本文刊載于《中國科學院院刊》2024年第9期專刊"開放科學 勇立潮頭--科技創新引領大灣區高質量發展"--"科技前沿與新質生產力"
作者：曹健林 季華實驗室（先進制造科學與技術廣東省實驗室）
發展新質生產力的重要內容之一是利用科學技術的最新成果進行產業升級，包括發展新興產業、高技術產業和改造傳統產業。高端裝備制造較為薄弱是我國當前產業升級的難點與痛點。文章根據全球制造業企業的分布情況，提出了4類企業的分類概念，闡明了中國缺乏第4類企業（能夠在其生產的裝備中集成相關最新技術成果的企業）的原因及培育發展這類企業所面臨的困難。文章還將高端裝備相關的技術隊伍分為3類——用裝備、造裝備和從事基礎技術研究，明確提出要做好高端裝備的研發和生產制造，必須有3支隊伍的長期、穩定和密切合作。文章還介紹了季華實驗室（先進制造科學與技術廣東省實驗室）的若干實踐結果。
2023年7月以來，習近平總書記在四川、黑龍江、浙江、廣西等地考察調研時，提出要整合科技創新資源，引領發展戰略性新興產業和未來產業，加快形成新質生產力。2024年1月31日，習近平總書記在中央政治局第十一次集體學習時強調，發展新質生產力是推動高質量發展的內在要求和重要著力點。之后，舉國上下都在認真學習、研究與落實。
新質生產力新在什么地方？重要的內容之一是利用科學技術使現有產業升級，包括發展新興產業、高技術產業和改造傳統產業。
“傳統產業”不是“舊”，不是存在時間久，是產品的形式基本穩定。但產品形式穩定不代表產品的技術內涵和生產過程不變。所謂高技術產業的主要特點是技術變化快，由此帶來的應用領域也變化很快。變化快需要不斷地研發投入，因此高技術產業一般是由研發投入占銷售收入的比值來定義的，并非由技術復雜程度來劃分。以汽車制造和飛機制造為例，這兩個產業都已有百年以上的歷史，其復雜程度是非常高的。
中國是擁有全部工業門類的第一制造業大國，是全球公認的產業升級最成功的國家之一。在產業升級方面，中國有可能讓高技術產業和傳統產業彼此互相支撐而不是互相替代，共同發展，這是一條最合理的路徑。因為任何新技術的產業化都必須得到現有工業體系的支持，否則既無材料又無裝備；而傳統產業也是高技術產業的最大用戶。
從歷史上看，大多數新興產業源自現有產業中的創新活動，而新興產業對于經濟增長的更大作用是為其他產業部門提供新的技術來源或產品市場。未來的技術進步和經濟發展將更加依賴于產業體系的這種互補性。
一、高端裝備——中國制造業面臨的最大問題
2010年，我國成為擁有全部工業門類的第一制造業大國。第一制造業大國支撐了中國這個第一人口大國實現小康目標；近現代史還表明，第一工業大國也是經濟、軍事和科技第一強國的前奏。
同時，我們也深刻地體會到，在從大國走向強國的歷史進程中面臨許多問題。例如，當今現代制造業有三大基礎：能源、材料和芯片（集成電路）。目前中國差距比較大的是芯片。支撐現代制造業基礎的重要技術之一就是先進制造，可以理解為造東西越來越精密（控制到納米、亞納米量級），越來越復雜（1部機器有數十萬個零部件，1套基礎軟件有幾千萬行代碼），越來越自動化、智能化（能執行、能記憶、能學習）。
先進制造最典型、最重要的產品就是芯片。在芯片產業中我國最缺的是核心裝備，例如光刻機。在很多與先進制造相關的產業中也有類似問題。怎樣才能造出核心裝備、造好核心裝備，進而發展出中國的高端裝備產業？自2008年國家科技重大專項啟動以來，我們積累了很多經驗，也暴露出不少問題。
目前制造業的全球布局
