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【中国社会科学报】段宝岩:筑牢新质生产力发展的数字化根基
时间:2024-03-21 11:25:49来源:中国社会科学报点击:

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21世纪至今,全球新一轮科技革命与产业变革掀起了数字化、网络化、智能化发展的新浪潮,推高了电子信息技术、信息技术产业的升级拓展,人工智能、量子科技、区块链技术、赛博安全等颠覆性技术的演进,为生产力的历史性转折带来了崭新机遇。同时,大国博弈、制造竞争、地缘冲突的复杂斗争局势,对前沿领域先进制造、社会生产力变革、综合国力发展带来了巨大挑战。抢占以数字化底座为基础支撑的未来产业制高点,成为国家核心竞争力的焦点和核心,具有重大战略价值。

从2023年9月到2024年3月,习近平总书记相继提出发展新质生产力的重要概念。高科技、高效能、高质量成为新质生产力的突出特征,技术的革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级是其要素动因。推动产业链、供应链优化升级,培育未来产业,推进数字经济向纵深发展,科技、教育、人才三位一体,实现生产力三要素变革跃升,均离不开下一代电子信息技术、信息技术产业的强有力支撑。此外,电子装备与信息系统已成为工业4.0时代不可或缺的共性底座,对新质生产力的数字化创新意义重大。

其一,数字化、智能化是新质生产力的创新引擎。

我国真正的工业化进程仅经历了六七十年时间,电子信息技术和信息技术产业发展也大约有半个世纪,与世界发达国家数百年工业化历程的积累相比,仍存在很多不足和短板。目前,我国是制造大国而非制造强国,工业制造门类众多、体系齐全,但在高端制造上差距明显,正面临以美国为首的发达国家遏制打压、科技脱钩、供应链断链的风险,亟待突破“卡脖子”问题,亟须解决先进制造大而不强、全而不优以及产业体系不平衡不充分、水平偏低、韧性偏弱的难题。

随着智能制造、人工智能、量子科技的新发展,工业4.0已逐步渗透到我国工业制造的各个领域,为新质生产力数字化提升注入了新动能。在不断强化筑牢基础科学与基础研究的同时,我国以工程科技创新推动先进制造技术发展,大国重器、超级工程取得了令世界瞩目的显著进展,“中国天眼”(FAST)、中国空间站、国产大飞机、国产航母等当代大国重器、超级工程高端制造的原创性突破,不断提升着数字化、智能化的制造实力和水平。

国家未来产业的发展将聚焦制造、信息、材料、能源、空间等新赛道。以量子计算机、6G、第三代互联网、超大规模新型智算中心等前沿方向为重点,数字化、智能化已成为科技创新的共性底座和核心引领,更是面向21世纪中叶,推进建设数字中国、制造强国战略,发展我国新质生产力的创新引擎。

其二,电子装备与信息系统是数字化、智能化的底座支撑。

在我国的诸多大国重器、超级工程的建造中,电子装备与信息系统已经成为装备与工程的“命门”,是“灵魂、神经”,也是“使能器、传感器、倍增器”,更是重要的制造“母机”和“工具”,成为实现新质生产力数字化创新的底座支撑。

工业4.0时代的到来,开启了重大装备、超级工程智能化建造的新篇章。从机械化、电气化到自动化、智能化,装备与工程设计、建造及运维,均离不开电子装备与信息系统的核心支撑。例如,“中国天眼”突破了超轻型大跨度柔索定位定向、主动主反射面、台址选定等关键技术,已在大幅降低自重、显著提高跟踪精度、实现宽频带观测方面达到国际领先水平。其中,激光测量、光纤网络、宽频带接收及机电耦合等技术发挥了不可替代的重要作用。中国空间站突破了组合体控制、长寿命运行、高精度自主导航等核心技术,使中国成为世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家。数字化赋能系统工程取得突破,通信、控制、计算、导航、遥感、探测等技术在中国空间站自主建造运维中作用重大。

