本文刊载于《中国科学院院刊》2024年第9期专刊"开放科学 勇立潮头--科技创新引领大湾区高质量发展"--"科技前沿与新质生产力"
作者：曹健林 季华实验室（先进制造科学与技术广东省实验室）
发展新质生产力的重要内容之一是利用科学技术的最新成果进行产业升级，包括发展新兴产业、高技术产业和改造传统产业。高端装备制造较为薄弱是我国当前产业升级的难点与痛点。文章根据全球制造业企业的分布情况，提出了4类企业的分类概念，阐明了中国缺乏第4类企业（能够在其生产的装备中集成相关最新技术成果的企业）的原因及培育发展这类企业所面临的困难。文章还将高端装备相关的技术队伍分为3类——用装备、造装备和从事基础技术研究，明确提出要做好高端装备的研发和生产制造，必须有3支队伍的长期、稳定和密切合作。文章还介绍了季华实验室（先进制造科学与技术广东省实验室）的若干实践结果。
2023年7月以来，习近平总书记在四川、黑龙江、浙江、广西等地考察调研时，提出要整合科技创新资源，引领发展战略性新兴产业和未来产业，加快形成新质生产力。2024年1月31日，习近平总书记在中央政治局第十一次集体学习时强调，发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点。之后，举国上下都在认真学习、研究与落实。
新质生产力新在什么地方？重要的内容之一是利用科学技术使现有产业升级，包括发展新兴产业、高技术产业和改造传统产业。
“传统产业”不是“旧”，不是存在时间久，是产品的形式基本稳定。但产品形式稳定不代表产品的技术内涵和生产过程不变。所谓高技术产业的主要特点是技术变化快，由此带来的应用领域也变化很快。变化快需要不断地研发投入，因此高技术产业一般是由研发投入占销售收入的比值来定义的，并非由技术复杂程度来划分。以汽车制造和飞机制造为例，这两个产业都已有百年以上的历史，其复杂程度是非常高的。
中国是拥有全部工业门类的第一制造业大国，是全球公认的产业升级最成功的国家之一。在产业升级方面，中国有可能让高技术产业和传统产业彼此互相支撑而不是互相替代，共同发展，这是一条最合理的路径。因为任何新技术的产业化都必须得到现有工业体系的支持，否则既无材料又无装备；而传统产业也是高技术产业的最大用户。
从历史上看，大多数新兴产业源自现有产业中的创新活动，而新兴产业对于经济增长的更大作用是为其他产业部门提供新的技术来源或产品市场。未来的技术进步和经济发展将更加依赖于产业体系的这种互补性。
一、高端装备——中国制造业面临的最大问题
2010年，我国成为拥有全部工业门类的第一制造业大国。第一制造业大国支撑了中国这个第一人口大国实现小康目标；近现代史还表明，第一工业大国也是经济、军事和科技第一强国的前奏。
同时，我们也深刻地体会到，在从大国走向强国的历史进程中面临许多问题。例如，当今现代制造业有三大基础：能源、材料和芯片（集成电路）。目前中国差距比较大的是芯片。支撑现代制造业基础的重要技术之一就是先进制造，可以理解为造东西越来越精密（控制到纳米、亚纳米量级），越来越复杂（1部机器有数十万个零部件，1套基础软件有几千万行代码），越来越自动化、智能化（能执行、能记忆、能学习）。
先进制造最典型、最重要的产品就是芯片。在芯片产业中我国最缺的是核心装备，例如光刻机。在很多与先进制造相关的产业中也有类似问题。怎样才能造出核心装备、造好核心装备，进而发展出中国的高端装备产业？自2008年国家科技重大专项启动以来，我们积累了很多经验，也暴露出不少问题。
目前制造业的全球布局
第二次世界大战以后，随着科技进步、生产效率提高和产业资本对更多利润的追逐，制造业企业可以分为以下4类（图1）。
图1 4类制造业企业的划分
其中的第1、2类企业已大量分布在发展中国家，第3、4类企业，尤其是第4类企业，仍全部集中在发达国家。图1的倒三角形状反映出：从产业规模和就业人数上看，第1、2类企业要大很多，而第3、4类企业需要更多的技术积累与支撑，第4类企业则更是有能力集成相关科学与技术研发的最新成果。这种全球化条件下的产业分工和技术分布其实也决定了利润分配，第3、4类企业虽然数量少、规模也不大，但其产品的附加值很高，利润率也要比第1、2类企业高很多。它们还是政府科技攻关项目和产业政策的重点支持对象，产品也是政府科技和贸易政策的重点控制对象。
