高端裝備行業(yè)基于新材料的電力電子器件研究

作為發(fā)展中國(guó)家，工業(yè)化起步較晚、創(chuàng)新能力不強(qiáng)、基礎(chǔ)較為薄弱，在已經(jīng)形成的全球?qū)＠w系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)中影響力弱，在全球價(jià)值鏈中提升分工地位仍任重道遠(yuǎn)?；A(chǔ)工藝技術(shù)方面：掌握了大型復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化柔性高效精確成形關(guān)鍵技術(shù)、復(fù)雜鑄件無(wú)模復(fù)合成形制造關(guān)鍵技術(shù)、大型風(fēng)電裝備齒輪可控氣氛滲碳和精密齒輪真空滲氮技術(shù);掌握了難加工合金構(gòu)件波動(dòng)式高質(zhì)加工技術(shù)及裝備，實(shí)現(xiàn)了新一代飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)難加工結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量瓶頸問題的突破;掌握了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)激光焊及激光-電弧復(fù)合焊關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)、工程技術(shù)與成套裝備，解決了國(guó)防裝備、超級(jí)起重機(jī)、全新一代軌道車輛等一批重大裝備關(guān)鍵部件的焊接難題，并在多個(gè)領(lǐng)域首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。高端裝備行業(yè)基于新材料的電力電子器件SiC（碳化硅）是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，可制作出性能更加優(yōu)異的高溫、高頻、高功率、高速度、抗輻射器件。基于SiC的IGBT綜合了GTR（電力晶體管）和MOSFET（金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的通流能力。目前已有實(shí)驗(yàn)證明，使用SiC混合的IGBT與普通IGBT相比，功耗約減小30%，開關(guān)頻率的提高也有效降低了輸出諧波，減小了電機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使整個(gè)系統(tǒng)效率提高?；赟iC的新型電力電子器件的研發(fā)將成為未來(lái)一個(gè)主要發(fā)展方向。平穩(wěn)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)（一）經(jīng)濟(jì)效益水平偏低十三五時(shí)期，我國(guó)機(jī)械工業(yè)營(yíng)業(yè)收入利潤(rùn)率呈波動(dòng)下行態(tài)勢(shì)。2020年，在減稅降費(fèi)力度明顯加大的情況下，雖然行業(yè)利潤(rùn)總額增長(zhǎng)10．4%，但營(yíng)業(yè)收入利潤(rùn)率為6．4%，并未出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)，同比僅提高0．4個(gè)百分點(diǎn)，比2015年低0．6個(gè)百分點(diǎn)。機(jī)械工業(yè)規(guī)模以上企業(yè)的利潤(rùn)總額在全國(guó)工業(yè)中的比重也有所下降，2020年利潤(rùn)總額占比為22．7%，比2015年下降2．5個(gè)百分點(diǎn)。（二）市場(chǎng)需求增長(zhǎng)乏力近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械工業(yè)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求、特別是中低端產(chǎn)品市場(chǎng)需求明顯放緩，加之國(guó)內(nèi)鋼鐵、煤炭、電力、石化等機(jī)械工業(yè)傳統(tǒng)用戶行業(yè)處于產(chǎn)能過(guò)剩調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型期，固定資產(chǎn)投資中的設(shè)備工器具購(gòu)置投資呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)。2015年，全國(guó)設(shè)備工器具購(gòu)置投資同比增速高達(dá)10．2%，2018年下降至2．6%，2019、2020兩年甚至出現(xiàn)0．9%和7．1%的負(fù)增長(zhǎng)，反映出機(jī)械產(chǎn)品需求市場(chǎng)總體疲軟的嚴(yán)峻態(tài)勢(shì)，機(jī)械企業(yè)訂貨不足的問題愈發(fā)突出。（三）經(jīng)營(yíng)壓力普遍加大十三五以來(lái)，我國(guó)機(jī)械工業(yè)原材料、用工等各項(xiàng)成本費(fèi)用不斷上升，行業(yè)營(yíng)業(yè)成本、銷售費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用等指標(biāo)持續(xù)增長(zhǎng)，應(yīng)收賬款規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大并已形成相當(dāng)規(guī)模，而機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)低位。2020年，我國(guó)機(jī)械工業(yè)規(guī)模以上企業(yè)應(yīng)收賬款總額達(dá)5．38萬(wàn)億元，比2015年增長(zhǎng)45．6%。截至2020年底，機(jī)械工業(yè)虧損面達(dá)16．4%，比2015年擴(kuò)大3．6個(gè)百分點(diǎn);虧損企業(yè)虧損額達(dá)到2261億元，比2015年增加971億元。研發(fā)能力有所增強(qiáng)十三五時(shí)期，我國(guó)機(jī)械工業(yè)堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系進(jìn)一步加強(qiáng)。