高端制造業(yè)的“底盤技術(shù)”到底是什么？干勇院士說清楚了

作者：宋婧來源：中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

3月18日，以“把握時代新機遇，共建產(chǎn)業(yè)新體系” 為主題的首屆賽迪產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟論壇在京召開。中國工程院院士、中國工程院原副院長、賽迪學術(shù)委副主任干勇出席論壇，并以“高端制造及新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”為題，發(fā)表主題演講。

信息技術(shù)與新材料是高端制造業(yè)的“底盤”

當前，全球制造業(yè)格局正在發(fā)生深刻變化?？梢钥吹剑l(fā)達國家正在重振制造業(yè)，爭奪和維護其全球產(chǎn)業(yè)鏈高中端位置。新興大國制造業(yè)邁向中高端，但結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的過程艱難。資源富集國家被鎖定在產(chǎn)業(yè)鏈中低端，邁向產(chǎn)業(yè)鏈中高端舉步維艱。“一帶一路”倡議及國際產(chǎn)能合作正在促進世界經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)再平衡。全球制造業(yè)服務(wù)化進程也在快速推進。

干勇在演講中指出，制造業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的主戰(zhàn)場。而新一代信息技術(shù)與新材料已經(jīng)成為制造業(yè)的兩大“底盤技術(shù)”，正在支撐著我國制造業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展。

他認為，信息技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展即將引發(fā)一系列顛覆性創(chuàng)新。比如，連接將由5G向6G發(fā)展，以統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議滿足工業(yè)差異化連接需求；計算將由馮氏架構(gòu)向多架構(gòu)綜合發(fā)展，實現(xiàn)現(xiàn)場算力低成本，普適化；分析將由簡單智能向多元復雜智能發(fā)展，實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)自決策、自優(yōu)化。

在干勇看來，基于信息技術(shù)的變革，新時代中國科技發(fā)展主體思路將圍繞以下五個方面展開：第一，新一代信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展重點，主要是網(wǎng)絡(luò)安全與新型顯示、集成電路與第三代半導體；第二，先進制造領(lǐng)域發(fā)展重點，包括光刻機、高端數(shù)控機床、智能機器人、高性能醫(yī)療器械等；第三，新能源領(lǐng)域發(fā)展重點，包括氫能、光伏、風電、核能等；第四，生命科學領(lǐng)域，重點圍繞病毒學、病原微生物學等展開深入研究；第五，空天海洋技術(shù)領(lǐng)域，將啟動相關(guān)重大科技項目和國家實驗室布局。

在這樣的背景下，產(chǎn)業(yè)集群化、智能化成為制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級的主要路徑。干勇以鋼鐵產(chǎn)業(yè)為例做了分享?！颁撹F產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中度正在下降，所以我們在做智能化時，不能光注意一個車間、一條產(chǎn)業(yè)鏈，要注意整個行業(yè)的發(fā)展?！备捎陆ㄗh，“在兼并重組之外，可以建立聯(lián)合生產(chǎn)運營一體化智能平臺，打造鋼鐵產(chǎn)能聯(lián)合體，以智能化平臺經(jīng)濟體代替企業(yè)經(jīng)濟體?！本W(wǎng)絡(luò)鋼廠就是以1個總部運營中心協(xié)同N個產(chǎn)業(yè)合作伙伴，這樣做不僅能夠提高鋼鐵企業(yè)綠色化智能化生產(chǎn)能力，還能夠抵御市場風險，提高資源利用率。他介紹說： “網(wǎng)絡(luò)鋼廠的核心亮點，可以為其他產(chǎn)業(yè)集中度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)做出積極的推動作用，打下堅實的基礎(chǔ)。通過這種建立在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的鋼鐵行業(yè)新型集約化管理方式，大家可以共同控制合理的產(chǎn)能利用率、掌握市場?！?nbsp;

此外，服務(wù)業(yè)是制造業(yè)的一個新的轉(zhuǎn)型發(fā)展方向。一方面，生活性服務(wù)業(yè)內(nèi)容更加豐富，方式更加創(chuàng)新，市場化、精細化、優(yōu)質(zhì)化養(yǎng)老服務(wù)成為主流；另一方面，生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)與制造業(yè)加速融合，集群趨勢愈加明顯，服務(wù)方式呈現(xiàn)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、外包化。干勇談到：“這是基礎(chǔ)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要表征，有很大的市場空間。許多龍頭企業(yè)，比如三一重工、海爾集團等都在積極擁抱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，成立工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，實施數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)新戰(zhàn)略?！?中國制造業(yè)正在快速推向國際、走向高端。服務(wù)業(yè)的重點任務(wù)除了科技研發(fā)服務(wù)標準化，現(xiàn)代物流供應(yīng)鏈標準化、數(shù)字經(jīng)濟標準化之外，還有金融、商務(wù)、節(jié)能、老齡社會服務(wù)等的標準化。