第二次世界大戰以后，隨著科技進步、生產效率提高和產業資本對更多利潤的追逐，制造業企業可以分為以下4類（圖1）。
圖1 4類制造業企業的劃分
其中的第1、2類企業已大量分布在發展中國家，第3、4類企業，尤其是第4類企業，仍全部集中在發達國家。圖1的倒三角形狀反映出：從產業規模和就業人數上看，第1、2類企業要大很多，而第3、4類企業需要更多的技術積累與支撐，第4類企業則更是有能力集成相關科學與技術研發的最新成果。這種全球化條件下的產業分工和技術分布其實也決定了利潤分配，第3、4類企業雖然數量少、規模也不大，但其產品的附加值很高，利潤率也要比第1、2類企業高很多。它們還是政府科技攻關項目和產業政策的重點支持對象，產品也是政府科技和貿易政策的重點控制對象。
作為第一制造業大國，中國的第1、2類企業很多，有些規模很大，甚至已進入世界500強。一些第3類企業也發展得不錯，主要是那些不需要高精度、超精密，或者能通過國際渠道買到關鍵元器件、零部件和關鍵材料的企業；而部分產品需要高精度并保持長期穩定的第3類企業普遍相當艱難。按照國際標準，中國還沒有真正的第4類企業。
如何進行產業升級
對于制造業而言，產業升級的要求就是第1、2類企業的工藝改進、效率提升、質量提高，直至生產過程和產品的代際跨越。這也是公眾、金融界和政府關注點最集中的地方。在分工高度發展和產業鏈充分拉長的今天，第1、2類企業提出的是對生產裝備的精度、效率、可靠性、穩定性和壽命等工藝與技術指標要求，這些要求如何與構建成生產裝備的各門學科、技術的最新成果對應？如何優化組合以最低的成本和代價來實現？這些都是第1、2類企業自身無法完成的任務。
改革開放40多年以來，中國的產業升級得益于融入全球化洪流，許多產業的生產制造裝備主要是由發達國家的第3、4類企業提供。以筆者比較熟悉的芯片、顯示和發光二極管（LED）照明產業為例，其主要生產制造和檢測裝備都是來自發達國家。近年來，發達國家對中國的封鎖和打壓不斷升級，我們已經不能再把中國產業升級發展的希望寄托在國外廠商的身上。因此，中國的制造業產業升級關鍵問題就是：要發展起自己的、能滿足中國企業要求且有競爭力的第3、4類企業。
圖2 產業技術實現規模化量產步驟鏈
一項產業技術要想真正實現規模化量產，大致需要走完圖2所示的6步。就高端裝備而言，目前圖2步驟鏈中，從第1步（提出問題）到第5步（產業技術研發：工藝、裝備等）基本上還掌握在發達國家手中。中國的許多研發單位也在做圖2步驟鏈條中的某一部分，但除國防軍工系統之外還沒有形成鏈，沒有形成完整的體系。從體系化的角度來看，應該是高校和科研院所做第1步到第4步（應用研發），有實力的企業和大院大所的專業隊伍做第5步和第6步（產品生產）。這類體系的形成和有效發揮作用是一個歷史過程，但當今面臨的任務和國內外環境都要求我們加快進度。
除了完善技術發展鏈條之外，必須進一步完善高端裝備的研發環境，其中一項重要工作就是要有“演兵場”（也可稱為“試驗線”或“驗證線”）。我們必須認清3個基本事實：
1. 中國的第1、2類企業已是國際水平的，它們提出的裝備要求也一定是國際水平的，這樣的裝備不可能一次性研發成功，必須有迭代發展的機會；
2. 國外的第4類企業是跟隨全球領先的企業一路發展起來的，他們積累了大量制造、檢驗、調試、聯線和試生產的關鍵技能（know-how），這一課我們必須補，舍此無法取得裝備應用企業的信任；
