为“和谐号”的引进车型及其改进车型。因此,中国高铁技术的源头很容易被认为是来自引进。但在上述第一批新建的客运专线尚未开通之时,中国高铁的技术路线月,中国自主开发的CRH380系列立项。该系列的两个车型CRH380A和CRH380B在2011年6月建成的京沪高铁上投入运营,而且立刻成为世界上运营速度最快的动车组。那么,为什么中国高铁技术的发展突然从引进路线转向自主创新?为什么尚未完成对外国技术消化吸收的中国工业能够自主开发新型动车组?分析这些“突变”和“断裂”的前因后果是理解中国高铁技术之源的一个关键。

  实际上,把中国高铁技术的迅速进步归因于“引进、消化、吸收、再创新”的说法来自官方自己的解释。2011年6月,全长1318公里、设计时速350公里的京沪高铁(总投资超过2200亿元)开通,它是当时世界上最长、最快的高铁线路,而且投入运营的列车是中国自主开发的CRH380系列。根据当时铁道部的说法,在京沪线列动车组“全部由我国自主开发制造,整车国产化率达到85%以上”。但这个成就也引来“羡慕嫉妒恨”。2011年7月初,日本媒体质疑中国高铁技术是“盗版新干线”,并对中国可能在海外申请专利表示关切。

  中国铁道部旋即予以反驳,称中国高铁技术已经远远优于日本新干线。铁道部新闻发言人向媒体介绍说,中国高铁研发坚持政府主导,构建了“产学研”相结合的再创新平台,在不到6年的时间内,跨越了3个台阶:“第一个台阶,通过引进、消化、吸收、再创新,掌握了时速200~250公里高速列车制造技术,标志着中国高速列车技术跻身世界先进行列。第二个台阶,在掌握时速200~250公里高速列车技术的基础上,自主研制生产了时速350公里高速列车,标志着中国高速列车技术达到世界领先水平。第三个台阶,中国铁路以时速350公里高速列车技术平台为基础,成功研制生产出新一代高速列车CRH380型高速动车组,标志着世界高速列车技术发展到新水平。”

  从这个由《人民日报》报道的解释看,中国高铁技术发展的“三个台阶”是从技术引进开始,然后每一个台阶都是下一个台阶的基础。既然铁道部都这样说,难怪许多公众会把技术引进当作中国高铁技术发展的源头。具有讽刺意味的是,正是因为把引进说成是唯一来源,所以后来才加重了公众对高铁技术的怀疑:中国怎么可能从引进自己本来没有的技术开始,只用6年时间就“跨越”到世界先进水平?

  严格从理论上分析,这个说法包含了两个因果关系:第一,高铁技术的最初来源是引进;第二,能够“再创新”的能力是通过“消化、吸收”引进的技术而生成的。但是,如果仔细分析中国高速列车的技术变化,那么这两个关系都不成立。

  2004~2006年的大规模引进高速列车技术的主要内容是从4个外国企业购买了4个车型及相应的技术转让,它们被铁道部统一命名为“和谐号”,具体分为4个CRH系列(CRH是China Railway Hispeed即“中国高速铁路”的缩写)。

  1型车,即CRH1,是铁道部从加拿大庞巴迪(Bombardier Inc)购买的40列。由于这批列车是由庞巴迪在中国的合资企业生产,所以没有技术转让费。

  2型车,即CRH2,以新干线公里,由铁道部向日本川崎重工业株式会社(Kawasaki Heavy Industries Ltd.)订购60列,由南车集团所属青岛四方机车车辆股份有限公司(以下简称四方股份或四方)受让并国产化,支付技术转让费约6亿元人民币(不含购车费,下同)。

  5型车,即CRH5,时速250公里,是从法国阿尔斯通旗下的阿尔斯通交通运输(Alstom Transport)引进,转让给北车集团所属长春轨道客车股份有限公司(以下简称长客),技术转让费为9亿元。

  3型车,即CRH3,时速300公里,是2006年第二轮招标后,铁道部从德国西门子公司(Siemens AG)购买60列(总价6.69亿欧元),转让给北车集团所属唐山轨道客车有限责任公司(以下简称唐客),技术转让费8000万欧元。

  除整车外,还有配套牵引系统、制动等系统及部件的生产转让。5型车的转让给北车集团的四方所,3型车的转让给铁道科学院和北车集团的永济厂,2 型车的转让给株洲电力机车研究所(以下简称株洲所)和北车集团的永济厂等企业。

  所谓“转让技术”的内容是:(1)对中国购买的高速列车进行“联合设计”。这种“联合设计”不是外方与中方一起从头设计一个过去没有的新车型,而是双方对中方购买的外国车型进行设计修改,以使其能够适应中国的线)外方提供中方购买车型的设计图纸。(3)生产引进产品的工艺。这部分属于制造体系的一部分,也是中方受益最大的部分。(4)对中国工程师和技术工人进行培训。

  外方向中方转让的技术是使中方能够把给定产品制造出来的技术,而不是怎样设计和开发产品的技术。在这种情况下,如果引进是技术的唯一来源,那么中国铁路装备工业后来的发展路径就应该是按照外国车型设计来制造,并通过引进新车型来进行升级换代。但中国后来再没有引进过外国车型,而中国的高铁技术却在后来的几年中发展迅速。我们以四方股份负责的“2型车”为例,描述一下这种变化。整个变化过程分为两个阶段,即对引进技术的“消化、吸收、再创新”阶段和自主开发阶段。