新材料產(chǎn)業(yè)應(yīng)堅持深層次自主創(chuàng)新

在世界面臨大變局之際，我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展也面臨著巨大挑戰(zhàn)。以新一代信息技術(shù)、新能源、智能制造等為代表的新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對材料提出了更高要求，新材料的研發(fā)難度前所未有。干勇建議，新材料產(chǎn)業(yè)應(yīng)堅持走深層次自主創(chuàng)新發(fā)展道路。一方面，我們應(yīng)該鼓勵新材料企業(yè)探索他國沒有形成的技術(shù)，掌握更多他國所不掌握的新材料高新科技，在“創(chuàng)新無人區(qū)”自主尋覓路徑。另一方面，我們應(yīng)該積極創(chuàng)造市場還未出現(xiàn)的新需求，形成我國真正的核心競爭優(yōu)勢，與他國形成技術(shù)上的平衡與牽制。

雖然現(xiàn)在新材料的發(fā)展非?？?，但可以看到電子信息材料仍是“短板”中的“短板”，在信息顯示、運載工具、能源動力、高檔數(shù)控機場和機器人五大領(lǐng)域所常用的244種關(guān)鍵材料中有156種都要靠引進。在干勇看來，目前國際高端材料技術(shù)壁壘日趨凸顯，壟斷現(xiàn)象也越來越嚴重，比如日本東麗和帝人公司壟斷了高性能碳纖維及其復合材料，美國鋁業(yè)掌握飛機用金屬材料的80%專利，美國杜邦、日本帝人控制對位芳綸纖維90％的產(chǎn)能，美國科銳占據(jù)碳化硅單晶70％以上的全球市場份額。

根據(jù)當前世界主要國家技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)布的預(yù)測報告，未來可能引發(fā)產(chǎn)業(yè)巨大變革的顛覆性技術(shù)包括量子技術(shù)、人工智能技術(shù)、基因編輯、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、顛覆性醫(yī)療技術(shù)、新能源汽車、自動駕駛技術(shù)、生物技術(shù)、納米技術(shù)、增材制造（3D打?。┘夹g(shù)、能源存儲技術(shù)、云計算、可再生能源技術(shù)等。

未來10至20年內(nèi)，這些顛覆性技術(shù)的快速發(fā)展將對我國信息、能源、醫(yī)療和交通等領(lǐng)域帶來巨大的、革命性的影響，同時將催生對量子材料、新一代生物醫(yī)用材料、新型能源材料、超材料、超寬禁帶半導體材料、高溫超導材料、石墨烯等二維材料、智能材料、超高性能高分子及復合材料、3D打印材料、高熵合金、新型顯示材料、仿生材料等新材料的巨大需求。

突破封鎖，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，需要強大的新材料支撐。干勇認為，我國當前正處于開辟新的經(jīng)濟增長點、提高環(huán)境承載能力的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，對新材料的戰(zhàn)略需求特別突出。根據(jù)他分享的2030年材料需求統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)大概需要40億立方英寸的大尺寸硅片，占全世界的1/3，三代半導體大概需要6億平方英寸，新型顯示面板需要3.5億平方米。發(fā)展航空裝備業(yè)，需要數(shù)千架飛機，航空發(fā)動機用量將達到3萬臺。發(fā)展高端裝備、基礎(chǔ)零部件用的高端軸承，齒輪、模具等需求量都在幾百萬噸以上。他說：“國家重大戰(zhàn)略需求依賴于關(guān)鍵材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的突破，這給新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了難得的歷史機遇。”

但同時，干勇也指出，當前中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展依然面臨諸多問題與挑戰(zhàn)。第一，中國集成電路精密裝備及代工線的裝備水平較低。目前，包括硅材料、光掩模、光刻材料、電子氣體、工藝化學品、CMP拋光材料、濺射靶材、專用封裝材料等在內(nèi)的八大類集成電路材料90%依賴于國外引進，短板突出。第二，“跟隨式發(fā)展”難以從根本上擺脫先行者控制。目前集成電路EDA工具軟件的三家公司全為美國所控。手機應(yīng)用處理器全部都是ARM架構(gòu)，其授權(quán)也是美國所控。中國在這些方面幾乎是空白。第三，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)資源分散，還存在科技攻關(guān)同水平重復、企業(yè)產(chǎn)品低價位競爭的現(xiàn)象?；A(chǔ)研究、高端產(chǎn)品和新技術(shù)研發(fā)乏力，高端芯片人才匱乏。

