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中国的科技创新为什么会有“卡脖子”问题?35项关键技术制约中国创新发展


来源:中国政府网


“基础研究决定一个国家科技创新的深度和广度,‘卡脖子’问题根子在基础研究薄弱。”李克强总理在9月2日主持召开的国家杰出青年科学基金工作座谈会上指出。


会前,在通往国务院第一会议室的走廊上,李克强和国务院其他几位领导参观了国家杰出青年科学基金25周年巡礼展。


会上,8位基金资助获得者代表分别就提高基础研究地位、更大力度支持青年科学家、解决“卡脖子”关键技术、建立宽容创新失败的救助机制等提出建议。李克强与科学家们深入交流,一一回应大家关切。


基础研究没有捷径可走



“刚才几位代表都在发言中都提到‘卡脖子’问题。‘卡脖子’问题根子在基础研究薄弱,不是就事论事就能够解决的。”李克强说,“基础研究站得稳不稳,站得牢不牢,直接关系我国科技创新发展的未来。”


总理强调:“基础研究没有捷径可走。要有十年磨一剑的专注精神,潜下心来把冷板凳坐热。数学则是基础研究的基础,是其他科学研究的主要工具。”


总理回忆道:“大家回想一下,当年恢复高考不久,一篇报告文学《哥德巴赫猜想》激励了整整一代人。那时人人求知若渴,只想把‘失去的十年夺回来’。全社会也认识到,我们落后了,首先是数学等基础研究落后了,要奋力追赶回来。”


李克强表示,我们的基础研究领域科研人员今天要立大志,面向未来,瞄准我国创新发展的关键制约,把基础研究和应用基础研究做扎实。各级政府要加大对基础研究长期稳定支持力度,引导企业增加基础研究投入。“杰青”基金在提高我国基础研究水平和源头创新能力上要发挥更大作用。


大幅提高“杰青”基金间接费特别是“人头费”比例



一位数学家会上直言,数学不像其他学科那样需要大量购买设备,而是全凭头脑思考,重在学术交流,有时仅仅需要坐在一起喝喝咖啡、探讨探讨,就可能出思路。但这种情况就没法报销,算不进去“人头费”。


“数学等一些基础研究关键靠个体大脑。在这些方面,一些发达国家的经验值得我们借鉴,他们的‘人头费’占比很高。”李克强说,“而我们在这方面管得比较死。”


总理要求,要持续深化科技领域“放管服”改革,进一步破除对科研人员的束缚,加快完善科研项目管理评价、收益分配等制度,年内推动项目经费使用“包干制”改革试点落地。


他说:“‘杰青’基金要打造改革‘试验田’,发挥示范作用,向青年科学家倾斜,让更多更年轻的科学家受益,大幅提高‘杰青’基金间接费特别是‘人头费’比例,探索建立青年科研人员自主合理使用经费承诺制,相关部门在管理上要开辟绿色通道。”


李克强强调,国家杰出青年科学基金资助的青年科学家要起到带头表率作用,发挥自身榜样力量,引导更多青年崇尚科学、热爱科学,心无旁骛从事科学。


创新成果往往不是“计划”出来的



“创新成果往往不是‘计划’出来的。比如牛顿坐在苹果树下发现万有引力定律,就属于灵光一现的突发奇想。但这种突发奇想不是拍脑袋想出来的,而是厚积薄发的结果。”李克强说,“科学研究有其自身规律,我们必须尊重科学规律,尊重科学家,别总是想着用行政手段去‘规划’他们,而是要更多为他们营造心无旁骛、自由探索的良好氛围。”


李克强指出,要大力弘扬科学家精神,尊重科研规律,遵守科学伦理,既鼓励奇思妙想,又力戒浮躁,坚持严谨求实。探索把“杰青”基金当作国家“风投基金”来使用,既促进创新,又宽容失败,激励更多科技人员特别是青年人才勇闯科研“无人区”,催生更多科技“奇果异香”,为建设创新型国家作出更大贡献。(中国政府网)