  第一个阶段其实走了4步。(1)CRH2A(以下省去CRH)是对川崎重工原型车的“国产化”型号,完成时间是2004~2007年。中日双方对该型号进行了“联合设计”,其内容是针对中国线路特点进行适应性修改。为给此车配套,株洲所受让日本三菱的牵引变流器等电气系统技术。(2)2B/2E(长编组),2007~2008年完成。这两个型号的主要变化是把原型车的8辆车编组变成16辆车编组,为此进行了安全性和适应性改造。2E是在2B的基础上设计的,改进为卧铺车。(3)2C-I,2006~2008年完成。此车是在时速200公里的2A平台上,为京津线公里动车组,主要变化是动力配置——动车数量从原来的4节增加到6节,牵引总功率提升到7280千瓦,其他变化包括对速度提升的安全性评估和舒适度评估,以及内装的适应性改造。(4)2C-II,2008~2010年完成,用于时速350公里的武广、郑西线。动车组改用更大功率的交流牵引电机,从内装、转向架包括牵引系统都做了改进。特别要指出的是,2C(I、II)使用的牵引逆变器、辅助牵引变流器、通风系统及列车网络控制系统已全部由株洲所提供。

  从上述变化的序列看,四方实际上在“消化、吸收”原型车技术的阶段就已经开始“再创新”了(如长编组和京津线动车组)。更令人感到“意外”的是,对2型车的改进还没有结束时,四方就进入了第二个阶段——自主开发阶段。2008年2月,四方根据国家立项开始为京沪高铁自主开发时速350公里的高速动车组CRH380A(以下简称380A)。2010年12月3日,380A高速动车组在京沪高铁枣庄至蚌埠段试验运行的最高时速达到486.1公里。同年12月,由四方、株洲所等单位联合设计的时速500 公里更高速度试验列车下线多公里时速)。这就是铁道部称“中国高铁技术已经远远优于日本新干线”的底气所在。

  关键的问题是,380A和500公里动车组是不是从对2型车的改进而来?业内公认,区别一列动车组的知识产权归属要看车头造型、转向架的构造、车体强度密封、网络控制系统和牵引系统。我们从这4个关键部分来解析一下380A的技术变化,以确定它与引进技术的关系。

  380A的头型是四方自己设计的,与CRH2A的头型完全不同。头型的重要性不只是为了美观,更与列车的空气动力性和安全性高度相关。四方开发该头型的过程历经5个步骤:(1)形成初步概念(形成图纸和模型);(2)筛选出10个进行初步仿线)从仿线个做风洞模型试验,并进行精细化计算验证和模型实物验证;(4)再从中选出2个做1∶1实物的工艺验证;(5)最后选定1个投入生产。很明显,按照这个流程开发出来的380A头型,不仅与世界上任何列车的头型都不一样,而且在开发的起点上连四方的工程师也无法预料结果。

  转向架的设计是决定列车安全的保证,因为其功能包括承载、导向、驱动、制动和牵引。当列车时速从200公里变成350公里时,对构架的承载能力、车辆运行的安全舒适性、悬挂系统的防震减噪、轮轨和制动装置的关系就都必须重新找到解决方案,而且要解决相关装置和系统之间的匹配问题。因此,380A的转向架必须重新设计。设计转向架不仅要求足够的技术积累,而且要求理解技术的科学原理——动力学、结构强度、一系列刚度等,此外还要求使用新的材料。

  在高速运行条件下保证车厢的安全气密性和舒适性,就要提高“气密承载能力”,其技术关键是车厢壁板的结构(壁板由双层铝合金板通过一定形状的金属结构连接组成,结构连接点的中间是空的)。由于气密强度和速度是幂次方的关系,所以速度越高则压力越大。在高速运行中气流产生的载荷能力对车体产生压力,可能使车体变形,变形的时间长了会导致车体断裂。由于380A的速度远超过CRH2A,所以它的壁板必须由开发者通过试验测出速度数据,再根据这些数据进行全新设计。

  380A的网络控制系统和牵引系统仍采用日系标准和系统架构,由株洲电力机车研究所负责系统设计、升级和集成,并完成新牵引模块、新功能单元的开发,包括部分控制软件的开发和全部软件的集成。网络控制系统的主要作用是,实现各动力车的重联控制;实现全车所有由计算机控制的部件联网通信和资源共享;实现全列车的制动控制、自动门控制、轴温监测和空调控制等功能;实现全列车的自检及故障诊断决策。株洲所和株洲电机公司为380A 提供的牵引系统轴功率已经超过400千瓦,而CRH2A 的功率不到300千瓦。牵引系统主要参数的显著变化意味着主要部件要全部重新设计,包括变压器、牵引变流器、电机等。

  380A的网络和牵引系统采用日系标准反映出总体设计者看重使用2型车的经验。因此,虽然所有的核心部分都必须重新设计,但开发者还是尽量使新车置于使用2型车的经验基础之上,毕竟四方股份在此之前缺乏设计和使用成熟动车组的经验。但是,这样做并非必然,因为株洲所拥有自主开发的网络和传动平台,采用与日系不同的标准,而且被用于时速500 公里更高速度的试验列车,其牵引功率达到600千瓦。