电子信息技术是一种使能技术,而电子装备作为信息系统的物理载体,不仅承载着接收、处理、存储、感知、发射的重要职能,且与信息系统一同构成了数字化、网络化、智能化制造的基础支撑,堪称硬、软系统的深度融合,发挥着指挥、使能、传感的中枢功能,助力实现物质、能量、信息等工程要素的体系控制与运作。又如,港珠澳大桥的工程核心——“沉管隧道”建造中,浮运、沉放、测控定位与对接等难题,均借助了计算机仿真模拟、高精度测量与安装等技术;西电东送工程的远距离、大容量输电关键技术,汇集了电气、动力、机械、电子、通信等多学科的自主原创成果,实现了特高压输电自主设计制造、建设运行的目标。

随着智能制造在各重点行业的广泛应用和蓬勃发展,芯片、软件、高端传感器、智能制造装备、工业互联网、大数据、数控系统、人工智能工具等综合电子装备与信息系统,已成为建造超级工程不可缺少的“母机、工具”,既是其中枢神经的核心组成部分,也成为实现智能制造外在的必备利器,是提升先进制造质量与水平的关键所在。再如,高端数控机床的数控系统,主要控制主轴速度、功率、扭矩、动态补偿、精度保持等,技术难度颇大。知识型工业软件(CAD、CAE、CAM、PDM等),需要长期的知识积累、工艺迭代以及工程化淬炼才能实现其强大的设计仿真分析功能;高端电容电阻、传感器、FPGA、DSP以及机器人关键部件等,具有超级精密、超级复杂的特征,是智能制造不可或缺的设备、工具。

其三,亟待加强面向超级工程的高性能电子装备与信息系统的重点布局与发展。

我国高性能电子装备与信息系统的设计制造能力存在不足和短板,为西方国家遏制打压。例如,高端芯片、操作系统、知识型工业软件、高端传感器以及精密测试仪器在很大程度上依赖进口,核心工业基础和创新能力不足,相关产品处于价值链中低端,数字化、网络化、智能化的共性技术底座不够坚固,面临全球技术供应链断链风险。此外,高端智能制造装备的核心基础件、关键工业软件、高档数控系统、高端功能部件等,不仅对外依赖度高,而且配套能力弱,精度、可靠性低,相对于全球先进装备制造而言,仍处于跟踪模仿阶段;新一代空天海电子装备、卫星互联网、低成本重载火箭等装备的研发,面临着更加严峻的重大挑战。

先进制造的智能化趋势,对重大装备、超级工程的建造提出了更高的要求。在机械结构、能动结构设计制造的基础上,自动控制、全息感知、智能互联等将是支撑超级工程发展的前沿,已成为赋予重大装备、超级工程“灵魂、神经”的关键。在我国传统工程建造中存在的重硬件轻软件、重工程本身轻电子装备与信息系统的弊端,在工业4.0时代严重制约着未来的创新发展。譬如,电子装备制造中“机”与“电”两大部分占比,已从机电分离阶段的7:3到机电综合阶段的6:4,进而演进至今天机电耦合阶段的5:5,而电子装备与信息系统对超级工程价值构成、研发创新、技术引领的权重在不断加大,美欧等发达国家长期致力于复杂系统机电耦合的前沿研究,为其高性能电子装备的发展奠定了坚实基础。但是,我国在这方面的研发、制造能力仍然偏弱。

为此,对于我国亟待加强面向超级工程的高性能电子装备与信息系统的重点布局与发展,有以下四点建议。

首先,进一步凝练电子装备与信息系统的发展方向。建议实施面向未来重大装备和超级工程发展的“电子装备与信息系统重大研发计划”,加强机、电、光、磁、热等复杂多场介质耦合的理论与方法应用基础研究,研发设计分析测试等高端工业软件,不断提高电子装备制造功能综合化、结构功能一体化、高密度封装、电气互联、一体化成形制造等精密制造工艺水平,发挥其在通信网络、深空探测、载人航天、战略预警、数字经济应用领域的核心引领作用。锚定面向2040年信息与电子技术学科前沿方向,在量子计算、精密测量、能量与信息传感融合、空天地海一体化信息网络、赛博安全、人机混合智能等方向上,推进下一代电子装备与信息系统的技术原创,实现重大装备自主制造、超级工程前沿建造的不断创新。