35项“卡脖子”技术 制约中国创新发展


科技日报曾推出系列文章报道制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术,引起行业内的广泛关注与讨论。先进制造业公众号现摘录如下:

1、光刻机

《这些“细节”让中国难望顶级光刻机项背》(科技日报4月19日)


制造芯片的光刻机,其精度决定了芯片性能的上限。在“十二五”科技成就展览上,中国生产的最好的光刻机,加工精度是90纳米。这相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。而国外已经做到了十几纳米。

光刻机里有两个同步运动的工件台,一个载底片,一个载胶片。两者需始终同步,误差在2纳米以下。两个工作台由静到动,加速度跟导弹发射差不多。在工作时,相当于两架大飞机从起飞到降落,始终齐头并进一架飞机上伸出一把刀,在另一架飞机的米粒上刻字,不能刻坏了。

2、芯片

《中兴的“芯”病,中国的心病》(科技日报4月20日)

资料图。(图文无关) 中新社记者 泱波 摄

低速的光芯片和电芯片已实现国产,但高速的仍全部依赖进口。国外最先进芯片量产精度为10纳米,我国只有28纳米,差距两代。据报道,在计算机系统、通用电子系统、通信设备、内存设备和显示及视频系统中的多个领域中,我国国产芯片占有率为0。

3、操作系统

《丧失先机,没有自研操作系统的大国之痛》(科技日报4月23日)


普通人看到中国IT业繁荣,认为技术差距不大,实则不然。3家美国公司垄断手机和个人电脑的操作系统。数据显示,2017年安卓系统市场占有率达85.9%,苹果IOS为14%。其他系统仅有0.1%。这0.1%,基本也是美国的微软的Windows和黑莓。没有谷歌铺路,智能手机不会如此普及,而中国手机厂商免费利用安卓的代价,就是随时可能被“断粮”。

4、航空发动机短舱

《居者无其屋,国产航空发动机的短舱之困》(科技日报4月24日)


飞机上安放发动机的舱室,俗称“房子”,是航空推进系统最重要的核心部件之一,其成本约占全部发动机的1/4左右。短舱需要将发动机包覆,减少飞行阻力;其进气道还要具有防、除冰的能力;飞行中,要保护发动机不受干扰正常工作;在地面,需要做到方便发动机的维护和维修,一旦短舱有损,飞行中可能会引起发动机严重事故。短舱越大技术难度越高。我国在这一重要领域尚属空白。查阅所有公开资料,我国尚无自主研制短舱的专门机构,相关院校似乎也没有设置相关的学科。

5、触觉传感器

《传感器疏察,被愚钝的机器人“国产触觉”》(科技日报4月25日)


触觉传感器是工业机器人核心部件。精确、稳定的严苛要求,拦住了我国大部分企业向触觉传感器迈进的步伐,目前国内传感器企业大多从事气体、温度等类型传感器的生产。在一个有着100多家企业的行业中,几乎没有传感器制造商进行触觉传感器的生产。日本阵列式传感器能在10厘米×10厘米大小的基质中分布100个敏感元件,售价10万元,而国内产品多为一点式,一般100元一个。

6、真空蒸镀机

《真空蒸镀机匮缺:高端显示屏上的阴影》(科技日报4月26日)


OLED面板制程的“心脏”。日本Canon Tokki独占高端市场,掌握着该产业的咽喉。业界对它的年产量预测通常在几台到十几台之间。有钱也买不到,说的就是它。Canon Tokki能把有机发光材料蒸镀到基板上的误差控制在5微米内(1微米相当于头发直径的1%),没有其他公司的蒸镀机能达到这个精准度。目前我国还没有生产蒸镀机的企业,在这个领域我们没什么发言权。

7、手机射频器件

《射频器件:仰给于人的手机尴尬》(科技日报5月7日)


一块手机的主板上,1/3的空间是射频电路。手机发展趋势是更轻薄,功耗更小,频段更多,带宽更大,这就向射频芯片提出了挑战。射频芯片将数字信号转化成电磁波,4G手机要支持十几个频段,信息带宽几十兆。2018年,射频芯片市场150亿美元;高端市场基本被Skyworks、Qorvo和 博通3家垄断,高通也占一席之地。射频器件的另一个关键元件——滤波器,国内外差距更大。手机使用的高端滤波器,几十亿美元的市场,完全归属Qorvo等国外射频器件巨头。中国是世界最大的手机生产国,但造不了高端的手机射频器件。这需要材料、工艺和设计经验的踏实积累。

