干勇院士：制造業(yè)強(qiáng)國三大基礎(chǔ)要素

2018-07-17 來源：評論：0

摘要：近日，在第二十屆中國科協(xié)年會上，中國金屬學(xué)會理事長、中國工程院院士干勇作了《制造業(yè)強(qiáng)國的三大基礎(chǔ)要素—新型信息技術(shù)、新材料和技術(shù)創(chuàng)新體系》主旨報告。

　　近日，在第二十屆中國科協(xié)年會上，中國金屬學(xué)會理事長、中國工程院院士干勇作了《制造業(yè)強(qiáng)國的三大基礎(chǔ)要素—新型信息技術(shù)、新材料和技術(shù)創(chuàng)新體系》主旨報告。以下為報告全文，供大家交流學(xué)習(xí)。

　　中國金屬學(xué)會理事長、中國工程院院士干勇

　　中國制造2025是中國制造業(yè)的強(qiáng)國戰(zhàn)略，由中國工程院和工信部在國家層面共同發(fā)布的方針戰(zhàn)略，我們堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化搶占重要領(lǐng)域的先機(jī)。

　　分三階段，第一階段2025基本進(jìn)入德國、日本第二方陣，2035年從這個方陣出來，到2050年和美國可以并駕齊驅(qū)。中國制造2025的九大任務(wù)、10大重點領(lǐng)域和5項重大工程里面，我們最后凝練出來三大基礎(chǔ)要素。大家看10個重點領(lǐng)域可以分為四個方面：一是新一代信息技術(shù)，新型信息技術(shù)基礎(chǔ)要素，我們在五個領(lǐng)域統(tǒng)計一下網(wǎng)絡(luò)與通信、先進(jìn)計算、虛擬現(xiàn)實與數(shù)字媒體、信息安全、微電子與光電子，我們在和國際比較領(lǐng)跑、并跑、跟跑占的比例，在微電子與光電子領(lǐng)域，我們領(lǐng)跑只有5%，將近70%是跟在人家后面，而且差距很大。另一個是新材料，這是基礎(chǔ)要素，高端裝備占七個領(lǐng)域，高端裝備里包括高端數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程和高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通、新能源汽車、智能電網(wǎng)、數(shù)控機(jī)床等。

　　集成電路包括了設(shè)計、制造、封裝，受到了重大裝備和關(guān)鍵材料的限制，差距比較大。我們芯片雖小，卻是“國之重器”，裝備制造的芯片相當(dāng)于人的心臟，很重要。我們很快每個月需求300毫米的大硅片，將達(dá)到100萬片，但是國內(nèi)還是外商的生產(chǎn)廠家，只有20萬片左右，我們每個月的缺口在80萬片。1萬片投資將近10億美元，這不光是投資問題，還包括了大量的技術(shù)。特別是中興通訊事件，體現(xiàn)我們核心芯片的大量依賴進(jìn)口的缺點。核心技術(shù)不在我們手里，而且差了1.5到2代，中低端芯片對外依存度達(dá)到80%，高端芯片對外依存度超過90%。2017年我國服務(wù)器銷售了255萬臺，但是服務(wù)器98%都是英特爾的x86的CPU指令集的服務(wù)器，盡管曙光、華為、聯(lián)想及浪潮等國產(chǎn)廠商占據(jù)了主要的整機(jī)份額。但是材料的成本85%以上來自于國外供應(yīng)商，技術(shù)受制于人。PC行業(yè)雖然我們早都實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但是一些高端技術(shù)元器件，包括高端電容電感國產(chǎn)化率很低等等?，F(xiàn)在CPU在國內(nèi)差距很大，至少是兩代以上。僅飛騰才用了ARM指令集，國產(chǎn)CPU生態(tài)環(huán)境在英特爾的壓力下十分艱難。

　　內(nèi)存：內(nèi)存顆粒主要被韓國、美國壟斷，硬盤行業(yè)也被國外壟斷。集成電路材料和器件，所有的半絕緣碳化硅襯底、導(dǎo)電襯底及外延片是0，主要從美國進(jìn)口。MEMS器件玻璃粉封裝，自給率0%，電子信息功能陶瓷材料自給率0，都是在國外進(jìn)口。高性能氮化物陶瓷粉底及基板自給率也是0，光刻膠自給率只有5%等等，高純石英玻璃及制品、探測用的人工晶體主要來自于國外。