  通过上述对四方高速列车技术变化的描述,可以清晰地看出,380A与“2型车”之间存在技术上的“断裂”,即前者不能被后者所充分解释。因此,对于自主开发阶段是以“引进、消化、吸收”阶段为唯一基础的官方说法,在逻辑上存在一个巨大的“黑洞”,因为它没有解释两个关键因素:第一,中国企业能够迅速对引进技术进行“消化、吸收、再创新”的前提条件是它们在引进之前就必须具有强大的技术能力基础。第二,开发380A和新一代高速动车组使用了与引进无关的核心技术,说明中国工业在引进之外还存在另外的技术来源,而且是更重要的来源。那么,为什么铁道部在大规模引进时从未提到这个能力基础?为什么在后来的官方宣传和解释中也对此含糊其辞?我们把目光转向决策层次。

  正如四方在尚未完成“消化、吸收”的阶段时就开始自主开发380A所反映的那样,中国的高铁技术发展是从引进路线“突然”转向自主开发的。

  在中国的体制下,有关高铁的“国家”是一个“中央决策层—铁道部”的结构。铁道部是高铁建设的政府主管部门,但同时也是高铁的唯一运营商和系统集成者。这个“双重”身份当然使中央决策层(以下简称决策层)与铁道部在动机和利害关系等方面并不完全一致,但决策层不仅掌握着对铁道部官员的任免权,而且掌握着高铁发展的最终决策权,包括对用地、投资以及建设规模的决定权。用不完全恰当的比喻,“中央决策层—铁道部”的结构有点像公司总部与事业部之间的关系。决策层在有关高铁的技术、建设和运营可行性方面依赖铁道部提供的信息和解释,但如果决策层在认知或政治考量方面发生变化,则在任何时点上都可以做出不符合铁道部意愿的决策。此外,为高铁发展提供主要设备的企业全部是央企集团,它们虽然是需要被系统集成者(铁道部)协调的企业,但同时也具有与决策层沟通的独立渠道,有可能影响决策层对于高铁发展方针的判断。虽然铁道部处于影响决策的最佳位置,但如何使决策层相信自己的解释则是它一直面临的挑战。因此,这个决策结构为有关高铁建设方针的变化留下空间。

  中国政府对发展高铁的规划始自20世纪90年代初,在傅志寰任部长期间(1998~2003年),铁道部布置了一系列高速列车项目的开发。到傅志寰卸任时,中国发展高铁的准备明显依靠自主开发的道路,但何时能够大规模建设高铁的前景并不明朗。当时,争论了十几年的京沪高铁还没有在国家计委(发改委)正式立项。不过,那段“徘徊”并非铁道部能够左右。2003年之后,新的中央决策层决心上马一系列的重大工程(包括核电和大飞机),这是中国高铁起步的背景。2003年3月铁道部提出实现铁路“跨越式发展”的方针,力争在5年内使全国铁路的“提速里程达到20000公里,覆盖全国主要地区”,“京沪、京广、京哈、京九、陇海、浙赣‘四纵两横’等干线提速客车最高时速的目标是200公里,达到发达国家铁路既有线客车提速水平”;货车运行时速也要“由目前不足80公里提高到120公里,与客车提速相匹配”。

  在短期内实现大面积提速就需要有马上可用的技术手段,于是大规模引进高速列车技术就成为在短期内实现“跨越式”发展的选择。铁道部提出:实现我国铁路技术装备现代化,是铁路跨越式发展的重点所在。我们的目标应该是采用先进、成熟、经济、适用、可靠的技术。所谓先进,技术不复制落后,不重复落后,技术水平要赶上发达国家;所谓成熟,就是要用定型的技术,而不是在试用阶段的技术;所谓经济,就是不仅购买价格要合理,而且综合成本比较低;所谓适用,就是符合我国铁路的技术要求;所谓可靠,就是技术装备性能稳定,质量良好,能够保证运输安全。我们要加快铁路科技进步,立足高起点、高标准,把技术引进与自主创新结合起来,使我国铁路技术装备早日达到或接近发达国家水平。这一方针应用在机车车辆领域就是,“以客运高速、快速和货运快捷、重载为重点,系统地引进发达国家机车车辆的关键技术,进行消化吸收和系统合成,加快对我们机车车辆制造业的技术改造,创造中国铁路的‘奥迪’、‘别克’和‘桑塔纳’,实现机车车辆的更新换代”。

  铁道部以“跨越式发展”的语言表达出技术政策原则,即通过引进外国技术来发展高铁,同时排斥正在自主开发的技术和产品,这样的技术方针只能把中国铁路装备工业变成组装外国产品的工业。

  当然,铁道部并不是要以外国技术替代中国技术,而是要以引进现成技术的便捷方式来实现“跨越式发展”,而“跨越式发展”目标恰恰也是中央决策层希望达到的。2004年4月,国务院主持召开了一次关于铁路机车车辆和装备现代化的会议,专题研究中国铁路的客运、装备如何快速发展,如何实现现代化。会议决定:要在更高的起点上实现中国铁路的创新,提出了引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌以发展中国高速列车和高速铁路的思路。至此铁道部拉开了中国高铁建设的大幕——以建设客运专线的名义开始推进高铁的建设,同时以令人惊愕的“果断”,下马了所有铁道部以前安排的研发项目,开始了大规模引进。

