高端装备制造产业,与新一代信息技术产业、新材料产业、生物产业、新能源汽车产业、新能源产业、节能环保产业、数字创意产业、相关服务业统称为当下的九大战略性新兴产业。
高端装备制造产业不是一个简单的行业概念或者企业范畴,其产业链长且复杂,集制造业之大成,集中反映一个国家科技和工业的发展、管理、规划、实施水平。在生产制造过程中,尤其对高精密度、高安全性、高稳定度、长寿命等方面均有苛刻的要求。涉及的支持配套性行业和企业较多,需要具备极高的产业协同度。
高端装备制造产业“高端”高在哪里?主要体现在两个方面,装备制造的高技术、高附加值。其中,高技术体现在知识、技术的密集,体现了多学科、多领域高精尖技术的集合和继承;高附加值体现在高端装备制造处于价值链的高端、产业链的核心环节,对于全产业链相关行业影响和价值提升,远远高于产品本身的价值。
高端装备制造产业“装备”包括什么?区别于一般装备,高端装备制造,是传统产业转型升级和战略性新兴产业发展所需的高技术高附加值装备。从国家的角度看,高端装备制造依据各阶段国家产业发展需求而重点聚焦。根据国发〔2010〕32号《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,现阶段,高端装备制造业发展的重点方向主要包括航空装备、卫星及应用、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造装备五个重点细分领域。
从产业链的角度,高端装备制造产业,上游主要涉及装备制造相关原材料,中游涉及零部件和整机制造,下游主要涉及高端装备制造相关应用客户。
上游的原材料,分为基础原材料(钢铁、铝材、橡胶、塑料等)和新材料(高强度特种钢、碳纤维复合材料、纳米材料、特种陶瓷等)。以航空装备为例,航空装备领域,涉及的高端装备制造相关原材料包括但不限于钢铁、铝合金材料、高温合金等,新材料为碳纤维复合材料、钛材料、高性能特种陶瓷、高性能聚合物纤维等;
中游的零部件和整机制造,还是以航空装备领域为例,航空装备产业,所需核心零部件主要有发动机、飞控系统、起落架、航电系统等;中游零部件和整机制造受两方面影响,一方面是原材料,原材料对于中游零部件性能、寿命起到了直接影响作用;另一方面是加工工艺、制造技术,以航空发动机叶片为例,淬火、加工、附着等加工技术,一定程度上和原材料一起决定了航空发动机叶片耐高温、耐高压、使用寿命的临界值。
下游应用场景涉及的高端装备制造相关应用客户,一方面,和国民经济的基础领域息息相关,具有客户相对集中、客户企业体量大、订单金额高的特点。另一方面,高端装备制造主要应用的航空、铁路、海运等物流运输领域,对国民经济和产业发展的优化布局具有非常重要的战略意义。
一个国家的高端装备制造业是推动国家工业转型升级的引擎,其产业的技术水平决定着国民经济各行业的装备水平,进而决定国家各行业的发展水平,乃至决定了国家在全球的经济、军事影响力。
举个例子,发生于上个世纪80年代,苏联的“东芝事件”。1983年,苏联千方百计、瞒天过海,用尽各种方法,成功从日本东芝公司买了4台高精度五轴联动机床。这批机床,随后用以加工苏联“阿库拉”级核潜艇的螺旋桨,成功降低了潜艇整体的水下噪音。迫使美军再度升级大洋反潜体系。虽然这故事多少有些道听途说,其中也有夸大的成分,但是事实也反映了,高端装备制造,牵一发,几乎可影响国本。
当前,我国正处于从工业化中后期向后工业化转变阶段,高端装备制造在国民经济中的地位日益凸现。从全球来看,主要发达国家纷纷将高端装备制造作为着力点,加大战略布局力度,抢占全球科技和产业竞争的制高点,重塑国家竞争优势。美国的先进制造战略、德国的工业4.0、日本的机器人新战略等,都致力于促进先进制造技术与信息技术融合,聚焦发展高端装备。