其次,优化电子装备与信息系统发展的生态体系。主动构建自主可控的电子装备与信息系统生态体系,抢占重大装备、超级工程的未来发展先机。如,实施“太空科技与经济发展重大战略工程”,加快对载人航天器和深空探测器的设计、制造、运维共性问题的研究;围绕组织模式、动力学分析、深度不确定性决策、工程金融、协同管理、复杂性风险控制等,推动研发、制造、管理模式的新变革;建构航天自主创新生态体系,拓宽太空经济边界范围,测算核心产业规模和溢出产业效应,加快培育太空经济业态。

再次,加强电子装备与信息系统发展的系统布局。预先开展面向未来重大装备、超级工程的电子装备与信息系统的布局研究。如,推动我国卫星互联网综合化、一体化战略发展,强化卫星互联网顶层设计规划,建立国家空间信息基础设施建设协调机制,加强基础理论和关键技术的前瞻研究,搭建产学研用一体化创新平台,协同打造好一体互通、自主可控、成本低廉的卫星研发、运载发射、云网建设、终端定制、应用开发、服务运营等全产业链。

最后,加大对电子装备与信息系统关键技术攻关投入。通过国家重大研发计划、行业领域重大基金等支持方式,对面向未来重大装备、超级工程的电子装备与信息系统予以重点投入,进一步强化基础性、前瞻性、全局性建设研发,着重推进技术突破、工程应用、市场友好的全产业链体系发展,夯实我国发展新质生产力的数字化底座,为推动中国式现代化建设、实现高质量发展提供坚实的数字化基础保障。

(作者段宝岩系中国工程院院士、西安电子科技大学教授)

来源:中国社会科学报2024年3月21日A05版

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21世纪至今,全球新一轮科技革命与产业变革掀起了数字化、网络化、智能化发展的新浪潮,推高了电子信息技术、信息技术产业的升级拓展,人工智能、量子科技、区块链技术、赛博安全等颠覆性技术的演进,为生产力的历史性转折带来了崭新机遇。同时,大国博弈、制造竞争、地缘冲突的复杂斗争局势,对前沿领域先进制造、社会生产力变革、综合国力发展带来了巨大挑战。抢占以数字化底座为基础支撑的未来产业制高点,成为国家核心竞争力的焦点和核心,具有重大战略价值。

从2023年9月到2024年3月,习近平总书记相继提出发展新质生产力的重要概念。高科技、高效能、高质量成为新质生产力的突出特征,技术的革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级是其要素动因。推动产业链、供应链优化升级,培育未来产业,推进数字经济向纵深发展,科技、教育、人才三位一体,实现生产力三要素变革跃升,均离不开下一代电子信息技术、信息技术产业的强有力支撑。此外,电子装备与信息系统已成为工业4.0时代不可或缺的共性底座,对新质生产力的数字化创新意义重大。

其一,数字化、智能化是新质生产力的创新引擎。

我国真正的工业化进程仅经历了六七十年时间,电子信息技术和信息技术产业发展也大约有半个世纪,与世界发达国家数百年工业化历程的积累相比,仍存在很多不足和短板。目前,我国是制造大国而非制造强国,工业制造门类众多、体系齐全,但在高端制造上差距明显,正面临以美国为首的发达国家遏制打压、科技脱钩、供应链断链的风险,亟待突破“卡脖子”问题,亟须解决先进制造大而不强、全而不优以及产业体系不平衡不充分、水平偏低、韧性偏弱的难题。