應(yīng)聚焦國家重點需求的關(guān)鍵材料

聚焦國家重點需求關(guān)鍵材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的突破，干勇從先進有色金屬材料、碳纖維及其復合材料、高溫合金、高端裝備用特種合金、稀土新材料等方面介紹了國家重點需求關(guān)鍵材料的發(fā)展現(xiàn)狀、需求情況和發(fā)展重點。

針對先進有色金屬材料，干勇認為，應(yīng)聚焦先進民用飛機、海洋石油工程等高端裝備的應(yīng)用需求，攻克高性能輕合金材料設(shè)計、冶金質(zhì)量及組織調(diào)控、殘余應(yīng)力表征及控制，以及產(chǎn)品一致性、穩(wěn)定性和可靠性控制等關(guān)鍵技術(shù)。

碳纖維及其復合材料是材料革命的排頭兵。干勇指出：“關(guān)鍵在于成本。”我國當前碳纖維及其復合材料的發(fā)展重點包括碳纖維及其復合材料前沿創(chuàng)新技術(shù)、系列碳纖維規(guī)模化穩(wěn)定制備技術(shù)、國產(chǎn)碳纖維增強復合材料技術(shù)、國產(chǎn)碳纖維復合材料應(yīng)用技術(shù)等。

高溫合金是航發(fā)、重燃和重載火箭發(fā)動機中熱端部件不可替代的核心材料。干勇建議，我國高溫合金還需在提高產(chǎn)品成分一致性和組織均勻性、掌握復雜形體空心葉片單晶體生長控制技術(shù)、徹底解決粉末高溫合金變形化技術(shù)的夾雜物困擾等方面下功夫。

“高端裝備用特種合金是我國制造業(yè)‘空心化’的突出代表。高端耐熱合金、耐蝕合金、特種鋼/合金及其關(guān)鍵零部件嚴重依賴進口，受制于人問題突出。”干勇指出。在重大能源、海洋工程和重大交通工程等國家戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)方面，亟待自主研制我國高端裝備用特種合金及相關(guān)部件。目前國際上還未形成技術(shù)、專利、標準和規(guī)模的壟斷，中國有巨大的市場需求和良好的軍民融合產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，有望實現(xiàn)自主可控和換道超車，重塑國際半導體產(chǎn)業(yè)格局。

稀土新材料是實現(xiàn)低成本、高可靠性的工業(yè)自動化和社會智能化不可或缺的核心功能材料。干勇表示，除了在軍事、軌道交通、電子電器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，稀土新材料在汽車產(chǎn)業(yè)升級換代上也起著重要的支撐作用。高端汽車中需使用稀土的部件高達100件以上。未來，我國需在高性能稀土磁性材料、高性能稀土光功能材料、新一代稀土催化材料、高能量密度稀土儲氫材料、超高純稀土材料綠色制備及其相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)上持續(xù)發(fā)力。

此外，干勇強調(diào)，關(guān)鍵礦產(chǎn)材料供應(yīng)面臨的問題是制造業(yè)發(fā)展最值得關(guān)注的短板。我國關(guān)鍵礦產(chǎn)對外依存度超過70%，其中，鐵礦石甚至超過了87%。安全保障和管控現(xiàn)在面臨的問題主要包括：礦產(chǎn)資源消費將長期保持在較高水平、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源進口集中度過高、國內(nèi)礦產(chǎn)資源供應(yīng)能力持續(xù)下降、海上通道進口資源風險太大、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源供應(yīng)終端將威脅我國國家安全等。

針對這些問題，他提議，建立覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的礦產(chǎn)資源管理體制機制，切實提高國內(nèi)資源保障能力，提高大型企業(yè)在資源保障種的作用，提升全球礦產(chǎn)資源經(jīng)略能力以打造礦產(chǎn)資源強國，提高陸上礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略通道運輸能力，構(gòu)建全球礦產(chǎn)資源大數(shù)據(jù)平臺和安全監(jiān)測預(yù)警體系，開展危機礦種采選冶重大技術(shù)攻關(guān)，強化礦產(chǎn)資源儲備。

最后，干勇表示，碳纖維復合材料、高溫合金、高端裝備用特種合金、稀土資源等重大結(jié)構(gòu)材料和功能材料技術(shù)的突破將助推中國制造業(yè)由大國到強國的轉(zhuǎn)變。