  2004年4月18日,中国铁路实施了第五次大面积提速,几大干线部分地段的线公里的要求,提速总里程16500多公里。2007年4月18日,全国铁路正式实施第六次大面积提速,时速120公里及以上线万公里,比第五次大提速增加6000公里,其中时速160公里及以上提速线公里线公里,京哈、京广、京沪、胶济线公里。这次提速最大的亮点是时速200公里及以上的“和谐号”动车组投入使用,到2008年底,全国铁路有480列时速200公里及以上的动车组上线个省和直辖市。两次提速的效果实际上超额完成了预定目标。

  铁道部在决策层尚未下决心发展高铁之际,提出以建设客运专线实现客货运分开的思路,并以建设和运营高速客运专线的业绩使决策层逐渐形成以高铁解决中国铁路运力不足问题的方针,那么中国铁路装备工业就会向组装外国产品并只能依靠引进来升级换代的模式演进,不可能出现后来那样的自主创新。如果中国工业真的变成组装模式,那么中国高铁技术的发展也不可能获得后来实际上获得的成就——380A一出世就超过日本技术水平的事实就是明证。因此,如果严格按照铁道部原定的引进路线,中国高铁技术可能达到的水平只能比后来实际达到的水平更低。

  2005~2006年,人不断表达了自主创新的想法。尤其是在2006年1月召开的全国科技大会上,由亲口提出要建设“创新型国家”。这个方针是在最高政治层次上作出的,它一举改变了衡量官员政绩的标准或参照系。从此,铁道部再不提“跨越式发展”,也再不提“桑塔纳路线”。相反,铁道部不得不向自主创新路线靠拢,把高铁技术的发展描绘成为“引进、消化、吸收、再创新”的模式就是出于这个原因。

  2007年4月中国铁路第六次大提速之后,铁道部发动了一轮宣传攻势。这些由铁道部提供原始信息来源的一系列报道有几个重点:(1)引进技术的策略。包括铁道部在2004年动车组招标文件中提出“三个必须”:外方关键技术必须转让,价格必须优惠,必须使用中国的品牌。报道特别强调了在第一轮招标中,西门子因坚持高价被淘汰出局,后来在第二轮不得不降价的故事,以示铁道部的成就。(2)引进带来了技术和管理。引进动车组带来的不仅是产品和技术,更重要的是大幅提升了国内技术人员的研发和操作水平,为今后进一步创新打下了基础。(3)通过联合设计对引进的车型进行了修改,实现了再创新。例如长客对引进的阿尔斯通原型车做了大量修改,几乎等于设计了一款新车(如原型车宽度只有2.9米,难以满足国内大运量的要求,中方把宽度增加到了3.3米,整整多出来一排座位)。当时已在京哈线型车,整车专利属于中国。最突出的例子是四方股份在引进日本时速200公里动车组后,成功实现再创新,自主设计制造时速300公里级别动车组(即京津线动车组)。

  从这些报道看,铁道部当时能够讲清楚的仍然只是“引进”,包括为什么要引进、引进的内容以及引进的效果。虽然也提到了对引进技术进行了“消化、吸收、再创新”,但从来没有解释为什么能够“再创新”以及是怎样“再创新”的。实际上,如果铁道部当时能够讲清楚“再创新”的问题,就可以获得更大的宣传优势,问题在于当时铁道部的决策者头脑中本来就没有关于技术能力的概念和逻辑,也就说不出什么。这就更加证明,自主创新是在铁道部决策者的思维框架和政策意图之外发生的事件。但铁道部为洗刷自己的名声,确实越来越强调自主创新,不仅逐渐放松了对自主开发的限制,而且极力推进时速350公里的高铁,以证明自己的成就。

  2007年夏天,一位国务院领导在视察高铁建设时指示科技部领导要关心高铁技术的发展和自主创新。此后经过一段时间的准备,科技部和铁道部于2008年2月签署了《中国高速列车自主创新联合行动计划》(以下简称“两部联合行动计划”)。为了支撑京沪高铁的建设运营,该计划“旨在尽快建立和完善具有自主知识产权、时速350公里及以上、国际竞争力强的中国高速列车技术体系的支持措施”。为此提出了该行动计划的6个原则,第一个就是“坚持自主创新”,规定“在巩固发展既有引进消化吸收再创新成果的基础上,进一步加大自主创新力度,形成适合中国国情、路情的具有自主知识产权的时速350公里及以上高速列车技术体系……”。其他5个原则包括:“坚持支撑国家重大战略需求”,“坚持产学研用相结合”,“坚持动员和集成全国优势科研及产业资源”,“坚持培育与形成自主知识产权体系”。从这些表述看,以自主创新原则建设京沪高铁已成为决策层的既定方针。

  回顾历史,两部联合行动计划实际上代表了中央决策层对原来由铁道部主导的高铁技术发展的重大“干预”。该计划支持下的CRH380系列开发是中国高铁技术发展的一个转折点和里程碑,扭转了中国高铁技术发展的方向。它堵死了继续依靠引进来升级换代高速列车技术的大门,否则时速350公里的京沪高铁就需要继续从外国企业购买升级版的车型。这个变化使中国铁路装备工业的技术能力基础再次发挥主要作用。

