高端制造業的“底盤技術”到底是什么？干勇院士說清楚了

作者：宋婧來源：中國電子報、電子信息產業網

3月18日，以“把握時代新機遇，共建產業新體系” 為主題的首屆賽迪產業經濟論壇在京召開。中國工程院院士、中國工程院原副院長、賽迪學術委副主任干勇出席論壇，并以“高端制造及新材料產業發展戰略”為題，發表主題演講。

信息技術與新材料是高端制造業的“底盤”

當前，全球制造業格局正在發生深刻變化。可以看到，發達國家正在重振制造業，爭奪和維護其全球產業鏈高中端位置。新興大國制造業邁向中高端，但結構轉型的過程艱難。資源富集國家被鎖定在產業鏈中低端，邁向產業鏈中高端舉步維艱。“一帶一路”倡議及國際產能合作正在促進世界經濟和產業再平衡。全球制造業服務化進程也在快速推進。

干勇在演講中指出，制造業已經成為國民經濟的主戰場。而新一代信息技術與新材料已經成為制造業的兩大“底盤技術”，正在支撐著我國制造業邁向高質量發展。

他認為，信息技術的爆發式發展即將引發一系列顛覆性創新。比如，連接將由5G向6G發展，以統一網絡協議滿足工業差異化連接需求；計算將由馮氏架構向多架構綜合發展，實現現場算力低成本，普適化；分析將由簡單智能向多元復雜智能發展，實現工業系統自決策、自優化。

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

在這樣的背景下，產業集群化、智能化成為制造業結構調整和轉型升級的主要路徑。干勇以鋼鐵產業為例做了分享。“鋼鐵產業的產業集中度正在下降，所以我們在做智能化時，不能光注意一個車間、一條產業鏈，要注意整個行業的發展。”干勇建議，“在兼并重組之外，可以建立聯合生產運營一體化智能平臺，打造鋼鐵產能聯合體，以智能化平臺經濟體代替企業經濟體。”網絡鋼廠就是以1個總部運營中心協同N個產業合作伙伴，這樣做不僅能夠提高鋼鐵企業綠色化智能化生產能力，還能夠抵御市場風險，提高資源利用率。他介紹說： “網絡鋼廠的核心亮點，可以為其他產業集中度和產業結構做出積極的推動作用，打下堅實的基礎。通過這種建立在互聯網、大數據基礎上的鋼鐵行業新型集約化管理方式，大家可以共同控制合理的產能利用率、掌握市場。” 

此外，服務業是制造業的一個新的轉型發展方向。一方面，生活性服務業內容更加豐富，方式更加創新，市場化、精細化、優質化養老服務成為主流；另一方面，生產性服務業與制造業加速融合，集群趨勢愈加明顯，服務方式呈現虛擬化、網絡化、外包化。干勇談到：“這是基礎制造業轉型的重要表征，有很大的市場空間。許多龍頭企業，比如三一重工、海爾集團等都在積極擁抱工業互聯網，成立工業大數據平臺，實施數據驅動創新戰略。” 中國制造業正在快速推向國際、走向高端。服務業的重點任務除了科技研發服務標準化，現代物流供應鏈標準化、數字經濟標準化之外，還有金融、商務、節能、老齡社會服務等的標準化。

新材料產業應堅持深層次自主創新

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

雖然現在新材料的發展非常快，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、高檔數控機場和機器人五大領域所常用的244種關鍵材料中有156種都要靠引進。在干勇看來，目前國際高端材料技術壁壘日趨凸顯，壟斷現象也越來越嚴重，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％的產能，美國科銳占據碳化硅單晶70％以上的全球市場份額。

根據當前世界主要國家技術發展現狀及發布的預測報告，未來可能引發產業巨大變革的顛覆性技術包括量子技術、人工智能技術、基因編輯、物聯網技術、顛覆性醫療技術、新能源汽車、自動駕駛技術、生物技術、納米技術、增材制造（3D打印）技術、能源存儲技術、云計算、可再生能源技術等。

未來10至20年內，這些顛覆性技術的快速發展將對我國信息、能源、醫療和交通等領域帶來巨大的、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，實現高質量發展，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濟增長點、提高環境承載能力的戰略轉型期，對新材料的戰略需求特別突出。根據他分享的2030年材料需求統計數據，發展新一代信息技術產業大概需要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。發展航空裝備業，需要數千架飛機，航空發動機用量將達到3萬臺。發展高端裝備、基礎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：“國家重大戰略需求依賴于關鍵材料技術及產業的突破，這給新材料產業的發展帶來了難得的歷史機遇。”

但同時，干勇也指出，當前中國新材料產業發展依然面臨諸多問題與挑戰。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。手機應用處理器全部都是ARM架構，其授權也是美國所控。中國在這些方面幾乎是空白。第三，國內產業資源分散，還存在科技攻關同水平重復、企業產品低價位競爭的現象。基礎研究、高端產品和新技術研發乏力，高端芯片人才匱乏。

應聚焦國家重點需求的關鍵材料

聚焦國家重點需求關鍵材料技術及產業的突破，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鍵材料的發展現狀、需求情況和發展重點。

針對先進有色金屬材料，干勇認為，應聚焦先進民用飛機、海洋石油工程等高端裝備的應用需求，攻克高性能輕合金材料設計、冶金質量及組織調控、殘余應力表征及控制，以及產品一致性、穩定性和可靠性控制等關鍵技術。

碳纖維及其復合材料是材料革命的排頭兵。干勇指出：“關鍵在于成本。”我國當前碳纖維及其復合材料的發展重點包括碳纖維及其復合材料前沿創新技術、系列碳纖維規模化穩定制備技術、國產碳纖維增強復合材料技術、國產碳纖維復合材料應用技術等。

高溫合金是航發、重燃和重載火箭發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、徹底解決粉末高溫合金變形化技術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‘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略支柱產業方面，亟待自主研制我國高端裝備用特種合金及相關部件。目前國際上還未形成技術、專利、標準和規模的壟斷，中國有巨大的市場需求和良好的軍民融合產業基礎，有望實現自主可控和換道超車，重塑國際半導體產業格局。

稀土新材料是實現低成本、高可靠性的工業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、電子電器等領域應用廣泛，稀土新材料在汽車產業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的應用技術上持續發力。

此外，干勇強調，關鍵礦產材料供應面臨的問題是制造業發展最值得關注的短板。我國關鍵礦產對外依存度超過70%，其中，鐵礦石甚至超過了87%。安全保障和管控現在面臨的問題主要包括：礦產資源消費將長期保持在較高水平、戰略性礦產資源進口集中度過高、國內礦產資源供應能力持續下降、海上通道進口資源風險太大、戰略性礦產資源供應終端將威脅我國國家安全等。

針對這些問題，他提議，建立覆蓋全產業鏈的礦產資源管理體制機制，切實提高國內資源保障能力，提高大型企業在資源保障種的作用，提升全球礦產資源經略能力以打造礦產資源強國，提高陸上礦產資源戰略通道運輸能力，構建全球礦產資源大數據平臺和安全監測預警體系，開展危機礦種采選冶重大技術攻關，強化礦產資源儲備。

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、稀土資源等重大結構材料和功能材料技術的突破將助推中國制造業由大國到強國的轉變。