中美競爭環境下制造業重點領域中重大短板群識別與研究

王翰林，張召才，李志陽

（北京空間科技信息研究所，北京 100094）

技術短板已經成為美國對我國制造業的“卡脖子”點，給部分中國企業帶來了經濟損失和發展威脅，對產業鏈安全可控提出了更大的挑戰。歷史上，美國長期攻擊認定對手的短板，實現遏制目的［1-3］，因此，技術短板被當做攻擊手段的問題將一直存在。國內學者通過對比中外技術進步、產業發展等差異，對我國技術與國外存在差距的現狀進行了大量的研究，分析了重點差距技術的篩選的方法［4-6］，技術短板現狀［7-9］，以及補齊短板的對策［10-12］，在評價方法上大多搭建篩選流程或評價指標，通過作者及專家的判斷或打分確定短板嚴重程度，在研究對象上較多集中于具體行業或細分領域。

本文采用專家情景選分和層次分析法相結合的方法，分析在中美制造業激烈競爭的背景下，新一代信息技術、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能和新能源汽車、電力裝備、農業技術及裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等10 個制造業重點領域中短板情況，探究是否存在核心短板扎堆形成短板群而導致一項產品難以自主可控的情況。梳理了10 個領域中存在的247 項技術短板，經計算篩選出25 項核心短板，在核心短板中根據核心短板分布特點，研斷出3 個重大短板群，根據重大短板群的共性特點，提出重大短板群跨越式突破的對策建議。

1 技術短板評價方法模型構建

設計指標體系和選分標準，組織領域內專家根據短板現實情況進行選分，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，某一項技術的總得分為各分項目賦分與分項目數字權重的加權值，一項技術短板的評價過程如圖1 所示。

圖1 技術短板評價方法設計

1.1 指標體系設計

根據美國對我制造業“卡脖子”帶來部分技術亟需快速突破、亟需克服共性技術問題、未來形成可持續發展效益的現狀，以技術突破效益、技術突破緊迫性、技術突破難度為評價角度，設計包含3個一級指標和6 個二級指標的評價模型，依據線性比例（9-18-27）設計一級指標權重，二級指標依據關鍵性、根本性原則分配權重，指標體系及權重如表1 所示。

表1 評價指標體系

1.2 選分標準設計

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

（1）技術突破效益。技術突破效益用于評價該技術突破對制造業高質量發展的影響，包括產業效益和技術效益2 個二級指標。產業效益選分時主要技術突破能否對產業轉型升級提供改變游戲規則的能力，對制造業提質增效是否具有顯著影響，選分標準見表2。

表2 產業效益選分標準

表2（續）

技術效益選分主要考慮技術突破對制造業的關聯帶動作用，選分標準見表3。

表3 技術效益選分標準

（2）技術突破緊迫性。技術突破緊迫性用于評價該技術突破的“輕重緩急”，按照“急用先行”的原則予以確定優先級，選分標準見表4。

表4 技術突破緊迫性選分標準

（3）技術突破難度。技術突破難度用于評價該技術突破在技術成熟度、技術可替代性、技術可獲得性方面需應對的挑戰。

研發攻關難度的選分主要考慮技術發展是否具備一定研究基礎，或對研究投入（時間、經費、資源等）的需求度，選分標準見表5。

表5 研發攻關難度選分標準

表5（續）

技術可替代性的選分主要考慮該項技術是否具有可替代性，即不攻關該項技術，選擇其他技術路徑亦可滿足既定要求或實現既定目標，選分標準見表6。

表6 技術可替代性選分標準

技術可獲得性指標的選分主要考慮該項技術目前是否可以從國內或國際市場獲得，選分標準見表7。

表7 技術可獲得性選分標準

表7（續）

另外，在評估過程中，為了增加評估過程的靈活性，各專家組還可以對個別技術短板進行主觀判斷，以保證在有效使用評分規則的同時，又不完全被評價體系束縛。

2 技術短板分領域評價

通過走訪咨詢各領域內專家學者與一線從業人員，在中國知網提取“短板”“卡脖子”“技術差距”等主題的文獻，結合國家制造強國建設戰略咨詢委員會、中國工程院戰略咨詢中心編著的《＜中國制造2025＞重點領域技術創新綠皮書》中對我國面向2035 年預計重點發展產業技術的介紹，梳理出247 個短板，各領域短板分布情況見表8。

