《蓝闽波:中国论文专利数居世界前列,科学仪器却“卡脖子”》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2021-03-16
  • 中国科研体量已牢牢占据世界前列,论文和专利数在世界上都位居前列。然而,产生这些成果的研究工具的研发和制造却是极弱。2021年全国两会期间,澎湃新闻记者从政协十三届四次会议新闻中心获悉,全国政协委员、华东理工大学金山科技园管委会主任蓝闽波提交了题为《关于科学研究的“卡脖子”问题》的大会发言。

    蓝闽波指出,众所周知,我国在芯片制造技术上已经形成了“卡脖子”问题。从使用的角度来看,虽然高端芯片形成了“卡脖子”,但对于低端产品,我国还是有能力解决。然而,对于科学研究中极为重要的大型分析检测仪器和相关软件,情况就完全不同。

    他指出,大型科学仪器是科学研究的重要支撑手段,缺少相关的科学仪器,几乎所有的科学研究将无法进行。

    蓝闽波表示,几乎所有的高端仪器设备都来自进口。这些仪器公司正是靠中国的巨大市场发展起来,在中国市场获利后,再加大研发投入,形成循环。“我们多年以来未做到未雨绸缪,未能从根本上认识到可能会形成‘卡脖子’问题。这直接导致我国与世界上发达国家在高端仪器的研发、制造上的差距越来越大,一些已有的基础几乎归零。”

    蓝闽波还提到,国产核心软件的缺失是另一大短板。这一短板,不仅使得我们每年需要交付国外软件使用及其迭代更新的的巨额经费,还使得我国一直被“掐着脖子”:一旦国外软件断供或者失去支撑,我们已经推广的很多应用甚至可能无法运行。尤其是在制造业不断向智能化方面升级换代的时候,软件的问题急需予以关注。

    蓝闽波指出,从大型科学仪器设备开发的技术角度来看,不仅涉及大量的基础研究,也与诸多的关键高端制造技术息息相关。按惯例,许多仪器的原始理论来源于物理学,在与现代电子技术交融后,经过不断的改进完善,形成可使用的仪器,用于材料、化学和生物等几乎所有的领域。这是一个涉及众多交叉学科的工作,需要各个领域的科学家共同努力才能完成。其中,要保证仪器设备使用方便、性能良好,一个重要环节就是软件开发。目前国家自然科学基金委员会和科技部都设立了仪器专项,这些专项给科研人员提供了极为重要的研发支持。

    他提到,经过几年的努力,在一些低端科学仪器方面,已经看到成效,但在高端的、具有自主知识产权的仪器方面依然存在短板。他提醒,受国际大环境影响,以及欠债较多、技术水平偏弱等因素的制约,急需加大加快布局,以解燃眉之急。

    为此,蓝闽波提出几点建议:

    一要多头并举推进大型科学仪器的研发。在已有的科技部相关仪器专项基础上,加大多学科布局,有计划、有针对性地加快推进各类仪器设备的研发工作,集中力量办大事的工作方法就非常适合大型科学仪器的研发。考虑到仪器研发的费用较高,可在计划中适当增加资金投入。鼓励企业与相关科研单位合作,共同推进高端仪器研发和产业布局。鼓励、引导风投基金积极参与大型仪器的研究工作。

    二要以软件建设促进科学仪器的发展。软件尤其是应用软件是仪器开发中的一个重要因素。良好的应用软件不仅可以方便使用,也能增加仪器的使用功能。国家可采用揭榜挂帅的方式,有针对性地对大型仪器必要应用软件研发加快布局,构建适用性强、应用强大的软件,破解我国在仪器应用软件方面的短板。对于已经开始研发的高端仪器设备,国家科技研发计划应优先支持采用国产软件的研究单位,并在各类国家支持的项目指南中明确提出。

    三要多渠道构建产业链促发展。大型仪器设备涉及的基础产业领域较多,产业链复杂,但相对集中在精密仪器、精密加工、软件开发等领域。目前国内已经有些企业在为国外的厂商提供配件服务,但分布广,未能形成产业链的聚集。为此,建议政府以优惠的资金政策加快大型科学仪器产业的优化重构,逐步形成一系列专门的产业配套,通过不断培育,逐步形成相关类别的学科技术集成集群和产业链布局。

