随着人工智能技术的快速发展,智能制造已经成为当前各国实现制造业跨越式发展的重要支撑。高端电子装备是指具有高技术含量、高附加值、处于产业链高端的电子装备,如通信导航装备、雷达、大型天线、高性能计算机、高端网络设备等。我国高端电子装备智能制造在硬件、软件、核心技术、制造工艺等方面与世界发达国家相比仍存在较大差距。
本书立足我国高端电子装备智能制造的现状,对高端电子装备智能制造的概念、内涵以及世界制造强国的发展情况进行了初步梳理,对制约发展的问题予以总结分析,创新性地提出了智能化的融合发展路径,从协同创新角度提出了发展建议,并对未来发展趋势做出了展望。
本书适合机械工程、管理科学与工程、电子科学与技术、信息与通信工程等专业的本科生及研究生使用,也适合高等学校、科研院所、制造企业中从事高端电子装备研究及科技管理的工作者阅读参考。
席卷全球的第四次工业革命掀起了以智能制造、人工智能、云计算、大数据、5G、增材制造、工业互联网等为代表的新技术与新兴产业交汇融合的发展浪潮,现代信息与电子技术被广泛应用到高端装备制造、战略性新兴产业等国家工业制造的诸多领域,发挥出重要的使能、赋能作用,对于传统工业制造的转型升级、跨越发展意义重大。
当前,我国工业化正在从2.0、3.0向4.0着力推进,工业制造的数字化、网络化、智能化蓬勃兴起,迭代发展、转型升级成为推进制造强国战略的重心,而关乎先进制造质量与水平的核心元器件、关键基础部件、电子信息功能材料、高端制造装备、高水平制造工艺、高端测试仪器等,在不同程度上存在着对外依赖的问题,在设计、制造、测试等多个环节上亟待突破瓶颈、自主发展。
目前,我国在先进制造方面面临着“卡脖子”问题,这些问题的焦点主要集中在高端芯片制造、知识型工业软件、电子装备核心器件和基础部件(如高端电容/电阻、传感器、FPGA、DSP、旋转关节、机器人减速器/控制器/伺服电机等)的设计制造上。其中,高端电子装备是实现工业制造智能化发展、传统工业转型升级的枢纽,其设计、制造、测试等面临着突破关键核心技术、增强自主发展能力的严峻挑战。
从全球电子装备制造的历史看,走融合发展之路,是世界制造强国创新发展的成功经验。此处所提出的融合发展,是指融合社会各方面资源,通过集成创新推动电子装备制造的跨越式发展。在具体实践中,军民融合是融合发展的典型。例如,美国在二战后,抢占了信息技术发展的先机,在计算机、集成电路等方面领先全球,其通信装备、互联网、GPS导航等高端电子装备实现了军民两用深度融合的发展目标,不仅提升了军事电子装备的制造水平,也拓展了民用电子装备的应用市场;欧洲实施军民结合发展策略,在航空、电子、雷达、机器人等方面占据优势,其智能制造走在了全球前列;日本采取“以民掩军”的策略,在精密电子制造、机器人等领域独具特色;以色列推行“以军带民”的发展思路,在通信、计算机、高端装备、半导体等高附加值的产业制造领域居于全球领先水平。
我国实施融合发展战略,为解决高端电子装备制造的自主创新、跨越发展提供了难得的历史机遇。面对智能制造的新挑战,高端电子装备智能制造不仅要在武器装备从机械化、信息化向智能化方向发展的进程中发挥作用,也要在军转民、民参军的国家战略中贡献力量,通过融合发展,推进高端电子装备高性能、低成本、高效率、一体化、高质量、环保型发展目标的早日实现。
我国高端电子装备制造在硬件、软件、核心技术、工艺质量、服务保障等方面与制造强国相比仍存在较大差距。破解这一问题的重要途径之一就是要通过融合发展的推动,实现优势互补、资源共享、取长补短、相互支撑;同时,打通军用和民用装备制造之间的壁垒,破解技术共享与平台建设难题,探索融合发展的高效市场机制,实现高端电子装备制造深度融合发展的创新与跨越。
为此,调研分析我国高端电子装备制造智能化融合发展中存在的问题与不足,探索建立跨越发展的体系构架,分析并提出下一步发展的主要方向和关键技术,探明实施深度融合的路径和机制,提出相应的政策建议,对于进一步加快我国信息化战略进程、实现装备强军和制造强国具有非常重要的现实意义和深远的历史意义。
