2025年12月28日,由中国制造强国年会组委会、中制智库主办的第十届中国制造强国年会,以“实体为根 向新而行”为主题,在北京万达文华酒店成功召开。科技部原副部长,季华实验室理事长、主任曹健林,以《中国高端装备制造的创新之路》为主题,作主旨演讲。
高端装备是实现工业强基的重要一环,《中国制造2025》提出的十大领域中前5个领域都和高端装备有关。下面我以精密、超精密装备为代表,讲一讲中国高端装备制造的创新之路。
我先做个自我介绍。我曾在中科院工作,从长春光机所到中科院院部,后调任科技部副部长,分管高新技术领域,因此对李毅中部长和苏波部长提到的高新技术领域研发技术工作十分熟悉,听来倍感亲切。
苏部长在报告中提到,今年是《中国制造2025》的收官之年,我与苏部长回忆起相关历程,感触颇深。我曾与“两弹一星”元勋们共事,我的导师是中国现代光学创始人、“两弹一星”元勋王大珩先生。
我出生于1955年,正是钱学森老先生回国之年。在他回国50周年时,中科院力学所组织了小型研讨会,当时钱老卧床,委托秘书代为发言。他说,他们那代人上世纪50年代从国外回来,投身中国科学技术事业,只为让中国“不挨打、吃饱饭”。当时我作为中科院副院长表态,我们这代人要接过前辈的衣钵,让中国富强起来,坚持自主创新。
经过这些年的发展,我们从“不挨打,吃饱饭”到“自主创新,自立自强”。如今,中国制造业占全球比重已超过30%,就一般装备而言,中国的装备产业规模和制造能力均居世界前列,造船、汽车等也属于装备制造范畴。中国庞大的制造业实力和高速发展势头,引发了发达国家的恐慌,这也是近年来国际环境变化的根本原因之一。
2006年我到科技部工作,分管高新和国际合作领域时便深有体会,所有发达国家与我沟通时,都关注中国发展速度,有些甚至直白表示,中国的发展会“砸他们的饭碗”。当然,世界是命运共同体,理应共享发展成果,但中国的发展的潜在能力和势头,确实成为部分发达国家打压我们的重要原因。
我长期深耕的领域,业界通常以芯片、显示和光伏为代表,称之为“泛半导体”产业。如今中国在该产业全球格局中占据举足轻重的地位:光伏产业是“龙头老大”,既大又强,研发实力突出;显示产业顶级规模,但竞争力仍需提升;芯片产业规模和实力都有待加强,但正奋起直追。
我本专业是光学,出国留学期间见证了光学技术进步与产业高质量发展。15岁时我便成为工人,77届恢复高考前,做过2年纺织工人、5年多酿酒工人。我成长于长春这座工业城市,发小多为工人,从小便了解各种类型的产品的制作的完整过程,亲历了中国工业及有关技术的发展变迁。出国前,我由中科院长春光机所派往日本留学,当时日本实验室的条件远优于我们,但长春光机所作为中国现代光学发源地,也是国内顶尖的装备研究机构。如今再走向世界,我们的装备水平和人才实力已跻身世界前列。
在肯定进步的同时,我也想分析当前存在的问题与困难。现代工业有三大基础:能源、材料、芯片。若将中国现代工业比作一个人,材料便是骨架和肌肉,能源是粮食,芯片则是大脑和神经。工业现代化的核心是先进制造,支撑三大基础发展的关键也正是先进制造。目前我国在能源和材料领域相对来说比较强,芯片领域则较为薄弱,亟需奋起直追。
提及芯片,就必须谈到先进制造。工业现代化的核心是先进制造,直白来说,就是制造精度不断的提高,甚至低至两纳米量级;产品复杂度持续增加,一部机器可能包含几十万甚至上百万零件,一套基础软件有几千万行代码,大型软件代码量更是高达上亿行;同时,制作的完整过程越来越自动化、智能化,具备执行、记忆、学习能力。
先进制造最典型、最重要的产品便是芯片,而支撑芯片产业的基础技术包括工程光学、精密机械、精密控制和新材料,这些也是我国制造业技术攻关的重中之重。在芯片(集成电路)产业中,我们最缺的是核心装备,这一问题不仅存在于集成电路领域,在航空航天、仪器仪表、高端机床等多个制造领域同样存在。2008年国家重大专项启动以来,我们在核心装备研发方面积累了不少经验,但也暴露了诸多问题。