随着智能制造、人工智能、量子科技的新发展,工业4.0已逐步渗透到我国工业制造的各个领域,为新质生产力数字化提升注入了新动能。在不断强化筑牢基础科学与基础研究的同时,我国以工程科技创新推动先进制造技术发展,大国重器、超级工程取得了令世界瞩目的显著进展,“中国天眼”(FAST)、中国空间站、国产大飞机、国产航母等当代大国重器、超级工程高端制造的原创性突破,不断提升着数字化、智能化的制造实力和水平。

国家未来产业的发展将聚焦制造、信息、材料、能源、空间等新赛道。以量子计算机、6G、第三代互联网、超大规模新型智算中心等前沿方向为重点,数字化、智能化已成为科技创新的共性底座和核心引领,更是面向21世纪中叶,推进建设数字中国、制造强国战略,发展我国新质生产力的创新引擎。

其二,电子装备与信息系统是数字化、智能化的底座支撑。

在我国的诸多大国重器、超级工程的建造中,电子装备与信息系统已经成为装备与工程的“命门”,是“灵魂、神经”,也是“使能器、传感器、倍增器”,更是重要的制造“母机”和“工具”,成为实现新质生产力数字化创新的底座支撑。

工业4.0时代的到来,开启了重大装备、超级工程智能化建造的新篇章。从机械化、电气化到自动化、智能化,装备与工程设计、建造及运维,均离不开电子装备与信息系统的核心支撑。例如,“中国天眼”突破了超轻型大跨度柔索定位定向、主动主反射面、台址选定等关键技术,已在大幅降低自重、显著提高跟踪精度、实现宽频带观测方面达到国际领先水平。其中,激光测量、光纤网络、宽频带接收及机电耦合等技术发挥了不可替代的重要作用。中国空间站突破了组合体控制、长寿命运行、高精度自主导航等核心技术,使中国成为世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家。数字化赋能系统工程取得突破,通信、控制、计算、导航、遥感、探测等技术在中国空间站自主建造运维中作用重大。

电子信息技术是一种使能技术,而电子装备作为信息系统的物理载体,不仅承载着接收、处理、存储、感知、发射的重要职能,且与信息系统一同构成了数字化、网络化、智能化制造的基础支撑,堪称硬、软系统的深度融合,发挥着指挥、使能、传感的中枢功能,助力实现物质、能量、信息等工程要素的体系控制与运作。又如,港珠澳大桥的工程核心——“沉管隧道”建造中,浮运、沉放、测控定位与对接等难题,均借助了计算机仿真模拟、高精度测量与安装等技术;西电东送工程的远距离、大容量输电关键技术,汇集了电气、动力、机械、电子、通信等多学科的自主原创成果,实现了特高压输电自主设计制造、建设运行的目标。

随着智能制造在各重点行业的广泛应用和蓬勃发展,芯片、软件、高端传感器、智能制造装备、工业互联网、大数据、数控系统、人工智能工具等综合电子装备与信息系统,已成为建造超级工程不可缺少的“母机、工具”,既是其中枢神经的核心组成部分,也成为实现智能制造外在的必备利器,是提升先进制造质量与水平的关键所在。再如,高端数控机床的数控系统,主要控制主轴速度、功率、扭矩、动态补偿、精度保持等,技术难度颇大。知识型工业软件(CAD、CAE、CAM、PDM等),需要长期的知识积累、工艺迭代以及工程化淬炼才能实现其强大的设计仿真分析功能;高端电容电阻、传感器、FPGA、DSP以及机器人关键部件等,具有超级精密、超级复杂的特征,是智能制造不可或缺的设备、工具。

其三,亟待加强面向超级工程的高性能电子装备与信息系统的重点布局与发展。

我国高性能电子装备与信息系统的设计制造能力存在不足和短板,为西方国家遏制打压。例如,高端芯片、操作系统、知识型工业软件、高端传感器以及精密测试仪器在很大程度上依赖进口,核心工业基础和创新能力不足,相关产品处于价值链中低端,数字化、网络化、智能化的共性技术底座不够坚固,面临全球技术供应链断链风险。此外,高端智能制造装备的核心基础件、关键工业软件、高档数控系统、高端功能部件等,不仅对外依赖度高,而且配套能力弱,精度、可靠性低,相对于全球先进装备制造而言,仍处于跟踪模仿阶段;新一代空天海电子装备、卫星互联网、低成本重载火箭等装备的研发,面临着更加严峻的重大挑战。