8、iCLIP技术

《“靶点”难寻,国产创新药很迷惘》(科技日报5月8日)


iCLIP是一种新兴的实验技术,是研发创新药的最关键的技术之一。它的发明,让人们抛弃精密的观测仪器,也能确定RNA(核糖核酸)和蛋白质在哪个位置“交汇”,甚至可以读出位点“密码”。iCLIP技术难,犹如万千人海中找一个人,要从几十亿个碱基对找到一个或几个确定的结合点,精确度可想而知。国外研究团队已在此领域展开“技术竞赛”,研究论文以几个月为周期轮番上演。国内实验室却极少有成熟经验。

9、重型燃气轮机

《“命门火衰”,重型燃气轮机的叶片之殇》(科技日报5月9日)


燃气轮机广泛应用于舰船、火车和大型电站。我国具备轻型燃机自主化能力;但重燃仍基本依赖引进。国际上大的重燃厂家,主要是美国GE、日本三菱、德国西门子、意大利安萨尔多4家。与中国合作都附带苛刻条件:设计技术不转让,核心的热端部件制造技术也不转让,仅以许可证方式许可本土制造非核心部件。没有自主化能力,意味着我国能源安全的重要一环,仍然受制于人,存在被“卡脖子”的风险。

10、激光雷达

《激光雷达昏聩,让自动驾驶很纠结》(科技日报5月10日)


激光雷达是个传感器,自带光源,主动发出激光,感知周围环境,像蝙蝠通过超声波定位一样。它是自动驾驶汽车的必备组件,决定着自动驾驶行业的进化水平。但在该领域,国货几乎没有话语权。目前能上路的自动驾驶汽车中,凡涉及激光雷达者,使用的几乎都是美国Velodyne的产品,其激光雷达产品是行业标配,占八成以上市场份额。

11、适航标准

《适航标准:国产航发又一道难迈的坎儿》(科技日报5月11日)


一款航空发动机要想获取一张放飞证,必须经过一套非常严格的“适航”标准体系验证,涵盖设计、制造、验证和管理。但目前在国际上,以FAA和欧洲航空安全局(EASA)的适航审定影响力最大,认可度最高。尽管在规章要求层面,中国与FAA基本一致,但由于国产航空发动机型号匮乏,缺乏实际工程实践经验,使我国适航规章缺少相应的技术支撑。实际型号的适航验证工作,成为被卡在别国空域之外的关隘。

12、高端电容电阻

《没有这些诀窍,我们够不着高端电容电阻》(科技日报5月14日)


电容和电阻是电子工业的黄金配角。中国是最大的基础电子元件市场,一年消耗的电阻和电容,数以万亿计。但最好的消费级电容和电阻,来自日本。电容市场一年200多亿美元,电阻也有百亿美元量级。所谓高端的电容电阻,最重要的是同一个批次应该尽量一致。日本这方面做得最好,国内企业差距大。国内企业的产品多属于中低端,在工艺、材料、质量管控上,相对薄弱。

13、核心工业软件

《核心工业软件:智能制造的中国“无人区”》(科技日报5月17日)


中国的核心工业软件领域,基本还是“无人区”。工业软件缺位,为智能制造带来了麻烦。工业系统复杂到一定程度,就需要以计算机辅助的工业软件来替代人脑计算。譬如,芯片设计生产“必备神器”EDA工业软件,国产EDA与美国主流EDA工具相较,设计原理上并无差异,但软件性能却存在不小差距,主要表现在对先进技术和工艺支持不足,和国外先进EDA工具之间存在“代差”。国外EDA三大巨头公司Cadence、Synopsys及Mentor,占据了全球该行业每年总收入的70%。发展自主工业操作系统+自主工业软件体系,刻不容缓。

