中美競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域中重大短板群識(shí)別與研究

王翰林，張召才，李志陽

（北京空間科技信息研究所，北京 100094）

技術(shù)短板已經(jīng)成為美國(guó)對(duì)我國(guó)制造業(yè)的“卡脖子”點(diǎn)，給部分中國(guó)企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)損失和發(fā)展威脅，對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈安全可控提出了更大的挑戰(zhàn)。歷史上，美國(guó)長(zhǎng)期攻擊認(rèn)定對(duì)手的短板，實(shí)現(xiàn)遏制目的［1-3］，因此，技術(shù)短板被當(dāng)做攻擊手段的問題將一直存在。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過對(duì)比中外技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等差異，對(duì)我國(guó)技術(shù)與國(guó)外存在差距的現(xiàn)狀進(jìn)行了大量的研究，分析了重點(diǎn)差距技術(shù)的篩選的方法［4-6］，技術(shù)短板現(xiàn)狀［7-9］，以及補(bǔ)齊短板的對(duì)策［10-12］，在評(píng)價(jià)方法上大多搭建篩選流程或評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過作者及專家的判斷或打分確定短板嚴(yán)重程度，在研究對(duì)象上較多集中于具體行業(yè)或細(xì)分領(lǐng)域。

本文采用專家情景選分和層次分析法相結(jié)合的方法，分析在中美制造業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的背景下，新一代信息技術(shù)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能和新能源汽車、電力裝備、農(nóng)業(yè)技術(shù)及裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等10 個(gè)制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域中短板情況，探究是否存在核心短板扎堆形成短板群而導(dǎo)致一項(xiàng)產(chǎn)品難以自主可控的情況。梳理了10 個(gè)領(lǐng)域中存在的247 項(xiàng)技術(shù)短板，經(jīng)計(jì)算篩選出25 項(xiàng)核心短板，在核心短板中根據(jù)核心短板分布特點(diǎn)，研斷出3 個(gè)重大短板群，根據(jù)重大短板群的共性特點(diǎn)，提出重大短板群跨越式突破的對(duì)策建議。

1 技術(shù)短板評(píng)價(jià)方法模型構(gòu)建

設(shè)計(jì)指標(biāo)體系和選分標(biāo)準(zhǔn)，組織領(lǐng)域內(nèi)專家根據(jù)短板現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行選分，這種方法即充分尊重了專家建議又在一定程度上限制了主觀色彩，某一項(xiàng)技術(shù)的總得分為各分項(xiàng)目賦分與分項(xiàng)目數(shù)字權(quán)重的加權(quán)值，一項(xiàng)技術(shù)短板的評(píng)價(jià)過程如圖1 所示。

圖1 技術(shù)短板評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

1.1 指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

根據(jù)美國(guó)對(duì)我制造業(yè)“卡脖子”帶來部分技術(shù)亟需快速突破、亟需克服共性技術(shù)問題、未來形成可持續(xù)發(fā)展效益的現(xiàn)狀，以技術(shù)突破效益、技術(shù)突破緊迫性、技術(shù)突破難度為評(píng)價(jià)角度，設(shè)計(jì)包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和6 個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)模型，依據(jù)線性比例（9-18-27）設(shè)計(jì)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重，二級(jí)指標(biāo)依據(jù)關(guān)鍵性、根本性原則分配權(quán)重，指標(biāo)體系及權(quán)重如表1 所示。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 選分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

按照非線性比例（0-1-3-9）為各等級(jí)設(shè)計(jì)可選分值。這種賦分方法使得大多數(shù)技術(shù)被歸入中間類別，而將技術(shù)歸入位于兩端的類別則需要充足的理由。

（1）技術(shù)突破效益。技術(shù)突破效益用于評(píng)價(jià)該技術(shù)突破對(duì)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的影響，包括產(chǎn)業(yè)效益和技術(shù)效益2 個(gè)二級(jí)指標(biāo)。產(chǎn)業(yè)效益選分時(shí)主要技術(shù)突破能否對(duì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供改變游戲規(guī)則的能力，對(duì)制造業(yè)提質(zhì)增效是否具有顯著影響，選分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 產(chǎn)業(yè)效益選分標(biāo)準(zhǔn)

