登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《谭建荣院士：创新设计关键技术与发展趋势》

  • 来源专题：智能制造
  • 编译者： icad
  • 发布时间：2023-06-25

  • 一代产品需要一代工艺产品是带动产业链发展的关键因素，产业链中各企业的核心工作就是把产品做好。做好产品需要一代工艺，很多制造企业在工艺方面还有欠缺，主要存在两个问题。

    第一，经典的优秀工艺面临失传的危险，很多制造企业的关键工艺岗位招聘不到年轻人，产业工人平均年龄逐步老化，特别是上海、杭州、北京这类城市。例如，数控机床的质量关键就是机床的切合面，切合面要保持良好的润滑性能和接触性能，需要刮、削、碾磨等工艺，这些工艺都面临失传的危险。第二，过去很多工业建立在劳动密集型基础上，而在数字化、自动化、智能化的今天，需要重组优化工艺。这两个问题需要产业链中各个企业加强联络，一起攻关并解决。

    大批量的产品还涉及模具问题，如模具的可靠性、可用性、长寿性、耐磨性等，很多问题还没有完全解决。所有这些问题都需要一代设计，只有通过一代设计才能真正做好一代产品，才能真正掌握行业和产业链核心的技术。

    改革开放 40 多年来，我国制造业取得了很大成就，制造业对国民经济的贡献、对改善人民生活质量，对人们追求更美好的生活功不可没。但现在制造企业遇到了一定困难，其中最大的问题就是不适应市场的变化。市场变化主要有四个方面 ：

    一是由批量化生产向定制化生产方向发展 ；二是由单一化产品向多品种方向发展 ；三是过去研发、生产产品周期很长，现在产品更新换代很快 ；四是过去产品都是大众化的，现在市场需求高端化的产品，恰恰在高端化产品上我们的设计、研发、创新能力不足。

    制造业创新发展包括三个方面 ：

    第一，要补短板强链发展。目前无论芯片、数控机床，还是工业母机等，产业链上存在着很多短板，科学技术部梳理了 35 项补短板技术，其中 34 项跟材料有关。第二，除了补短板还要扬长板，把优势发挥出来。第三，链主创新带动全链创新，制造业的链主是在市场经济中、市场竞争中自然形成的，要把它规划出来比较难，行业领头羊的产值、创新能力、研发能力、市场认可程度是关键内容，所以只有链主的创新才能带动全链的创新。例如，主机厂创新能力很强，可以推出一代又一代新产品，配件厂就要根据主机厂创新的产品不断更换自己的产品，不断更换工艺和模具，所以链主创新会带动全链创新。

    通过创新设计实现创新发展

    只有通过创新设计才能牵引创新发展，要不断推出新产品，产品创新设计是制造业产业链创新发展的龙头，制造企业要抓住这个龙头才能促进整个产业链发展。

    创新设计的实现主要体现在三个方面 ：一是材料，即制造基础 ；二是工艺，即核心技术 ；三是设计，通过产品自主创新设计，才能转换一代工艺。

    产品研发、产品设计方面也经历了四个阶段，可以说是四种范式。第一，仿制设计。改革开放初期，很多企业的产品是仿制设计。第二，逆向设计，即反求工程。第三，正向设计。就是从市场需求分析进行研发，找到任务的源头，比如老百姓需要什么样的汽车新产品，企业需要什么样的新机床。改革开放过程中，中国的制造业已经由 1 做到了 100，现在很多地方热衷于把 100做成 200，GDP 要翻一番。这当然很好，也是必要的，但还不是关键，关键是如何从 0 到 1，如何推出新产品。正向设计包括设计概念正向生成、设计信息正向传播、设计性能正向预测。

    正向设计的过程，大致可以分为概念形成、概念设计等环节，比如马斯克的特斯拉电动汽车就是颠覆性创新，他把机电产品做成了一个信息化的产品。原来汽车就是一个机电产品，即机械 + 电控，但现在汽车是信息化产品，成了互联网的移动终端。小米要造汽车、百度要造汽车，互联网的公司都来造汽车了，有些人质疑是不是跨界太大了？其实不然，这些企业是把汽车看成互联网控制的终端，是互联网的延伸，所以从概念上进行创新很重要。正向设计从概念形成、概念设计、功能设计、整机设计、布局设计、结构设计、装配设计、精度设计、性能设计、工艺设计等方面，实现全过程创新。

