干勇院士：高端制造及新材料产业发展战略
添加时间：2021-01-26 点击次数：411
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。
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。