表2（續(xù)）

技術(shù)效益選分主要考慮技術(shù)突破對(duì)制造業(yè)的關(guān)聯(lián)帶動(dòng)作用，選分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 技術(shù)效益選分標(biāo)準(zhǔn)

（2）技術(shù)突破緊迫性。技術(shù)突破緊迫性用于評(píng)價(jià)該技術(shù)突破的“輕重緩急”，按照“急用先行”的原則予以確定優(yōu)先級(jí)，選分標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 技術(shù)突破緊迫性選分標(biāo)準(zhǔn)

（3）技術(shù)突破難度。技術(shù)突破難度用于評(píng)價(jià)該技術(shù)突破在技術(shù)成熟度、技術(shù)可替代性、技術(shù)可獲得性方面需應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。

研發(fā)攻關(guān)難度的選分主要考慮技術(shù)發(fā)展是否具備一定研究基礎(chǔ)，或?qū)ρ芯客度耄〞r(shí)間、經(jīng)費(fèi)、資源等）的需求度，選分標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 研發(fā)攻關(guān)難度選分標(biāo)準(zhǔn)

表5（續(xù)）

技術(shù)可替代性的選分主要考慮該項(xiàng)技術(shù)是否具有可替代性，即不攻關(guān)該項(xiàng)技術(shù)，選擇其他技術(shù)路徑亦可滿足既定要求或?qū)崿F(xiàn)既定目標(biāo)，選分標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 技術(shù)可替代性選分標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)可獲得性指標(biāo)的選分主要考慮該項(xiàng)技術(shù)目前是否可以從國(guó)內(nèi)或國(guó)際市場(chǎng)獲得，選分標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7 技術(shù)可獲得性選分標(biāo)準(zhǔn)

表7（續(xù)）

另外，在評(píng)估過程中，為了增加評(píng)估過程的靈活性，各專家組還可以對(duì)個(gè)別技術(shù)短板進(jìn)行主觀判斷，以保證在有效使用評(píng)分規(guī)則的同時(shí)，又不完全被評(píng)價(jià)體系束縛。

2 技術(shù)短板分領(lǐng)域評(píng)價(jià)

通過走訪咨詢各領(lǐng)域內(nèi)專家學(xué)者與一線從業(yè)人員，在中國(guó)知網(wǎng)提取“短板”“卡脖子”“技術(shù)差距”等主題的文獻(xiàn)，結(jié)合國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)、中國(guó)工程院戰(zhàn)略咨詢中心編著的《＜中國(guó)制造2025＞重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新綠皮書》中對(duì)我國(guó)面向2035 年預(yù)計(jì)重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)技術(shù)的介紹，梳理出247 個(gè)短板，各領(lǐng)域短板分布情況見表8。

表8 重點(diǎn)領(lǐng)域短板分布情況

表8（續(xù)）

依托課題專家資源，邀請(qǐng)領(lǐng)域內(nèi)專家和一線從業(yè)者根據(jù)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行選分，經(jīng)整理計(jì)算得出各短板得分，將420 分以上定級(jí)為核心、400～420 分定為重要、400 分以下定級(jí)為一般。其中，核心等級(jí)25 項(xiàng)，重要等級(jí)29 項(xiàng)，一般短板193 項(xiàng)，核心短板清單見表9。

表9 核心短板判定結(jié)論

3 重大短板群判定與分析

我國(guó)在制造業(yè)各重點(diǎn)領(lǐng)域均存在一定數(shù)量的技術(shù)短板，其中大部分技術(shù)短板已有一定的技術(shù)積累，與國(guó)際先進(jìn)水平差距不大，對(duì)國(guó)家安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)在一定范圍內(nèi)可控。加之其往往處于產(chǎn)業(yè)鏈中非決定性位置，其上下游均有國(guó)內(nèi)科技、產(chǎn)業(yè)力量存在，因此有很大希望在自然發(fā)展中取得突破，隨著市場(chǎng)的不斷演進(jìn)推動(dòng)，逐漸打通堵點(diǎn)，維持產(chǎn)業(yè)鏈完整性、安全性?？墒遣糠侄贪宀罹噍^大，且相對(duì)聚集，對(duì)制造業(yè)危害較大。