　　新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)需要重點補充短板的材料一大堆，特別是193納米光刻膠完全空白。2025年我們制定了硅及硅基半導(dǎo)體材料發(fā)展重點目標(biāo)，這是國家新材料重大專項方案剛剛出來編制，我們向國務(wù)院和科技部做了匯報，300毫米硅片產(chǎn)品由14nm提升到7mn水平等等，這是2025年的目標(biāo)，特別是在新型半導(dǎo)體材料上，我們希望換道超車，比如說開發(fā)三維RRAM器件材料體系與結(jié)構(gòu)單元，或包括1G到5G更高容量的磁性隨機(jī)存儲芯片等等。

　　光電子器件。主要面向?qū)拵Ч饫w通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、無人駕駛等等，但是硅基光電子集成芯片技術(shù)、混合光電子的集成技術(shù)，包括微波與光波的技術(shù)非常重要，成為我們當(dāng)前的掣肘技術(shù)。如果我們在10個GP以上，速率光電子器件國產(chǎn)化幾乎為零，光電子器件研發(fā)中心技術(shù)高、更迭迭代快，所以需要長期積累。中興在光傳輸、數(shù)據(jù)通信和寬帶接入等信息通信系統(tǒng)，光光交換、光復(fù)用收發(fā)器件與模塊，從美國采購的光電子芯片與器件每年總金額達(dá)到31億美元，占總采購額53%。

　　舉例，中興通訊卡脖子的產(chǎn)品，高速激光器芯片等等，100、200Gb/S相干光調(diào)制解調(diào)芯片，還有窄線可調(diào)激光器芯片全部進(jìn)口。

　　光電子器件和集成是我們通信5G發(fā)展的關(guān)鍵。建立標(biāo)準(zhǔn)化的集成工藝標(biāo)準(zhǔn)，光交換和光互連的核心芯片集成技術(shù)已進(jìn)行重點突破。我們必須要在超100G光傳輸技術(shù)上，大踏步前進(jìn)，這里光電子和微電子的融合支撐產(chǎn)業(yè)升級和高質(zhì)量的發(fā)展是我們要選擇的一個道路。比如說氮化物半導(dǎo)體是唯一覆蓋紅外到紫外波場范圍的半導(dǎo)的體系，包括Micro-LED新型顯示技術(shù)。另外發(fā)展寬帶同心合新型網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。我們移動通訊、新一代網(wǎng)絡(luò)，特別是五代通訊網(wǎng)絡(luò)在超高速、大容量、智能光傳輸和光交換方面一定要達(dá)到國際的高端水平。我們的光帶通訊和信息網(wǎng)絡(luò)要超低延伸了無線聯(lián)通設(shè)計技術(shù)，大規(guī)模的天線配置等等，網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，去蜂窩化、個性化和云化方面也比較取得突破。

　　在移動互聯(lián)網(wǎng)方面我們是很強(qiáng)大的，但是我們應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、智能化、平臺通用化方面，在移動互聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架、基礎(chǔ)芯片、軟件方面要取得突破。自主可控的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)非常重要，習(xí)總書記強(qiáng)調(diào)高端服務(wù)器和處理器必須自主可控。2018中國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會大數(shù)據(jù)安全高峰論壇，習(xí)近平總書記發(fā)去了賀信，要求保證我們的網(wǎng)絡(luò)安全，特別利用我們的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智慧城市、人工智能的優(yōu)勢，要大力研究自主可控的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，要真實可信、信息安全、訪問授權(quán)、攻擊預(yù)防、事后追溯、容器網(wǎng)絡(luò)、分級控制。所以，要發(fā)展云計算與大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，這是我們重要的中心任務(wù)。

　　發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)及智慧城市，這是我們中國人的優(yōu)勢，我們在數(shù)百個城市開展智慧城市的建設(shè)。包括大規(guī)模的視頻監(jiān)控和智能傳感。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造，新一代人工智能中大數(shù)據(jù)智能整體框架，三元空間的大數(shù)據(jù)，一會兒還會講人工智能，包括信息空間人類社會，物理空間人工智能的基礎(chǔ)架構(gòu)和平臺，人工智能的理論與模型等等，都要開始進(jìn)行。大數(shù)據(jù)智能的計算范式，從數(shù)據(jù)到知識的決策。包括工程院最近開展人工智能發(fā)展的一些課題研究，基于大數(shù)據(jù)的人工智能，群體智能的理論方法與技術(shù)，跨媒體智能，混合增強(qiáng)智能，智能無人系統(tǒng)，無人機(jī)、車聯(lián)網(wǎng)等等，這是我們的信息技術(shù)，這是一個基礎(chǔ)支撐。

