鄭佳

制造業(yè)是一個國家發(fā)展國民經(jīng)濟特別是發(fā)展工業(yè)的主要力量，也是提高一個國家綜合國力、保障國家安全、建設(shè)世界強國的必由之路。歷史一再證明，沒有強大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強盛。新中國成立尤其是改革開放以來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，建成了門類齊全、獨立完整的產(chǎn)業(yè)體系，有力推動了工業(yè)化和現(xiàn)代化進程，顯著增強了我國的綜合國力。過去十幾年間，發(fā)達國家把大批生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移到我國沿海地區(qū)，中國制造曾以“Made In China”的標志走到了世界的前沿，成為國人驕傲。

然而，長期以來，出口主力軍大都停留在紡織品等低附加值產(chǎn)品中，大而不強、多而不精，使得“Made In China”后來被冠以“低端廉價”的頭銜。在自主創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、資源利用效率、質(zhì)量效益等方面，我國制造業(yè)整體水平與國際先進水平差距明顯。當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革如火如荼，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑，以美國為首的西方發(fā)達國家正逐漸引導(dǎo)和促進制造業(yè)回歸本土，而以東盟國家為代表的發(fā)展中國家正在以更低生產(chǎn)成本承接國際制造業(yè)的轉(zhuǎn)移。面對來自發(fā)達國家對技術(shù)、市場的封鎖和發(fā)展中國家以更低生產(chǎn)成本承接國際轉(zhuǎn)移的“雙向擠壓”，如何在加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的歷史性時刻，實現(xiàn)從“制造大國”到“制造強國”的轉(zhuǎn)變是擺在我國政府和社會各界面前的一份重要考卷。

2015年5月8日，我國國務(wù)院發(fā)布了《中國制造2025》計劃，對推進實施制造強國戰(zhàn)略進行了全面部署，聚焦制造業(yè)綠色升級、智能制造、高端裝備創(chuàng)新3大方向，力爭通過3個10年的努力，到新中國成立100年時，把我國建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強國，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢打下堅實基礎(chǔ)。長期以來，材料業(yè)與制造業(yè)休戚與共、密不可分。材料是制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，歷史一再證明任何一項重大的科技突破都是建立在該領(lǐng)域的新材料技術(shù)突破的基礎(chǔ)之上，制造業(yè)的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整離不開新材料技術(shù)的推動與革新?！吨袊圃?025》的公布，對新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了更高更新的要求，必然引爆新材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域一次重大的變革。

一、制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型催生新材料的互聯(lián)網(wǎng)思維

近20年來，制造產(chǎn)業(yè)正在由原先的能量驅(qū)動型向信息驅(qū)動型轉(zhuǎn)變。激烈競爭的外部環(huán)境和瞬息萬變的市場需求，要求制造業(yè)具備更高的靈活性和敏捷性，智能化無疑成為未來制造業(yè)發(fā)展的核心。無論是美國的制造業(yè)振興計劃還是德國的“工業(yè)4.0”計劃，都體現(xiàn)了Web 2.0下的互聯(lián)網(wǎng)思維?；ヂ?lián)網(wǎng)環(huán)境下，人與人之間、人與機器之間甚至機器與機器之間都是相互連接相互影響的。在信息高速傳遞的過程中，整個制造業(yè)各個環(huán)節(jié)和相應(yīng)配套也要全面跟進，這無疑對其發(fā)展的基礎(chǔ)材料提出了更快更準更易制造的新要求。

首先要快。智能化制造是基于互聯(lián)網(wǎng)的個性化設(shè)計、眾包設(shè)計、云制造的新型制造模式和基于消費需求動態(tài)感知的新型研發(fā)、制造與產(chǎn)業(yè)組織形式，勢必要求加快推動新一代信息技術(shù)的發(fā)展以及其與制造技術(shù)的融合發(fā)展。這其中將涉及高可靠無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)，嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)間信息無縫交換技術(shù)等等。發(fā)展上述新技術(shù)、促進整個產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化升級，需加快高端通用芯片材料、第3代半導(dǎo)體材料、核心電子器件材料以及較大光譜范圍內(nèi)光電通訊材料的研發(fā)應(yīng)用。