25 項(xiàng)核心短板中有20 項(xiàng)核心短板聚集在芯片、航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、基因育種3 個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，三者在制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈中處于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在各自領(lǐng)域具有深刻的技術(shù)內(nèi)聯(lián)性，具有實(shí)現(xiàn)協(xié)同攻關(guān)、集群突破的可行性。因此，本研究將這3 大領(lǐng)域所涉及的核心短板聚類，定義為3 個(gè)重大短板群。

3.1 芯片短板群

芯片處于工業(yè)生產(chǎn)的核心地位，但因其技術(shù)具有經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)帶來技術(shù)累積、理論突破推動(dòng)技術(shù)瓶頸的特點(diǎn)，需要投入大量攻關(guān)精力，但在美國(guó)“芯片制裁”之前供應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定，我國(guó)研究力量投入不夠，因此我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)鏈的原料、設(shè)計(jì)、加工、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)存在多項(xiàng)核心短板（如圖2 所示）。目前，我國(guó)芯片進(jìn)口依賴程度嚴(yán)重，7nm 級(jí)產(chǎn)品無法自給自足［13-14］，2019 年我國(guó)芯片進(jìn)口額為3040 億美元，繼續(xù)保持我國(guó)商品進(jìn)口額度第一位［15］。

圖2 芯片技術(shù)短板群在產(chǎn)業(yè)鏈上的位置分布

美國(guó)在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域有絕對(duì)控制力，在該產(chǎn)業(yè)全球占有率約為70%，芯片設(shè)計(jì)所需的EDA 軟件由美國(guó)Synopsys、Mentor、Cadence 三大公司所壟斷［16］。但中國(guó)大陸在該領(lǐng)域與美國(guó)的差距不斷縮小，現(xiàn)已擁有海思、紫光展銳、中興微電子等重點(diǎn)企業(yè)，其中，華為海思在該領(lǐng)域世界范圍內(nèi)排名第五，并在前十大芯片設(shè)計(jì)公司中營(yíng)收增長(zhǎng)最快。

在芯片加工領(lǐng)域，荷蘭、美國(guó)、日本壟斷全球市場(chǎng)。目前，世界頂級(jí)的光刻機(jī)是荷蘭的ASML，具備了穩(wěn)定生產(chǎn)7nm 制程芯片的能力，并積極布局下一代更高性能芯片，該公司在高端光刻機(jī)市場(chǎng)份額達(dá)到約80%［17］，但因其在產(chǎn)品中使用美國(guó)零部件，在一定范圍內(nèi)受到美國(guó)管控。除荷蘭之外，美國(guó)、日本也是重要的全球供應(yīng)商，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)近年來不斷在這一領(lǐng)域發(fā)力，培育出中芯國(guó)際、華虹半導(dǎo)體、華潤(rùn)微電子等重點(diǎn)企業(yè)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)28nm 級(jí)芯片量產(chǎn)，14nm 級(jí)芯片已經(jīng)投入市場(chǎng)良品率不斷提高，7nm 級(jí)芯片正在研制之中。

我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)的短板在原料、制造環(huán)節(jié)最嚴(yán)重；設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有被美國(guó)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)；封裝測(cè)試環(huán)節(jié)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，相對(duì)安全。目前，芯片領(lǐng)域的摩爾效應(yīng)將近失效，碳基產(chǎn)品有可能繼承硅基半導(dǎo)體，成為未來電子信息產(chǎn)業(yè)重要基礎(chǔ)的新型半導(dǎo)體材料，新的發(fā)展形勢(shì)為中國(guó)芯片領(lǐng)域追趕提供了有利條件。