2016-2020年，共分3批批準(zhǔn)建設(shè)機(jī)械工業(yè)工程研究中心和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室48家，其中工程研究中心24家，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室23家，創(chuàng)新中心1家。截止至2020年底，已掛牌運(yùn)行和正在籌建的創(chuàng)新平臺(tái)241家，為加快提升我國(guó)機(jī)械工業(yè)技術(shù)研發(fā)和工程化試驗(yàn)?zāi)芰Αf(xié)同創(chuàng)新水平、促進(jìn)我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，切實(shí)發(fā)揮了重要作用。2016年至今，面向制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展重大需求的國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)迅速推進(jìn)。截至2020年底，已論證通過(guò)和啟動(dòng)建設(shè)17家國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心，其中機(jī)械行業(yè)就有7家，分別為國(guó)家動(dòng)力電池創(chuàng)新中心、國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心、國(guó)家機(jī)器人創(chuàng)新中心、國(guó)家智能傳感器創(chuàng)新中心、國(guó)家輕量化材料成形技術(shù)及裝備創(chuàng)新中心、國(guó)家農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新中心以及國(guó)家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心等。外貿(mào)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)2020年，我國(guó)機(jī)械工業(yè)累計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)出口總額超過(guò)7800億美元，比2015年增長(zhǎng)17．7%。其中進(jìn)口超過(guò)3100億美元、出口超過(guò)4600億美元，分別比2015年增長(zhǎng)14．4%、20．1%。2020年機(jī)械工業(yè)累計(jì)實(shí)現(xiàn)貿(mào)易順差近1500億美元，比2015年增長(zhǎng)34．6%。十三五期間，我國(guó)機(jī)械工業(yè)貿(mào)易順差占全國(guó)外貿(mào)順差的比重大幅增長(zhǎng)，由2015年的18．7%增至2020年的27．9%，上升9．2個(gè)百分點(diǎn)。加工貿(mào)易在機(jī)械工業(yè)出口中所占的比重持續(xù)下降，一般貿(mào)易占比持續(xù)上升，由2015年的60．5%增至2020年的67．0%。2019年，民營(yíng)企業(yè)出口占機(jī)械工業(yè)出口總額的46．9%，首次超過(guò)三資企業(yè)成為機(jī)械工業(yè)對(duì)外貿(mào)易出口的主力軍，在機(jī)械工業(yè)外貿(mào)出口中的重要地位不斷提高。產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力不足（一）共性技術(shù)研發(fā)能力弱我國(guó)機(jī)械工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新面臨的最大困境在于共性技術(shù)研發(fā)能力較為薄弱，阻礙了我國(guó)機(jī)械工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。依托企業(yè)建設(shè)的各類創(chuàng)新載體促進(jìn)了一些企業(yè)創(chuàng)新能力的提升，但是無(wú)法有效滿足行業(yè)大多數(shù)企業(yè)對(duì)共性技術(shù)的廣泛需求。共性技術(shù)研究的缺失，一方面導(dǎo)致了部分共性技術(shù)研發(fā)存在重復(fù)投入、分散投入的問題，另一方面大量技術(shù)基礎(chǔ)薄弱與資金缺乏的中小企業(yè)根本無(wú)力自行開發(fā)，進(jìn)而限制了其自主創(chuàng)新能力的提升。由于不掌握核心技術(shù)，很多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)處于被動(dòng)跟隨狀態(tài)，國(guó)際話語(yǔ)權(quán)較弱，存在和斷鏈隱憂。（二）核心零部件依賴進(jìn)口雖然我國(guó)機(jī)械工業(yè)門類比較齊全、規(guī)模優(yōu)勢(shì)突出，但仍存在一些短板弱項(xiàng)，突出表現(xiàn)就是核心零部件自主研發(fā)能力不強(qiáng)，部分關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。一方面，高端軸承鋼、高端液壓鑄件、高端涂料、關(guān)鍵絕緣材料、高性能密封材料、潤(rùn)滑油脂等關(guān)鍵基礎(chǔ)材料大幅落后于國(guó)際先進(jìn)水平，限制了各類零部件產(chǎn)品的自主創(chuàng)新和提檔升級(jí);另一方面，鑄造、鍛壓、焊接、熱處理及表面處理等基礎(chǔ)制造工藝及裝備發(fā)展滯后，直接影響到零部件的質(zhì)量、壽命及可靠性水平。受制于關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)的落后，導(dǎo)致高端軸承、齒輪、液氣密件、鏈傳動(dòng)及聯(lián)結(jié)件、彈簧及緊固件、模具、傳感器等基礎(chǔ)零部件的自主化能力不足，難以滿足主機(jī)發(fā)展需求而依賴進(jìn)口。（三）人才短缺問題仍突出機(jī)械企業(yè)尤其是傳統(tǒng)機(jī)械制造企業(yè)工作條件艱苦、工資水平相對(duì)較低，對(duì)人才吸引力不足，成為行業(yè)人才短缺的重要原因。