中国工程院院士干勇:坚持深层次自主创新 推动制造业迈向中高端

来源:《中国电子报》2021年03月23日

3月18日,以“把握时代新机遇,共建产业新体系”为主题的首届赛迪产业经济论坛在京召开。中国工程院院士、中国工程院原副院长、赛迪学术委副主任干勇出席论坛,并以“高端制造及新材料产业发展战略”为题,发表主题演讲。

信息技术与新材料是高端制造业的“底盘”

当前,全球制造业格局正在发生深刻变化。可以看到,发达国家正在重振制造业,争夺和维护其全球产业链高中端位置。新兴大国制造业迈向中高端,但结构转型的过程艰难。资源富集国家被锁定在产业链中低端,迈向产业链中高端举步维艰。“一带一路”倡议及国际产能合作正在促进世界经济和产业再平衡。全球制造业服务化进程也在快速推进。

干勇在演讲中指出,制造业已经成为国民经济的主战场。而新一代信息技术与新材料已经成为制造业的两大“底盘技术”,正在支撑着我国制造业迈向高质量发展。

他认为,信息技术的爆发式发展即将引发一系列颠覆性创新。比如,连接将由5G向6G发展,以统一网络协议满足工业差异化连接需求;计算将由冯氏架构向多架构综合发展,实现现场算力低成本,普适化;分析将由简单智能向多元复杂智能发展,实现工业系统自决策、自优化。

在干勇看来,基于信息技术的变革,新时代中国科技发展主体思路将围绕以下五个方面展开:第一,新一代信息技术领域发展重点,主要是网络安全与新型显示、集成电路与第三代半导体;第二,先进制造领域发展重点,包括光刻机、高端数控机床、智能机器人、高性能医疗器械等;第三,新能源领域发展重点,包括氢能、光伏、风电、核能等;第四,生命科学领域,重点围绕病毒学、病原微生物学等展开深入研究;第五,空天海洋技术领域,将启动相关重大科技项目和国家实验室布局。

在这样的背景下,产业集群化、智能化成为制造业结构调整和转型升级的主要路径。干勇以钢铁产业为例做了分享。“钢铁产业的产业集中度正在下降,所以我们在做智能化时,不能光注意一个车间、一条产业链,要注意整个行业的发展。”干勇建议,“在兼并重组之外,可以建立联合生产运营一体化智能平台,打造钢铁产能联合体,以智能化平台经济体代替企业经济体。”网络钢厂就是以1个总部运营中心协同N个产业合作伙伴,这样做不仅能够提高钢铁企业绿色化智能化生产能力,还能够抵御市场风险,提高资源利用率。他介绍说:“网络钢厂的核心亮点,可以为其他产业集中度和产业结构起到积极的推动作用,打下坚实的基础。通过这种建立在互联网、大数据基础上的钢铁行业新型集约化管理方式,大家可以共同控制合理的产能利用率、掌握市场。”

此外,服务业是制造业的一个新的转型发展方向。一方面,生活性服务业内容更加丰富,方式更加创新,市场化、精细化、优质化养老服务成为主流;另一方面,生产性服务业与制造业加速融合,集群趋势愈加明显,服务方式呈现虚拟化、网络化、外包化。干勇谈道:“这是基础制造业转型的重要表征,有很大的市场空间。许多龙头企业,比如三一重工、海尔集团等都在积极拥抱工业互联网,成立工业大数据平台,实施数据驱动创新战略。”中国制造业正在快速推向国际、走向高端。服务业的重点任务除了科技研发服务标准化、现代物流供应链标准化、数字经济标准化之外,还有金融、商务、节能、老龄社会服务等的标准化。

新材料产业应坚持深层次自主创新

在世界面临大变局之际,我国新材料产业发展也面临着巨大挑战。以新一代信息技术、新能源、智能制造等为代表的新兴产业快速发展,对材料提出了更高要求,新材料的研发难度前所未有。干勇建议,新材料产业应坚持走深层次自主创新发展道路。一方面,我们应该鼓励新材料企业探索他国没有形成的技术,掌握更多他国所不掌握的新材料高新科技,在“创新无人区”自主寻觅路径。另一方面,我们应该积极创造市场还未出现的新需求,形成我国真正的核心竞争优势,与他国形成技术上的平衡与牵制。

虽然现在新材料的发展非常快,但可以看到电子信息材料仍是“短板”中的“短板”,在信息显示、运载工具、能源动力、高档数控机场和机器人五大领域所常用的244种关键材料中有156种都要靠引进。在干勇看来,目前国际高端材料技术壁垒日趋凸显,垄断现象也越来越严重,比如日本东丽和帝人公司垄断了高性能碳纤维及其复合材料,美国铝业掌握飞机用金属材料的80%专利,美国杜邦、日本帝人控制对位芳纶纤维90%的产能,美国科锐占据碳化硅单晶70%以上的全球市场份额。

根据当前世界主要国家技术发展现状及发布的预测报告,未来可能引发产业巨大变革的颠覆性技术包括量子技术、人工智能技术、基因编辑、物联网技术、颠覆性医疗技术、新能源汽车、自动驾驶技术、生物技术、纳米技术、增材制造(3D打印)技术、能源存储技术、云计算、可再生能源技术等。