同時要準。智能制造時代，計算機技術(shù)將模擬并取代專家的分析、構(gòu)思和決策等智能活動，通過與智能機器有機地融合起來，實現(xiàn)整個制造企業(yè)經(jīng)營運作的高度智能化和集成化。這種對制造業(yè)專家的智能信息進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展的新模式對新材料的研發(fā)模式也提出了新的需求。“材料基因組計劃”無疑是滿足新需求的必然產(chǎn)物?！安牧匣蚪M計劃”將建立強大的計算分析網(wǎng)絡(luò)，從而可顯著減少研發(fā)對物理實驗過程的依賴。數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的改進以及一體化工程團隊的建立將促進設(shè)計、系統(tǒng)工程與生產(chǎn)活動的交互重疊和互動，此舉會顯著提高制造業(yè)選材的速度和精準度。

此外還要易加工易制造。區(qū)別于傳統(tǒng)的離散型制造模式，在智能制造時代，人參與生產(chǎn)的模式將會大大減少，它將在數(shù)字化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，進行智能化判斷，以加工和制造為基礎(chǔ)的勞動密集型產(chǎn)業(yè)將有可能成為過去。在統(tǒng)一的國際標準的基礎(chǔ)上，整個制造系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)分別智能化，在相應(yīng)信號的指導(dǎo)下，整個制造業(yè)將成為由網(wǎng)絡(luò)集成的、高度自動化的一種制造系統(tǒng)。傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體微電子加工技術(shù)工藝較為復(fù)雜，耗時長且不易于大面積制備。智能制造時代，可以直接打印制備各類電子器件的印刷電子材料將迎來巨大的發(fā)展空間。

二、制造業(yè)綠色升級帶動環(huán)境友好和新能源材料迅速發(fā)展

綠色技術(shù)即環(huán)境友好技術(shù)，是有利于改善環(huán)境質(zhì)量的可靠性技術(shù)。綠色技術(shù)要求遵循生態(tài)經(jīng)濟規(guī)律和生態(tài)原理，盡量避免、消除或減輕對生態(tài)環(huán)境的污染以及破壞，同時提倡節(jié)約資源和能源，關(guān)鍵和共性綠色技術(shù)大多掌握在歐美國家手中，且它們一直在爭奪中國市場。如果能將綠色技術(shù)引入到我國制造業(yè)中，不但可以促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級，而且還可以帶動其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，引起產(chǎn)業(yè)格局和社會的變化，從而打破西方的壟斷地位。因此將綠色制造技術(shù)導(dǎo)入制造業(yè)，不僅僅是一種新的制造理念，更成為一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及能源消耗、環(huán)境保護和廢棄物再利用等諸多方面。

加快制造業(yè)綠色改造升級，全面推進鋼鐵、有色、化工、建材、輕工、印染等傳統(tǒng)制造業(yè)綠色改造，實現(xiàn)原料無害化、生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化，離不開環(huán)境友好材料的廣泛應(yīng)用。環(huán)境友好材料是指在光、水或其他條件的作用下，可以被環(huán)境逐漸消納的可降解材料。這種材料一般在外界環(huán)境的作用下會出現(xiàn)分子量下降、物理性能降低等現(xiàn)象。環(huán)境友好材料以聚乳酸類高分子材料研究得最為深入也最為重要。

綠色制造不僅是無污染無公害，積極推行低碳化、循環(huán)化和集約化，大幅降低能耗、物耗和水耗水平，提高制造業(yè)資源利用效率，也是制造業(yè)綠色升級的重要組成部分。因此新能源和再生清潔能源技術(shù)是實現(xiàn)制造業(yè)能源低碳化、構(gòu)建綠色制造體系的重要基礎(chǔ)。以鎳氫電池材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、儲氫材料、煤層氣材料、海洋波能材料以及核反應(yīng)堆核能材料等為代表的新能源材料將成為實現(xiàn)新能源轉(zhuǎn)化和利用、打造綠色制造體系的關(guān)鍵新材料。