  中国高铁发展令人“意外”的一个主要原因是其技术进步的速度超乎预料。例如,在引进初期,川崎重工认为四方对引进技术的消化吸收需要16年,即8年消化、8年吸收,然后才能达到可以创新的阶段。但预期的第一个8年尚未结束,四方自主开发的380A不仅已经在当时运营里程最长的京沪高铁上投入运营,而且被公认是当时世界上最先进的车型。由于中国高铁技术来自“引进消化吸收再创新”的说法完全不能解释这种“突然加速”的力量来源,所以我们必须分析中国铁路装备工业的技术能力基础及其与引进技术之间的互动。

  从理论上讲,仅仅依靠技术引进是不足以实现技术进步的。例如,中国引进的高速列车“技术”具体表现为,以购买一定数量的列车为前提,从外国企业获得所购列车的产品设计和工艺设计,以及能够按照这些设计生产所购车型的技术许可。严格地讲,中国并没有因为这种引进而得到技术:第一,所有引进技术的知识产权仍然属于出售方,中国在许可的范围内可以使用这些技术进行生产,但必须按照生产产品的数量付费。第二,中方得到的产品设计只是信息,不是知识,因为定型的产品设计并不反映设计背后的因果关系。因此,如果中国企业完全或纯粹依靠技术引进,那么中国企业就只能按照引进的技术进行生产,并陷入技术依赖状态。

  如果中国企业能够从引进技术获益,就必须能够理解引进的技术信息所反映的因果关系,并在这个基础上产生新的知识;而如果能够做到如此,中国企业在引进之前就必须具有技术研发活动及其经验基础——这就涉及技术能力。国际创新学界对于技术能力有一个经典定义,即“技术能力是产生和把握技术变化的能力”(Bell and Pavit,1993)。根据这个分析,技术能力的两个构成要素是产品开发能力和技术积累。产品开发能力指的是使用技术设计出产品的能力;技术积累指的是对技术的理解程度(知识的深度和广度)和使用技术解决问题的技能熟练程度。很显然,技术能力的获得离不开研究和使用技术来开发产品的经验,对技术的理解和使用技术的熟练程度也只能在研发和使用技术的过程中加深或提高。正是由于这种经验性质,技术能力只能是组织内生的,即随着工业组织的研发活动积累起来,但无法从市场上买到。

  技术能力还包括吸收外部知识的能力。在国际创新文献中,吸收能力是指工业组织辨认新的外部信息、将其吸收并应用于商业目的的能力(落后者吸收先进技术的能力也落在其范畴之内)。因此,一个工业组织的吸收能力对于它的创新活动具有关键意义。在其来源上,Cohen和Levinthal(1990)的研究证明,吸收能力是企业技术研发的副产品,因为企业已有的相关知识水平决定其能够有效吸收和利用外部技术信息的能力。Dedrick和Kraemer(2015)在分析不同国家从同一项科学突破上获取商业利益的绩效差异时,大大扩展了吸收能力概念的外延。他们证明,一个国家利用新的科学知识(无论其发明是在哪里)的能力来自多个层次:在企业层次上,对研发的长期投入才能积累吸收能力;在工业层次上,随着知识越来越复杂并加快变化,企业需要依靠产业链上的供应商才能利用新知识;在国家层次上,吸收能力有赖于包括骨干企业、供应商、用户和互补技术提供者在内的工业集群。总之,任何工业组织吸收和利用外部或外来知识的能力取决于它在此之前的知识和经验积累。

  上述简要的理论分析已经说明,如果技术接受方没有足够的能力基础或为能力发展付出足够的努力,技术引进就不会对引进方的技术进步起到正面作用。中国铁路装备工业之所以没有因为大规模引进而重蹈汽车工业和民用航空工业的覆辙,恰恰在于它具有强大的技术能力基础,而且自主创新方针对引进路线的扭转使这个能力基础很快就重新发挥主导作用。为理解这个能力基础,我们需要追溯这个工业的技术研发历史。

  理解中国铁路装备工业的技术能力基础可以从这样一个事实出发,从1949年中华人民共和国成立直到2004年的大规模技术引进,这个工业从来没有中断过产品开发。换句话说,这个工业的技术能力是在长达50多年的自主产品开发过程中积累起来的。全面分析这个能力基础是篇幅不允许的,所以本文集中于与高速列车直接相关的电力牵引技术。按照国际惯例并结合本国技术进步的情况,中国电力机车的发展可以划分为四代。

  中国在1956年制订的“向科学进军”十二年科学技术发展规划提出,铁路牵引动力要从蒸汽机车转向电力机车和内燃机车。当时电力牵引的主流技术是机车从电网取交流电,经引燃管(电真空器件)整流变成直流电驱动牵引电机,并通过有级的调压开关来调压调速。

  1958年,在铁道部的组织下,株洲机车车辆修理工厂(以下简称株机厂)和湘潭电机厂以苏联刚刚定型的H60型电力机车为原型车,开始试制型号为6Y1的电力机车。1959年,铁道部又依托株机厂成立株洲电力机车研究所(简称株洲所)。1960年苏联专家撤走后,中国依靠自己的力量在困难中坚持研制。

  1961年12月通车的宝凤线是中国第一条电气化铁路(它是1975年全线贯通的宝成铁路从宝鸡至凤县的一段)。当时国产电力机车尚在研制中,于是中国从当时与之关系最好的西方国家法国第一次购买若干台6Y2电力机车。宝凤线年,株洲所的领导在去欧洲考察时了解到已经出现半导体(硅)整流器,回国后力主发展硅整流器。当时半导体技术被西方封锁,中国不可能进口,从此株洲所走上自主研发功率半导体器件的道路。1966年,株洲所与株机厂和北京变压器厂合作,在6Y1型的4号车上成功地用硅整流器替代了引燃管整流器。这是中国电力机车第一次采用半导体器件,也是中国在掌握核心技术上迈出的一大步。