3. 我國第1、2類企業應該支持自己的裝備企業，事實上近年來也在全力支持。但裝備企業不應該把生產企業當“演兵場”，因為生產企業本身負擔也很重。從上述事實可以看出，國際上的高端裝備企業為什么能夠形成并保持壟斷？產品應用企業的寶貴信任和取得這種信任的高額“演兵”費用，是眾多企業望而生畏且不敢進入的最重要原因之一。
如果國產裝備沒有演示、驗證和迭代提高的機會，由此造成相關的技術和工藝研究也無法持續與深入，這將是一個惡性循環。不破除這個惡性循環，發展中國的高端裝備產業就是一句空話。
二、研發高端裝備涉及的3支技術隊伍
如果進一步分析研發高端裝備涉及的技術隊伍，依照其主要工作內容可以分為3類：
1.用裝備的隊伍。主要工作是掌握并充分發揮出現有裝備的能力和效率，同時指出面臨的問題和解決問題的方向。
2. 造裝備的隊伍。主要工作是集成掌握的技術去研發、制造和量產裝備。
3. 關鍵基礎技術研發隊伍。這支隊伍專門從事高端裝備所涉及的關鍵基礎技術研發，如精密機械、工程光學、自動控制與人工智能、先進材料等。
要發展好自己的高端裝備產業，必須有這3支隊伍的長期、穩定、密切合作，而要做到是非常不容易的。以集成電路產業和顯示產業為例，第1支隊伍都在生產企業，主要在幾家大企業；第2支隊伍則基本誕生于21世紀，由原部委研究機構改制，或由大學、科研機構的研究人員創辦，或由具有海外實際工作經驗的技術骨干領軍創建；第3支隊伍主要集中在大學和專門科研機構（如中國科學院）的專業研究所。3支隊伍分處不同地域、不同組織、不同資源渠道及不同管理機制之下。比較常見的是每支隊伍都想以“我”為中心，而將其他隊伍當作陪襯或“伙計”，盡量將資源拿到自己手里。碰到問題和爭論時往往攬功推過，將本應該共同發展的“命運共同體”當作一事一議的短期“利益共同體”。當前一些激勵手段和管理方式甚至還起到了推波助瀾的作用。
國際環境發生變化之后，情況有所好轉。但業已形成的習慣之影響依然處處存在。各級政府的管理部門，特別是經濟、工業和科技管理部門還有大量工作要做，以促進3支隊伍之間的合作和共同奮斗。每支隊伍自身也必須改變觀念，充分認識到與其他2支隊伍團結合作的必要性。這是近期內使中國的高端裝備制造產業取得突破性發展的關鍵。
三、季華實驗室的實踐與下一步發展設想
滿懷著嘗試解決上述問題的愿景與希望，2018年春天筆者團隊來到廣東佛山，開始在廣東省委省政府、佛山市委市政府的支持下建設“先進制造科學與技術廣東省實驗室”，后改稱為“季華實驗室”。在大家的共同努力下，季華實驗室的建設取得了初步成功。回顧季華實驗室5年建設期（2018—2023年）的工作，基本經驗有4條。
堅定使命任務
16字建設原則：頂天立地，全面開放，以人為本，注重實效。“頂天”就是爭取國家重大專項級的大任務，解決國計民生中的重大裝備問題；“立地”就是提升當地的工業水平，助力第1、2類企業升級改造，同時吸引、培育出一批第3、4類企業。“全面開放”則是要結合廣東和佛山的有利條件，吸引全國乃至全球的頂尖團隊一起共同奮斗，共同發展。“以人為本”是強調要建設一支能扎根佛山，與佛山形成命運共同體的高水平科技隊伍。“注重實效”則明確提出必須讓研發成果集成到高端裝備上，不追求發文章、搶頭銜，甘當幕后英雄。建設期的5年中，這些原則都得到了較好的落實。
夯實基礎
要研發高端裝備，必須有一支高素質、夠體量的科技隊伍，有與其水平和能力相適應的基礎條件與設施，有能適應任務需求的管理體制和運行機制。從建設之初起，季華實驗室就在夯實基礎方面下了大力氣。