　　新材料：這次發(fā)現(xiàn)中美摩擦，封鎖中興通訊除了元器件之外關(guān)鍵是材料，高端材料是重大工程成功的保障，突破封鎖和高質(zhì)量發(fā)展需要強(qiáng)大的新材料支撐，我們了解到2030年，我們需要的材料的一些重要材料情況，大尺寸的硅片每年要達(dá)到40億平方英寸，第三代半導(dǎo)體先進(jìn)半導(dǎo)體拋光光片要達(dá)到7.5億片，三代半導(dǎo)體材料外延芯片又需要6億平方英寸，特別是顯示面板每年3.5億平方米，包括現(xiàn)在我們有14條8.5代一級面板和10代最高級的面板，但是還是需要大量新型的顯示技術(shù)。

　　另外發(fā)展航空大飛機(jī)需要高溫的合金材料，我們的燃煤技術(shù)將近8億千瓦的裝機(jī)容量，現(xiàn)在600度超超臨界的改造只有2億千瓦，我們還有大量的改造任務(wù)，需要幾千萬的耐熱合金和耐熱鋼，包括高端軸承、齒輪、液壓、模具，包括海洋的各種耐蝕合金，深海開采，包括海水淡化的膜材料，特種塑料在現(xiàn)代制造業(yè)核心元器件的應(yīng)用非常重要，這些紅色的字都是美國封鎖的重點。

　　我們新材料用的很多，基礎(chǔ)支撐變成13類，我們選擇其中幾類作為國家重大科技項目。一是高端裝備的特種合金，在海洋裝備、高鐵、飛機(jī)和高檔汽車的重大裝備里，比如說發(fā)電，如果我們的蒸汽溫度到600度到700度，每度電的煤耗將從330個標(biāo)煤降到210克，我們每年40億噸煤一半以上在發(fā)電，每度電降1克標(biāo)煤，節(jié)能效果就非常好。必須把700度的耐蝕合金、耐熱合金攻下來。而且中國雖然晚了20年，但是現(xiàn)在我們在汽輪機(jī)大型船只上走在了全世界的前面，包括壓水碓核電站的核能材料，包括深海油氣的采鉆技術(shù)各種材料，1400米以下我們很多材料高端空白、低端不能用，連標(biāo)準(zhǔn)都沒有。高磁感能源硅鋼，非晶合金，在非金材料上我們已經(jīng)有24條線，把日本日立擠出了中國，非晶合金每秒鐘要冷卻100萬度，金屬玻璃，每公斤只有0.16瓦的鐵水，在配電變壓器里可以大量的降低損耗70%以上，是非常好的節(jié)能材料。

　　航空發(fā)動機(jī)代表一個國家的工業(yè)水平，航空發(fā)動機(jī)的難度難在材料和高溫合金上，新一代的渦輪盤制備技術(shù)使我們國家的高溫合金性能得到提高。先進(jìn)的鈦合金材料、鎂合金、鋁合金的應(yīng)用將使我們大大的節(jié)能，而且獲得更高的性能。鈦合金是一個最好的海洋材料和航空航天材料，性能優(yōu)良，中國的鈦儲量全世界第一，我們也開發(fā)了很多鈦合金，應(yīng)用沒有上去，全國只用了5萬噸，徘徊了近15年。這是鎂合金，比重只有1.7很輕，所以如果進(jìn)入汽車，可以大量的減重。

　　特別是在飛機(jī)上，如果用鎂合金代替鋁合金可以使飛機(jī)的減重達(dá)到數(shù)噸以上，鎂合金有一個缺點是高溫自燃，但是中國已經(jīng)解決了這個問題，上海交通大學(xué)在鎂合金里加入重離子系統(tǒng)，這是中國特有的，是850度鎂合金燃燒，美國聯(lián)邦航空管理局FAA計劃年內(nèi)取消商業(yè)飛機(jī)用鎂的禁令，并且和上海交大談判，鎂合金有望在航空當(dāng)中應(yīng)用。