  • 原文来源:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/3/454450.shtm
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液压系统是装备制造业的关键部件之一,一切工程领域,凡是有机械设备的场合,都离不开液压系统。高压柱塞泵是高端液压装备的核心元件,被称作液压系统的“心脏”。中国液压工业的规模在2017年已经成为世界第二,但产业大而不强,尤其是额定压力35MPa以上高压柱塞泵,90%以上依赖进口。国内生产的液压柱塞泵与外国品牌相比,在技术先进性、工作可靠性、使用寿命、变量机构控制功能和动静态性能指标上都有较大差距,基本相当于国外上世纪90年代初水平。   20 、航空设计软件   《航空软件困窘,国产飞机设计戴上“紧箍咒”》(科技日报5月30日) 自上世纪80年代后,世界航空业就迈入数字化设计的新阶段,现在已经达到离开软件就无法设计的高度依赖程度。设计一架飞机至少需要十几种专业软件,全是欧美国家产品。国内设计单位不仅要投入巨资购买软件,而且头戴钢圈,一旦被念“紧箍咒”,整个航空产业将陷入瘫痪。据媒体报道,设计歼-10飞机时,主起落架主承力结构的整个金属部件是委托国外制造。但造完之后,起落架的收放出现问题,有5毫米的误差,只好重新订货制造。仅仅是这一点点的误差,影响了歼-10首飞推迟了八九个月。没有全数字化的软件支撑,任何一点细微的误差,都可能成为制造业的梦魇。   21 、光刻胶   《中国半导体产业因光刻胶失色》(科技日报5月31日) 我国虽然已成为世界半导体生产大国,但面板产业整体产业链仍较为落后。目前,LCD用光刻胶几乎全部依赖进口,核心技术至今被TOK、JSR、住友化学、信越化学等日本企业所垄断。就拿在国际上具有一定竞争实力的京东方来说,目前已建立17个面板显示生产基地,其中有16个已经投产。但京东方用于高端面板的光刻胶,仍然由国外企业提供。光刻胶主要成分有高分子树脂、色浆、单体、感光引发剂、溶剂以及添加剂,开发所涉及的技术难题众多,需从低聚物结构设计和筛选、合成工艺的确定和优化、活性单体的筛选和控制、色浆细度控制和稳定、产品配方设计和优化、产品生产工艺优化和稳定、最终使用条件匹配和宽容度调整等方面进行调整。因此,要自主研发生产,技术难度非常之高。   22 、高压共轨系统   《高压共轨不中用,国产柴油机很受伤》(科技日报6月4日) 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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-06-05
    • 30岁的张磊是中国航天科工四院四部一名副主任设计师,每当他讲起自己的职业,外人都很难相信:在过去7年的职业生涯里,他从未到过发射现场,也从未在那里感受过航天器冲破苍穹的发射瞬间。 “所以,你究竟是做什么的?”他不止一次地被问道。 并非所有的航天人都冲锋在发射一线:有的长年伏案实验桌前计算火箭飞行轨迹,有的还要奔走各个试验现场验证理论数据。张磊就是后一类人:计算并设计出一个拥有怎样的外形才能飞得更远、飞得更准的航天器。换句话说,他就是给包括火箭在内的航天器“画像”的人。 每个航天人心中都有一个飞越高山、划破苍穹、破解黑洞的梦想,送达数万公里的高度,定格万亿次的计算。而张磊所在的气动研究团队的梦想,则是用力与热的结合,亲手“画下”火箭的样子,计算出每一个航天器的飞行轨迹,并把它们送上太空——尽管在那最受瞩目的一刻,深藏功与名的他们从未出现在现场。 前不久,在中国青年报·中青在线记者采访期间,这支由22人组成、平均年龄不到33岁的科研团队,刚刚历经5年啃下一块被称作世界级工程应用难题的“硬骨头”。在此之前的2018年,他们在一年之内就组织实施了20多项试验,刷新了年度气动试验数量纪录。他们创新试验方法,还为所在研究单位节省上千万元的科研费用。 而这一切,都源于他们手中的科研“画笔”。 “画笔”决定型号预研成败 “别人看到一艘宇宙飞船,一架航天飞机,一枚运载火箭,一颗人造卫星,往往更关注它们的外观和性能,而在我们的脑海里,浮现的则是这些航天器外观设计运动过程的直观投影。”中国航天科工四院四部气动水动室副主任高太元说。 在别人看来,也许亲眼看到自己研制的航天器发射成功让人激动不已,但对这群气动专业人而言,航天器发射的那一瞬间,不过是按照他们的设定,“重复”此前早已仿真过千百次的飞行画面,而最终的成功,则是对他们前期得出数据的最好检验。 事实上,即便放眼国际航天史,航天器的设计问题都不可小觑。因为设计问题而发生的事故,也让整个航天史多了几分令人唏嘘的悲壮。 比如,还未起飞就在发射台上失火的阿波罗1号。 那次事故造成3名航天员丧命。事后调查发现,阿波罗1号舱门向内开启的设计,导致火灾发生时,宇航员在舱内气压升高的情况下没能打开舱门。 此外,阿波罗1号舱内装载的“空气”也是百分之百纯氧气,在这种环境下,即便是铝,也会像木头般燃烧——火灾的出现也就不令人奇怪了。