14、 ITO靶材

《烧不出大号靶材,平板显示制造仰人鼻息》(科技日报5月18日)


ITO靶材不仅用于制作液晶显示器、平板显示器、等离子显示器、触摸屏、电子纸、有机发光二极管,还用于太阳能电池和抗静电镀膜、EMI屏蔽的透明传导镀膜等,在全球拥有广泛的市场。ITO膜的厚度因功能需求而有不同,一般在30纳米至200纳米。在尺寸的问题上,国内ITO靶材企业一直鲜有突破,而后端的平板显示制造企业也要仰人鼻息。烧结大尺寸ITO靶材,需要有大型的烧结炉。国外可以做宽1200毫米、长近3000毫米的单块靶材,国内只能制造不超过800毫米宽的。产出效率方面,日式装备月产量可达30吨至50吨,我们年产量只有30吨——而进口一台设备价格要花一千万元,这对国内小企业来说无异于天价。

每年我国ITO靶材消耗量超过1千吨,一半左右靠进口,用于生产高端产品。

15、核心算法

《算法不精,国产工业机器人有点“笨”》(科技日报5月22日)


中国已经连续5年成为世界第一大机器人应用市场,但高端机器人仍然依赖于进口。由于没有掌握核心算法,国产工业机器人稳定性、故障率、易用性等关键指标远不如工业机器人“四大家族”发那科(日本)、ABB(瑞士)、安川(日本)、库卡(德国)的产品。核心算法差距过大,导致国产机器人稳定性不佳,故障率居高不下。算法的差距不只体现在核心控制器上,更拖慢了伺服系统响应的速度。

机器人每完成一个动作,需要核心控制器、伺服驱动器和伺服电机协同作战。对于单台伺服系统,国产机器人动态与静态精度都很高,但高端机器人一般同时有6台以上伺服系统,用传统的控制方法难以取得好的控制效果。

16、 航空钢材

《航空钢材不过硬,国产大飞机起落失据》(科技日报5月23日)

无论起飞还是降落,起落架都是支撑飞机的唯一部件,尤其是在飞机降落阶段,其承载的载荷不仅仅来自机身重量,还有飞机垂直方向的巨大冲力。因此,起落架的材料强度必须十分优异,只能依靠特种钢材才行。目前使用范围最广的是美国的300M钢,该材料采用真空热处理技术,避免了渗氢,零件表面光亮,无氧化脱碳、增碳和晶界氧化等缺陷,提高了表面质量。而国内用于制作起落架的国产超强度钢材有时会出现点状缺陷、硫化物夹杂、粗晶、内部裂纹、热处理渗氢等问题,这些问题都与冶炼过程中纯净度不够有关系。所以我国在高纯度熔炼技术方面与美国还有较大差距,存在很大提升空间。

17、 铣刀

《为高铁钢轨“整容”,国产铣刀难堪重任》(科技日报5月24日)


随着我国近年来高铁的迅猛建设,钢轨养护问题也愈加让业内专家忧心。若养护不到位,不仅折损生命周期,还存在高风险隐患。我国自主创新研发的双动力电驱铣磨维护机器人装备——被称为钢轨‘急救车’的铣磨车可为钢轨“保驾护航”。但铣磨车最核心部件铣刀仍需从国外进口。铣刀的材料是一种超硬合金材料。对其中金属成分我们已然了解,但就是不知人家是怎么配比、合成的,如同琢磨某种中药的祖传秘方、各种药材比例是多少,都不甚明了。

18、高端轴承钢

《高端轴承钢,难以补齐的中国制造业短板》(科技日报5月25日)

作为机械设备中不可或缺的核心零部件,轴承支撑机械旋转体,降低其摩擦系数,并保证其回转精度。无论飞机、汽车、高铁,还是高精密机床、仪器仪表,都需要轴承。这就对其精度、性能、寿命和可靠性提出了高要求。而我国的制轴工艺已经接近世界顶尖水平,但材质——也就是高端轴承用钢几乎全部依赖进口。