要解决这样一些问题,第一步是要“知己知彼”,分析当前制造业的全球布局。二战后,随着科学技术进步、生产效率提升和产业资本对更多利润的追逐,制造业形成了“全球化”布局,从硬件角度可分为四类企业:第一类是生产制成品的企业,直接面向终端消费者;第二类是生产能源、材料及零部件的企业;第三类是生产装备、工具的企业;第四类是生产高端装备和特别的材料的企业(集成有关技术的顶配水平成果)。
尽管存在逆全球化趋势,但第一、二类企业已大量转移至发展中国家;第三、四类企业,尤其是第四类企业,仍全部集中在发达国家。这种产业分工和技术分布,决定了利润分配向第三、四类企业倾斜,尤其是竞争力强的企业,利润极高。
中国的第一、二类公司数众多,规模和实力位居世界前列,比如造船、汽车等行业企业均属于第一类,但其发展依赖装备支撑;第三类公司数较少,第四类企业目前基本处于空白状态。因此,“知己知彼”不能仅看产品市场占有率,更要关注背后的技术和装备支撑。装备的技术集成水平、关键元器件来源,才是技术实力的核心体现。
事实上,第三、四类企业支撑着第一、二类企业的工艺改进、效率提升和质量提高,产业升级的核心虽体现在第一、二类企业,但根本支撑来自第三、四类企业。而第三、四类公司数少、营业额有限,容易被控制,尤其是第四类企业不在我们手里,这正是我国面临诸多“卡脖子”问题的根源。
那么,什么是产业升级?对制造业而言,直接要求是第一、二类公司实现工艺改进、效率提升、质量提高(包括数字化改造),直至产品和生产的全部过程实现代际跨越,这也是公众、金融界和政府高度关注的领域。但问题随之而来:没有第三、四类企业,这些升级需求怎么来实现?还能从发达国家购买装备吗?国际环境已经改变,部分国家认为,此前向中国出售装备后,中国企业将产品成本大幅度降低,占据全球市场,因此2012年后,不少发达国家的大企业和政府官员明确说,不会再走这条道路。
因此,中国产业升级的核心与关键,是发展起自主可控、能满足第一、二类企业需求且具备竞争力的第三、四类企业。“知己知彼”是一个学习过程,拥有强大的第一、二类产业是我国的巨大优势,也是大国立身之本,更是新中国成立以来,特别是改革开放后最重要的发展成果。但过去我们对产业链的全方面了解不够深入,上世纪90年代初以来,我参与过诸多国家层面的大型研讨会,探讨集成电路等产业的发展路径。很多领导包括我以前也不太懂,好像说砸点钱攻关五年是不是能做出来?但事实上后来干上去以后,我们才知道,有必要了解在每个领域的产业链中,我们能干什么?还缺什么?我自己有太多这样的体会了。第一、二类企业对精度、效率、可靠性、稳定性、寿命等工艺和技术指标提出了更高的要求,这要求我们构建装备所需的各门学科和最新成果对应起来,并思考怎么样优化组合以最低的成本和代价来实现,这是那些重装备企业没办法完成的任务。
因此现在就必须要做到“知己知彼、不断地进步”,这也是中国科技和产业高质量发展的一大特色。在这点上很多发达国家的政府官员攻击我们,说“中国人是不安分的,你们不满足于产业链的一个位置,你们不断地往上游爬。”因为交流比较多了、比较熟悉之后,我就告诉他们,产业链上任何一个位置都不是天上掉下来,更不是永恒不变的,中国人不可能永远用“八亿件衬衫换一架飞机”,那样的日子一去不复返了,我们一定要向上走,不断进取。
如何有效组织、引导、促进本土第三、四类企业成长,以满足第一、二类企业的发展需求?这是一个艰巨且需在实践中破解的重大问题,各国国情不同,没有现成经验可循。我们一定要面对两个不可改变的事实:一是高端装备无法在大学和研究所直接研发成型,需要“演兵场”进行反复迭代完善;二是中国第一、二类企业的水平已较高,对装备的要求严苛,本土第三、四类企业需具备较高起点才能切入市场。