先进制造的智能化趋势,对重大装备、超级工程的建造提出了更高的要求。在机械结构、能动结构设计制造的基础上,自动控制、全息感知、智能互联等将是支撑超级工程发展的前沿,已成为赋予重大装备、超级工程“灵魂、神经”的关键。在我国传统工程建造中存在的重硬件轻软件、重工程本身轻电子装备与信息系统的弊端,在工业4.0时代严重制约着未来的创新发展。譬如,电子装备制造中“机”与“电”两大部分占比,已从机电分离阶段的7:3到机电综合阶段的6:4,进而演进至今天机电耦合阶段的5:5,而电子装备与信息系统对超级工程价值构成、研发创新、技术引领的权重在不断加大,美欧等发达国家长期致力于复杂系统机电耦合的前沿研究,为其高性能电子装备的发展奠定了坚实基础。但是,我国在这方面的研发、制造能力仍然偏弱。

为此,对于我国亟待加强面向超级工程的高性能电子装备与信息系统的重点布局与发展,有以下四点建议。

首先,进一步凝练电子装备与信息系统的发展方向。建议实施面向未来重大装备和超级工程发展的“电子装备与信息系统重大研发计划”,加强机、电、光、磁、热等复杂多场介质耦合的理论与方法应用基础研究,研发设计分析测试等高端工业软件,不断提高电子装备制造功能综合化、结构功能一体化、高密度封装、电气互联、一体化成形制造等精密制造工艺水平,发挥其在通信网络、深空探测、载人航天、战略预警、数字经济应用领域的核心引领作用。锚定面向2040年信息与电子技术学科前沿方向,在量子计算、精密测量、能量与信息传感融合、空天地海一体化信息网络、赛博安全、人机混合智能等方向上,推进下一代电子装备与信息系统的技术原创,实现重大装备自主制造、超级工程前沿建造的不断创新。

其次,优化电子装备与信息系统发展的生态体系。主动构建自主可控的电子装备与信息系统生态体系,抢占重大装备、超级工程的未来发展先机。如,实施“太空科技与经济发展重大战略工程”,加快对载人航天器和深空探测器的设计、制造、运维共性问题的研究;围绕组织模式、动力学分析、深度不确定性决策、工程金融、协同管理、复杂性风险控制等,推动研发、制造、管理模式的新变革;建构航天自主创新生态体系,拓宽太空经济边界范围,测算核心产业规模和溢出产业效应,加快培育太空经济业态。

再次,加强电子装备与信息系统发展的系统布局。预先开展面向未来重大装备、超级工程的电子装备与信息系统的布局研究。如,推动我国卫星互联网综合化、一体化战略发展,强化卫星互联网顶层设计规划,建立国家空间信息基础设施建设协调机制,加强基础理论和关键技术的前瞻研究,搭建产学研用一体化创新平台,协同打造好一体互通、自主可控、成本低廉的卫星研发、运载发射、云网建设、终端定制、应用开发、服务运营等全产业链。

最后,加大对电子装备与信息系统关键技术攻关投入。通过国家重大研发计划、行业领域重大基金等支持方式,对面向未来重大装备、超级工程的电子装备与信息系统予以重点投入,进一步强化基础性、前瞻性、全局性建设研发,着重推进技术突破、工程应用、市场友好的全产业链体系发展,夯实我国发展新质生产力的数字化底座,为推动中国式现代化建设、实现高质量发展提供坚实的数字化基础保障。

(作者段宝岩系中国工程院院士、西安电子科技大学教授)

来源:中国社会科学报2024年3月21日A05版

责任编辑:冯毓璇
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