人才隊伍建設。任務帶學科，定了任務再找人。從研發高端裝備所涉及的學科與技術出發，確定了8個學科方向和8個研究領域，引進了59個研發團隊，組建了16個研究/支撐部門。為了促進青年人加速成長，季華實驗室還組建了“青年創新學社”（以下簡稱“青創社”），設立了青年創新基金，鼓勵青年人自己找應用場景、自己立項、自己評審，在專家前輩指導下推進完成。到2023年底，季華實驗室人員規模達到了1 279人，其中固定人員（已落地佛山的人員）超過千人，真正建立了一支扎根佛山的高素質隊伍。
硬件設施建設。實驗室園區建設于2018年底動工，一期工程于2020年底完成并實現搬入，二期工程于2023年交付使用，兩期工程皆榮獲中國建筑行業工程質量的最高榮譽“中國建筑工程魯班獎”。在食堂、圖書館、閱覽室、健身房等支撐保障條件方面都做了精心布局，取得了很好的反響和認可。在儀器設備購置方面，始終堅持要達到國內最高標準，并力爭在此基礎上避免重復，與同行互惠互利。這一要求也促使季華實驗室提早謀劃落實，一定程度上減少了國外禁運造成的麻煩。
軟件環境建設。季華實驗室在省實驗室中最先形成了全面的管理體系和規章制度，并在實施中不斷健全完善，得到了相關國家管理部門的認證與認可。按國際標準創建了英文期刊Light：Advanced Manufacturing（《光：先進制造》），也得到了國家和省相關部門的高度評價，已被Scopus、DOAJ、Google Scholar和CNKI等國內外數據庫收錄。
抓住機遇，勇于開拓
2021年初，利用在廣州成立國家新型顯示技術創新中心所形成的歷史機遇，季華實驗室開始策劃全產業鏈研發生產顯示制造裝備。珠三角地區是全球最大的顯示器生產基地，產量接近全球的一半，但核心器件的生產制造裝備（以下簡稱“顯示裝備”）全部依賴進口，預計2030年之前中國進口這類裝備要耗資過萬億元人民幣，同時還面臨著被“卡脖子”斷供的危險。季華實驗室的策劃得到了國內相關優勢團隊和裝備大用戶的積極響應。當年2月，實驗室組織數十家單位的專家迅速形成了初步方案，力爭在2030年前完成16種關鍵顯示裝備的研發生產，實現顯示器生產的完全自主可控。同年3月25日，實驗室將初步方案向廣東省領導正式匯報，得到充分肯定。2022年6月，廣東分管省領導將該項目命名為“璀璨行動”，并由廣東省科技廳組織在季華實驗室召開了第一次啟動會和工作會。2023年10月18日，廣東省政府常委會過會批準，11月9日廣東省科技廳正式批準下發《實施方案》，將季華實驗室確立為業主單位來組織實施，目前，“璀璨行動”正在順利實施推進之中。
基于“璀璨行動”，廣東季華信息裝備公司成立，從2022年底開始已吸引社會資本注入，佛山市南海區還專門提供千畝土地，建設“信息裝備產業園”。首批建設項目之一就是8.5代顯示裝備驗證線。還有一批相關裝備和零部件企業也已注冊到信息裝備產業園，開始建設。
在廣東省和佛山市政府的信任與支持下，通過“璀璨行動”，季華實驗室把分布在全國百余家單位（包括顯示器生產制造企業、裝備研發制造企業、大學、科研機構和金融機構）的前述3支技術隊伍有效地組織起來共同攻關、共同發展。據筆者了解，以研發機構作為業主來牽頭組織這項工作，這在國內民口的高端裝備研發中還是首次，這項工作使季華實驗室走出了一條新型舉國體制下解決國計民生重大關鍵問題的“廣東路徑”。也正是這項工作促使筆者團隊提出了建設總體部型研發機構的設想，以適應新時期高端裝備研發生產的迫切國家需求，同時有別于已有的同學科、同方向研究機構，避免同質惡性競爭。
