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干勇院士:高端制造及新材料产业发展战略

文章来源:AG平台游戏大厅   发布日期:2021-01-24   浏览次数:456

2020年12月18日,首届中国产业链创新发展峰会在北京举行。本届峰会立足推动产业基础高级化、产业链现代化,以“提升产业链供应链现代化水平,助力构建新发展格局”为主题,由中国企业联合会、中国企业家协会主办,中关村中企慧联先进制造产业技术联盟承办,国家增材制造创新中心、国家智能传感器创新中心、中国航发北京航空材料研究院等工业强基一条龙推进单位作为支持单位。 中国工程院院士,钢铁研究总院教授级高级工程师干勇院士出席并发表主旨演讲。 以下为演讲摘录: 尊敬的朱宏任会长,刚才的致辞演讲把产业链创新整个过程,要进行的工作任务和面临当前环境都讲的很清楚。作为我们来说高端制造和新材料发展是两头,这里面就是产业链连通的问题,今天我花几分钟谈一下矿产资源,因为时间比较紧,我谈的很快。 我国用40多年的时间,追赶了西方国家200余年的工业化进程,因此产业链不全这是自然的,当前我国已进入工业化后期,由高速发展向高质量发展转变。高质量发展是三个方面:经济、社会、生态全方位的高质量发展,是体现创新、协调、绿色、开放、共享发展理念,是以满足人民日益增长的美好生活需要,增强人民群众获得感的高效率、公平和绿色可持续的发展。 经济方面:高质量发展是坚持质量第一、效益优先、高水平经济循环,全要素生产率持续提高的发展;是以供给侧结构性改革为主线,推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革,科技创新水平大幅提升,产业基础能力雄厚、产业结构合理、产业规模适度、质量效益高的现代化经济体系的发展。 社会方面:高质量发展是区域协调发展、城乡融合发展、基本公共服务均等化基本实现的发展;是人民平等参与、平等发展权利得到充分保障,法治国家、法治政府、法治社会基本形成,国家治理体系和治理能力现代化基本实现的发展。 生态方面:高质量发展是资源能源高效利用,生态环境质量根本好转,结构合理、层次分明、科学适用的国土空间规划体系得以构建的发展;是“空天地一体、陆海统筹”的生态环境监测体系得以完善,绿色生产方式和生活方式得以形成的发展;是生态安全和优质生态产品供给得到有效保障,美丽中国基本实现的发展。 全球制造业格局正在发生深刻变化,发达国家重振制造业,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,促进世界经济和产业再平衡,全球制造业服务化进程快速推进。 2035年我国经济社会业态预测:制造业与信息技术深度融合打造先进制造业:产品的全数字化设计;加工过程实现自动化编程、仿真优化、数字化控制;实时采集生产过程中的数据,实现网络实时监控和自主调节,逐步达到柔性化生产、精细化管理。 新一代信息技术推动社会经济生产方式不断变革:新型材料器件、人工智能、大数据、新一代网络技术、建模与仿真等信息技术驱动各行各业向全领域、跨行业协同集成、交叉融合的方向发展,人类将迈入以“万物互联”为基础的崭新的智能化时代。 人工智能技术渗入产业融入生活,改变人们的生产生活方式:家具、服装等传统消费品智能化升级的趋势明显,可穿戴产品、智能家居、数字家庭等新兴消费品层出不穷。 重视循环经济理念,绿色低碳生产技术和装备将普遍应用并引领发展:绿色低碳生产模式全面建立,工业生态链接广泛覆盖,实现节约化、高效化、洁净化生产。 新材料不断更新换代催生新兴产业发展:有机复合材料、生物活性材料与临床医学结合分别产生和发展了“电子皮肤”和组织再生工程。 第四次工业革命背景下,新时代中国科技发展的思路和重点。 1.新一代信息技术领域发展重点:(1)网络安全与新型显示,重点布局网络安全、光电功能材料与芯片、北斗、5G通讯、新型显示等重点领域。 1、网络安全:从专用互联网、行业互联网入手,大力研究自主可控的互联网关键技术。优先设计“真实可信、信息安全、访问授权、攻击预防、事后追溯、网络容侵、分级控制”的专用互联网。2、光电功能材料与芯片:掌握光电功能材料与光芯片器件的核心技术,打造自主可控的产业链。中科院目前拥有5个光电/光机研究所,在芯片、光有源器件、光无源器件、光模快与子系统等方面具备较好的基础。3、5G通讯:产业链条包括支撑层(网络规划设计,网络工程优化);基础层(射频器件,芯片,关键材料);传输层(主设备,基站天线,射频滤波器,小基站,SDN/NFV解决方案,光纤光缆,光模块、光器件,基站配套);应用层(系统集成,运营商,网络优化维护,移动终端设备);场景层(车联网自动驾驶,工业互联网,AR/VR,智能交通)等。3、新型显示:印刷显示:应重点突破关键材料(有机半导体材料、聚合物绝缘层材料、氧化物半导体墨水、纳米功能性材料、可溶性有机发光材料、量子点材料、石墨烯材料),印刷涂布和喷墨打印生产工艺(量产OLED印刷工艺、 柔性TFT背板工艺、柔性OLED工艺、柔性电子纸工艺、 R2R集成/制造等)、印刷TFT与显示器件。 激光显示:重点突破关键材料(GaN衬底材料、InGaN半导体外延材料、AlGaInP半导体外延材料、 芯片解理工艺等),器件工艺(器件封装工艺、RGB半导体激光器、光学模压成形工艺、RGB光源模组等)。 (2)集成电路与第三代半导体,重点布局集成电路、第三代半导体、支撑软件与指令集(EDA)、智能传感等重点领域。1、集成电路:突破集成电路设计、制造、封装测试关键技术,以及制造集成电路所用的晶圆制造材料、硅片、光刻胶、电子气体、靶材等关键短板材料,实现14nm制程工艺的自主可控,并向7nm制程工艺发展。