作为第一制造业大国，中国的第1、2类企业很多，有些规模很大，甚至已进入世界500强。一些第3类企业也发展得不错，主要是那些不需要高精度、超精密，或者能通过国际渠道买到关键元器件、零部件和关键材料的企业；而部分产品需要高精度并保持长期稳定的第3类企业普遍相当艰难。按照国际标准，中国还没有真正的第4类企业。
如何进行产业升级
对于制造业而言，产业升级的要求就是第1、2类企业的工艺改进、效率提升、质量提高，直至生产过程和产品的代际跨越。这也是公众、金融界和政府关注点最集中的地方。在分工高度发展和产业链充分拉长的今天，第1、2类企业提出的是对生产装备的精度、效率、可靠性、稳定性和寿命等工艺与技术指标要求，这些要求如何与构建成生产装备的各门学科、技术的最新成果对应？如何优化组合以最低的成本和代价来实现？这些都是第1、2类企业自身无法完成的任务。
改革开放40多年以来，中国的产业升级得益于融入全球化洪流，许多产业的生产制造装备主要是由发达国家的第3、4类企业提供。以笔者比较熟悉的芯片、显示和发光二极管（LED）照明产业为例，其主要生产制造和检测装备都是来自发达国家。近年来，发达国家对中国的封锁和打压不断升级，我们已经不能再把中国产业升级发展的希望寄托在国外厂商的身上。因此，中国的制造业产业升级关键问题就是：要发展起自己的、能满足中国企业要求且有竞争力的第3、4类企业。
图2 产业技术实现规模化量产步骤链
一项产业技术要想真正实现规模化量产，大致需要走完图2所示的6步。就高端装备而言，目前图2步骤链中，从第1步（提出问题）到第5步（产业技术研发：工艺、装备等）基本上还掌握在发达国家手中。中国的许多研发单位也在做图2步骤链条中的某一部分，但除国防军工系统之外还没有形成链，没有形成完整的体系。从体系化的角度来看，应该是高校和科研院所做第1步到第4步（应用研发），有实力的企业和大院大所的专业队伍做第5步和第6步（产品生产）。这类体系的形成和有效发挥作用是一个历史过程，但当今面临的任务和国内外环境都要求我们加快进度。
除了完善技术发展链条之外，必须进一步完善高端装备的研发环境，其中一项重要工作就是要有“演兵场”（也可称为“试验线”或“验证线”）。我们必须认清3个基本事实：
1. 中国的第1、2类企业已是国际水平的，它们提出的装备要求也一定是国际水平的，这样的装备不可能一次性研发成功，必须有迭代发展的机会；
2. 国外的第4类企业是跟随全球领先的企业一路发展起来的，他们积累了大量制造、检验、调试、联线和试生产的关键技能（know-how），这一课我们必须补，舍此无法取得装备应用企业的信任；
3. 我国第1、2类企业应该支持自己的装备企业，事实上近年来也在全力支持。但装备企业不应该把生产企业当“演兵场”，因为生产企业本身负担也很重。从上述事实可以看出，国际上的高端装备企业为什么能够形成并保持垄断？产品应用企业的宝贵信任和取得这种信任的高额“演兵”费用，是众多企业望而生畏且不敢进入的最重要原因之一。
如果国产装备没有演示、验证和迭代提高的机会，由此造成相关的技术和工艺研究也无法持续与深入，这将是一个恶性循环。不破除这个恶性循环，发展中国的高端装备产业就是一句空话。
二、研发高端装备涉及的3支技术队伍
如果进一步分析研发高端装备涉及的技术队伍，依照其主要工作内容可以分为3类：
1.用装备的队伍。主要工作是掌握并充分发挥出现有装备的能力和效率，同时指出面临的问题和解决问题的方向。
2. 造装备的队伍。主要工作是集成掌握的技术去研发、制造和量产装备。
3. 关键基础技术研发队伍。这支队伍专门从事高端装备所涉及的关键基础技术研发，如精密机械、工程光学、自动控制与人工智能、先进材料等。
要发展好自己的高端装备产业，必须有这3支队伍的长期、稳定、密切合作，而要做到是非常不容易的。以集成电路产业和显示产业为例，第1支队伍都在生产企业，主要在几家大企业；第2支队伍则基本诞生于21世纪，由原部委研究机构改制，或由大学、科研机构的研究人员创办，或由具有海外实际工作经验的技术骨干领军创建；第3支队伍主要集中在大学和专门科研机构（如中国科学院）的专业研究所。3支队伍分处不同地域、不同组织、不同资源渠道及不同管理机制之下。比较常见的是每支队伍都想以“我”为中心，而将其他队伍当作陪衬或“伙计”，尽量将资源拿到自己手里。碰到问题和争论时往往揽功推过，将本应该共同发展的“命运共同体”当作一事一议的短期“利益共同体”。当前一些激励手段和管理方式甚至还起到了推波助澜的作用。
