四、工业强基链式突破的重点方向和路径

（一）超大型构件先进成形及加工制造工艺

1.必要性

《国家能源发展战略行动计划（2014—2020年）》中提出，到2020年核电装机容量将达到5800万kW。核电技术向三代AP1000、CAP1400和华龙一号等发展，核电站发电功率不断增大，安全系数要求不断提高，核电设备趋于更大型化，核电大锻件向超大化和一体化发展，尺寸越来越大（超大、超长、超厚），两个或多个合在一起形成异形结构，同时质量要求也越来越高，这使得其成型制造难度越来越大。超大型锻件的制造技术已成为制约我国乃至全球核电发展的瓶颈。我国超大型锻件以前依赖进口，受制于人。目前，国内的中国一重、上海电气、中国二重等企业初步具备了核电关键超大型锻件的生产能力，但是尚未全面突破大型锻件的关键共性技术，产品合格率低，质量不稳定，“做二保一”甚至“做三保一”。此外，材料利用率低，生产周期长，不能满足国内核电建设的需求量，也难以支撑我国的核电装备走出去战略。

大型铸锻件是核电主设备（核岛、常规岛）的关键组成部分，主要包括核岛核反应堆压力容器、蒸汽发生器中的顶盖、接管段、底封头、上封头、锥形筒体、管板和常规岛内的低压转子。部分超大构件见表1-1。单台核电动机组需锻件约1800吨，价值约为5亿元，每年市场近70亿元。

2.推进路径

针对核电核岛及常规岛成套设备的轴类（大型转子）、筒类（上接管段、下接管段）和饼类（管板、蒸发器封头）对象，推进先进成型加工制造工艺一条龙研究，满足我国核电建设的需要，并支撑我国核电装备走出去的战略。

推进高纯净钢水冶炼技术、超大型钢锭的夹杂物和宏观偏析控制、超大型构件锻造过程的缺陷演变与控制、超大型构件的均质化热处理、大型分段核电转子和异型锻焊结构件的焊接、大型构件成型制造全流程工艺分析设计一体化技术六项技术，推进路线如图1-1所示。

（二）轨道交通SiC IGBT

1.必要性

IGBT器件作为轨道交通装备的“核芯”，被誉为轨道交通装备的“CPU”。IGBT作为电力电子技术的核心器件，其对变流装置及应用系统的产业拉动作用为1:10:100。

作为第三代功率半导体器件的SiC IGBT类器件，具有更高的工作频率、更低的能量损耗，将推动轨道交通装备向轻量化、小型化的“绿色智能”迈进。采用SiC IGBT类器件及其装置的电力电子技术进行交流电力机车变频调速，可节电近30亿千瓦时；用于城市轨道交通，可节电30%左右；用于高速动车组轨道交通，可节电25%左右。

重点产品有：3300V/50A SiC MOSFET器件及3300V/1500A SiC MOSFET功率模块；6500V/35A SiC IGBT类器件及6500V/400A SiC IGBT类功率模块；10kV/20A SiC IGBT类芯片。

2.推进路径

以高频超高压SiC IGBT器件为核心，突破低缺陷SiC单晶和厚外延材料、高精度栅极工艺、晶圆减薄及薄片加工、低寄生模块封装、超高压绝缘保护、高压高速驱动和保护等关键技术，实现轨道交通装备用SiC IGBT类芯片和模块关键技术的超越和创新。

以SiC IGBT和MOSFET器件的物理级模型及行为级模型为基础，建立芯片和模块设计仿真平台。以全自动化工艺设备、检测与测试设备作为SiC IGBT类芯片和模块制造的执行终端，以规模化生产、智能制造及柔性制造作为提升产品可靠性、良品率的措施，进一步丰富和完善SiC IGBT类芯片和模块封装的设计、制造、测试和试验平台。