2、第三代半导体:突破GaN、SiC、AiN等核心材料,以及超高压电力电子器件、中高压电力电子器件、大功率射频/微波器件、可见光源器件、紫外光电器件等核心关键器件。3、智能传感:高铁、飞机、5G通讯、无人驾驶、社会管理、社会安全的发展对传感材料提出了更高的应用要求。不断发展新型传感材料,才能满足传感器件日益复杂的应用。 我国信息产业存在突出问题:2019年5月16日美国以安全为名将华为列入进出口管制的实体清单,从芯片与软件两个方面对华为断供。华为2018年采购700亿美元,其中芯片为210亿美元,占销售收入1085亿美元的19.3%,其芯片主要用在手机。手机的基带处理芯片是当今对集成电路工艺水平要求最高的芯片,5G的手机将需要5nm工艺的芯片才能保证有较长的待机时间。华为在芯片设计方面的水平已经超过高通公司,5G的专用芯片均已自研成功,领先于美国。但芯片的代工线与芯片设计的EDA软件工具和指令集不在华为自身可控范围。 1.中国集成电路精密装备及代工线的装备水平较低。 集成电路材料包括硅材料、光掩模、光刻材料、电子气体、工艺化学品、CMP抛光材料、溅射靶材、专用封装材料等八大类。目前5nm和7nm的集成电路装备仅有荷兰等少数国家掌握,日本也几乎垄断了关键的材料。台积电与韩国三星的芯片代工线已是7nm,我国中芯国际公司目前稳定工艺是28nm,与国外相差了三到四代。 2.中国习惯“跟随式发展”,难以从根本上摆脱先行者控制,如CPU,主要是X86和ARM指令架构。目前集成电路EDA工具软件的三家公司全为美国所控,手机用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。 3.国内产业资源分散,科技攻关同水平重复,企业产品低价位竞争,基础研究、高端产品和新技术研发乏力。高端芯片人才匮乏。 2.先进制造领域发展重点: (1)光刻机,精密工作台是光刻机核心关键装置,其精度要求极高:加速度高至2g、速度1m/s以上、精度为纳米级的6自由度运动;对于100nm线宽的扫描曝光,要求定位精度 10nm,硅片台和掩模台间的同步平均误差 5nm。几乎接近物理极限,常规机械制造工艺无法实现。要实现光刻机的高速、大行程、6自由度纳米级精度运动,除合理的运动结构与精密检测技术外,关键在于数字化智能化控制,核心在于对引起误差的各种因素的补偿修正。通过补偿控制,我国研制的100nm光刻机工作台已实现了高速高精的技术要求。 (2)高档数控机床,重点布局功能部件、高性能功能部件、高档数控系统、创新工艺、专用软件与可靠性等方面。高档数控系统及高端核心零部件存在禁运风险。如量大面广的高端数控系统的90%以上、高精度长寿命丝杠导轨80%以上依赖进口。制造高档数控机床与基础制造装备制造所用的工作母机一直遭受封锁与禁运。高端工业软件基本被国外垄断,未来重点是补齐短板。 (3)智能机器人,重点布局核心及关键技术的原创性研究、高可靠性关键部件及核心元件、高速重载及超精密机器人研制、系统工艺应用解决方案、传感器、工业软件及设计方法等方面。机器人所需的视觉、力学、激光、声纳等传感器主要依赖进口。目前在机器人领域大量使用了相关进口工业软件,产品设计中的动力学仿真、有限元建模、电子设计自动化(EDA)等工业软设计软件国内尚处于空白,在集成应用环节中的机器人虚拟仿真和调试软件基本由德国和法国垄断。国产机器人整机设计方面理论和方法研究比较弱,不能满足高端机器人的设计需求和机器人技术发展的需求。 (4)高性能医疗器械,1、重点解决基础材料、核心部件、关键工艺、智能系统短板。基础材料:特殊应用生物材料、 高性能生物兼容材料、高性能部件材料等;如人工肺滤膜、超声传感器、试剂盒等。核心部件:CT系统的球管, MRI系统内部功放,电子器件如 IGBT、MOSFET、ADC等。关键工艺:超导材料性能保证,起搏器生物兼容处理、CT滑环2000RPM高速旋转微米级偏差。智能系统:高效智能化、稳定可靠易用的软件控制系统等。2、创新链条与技术路线:核心技术:新材料,元器件,精密机械,控制技术,医学电子,信息处理,人工智能。系统装备:医学影像,体外诊断生命体征监测,先进治疗,植介入器械,康复与健康信息。检测验证:医学转化平台(安全检测、临床试验)。产业化:产业公司,医院。 3.新能源领域发展重点:重点布局动力电池、氢能、储能、核能、煤炭资源清洁高效利用等领域。 (1)锂动力电池,突破全气候、高比能量、高效、高安全、长寿命、低成本的全固态锂离子动力电池及系统技术。提升比能量和比功率:基于现有高容量材料体系提升材料的功率性能,优化电极设计;优化新型材料体系,使用新型电池结构。提升电池系统寿命:开发长寿命正、负极材料、提升电解液纯度并开发添加剂、优化电极设计、优化生产工艺。提升动力电池系统安全性:研发新型隔膜、新型电解液、电极安全涂层、优化电池设计,研发新型材料体系。降低动力电池系统成本:采用新型材料体系和制造工艺路线。 (2)氢能,重点抓下游燃料电池关键核心技术,以带动上游制氢、储氢、加氢基础设施建设以及核心技术研发。提高燃料电池耐久性:国内企业氢燃料电池的稳定寿命还在 3000h 左右,而国际先进技术已经达到 5000h 以上;提高关键材料和核心零部件国产化能力:如燃料电池用电催化剂、质子交换膜、炭纸等关键材料的开发多停留于实验室和样品阶段,空气压缩机和氢气回流泵等关键部件没有产品供应。突破氢气储存问题:采用碳纤维缠绕塑料内胆气瓶(Ⅳ型)储氢密度可提高到 5.5%。我国尚未掌握此制造技术,有机液态储氢国内有一定研究基础,但缺乏示范考核。