Передовые технологии и перспективы их развития в транспортной отрасли Китая
- -
- 100%
- +
ПРЕДИСЛОВИЕ
Транспорт – это жизненная сила национальной экономики. В сентябре 2019 года Центральный комитет Коммунистической партии Китая и Государственный Совет опубликовали «План построения мощной транспортной страны», в котором четко прописано: «К 2020 году завершить задачу построения умеренно процветающего общества во всех аспектах транспортного строительства, выполнить 13-й пятилетний план развития современной и комплексной транспортной системы и заложить прочный фундамент для строительства сильного транспортного государства; с 2021 года до середины века продвигать строительство сильного транспортного государства в два этапа; к 2035 году построить технологически высокоразвитую транспортную систему». Для строительства технологически высокоразвитой транспортной системы страны указаны направления и цели развития.
Транспорт всегда был интегратором науки, носителем новейших достижений науки, техники и промышленности, а также лидером в развитии многих научно-технических и промышленных областей. Уровень его развития является воплощением всеобъемлющей силы научно-технического и промышленного прогресса страны. Сегодня в информационной, товарно-материальной, энергетической и других областях прорывные технологии и новые технологии общего назначения появляются в больших количествах, и тенденция к глубокой интеграции с транспортом усиливается. Это приводит к тому, что мировая транспортная научно-техническая и промышленная модель сталкивается с масштабными изменениями, поэтому важно полностью разобраться с текущим уровнем технологического развития в области транспорта, точно определить ключевые технологии, которые имеют глобальное влияние и прорывной эффект, объективно оценить и спрогнозировать будущие тенденции технологического развития, спланировать и обозначить направления и задачи научно-технической деятельности. Это имеет большое практическое значение и далеко идущее стратегическое значение для планирования направления и задач научно-технических инноваций в области транспорта в Китае, определения дорожной карты развития, дальнейшего содействия упорядоченному развитию технологических инноваций и индустриализации транспортной отрасли Китая, а также поддержки строительства мощной транспортной страны на фундаментальной основе.
С этой целью данная книга следует методологии технологического предвидения и идентификации технологий на основе научной методологии «Китай, лицом к миру», служащей общей ситуации, фокусируясь на транспортном оборудовании, инфраструктуре, управлении эксплуатацией и транспортных услугах. На основе детального анализа существующих технологий в области транспорта и текущей тенденции развития транспортной науки и техники, сформированной в результате взаимообогащения мировой науки и техники, сделана попытка точно определить и оценить модель развития, передовые технологии и технологические «горячие точки» в сфере транспорта в ближайшие 10–15 лет; систематически анализировать значение, роль и форму перспективных технологий, обусловленных видами транспорта; сформулировать точные выводы и суждения о функционировании и влиянии новых возникающих межотраслевых трансформационных технологий на изменение технических систем и моделей транспортной системы, а также на формирование новых транспортных технологий, чтобы в конечном итоге сформировать систематическое предвидение перспективы науки и техники в области транспорта, которое является «систематическим и полным, с четкой главной линией, четкой иерархией и фокусом».
Книга состоит из трех глав. В первой части основное внимание уделяется общей тенденции технологического развития, передовым и актуальным технологиям в области транспорта путем анализа общего тренда развития технологий в области транспорта (железнодорожный транспорт, автомобильный транспорт, водный транспорт и воздушный транспорт); классификации новых технологий и комплексу новых трансформационных технологий, созданных в области транспорта в последние годы, и определению ведущих новейших технологий, имеющих наибольшее влияние на развитие транспорта. Во второй главе выдвигаются типичные технологические направления с глобальным влиянием, сформированные в результате взаимодействия транспорта и информационных технологий, нового производственного оборудования, сырья, новых источников энергии и др.; проводится анализ среднестатистических случаев. Третья глава, основанная на прогнозировании будущей модели развития транспортной отрасли, выдвигает общий прогноз будущих транспортных технологий и предложения по планированию научно-технических инновационных задач.