高端轴承用钢的研发、制造与销售基本上被世界轴承巨头美国铁姆肯、瑞典SKF所垄断。前几年,他们分别在山东烟台、济南建立基地,采购中国的低端材质,运用他们的核心技术做成高端轴承,以十倍的价格卖给中国市场。炼钢过程中加入稀土,就能使原本优质的钢变得更加“坚强”。但怎么加,这是世界轴承巨头们的核心秘密。

19 、高压柱塞泵

《高压柱塞泵,鲠在中国装备制造业咽喉的一根刺》(科技日报5月28日)


液压系统是装备制造业的关键部件之一,一切工程领域,凡是有机械设备的场合,都离不开液压系统。高压柱塞泵是高端液压装备的核心元件,被称作液压系统的“心脏”。中国液压工业的规模在2017年已经成为世界第二,但产业大而不强,尤其是额定压力35MPa以上高压柱塞泵,90%以上依赖进口。国内生产的液压柱塞泵与外国品牌相比,在技术先进性、工作可靠性、使用寿命、变量机构控制功能和动静态性能指标上都有较大差距,基本相当于国外上世纪90年代初水平。

20 、航空设计软件

《航空软件困窘,国产飞机设计戴上“紧箍咒”》(科技日报5月30日)

自上世纪80年代后,世界航空业就迈入数字化设计的新阶段,现在已经达到离开软件就无法设计的高度依赖程度。设计一架飞机至少需要十几种专业软件,全是欧美国家产品。国内设计单位不仅要投入巨资购买软件,而且头戴钢圈,一旦被念“紧箍咒”,整个航空产业将陷入瘫痪。据媒体报道,设计歼-10飞机时,主起落架主承力结构的整个金属部件是委托国外制造。但造完之后,起落架的收放出现问题,有5毫米的误差,只好重新订货制造。仅仅是这一点点的误差,影响了歼-10首飞推迟了八九个月。没有全数字化的软件支撑,任何一点细微的误差,都可能成为制造业的梦魇。

21 、光刻胶

《中国半导体产业因光刻胶失色》(科技日报5月31日)

我国虽然已成为世界半导体生产大国,但面板产业整体产业链仍较为落后。目前,LCD用光刻胶几乎全部依赖进口,核心技术至今被TOK、JSR、住友化学、信越化学等日本企业所垄断。就拿在国际上具有一定竞争实力的京东方来说,目前已建立17个面板显示生产基地,其中有16个已经投产。但京东方用于高端面板的光刻胶,仍然由国外企业提供。光刻胶主要成分有高分子树脂、色浆、单体、感光引发剂、溶剂以及添加剂,开发所涉及的技术难题众多,需从低聚物结构设计和筛选、合成工艺的确定和优化、活性单体的筛选和控制、色浆细度控制和稳定、产品配方设计和优化、产品生产工艺优化和稳定、最终使用条件匹配和宽容度调整等方面进行调整。因此,要自主研发生产,技术难度非常之高。

22 、高压共轨系统

《高压共轨不中用,国产柴油机很受伤》(科技日报6月4日)


电控柴油高压共轨系统相当于柴油发动机的“心脏”和“大脑”,其品质的好坏,严重影响发动机的使用。柴油机产业是推动一个国家经济增长、社会运行的重要装备基础。中国是全球柴油发动机的主要市场和生产国家,而在国内的电控柴油机高压共轨系统市场,德国、美国和日本等企业占据了绝大份额。和国外先进公司的产品相比,国产高压共轨系统在性能、功能、质量及一致性上还存在一定的差距,成本上的优势也不明显。

23、 透射式电镜

《我们的蛋白质3D高清照片仰赖舶来的透射式电镜》(科技日报6月6日)

冷冻电镜可以拍摄微观结构高清3d“彩照”,是生命科学研究的利器,透射式电镜的生产能力是冷冻电镜制造能力的基础之一。目前世界上生产透射电镜的厂商只有3家,分别是日本电子、日立、FEI,国内没有一家企业生产透射式电镜。匹配冷冻电镜使用的工具都需要原装,零件坏了找不到人修理,只能等待零件邮寄到货后进行更换。对于中国的冷冻电镜使用者们来说,这样的体验可能还要持续不短的时间。