目前，不僅高層次研發(fā)人才缺乏，一線熟練技工、尤其是高級(jí)技工非常緊缺。相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家平均超過(guò)35%的高級(jí)技工占比來(lái)看，中國(guó)這一比例僅為5%。同時(shí)，高技能技術(shù)工人的培養(yǎng)體系缺乏科學(xué)性和適用性，現(xiàn)有教育機(jī)構(gòu)缺乏具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的師資以及與當(dāng)前實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，造成學(xué)、教、用之間的斷裂。未來(lái)十年，隨著社會(huì)人口老齡化程度的加劇，機(jī)械工業(yè)招工難問題將更為嚴(yán)重，特別是既掌握先進(jìn)制造技術(shù)、又熟悉新一代信息技術(shù)的復(fù)合型工程技術(shù)人才將面臨嚴(yán)重短缺。經(jīng)營(yíng)效益基本穩(wěn)定十三五期間，我國(guó)機(jī)械工業(yè)收入及利潤(rùn)指標(biāo)基本穩(wěn)定，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)增長(zhǎng)做出了重要貢獻(xiàn)。2020年，機(jī)械工業(yè)規(guī)模以上企業(yè)累計(jì)實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入22．85萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng)4．5%，占全國(guó)工業(yè)的21．5%，比2015年提高0．7個(gè)百分點(diǎn);利潤(rùn)總額達(dá)到1．46萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng)10．4%，占全國(guó)工業(yè)的22．7%。經(jīng)濟(jì)規(guī)模保持增勢(shì)十三五以來(lái)，我國(guó)機(jī)械工業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模持續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2016-2019年，機(jī)械工業(yè)增加值增速分別為9．6%、10．7%、6．3%和5．1%。2020年，雖然受到新冠疫情影響，仍保持同比6%的增長(zhǎng)速度，且高于同期全國(guó)工業(yè)和制造業(yè)3．2個(gè)百分點(diǎn)和2．6個(gè)百分點(diǎn)。截至2020年底，機(jī)械工業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量超過(guò)9萬(wàn)家，比2015年末增加近七千家;資產(chǎn)總額26．52萬(wàn)億元，比2015年末增長(zhǎng)37．7%，年均增長(zhǎng)6．6%。產(chǎn)業(yè)融合初見成效十三五以來(lái)，機(jī)械各行業(yè)加快與新一代信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、新材料技術(shù)等高新技術(shù)深度融合，推動(dòng)了傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車方興未艾，技術(shù)創(chuàng)新加速迭代，市場(chǎng)牽引力凸顯。融合了傳感、控制、執(zhí)行與通信功能的各種智能化電力設(shè)備，比傳統(tǒng)電力設(shè)備控制更靈活、自動(dòng)化程度更高、使用更方便?；诒倍废到y(tǒng)的自動(dòng)駕駛計(jì)畝測(cè)產(chǎn)聯(lián)合收割機(jī)、免耕精量播種機(jī)等智能農(nóng)機(jī)從樣機(jī)試驗(yàn)步入應(yīng)用。數(shù)字化、信息化、智能化、輕量化及互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的融入，使得我國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)品獲得了新的發(fā)展機(jī)遇，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不斷提高。在融合發(fā)展理念帶動(dòng)下，跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、上下游聯(lián)動(dòng)融合發(fā)展的速度加快，極大推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新發(fā)展。內(nèi)燃機(jī)行業(yè)龍頭企業(yè)發(fā)揮全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，同供應(yīng)商、研發(fā)咨詢機(jī)構(gòu)開展合作，對(duì)柴油機(jī)熱效率進(jìn)行專項(xiàng)攻關(guān)，成功發(fā)布了全球首款達(dá)到50．26%熱效率的商業(yè)化柴油機(jī)。軸承企業(yè)與用戶單位聯(lián)合攻關(guān)，研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)Φ6．28m復(fù)合盾構(gòu)機(jī)主軸承，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)重大技術(shù)裝備配套軸承的一項(xiàng)重大突破。2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)到2035年，我國(guó)機(jī)械工業(yè)綜合技術(shù)實(shí)力大幅提升，進(jìn)入全球機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平。行業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破，優(yōu)勢(shì)行業(yè)形成