在分管重大专项期间,我与中芯国际、华虹等企业打交道时深刻体会到,这一些企业一条生产线投资数百亿,对装备的可靠性和性能要求极高,未经充分验证的装备根本达不到他们的要求。但目前我们多数大企业还没有精力搭建“演兵场”,导致不少企业因缺乏验证平台,不敢或不愿投入核心装备研发。他们清楚,产品难以一步达到应用要求。这一问题必须解决。
从科研这个方面来看,如果国产装备没有演示、验证和迭代提升的机会,那么我们相关基础研究也无法深入开展。这就形成了一个恶性循环。不破除这个恶性循环,发展中国的高端装备产业就是一句空话。
深入分析复杂装备的研发规律,我们得知其成功需要三支队伍长期、稳定、密切合作:第一支是“用装备的队伍”,大多分布在在大企业,负责发挥装备效能、察觉缺陷并提出改进方向;第二支是“造装备的队伍”,多诞生于新世纪,由研究院所改制或海归专家、科研人员创办,他们曾在国外的相关企业待过,有经验;第三支是“关键基础研发技术队伍”,主要分布在大学和科研机构。
第一,要“组织起来”。超大规模市场优势和制度优势是全球公认的中国两大优势,而这些优势的发挥离不开有效地组织。如何组织?首先要树立信心,战略上藐视困难。我国在基础科学领域已有良好基础,教育和普及成果举世公认,在材料科学、化学、工程、计算机科学等多个学科的高影响力论文占比位居世界前列。从技术角度看,发达国家能做到的,中国如今具备实现能力,缺的主要是条件和经验。我们经历了“不知道怎么做”到“知道但缺条件”,再到“知道并决心创造条件”的转变,在多个产业领域正以前所未有的规模和速度追赶。
现在很多发达国家都说中国将产品“干成白菜价”,是在“扰乱市场”,其实这是社会持续健康发展的正常规律。“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”,高端产品不应仅为发达国家独享,中国制造让普天下的劳动人民都能够用得上、用得起高端产品。
所谓“创造条件”,就是要用好我国终端产业优势,如家电、显示、电动车等领域,自主定义、设计、生产专用芯片,掌控全产业生态。
其次,要发挥“后发优势”,战术上重视困难。需明确目标、厘清差距、系统分析;立足长远打好基础,如加强基础条件建设和验证线布局,发展计算工程学(数字化和数字孪生技术);分步迭代,避免重复犯错,建设试验线和中试平台;减少相关成本,推行模块化设计与分系统研发;核心是将三支队伍组织起来协同攻关,有效组织是成败关键。
第二,要构建“一级总体部与二级总体部”体系。中国自2010年起便是全球第一制造业大国,制造业门类齐全、体系完整,这是巨大优势。制造业升级过程中,每个领域都需要能统筹全产业链需求、联动学科最新成果的总体部型研发机构。从国家需求、历史传承和现实条件出发,中央部委当年的总院和当前国资委领导的央企,应承担起“一级总体部”的历史责任。这并非走回头路,而是与时俱进解决发展需求。
第三,要发挥产业聚集区与地方政府的作用。我国形成了诸多规模庞大的产业聚集区,如赤水河流域的白酒,佛山的瓷砖、家具、铝合金加工,苏南的集成电路、光电器件、医疗装备等。这些产业对地方经济社会持续健康发展至关重要,希望地方政府围绕优势产业组建总体部型研发机构。
发展新质生产力是推动高水平发展的关键,而发展新质生产力的核心是推进产业升级,产业升级的重要任务是壮大高端装备产业。中国在改造传统产业和发展新兴起的产业两方面均有优势,也肩负重任,我们有责任用好这些优势,发展好高端装备产业。
发展过程中,我们一定要解决那些阻碍发展的体制机制问题。空洞的口号和一般性号召毫无意义,必须落实到行动中,在实践中学习、在实践中完善。国外的经验可以借鉴,但我国的国情、制度与国外不同,而且我们应该更快的发展速度,因此必须敢于探索、拒绝躺平。我们也特别希望在发展新兴起的产业和改造传统产业,尤其是在高端装备这方面开辟一条新路,为全国的高水平质量的发展作出更大的贡献。