加氢站的关键零部件,如加氢枪、高压管线、管件、阀门等因依赖进口而提高了建站成本。 (3)光伏,重点发展晶硅太阳电池、薄膜太阳电池等关键产品,突破太阳能极多晶硅提纯技术、高效低成本太阳电池产业化技术、废弃组件回收技术等关键技术。 (4)核能,重点突破压水堆核能安全技术、耐事故燃料组件技术、数字化核电技术等关键技术。 4.生命科学、空天海洋技术领域发展重点: (1)生命科学,围绕病毒学、病原微生物学、免疫学以及动物模型等开展深入系统的研究,努力推动病毒学及病毒与免疫系统互作研究的前沿理论与技术。 国家自然科学基金委生命科学部未来重点关注的研究方向:病毒起源、进化、宿主和多样性的系统生物学研究;病毒的结构、功能、稳定性与毒力研究;病毒跨种传播的机制以及人类、动物与环境互作对病毒跨种传播的作用和影响;人畜共患病的病原、宿主以及传播与演化;冠状病毒与宿主相互作用的细胞生物学过程和分子机制;冠状病毒感染致病动物模型和病毒感染诱导的组织、器官病变机制;天然免疫系统对病毒感染的反应机制及在病毒疾病进程中的功能;病毒感染触发免疫系统紊乱和炎症因子风暴的机制;病毒感染与免疫记忆及耐受形成机制;病毒感染的免疫逃逸机制;疫苗及疫苗佐剂研究;基于病毒学和病毒诱导免疫反应机制的先导化合物研究; (2)空天海洋技术,已启动相关重大科技项目和国家实验室布局。 产业集群——联合生产运营一体化智能平台。以电商平台、企业物联网为手段,质量、环保、成本大数据分析为工具,通过政策优惠吸引优势企业和产能加入,分步骤实现产能协作、技术联合、采购联合、销售联合,形成优势产能的集约化运行管理,打造“钢铁产能联合体”。2019年,集成产能规模超过3000万吨,2020年集成产能规模超过1亿吨,在政府政策支持下,远期可望集成产能规模超过4亿吨。 产业集群网络钢厂的动管理和生产服务体系—智能化平台经济体代替企业经济体。对网络钢厂的理解:1+N:1个总部运营中心协同N个产业合作伙伴,打造开放共享的网络化产业协同体系。 钢铁智能制造严禁路径:1是智能制造1.0,2是智能制造2.0,3是智能制造3.0这些。 制造业重点任务:新材料标准化:构建新材料产业标准体系;建立新材料评价标准体系;优化新材料标准供给结构,包括研制高端装备用特种合金材料标准、关键战略材料“领航”标准、先进半导体与新型显示材料标准,积极布局前沿材料标准研制;推进新材料标准制定与科技创新、产业发展协同;探索新材料标准制定机制创新;推动新材料标准国际合作;开展新材料产业标准化应用示范;建设新材料标准化平台。 装备制造业标准化:全面开展工业基础标准化提升;稳步推进装备制造业智能制造标准化;实施装备制造业绿色制造标准化;发展服务型制造和生产性服务业标准化;推动高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、能源装备、农机和工程机械、重型机械等重点领域标准化突破。 新一代信息技术及人工智能标准化:集成电路标准化;半导体芯片标准化;大数据标准化;云计算标准化;智慧城市标准化;物联网标准化;信息安全标准化;新一代移动通信标准化;人工智能标准化。 消费品标准化:加快消费品标准供给体系改革,包括夯实消费品质量安全标准基础、提高消费品标准市场供给能力、加快国内外标准接轨、推动标准与科技协同;优化标准供给结构,包括发展个性定制标准、制定绿色产品标准、健全智能消费品标准、完善售后服务标准、优化物流标准体系;推动企业标准自我声明;加快培育标准创新型企业;围绕家用电器及电器附件、电子及信息技术产品、家具及建筑装饰装修材料、服装鞋帽及家用纺织品、儿童用品、日用化学制品及卫生用品、食品、交通工具等消费品重点领域开展标准提升工作。 发达国家重振制造业,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,促进世界经济和产业再平衡,全球制造业服务化进程快速推进。 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:居民和家庭服务中的团购型、体验型、共享型、上门服务型得到广泛应用;大众化、个性化、特色化服务需求爆发式增长,智慧服务、融合服务、聚集服务、品质服务、精准服务、安全服务已经成为居民生活服务业发展的大趋势;各类市场主体提供多层次、多样化的养老服务和老年用品,养老服务供给以市场为主体,政府保基本。 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:与制造业融合,重点行业快速发展。制造业发展形成服务化趋向,制造产品与知识和技术服务一同售出,服务环节的附加值比重越来越高。集群发展趋势明显,形成产业集聚区。总部基地、软件与服务外包基地、科技创业园、创意产业园、物流园区等在国内发达城市中逐渐形成。生产性服务业的服务方式呈现虚拟化、网络化、外包化。依托信息技术的生产性服务以其跨地区、跨时空、快捷、集成凸显其优越性,促进生产性服务业知识化、智能化服务水平提升,带动区域经济发展的整体竞争力。 以大数据为支撑的平台经济是以新型基础设施(云、网、端等)为基础,以技术创新、商业模式创新为驱动,基于互联网平台,通过资源共享模式,实现产业跨界融合、业态创新等的一种新型经济,是产业组织者高级化的发展形态。2019年中国电子商务交易额达34.81万亿元,网民9亿,互联网普及率达到64.5%,平台经济已经占据了GDP的35.13%。2017年阿里研究院与德勤联合发布研究报告《平台经济协同治理三大议题》,估算电子商务平台交易规模(B2B、B2C、C2C)、互联网平台营收、平台推广、平台游戏等平台类业务的产值,预估2030年中国整体平台经济规模可达100.4万亿人民币。