依靠和借鑒“璀璨行動”積累的經驗，筆者團隊還積極推動季華實驗室進入高端數控機床、半導體裝備與關鍵零部件等國家和廣東省的重大專項，這些工作都取得了實實在在的進展。筆者團隊還到一些大學、研發機構、行業協會和領域峰會介紹4類企業與3支研發隊伍的分類、“璀璨行動”和季華實驗室的發展理念，得到了積極響應。
團結奮斗
能否實現團結奮斗，是新建研究機構能否站穩腳跟，繼而能夠順利發展的最關鍵因素。據此，季華實驗室把是否做到團結奮斗作為檢查每項工作的主要評價標準。
在實驗室內部，季華實驗室繼承和發揚了中國科學院長春光學精密機械與物理研究所承擔國家重大任務、干大工程（如兩彈一星、載人航天等）所必需的工程管理體系和團隊文化，要求每位員工必須按規定、按程序工作，層層把關負責；同時也要求大家互相尊重、互相關心、互相愛護、互相幫助。對于各級領導、骨干和管理層工作人員，還提出了特別要求，堅決反對官僚主義和以上欺下。在第一批建設的省實驗室中，季華實驗室較早地建立健全了黨、團、工會等各級組織并堅持積極組織活動，在培養和提高凝聚力方面發揮了關鍵作用。
季華實驗室的特色之一就是大規模、大范圍對外合作。正如建設原則中公開闡明的，要“全面開放”，吸引全國乃至全球的相關頂尖團隊來共同發展。開始是從一些熟悉的專家與團隊抓起，而開展“璀璨行動”和提出建設總體部型研發機構的設想之后，合作的范圍迅速擴大。到2023年底，季華實驗室已經與上百家單位洽談了合作共建，很大一部分已經在推進共同的研發工作，部分合作在研發鏈上大步跨越。例如，季華實驗室吸引了復旦大學數學家建設“九韶應用數學研究院”；與中國科學院力學研究所合作，共同解決我國高端裝備研發中長期以來的短板——數學建模及相關分析仿真問題。
特別指出的是季華實驗室與惠新基金的合作。受第十二屆全國政協副主席、國家開發銀行原董事長陳元“金融資本應從源頭上支持科技研發”的思想啟發，幾乎與“璀璨行動”初步方案提出的同時，季華實驗室就開始與惠新基金交流，共同研究如何把“金融資本應從源頭上支持科技研發”落到實處，讓“璀璨行動”成為第1個具體案例。經過1年的努力，雙方合作成立了“廣東省季華新型顯示裝備有限公司”，惠新基金于2022年底注入7.5億元資金，和季華實驗室成為共同推進“璀璨行動”的“命運共同體”。這在國內金融資本早期注入支持民口國家重大裝備研發活動還是第1次。不僅對“璀璨行動”的推進起了重要作用，也在金融界產生了重要影響，對開辟一條國內科技—資本互相支持新渠道有示范作用。
四、未來發展建議
1. 繼續支持實驗室建設總體部型研發機構，牽頭組織高端裝備研發工作的發展思路。堅持全產業鏈發展的大框架，技術集成裝備，下游考核上游，吸引、組織全國的高端裝備3支優秀隊伍（用裝備、造裝備、相關基礎技術），共同推進中國高端裝備制造產業迅速發展。
2. 一些推動高質量發展和發展新質生產力的政策措施能夠盡快落實下來。例如，給予季華實驗室申請和使用超長期特別國債的機會。
3. 高端裝備研發和制造只能從干中學習積累，過程中的不可預見或難以預見的因素很多，特別需要奮斗精神和堅韌不拔的毅力，也特別需要長期穩定的支持。
曹健林 季華實驗室理事長、主任，國家新型顯示技術創新中心理事長。科學技術部原副部長。主要從事EUV多層膜和相關工程光學技術研究。
文章源自：曹健林. 新質生產力與高端裝備制造：問題、思考與實踐. 中國科學院院刊, 2024, 39(9): 1557-1563. DOI: 10.16418/j.issn.1000-3045.20240703001