未来10至20年内,这些颠覆性技术的快速发展将对我国信息、能源、医疗和交通等领域带来巨大的、革命性的影响,同时将催生对量子材料、新一代生物医用材料、新型能源材料、超材料、超宽禁带半导体材料、高温超导材料、石墨烯等二维材料、智能材料、超高性能高分子及复合材料、3D打印材料、高熵合金、新型显示材料、仿生材料等新材料的巨大需求。

突破封锁,实现高质量发展,需要强大的新材料支撑。干勇认为,我国当前正处于开辟新的经济增长点、提高环境承载能力的战略转型期,对新材料的战略需求特别突出。根据他分享的2030年材料需求统计数据,发展新一代信息技术产业大概需要40亿平方英寸的大尺寸硅片,占全世界的1/3,三代半导体大概需要6亿平方英寸,新型显示面板需要3.5亿平方米。发展航空装备业,需要数千架飞机,航空发动机用量将达到3万台。发展高端装备、基础零部件用的高端轴承,齿轮、模具等需求量都在几百万吨以上。他说:“国家重大战略需求依赖于关键材料技术及产业的突破,这给新材料产业的发展带来了难得的历史机遇。”

但同时,干勇也指出,当前中国新材料产业发展依然面临诸多问题与挑战。第一,中国集成电路精密装备及代工线的装备水平较低。目前,包括硅材料、光掩膜、光刻材料、电子气体、工艺化学品、CMP抛光材料、溅射靶材、专用封装材料等在内的八大类集成电路材料90%依赖于国外引进,短板突出。第二,“跟随式发展”难以从根本上摆脱先行者控制。目前集成电路EDA工具软件的三家公司全为美国所控。手机应用处理器全部都是ARM架构,其授权也是美国所控。中国在这些方面几乎是空白。第三,国内产业资源分散,还存在科技攻关同水平重复、企业产品低价位竞争的现象。基础研究、高端产品和新技术研发乏力,高端芯片人才匮乏。

应聚焦国家重点需求的关键材料

聚焦国家重点需求关键材料技术及产业的突破,干勇从先进有色金属材料、碳纤维及其复合材料、高温合金、高端装备用特种合金、稀土新材料等方面介绍了国家重点需求关键材料的发展现状、需求情况和发展重点。

针对先进有色金属材料,干勇认为,应聚焦先进民用飞机、海洋石油工程等高端装备的应用需求,攻克高性能轻合金材料设计、冶金质量及组织调控、残余应力表征及控制,以及产品一致性、稳定性和可靠性控制等关键技术。

碳纤维及其复合材料是材料革命的排头兵。干勇指出:“关键在于成本。”我国当前碳纤维及其复合材料的发展重点包括碳纤维及其复合材料前沿创新技术、系列碳纤维规模化稳定制备技术、国产碳纤维增强复合材料技术、国产碳纤维复合材料应用技术等。

高温合金是航发、重燃和重载火箭发动机中热端部件不可替代的核心材料。干勇建议,我国高温合金还需在提高产品成分一致性和组织均匀性、掌握复杂形体空心叶片单晶体生长控制技术、彻底解决粉末高温合金变形化技术的夹杂物困扰等方面下功夫。

“高端装备用特种合金是我国制造业‘空心化’的突出代表。高端耐热合金、耐蚀合金、特种钢/合金及其关键零部件严重依赖进口,受制于人问题突出。”干勇指出。在重大能源、海洋工程和重大交通工程等国家战略支柱产业方面,亟待自主研制我国高端装备用特种合金及相关部件。目前国际上还未形成技术、专利、标准和规模的垄断,中国有巨大的市场需求和良好的军民融合产业基础,有望实现自主可控和换道超车,重塑国际半导体产业格局。

稀土新材料是实现低成本、高可靠性的工业自动化和社会智能化不可或缺的核心功能材料。干勇表示,除了在军事、轨道交通、电子电器等领域应用广泛,稀土新材料在汽车产业升级换代上也起着重要的支撑作用。高端汽车中需使用稀土的部件高达100件以上。未来,我国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、高能量密度稀土储氢材料、超高纯稀土材料绿色制备及其相应的应用技术上持续发力。

此外,干勇强调,关键矿产材料供应面临的问题是制造业发展最值得关注的短板。我国关键矿产对外依存度超过70%,其中,铁矿石甚至超过了87%。安全保障和管控现在面临的问题主要包括:矿产资源消费将长期保持在较高水平、战略性矿产资源进口集中度过高、国内矿产资源供应能力持续下降、海上通道进口资源风险太大、战略性矿产资源供应终端将威胁我国国家安全等。

针对这些问题,他提议,建立覆盖全产业链的矿产资源管理体制机制,切实提高国内资源保障能力,提高大型企业在资源保障中的作用,提升全球矿产资源经略能力以打造矿产资源强国,提高陆上矿产资源战略通道运输能力,构建全球矿产资源大数据平台和安全监测预警体系,开展危机矿种采选冶重大技术攻关,强化矿产资源储备。

最后,干勇表示,碳纤维复合材料、高温合金、高端装备用特种合金、稀土资源等重大结构材料和功能材料技术的突破将助推中国制造业由大国到强国的转变。

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