未来随着高端芯片、量子芯片、人工智能、物联网、工业互联网、5G、AR/VR、区块链等技术的发展,平台经济将以更迅猛的速度发展。 当前,智能制造已成为制造业发展的主要趋势之一,工业互联网应用场景不断拓展与成熟,各国企业积极探索通过工业互联网带动企业实现数据驱动的商业模式创新。同时,信息技术驱动研发模式的变革,数字化研发平台、材料基因工程等新型研发模式也已取得新突破。 三一重工已搭建智能化程度极高的无尘工厂(18号厂房),并搭建“终端+云端”工业大数据平台,追踪全球38万台联网的混凝土搅拌机、挖掘机和起重机,通过分析世界各地运行的机器实时反馈到附近数据中心的信息,为产品创新提供数据支撑。同时,三一重工还孵化了工业互联网平台树根互联,快速搭建起产品数字化、设计研发数字化、生产制造数字化、后市场服务数字化和商业模式创新的平台服务,并打造了包括铸造产业链、注塑产业链、纺织产业链等在内的14个行业云平台,带动产业链大批上下游企业完成数字化转型。至今积累了1000多亿条的工程机械工业大数据,实现了对状态信息的低成本实时采集,积极构建起数据驱动的产品研发体系。 海尔集团积极搭建“工业互联网平台”,采取协同研发、众筹融资、众包设计、网络制造等模式,对接全球设计资源与用户需求,征集产品和技术解决方案。海尔集团的“工业互联网平台”已在全国各地及企业中广泛推广,以平台为纽带,将各企业生产要素和资源汇聚,推动各产业链环节形成分散化的组织形态。目前已有全球食品、电子、家电等各领域200多万专业研发设计人员注册。 科技研发服务标准化:研制科技资源数据分析、技术交易、科技咨询、检测监测评估等方面系列标准;研制服务能力提升、服务质量保证等方面系列标准、现代物流、现代供应链标准化:优先研制共同配送、托盘循环共用、物流服务质量和安全、库存管理、海铁联运、冷链物流及冷链多式联运、综合货运枢纽、运输服务、设施与设备、物流服务与信用评价等标准。 数字经济标准化:研究制定咨询服务、集成实施、运行维护、云计算服务、数据服务、面向制造装备的远程诊断维护、定制生产服务、人工智能开源规范及服务能力评价等领域标准。 金融服务标准化:开展重要金融机构和金融控股公司监管、重要金融基础设施监管、金融业综合统计、金融风险防控等需要加强多部门统筹协调的标准体系研究。 商务服务标准化:建立跨境电子商务、单一窗口与国际贸易便利化、农村电子商务、服务业电子商务、社区电子商务、工业电子商务、旅游电子商务等重点领域标准体系。 节能服务标准化:优先制定节能服务管理类、节能效果评估类、节能量计算类等标准。 老龄社会服务标准化:健全居家服务、社区服务各项服务标准、设施设备标准、服务质量评价标准、养老机构服务质量标准。 健康服务标准化:优化和完善护理、助产、医疗辅助服务、医疗卫生技术等方面评价标准。 旅游服务标准化:加强在旅游分类、生态环境保护等旅游基础标准,旅游景点景区、旅行社、宾馆饭店等旅游要素标准。 体育服务标准化:全面推动健身休闲标准体系建设,推动建立青少年体育公共服务国家指导标准体系。 居民和家庭服务标准化:围绕诚信建设、服务质量、业态创新等方面制修订相关标准。 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。科技创新是决定制造业竞争格局最重要、最根本的决定因素。新材料产业应坚持走深层次自主创新发展道路。部分新材料技术创新进入“无人区”。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,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。 生产体系基本完整,产业规模不断壮大;研发能力不断提升,创新体系逐步建立;产业集聚效应明显,区域特色产业集群初步形成;新材料应用水平逐步提高,创造了巨大经济和社会效益,2018年新材料产业产值达3.64万亿元,已成为我国重要的支柱产业;取得了丰富的研发成果,科技论文和发明专利数均位居世界第一;形成了数量可观的研发队伍,拥有院士200余人,科技活动人员达115万人。 存在问题:支撑保障能力不强,受制于人问题突出,产业链自主可控性较差。原始创新能力不足,创新链不通畅,难以抢占战略制高点。可持续发展能力不强,资源利用率不高,环境负荷重,智能化水平较低。质量技术基础设施建设薄弱,产业支撑体系不健全。产业发展环境不优,未形成良好产业发展生态。 2019年7月召开的中共中央政治局会议在部署下半年经济工作时强调,要提升产业基础能力和产业链水平。这是我国经济走向高质量发展的必然要求,也是我国经济应对外部复杂环境的立足之本。 2019年8月,在中央财经委第五次会议上,要求实施产业基础再造工程,做好顶层设计,打造具有战略性和全局性的产业链,充分发挥集中力量办大事的制度优势和超大规模的市场优势,以夯实产业基础能力为根本,以自主可控、安全高效为目标,打好产业基础高级化、产业链现代化的攻坚战。 在党的十九届四中全会上:审议通过《中共中央关于坚持和完善中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化若干重大问题的决定》,对坚持和完善中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化作出重大部署,具有重大深远的理论意义和现实意义。 在当前发展阶段,新材料治理能力的提升主要表现为新材料产业基础能力的提升。 