（三）机器人减速器及伺服系统

1.必要性

RV减速器是在摆线针轮传动的基础上发展起来的一种二级减速传动装置，作为关节型机器人传动中关键的核心部件之一，占整机价格的30%左右，其稳定性及寿命直接影响关节机器人的定位精度、重复定位精度和承载力等。RV减速器一直是各国人员研发的热点问题。由于我国目前仍未完全掌握RV减速器的核心产品设计、制造工艺及热处理、装配工艺等技术，生产企业大多处于研发、试制、小批量验证等阶段，大批量产业化的企业为数不多，因而应用在各类机器人关节的高精密减速器仍需依赖进口。

谐波传动与一般的齿轮传动相比，具有运动精度高、传动比大、质量小、体积小、承载能力大、效率高、容易实现零回差、能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作等优点。目前约有90%的谐波传动应用在机器人和精密定位系统中。谐波传动一出现即引起了各国的重视，目前在美国、日本、中国、英国、俄罗斯、乌克兰和印度等国都有研究机构在进行此领域的研究工作。日本谐波传动系统有限公司的谐波传动产品不仅垄断了主要国际市场，并且进入了中国市场。虽然我国谐波减速器企业近几年投入了大量的研发资金，攻克了技术难关，使国产谐波减速器性能基本达到国际先进水平，但我国谐波减速器产业规模与日本相比偏小且产品种类少，批量生产制造能力还远不及日本。

2.推进路径

应突破RV减速器摆线针轮齿廓曲线修型方法与技术、全寿命周期可靠性技术、关键零部件检测技术等关键共性技术。建设RV减速器数字化设计平台，实现RV减速器的参数化设计、定制化生产、样机试制、试验验证等。开发RV减速器高精度综合性能试验台。建设RV减速器数字化车间（恒温恒湿净化车间），满足RV减速机生产必需的制造环境。建设智能加工及装配生产线。研制摆线齿轮、偏心轴等RV减速器关键件加工、检测设备。研制适合高精密减速器用齿轮、轴承的材料、热处理及装配工艺。

进一步加强关键共性技术研发，优化齿形设计。开展谐波减速器柔轮、刚轮和轴承材料及热处理关键技术与工艺研究。开展自动化制造工艺与设备研究。进行等效寿命测试与疲劳性能预测的理论研究，开发谐波减速器多功能加载/加速测试平台。开展谐波减速器振动特性试验研究平台，提出谐波减速器振动与噪声控制方法。建立谐波减速器模拟试验开放平台。进行谐波减速器在机器人整机上的应用性能对比测试，实现规模化批量应用。

（四）工程机械高压泵、多路阀、电动机“一条龙”

1.必要性

在以内燃机作为原动机的公路和非公路移动机器中，液压传动技术以其功率密度比大、控制灵活和效率高的优点而成为主流的传动技术。广义上的工程机械包括建设机械、土方机械、工业车辆、矿山机械、农业机械等。工程机械配套的液压元件和系统压力等级高，工作环境和工况恶劣，设计与制造难度大，国内企业一直无法成功进入原始设备供应商体系，仅服务于主机服务的备品备件市场。高压液压元件的设计与制造涉及材料、热处理工艺、精密制造、检测、装配与实验方法、清洁度控制等环节，液压元件的国内上游配套工业基础薄弱，精密制造文化缺失，而且国内行业企业规模小利润薄，几乎没有研发体系，难以对新技术有较大规模的投入，因此工程机械配套的高压产品，如轴向柱塞变量泵、液压多路阀和轴向柱塞电动机减速总成三大类产品严重依赖进口。我国已超越美国、日本、欧洲，成为全球最大的工程机械市场。国内市场需求方面，以挖掘机为例，其配套用高压柱塞泵、行走及回转电动机和多路控制阀的下游企业主要有国产品牌三一重工、徐工集团、玉柴集团、山河智能、柳工集团等，以及进口品牌卡特彼勒、小松、神钢、日立、斗山、沃尔沃等。目前国产工程液压元件几乎全部属于挖掘机的售后服务市场，制约了产品技术水平的提升，售后市场的产品由于质量问题一直无法进入主机制造商的原始设备供应商体系。中国每年进口的液压产品超过100亿元，其中大部分为工程机械配套用高压柱塞泵、电动机和多路阀。