Эта книга является частью результатов исследования «Отслеживание перспективных научно-технических «горячих точек» в области транспорта» – задачи, взятой на себя авторским коллективом в качестве основной работы по национальному технологическому прогнозированию. Руководителями и организаторами исследовательской работы являются профессор Цзя Лимин и академик Янь Синьпин. Академик Янь Синьпин и научный сотрудник Ван Цзюньли отвечают за исследования, связанные с водным транспортом; профессор Ли Кэцян и профессор Лу Гуанцюань – за исследования, связанные с автомобильным транспортом; Сунь Банченг, профессор Цзя Лиминь, профессор Ван Яньхуэй и другие – за завершение исследования по железнодорожному транспорту; профессор Чжан Сюэцзюнь – за завершение исследования по воздушному транспорту; профессор Цзя Лиминь и профессор Ван Яньхуэй – за организацию, оптимизацию содержания всей книги. Доктора Ли Ман, Лю Чжуанчжуан, Фань Айлун участвовали во всем процессе исследования и подготовки рукописи. В книге могут присутствовать ошибки и недочеты, но мы надеемся, что она сможет послужить источником вдохновения и справочной информацией для коллег в транспортной отрасли Китая.
Авторы книги Апрель 2020 г.
Цзя Лиминь, профессор Пекинского транспортного университета, несет полную ответственность за исследовательскую работу, структуру, организацию содержания, оптимизацию и доработку книги;
Янь Синьпин, профессор, академик Китайской инженерной академии Уханьского технологического университета, отвечает за исследования по отслеживанию «горячих точек» научно-технического прогресса в области водного транспорта;
Ван Яньхуэй, профессор Пекинского транспортного университета, ответственный за исследования по отслеживанию «горячих точек» научно-технического прогресса в области транспортного интеллекта, а также за организацию контента, оптимизацию и доработку книги;
Ша Айминь, профессор Университета Чанъань, отвечает за исследования по отслеживанию «горячих точек» технологического прогресса в области автомобильного транспорта;
Ли Кэцян, профессор Университета Цинхуа, отвечает за исследования по отслеживанию «горячих точек» технологического прогресса в области интеллектуальных технологий для транспортных средств;
Сунь Банчэн, старший инженер профессорского уровня Института промышленных исследований CRRC, отвечающий за исследования по отслеживанию передовых научных и технологических «горячих точек» в области железнодорожного транспорта;
Чжан Сюэцзюнь, профессор Пекинского университета аэронавтики и астронавтики, отвечает за исследования по отслеживанию передовых научных и технологических «горячих точек» в области воздушного транспорта;
Лу Гуанцюань, профессор Пекинского университета аэронавтики и астронавтики, отвечает за исследования по отслеживанию передовых научных и технологических «горячих точек» в области интеллектуального транспорта;
Ван Цзюньли, научный сотрудник Китайской корпорации тяжелой судостроительной промышленности (CSCIC), отвечает за исследования по отслеживанию передовых научных и технологических «горячих точек» в области судового оборудования;
Цинь Юн, профессор Пекинского транспортного университета, участвует в отслеживании передовых научно-технических технологий в сфере железнодорожного транспорта;
Ли Мань, преподаватель Пекинского транспортного университета, участвует в исследованиях отслеживания передовых научных и технологических «горячих точек» в области железнодорожного транспорта и отвечает за общую координацию исследовательской работы;
Хэ Чжичао, докторант, участвует в исследованиях по актуальным темам науки и техники железнодорожного транспорта и отвечает за корректуру книги;
Хао Юйчэн, докторант, участвует в исследованиях по актуальным темам железнодорожного транспорта и отвечает за корректуру книги;
Лю Чжуанчжуан, доцент Чанъаньского университета, участвует в исследованиях отслеживания «горячих точек» в области автомобильного транспорта;
Ван Чуаньжун, научный сотрудник Китайской корпорации судостроительной промышленности (CSIC), участвует в исследованиях по отслеживанию «горячих точек» научно-технических рубежей в области судового оборудования;
Цзэн Сяогуан, ведущий инженер Китайской корпорации судостроительной промышленности (CSIC), участвует в исследованиях по отслеживанию «горячих точек» научно-технических рубежей в области судового оборудования;
Фань Айлун, преподаватель Уханьского университета науки и технологий, участвовал в исследованиях по отслеживанию «горячих точек» научно-технических перспектив в области водного транспорта;
Бянь Минъюань, старший инженер Университета Цинхуа, участвует в исследовании научно-технических «горячих точек» в области интеллектуальных автомобилей;
Дин Чуань, доцент Пекинского университета аэронавтики и астронавтики, участвует в исследованиях по отслеживанию передовых научных и технологических «горячих точек» в области интеллектуального транспорта;
Ван Ли, доцент Пекинского транспортного университета, участвует в общей координации исследовательской работы.