24 、掘进机主轴承

《自家的掘进机却不得不用别人的主轴承》(科技日报6月7日)


主轴承,有全断面隧道掘进机的“心脏”之称,承担着掘进机运转过程的主要载荷,是刀盘驱动系统的关键部件,工作所处状况十分恶劣。与直径仅有几百毫米的传统滚动轴承相比,掘进机主轴承直径一般为几米,是结构最复杂的一种轴承,制造需要上百道工序。就掘进机整机制造能力而言,国产掘进机已接近世界最先进水平,但最关键的主轴承全部依赖进口。德国的罗特艾德、IMO、FAG和瑞典的SKF占据市场。

25、 微球

《微球:民族工业不能承受之轻》(科技日报6月12日)

微球,直径是头发粗细的三十分之一。手机屏幕里,每平方毫米要用一百个微球,撑起了两块玻璃面板,相当于骨架,在两块玻璃面板的缝隙里,再灌进液晶。少了它,你正盯着的液晶屏幕将无法生产。没有微球,芯片生产、食品安全检测、疾病诊断、生物制药、环境监测……许多行业都会陷入窘境。仅微电子领域,中国每年就要进口价值几百亿元人民币的微球。2017年中国大陆的液晶面板出货量达到全球的33%,产业规模约千亿美元,位居全球第一。但这面板中的关键材料——间隔物微球,以及导电金球,全世界只有日本一两家公司可以提供。这些材料也像芯片一样,给人卡住了脖子。

26 、水下连接器

《水下连接缺国产利器,海底观测网傍人篱壁》(科技日报6月13日)


除了船舶、遥感卫星,海底观测网已成为第三种海洋观测平台——通过它,人类可以深入到水下观测和认识海洋。如果将各类缆系观测平台比作胳膊、腿,水下连接器就好比关节,对海底观测网系统的建设、运行和维护有着不可替代的作用。目前我国水下连接器市场基本被外国垄断。一旦该连接器成为禁运品,整个海底观测网的建设和运行将被迫中断。

27 、燃料电池关键材料

《少了三种关键材料,燃料电池商业化难成文章》(科技日报6月14日)

国外的燃料电池车已实现量产,但我国车用燃料电池还处在技术验证阶段。我国车用燃料电池的现状是——几乎无部件生产商,无车用电堆生产公司,只有极少量商业运行燃料电池车。多项关键材料,决定着燃料电池的寿命和性能。这些材料我国并非完全没有,有些实验室成果甚至已达到国际水平。但是,没有批量生产线,燃料电池产业链依然梗阻。关键材料长期依赖国外,一旦遭遇禁售,我国的燃料电池产业便没有了基础支撑。

28 、高端焊接电源

《国产焊接电源“哑火”,机器人水下作业有心无力》(科技日报6月20日)

我国是海洋大国,拥有300多万平方公里海域,正在大力发展高端海洋资源开发和海洋维权装备。海里的设备一旦出现开裂等故障,需要用有工业制造“缝纫机”之称的焊接装备修补。深海焊接的实现靠水下机器人。虽然我国是全球最大焊接电源制造基地,年产能已超1000万台套,但高端焊接电源基本上仍被国外垄断。我国水下机器人焊接技术一直难以提升,原因是高端焊接电源技术受制于人。国外焊接电源全数字化控制技术已相对成熟, 国内的仍以模拟控制技术为主。

29 、锂电池隔膜

《一层隔膜两重天:国产锂电池尚需拨云见日》(科技日报6月21日)


作为新能源车的“心脏”,国产锂离子电池(以下简称锂电池)目前“跳”得还不够稳。电池四大核心材料中,正负极材料、电解液都已实现了国产化,唯独隔膜仍是短板。高端隔膜技术具有相当高的门槛,不仅要投入巨额的资金,还需要有强大的研发和生产团队、纯熟的工艺技术和高水平的生产线。高端隔膜目前依然大量依赖进口。

30 、医学影像设备元器件

《拙钝的探测器模糊了医学影像》(科技日报6月25日)

