工业强基是建设制造强国的关键

2019-05-23 11:25

  2014年3月份,中国工程院启动了工业强基战略研究。2015年,《中国制造2025》政策颁布,是建设制造强国的纲领性文件。《中国制造2025》提出,建设制造强国需要实施五大工程,包括创新体系构造、智能制造工程、绿色制造工程、工业强基工程、高端装备制造工程,其中工业强基是重要组成部分。为此在《中国制造2025》颁布后,中国工程院于今年6月份又启动了工业强基二期咨询项目,提供进一步的实施工业强基工程战略咨询。

  我国工业基础现状

  我国工业基础的现状是中国制造业大而不强,原因有很多,主要是缺乏核心和关键共性技术。关键基础零部件元器件、关键基础材料、先进基础工艺及相应的产业技术基础,简称四基。四基已经成为制约我国工业由大变强的关键,也是制约我国提高技术创新能力和全球竞争力的瓶颈所在。

  高端装备、关键技术材料、核心基础零部件严重依赖于进口。例如数控机床,我国高档数控机床特别是配套的高档数控系统90%依靠进口。我国高档数控机床主要存在的问题可靠性、尺寸稳定性差,至今仍然没有完全解决,出厂产品超过了国外的指标,但产品使用三个月或半年后,其可靠性、耐疲劳性就出现问题,这其中牵扯到技术材料和工艺等问题,也是基础工业的问题。

  同样,我国已经是全世界机器人消费大国,但高端工业机器人还是严重依赖于进口。据2015年的数据显示,我国应用的机器人中80%是进口的,而20%我国自己做的机器人里面的绝大部分核心零部件,包括变速器、减速机也是采购国外的产品。换句话说,我们是用了外国的机器人来替换中国的劳动力。

  再谈谈航空发动机。加快实现航空发动机及燃气轮机自主研发和制造生产成为我国航空工业发展的重要目标。C929大飞机已经下线,很快就要上天了,全国人民非常高兴。但是全发动机零件是引进的、大部分的材料也是引进的。商用大型航空发动机全部引进、重型燃气轮机制造技术依赖国外,也是当今我国航空工业发展必须要解决的问题。其中,重型燃气轮机的主要技术基本上依靠国外。我们了解,重型燃气轮机最核心的零件一盘一片,一个小小的叶片高温定向引入叶片,一公斤左右,就是一辆汽车的价钱。这个技术涉及到高温核心叶片制造技术和重要材料工艺,而这些方面我国仍然没有找到合适的解决方法。

  虽然《中国制造2025》提出五大工程,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。《中国制造2025》提出2020年的目标是初步建成中国制造的新体系,到2025年基本上成为完善的供给自主体系等等,这些都需要工业基础科学技术的提高作支撑。

  为了配合中国制造2025,中国工程院又启动了工业强基二期,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。

  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。

  平台建设是关键

  工业强基作为中国制造2025的重要工程之一,未来仍将是我国工业发展的一项重要工作。首先,要提高创新能力,突破智能制造,四基是技术支撑,同时要发扬工匠精神,长期坚持,持之以恒。然后,要加强四基创新能力及平台建设来提升工业基础能力,要发挥政府的重要引导作用。同时,要建设一批独立、非营利为目的,能为跨行业、或全行业服务的先进的、关键的、竞争前共性基础材料及工艺(TRL-4到TRL-6)创新研究中心。另外,我国提升工业基础创新能力,要与数字化、信息化技术深度融合,要充分发挥产学研用积极性,组建联盟,分工合作,各司其职,协同创新。

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