2.推进路径

以挖掘机高压重载轴向柱塞泵、多路阀与液压电动机为目标产品，突破设计方法与手段、材料、制造工艺、质量检测、实验评估与数据库建设、主机系统匹配与应用等共性关键技术，实现小挖和中挖产品配套液压元件的突破。同时相关技术拓展到其他高端工程机械领域，如路面机械、工程施工机械、高空作业车、起重机等。时间周期：2017—2020年。

提升28～32MPa压力等级的工程机械轴向柱塞泵、多路阀和液压电动机的制造质量，越过“消化吸收”阶段。以小挖液压泵和阀、农业机械液压泵、电动机集成装置和起重机多路阀为重点产品牵引。开发系列化的28～140cc/rev柱塞泵，流量规格为80～250L/min的多路阀。预期产品在13吨以下微型和小型挖掘机、高空作业车、旋挖转机、起重机等工程机械上批量配套应用，进入国内主流工程机械制造商的液压元件原始设备供应商体系，实现大批量配套，市场占有率已经达到20%～30%。重点突破的共性关键技术有：复杂液压元件的先进设计方法；性能、可靠性和寿命的评估方法、标准与实验装备；复杂结构高压液压元件的精密铸造技术；微米级精度的零部件批量制造技术；高压重载摩擦副的双金属烧结工艺；液压元件清洁制造工艺、方法与设备；柔性专用工装、自动化装配工艺与制造单元。

（五）发动机电喷系统

1.必要性

2017年，我国对压燃和点燃发动机的道路车辆全面实施国五排放标准，非道路用发动机实施国四排放标准。目前汽油机电喷系统已经全部被外资企业垄断，道路车辆用柴油机电喷系统也已基本被国外公司垄断。从国四排放及部分国五排放法规实施以来，博世、德尔福、电装在中国市场总计装机大约350万套，占共轨装机总量的97.2%，而国产共轨总计装机约10万套，占比为2.8%。博世、电装、德尔福这些公司拥有庞大的研发团队、一流的产品开发体系、先进的产品和验证测试平台、现代化的生产装备，以及几十年的电喷系统研发和生产经验，随着我国实施排放法规的不断升级，这些国际巨头越来越多地占领中国市场份额，虽然它们在合作时提出强势或有些不平等的合作条款，但国内柴油机企业苦于国内资源的匮乏等因素都只能接受或让步。我国发动机生产厂所生产的国五排放标准发动机全部配套了外资和合资企业的电喷系统。

客观而言，我国柴油机电喷系统的研发和生产已具备一定的基础。虽然我国自主柴油机电喷系统制造企业研发和生产准备起步晚，技术力量薄弱，但近十余年来，多家自主生产企业都投入了数十亿元进行技术研发和生产工艺升级换代，并通过采用大量国际先进的制造装备实现柴油机电喷系统的生产。国产电控喷油系统性能虽已具备满足发动机性能、排放使用要求的能力，但是电喷系统的精度、一致性和可靠性等关键指标与进口产品仍存在差距。当前自主电控喷油系统主要应用在非道路的三阶段排放发动机上，国五道路车辆至今没有取得产品公告。

基础共性技术落后是自主电喷系统的关键问题。共轨系统的性能和可靠性需要精密加工和检测过程控制来保证，但这些大量的高价值设备都被国外设备厂家控制。产业链建设环节中的油量计量阀、轨压传感器、喷油器高速电磁阀等关键部件连同一些关键材料也都不得不依赖进口。测试技术与标定同样是重灾区，这些都增加了自主电喷产品的成本，严重影响了产品的竞争力。这些共性技术问题不是单一企业能攻克的，必须靠国家的“一条龙”工程来解决。