ЧАСТЬ 1 Общие тенденции развития технологий и передовые технологии в сфере транспорта
1. ОБЗОР
1.1. Введение
В докладе XIX Всекитайского съезда Коммунистической партии Китая четко сказано, что необходимо ускорить строительство инновационной страны. Инновации являются первой движущей силой развития и стратегической поддержкой построения современной экономической системы. Транспортная отрасль должна стремиться к мировым научным и технологическим рубежам, укреплять фундаментальные исследования и добиваться крупных прорывов в ведущих оригинальных достижениях, укреплять прикладные фундаментальные исследования. Современные инженерные технологии и прорывные технологические инновации в области транспорта являются необходимым инструментом для построения сильной страны в сфере науки, технологий, качества; для развития аэрокосмической, сетевой и транспортной областей; для развития цифрового Китая и интеллектуального общества.
Быстрое и планомерное развитие транспортной отрасли, являющейся источником жизненной силы национального экономического производства и общественной жизни, является неотъемлемой и важной частью построения гармоничного общества. В условиях крупных технологических изменений, характеризующихся «экологичностью, интеллектуальностью и повсеместным распространением», транспорт стал ключевой областью применения новых технологий, таких как большие данные, облачные вычисления, мобильный интернет, интеллектуальное производство, новая энергия и новые материалы. Интеллектуализация транспортного оборудования, транспортных средств и совместное развитие управленческих услуг способствуют постоянному появлению новых отраслей и новых бизнес-форматов в сфере транспорта. Независимые инновации и модернизация транспортной системы продемонстрировали беспрецедентную жизнеспособность.
Чтобы полностью реализовать дух XIX Всекитайского съезда Коммунистической партии Китая, в сентябре 2019 года Центральный комитет Коммунистической партии Китая и Госсовет опубликовали «План построения мощной транспортной нации», в котором четко отмечено, что «необходимо способствовать трансформации развития транспорта от стремления к скорости и масштабам к большему упору на качество и эффективность в сфере всех видов транспорта. Необходим переход от относительно независимого развития к комплексному развитию, от опоры на традиционные методы к инновациям. Надлежит построить безопасную, удобную, эффективную, экологичную и экономичную современную комплексную транспортную систему, создать первоклассные объекты, первоклассные технологии, первоклассное управление, первоклассные услуги, предоставить надежные гарантии и войти в число лучших в мире, а также обеспечить мощную поддержку для полного строительства современной и мощной социалистической страны и реализации китайской мечты о великом возрождении китайской нации». Для достижения цели создания транспортной мощи необходимо срочно удовлетворять национальные стратегические потребности в качестве ориентира, опираться на потребности внутреннего и внешнего рынка, брать за ориентир тенденции развития отраслевых технологий и использовать отраслевые, университетские и исследовательские работы, применять совместные инновации в качестве ведущей модели. Ряд основных передовых технологий, ведущих направлений развития транспорта сосредоточены на развитии беспилотной техники, новых видов транспортных систем, транспорта и новых материалов, транспорта и новой энергетики, а также ряда других. Ключевые научные проблемы, ограничивающие развитие транспорта, обобщены, чтобы обеспечить комплексное улучшение транспорта в стране. Технический уровень оснащения системы, инфраструктуры, системной интеграции и управления эксплуатацией обеспечивает средства навигации.
В данной главе обобщаются и анализируются общие тенденции технологического развития, а также новейшие и актуальные технологии в области транспорта, включая железнодорожный, автомобильный, водный и воздушный транспорт, а также проводится сбор и формирование новых технологий, производимых в области транспорта за последние годы. Представлен сборник новых технологий, которые могут оказать влияние на изменения в сфере транспорта, тем самым выявляя передовые и актуальные технологии.
1.2. Характеристики и ключевые направления транспортной отрасли
1.2.1. Архитектура и эволюция технологий в области транспорта
Как отрасль, занимающаяся перевозкой пассажиров и грузов, транспортная система в основном состоит из трех аспектов: транспортного оборудования, объектов инфраструктуры, а также управления операциями и услугами. Различные виды транспорта имеют разное транспортное оборудование, инфраструктурные объекты, модели управления эксплуатацией и обслуживанием, а также разные сценарии адаптации. В рамках общественного транспорта каждый вид транспорта образует транспортный комплекс с разделением труда, органичным сочетанием, непрерывной связью и разумной планировкой по своим технико-экономическим характеристикам. Поскольку условия и основа социально-экономического развития, разумность транспортной схемы, размер транспортных мощностей и уровень применения технологий напрямую влияют на работу всего общества и связаны со скоростью экономического развития и уровнем развития экономики всей страны.