表8 重點領域短板分布情況

表8（續）

依托課題專家資源，邀請領域內專家和一線從業者根據評價方法進行選分，經整理計算得出各短板得分，將420 分以上定級為核心、400～420 分定為重要、400 分以下定級為一般。其中，核心等級25 項，重要等級29 項，一般短板193 項，核心短板清單見表9。

表9 核心短板判定結論

3 重大短板群判定與分析

我國在制造業各重點領域均存在一定數量的技術短板，其中大部分技術短板已有一定的技術積累，與國際先進水平差距不大，對國家安全、國民經濟構成的風險在一定范圍內可控。加之其往往處于產業鏈中非決定性位置，其上下游均有國內科技、產業力量存在，因此有很大希望在自然發展中取得突破，隨著市場的不斷演進推動，逐漸打通堵點，維持產業鏈完整性、安全性。可是部分短板差距較大，且相對聚集，對制造業危害較大。

25 項核心短板中有20 項核心短板聚集在芯片、航空渦輪噴氣發動機、基因育種3 個技術領域，三者在制造業產業鏈和價值鏈中處于關鍵環節，在各自領域具有深刻的技術內聯性，具有實現協同攻關、集群突破的可行性。因此，本研究將這3 大領域所涉及的核心短板聚類，定義為3 個重大短板群。

3.1 芯片短板群

芯片處于工業生產的核心地位，但因其技術具有經驗試錯帶來技術累積、理論突破推動技術瓶頸的特點，需要投入大量攻關精力，但在美國“芯片制裁”之前供應相對穩定，我國研究力量投入不夠，因此我國芯片產業鏈的原料、設計、加工、封裝、測試等環節存在多項核心短板（如圖2 所示）。目前，我國芯片進口依賴程度嚴重，7nm 級產品無法自給自足［13-14］，2019 年我國芯片進口額為3040 億美元，繼續保持我國商品進口額度第一位［15］。

圖2 芯片技術短板群在產業鏈上的位置分布

美國在芯片設計領域有絕對控制力，在該產業全球占有率約為70%，芯片設計所需的EDA 軟件由美國Synopsys、Mentor、Cadence 三大公司所壟斷［16］。但中國大陸在該領域與美國的差距不斷縮小，現已擁有海思、紫光展銳、中興微電子等重點企業，其中，華為海思在該領域世界范圍內排名第五，并在前十大芯片設計公司中營收增長最快。

在芯片加工領域，荷蘭、美國、日本壟斷全球市場。目前，世界頂級的光刻機是荷蘭的ASML，具備了穩定生產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市場份額達到約80%［17］，但因其在產品中使用美國零部件，在一定范圍內受到美國管控。除荷蘭之外，美國、日本也是重要的全球供應商，具有較強的市場競爭力。中國近年來不斷在這一領域發力，培育出中芯國際、華虹半導體、華潤微電子等重點企業，已經實現28nm 級芯片量產，14nm 級芯片已經投入市場良品率不斷提高，7nm 級芯片正在研制之中。

我國芯片產業出現的短板在原料、制造環節最嚴重；設計環節有被美國攻擊的風險；封裝測試環節達到了世界先進水平，相對安全。目前，芯片領域的摩爾效應將近失效，碳基產品有可能繼承硅基半導體，成為未來電子信息產業重要基礎的新型半導體材料，新的發展形勢為中國芯片領域追趕提供了有利條件。

3.2 航空燃氣輪機短板群

航空燃氣輪機是渦噴、渦扇飛機的“心臟”，決定著飛機的動力特性、安全性能和競爭力，自主可控的航空燃氣輪機技術是維護國家安全、振興航空產業的重要技術。

但由于航空燃氣輪機技術壁壘較高，具有多學科高度交叉、各要素深度耦合的特點，需要系統、持續的投入才能取得技術突破，加之業內整機采購有優先追求最先進產品的觀念，國際市場被美國通用公司、美國普惠公司、英國羅羅公司等壟斷企業把控［18-19］。美國在該專業方向處于世界領先的地位，擁有GE、PW 等世界頂級公司，生產出F119、F135 等著名軍用航空燃氣輪機，制造了GE9X、PW1000G 等頂級民用航空燃氣輪機。

圖3 繪制了航空燃氣輪機短板群所涉及的11 項核心技術短板在產業鏈的分布情況。航空燃氣輪機產業環節包括基礎研究、設計、制造、試驗取證、維修保障等，核心短板集中在基礎研究、設計等環節。