强化基础创新,突破关键核心材料技术,补齐新材料短板,完善新材料产业链配套,充分利用人工智能和大数据技术,提升产业链、优化创新链、配套服务链、培育人才链,从而提升新材料产业基础能力,推动新材料产业真正走向高质量发展。 随着我国经济爆发式增长,材料能买则买,对材料的原创性、基础性、支撑性缺乏足够的重视。新材料成为我国“短板”中的重灾区,对产业安全和重点领域构成重大风险。 中国工程院2019年组织研究的制造业26个领域中外对比分析报告显示,新材料领域与制造强国相比差距大,属于对外依存度极高的8类产业之一。通过分析梳理信息显示、运载工具、能源动力、高档数控机床和机器人、国防军工等五大领域所需的244种关键材料发现,我国在先进高端材料研发和生产应用方面差距甚大,仅有13种材料国际领先,有39种国际先进,与国外有较大差距的101种,其中与美国有巨大差距的有23种。在中央财经委第五次会议上,要求实施产业基础再造工程,做好顶层设计,打造具有战略性和全局性的产业链,充分发挥集中力量办大事的制度优势和超大规模的市场优势,以夯实产业基础能力为根本,以自主可控、安全高效为目标,打好产业基础高级化、产业链现代化的攻坚战。 新材料是指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料,或是由于成分或工艺改进使性能明显提高或产生新功能的基础材料,其研发及工程化应用依赖于新原理、新方法、新技术、新工艺以及新装备的综合运用。 近年来,世界主要国家都对新科技革命具体发生的领域以及哪些技术会率先突破展开了深入预测分析:2013年,麦肯锡咨询发表的研究报告提出了12项改变世界的颠覆性技术;2017年9月,欧盟委员会发布的《面向2018-2020年的H2020ICT工作计划》将工业数字化技术、数据基础设施、5G、下一代互联网等技术作为未来研究计划;英国先后推出了《在英国发展人工智能》、《下一代移动技术:英国5G战略》及《英国数字化战略》等发展规划;2019年2月,德国联邦经济事务与能源部发布《德国国家工业战略2030》,分析了自动驾驶、人工智能等颠覆性技术对德国工业的挑战。近日,美国科学院、工程院和医学科学院发布了全球材料科学研究报告《材料研究前沿:十年调查(2019)》,展望了未来具有发展和应用前景的新材料。 以上研究结果有助于推动新一代信息技术、新能源、新材料、生物技术等战略性新兴产业的发展,给产业转型升级带来新的重大机遇。 从当前世界主要国家技术发展现状及发布的预测报告来看,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10-20年,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。 发展新一代信息技术产业:大尺寸硅需求量达40亿平方英寸/年、第三代半导体等先进半导体抛光片的需求量达7.5亿片/年,其中照明和工业节能,年需第三代半导体材料外延芯片约6亿平方英寸;新型显示材料的需求量约为3.5亿平方米/年;发展航空装备业,大客机、军用机数千架,航空发动机用量将达3万台,加大修换件,高温合金用量7万余吨;建设上千台600 ℃、700℃超超临界火电机组, 需耐热钢和耐热合金量数千万吨。发展高端装备,基础零部件用轴承钢、齿轮钢、模具钢的年需求量分别为300万吨、200万吨和50万吨;建设海洋资源勘探、开采、储运及基础设施,钢及耐蚀合金需求量60万吨/年;新增5条西气东输线,需X90/100管线钢1600万吨、石油管64万吨;水资源高效利用(2020年),海水淡化和废水再用规模约分别达到300万m3/d和300亿吨/年,需高性能分离膜材料约1亿m2;与燃煤锅炉相关的大气污染治理(脱硫、脱硝、PM2.5) (2017年),投资规模总约3000亿,需高性能催化剂、耐磨耐蚀及除尘材料合计约400万吨。 能源技术清洁化、能源供应多元化、电力输送控制柔性化以及电力应用节能高效化主导能源动力领域的发展方向,需优先发展700℃超超临界电站汽轮机关键结构件、重型地面燃气轮机、深海能源钻采平台、超大型海上风电、灵活交直流输变电装置、全新磁动力系统等六个典型装备或系统。 比如,磁动力系统的创新及应用,可推动高精度永磁传动、磁力联轴器、磁悬浮轴承、永磁电机、磁传感器、磁力机械、磁性仪器仪表等磁科技的发展,在航空航天、新能源动力汽车、船舶、轨道交通、工业及医用康复机器人、绿色节能家电、核电、风电等战略型新兴领域,需要高效、节能、长寿命的全新磁动力系统替代现有传统的动力系统,将催生万亿规模的磁动力产业。 显示与IC产业并列电子信息产业两大基石,是为数不多的千亿美元级产业,我国液晶面板与IC 进口量多年位列我国商品进口额的前四位。2012年,中国液晶显示产业已超过日本,2015年底超过台湾地区,2016年成为世界第二大显示产业国家,2019年超过韩国成为世界第一。预计到2030年,我国新型显示材料的需求量约为3.5亿平方米/年,产值超过6000亿元人民币;带动上下游行业产值规模超过2万亿人民币。 2019年5月16日美国以安全为名将华为列入进出口管制的实体清单,从芯片与软件两个方面对华为断供。华为2018年采购700亿美元,其中芯片为210亿美元,占销售收入1085亿美元的19.3%,其芯片主要用在手机。手机的基带处理芯片是当今对集成电路工艺水平要求最高的芯片,5G的手机将需要5nm工艺的芯片才能保证有较长的待机时间。华为在芯片设计方面的水平已经超过高通公司,5G的专用芯片均已自研成功,领先于美国。但芯片的代工线与芯片设计的EDA软件工具和指令集不在华为自身可控范围。 1.中国集成电路精密装备及代工线的装备水平较低。 