3.2 航空燃?xì)廨啓C(jī)短板群

航空燃?xì)廨啓C(jī)是渦噴、渦扇飛機(jī)的“心臟”，決定著飛機(jī)的動(dòng)力特性、安全性能和競(jìng)爭(zhēng)力，自主可控的航空燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)是維護(hù)國(guó)家安全、振興航空產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)。

但由于航空燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)壁壘較高，具有多學(xué)科高度交叉、各要素深度耦合的特點(diǎn)，需要系統(tǒng)、持續(xù)的投入才能取得技術(shù)突破，加之業(yè)內(nèi)整機(jī)采購(gòu)有優(yōu)先追求最先進(jìn)產(chǎn)品的觀念，國(guó)際市場(chǎng)被美國(guó)通用公司、美國(guó)普惠公司、英國(guó)羅羅公司等壟斷企業(yè)把控［18-19］。美國(guó)在該專業(yè)方向處于世界領(lǐng)先的地位，擁有GE、PW 等世界頂級(jí)公司，生產(chǎn)出F119、F135 等著名軍用航空燃?xì)廨啓C(jī)，制造了GE9X、PW1000G 等頂級(jí)民用航空燃?xì)廨啓C(jī)。

圖3 繪制了航空燃?xì)廨啓C(jī)短板群所涉及的11 項(xiàng)核心技術(shù)短板在產(chǎn)業(yè)鏈的分布情況。航空燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)包括基礎(chǔ)研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)取證、維修保障等，核心短板集中在基礎(chǔ)研究、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。

圖3 航空燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)短板群在產(chǎn)業(yè)鏈上的位置分布

航空燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)過程包括基礎(chǔ)研究、設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)證取證、維修保障等環(huán)節(jié)，我國(guó)在各個(gè)環(huán)節(jié)均存在一定量的短板，部分短板短期內(nèi)突破難度較大。尤其設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，因習(xí)慣于測(cè)繪仿制［20］，缺乏正向設(shè)計(jì)能力，無法設(shè)計(jì)出高性能的壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、附件系統(tǒng)等部件，且各部件間無法形成較好的配合。

我國(guó)持續(xù)投入航空燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)，近年來更是加大投資力度，啟動(dòng)兩機(jī)專項(xiàng)等支持計(jì)劃，因此，我國(guó)航空燃?xì)廨啓C(jī)存在擺脫商用上依賴進(jìn)口、軍用飛機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)的被動(dòng)局面的可能。

3.3 基因育種短板群

基因育種是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、維護(hù)糧食安全的關(guān)鍵性技術(shù)?；蛴N包括資源收集、目標(biāo)基因獲取、目標(biāo)基因培育、鑒定、試種以及收獲、種植等主要環(huán)節(jié)。

基因育種領(lǐng)域中美差距較大，我國(guó)在基因育種領(lǐng)域存在多項(xiàng)短板，導(dǎo)致大豆、玉米、蔬菜等領(lǐng)域依賴進(jìn)口。我國(guó)大豆平均畝產(chǎn)量約為美國(guó)的60%［21］；考慮肥料投入與單位畝產(chǎn)，玉米產(chǎn)量水平相當(dāng)于美國(guó)的55%［22］，美國(guó)先鋒公司選育的雜交玉米種子“先玉355”是東北、華北地區(qū)主要的玉米品種；在蔬菜方面，白蘿卜、辣椒、胡蘿卜、茄子、西蘭花等蔬菜長(zhǎng)期依賴洋種子［23］。種子資源搜集成于長(zhǎng)期積累，種子基因的培育需要不斷摸索，但目前各研究力量較為分散，尚未形成合力，研發(fā)投入持續(xù)性不足，行業(yè)人才吸引力不大。

圖4 繪制了基因育種短板群所涉及的3 項(xiàng)核心技術(shù)短板在產(chǎn)業(yè)鏈的分布情況，核心短板集中在培育目標(biāo)基因環(huán)節(jié)。作為國(guó)際最重要的和平力量之一，我國(guó)有必要不斷突破基因育種技術(shù)短板，在擺脫部分品種依賴國(guó)外種子，穩(wěn)固糧食安全的基礎(chǔ)上，獲得更高的單位面積產(chǎn)量，為人類命運(yùn)共同體做出更大的貢獻(xiàn)。