  中国第一个电力机车的研制经历了漫长的岁月,但反映出从无到有地掌握技术所必需的能力积累。从1958年到1967年,中国一共生产了7台6Y1,都在宝凤线,中国终于有了开始批量生产的第一个电力机车型号。1969年,厂所合作又在引进的法国6G1的基础上研制了韶山2,但只生产了1台。

  改革开放迎来了中国电气化铁路的更大发展。1978年,铁道部决定株机厂的主营业务从蒸汽机车修理转为电力机车制造。那时,世界先进国家的电力机车走到相控阶段,即不仅使用晶闸管(可控硅)整流,而且代替调压开关来进行无级调压。但当时株洲所研制的晶闸管功率不够大,又无法引进。株机厂的工程师从外国期刊上发现关于有级和无级调压结合的原理,便采用有级和无级结合的方式解决调压问题,于1979年成功开发出韶山3。这种调压方式被称为“级间平滑调压”,从结构上看是有级的,从牵引特性上看是无级的,同时为应用自己的晶闸管提供了经验。韶山3成为中国很独特的一代电力机车,在国际上没有与此相对应的一代。它于1982年年底通过部级鉴定,1989年为替代韶山1而投入大批量生产。

  第三代电力机车的技术标志是相控无级调压。20世纪80年代,电力牵引的地位越来越高,中国在功率半导体技术上也进步很大。株洲所在1970年研制出第一个晶闸管后,紧跟世界发展潮流,从80年代初开始研发不对称晶闸管,从90年代初研发可关断晶闸管。

  第三代电力机车从1985年研制成功的韶山4开始,经过韶山5、6、7,一直发展到准高速的韶山8和9(时速160~170公里)。这些车型及其衍生型号的总趋势是功率和速度不断提高。株机厂和株洲所仍然是研制和生产电力机车的主力,不过也有更多的企业(如大同厂、资阳厂、大连厂)加入这个行列(特别在生产上)。

  20世纪80年代,中国分别从欧洲、日本、苏联购买了世界上技术最先进的直流相控电力机车,特别是通过购买150台法国8K机车从法方得到技术转让。但中国没有仿制8K车,而是把从“联合设计”中学到的关键技术运用到韶山4上。

  在吸收8K车技术的基础上,株洲所从1987年开始研发电力机车微机控制系统,其间又与大学合作开发了微机诊断、事故记忆和显示功能。1991年,株洲所把韶山4型0038号机车改造成微机控制车,完成30万公里运用考核。这台机车于1992年初在宝成铁路投入运行后,虽然微机系统的用户界面、抗干扰能力仍有不足之处,但控制性能已达到设计要求。1997年,微机控制系统被批量应用于韶山8。

  中国的前三代电力机车的主力机型(韶山1、韶山3、韶山4、韶山8等)都实现了大批量的生产,每一代的功率级别都比上一代有明显提高。韶山4以后的中国第三代电力机车在功率级上实现了系列化、型谱化。

  中国电力机车的高速化从1995年开始提上日程。由于直流传动限制了机车的功率,所以实现高速化就必须采用交流传动技术。

  交流传动技术(交—直—交)从20世纪70年代初在西欧开始研发。该技术把从电网的交流电经整流变成直流电,再通过变流器(亦称逆变器)把直流电转换为三相交流电(过滤掉电网的波动电流),然后驱动三相异步牵引电动机。由于变换后的电能可使电机的额定电压随电网电压提升,所以交流传动可以大大提高电力机车的效率。随着大功率半导体器件从晶闸管到GTO(可关断晶闸管)再到IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的发展,交流传动成为划时代的电力牵引技术。

  在外国的技术封锁下,株洲所自20世纪70年代就开始进行交流传动的理论研究和实验,在1989年完成当时国内最大功率(300千瓦)交流传动系统试验研究(包括整流器、变流器、异步电机和晶闸管等全部自主开发)。在铁道部组织的技术攻关中,株洲所于1995年开发出1000千瓦交流传动系统。1996年,该系统被装在株机厂和株洲所共同研制的AC4000交流传动原型车(4根轴,每轴1000千瓦)。此车是试验车,但它对中国掌握交流传动技术具有里程碑意义。受这个成功的鼓舞,1998年铁道部决定加快交流传动技术的研发,争取到2008年实现转型,被称为“十年转换工程”。

  就在这个关键阶段,西门子利用中国政府鼓励引进外资的政治导向,企图通过与株机厂建立合资企业的方式“封杀”中国交流传动技术的发展,即中方不得在合资企业之外再研发和生产交流传动的机车,而且还要限制株洲所。对于不同意这个条款但又必须按照政治需要与西门子建立合资企业的中方来说,使对方让步的关键就是尽快开发出自己的交流传动机车,打破对方以为可以垄断中国技术发展的想法(赵小刚,2014)。