三、高端裝備創(chuàng)新取決于納米碳材料、超材料等關(guān)鍵新材料的突破

高端裝備制造是指決定著整個產(chǎn)業(yè)鏈綜合競爭力、處于價值鏈高端和產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)制造，主要包括航空航天、軌道交通、海洋工程、高檔數(shù)控機床、機器人和新能源汽車等。它們不僅是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的核心組成，也是加快我國經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的重要環(huán)節(jié)，對于國民經(jīng)濟和國家安全具有不可替代的重要作用。上述領(lǐng)域從發(fā)展伊始，每一次重大的進步都依托于關(guān)鍵材料的革新與突破。

蓄電池是新能源汽車主要的能量來源，電池的比能量影響電動汽車的整體質(zhì)量和續(xù)駛里程，比功率是評價能量源能否滿足電動汽車加速和爬坡能力的重要指標。迄今為止蓄電池技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了鉛酸電池、堿性電池和燃料電池等3代電池。其中，鉛酸電池是目前唯一能大批量生產(chǎn)的電動汽車用電池。堿性電池比能量和比功率都比鉛酸電池高，但其價格卻比鉛酸電池高。燃料電池比能量和比功率都高，并且可以控制反應(yīng)過程，是理想的汽車用電池。鋰電池具有體積小、質(zhì)量輕、工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽長、自放電率低、無記憶效應(yīng)、無污染、安全性好等優(yōu)點，成為全球電動汽車蓄電池的研究熱點。

以石墨烯、碳納米管和碳纖維為代表的納米碳材料在航空裝備、衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)和軌道交通領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。石墨烯是只有一個碳原子厚的二維材料，是迄今為止最薄、最堅硬的材料兼具優(yōu)異的電學、光學、化學、熱學以及高比表面積等特性。碳納米管具有特殊的一維結(jié)構(gòu)，具有極高的機械強度和較強的微波吸收能力。碳纖維是含碳量超過90%的高強度、高模量的纖維狀高分子材料，兼具強抗拉力和柔軟可加工性為一身，在汽車、航空航天、體育用品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。重點開發(fā)納米碳材料及器件的制備方法與產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究，開展其在高強度復(fù)合材料、導(dǎo)電薄膜、高頻真空電子器件、集成電路以及柔性與印刷電子等方面的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化研究，是我國高端裝備創(chuàng)新過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

超材料是一類具有超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料，目前主要包括光子晶體、左手材料和超磁性材料等。這類材料可以實現(xiàn)負折射率、電磁隱身衣等奇特功能，對航空航天國防具有極為深遠的意義?；诔牧涎兄频睦走_天線、吸波材料、無人機雷達、聲學隱身產(chǎn)品等，已經(jīng)成為各國競爭的焦點。隨著美國的制造業(yè)振興計劃、德國的“工業(yè)4.0”計劃和《中國制造2025》計劃的逐步深化，一個可逆向設(shè)計、根據(jù)針對電磁波的具體應(yīng)用需求制造出具有相應(yīng)功能的材料，同時可帶動高速列車、新型地面行進裝備、航空航天、國防科技、地面智能機器人等領(lǐng)域的超材料產(chǎn)業(yè)集群必將快速崛起。

四、結(jié)語

《中國制造2025》的提出標志著我國制造業(yè)發(fā)展開始了新紀元。在傳統(tǒng)制造向智能化、綠色化轉(zhuǎn)型升級的過程中、在事關(guān)我國未來發(fā)展的重大高端裝備創(chuàng)新的征程上，新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展比以往任何時代都更為重要。新型研發(fā)模式和加工工藝的開拓、新型材料設(shè)計與功能的實現(xiàn)以及材料和資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)的共同發(fā)展，是推動我國制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動、建立“制造強國”并最終推動國民經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展的必經(jīng)之路。