目前国产医学影像设备的大部分元器件依赖进口,至少要花10年、20年才能达到别人的现有水平。在传统医学成像(CT、磁共振等)上,中国最早的专利比美国平均晚20年。在专利数量上,美国是我国的10倍。这意味着整个产业已经完全掌握在国外企业的手里了,所有的知识产权,所有的原创成果,所有的科研积累都在国外,中国只占很少的一部分。

31 、超精密抛光工艺

《通往超精密抛光工艺之巅,路阻且长》(科技日报6月26日)


超精密抛光工艺在现代制造业中有多重要,其应用的领域能够直接说明问题:集成电路制造、医疗器械、汽车配件、数码配件、精密模具、航空航天。“它是技术灵魂”。美日牢牢把握了全球市场的主动权,其材料构成和制作工艺一直是个谜。换言之,购买和使用他们的产品,并不代表可以仿制甚至复制他们的产品。

32 、环氧树脂

《环氧树脂韧性不足,国产碳纤维缺股劲儿》(科技日报6月27日)

碳纤维质量能比金属铝轻,但强度却高于钢铁,还具有耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变等特性,其中一个关键的复合辅材就是环氧树脂。但目前国内生产的高端碳纤维,所使用的环氧树脂全部都是进口的。目前,我国已能生产T800等较高端的碳纤维,但日本东丽掌握这一技术的时间是上世纪90年代。相比于碳纤维,我国高端环氧树脂产业落后于国际的情况更为严重。

33 、高强度不锈钢

《去不掉的火箭发动机“锈疾”》(科技日报6月28日)

用于火箭发动机的钢材需具备多种特性,其中高强度是必须满足的重要指标。然而,不锈钢的强度和防锈性能,却是鱼和熊掌般难以兼得的矛盾体。火箭发动机材料如果如果严重生锈,将带来很大影响。完全依靠材料自身实现高强度和防锈性能兼备,这是世界性难题。现在,我国航天材料大多用的是国外上世纪六七十年代用的材料,发达国家在生产过程中会严格控制杂质含量,如果纯度不达标,便重新回炉,但国内厂家往往缺乏这种严谨的态度。

34 、数据库管理系统

《数据库管理系统:中国还在寻找“正确打开方式”》(科技日报7月2日)

目前全世界最流行的两种数据库管理系统是Oracle和MySQL,都是甲骨文公司旗下的产品。竞争者还有IBM公司以及微软公司的产品等。甲骨文、IBM、微软和Teradata几家美国公司,占了大部分市场份额。数据库管理系统国货也有市场份额,但只是个零头,其稳定性、性能都无法让市场信服,银行、电信、电力等要求极端稳妥的企业,不会考虑国货。

35 、扫描电镜

《扫描电镜“弱视”,工业制造难以明察秋毫》(科技日报7月3日)


扫描电子显微镜,一种高端的电子光学仪器,它被广泛地应用于材料、生物、医学、冶金、化学和半导体等各个研究领域和工业部门,被称为“微观相机”目前我国科研与工业部门所用的扫描电镜严重依赖进口,每年我国花费超过1亿美元采购的几百台扫描电镜中,主要产自美、日、德和捷克等国。国产扫描电镜只占约5%—10%。

实施工业强基工程,走自主创新之路

中国制造业要想解决“卡脖子”问题实现高质量发展,都需要工业基础科学技术的提高作支撑。制造强国战略强调智能制造是主攻方向,但是如果我们的基础技术没有打牢固,智能制造就没有了根基。工信部等部门也陆续出台了一系列政策来推进工业强基的建设。