    第四，创新设计。在正向设计的基础上，才有可能实现真正的创新设计。把创新的理念和设计过程融合，对机电产品来讲，包括新功能、新机构、新结构、新外观、新材料、新工艺、新原理，等等。其中最重要的是新原理的创新，包括产品需求、功能、结构、物理、工艺、工业设计、市场创新等。

    创新设计有十大关键技术 ：一是创新设计思维与设计智能的认知机理，创新既是一个技术问题，也是一个认知问题，包括认知的高度、视野、前瞻性、独创性等 ；二是创新设计概念的表达与正向传递规律 ；三是创新设计功能、机构与结构映射技术 ；四是产品多部机布局方案自适应匹配技术 ；五是产品结构轻量化设计与拓扑优化技术 ；六是产品精度均衡分配与虚拟装配技术 ；七是产品多学科耦合建模与性能预测技术 ；八是创新设计的快速验证与三维打印技术 ；九是创新设计知识工程与大数据搜索技术 ；十是创新设计 数字孪生 虚实映射与仿真技术。我们提出并且已经实现了这十大关键技术。

    在超大型低能耗空分装备设计、高端数控机床正向设计、大吨位液压机、电梯产品等领域，我们帮助一批企业实现了正向设计和创新设计，并且进行了数字化、网络化、智能化的转型。

    原文刊载于《企业管理》2023年5月 作者：中国工程院院士、浙江大学求是特聘教授 谭建荣



  • 原文来源：http://www.clii.com.cn/lhrh/hyxx/202306/t20230620_3957319.html
507浏览量
原文链接
相关报告

  • 《2018年电动汽车智能化关键技术发展趋势分析》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：wuk
    • 发布时间：2017-12-07
    • 目前已至2017年年底,大家都在分析2018年中国新能源汽车技术发展趋势。而科技部《新能源汽车2018年重点专项申报指南》已经发布,对企业而言很有指导意义。下面是笔者学习《申报指南》后,对2018 度年电动汽车智能化关键技术发展趋势的分析,分享如下: 一、中国新能源汽车重大共性关键技术的主攻方向 《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向是:动力电池与电池管理系统;电机驱动与电力;电子、电动汽车智能化;燃料电池动力系统;插电/增程式混合动力系统;纯电动力系统。一共6个方向下,再细分 24 个研究任务。
    117浏览量
    原文链接