  1998年5月,广铁集团宣布建成中国第一条高速铁路广深线公里),因外国车太贵,便主动邀请株机厂研制动车组。为了给中国尚在开发的交流传动系统提供高速列车的基础,铁道部和株机厂经过国际招标从总部设在柏林的安达公司(AdtranZ)购买10套交流传动系统,其中2套用于时速200公里的机车“九方号”,8套用于开发时速200公里的动力集中式动车组“蓝箭号”。

  由于那时中国铁路还没有过时速200公里的运行经验,使用了铁道部组织改造的一台韶山8的传动比和气动布局,由长客、四方和浦镇各提供一辆拖车,于1998年6月21日在京广线许昌至小商桥段进行高速试验,试验时速达到240公里。这是中国人第一次体验到时速200公里的国产车。这次试验采集了上亿个实验数据,增强了高速列车开发者和用户的信心,“九方号”和“蓝箭号”均于2000年研制成功,在广深线投入商业运行。

  到1999年,株洲所完成1000千瓦级交流传动系统及GTO变流器、IGBT变流器等部件的研究。在此基础上,株机厂于2001年研制出“奥星号”高速机车,实现了交流传动、牵引电机和微机网络控制系统的自主化。此后,株洲所的系统又装在株机厂向哈萨克斯坦出口的电力机车上。“奥星号”生产了3台,在2005年完成100万公里考核后被废弃。

  中国研制动车组的时间比一般人想象的要早得多。中国第一个电力动车组KDZ1是由长客厂、株洲所和铁科院于1988年研制成功的,试验时速143公里。但当时铁道部认为,动车组运输方式不适合国情,决定不鉴定、不推广,动车组最终被送返长客封存(后来成为研制“春城号”和“长白山号”的经验基础)。

  “九五”期间,铁道部立项研制不同的高速概念车。株机厂于1999年牵头制成一列直流传动的动力集中式动车组“大白鲨”(与商业化的“蓝箭号”几乎同步),株洲所在该车首次实现中国动车组的微机网络重联控制。浦镇车辆厂牵头研制动力分散式动车组“先锋号”,使用了日本三菱电机的交流传动系统。该车于2001年出厂后在广深铁路进行试验性商业运营,曾在秦沈客运专线上创出当时国内最高时速292.8公里的记录。

  1998年铁道部实施市场化改革,获得更大采购权的地方铁路局也出现订购动车组的热潮。除了“蓝箭号”,1999年4月交付的“春城号”动车组是由长客联合株洲所为云南省承办的昆明世界园艺博览会专门开发的,采用直流传动。1999年10月,郑州铁路局定制的“中原之星”动力分散式动车组正式立项,由株机厂、四方厂和株洲所联合开发,采用了株洲所的交流传动系统。该车于2001年9月与前述“奥星号”同时在株机厂下线月,铁道部开工建设全长404公里的秦沈客运专线月建成),同时提出为该线公里的动力集中式动车组。该项目由国家计委立项,命名为“中华之星”,2001年开始研发。该车由株机厂负责总成,有一前一后的两个动力车,拖车由四方和长客制造,交流传动系统和控制系统由株洲所提供。2003年1月~2004年12月,“中华之星”在秦沈客运专线万多公里,冲刺试验达到321公里的时速。

  2000年,铁路装备工业脱离铁道部并重组为直属国资委的南、北车两个集团后,上述国家立项的动车组都落入南车集团,于是北车集团自投资金,由长客开发时速200公里的“长白山”号动车组,它的制动、牵引和控制网络等3个系统从国外购入。该车于2004年9月在秦沈客运专线公里/小时的试验速度,2007年2月正式在沈大线运营。

  以上内容由图1概括。2003年铁道部决定大规模引进技术之后,上述所有的高速机车和动车组项目都被迫退出历史舞台。(三)大规模引进与中国工业技术能力之间的互动

  为分析中国铁路装备工业的能力基础与引进技术之间的互动机制,我们引入产品开发平台的概念框架(路风,2018)。这个框架的中心思想是,由于技术能力的成长离不开产品开发活动,所以分析产品开发平台的构造可以帮助理解技术能力的发展机制。产品开发平台包括三大要素:(1)产品序列。(2)专业研发团队。(3)技术支持系统,它又分为:有形的技术支持系统,包括工作设施、工具和工程试验设备等;无形的技术支持系统,即积累起来的经验知识以及使之能够发挥作用的组织程序;外部技术支持系统,如外部供应商网络以及与研究机构的合作关系。因此,产品开发平台是一个包含了其工作对象(产品序列)、工作主体(专业研发人员)和工作支持系统(设备和经验知识)的有组织的活动系统。

  中国工业在大规模引进之前已经具有较强的技术能力基础,体现在能够在几十年里向铁路提供产品的开发平台上。这说明中国工业已经具有正向设计产品的能力,并非像一些学者认为的那样,这种能力是在引进之后才生成的(吕铁、江鸿,2017)。铁道部的大规模引进曾经使外国产品一度把自主开发的产品替代掉,但在引进路线很快被扭转的条件下,自主开发的新产品又使外国产品退居次要地位。这个短暂的变化如图2所示,技术引进只发生在产品开发平台的“产品序列”部分,没有或没来得及改变这个技术活动系统的其他部分。随着重新开始自主开发,“产品序列”又恢复了自主的性质,于是产品开发平台保持完整并继续发挥作用。在这种条件下,引进的“技术”只能通过与中国技术能力基础的互动才能发生作用,这是其负面作用被抑制而正面作用被发挥的关键条件。给定上述条件,在中国大规模建设高铁的前夜,技术引进起到两个自主开发尚未起到的作用:第一,使中国工业获得了完整的产品(高速列车)经验;第二,促使中国工业建立起现代化的制造体系。