本书首先从高端电子装备制造智能化的概念入手,结合世界制造强国的发展模式,对全球电子装备制造的智能化融合发展进行了分析;然后针对芯片制造、高端工业软件、先进雷达、高性能计算机、卫星导航系统等典型装备设计制造的现状,分析了我国高端电子装备智能化融合发展存在的问题;最后提出了适合我国高端电子装备智能化融合发展的实施路径。
本书由中国工程院重点咨询研究项目组完成。其中,段宝岩院士负责本书总体架构的设计和主要学术思想的提出,并对本书的内容进行全面审阅;李耀平负责本书第一章、第四章和第五章的撰写,杨挺负责本书第二章和第三章的撰写。此外,感谢项目组温浩宇、孙秉珍、杨会科所做的贡献,特别感谢西安电子科技大学出版社高维岳副社长的支持。
由于作者能力有限,本书不足之处在所难免,诚挚邀请社会各界的专家和其他读者给予批评与指正,我们将不胜感激。
作 者
2023年7月
第一章 高端电子装备制造智能化的概念 1
一、高端电子装备概述 1
(一) 电子装备 1
(二) 高端电子装备 3
(三) 高端电子装备制造 4
二、智能制造的概念与内涵 7
(一) 智能制造的概念 7
(二) 智能制造的内涵 9
(三) 数字化、网络化、智能化制造 10
三、高端电子装备制造智能化的融合发展 12
(一) 高端电子装备与智能制造 13
(二) 高端电子装备制造智能化 14
四、高端电子装备制造的地位、作用与意义 15
(一) 工业制造的前沿引领 16
(二) 国家战略的中坚支撑 17
(三) 创新驱动的强劲引擎 17
第二章 全球电子装备制造的智能化融合发展借鉴分析 19
一、融合发展的历史概况及特色 19
(一) 历史概况 19
(二) 各国装备制造发展的特色 20
二、世界制造融合发展先进制造的模式借鉴 21
(一) 美国 21
(二) 欧盟 28
(三) 日本 31
三、高端电子装备制造智能化融合发展的方向及趋势 32
(一) 工程科技未来发展的颠覆性技术趋势 32
(二) 颠覆性技术发展中融合发展的必然选择 35
第三章 我国高端电子装备制造智能化融合发展存在的问题 37
一、历史发展与当前的主要矛盾 37
(一) 历史发展的经验总结 37
(二) 当前的“卡脖子”难题 42
(三) 现阶段发展的主要矛盾 44
二、典型装备设计制造中的主要问题 46
(一) 芯片制造 46
(二) 高端工业软件 60
(三) 先进雷达 73
(四) 高性能计算机 81
(五) 卫星导航系统 92
(六) 其他系统及装备 99
三、深度融合的瓶颈 103
第四章 高端电子装备智能化融合发展路径分析 107
一、借鉴国家重大专项经验,破解融合发展难题 107
(一) 重大专项引领的经验 107
(二) 重大专项的实施分析 109
二、统一标准体系,打破融合标准壁垒 111
(一) 标准融合的相关经验 111
(二) 标准融合的资源依赖和互操作性理论 113
(三) 标准融合实施方案 114
三、突破关键共性技术,推动装备制造自主可控 117
(一) 关键共性技术的主要特征 118
(二) 基于关键共性技术特征的需求提取 119
(三) 关键共性技术的发展趋势 120
四、加快高端人才培养,促进人才流动与知识流转 124
(一) 融合发展产业人才流动的必要性 124
(二) 融合发展产业的知识流转理论 125
(三) 融合发展产业的知识流转方式 128
五、理顺投资分配方式,借助多种市场资源要素 129
(一) 融合发展中的投资分配经验 129
(二) 融合发展中的要素配置理论 134
(三) 融合发展中的要素市场化配置 135
六、创新管理机制体制,发展融合产业集群 138
(一) 深度融合产业集群的经验 138
(二) 基于虚拟企业理论的组织管理 141
(三) 融合发展产业集群的保障 144
第五章 思考与展望 146
一、思考 146
二、展望 151
参考文献 154