集成电路材料包括硅材料、光掩模、光刻材料、电子气体、工艺化学品、CMP抛光材料、溅射靶材、专用封装材料等八大类。目前5nm和7nm的集成电路装备仅有荷兰等少数国家掌握,日本也几乎垄断了关键的材料。台积电与韩国三星的芯片代工线已是7nm,我国中芯国际公司目前稳定工艺是28nm,与国外相差了三到四代。 2. 中国习惯“跟随式发展”,难以从根本上摆脱先行者控制,如CPU,主要是X86和ARM指令架构。目前集成电路EDA工具软件的三家公司全为美国所控,手机用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。 3. 国内产业资源分散,科技攻关同水平重复,企业产品低价位竞争,基础研究、高端产品和新技术研发乏力。高端芯片人才匮乏。 MEMS(微型机电系统)器件封装玻璃粉:应用于电子元器件,自给率0%,主要从美国、日本进口。 高性能氮化物陶瓷粉体及基板:应用于陶瓷热透波材料、电子元器件、绝缘栅双极型晶体管,自给率0%,主要从日本、美国、德国、瑞典进口。 光刻胶:应用于集成电路、平板显示,自给率不足5%,主要从日本、美国进口。氧化镓单晶、氮化镓单晶衬底:用于各种GaN器件研制,大功率微波器件、高压、低损耗功率器件、“日盲”探测器、高亮度LED等,自给率5%,主要从美国、法国、日本等国进口。光刻机用紫外级氟化钙晶体:应用于光刻机物镜,自给率 10%,主要从美国、德国、日本进口。 重点突破产品:新型显示用光刻胶、深紫外248nm光刻胶、深紫外193nm光刻胶、极紫外光刻胶和电子束光刻胶;660nm和780nm高光敏性有机光导材料;抗指纹涂层(AFC);超大规模集成电路和化合物半导体用外延气;特种液晶高分子材料;染料液晶、自配向液晶;导热硅脂灌封胶;石墨烯散热膜;液晶面板用聚乙烯醇膜;特种光学聚酯膜;特种光学共聚环烯烃膜;高性能阻隔膜;低成本高性能芳香族聚合物薄膜新材料;OLED柔性基板材料;高性能OLED发光材料;无镉量子点材料;新一代激光显示材料与器件;新型显示用聚酰亚胺基板及封装材料。 主要面向宽带光纤通信网络、物联网、空天一体化网络、数据中心、无人驾驶和智能机器人等应用,突破支撑光信息传输、处理与传感等光电子器件核心关键技术:硅基光电子集成芯片技术,其中包括Tb/s 级传输用硅基光发射/接收芯片;用于大容量数据交换的低功耗光子集成芯片与器件;硅基光互连功能芯片与器件研究。混合光电子集成技术,其中包括基于多材料体系的光电混合集成光电子器件及模块研究;研究面向宽带光传输和光接入的激光器与探测器阵列芯片及模块;小型化、低功耗、快速响应的光传感与成像光电子器件与模块。微波与光波融合集成技术,其中包括面向光与无线融合的高速光电子集成芯片与器件;超宽带大动态模拟信号传输与处理技术及关键器件研究等。模拟分析与测试封装技术,其中包括光电子器件模拟与测试分析;光电子器件先进封装技术;光电子器件可靠性评测与标准化技术; 激光器件质量检测及可靠性试验能力建设。 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,被誉为“先进发动机基石”,是“资金买不来,市场换不来”的国家战略性材料。落后美国15~20年。需针对高温合金强化元素种类多、组织结构与性能关系复杂、部件制造难度大且服役环境多样复杂等特点,聚焦应用基础性原理,实施材料全流程、体系化研发与应用。 700℃超超临界电站、高铁、飞机、汽车、海洋工程装备等高端装备是我国战略性支柱产业,代表着我国装备制造业的核心竞争力。我国高端装备长期处于“空心化”局面,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。 以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等为代表的第三代半导体材料是微波射频、功率电子、光电子的“核芯” ,满足国防安全、信息安全、智能制造、节能减排、产业升级等国家重大战略需求,被美国列入管制出口清单。国际上还未形成技术、专利、标准和规模的垄断,核心材料和器件技术与美国整体差距落后3-5年,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。 显示与 IC 是电子信息产业两大基石。新型显示是颠覆性显示技术,可望在显示产业转型升级期实现弯道超车。新型显示技术总体与国外基本同步,但核心材料与器件落后3-5年,国外对我国高价垄断,存在潜在的禁运风险,危及产业安全。新型显示关键材料存在设计/生长工艺难度大、研发周期长等共性难题,亟需国家主导构建新型显示关键材料体系,实现自主保障,抢占产业制高点。 稀土是我国具有重大国际话语权的战略资源。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。稀土新材料高性能化,新体系、新结构、新功能、新应用的发现与发明,稀土资源的高效清洁生产、均衡高值应用,对创建国际领先的稀土新材料产业,做大做强战略性新兴产业具有重大意义,需顶层设计、统筹安排。 我国领先全球的5G技术所用的射频器件和数字电路芯片等基础材料及关键设备几乎全部依赖美、日等国;高速发展的航空航天、深海、远洋装备所用的高温合金、碳纤维、铝锂合金、特种合金等严重受制于人,其中高等级碳纤维只能以非正规的渠道进口;集成电路制造产业所需的八大类近1000种关键材料有90%以上依赖进口;万亿元规模的显示产业所用的关键材料85%依赖国外。 中美经贸摩擦持续发酵,美国对我国进行技术封锁和战略遏制。疫情蔓延全球,使双边、多边的自由贸易安排与区域经济一体化进程受到严重影响,加速中美经贸关系、中国和世界的经贸关系的复杂性。