　　鋁加溫技術(shù)大斷面的復(fù)雜鋁合金型材，中國在技術(shù)上取得全面突破，新一代飛機(jī)大型整體式結(jié)構(gòu)件，在鋁合金上得到提升。先進(jìn)的輕合金將是我們重大的中國高端裝備應(yīng)用下一代的高端材料。新型高分子材料還包括高性能碳纖維，碳纖維的應(yīng)用是結(jié)構(gòu)材料的革命。美國787飛機(jī)，52%是用碳纖維，大大減重，材料性能高、耐腐蝕、安全，所以交通、海洋、建筑工程、能源戰(zhàn)略新材料需要的碳纖維量將會很大。但是現(xiàn)在我們只有2萬多噸碳纖維產(chǎn)能，反而過剩，全行業(yè)處于虧損邊緣。目前我們在工藝裝備和技術(shù)上全面突破，成本逼近了日本東立。

　　稀土的作用。每個領(lǐng)域特別是國防領(lǐng)域大量應(yīng)用于稀土工程材料。愛國者導(dǎo)航之所以能精準(zhǔn)攔截，得益于稀土工程材料的應(yīng)用，“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)超音速的巡航功能，依賴于強(qiáng)大的稀土永磁發(fā)動機(jī)。精制導(dǎo)武器和武器平臺的慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)需要稀土工程材料，高靜安潛艇需要用稀土永磁電驅(qū)動動力系統(tǒng)。雷達(dá)、微波通訊、電子戰(zhàn)系統(tǒng)需要我們的永磁行波管、磁控管。衛(wèi)星、飛船姿態(tài)軌道調(diào)控和空間探測推進(jìn)器要利用稀土材料。先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)用的多電發(fā)動機(jī)要用高溫永磁體大功率內(nèi)置式啟動發(fā)動機(jī)。所以，在整個新能源、機(jī)器人數(shù)控機(jī)床、稀土功能材料大量應(yīng)用，汽車上利用了100多種稀土的材料，催化、除清、發(fā)光、永磁。而且稀土永磁的伺服小型電機(jī)成了關(guān)鍵，一個機(jī)器人面部表情，一個表情需要24個小型的稀土永磁伺服電機(jī)，而數(shù)控機(jī)床也需要大量的永磁伺服電機(jī)。

　　我們看看這些年工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的方向，最早是蒸汽機(jī)，都是動力體系。第二是電氣化。第三是液壓體系。第四是光功能。在現(xiàn)在我們認(rèn)為下一個創(chuàng)新熱點將是磁。產(chǎn)業(yè)升級永磁科技，產(chǎn)業(yè)升級，永磁發(fā)動機(jī)、永磁齒輪、永磁軸承、永磁懸浮將會起來，將會成為新型節(jié)能磁動力系統(tǒng)。市場力量巨大，這是一個新型的萬億產(chǎn)業(yè)。永磁調(diào)速體系已經(jīng)變了，不用傳統(tǒng)的減速體系，永磁自動體系在30層樓高，如果電梯出現(xiàn)故障掉到地面，如果在導(dǎo)軌加上永磁，一杯水在地上都不會蕩出一滴來，非常穩(wěn)定，可以永保安全。永磁齒輪，加上齒輪以后沒有磨損，不需要潤滑，壽命大大增加。可以可以來巨大的產(chǎn)業(yè)集群，應(yīng)該列入國家重大專項，微電子、光電子材料，新型顯示第三代半導(dǎo)體，包括印刷與激光顯示是第三代現(xiàn)實技術(shù)，中國必須要突破，我們印刷顯示材料已經(jīng)走在全世界前列。激光顯示，特別是綠光上，我們有藍(lán)光、紅光半導(dǎo)體，所以激光顯示和印刷顯示將是下一階段的所要顯示的技術(shù)。

　　大功率激光材料與器件，包括新型激光材料與器件不斷問世。高端光電子和微電子和國外差距巨大，但是在第三代半導(dǎo)體，我們和國外僅差三到五年的時間，特別是LED、光電器件上，我們有的地方領(lǐng)先國際。

　　大力發(fā)展三代半導(dǎo)體特別是在光電器件、功率器件和通信微波器件將起到巨大作用。綠色能源材料，我們不講動力電磁，我們就講現(xiàn)在部分發(fā)達(dá)國家計劃2040年到2050年實現(xiàn)氫能社會。中國社科院主席徐匡迪10年前認(rèn)為，21世紀(jì)中國將進(jìn)入氫能時代。