2.推进路径

推进路径分三步。

第一步，采取商业竞标的方式选择2家电喷系统企业。从国际电喷企业竞争格局看，属于寡头垄断的发展模式，因此应在国内众多电喷企业中选择2家进行培育，打造出1～2个具有规模优势和国际竞争力的大型电喷企业。以柴油机电喷系统为突破口，在统一的技术条件和运行环境下，获取各电喷企业的产品性能参数，然后采取商业竞标的方式综合评价备选企业，选出2家企业作为培育目标，并鼓励企业间的兼并重组。

第二步，采取联合攻关的方式给予被培育企业技术支持。组织协调高校、研究院所、材料企业、工艺装备及测试单位等行业资源，集中解决被培育电喷企业所面临的实际问题。帮助企业解决电喷系统性能的一致性、质量的稳定性和可靠性等问题，满足国四阶段非道路和国五道路车辆对电喷系统的要求，并在国五道路车辆的应用公告方面获得突破。同时，针对影响行业发展的关键工艺设备、关键原材料、关键零部件等进一步实施强基工程，补齐短板，提升国产系统产业链的实力，从而增强国产系统的竞争力。

第三步，采取示范工程的方式给予被培育企业公告和市场推广支持。选择有应用自主电喷系统意愿的道路和非道路发动机生产企业和整车企业，在现有产品发动机平台上，替换应用开发，完成国家规定的所有验证实验要求，达到批量产品应用的目标。

参照电动汽车补贴政策的做法，出台支持国产共轨系统装机的优惠政策，即组织开展电喷系统示范工程，对选用国产电喷系统的整车和整机企业，以安排技改补贴资金或后奖励资金的方式，激励和鼓励其优先选用国产系统。并针对电喷系统开展信息化技术应用，实现示范应用的信息实时监测和数据积累。通过国家层面的支持，明确国产电喷系统和进口系统的无差异公告申报、验证流程，由第三方进行实验监控，完成所有道路车辆用发动机的国五、国六公告的工作流程，最终实现国产电喷系统的批产和上量。

（六）工业基础领域数据平台

1.必要性

工业大数据是制造业实现从要素驱动向创新驱动转型的有力手段，“四基”（核心基础零部件/元器件、关键基础材料、先进基础工艺和产业技术基础）大数据是工业大数据应用的基础，也是实现制造业企业从制造向服务转型的关键支撑技术。要推动我国制造业的转型升级，实施制造强国战略，必须抓紧实施“四基”大数据平台创新能力建设，加速工业大数据和产业互联网的发展，特别是要结合企业应用实际，加强“四基”大数据与制造业的融合。

（1）“四基”数据平台有助于推动智能制造发展

各国制造业创新战略的实施都基于工业大数据采集和分析，并以此为制造系统搭建应用环境。随着物联网、大数据等新一代信息技术与先进制造技术的融合发展，制造企业的数据将会呈爆炸式增长，研发与验证过程、制造过程、产品使用过程都在源源不断地产生大量的数据，建立“四基”数据平台，将这些数据有效应用到企业运营管理、产品设计研发、监控与运维等整个生命周期，形成支撑智能制造模式的数据循环系统，是发展智能制造的基石。

（2）“四基”数据平台有助于加速企业自主创新

中国“四基”的薄弱之处主要体现在制造企业在产品设计等方面自主创新能力不足，目前大部分中小型制造企业的研发设计不成体系，缺乏有效研发数据的支撑，很多设计图纸等数据化程度不高，无法形成知识的有效积累。建立公共数据平台，促进共性技术资源、可重用数据模块的开放共享，能够有效地实现数字化设计、生产、管理、应用的一体化，缩短研发制造周期，成为企业自主创新的加速器。