  • 《2021年全球及我国半导体产业发展趋势展望》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2021-01-04
    • （信息来源：TechSugar 朱晶） 每年年末的预测已经越来越难写，尤其是回望2020年所发生的一切，再对比2019年底的一些预测分析，发现全球半导体产业发展受国际宏观政经形势影响越来越大，导致频频出现无法预见的“黑天鹅”现象，这给每年的展望和预判带来了极大的难度。 2020年新冠肺炎导致许多国家陷入深度衰退，上半年由于市场需求和供应、以及国际物流和贸易基本中断，给全球半导体产业带来不小打击，增长规模持续收缩。而下半年随着经济复苏的步伐逐渐加快，加之华为在被切断全球合作网络之前的囤货因素，为全球半导体的恢复性增长提供了强大动力。 预计2020全年半导体产业依旧能维系1%-5%的正增长，而由于对未来一年国际政经环境、供应链合作以及新冠疫情的更为正面的预期，业界普遍也对2021年的全球半导体产业发展前景更为乐观。 这里将从产业总体情况、区域格局、供应链和产能供给、主要产品和市场、政策与投资并购等五方面，对2021年全球及我国半导体产业发展情况做一展望和预判，因字数限制和阅读体验，这里先发布上篇前五个趋势分析： 全球半导体产业预期增长 但新冠疫情和中美关系走向仍使行业增长面临变数 IMF世界经济展望给出的最新预测是2021年全球经济增长5.2%，这对全球半导体行业而言无疑是一个乐观的指向，毕竟这个行业与全球经济增长息息相关。Gartner对于2021年的半导体行业给出了接近10%的增长预期，WSTS给出了6.2%的增速判断，还有两家市场机构更为乐观，预测2021年的行业增速会达到12%-14%。 图源：WSTS 从目前来看，2021年全球半导体行业是否如这些机构预测一般进入快速增长轨道，依然面临着如下变数：第一是美国大选之后的中美关系走向和国际经贸政策是否会发生变化。第二是新冠疫情的演进方向。目前来看，全球的疫情演进仍不乐观。当然从2020年三、四季度全球前10大半导体企业的业绩指引来看，目前全行业开始朝向稳健复苏成长的态势发展，在汽车、5G通信、数据中心等关键市场上，已经表现出了比较明确的快速增长迹象，而全球的供应链和产能紧缺也预计会至少持续到2021年二季度，因此判断即使新冠和中美关系的不确定性依然存在，但只要不出现大的系统性风险及变化，全球半导体产业的2021年还会是一个值得期待的景气年份。 图片图源：semiconductor intelligence 2021年日欧疫情后复苏 美国大概率呈现低速增长 从SIA提供的全球半导体产业跟踪数据来看，近五年来中国和美国是全球半导体前两个最大的市场，中国大陆对全球半导体市场的贡献度在33%-35%左右，美国则长期维系在20%左右。2020年尽管美国受新冠疫情影响很大，但是在半导体领域的增势却未受影响，从三月份开始便一直维持着20%以上的高增长，相比于欧洲、日本等区域的负增长，和中国大陆的低速增长，美国在2020年的表现显得尤为突出。 主要原因在于2019年美国市场的收入走低使得2020年的比较基数更低，以及新冠疫情引发的各行业数字化转型对数据中心、高性能计算等市场的带动，美国企业在这些市场都有更为明显的垄断性优势。另外就是华为出于大量备货的诉求而集中采购美商芯片的影响。 2021年预计全球供应链有重回正常轨道的预期，美国市场大概率会持续一个低速增长，但仍维持全球半导体20%左右的市场贡献。而欧洲、日本市场有望依靠汽车、工业半导体领域的复苏而赢得正增长，中国市场仍会依靠强大的5G、新基建等内需带动，获得比2020年更快的增速。 我国半导体产业仍然稳步发展 国产替代仍旧是2021年的半导体产业发展主线 2020年尽管受新冠疫情及美国打压等不利因素影响，我国半导体产业还是维持了较高的发展增速，预计全年实现收入超过8000亿元，增长率接近20%，进口情况预计也会超过3000亿美元，而设计业则为发展最为快速的环节。 对于2021年而言，目前看中美关系走向还不太明朗，如果在2020年年底前特朗普政府把更多的半导体企业放入军事最终用途MEU许可控制清单中，那么对于2021年的国内半导体而言将有不小影响。 因此我们预计国产替代仍旧是2021年国内半导体产业发展主线，并且会加速在重点产品领域和基础环节的上下游产业链协同攻关。美国对华为的打压将在2021年迎来一段缓和期，预计华为在2021年将能部分恢复和台积电、高通、联发科等国际供应链伙伴在非先进技术和产品层面的合作。此外国内5G、新能源汽车等新基建市场将会进一步提升渗透率，带动国内半导体产业在通信及射频器件、消费电子、功率半导体、汽车半导体等方面加速发展。在半导体产业不出现大的系统性风险和变化的情况下，国内半导体2021全年实现20%以上增速应该是大概率事件，整体产业规模有望超过万亿元。 