　　燃料電池，將是氫能時代的一個重要的代表，我們?nèi)剂想姵厝鎲?，在車上的工程化?yīng)用在某種程度上是一個終極目標(biāo)零污染，現(xiàn)在整個技術(shù)在中國已經(jīng)開始啟動，而且達(dá)到很高的水平。包括前沿的膜材料、智能仿生材料、石墨烯材料等等。

　　3D打印金屬粉末的各種材料體系也正在進(jìn)行完善。新一代生物醫(yī)藥材料包括材料基因組工程，主要是在智能化設(shè)計新材料，材料基因組工程?；靖拍钍墙档脱邪l(fā)成本，新材料研究周期長，投入大，要降低研發(fā)周期縮短一半，降低成本一變，利用高通量的計算方法，高通量的試驗方法，材料大數(shù)據(jù)的技術(shù)來設(shè)計新一代的新材料。

　　最后是創(chuàng)新體系。我們發(fā)現(xiàn)美國在新的制造業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下，開始創(chuàng)新，制造業(yè)的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計劃，已經(jīng)建設(shè)了九個制造業(yè)研究院。德國產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新體系非常完善，為基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化做出了貢獻(xiàn)。英國的創(chuàng)新中心建設(shè)也非常成體系。中國以上海為主，我們的技術(shù)創(chuàng)新體系在上海還是很完整的。共性平臺，產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，包括上海全球的科創(chuàng)中心建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入一個新的階段，江蘇的制造業(yè)創(chuàng)新體系也是可圈可點，它的江蘇產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院作為中小企業(yè)的創(chuàng)新平臺。包括深圳四個體系，科技創(chuàng)新、創(chuàng)新服務(wù)、政策法規(guī)、投融資體系，非常完整。所以新型的平臺體系和互聯(lián)網(wǎng)時代為我們技術(shù)創(chuàng)新提供新的模式，技術(shù)創(chuàng)新平臺的大數(shù)據(jù)，技術(shù)設(shè)計服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)業(yè)化。

　　我們提出互聯(lián)網(wǎng)時代，制造業(yè)創(chuàng)新的新的模式。一個是技術(shù)創(chuàng)新平臺公司模式，第二是技術(shù)創(chuàng)新體系新型“聯(lián)盟公司”模式。“小核心、大協(xié)作”模式。制造業(yè)創(chuàng)新體系的基本思路與對策。軍用民用三基研發(fā)一體化，軍民融合的關(guān)鍵是基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)材料、技術(shù)核心元器件的融合，這是關(guān)鍵。材料和元器件研發(fā)一體化，料要成材，材要成器，包括設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新平臺大數(shù)據(jù)的建設(shè)。

　　我們這邊提出每一個產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新服務(wù)平臺的基礎(chǔ)平臺云，包括基礎(chǔ)云、數(shù)據(jù)云、服務(wù)云。我們的原始創(chuàng)新水平不夠，應(yīng)對國際封鎖和高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)成立數(shù)家國家制造業(yè)的創(chuàng)新中心。下面是已經(jīng)成立的7家制造業(yè)創(chuàng)新中心。第一是動力電池國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，第二是3D打印制造業(yè)創(chuàng)新中心，第三是新一代光電通訊制造業(yè)創(chuàng)新中心，第四是印刷機(jī)柔性顯示新技術(shù)的創(chuàng)新中心。第五是智能機(jī)器人制造業(yè)創(chuàng)新中心。第六是智能傳感制造業(yè)創(chuàng)新中心，5月23號剛剛在上海成立了兩個國家級的創(chuàng)新中心，一個是集成電路制造業(yè)創(chuàng)新中心，非常重要。之后還要成立一系列國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，包括輕量化材料、燃?xì)廨啓C(jī)、工業(yè)信息安全、先進(jìn)復(fù)合材料、智能語言、石墨烯，深海遠(yuǎn)洋工程裝備、數(shù)字化設(shè)計、智能網(wǎng)聯(lián)、汽車、工業(yè)云制造、工業(yè)信息物理系統(tǒng)，工業(yè)大數(shù)據(jù)，高性能的醫(yī)療器械，也包括先進(jìn)的功能纖維，輕合金等等。

　　形成中國制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系的十大系統(tǒng)能力，包括創(chuàng)新體系的統(tǒng)籌策劃能力、組織保證能力、資源利用能力、戰(zhàn)略運作能力、中國數(shù)字能力、機(jī)械導(dǎo)向能力、轉(zhuǎn)化固化能力等等，最后實現(xiàn)中華民族的制造業(yè)強(qiáng)國之夢。謝謝大家！

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