  关于第一个作用。虽然购买的外来产品设计只是信息,但如果能够理解其背后的因果关系,中国企业就可以节省为自主设计出一个完整产品而必须探索所有未知因素的时间。“完整”是指由所有的技术方案组成的产品设计是基本成熟的、可靠的,而此前还在开发中的自主产品尚未成为完整的工作对象。产品开发平台被保持下来的关键作用是,中国技术团队已经具有对高速列车设计中因果关系的认知,所以当他们仅仅在复制的意义上掌握引进的产品设计之后,也必然以自己的理解产生新的知识和技能。中国企业本来就具有开发高速列车的知识和技能,只是还缺乏将其做到可以投入运营的完整开发经验。一旦重新自主开发新产品,从理解成熟产品获得的新知识和技能就被补充到它们已有的知识和经验积累之中,并以新的目标开发出不同于引进方案的新产品设计(拥有知识产权是其标志)。因此,花钱引进的实际作用是使外国企业把成熟产品的设计和制造信息向中方披露,使中方有机会去理解其中体现的完整经验。因此,中国高铁技术的飞速进步并非是技术引进所直接导致的,而是中国工业的产品开发平台迅速吸收了外国设计所体现的经验并将由此产生的新知识补充到自己原有的能力积累之中,再通过自主开发实现的。四方股份从“消化、吸收”2型车技术到开发出世界领先的380A的过程,完全印证了这个因果关系——引进的车型与新车型之间的确存在联系,但不是在技术上(因为380A的所有技术都必须自己做出来),而是在经验上。

  上述分析可以解释为什么技术能力是不可能“引进”的,因为在特定开发经验中不断探索的研发团队及其成员之间的默契是组织特定的,不可能买来;以经验知识和组织特定的流程所构成的无形技术支持系统是不可引进的;没有组织特定的团队和无形技术支持系统,本来可以构成有形技术支持系统的硬件设备也不过是一堆废铜烂铁,不能成为“系统”。这也印证了国际创新文献的主流看法:只有当技术引进是自主开发的补充而不是替代物的条件下,引进技术才能起到正面作用。

  关于第二个作用。技术引进对于中国高速列车制造的提升作用是业内公认的。中国企业在引进前的制造过程普遍粗放,而生产引进车型的要求促使它们对制造体系——生产流程、质量保障、物料供应、操作规程——进行了大规模重组。不过,正如长客总工所讲,并不是中国人自己想不出应该怎样建立高效的制造体系,而是传统的观念和组织习惯阻碍了技术人员的努力。因此,这场重组并不是技术本身促成的,而是伴随着引进计划而来的大规模投资和自上而下的严格要求一扫这些障碍,迫使企业从领导到工人都接受改造。

  制造能力和水平的提升对设计和产品开发没有直接作用,但当中国企业重新开始自主开发后,高质量的制造体系也就成为自主产品可靠性的保证。四方的负责人曾经解释说,在引进之前,企业长期进行自力更生式的产品开发,具有较强的解决问题能力,但研发的严谨性、制造和质量管控体系与外国企业有较大差距。在引进过程中,为制造引进产品而进行的体系建设,唤醒了企业整体的体系意识,促使企业重塑包括研发在内的各个体系。在新的经验和体系的基础上,新一轮的产品自主研发使企业的能力得到空前提高。

  中国高铁技术转向自主开发之后的一个巨大变化是在“外部技术支持系统”方面。在计划体制下,每个工业部门都有自己的研发体系,原来铁路装备的研发合作都是在铁路行业的科研体系之内。这种格局在实施两部联合计划时被打破,国家科技计划(863计划、973计划、支撑计划等)以几大主机厂及其数百家配套企业的产品开发为落脚点,对高铁技术的关键领域布局项目,承担这些研究项目的机构包括大学、科研院所和国家级实验室和工程研究中心。长客开发的380B就是由中科院力学所对其设计进行了风洞试验,这是长客当年在开发长白山号时没有做过也没有认识到其意义的事。

  总之,大规模技术引进的确起到了正面作用,但能够如此的原因却是全盘引进路线又被中央决策层扭回到自主开发路线上。因此,无论从历史经验还是从理论逻辑上讲,把“引进、消化、吸收、再创新”说成是中国高铁技术迅速进步的唯一来源是不成立的。

  技术能力基础不仅在吸收引进技术上发挥了作用,而且也使自主研发的技术在度过“灾变”后再次迅速进步——株机厂和株洲所的经历充分证明了这一点。这两个中国铁路装备工业的重要企业在铁道部大规模引进时受到系统性的打压,被排斥在2003~2006年所有有关引进的会议之外,只是因为它们在那个关头不识时务地没有拥护铁道部确定的引进路线。在大规模引进中,国产电力机车韶山系列被停产,株机厂被指定消化、吸收引进的机车,与动车组无缘;而株洲所被指定消化、吸收2型车的牵引和网络控制系统,与机车无缘。于是,两个企业的市场被大幅压缩。

  2004年年底,铁道部从德国西门子、法国阿尔斯通和日本东芝分别引进电力机车(同时也引进内燃机车,本文不涉及),并相应命