圖4 基因育種技術(shù)短板群在產(chǎn)業(yè)鏈上的位置分布

4 重大短板群共性總結(jié)

4.1 發(fā)展階段特點(diǎn)

3 個(gè)重大短板群中的發(fā)展現(xiàn)狀具有易被卡但卡不死的特點(diǎn)。美國(guó)已經(jīng)對(duì)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)瘋狂打壓、試圖阻止我國(guó)對(duì)國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司的兼并與產(chǎn)品的采購(gòu)，因其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過剩，目前還沒有在種子產(chǎn)業(yè)方面大做文章，但不排除未來危險(xiǎn)性。另一方面，由于高端產(chǎn)品具有一定的使用范圍，例如我國(guó)尚未成熟掌握的7nm 級(jí)芯片僅約占市場(chǎng)份額的15%，主要應(yīng)用于手機(jī)，我國(guó)產(chǎn)品能夠滿足其他大部分低要求的應(yīng)用場(chǎng)景，因此尚未達(dá)到“一卡斃命”的地步。加之，我國(guó)在制造業(yè)形成了門類較為齊全的產(chǎn)業(yè)鏈、體量巨大的市場(chǎng)、規(guī)模龐大的科學(xué)技術(shù)人才，因此，具有強(qiáng)有力的自我供給能力。

4.2 技術(shù)共性特點(diǎn)

3 個(gè)重大短板群中的技術(shù)難點(diǎn)具有深基礎(chǔ)性、強(qiáng)耦合性和高可靠性的技術(shù)共性特點(diǎn)。深基礎(chǔ)性技術(shù)需要長(zhǎng)期的理論積淀作為支撐，但一些制造業(yè)主體追求短期利益，在一些容易獲得利潤(rùn)的低端行業(yè)一哄而上，并迅速轉(zhuǎn)向下一個(gè)目標(biāo)，便無法形成深厚的技術(shù)積累。強(qiáng)耦合性技術(shù)需要不斷創(chuàng)新研究方法，在不同學(xué)科的深度融合中尋求技術(shù)問題的解決方案，不斷創(chuàng)新合作機(jī)制，不斷建立新的理論模型、開發(fā)計(jì)算工具，實(shí)現(xiàn)共創(chuàng)共贏，形成小的技術(shù)革新利益圈子便會(huì)破壞了合作的氛圍。高可靠性技術(shù)需要在實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上不斷精耕細(xì)作，深挖機(jī)理、打磨細(xì)節(jié)，追求更高的性能，不追求在技術(shù)細(xì)節(jié)上完全自主可控便會(huì)亦步亦趨，失去了持續(xù)提升的機(jī)會(huì)。

5 結(jié)束語

截至2020 年底，我國(guó)已連續(xù)11 年成為世界最大的制造業(yè)國(guó)家，但在制造業(yè)發(fā)展質(zhì)量上仍然與美國(guó)有一定差距，在各重點(diǎn)領(lǐng)域均存在短板，在芯片、航空燃?xì)廨啓C(jī)、基因育種等領(lǐng)域存在短板較為集中的情況，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈無法完全自主可控。在中美競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境下，我們應(yīng)該正視這一問題，利用“卡不死”的戰(zhàn)略窗口期，發(fā)揮市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新資源更多地流向深基礎(chǔ)性、強(qiáng)耦合性的技術(shù)領(lǐng)域，圍繞關(guān)鍵短板優(yōu)先解決重點(diǎn)問題，創(chuàng)造出更加可靠可信的產(chǎn)品，更要戰(zhàn)略識(shí)別、布局下一代關(guān)鍵技術(shù)，避免面向未來的關(guān)鍵技術(shù)出現(xiàn)“代差”，極力扭轉(zhuǎn)“被卡”局面。