国际环境发生变化之后，情况有所好转。但业已形成的习惯之影响依然处处存在。各级政府的管理部门，特别是经济、工业和科技管理部门还有大量工作要做，以促进3支队伍之间的合作和共同奋斗。每支队伍自身也必须改变观念，充分认识到与其他2支队伍团结合作的必要性。这是近期内使中国的高端装备制造产业取得突破性发展的关键。
三、季华实验室的实践与下一步发展设想
满怀着尝试解决上述问题的愿景与希望，2018年春天笔者团队来到广东佛山，开始在广东省委省政府、佛山市委市政府的支持下建设“先进制造科学与技术广东省实验室”，后改称为“季华实验室”。在大家的共同努力下，季华实验室的建设取得了初步成功。回顾季华实验室5年建设期（2018—2023年）的工作，基本经验有4条。
坚定使命任务
16字建设原则：顶天立地，全面开放，以人为本，注重实效。“顶天”就是争取国家重大专项级的大任务，解决国计民生中的重大装备问题；“立地”就是提升当地的工业水平，助力第1、2类企业升级改造，同时吸引、培育出一批第3、4类企业。“全面开放”则是要结合广东和佛山的有利条件，吸引全国乃至全球的顶尖团队一起共同奋斗，共同发展。“以人为本”是强调要建设一支能扎根佛山，与佛山形成命运共同体的高水平科技队伍。“注重实效”则明确提出必须让研发成果集成到高端装备上，不追求发文章、抢头衔，甘当幕后英雄。建设期的5年中，这些原则都得到了较好的落实。
夯实基础
要研发高端装备，必须有一支高素质、够体量的科技队伍，有与其水平和能力相适应的基础条件与设施，有能适应任务需求的管理体制和运行机制。从建设之初起，季华实验室就在夯实基础方面下了大力气。
人才队伍建设。任务带学科，定了任务再找人。从研发高端装备所涉及的学科与技术出发，确定了8个学科方向和8个研究领域，引进了59个研发团队，组建了16个研究/支撑部门。为了促进青年人加速成长，季华实验室还组建了“青年创新学社”（以下简称“青创社”），设立了青年创新基金，鼓励青年人自己找应用场景、自己立项、自己评审，在专家前辈指导下推进完成。到2023年底，季华实验室人员规模达到了1 279人，其中固定人员（已落地佛山的人员）超过千人，真正建立了一支扎根佛山的高素质队伍。
硬件设施建设。实验室园区建设于2018年底动工，一期工程于2020年底完成并实现搬入，二期工程于2023年交付使用，两期工程皆荣获中国建筑行业工程质量的最高荣誉“中国建筑工程鲁班奖”。在食堂、图书馆、阅览室、健身房等支撑保障条件方面都做了精心布局，取得了很好的反响和认可。在仪器设备购置方面，始终坚持要达到国内最高标准，并力争在此基础上避免重复，与同行互惠互利。这一要求也促使季华实验室提早谋划落实，一定程度上减少了国外禁运造成的麻烦。
软件环境建设。季华实验室在省实验室中最先形成了全面的管理体系和规章制度，并在实施中不断健全完善，得到了相关国家管理部门的认证与认可。按国际标准创建了英文期刊Light：Advanced Manufacturing（《光：先进制造》），也得到了国家和省相关部门的高度评价，已被Scopus、DOAJ、Google Scholar和CNKI等国内外数据库收录。
抓住机遇，勇于开拓
2021年初，利用在广州成立国家新型显示技术创新中心所形成的历史机遇，季华实验室开始策划全产业链研发生产显示制造装备。珠三角地区是全球最大的显示器生产基地，产量接近全球的一半，但核心器件的生产制造装备（以下简称“显示装备”）全部依赖进口，预计2030年之前中国进口这类装备要耗资过万亿元人民币，同时还面临着被“卡脖子”断供的危险。季华实验室的策划得到了国内相关优势团队和装备大用户的积极响应。当年2月，实验室组织数十家单位的专家迅速形成了初步方案，力争在2030年前完成16种关键显示装备的研发生产，实现显示器生产的完全自主可控。同年3月25日，实验室将初步方案向广东省领导正式汇报，得到充分肯定。2022年6月，广东分管省领导将该项目命名为“璀璨行动”，并由广东省科技厅组织在季华实验室召开了第一次启动会和工作会。2023年10月18日，广东省政府常委会过会批准，11月9日广东省科技厅正式批准下发《实施方案》，将季华实验室确立为业主单位来组织实施，目前，“璀璨行动”正在顺利实施推进之中。
基于“璀璨行动”，广东季华信息装备公司成立，从2022年底开始已吸引社会资本注入，佛山市南海区还专门提供千亩土地，建设“信息装备产业园”。首批建设项目之一就是8.5代显示装备验证线。还有一批相关装备和零部件企业也已注册到信息装备产业园，开始建设。