为解决制约我国工业发展的上述问题,工信部于2014年发布了《关于加快推进工业强基的指导意见》,提出加快推进工业强基,提升关键基础材料、核心基础零部件(元器件)、先进基础工艺、产业技术基础(简称工业“四基”)发展水平,夯实工业发展基础,推进工业大国向工业强国转变。2015年,强化工业基础能力列入制造强国战略的九大战略任务之一。2016年4月,工信部、发改委、科技部、财政部联合发布了《工业强基工程实施指南(2016-2020年)》,工业强基战略进入了全面实施阶段。中国工程院也启动了工业强基工程,其中聚焦八个领域:超大型构件先进成形及加工制造工艺“一条龙”推进路线图研究、先进轨道交通装备用轴承以及IGBT“一条龙”推进路线图研究、机器人关键部件“一条龙”推进路线图研究、工程机械高压油泵、多路阀、马达“一条龙”推进路线图研究、高性能难熔难加工合金大型复杂构件增材制造“一条龙”推进路线图研究、汽车发动机电喷系统“一条龙”推进路线图研究、智能制造传感器“一条龙”推进路线图研究、稀土磁性材料“一条龙”推进路线图研究。这些一条龙的推进计划,包括超大型构件(百吨级以上的)、高铁先进轨道的轴承、机器人的关键技术、大型复杂部件增材制造等等。工信部陆续组织开展工业强基工程重点产品、工艺“一条龙”应用计划等工作,切实推进工业强基工作。

国外加强制造基础能力举措

近年来,美、英等国在“再工业化战略”指引下,采取多种举措加强制造领域竞争关键共性技术(关键部件、基础材料及先进基础工艺)的研发能力,同时,又特别强调加强制造基础能力与信息化深度融合。

2015年,中国工程院组团去美国考察了美国先进制造的一些做法。美国要建一批制造创新研究院,正好和工业和信息化部建立一批指导中心的思路大体上吻合。美国创建新研究院主要的原因是在美国看来,它们的制造创新存在着缺位。他们考察了德国的制造创新是六个阶段:第一、第二阶段是基础研究、概念研究;第三、第四阶段是实验室实验和制造能力的验证;第五、第六阶段是生产的效率与考核。分析了美国的特点,高校基本上聚焦在一二阶段,企业重点是在五六阶段,因此三四阶段是个缺位。美国成立一批创新研究院组成网络,就是要解决缺位的问题。美国制造创新研究院有四大特点:第一非营利;第二从事共性技术,为大中小企业服务;第三成果共享,现在很多国家成果不能共享;第四是建立强有力的产学研联盟。

美国有一百家企业、高校和社区学院都参加了创新研究院的组建。九个创新研究院,其中三个和智能制造有关;三个和技术材料、工艺有关,譬如轻量化材料、复合材料,甚至对各类型的纺织品都作为重要的方面委托麻省理工学院组织;三个和元器件动力电池有关。美国已经是超级大国,但仍然十分重视基础能力和融合建设。

再看英国。英国建立了八个技术创新中心,其中和制造有关的HVM(高端制造)任务就是加快英国制造业的发展。2010年,英国建立高价值制造(HVM)技术与创新中心,中心下成立了先进成形技术、先进制造、过程创新、制造技术、国家复合材料等7个高价值制造技术与创新中心,聚焦于先进和前沿制造技术的创新发展的产业化。其中5所聚焦先进基础工艺与材料研发。

英国罗·罗公司参与了英国和美国的HVM技术与创新中心研究和开发。在建立创新中心的同时,美国、英国十分重视材料与工艺关键技术和数字化技术的融合。美国达帕是美国国防部的智库,国防先进研究计划所,以往研究一个产品到投入生产要12个月的时间,现在大大加快了研发进程,他们提出的口号是“用信息化技术把研发周期缩短一半,把研发经费减少一半”。

美国通用电器研发航空发动机单晶叶片制造技术,将工艺模拟、组织模拟等等连接在一起,等于是在虚拟环境下已经把叶片做成,然后再到物理环境下进行实验。英国罗·罗公司全流程建模仿制涡轮盘全过程,从锻造开片、热处理、焊接一直到最后预测寿命。这些对我国航空发动机公司的技术发展路径都有很大启发。

再举一例,美国通用电气公司采用由10000个处理器组成的高性能计算机(HPC),模拟和优化了航空发动机喷嘴设计,大大提高了发动机的效率。最后效果既省了油,又提高了效率,解决了问题。我国要加快提升工业技术,就要用新的方法,在过去基础上做技术改进是试错法,不利于工业技术的快速突破。





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