疫情冲击全球经济,亚洲、欧洲、北美全球三大生产网络收到严重冲击,负面影响巨大。重创全球供应链、产业链、价值链。一旦关键矿产及其材料无法进口,我国相关产业链或面临断链风险! 美国联合澳大利亚、巴西、刚果(金)和赞比亚等10个国家加入《能源资源治理倡议》,组建矿产资源大联盟,美国可利用该联盟影响随时对我国海外矿产资源供应与矿业投资形成围堵与定向打击! 2017年,特朗普签署《评估和强化美国制造业与国防工业基础及供应链弹性 》行政令。该总统令指出,中国主导了制造业上游原材料行业和相关制造业供应链,导致对美国国家安全至关重要的战略性材料和技术严重依赖中国,而且德国、澳大利亚等美国盟国也面临同等挑战。美国将启动针对中国 “知识产权窃取”调查、同盟国合作应对联合工业基础挑战等多项政策,将对我国材料产业带来一定冲击。 常态化开展矿产资源安全战略重大问题相关研究,及时提出应对策略。全力支持中国五矿集团(现国内唯一矿业航母)等矿业公司,力争10年内能够打造出3艘跨国矿业航母;在非洲打造2个工业国家,可选择尼日利亚和莫桑比克,协助这两个国家建成完整的工业化体系,作为中国在非洲的两个桥头堡,辐射整个非洲,实现我国在非洲的地缘政治、经济、军事目标。以中国磷、石墨、萤石、稀土、煤炭等优势矿产为主体,在中国上海打造“一带一路”矿产品交易平台、冶金材料交易平台、矿业权交易平台、资本市场服务平台,主导“一带一路”贸易格局。围绕“一带一路”建设,组建6-10个集矿产资源开发、基础设施建设、冶金、工程机械、装备制造、房地产开发、金融投资为一体的大企业集团,在“一带一路”六大走廊、非洲、美洲等地开展集团式、一揽子投资,全面提升中国在全球的经略能力。 安全保障和管控面临问题:我国矿产资源消费将长期保持在较高水平、战略性矿产资源大量依赖进口、国内矿产资源供应能力持续下降、我国战略性矿产资源进口集中度过高、我国海上通道进口资源风险巨大、战略性矿产资源供应中断将威胁我国国家安全。 战略思想与应对措施: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、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。 三、措施与建议 完善金融配套政策:加大财税金融支持力度,健全投融资机制。加强政、银、企信息对接,充分发挥财政资金的激励和引导作用,积极吸引社会资本投入。通过中央财政科技计划(专项、基金等),统筹支持符合条件的新材料相关科技创新工作。 拓宽融资渠道。利用多层次的资本市场,加大对新材料产业发展的融资支持。建立新材料产业发展引导基金,鼓励引导天使投资人、创业投资基金、私募股权投资基金等社会资本投入。 利用多层次的资本市场,支持优势新材料企业开展创新成果产业化及推广。支持符合条件的新材料企业在境内外上市、在全国中小企业股份转让系统挂牌、发行债券和并购重组。 创造服务于公平竞争的材料产业税收环境。落实企业减免税收政策,研究支持材料企业产业化初期税收优惠政策。完善信贷支持模式。鼓励金融机构按照风险可控和商业可持续原则,积极开展适合新材料产业发展的知识产权、应收账款、收益权益质押贷款等业务,择优支持包括首批次保险补偿企业在内的重点企业。 鼓励材料发展模式创新:伴随着各领域科技进步和社会共享经济的发展,我国材料产业已进入协同发展的关键时期,初步形成了三个层次的发展模式:一是国家建立的以生产应用示范平台、测试评价平台、参数库平台、资源共享平台为代表的公共平台体系;二是以“公司+联盟”形式形成技术创新平台,实现材料研发、生产、应用一体化联动发展;三是企业网络协同、运营协同,联合生产商、用户、科研机构、投资机构、基金平台等多方力量,将产业链内以及跨产业链的企业产品设计、制造、营销、应用等各环节紧密连接,实现产品全生命周期内资源的最充分利用。 这三类平台已基本具备承接国家重大科技创新工程、促进产业联动发展的能力,将为我国新材料产业向中高端发展打下较好的基础。因此,建议国家鼓励新型创新载体的发展,集中资金和资源向新型优势创新载体倾斜。 (1)军用民用三基研发一体化 (2)材料和元器件研发一体化,新材料本身具有快速迭代和持续升级的特点,特别是现代元器件的微型化、集约化特点,新材料技术与器件制造一体化的趋势日趋明显,新材料产业与上下游产业相互合作与融合更加紧密,产业结构出现垂直扩散趋势,尤其与装备制造业发展高度关联,帮助推动建立包括金融在一起的设计应用平台,减少生产企业负担,缩短批量应用周期至关重要。 材料和器件均出现“两弱两少”突出,即基础理论研究弱,参与国际标准制定力度弱,少原创技术和专利产品,少研发产业链的材料和器件配套体系。当前,我们的设计和制造技术基本上是模拟,几十年一贯制。产品开发能力低,表现在:核心元器件虽然对国内主机的配套率达到80%,但高速铁路客车、中高档轿车、计算机、高端数控机床、智能机器人等高端装备的核心元器件,基本上靠进口。 (3)研发、设计、生产与应用一体化,原始数据在线检索与下载服务(数据收集归口),以数据库(表或图)的形式提供制造业采购经理人指数、工业产品产量、工业增加值(增长率)、专业数据库、文献专利等深层次数据服务(数据整理挖掘)。在原始数据的基础上,通过数据的可视化模型化处理与分析, 获得制造业采购经理人指数时间序列模型,工业产品产量基于地理位置的模型,将获得的模型及其变化的可视化曲线动态呈现,聚类不同类型数据,以专题页面的形式通过现代网络在线模式呈现给院士团队。特殊数据线下提供服务(数据分析转化),有些数据在未发布前有保密等级与数据安全问题, 或者具有商业价值,在一段时间内不便提供网络开放共享,必须通过线下数据服务,同时还涉及到部分商业软件的数据计算服务。 