在广东省和佛山市政府的信任与支持下，通过“璀璨行动”，季华实验室把分布在全国百余家单位（包括显示器生产制造企业、装备研发制造企业、大学、科研机构和金融机构）的前述3支技术队伍有效地组织起来共同攻关、共同发展。据笔者了解，以研发机构作为业主来牵头组织这项工作，这在国内民口的高端装备研发中还是首次，这项工作使季华实验室走出了一条新型举国体制下解决国计民生重大关键问题的“广东路径”。也正是这项工作促使笔者团队提出了建设总体部型研发机构的设想，以适应新时期高端装备研发生产的迫切国家需求，同时有别于已有的同学科、同方向研究机构，避免同质恶性竞争。
依靠和借鉴“璀璨行动”积累的经验，笔者团队还积极推动季华实验室进入高端数控机床、半导体装备与关键零部件等国家和广东省的重大专项，这些工作都取得了实实在在的进展。笔者团队还到一些大学、研发机构、行业协会和领域峰会介绍4类企业与3支研发队伍的分类、“璀璨行动”和季华实验室的发展理念，得到了积极响应。
团结奋斗
能否实现团结奋斗，是新建研究机构能否站稳脚跟，继而能够顺利发展的最关键因素。据此，季华实验室把是否做到团结奋斗作为检查每项工作的主要评价标准。
在实验室内部，季华实验室继承和发扬了中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担国家重大任务、干大工程（如两弹一星、载人航天等）所必需的工程管理体系和团队文化，要求每位员工必须按规定、按程序工作，层层把关负责；同时也要求大家互相尊重、互相关心、互相爱护、互相帮助。对于各级领导、骨干和管理层工作人员，还提出了特别要求，坚决反对官僚主义和以上欺下。在第一批建设的省实验室中，季华实验室较早地建立健全了党、团、工会等各级组织并坚持积极组织活动，在培养和提高凝聚力方面发挥了关键作用。
季华实验室的特色之一就是大规模、大范围对外合作。正如建设原则中公开阐明的，要“全面开放”，吸引全国乃至全球的相关顶尖团队来共同发展。开始是从一些熟悉的专家与团队抓起，而开展“璀璨行动”和提出建设总体部型研发机构的设想之后，合作的范围迅速扩大。到2023年底，季华实验室已经与上百家单位洽谈了合作共建，很大一部分已经在推进共同的研发工作，部分合作在研发链上大步跨越。例如，季华实验室吸引了复旦大学数学家建设“九韶应用数学研究院”；与中国科学院力学研究所合作，共同解决我国高端装备研发中长期以来的短板——数学建模及相关分析仿真问题。
特别指出的是季华实验室与惠新基金的合作。受第十二届全国政协副主席、国家开发银行原董事长陈元“金融资本应从源头上支持科技研发”的思想启发，几乎与“璀璨行动”初步方案提出的同时，季华实验室就开始与惠新基金交流，共同研究如何把“金融资本应从源头上支持科技研发”落到实处，让“璀璨行动”成为第1个具体案例。经过1年的努力，双方合作成立了“广东省季华新型显示装备有限公司”，惠新基金于2022年底注入7.5亿元资金，和季华实验室成为共同推进“璀璨行动”的“命运共同体”。这在国内金融资本早期注入支持民口国家重大装备研发活动还是第1次。不仅对“璀璨行动”的推进起了重要作用，也在金融界产生了重要影响，对开辟一条国内科技—资本互相支持新渠道有示范作用。
四、未来发展建议
1. 继续支持实验室建设总体部型研发机构，牵头组织高端装备研发工作的发展思路。坚持全产业链发展的大框架，技术集成装备，下游考核上游，吸引、组织全国的高端装备3支优秀队伍（用装备、造装备、相关基础技术），共同推进中国高端装备制造产业迅速发展。
2. 一些推动高质量发展和发展新质生产力的政策措施能够尽快落实下来。例如，给予季华实验室申请和使用超长期特别国债的机会。
3. 高端装备研发和制造只能从干中学习积累，过程中的不可预见或难以预见的因素很多，特别需要奋斗精神和坚韧不拔的毅力，也特别需要长期稳定的支持。
曹健林 季华实验室理事长、主任，国家新型显示技术创新中心理事长。科学技术部原副部长。主要从事EUV多层膜和相关工程光学技术研究。
文章源自：曹健林. 新质生产力与高端装备制造：问题、思考与实践. 中国科学院院刊, 2024, 39(9): 1557-1563. DOI: 10.16418/j.issn.1000-3045.20240703001