这次事故的发生,最终迫使美国国家航空航天局暂停了与苏联的太空竞赛。 也因此,在任何一个航天器的研制尤其是预先研制阶段,有关外形气动设计的研究都备受重视,其研究经费往往能达到预研经费的30%乃至50%以上。 正如中国航天科工四院四部气动水动室主任李艳丽所说,气动研究,就是航天器研制的先行军——这一研究描绘了航天器全生命周期的生存环境和穿衣指数,为其他分系统的设计提供了最原始依据。 相应地,这一研究的成败,在很大程度上决定着整个预先研究任务的成功,甚至决定着某个型号最终能否成行。 10多年前,当高太元刚到中国科学院力学所攻读博士研究生时,他被研究所一楼大厅陈列的30多位院士的照片深深地震撼了。毕业时,有机会选择其他行业的他,最终还是选择了航天,“保家卫国是我的初衷,虽然不能像战士一样冲锋陷阵,但我们能创造出‘不战而屈人之兵’的力量。” “谁不向往安逸的生活,但总想日子过得更有意义。就像身边的很多女同事‘不爱红妆爱武装’,投身航天器设计这门‘冷科学’之中,同样可以干得投入!”高太元说。 破解卡脖子问题省下千万元量级经费 工欲善其事,必先利其器。过去这几年,高太元所在的这支科研团队不断思考着一个大问题,即如何在最短的时间里,将“几何参数”变为“气动参数”。最终,他们经过几年努力,以一键式智能优化设计为方向,建成了高性能计算中心。 以前,他们只能通过风洞试验来获取“气动参数”,如今,高性能计算中心的出现,可以替代风洞试验获取80%~90%气动数据,每年省下千万元量级的成本。 “就好比设计一辆自行车,先确定自行车各个部件的数据,再根据这些数据在绘图软件上进行手动绘画,诸如钢条、链条、齿轮、螺母等这些小部件都要精确无误。如此一来,一个自行车模型的设计,很可能就需要画个上千笔,如果需设计多个外形供最终挑选,就要耗费难以想象的时间和人力。”李艳丽说。 而如今,采用了一键式智能优化设计,则是在确定部件形状尺寸之后,将得到的数据输入事先设计好的参数化程序,只需按下按钮,所需设计模型即可生成。 从此,老一辈航天设计师“用算盘计算气动参数、十多个人一算就是一个月”的科研场景,成为历史。 “我们的创新就是要从国家需求出发,关注受制于人的技术领域,解决技术瓶颈关键问题。也正是在这个意识下我们提出大量新概念,敢为天下先。”中国航天科工四院四部主任钟世勇说。 李艳丽告诉记者,她所在的四部以气动专业等技术瓶颈为突破口,逐步形成了基于大数据的航天器总体设计创新模式,提升了总体设计方案初始的成熟度和可靠性,迭代设计周期大幅缩短。而这些,也最终形成了面向航天器全生命周期的应用模式,有力支撑了装备的体系化发展。 高太元说,他的日常工作就是和“升阻比”“装填”“稳定性”“防热”“载荷”这些所谓的航天器设计制约因素打交道,“而最有成就感的事,就是将这些制约设计的‘拦路虎’都打倒,破解卡脖子难题,做出方案来。” 满天星云正扑面而来 而这些,在很大程度上得益于这家科研单位对于年轻科技人才的重视。中国航天科工四院四部党委书记张邵军告诉记者,在四院四部,只要肯拼搏进取,只要能创新创效,单个项目团队获奖50万元、100万元,个人拿到十几万元甚至几十万元的奖励早已不是新鲜事,突出贡献专家和学术技术带头人不断涌现。 张磊就是其中一名佼佼者。回忆刚来航天的那段岁月,无数个通宵达旦已经印象模糊,但师傅对他的“唠叨”至今仍回响在耳边:“台阶要一步步地爬,事情要一件件地做”,这样的工作态度伴随他直到现在。 “站在‘山顶’回望最初那段岁月,所有的‘台阶’历历在目,攀爬的过程正是一个气动新人成长的见证。”张磊说。 贾轶楠是一名航天新兵,这位清华大学力学专业高材生择业时,毫不犹豫地迈进中国航天科工四院四部的大门。她告诉记者,气动(水动)团队年轻积极的氛围打动了她,这里有活力,有创造力,很温暖,关注每一个成员的成长。 “很多入职五六年的青年已成为中流砥柱,看到他们,就像看到五六年以后的自己。”贾轶楠说。 在钟世勇看来,“当下是年轻航天人最好的时代”。 他向记者打了个比方,如果把国家任务、航天事业的发展比作一个航天器,那么在他的青年时代,航天器的飞行速度很慢,迎面而来的只是寥寥星辰;而如今,航天器的速度则有了质的飞跃,那种情景就是——浩瀚宇宙中的满天星云,扑面而来! “这当然要求年轻人拥有更快的反应速度,不能犹豫!” 张邵军说,航天人极少在新闻报道中露面,他们默默地付出隐藏在历史的更深处,中国航天科工四院四部气动研究团队在这一方面尤为典型。“我们清楚自己在干什么,国家认可我们在干什么,人民受益于我们的工作,这就足够了”。 阿波罗1号事故发生后,美国国家航空航天局对该型号做了重新设计,结果就包括舱门的“再设计”:由向内开启,改为向外开启。后来美国人拍了一部电影《阿波罗13号》,还专门提到这次事故。 对李艳丽及其团队来说,他们常常以这样的例子来提醒自己:“我们自己亲手画下的、亲手设计的航天器,还有没有可能出现问题?” 就像他们常常问自己的:“万分之三与万分之四,小数点后第五位的四舍五入,对整个型号任务方案究竟能带来什么影响?” ——失之毫厘,谬以千里。