加快构建公共创新服务平台,互联网+材料产业创新服务平,拟构建数字化材料产业数据库,结合高效的云计算技术,实现大数据的分布式存储和共享。同时,结合专业分析计算软件及自身开发的分析功能,为新产品的开发设计提供有力的技术支持,再加上互联网平台的全供应链推广。打造了一个从产品研发、生产制造、到应用推广的一体化综合知识服务平台。 以创新为核心,产业资源得到重新整合,集中支持技术密集型制造业公司,新技术开发及应用成本将显著降低、效率将显著提高,投资与全生命周期供应链将持续得到创新支持,预期会形成国家制造业创新网络示范。 材料设计:整合全球材料标准,提供技术及深加工服务,贸易商商务支撑服务及新产品应用整体解决方案。 材料电商:基于跨国材料专业大数据和行业领先的IT技术,为来自全球的用户提供行业分析与洞见,构建集智能交易和专业服务为一体的新一代智慧电商平台。 材料物流:整合吸收材料优质物流资源,为电商提供实体物流保障,构建用户安全、快捷的物流体验。 材料金融:提供多渠道、短流程、快速便捷的融资服务,保障材料新课题研究、产品生产和贸易流程的高效运转。 创新能力实际上是缺两头技术,一方面是三基高端产业化技术的空心化,另一方面是原始创新能力不够,基础不牢,缺乏真正依赖技术进步的内涵发展动力和能力。原始创新缺乏,引领发展能力不足,难以抢占战略制高点。催生新兴产业的三基主要来自国外:信息技术产业—大尺寸硅片、新型显示材料、 远红外探测材料、中红外激光晶体、特种光纤等光/微电子材料;现代航空、高铁、汽车等交通业—高温合金、轻合金、碳纤维增强树脂基复合材料?例如,波音787梦想客机的复合材料用量达50%,整机减重超过20吨和油耗降低20%以上。引领材料自身发展的标志性新材料无中国身影:因瓦合金和艾林瓦合金、半导体材料、超导材料、合成塑料及高分子、催化剂、液晶和聚合物、富勒烯和石墨烯、光纤。 生产应用示范平台正在不断建立,总体布局围绕《新材料产业发展指南》明确的十大重点领域,力争到2020年在关键领域建立20家左右,这是目前已经建设的情况。 建设内容及目标:解决新材料在试验验证服务能力不足、服务模式单一的问题;配置或升级试验验证技术能力和服务能力所需的仪器设备及示范线建设,完善重点产业试验验证方法的设计分析工作;制定行业相关标准;为企业提供产品试验验证、诊断和改进提升服务。实施周期内,建设2条以上的应用示范线,能够开展对泵、阀门、压力容器材料、包壳材料、涂层材料长期综合性考验,形成系列腐蚀性能、机械性能、热物理性能、微观分析及性能模拟计算等评价实验室,开展关键材料生产应用数据库建设;形成10项以上相关标准草案或者行业计量技术规范建议。 解决新材料在试验验证服务能力不足、服务模式单一的问题;配置或升级试验验证技术能力和服务能力所需的仪器设备及示范线建设,完善重点产业试验验证方法的设计分析工作;制定行业相关标准;为企业提供产品试验验证、诊断和改进提升服务。实施周期内,建设相关应用示范线,优化完善高温合金盘件、叶片、机匣和紧固件,钛合金盘件和轴件、叶片热障涂层、陶瓷基复合材料构建等生产和考核验证装置、应用环境模拟装置、材料服役性能检测仪器,建立高温合金、钛合金、陶瓷基复合材料、热障涂层应用评价技术体系,提升以上关键材料应用技术成熟度,完善材料标准、工艺规范,形成完善的材料、毛坯件及零部件的生产与应用数据库;形成10项以上相关标准草案或者行业计量技术规范建议。 解决新材料在试验验证服务能力不足、服务模式单一的问题;配置或升级试验验证技术能力和服务能力所需的仪器设备及示范线建设,完善重点产业试验验证方法的设计分析工作;制定行业相关标准;为企业提供产品试验验证、诊断和改进提升服务。 实施周期内,建设相关生产应用示范线和关键材料应用评价设施,系统性解决先进复合材料、高强轻合金、先进高强钢等材料生产应用评价问题,开展关键材料生产应用数据库建设;形成10项以上相关标准草案或者行业计量技术规范建议。 通过先进海工与高技术船舶示范平台建设,对该领域新材料生产应用装备及技术“补短板”,解决装备技术的“卡脖子”问题,提升我国技术水平和国际竞争力,实现先进海工与高技术船舶新材料的推广应用。 6种目标材料,高性能钢:100mm止裂钢、690MPa级特厚钢、355MPa级大线能量焊接钢,钛铝复材:Ti80合金、7E75铝合金、结构声学复合材料。 7大建设内容,材料生产示范线、材料评价示范线、材料应用示范线、应用评价设施建设、生产应用信息数据库建设、生产应用公共服务体系、人才服务体系建设。 高速铁路装备材料领域,围绕高性能铝合金、低成本碳纤维复合材料、轮轴钢等结构材料以及碳陶摩擦材料、减震降噪、特种涂层等高速铁路装备关键材料的生产、测试、评价和应用问题,解决2类以上新型结构材料、功能材料的生产及装车验证需求。在满足高速列车整车强度、模态和气动载荷的基础上,采用改进型铝合金型材的车体较同等速度下铝合金重量减轻约5%;采用碳纤维复合材料的车体较同等速度下铝合金车辆重量减轻约20%。建立或完善高速铁路装备材料服役性能评价体系、工艺质量管控体系,建立或完善高速铁路装备新材料产品规范、结构设计规范、试验检测规范,解决高铁材料设计及应用标准体系不健全的问题,具备面向整个高铁材料领域试验检测、评价服务等公共服务能力。 “一代材料、一代装备”是武器装备发展的重要时代特征,新材料技术将推动我军装备发展实现从跟踪到并行至引领的转变。因为时间关系,就讲这么多,谢谢大家!
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