近些年,特别是“十三五”以来,我国的高端装备制造业得到较快发展,也形成了具有一定国际竞争力的产业集群,技术上取得了一定突破。国内也频频传出了“上天”相关比如大推力液体火箭发动机,“下海”相关的比如深海机器人“潜龙”系列,“入地”相关的比如世界首台矿用机动型硬岩掘进机,“远洋”相关的比如我国首艘液化天然气运输加注船等捷报。国家在“高精尖”整机装备方面,持续突破,彰显大国实力。
但是,客观上说,整体上而言,我国是“装备大国”,距离“装备强国”还有很大的距离。从装备制造竞争力的角度,我国相关的高端装备更多聚焦于大型整机,这方面体现的是国力和市场需求,并非其他国家不能制造,而是其他国家没必要制造。
笔者在十几年前,印象十分深刻,曾经参观过一家制造企业车间,车间摆满了刚上的设备,清一色的瑞士进口。而知乎一篇谈论“装备大国”和“装备强国”差别话题的时候,就谈过一个观点:如果给瑞士2000亿,它可以轻松登月,它没登月只不过是国家的资源体量问题。
一直以来,重整机、轻核心零部件、关键技术的环境氛围,让社会相当部分的焦点,均聚焦于“高、大、上”装备整机的进口替代身上,但是高端装备的核心关键技术、核心关键零部件等核心部分的进口替代进程关注度就少太多。
但事实就是,长期以来,我国高端装备制造的核心关键技术、核心关键零部件进口依赖程度相当高。以核心原材料为例,轴承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。航空发动机、盾构机、汽轮机、乃至汽车,均需要高质量性能的轴承。而我国的制轴工艺已经接近世界顶尖水平,但高端轴承用钢,几乎全部依赖进口。工信部在“十三五”时期,调研结果显示,我国32%的关键材料仍为空白,52%需依赖进口。以核心零部件为例,我国工程机械行业体量及市场空间均为世界之首,但是高压柱塞泵,作为高端液压装备的核心元件,液压系统的“心脏”, 90%以上依赖进口。可以夸张地说,只要本川崎一家企业断供液压件,我国80%以上的挖掘机制造商,就得面临停产的风险。
从2018年4月19日开始,《科技日报》就陆续报道了中国被“卡脖子”的35项核心技术。虽然说近年来,持续报道相关“卡脖子”技术陆续被国内企业攻破,但是,是否真的被攻破,还是只是浅显地“攒”出来,拭目以待。
很多高端装备的差距,不是我们造不出来的问题,而是造出来之后,能否在在保质保量、安全可靠、价格合理方面,达到,甚至缩小与国外产品在第三国市场竞争差距的问题。
以高压柱塞泵为例,国产的高压柱塞泵的寿命仅有国外产品的一半左右,平均无故障运行时间仅在2000小时以下,而国外的产品可以达到8000小时以上;此外,国产产品的容积效率低下,在长时间运行状况下极易发生过度发热、内损,从而功效急速下降。
以航空发动机为例,先抛开功率等性能不说,目前我国的国产航空发动机涡扇10核心部件抗疲劳运行极限时间是1500小时,而美国同样标准的是12000小时, 因此,我国的航空发动机,一直被西方国家嘲笑有先天性心脏病。
以工业机器人为例,最检验工业机器人性能、质量、可靠性的,是汽车制造流水线,要求流水机器人的轴数高设备工作稳定性强、故障率低。目前,国内几乎所有汽车生产流水线的多轴机器人,均是国际机器人四大家的进口机器人,偶尔可能会遇见几条配置国产机器人的汽车流水生产线,也只是厂家为了响应相关政策补贴要求、或者国产化率要求而设置的摆设罢了,那些厂家经不起设备稳定性不高而检修带来的整条流水线停摆的风险。
第一重,材料的差距,就像前面提到的高端轴承用钢,属于特种钢材的一种,类似的还有特种耐腐蚀油井管钢、船用耐蚀钢、高速铁路用车轴及轴承钢、高标准模具钢等,特种钢材通俗地说就是,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,这是世界特种钢材巨头们的核心秘密。