С точки зрения дальности транспортировки городской железнодорожный транспорт улучшил удобство и скорость передвижения людей по городу, а автомобильный транспорт продемонстрировал очевидные преимущества при перевозках на средние и короткие расстояния. При перевозках пассажиров на большие расстояния люди отдают предпочтение железнодорожному транспорту за его пунктуальность и нечувствительность к климату; воздушный транспорт является самым быстрым, а расстояние между двумя пунктами – самым коротким, поэтому он подходит для дальних перевозок, например, международных; водный транспорт в основном отвечает за нечувствительные ко времени перевозки массовых и дешевых грузов на средние и дальние расстояния, а также частично за туристический характер пассажирских перевозок.
С технической точки зрения самой главной особенностью транспортной отрасли является необходимость интеграции технических достижений во многих дисциплинах, таких как строительство инфраструктуры, информационная инженерия, техника управления, коммуникационные технологии, компьютерные технологии и т. д., и это требует сотрудничества технического персонала во многих областях.
С точки зрения модели развития появление передовых электронных сенсорных технологий, информационных технологий, технологий искусственного интеллекта, технологий передачи данных, технологий анализа больших данных, сетевых технологий, технологий управления и других новых технологий способствовало развитию транспортного сектора. Развитие силовых технологий для перевозки оборудования включает в себя новые технологии, от животной энергии до двигателей внутреннего сгорания, от двигателей внутреннего сгорания до электрификации и возможных новых источников энергии в будущем. Развитие технологий интеллектуального управления транспортным оборудованием простирается от вождения человеком, полуавтоматического вождения до полностью автоматизированных технологий без водителя, а также от железнодорожного транспорта до бесконтактной левитации и управления между поездом и рельсами с помощью электромагнитных сил. Это отражает различные модели развития в области транспорта.
Следующий анализ будет проведен по четырем транспортным областям: железнодорожному, автомобильному, водному и авиационному.
1) Железнодорожный транспорт
Железнодорожный транспорт является видом транспорта, использующим поезда для перевозки грузов и пассажиров, и одним из основных видов наземного транспорта. Железнодорожный транспорт характеризуется короткими интервалами движения поездов, высокой плотностью движения, высокой скоростью движения и большим количеством составов поездов, которые превосходят другие виды транспорта с точки зрения пропускной способности, пунктуальности и комфорта. Постоянные затраты на железнодорожные линии высоки, первоначальные инвестиции велики, длительный цикл строительства, инфраструктура, которая включает в себя широкий спектр, охватывающий мосты, туннели, дорожное полотно, путевую инфраструктуру, включая сигнальное оборудование, оборудование электроснабжения и транспортные средства и другое инфраструктурное оборудование. После завершения строительства структуры дорожной сети корректировка будет сильно затруднена. Железнодорожный транспорт обладает большой пропускной способностью и подходит для дальних перевозок крупнотоннажных и малоценных товаров, которые в меньшей степени зависят от климата и природных условий. Железнодорожный транспорт функционирует в соответствии с организацией и эксплуатацией поездов, в процессе транспортировки необходимо проводить группировку поездов, разборку и транзитную реорганизацию и другие операции, занимающие длительное время, тем самым увеличивая время нахождения товаров в пути. Грузовой транспорт на железной дороге имеет более высокую степень утраты груза при транспортировке в связи с большим количеством погрузок и разгрузок и, как правило, большее число аварий по сравнению с другими видами транспорта. Перевозка «от двери к двери» не может быть реализована, и обычно приходится полагаться на другие виды транспорта для выполнения транспортной задачи, если только у грузоотправителя и грузополучателя нет железнодорожной ветки. Железнодорожный транспорт показан на рисунке 1-1.