（3）“四基”数据平台有助于加强产品质量控制

目前大部分工业产品的成品检验都为抽样检验，“四基”数据的应用带来了更可靠的产品质量控制方案，通过收集大量产品的过程工艺参数、成品检验结果参数、抽查不合格品的检验数据及对应的工艺、技术、管理数据，找出各种定性、定量数据与成品质量的关系，对产品质量进行预测和判断，从而帮助企业及时改进产品质量。“四基”数据平台的建立，有助于企业建立新的质量控制与管理手段，并形成质量问题可跟踪、可追溯，促进企业质量目标的提升。

（4）“四基”数据平台有助于挖掘产业发展势能

“四基”大数据使工业基础数据中所蕴含的价值得以挖掘和展现，从复杂的数据应用中发现新的模式和知识，挖掘到有价值的信息，支撑协同制造、大规模个性化定制、设备健康监控、远程运维等新兴制造服务业态发展，帮助企业挖掘产业势能，寻找新的利润增长点。“四基”数据平台将引导企业发现数据价值，通过平台数据引导企业开展协同创新、应用大数据使能工具开展制造服务等。

2.推进路径

针对我国“四基”数据平台薄弱的问题，提升工业基础信息化和智能化水平，围绕核心基础零部件、关键基础材料、先进基础工艺和产业技术基础四大基础领域建立一大批数据平台，构建“工业大数据PaaS云平台+若干行业公有云平台+企业私有云部署”的数据平台分布格局，形成“四基”工业大数据生态圈。依托科研院所、产业联盟和行业协会建立一批行业专属“四基”数据平台；依托数据基础好的龙头企业建设大量的企业专有数据平台；依托具有公益性质的科研院所及第三方服务机构建立面向制造业的综合性数据共享和交易平台。“四基”大数据平台布局如图1-2所示。

“四基”大数据平台主要围绕四类数据资源展开集成和服务，包括生产经营宏数据、工具类标准化数据、可重用模块化数据和外部通用数据。

（1）生产经营宏数据

生产经营宏数据主要来自传统企业信息化范围，被收集存储在企业信息系统内部，包括传统工业设计和制造类软件、企业资源计划、生产过程执行管理系统、产品生命周期管理、供应链管理、客户关系管理和环境管理系统等。这些信息系统产生、积累了大量的数据，包括产品研发数据、生产性数据、设备数据、经营性数据、客户信息数据、物流供应数据集、环境数据。这些数据是工业领域传统的数据资源，在新一代信息技术应用环境下正在逐步扩大范围及数据量。生产经营宏数据主要掌握在制造企业手里，典型的应用场景包括产品创新、产品故障诊断与预测、工业生产线物联网分析、工业企业供应链优化和产品精准营销等，通过数据决策驱动新的业务增长模式。

（2）工具类标准化数据

工具类标准化数据是企业在研发设计、加工制造过程中广泛应用的设计工具类数据，如机械设计常用数据及标准、基础工艺数据、基础材料数据、基础零部件数据、共性技术方案等。这部分数据广泛分布在制造企业、科研机构的设计手册、标准文件、数据库和工具软件。

（3）可重用的模块化数据

可重用的模块化数据指非标准化的数据，以及不涉及企业核心技术机密、可共享可重用的数据内容。在绿色制造、敏捷制造、智能制造、服务型制造等新兴制造模式及业态的发展下，产生了设计模块数据、工艺仿真数据、非标零部件数据、设备运维数据、个性化定制数据等，这部分数据在支撑企业提升自身设计、制造与服务效率的同时，还将形成的数据分析解决方案共享给同类企业，以降低其研发成本。

（4）外部通用数据

外部通用数据指与制造企业产品决策、市场舆情分析、制造服务能力补充相关的数据，以网络大数据和专业科技服务机构数据为主，如专利、标准、文献、政策、技术动态、行业动态、检测认证信息、企业的动态、市场数据、专家、人才和培训资料等。