第二重,加工的差距,就机械零部件方面而言,从原材料到合格的零部件,需要经历毛坯成型、机械切削和表面改性处理,机械切削上,与机床生产精密程度、数控程度有很大关系,这方面取决于加工工具的限制。另一方面就是材料热处理工艺,这方面更多的是人为上的差距,常规热处理工艺是公开的成熟的工艺,但是国内,制造业中长期存在着“重冷(冷加工)轻热(热加工)”现象,导致这个行业相关的匠人是失去传承的,以致这个行业很长时间处于被忽略的落后状态。以某知名国产液压件生产制造企业为例,在油缸铸造生产方面,专挑国外油缸制造的热处理工艺人才。
第三重,组装的差距,首先在生产体系上,零部件的误差是难免的,国外精密装备制造企业会采取误差抵消生产体系以尽可能消除零部件的误差,比如A零件加工时偏正误差,B零件加工时偏负误差,AB两个零件组装后,零部件的误差将相互抵消,以保障零部件集成成品部件或整机在性能、质量上的要求。有个大众知晓的案例,市场较为认同某些日本车型的发动机,市场普遍反映某些车型发动机开到报废都不需要大修,但是这类发动机千万别拆,只要拆了再装回去,这台发动机也就意味着性能大打折扣,几乎报废。组装生产体系中每一个零部件的误差,都是与整体设备向契同,且其高技术知识的集成复杂性,根本无法通过逆向研发获得。
第四重,智能整机的差距,这方面体现的是装备整体的效率、稳定性、以及复合性能。这方面的差距主要体现在“新四基”上的不足,所谓“新四基”,形象来说,就是:“一硬、一软、一网、一平台”。“硬”,是指自动控制和感知硬件;“软”,是指工业核心软件;“网”,是指工业互联网;“平台”,是指工业云和智能服务平台。
一旦相关装备涉及到国家力量时,高端装备制造产业极其容易被精准“卡脖子”。特别是中美贸易战以来,随着美国及其盟约国家,极其精准地对中国进行各方面核心零部件、关键加工设备的制裁,以往国内很多掩盖在“盛世太平”下的产业弱点、企业泡沫,全数暴露出来。一个芯片的断供,就能让一家千亿营业额的央企从比肩华为到沦为笑谈。
祸兮,福兮,或许中美贸易战也是一把推力,让我国高端装备制造产业重新认知了差距,坚定了高质量发展的决心。
有很多偏躺平的声音会说:西方工业几百年,我们才几十年,这是差距。从笔者的角度来看,这是理由,但不能作为不作为、弱作为的理由。新中国建立后,我党高屋建瓴,通过多个五年规划,步步为营,利用几十年的时间,奋力追赶西方发达国家,党和国家在国家发展层面上告知全世界,落后只是暂时的,只要方向得当、路径正确,落后是可以追赶的。起跑线落后如果当成绝对的理由,产业崛起将成为一句不可能实现空话。
第一类是具备拜技初心、坚守长期积累突破、具备国际视野企业家。晨光生物创始人卢庆国,在植物萃取行业,用二十年的时间,将一个无学历、无技术、无资金、无背景“四无企业”,打造成细分市场世界NO.1(三个单品),而竞争对手是美国、以色列等业界知名的国际公司。星汉激光创办人周少丰毕业于华中科技大学激光专业,毕业后直接进入一家国外的激光公司。从工人做起,用了十多年时间几乎干遍了所有的岗位。2017年,他创业做半导体激光器,这属于高科技关键元器件。目前,他们在国内技术领先,可以替代进口,产品达到国际同行业隐形冠军水平,满足许多行业的需要。恒立液压创始人汪立平,初中学历走上创业路,目前产品已经进入了国际工程机械头部企业的液压部件采购替代名单,相传,汪立平有三快“走路快、吃饭快、说话快”。
第二类是具有科学、技术、工程和数学背景的科技人才,他们是产业技术创新的主体。从历史的角度看,科技人才与科技基础、文化传统、工业及经济水平等基本因素密不可分。但是同时由于在培养机制上,创新思路、批判思维和动手能力的训练不足或缺乏科学培养方法,导致突破性的、原创性的人才匮乏。再则,国内制造业相当部分制造业本身对于科技人才的定位就存在模糊界定,相当部分制造业企业人才需求两极化:需要高学历、对口专业的研发人。