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尤政:制造强国与工业基础的发展战略研究——传感器领域的颠覆性技术的发展  
分享: 2018年01月16日
     

尤政,中国工程院院士,中国科协智能制造学会联合体副理事长,清华大学副校长,教授

[编者按]我国已经进入由工业大国向工业强国迈进的关键时期。然而,工业基础能力薄弱成为制约我国工业核心竞争力提升和国际产业分工跃升的关键瓶颈,存在的突出问题有:自主创新能力不强,核心基础零部件/元器件、关键基础材料主要依赖进口,基础工艺和产业技术基础落后,国民经济和国防建设所需的重大成套装备、主机及人民生活所需的装配型工业产品陷入了“空壳化”的困境。2013年、2014年中国工程院会同工业和信息化部及国家质检总局相继开展了“制造强国战略研究”“工业强基战略研究”两个重大发展战略咨询项目研究。本文主要解析了“制造强国”“工业强基”的发展战略,介绍传感器技术领域的颠覆性技术——MEMS的进展并提出应对建议与措施。

一、制造强国与工业强基

制造业是立国之本,兴国之器,强国之基。制造业是实体经济的主体,是国民经济的脊梁,是国家安全和人民幸福安康的物质基础,是我国经济实现创新驱动、转型升级的主战场。

新中国成立后我国制造业经历了三个发展阶段:1949—1978年,形成比较独立完整的体系;1978—1990年,告别工业产品短缺时代;1990—2010年,产业规模持续扩大。2010年,我国制造业产出占世界比重的19.8%,超越美国的19.6%,成为全球制造业第一大国,这一成就世界瞩目,我国制造业进入新的发展阶段。

然而,我国制造业大而不强,存在以下问题:自主创新能力不强、基础薄弱、处于价值链低端、生产经营效率不高、产业结构不合理、产品质量问题突出、可持续发展乏力等。面临着发达国家高端制造业回归本土,发展中国家低端制造业低成本竞争优势,我国资源和环境双重约束,第三次工业革命给我国制造业带来难得的“机会窗口期”,城镇化及消费结构升级提供了巨大的市场需求空间,经济体制机制改革将加速制造业转型升级等新的挑战。

信息时代,我国制造业肩负着新的使命,“工业强基”是我国制造业的强盛之路,其基础是“四基”——关键基础材料、核心基础零部件/元器件(包括机械基础零部件、电子元器件、仪器仪表元器件)、先进基础工艺和产业技术基础。“四基”内涵丰富、涉及范围广,为了聚焦突破的重点,工业基础应按照三个原则确定重点:①大量进口“卡脖子”的产品和技术;②影响经济安全和国防安全的产品和技术,必须自主研发和产业化;③单靠市场不能解决,需要政府安排解决的产品和技术。

二、制造强国之基础——传感器技术

1.国内传感技术现状

核心传感元器件是“工业基石”,是工业赖以生存和发展的基础,直接决定重大装备和主机产品的性能、质量(寿命、可靠性、适用工况),但关键基础件发展滞后,核心传感元器件受制于人,已成为制约我国工业实现“由大变强”的主要障碍。

传感元器件的特点是量大面广,下游应用领域广泛,全球需求量大,能产生较大的经济效益和社会效益,其技术进步是下游整机应用行业技术创新的先决条件;三化程度高,适于专业化大批量生产;兼有材料密集型、劳动密集型和技术密集型产业的特点,同时面临着世界发达国家的低附加值零部件产业逐渐向外转移,实行全球采购的趋势。

“十一五”以来,在高速增长的需求拉动下,我国传感器行业发展也取得了长足的进步,对外依赖逐年减少,主要表现在:①产业规模进入世界前列;②产业布局基本形成;③中低档产品“基本”满足市场需求;④研发能力显著进步。虽然我国基础零部件和元器件总量规模已居世界前列,但我国工业在国际竞争中仍然处于弱势地位,与工业发达国家相比仍存在着阶段性差距,高端基础件对外依存度较高。主要表现在:①产业集中度低,中低档产品产能过剩;②研发及自主创新能力薄弱,核心技术受制于人;③行业共性技术研究缺位;④政策缺位。

传感器在机器人领域、智能汽车领域、机械领域都有着广泛的应用。其技术发展总趋势呈现出明显的特点:①产品技术与智能化技术相互融合;②模块化、组合化、集成化技术得到高度重视;③高性能和环保成为行业发展的主题;④广泛采用新材料、新工艺。核心传感器的技术发展趋势呈现出智能化、无线化、微型化、集成化、多样化的特点。

2.智能传感技术发展

微机电系统(MEMS)技术是特征尺度跨越微米和纳米两个邻接微小领域的高新技术,是信息化智能化的关键核心技术。在微能源、测试测量、环境监测、生物统计、安全保卫等领域具有非常广泛的应用。

MEMS传感器具有微型化、低成本、功耗低、高可靠、高精度、高度集成及高性能的特点,在前沿科技、汽车行业、医疗与健康监护、可穿戴与便携式系统、智能手机等军民两用领域都取得了迅速的发展。

应用驱动和技术驱动是MEMS传感器发展的两大驱动力,我国MEMS传感器的发展具有独特的特点:①具有特色的制造基地;②成立了专业研究机构;③成立了专业学会;④研究内容不断扩展;⑤MEMS走向应用与产业化初期;⑥学术交流十分活跃。

三、思考建议

从战略设计上来讲,将核心传感器技术上升为国家“制造强国”“工业强基”战略的重要组成部分,提升传感器自身的产业链,同时将市场竞争与政府引导相结合,综合提升传感器技术的市场竞争能力。

在传感器的发展方面,建立新体制的、面向行业的传感器技术与产品工程研究中心与创新研究院;建立高端传感器的公共加工平台与基地;建立自动化智能化核心传感器制造示范工程;建立高端传感器的试验验证公共平台;建立传感器产业集聚区以及配套政策;建立支持自主可控核心传感器税收优惠政策;支持和建立与传感器产业发展相配套的专业/职业人才培养体系。

(编辑:张则瑾  联系电话:68571891)

 
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