2) Автомобильный транспорт
Автомобильный транспорт – это вид транспорта, который в основном использует автомобили для перевозки грузов и пассажиров по автомагистралям. Он имеет выдающиеся преимущества при перевозках на короткие и средние расстояния. Городские дороги в основном отвечают за транспортные задачи внутригородских поездок и поездок граждан, а автомагистрали – за перевозку пассажиров и грузов между городами и регионами. Сеть автомобильного транспорта, как правило, более плотная, чем железная дорога и сеть водных путей, распределение широкого диапазона времени в мобильности также относительно велико, транспортные средства могут быть отправлены в любое время, загрузка, транспортировка между звеньями осуществляются в более короткий период времени, особенно для количества пассажиров; объем грузоперевозок имеет также очень сильную адаптивность. Автомобильный транспорт может перевозить пассажиров и товары непосредственно от двери отправления к двери назначения, реализуя прямую перевозку «от двери до двери». Объем дорожного движения невелик, транспортные расходы высоки, устойчивость эксплуатации низкая, с точки зрения безопасности более высокий риск, а также более высокий уровень загрязнения окружающей среды. Автомобильные перевозки показаны на рисунке 1-2.
Рисунок 1-1. Железнодорожный транспорт
Рисунок 1-2. Автомобильный транспорт
3) Водный транспорт Водный транспорт – это вид транспорта, при котором для перевозки грузов и пассажиров по различным водным путям используются суда (или другое водное транспортное средство). Водные пути являются основным способом осуществления международной торговли и являются основным транспортным средством международного экономического развития и дружественного обмена. В зависимости от района, по которому проходит водный путь, водный транспорт можно условно разделить на три типа: морской, каботажный и внутренний водный. Морские перевозки обычно подразумевают международные перевозки в неограниченных районах плавания; каботажные перевозки – перевозки между портами в прибрежных районах; внутренние водные перевозки – перевозки по рекам, озерам и искусственным водным путям (каналам). Основными характеристиками водного транспорта являются большой объем перевозок и низкая стоимость. Он особенно подходит для перевозки сыпучих и дешевых товаров на средние и дальние расстояния, не требующие больших затрат времени. Поскольку требуемая рабочая сила не увеличивается пропорционально грузоподъемности, производительность труда относительно высока. С другой стороны, водные перевозки сильно ограничены и зависят от природных условий, циклов подъемов и спадов, имеют низкую скорость, плохую адаптируемость, длительный период окупаемости инвестиций, жесткую конкуренцию в международных операциях, а также нестабильные доходы от грузовых перевозок. Водный транспорт показан на рисунке 1-3.
Рисунок 1-3. Водный транспорт
4) Воздушный транспорт
Воздушный транспорт – это вид транспорта, в котором для перевозки людей и грузов используются самолеты (или другие летательные аппараты). Он подходит для быстрых пассажирских перевозок между крупными городами в стране и за рубежом, а также для транспортировки дорогостоящих, сложных и срочно необходимых грузов, таких как газеты, журналы и почта. Несмотря на высокую стоимость и энергопотребление, воздушный транспорт имеет короткий срок строительства, высокую скорость транспортировки и небольшие ограничения на местности. Он часто используется для пассажирских перевозок на дальние расстояния, более 500 км, и перевозки точных приборов, свежих и скоропортящихся продуктов и т. д. Воздушные перевозки показаны на рисунке 1-4.
Рисунок 1-4. Воздушный транспорт
1.2.2. Ключевые предприятия транспортного сектора
Ключевые предприятия, связанные с транспортом, играют значительную роль в развитии всей транспортной отрасли, технического уровня смежных отраслей, промышленного качества и эффективности производства, а также приносят огромные экономические и социальные выгоды. Основными видами деятельности компаний, специализирующихся на строительстве инфраструктуры, транспортном оборудовании, управлении операциями и услугах, являются:
• Ключевые направления деятельности, связанные с инфраструктурой, в основном включают в себя интеллектуальное строительство и высококачественный строительный бизнес; новые материалы для строительства, ремонта и укрепления инфраструктуры; проектирование жизненного цикла инфраструктуры и обслуживание строительства; уточненные геологические исследования и оценка рисков безопасности строительства, мониторинг и раннее предупреждение; оперативное отслеживание аварий; сетевая интеграция транспортных информационных и энергетических объектов; интеллектуальное обслуживание и т. д.
• Основные направления деятельности в области транспортного оборудования включают уменьшение веса транспортного оборудования; использование чистой энергии и новой энергии; взаимодействие человека и компьютера при обслуживании транспортного оборудования; исследования, разработки и производство интеллектуального оборудования для транспортных средств и поездов; интеллектуальные системы измерения и управления; исследования, разработки и применение высокоточной системы позиционирования; высокопроизводительное инкрементное производство; проектирование и производство деталей; гибридную энергетику транспортного оборудования; информационное управление и интеграцию транспортного оборудования на основе больших данных; производство и применение низкотемпературных стойких материалов и др.