圖3 航空燃氣輪機技術短板群在產業鏈上的位置分布

航空燃氣輪機生產過程包括基礎研究、設計、制造、驗證取證、維修保障等環節，我國在各個環節均存在一定量的短板，部分短板短期內突破難度較大。尤其設計環節，因習慣于測繪仿制［20］，缺乏正向設計能力，無法設計出高性能的壓氣機、燃燒室、渦輪、附件系統等部件，且各部件間無法形成較好的配合。

我國持續投入航空燃氣輪機研發，近年來更是加大投資力度，啟動兩機專項等支持計劃，因此，我國航空燃氣輪機存在擺脫商用上依賴進口、軍用飛機等發動機的被動局面的可能。

3.3 基因育種短板群

基因育種是提高農業生產效率、維護糧食安全的關鍵性技術。基因育種包括資源收集、目標基因獲取、目標基因培育、鑒定、試種以及收獲、種植等主要環節。

基因育種領域中美差距較大，我國在基因育種領域存在多項短板，導致大豆、玉米、蔬菜等領域依賴進口。我國大豆平均畝產量約為美國的60%［21］；考慮肥料投入與單位畝產，玉米產量水平相當于美國的55%［22］，美國先鋒公司選育的雜交玉米種子“先玉355”是東北、華北地區主要的玉米品種；在蔬菜方面，白蘿卜、辣椒、胡蘿卜、茄子、西蘭花等蔬菜長期依賴洋種子［23］。種子資源搜集成于長期積累，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，研發投入持續性不足，行業人才吸引力不大。

圖4 繪制了基因育種短板群所涉及的3 項核心技術短板在產業鏈的分布情況，核心短板集中在培育目標基因環節。作為國際最重要的和平力量之一，我國有必要不斷突破基因育種技術短板，在擺脫部分品種依賴國外種子，穩固糧食安全的基礎上，獲得更高的單位面積產量，為人類命運共同體做出更大的貢獻。

圖4 基因育種技術短板群在產業鏈上的位置分布

4 重大短板群共性總結

4.1 發展階段特點

3 個重大短板群中的發展現狀具有易被卡但卡不死的特點。美國已經對我國芯片產業瘋狂打壓、試圖阻止我國對國外航空發動機公司的兼并與產品的采購，因其農業生產過剩，目前還沒有在種子產業方面大做文章，但不排除未來危險性。另一方面，由于高端產品具有一定的使用范圍，例如我國尚未成熟掌握的7nm 級芯片僅約占市場份額的15%，主要應用于手機，我國產品能夠滿足其他大部分低要求的應用場景，因此尚未達到“一卡斃命”的地步。加之，我國在制造業形成了門類較為齊全的產業鏈、體量巨大的市場、規模龐大的科學技術人才，因此，具有強有力的自我供給能力。

4.2 技術共性特點

3 個重大短板群中的技術難點具有深基礎性、強耦合性和高可靠性的技術共性特點。深基礎性技術需要長期的理論積淀作為支撐，但一些制造業主體追求短期利益，在一些容易獲得利潤的低端行業一哄而上，并迅速轉向下一個目標，便無法形成深厚的技術積累。強耦合性技術需要不斷創新研究方法，在不同學科的深度融合中尋求技術問題的解決方案，不斷創新合作機制，不斷建立新的理論模型、開發計算工具，實現共創共贏，形成小的技術革新利益圈子便會破壞了合作的氛圍。高可靠性技術需要在實現基本功能的基礎上不斷精耕細作，深挖機理、打磨細節，追求更高的性能，不追求在技術細節上完全自主可控便會亦步亦趨，失去了持續提升的機會。

5 結束語

截至2020 年底，我國已連續11 年成為世界最大的制造業國家，但在制造業發展質量上仍然與美國有一定差距，在各重點領域均存在短板，在芯片、航空燃氣輪機、基因育種等領域存在短板較為集中的情況，導致產業鏈無法完全自主可控。在中美競爭的環境下，我們應該正視這一問題，利用“卡不死”的戰略窗口期，發揮市場經濟條件下新型舉國體制優勢，引導優質創新資源更多地流向深基礎性、強耦合性的技術領域，圍繞關鍵短板優先解決重點問題，創造出更加可靠可信的產品，更要戰略識別、布局下一代關鍵技術，避免面向未來的關鍵技術出現“代差”，極力扭轉“被卡”局面。