全球集成电路产能供给出现全线紧张的局面 部分领域甚至持续全年 2020年下半年全球半导体产能严重紧缺的现象开始凸显。 主要原因一是新冠疫情确实造成欧洲、日本、东南亚部分产线阶段性关停或者延期扩产，全球半导体产能供给和扩张都受限。二是由于华为的因素全球半导体供应链出现一定的混乱，加之市场对美国进一步制裁中国大陆相关代工、封测厂商的传闻预期，很多企业因为供应链的原因普遍上调安全库存水平，行业内产能overbooking的现象也较为明显，造成了阶段性的产品缺货和交期延长。三是部分产品确实在2020年呈现较为快速的需求增长，尤其是面板驱动IC、电源管理IC、MCU、IGBT等功率器件、蓝牙芯片等。 目前来看产能供给紧张带来的缺货涨价情况已经遍布到行业内很多环节，从代工到封装到设计，都以转嫁成本为由，与客户协商调涨价格。预计全球半导体产能紧张的局面还会延续至2021年，甚至在8寸产能上有可能延续至2022年。 一方面中美关系下一步演进方向还不清晰，如果美国进一步制裁中国大陆相关代工、封测厂商，则2021年的全球半导体供应链也会阶段性陷入混乱，供应链加库存备货的动力依旧充足，造成在部分产品领域产能继续紧张的局面。另一方面尤其紧缺的8寸产能在短时间内几乎没有大规模扩产的可能，往12寸过渡也需要时间，因此2021年至少三季度前都会延续产能紧张的局面。另外还需要考虑比特币等因素对全球半导体产能的影响，比特币价格从2020年四季度开始逐步向高位攀升，如果势头持续到2021年，也会对部分芯片和零部件例如MLCC、以及封装的产能形成挤占，从而加剧全球产能紧张的局面。 全球设备投资持续加码 OSAT厂商进一步面临跨界竞争压力 2020年全球半导体行业设备投资低开高走，前期受新冠疫情影响，设备投资被抑制。但很快疫情带来的对数据中心、云服务、游戏及娱乐等领域的需求带动全球半导体设备支出逆势增长，而存储器也成为2020年设备支出增长最大的领域，同比增长15%以上。 根据台积电、三星等厂商为维系在5nm以下先进制程的领先优势而在2021年将大幅提升资本支出的预期，全球晶圆厂设备支出2021年增长将超过10%，特别是Foundry的设备支出增长率有望在2021年进一步增加。国产半导体设备材料领域依旧以国产化率的提升为主要目标，尤其是如果美国进一步制裁中国大陆相关代工、封测厂商，则国产半导体设备材料的国产化进度会进一步加速。 另外2021年我国存储器产线将迎来大规模扩产阶段，带动全球存储器设备投资。具体产品方面，需要重点关注离子注入机、前道量测/检测设备、混合信号/功率测试设备、图像传感器设备以及后道封装设备的进展，国内头部半导体设备企业有望在2021年通过资本运作规划进一步的资源整合。在先进封装方面，2021年高性能计算以及高频、高速、高可靠、低延迟、微系统集成等需求使得扇出封装、将天线整合在芯片封装内的AiP、2.5D/3D TSV将继续成为业界热点。此外来自不同商业模式(晶圆厂、基板/PCB供应商、EMS/DMs)的厂商正在进入并蚕食独立OSAT（封测代工厂）的市场份额，OSAT厂商将面临更多来自跨界竞争压力。 汽车，工业领域迎来报复性反弹，5G加速发展 服务器和数据中心市场增速放缓 2020年全球半导体在通信、汽车、工业、消费电子、数据中心/服务器等几大应用市场方面，预计只有数据中心/服务器市场的增长率一枝独秀，达到超过10%的增速，消费电子紧随其后是8%左右的增速，而通信几乎未获增长，汽车、工业是负增长。 但从2020年四季度的大企业业绩指引来看，汽车、工业市场正在加速恢复，预计2021年全球汽车、工业半导体的市场可能迎来20%以上的V型反弹增长，5G将继续提升全球渗透率，带动全球半导体在通信市场有预期超过15%的增长。而服务器和数据中心市场相比2020年的爆发式增长则有所减缓，但也仍能维持5%左右的稳步发展。另外在一些细分产品方面，存储器尤其是DRAM在2021年的表现是可以期待的，而2020年市场增长不好的光电器件、传感器方面，也受益于汽车、工业、消费电子市场的复苏而呈现较高增长。其他重点需要关注的产品还包括RF FEM、据国际一家知名机构监测的五十多大类半导体产品信息，预计2021年能获得正增长的接近五十种，而2020年预期仅有20类产品实现增长，因此可以看出2021年市场对各类产品的需求可以保持持续性的旺盛。 新技术落地商用进程加快 “苹果系技术”赛道需要持续关注 2021年将会是技术创新迭代加快，新兴技术迸发涌现的一年。先进工艺上可以看到3nm GAA工艺量产，存储器方面DDR5内存芯片、3D NAND 1XX层都规模化放量，国际上各大NAND厂商（包括中国大陆）都将突破实现1XX层以上的3D NAND关键技术。新技术方面，新型自旋转移转矩磁阻存储器(STT-MRAM) 的落地商用进程明显，为高性能嵌入式应用提供了一个更有吸引力的选择。 基于芯粒（chiplet）的模块化设计方法，以RISC-V为代表的开放指令集及其相应的开源SoC芯片设计等创新的设计范式会被更多企业选择，尤其是致力于自研芯片的国内外互联网及系统厂商，应用于更多的计算和数据处理场景。 国内半导体市场另外要特别关注苹果产品衍生出来的新技术市场，例如TWS、dToF、UWB、无线充电等，也可以关注传感器、POWER、显示光学/声学等领域、有望出现接近甚至超过手机相关芯片同体量规模的现象级“爆款”芯片赛道。在化合物半导体方面，GaN快充仍会进一步放量，更有望从消费类进入工业、数据中心及电信电源应用中，直接挑战部分硅基PMIC市场。尽管2020年围绕SiC、GaN的产能投资已经不断攀升，2021年对SiC衬底及外延、GaN器件、GaAs RF的投资仍能保持热度。 多起重大并购受各国反垄断审批因素影响结果受持续关注 2021年可能是全球半导体并购“小”年 2020年下半年官宣了几起重大并购，使得2020年全年的半导体收并购总交易额迅速上升到1200亿美金（包括最新宣布的环球晶圆拟54亿美元收购Siltronic AG），成为半导体并购历史上交易规模的最大年份。由于这几起并购均属于行业头部企业之间的整合，业界影响力较大，尤其是英伟达收购ARM、AMD收购赛灵思的交易都和拜登当选后中美关系走向高度相关，因此应该会至少最早在2021年才会有部分交易审批结果尘埃落定。 预计SK海力士收购英特尔的NAND 闪存芯片业务、Marvell收购Inphi可能会有更快的审批进展。促成2020年多起重大并购的主要因素之一是美国股市今年4月以后大幅上涨（纳斯达克指数在不到5个月的时间里从6600点涨到12000，涨幅接近一倍，当前的纳斯达克指数市盈率已经达到71倍，估值泡沫已经非常大），股价高、利率低的外部环境促进了并购交易的连续出现，而2021年拜登上任后很可能采取财政扩张政策导致利率上升，这将会刺破美股的估值泡沫，造成股票下跌，因此有可能会使得美国企业在2021年减少收并购的操作，但也不排除仍出现某些细分领域行业龙头之间的并购整合，例如RF、模拟等领域。 SEMI预计2021年全球半导体设备市场将达到700亿元 预计2021年全球半导体领域的并购会以欧洲、亚太企业为主导，在半导体设备及材料、汽车半导体、MEMS及光电器件方面有可能会有较为引起关注的收购。 创业板、科创板对半导体板块的热度将有所降温 超过60%的细分领域都会出现至少一家上市公司 2020年科创板持续助推国内半导体行业发展。目前所有科创板上市的半导体企业市值总额占据科创板总市值的40%左右，可以说是表现最为亮眼的板块之一。据云岫资本的数据，在科创板退出红利吸引下，2020年全年国内半导体领域一级市场股权投资的总额可能会超过1000亿，达到2019年全年总额的3倍，涉足半导体投资的基金数量也超过千家。 企查查数据显示，我国芯片相关企业的数量在2020年年上半年增长迅速 而2021年将有更多的半导体企业规划上市进程，预计超过60%的半导体细分领域都会出现至少一家上市公司。资本涌进进一步刺激了全民创芯的热潮，在射频、MCU、蓝牙/WIFI、存储器主控、MEMS、OLED驱动IC、无线充电芯片等消费类领域都出现了创业扎堆的现象，而在GPU、EDA、FPGA、光刻胶、半导体设备这些极其挑战的“卡脖子”领域，也频频出现新的创业团队。随着创业板、科创板半导体企业数量增多，估值溢价空间缩小，预计2021年一级市场热度可能会降温，细分赛道创业企业会在现金流、供应链上遭遇挑战。部分领域头部企业上市后会加大资源整合和产业链延拓方面的动作，设计公司投资建厂转型IDM、进行海外优质资产的收购，投资/收购国内同行业创业团队、高级别人事变动等事件时有发生。 新政策进入落地阶段 项目暴雷仍有发生但区域性的低水平重复建设有所缓和 2020年集成电路产业新8号文发布，按照时间进度2021年将出台实施细则，明确政策实施标准和条件、实施方式等，全面进入政策落地阶段。2021年还会实质性推进集成电路一级学科建设，加速深化集成电路人才培养改革，会有更多高校分批次获准建设国家集成电路产教融合创新平台，同时更多企业会加大与高校院所在产教融合人才培养及产学研方面的合作。大基金二期在2020年主要投向代工和存储器制造，设计方面的投资标主要集中在上海、北京等一线城市，预计在2021年会加快覆盖更多地域和更多产业链环节上的投资，地域上增加中西部和珠三角地区的投资，产业链环节上会投资到半导体设备、材料及EDA等基础支撑环节。 2020年芯片项目烂尾现象引起社会关注，2021年仍会出现暴雷的半导体项目，或者地方财政承压而被政府主动断粮的项目，但总体上会在可控的范围内发生，区域性的低水平重复建设有所缓和。 总结 半导体这个行业归根结底是基础性行业，是需要踏实、低调、务实、高效发展的。希望2021年无论国际政治经济形势如何变化，国内的半导体产业可以放下浮夸浮躁，重拾初心，砥砺前行。
    850浏览量
    原文链接