军民协同创新视角下我国新材料产业发展模式和路径研究——以钛合金产业为例

   2023-10-26 IP属地 陕西63760

  引言

  新材料是国防和军队建设的物质基础与技术先导,在武器装备发展中的战略地位重要,对国防科技和国民经济的发展具有重要的推动作用,在某种程度上是国防力量强弱的一种表征。新材料具有技术相通产品通用的典型军民两用特性,是军民协调发展最重要的领域和核心产业之一。钛合金是具有战略意义的高性能有色金属材料,同时也是重要的军用新材料。合金具备质轻、高强、耐腐蚀等特性,已广泛应用于航空航天装备制造领域,在武器装备发展中具有不可替代的作用。由于提炼与加工制造成本较高、加工工艺难度大等问题,我国钛合金产业尚不能完全满足国防和军队建设需求。因此选择钛合金产业作为军民协调发展的研究对象,所得结论对于夯实制造业和国防科技工业基础,推动新材料产业通过军民协同创新实现军工和民用领域融合发展具有重要意义。

  军民协同创新是当前世界各国科技创新最重要的模式之一。党的十九大明确提出坚持走特色强军之路,提出“坚持富国和强军相统一,强化统一领导、顶层设计、改革创新和重大项目落实,深化国防科技工业改革,形成军民融合深度发展格局,构建一体化的国家战略体系和能力”。十八届三中全会决议提出建立产学研协同创新机制,也明确提出“健全国防工业体系,完善国防科技协同创新体制”。习近平总书记在中央政治局第十七次集体学习时强调,在更广范围、更高层次、更深程度上把军事创新体系纳入国家创新体系中,实现两个体系相互兼容、同步发展。推动重点产业领域军民协调发展,其关键是通过技术协同创新实现国防科技工业和国家工业在重点产业领域的产业链各环节深度融合。军民科技协同创新是产业链军民协调发展的前提和关键纽带,从协同创新的角度对产业链融合进行分析,可以更好地从创新和协同的本质出发,发现重点产业领域军工和民用协调发展中的问题,进而提出更有针对性的对策建议。

  1、相关理论概述和模型设定

  1.1军民协同创新

  军民协同创新要求把国防科技创新与民用创新体系进行融合,实现资源整合、成果共用共享、互动协同,使国家科技创新投入产出效益最大化。在国防科技工业和国家工业融合发展的背景下,有关军民协同创新的概念,不少学者都进行了有益探索。军民协同创新是指军地创新主体面向国家军民两用重大战略需求,开展跨部门、跨领域、跨区域、跨行业密切协同互动,实现知识增值和重大科技创新,整合提升创新绩效的创新组织形式。应以产业集群为关键节点,从战略、组织、制度和知识四个维度来分析军民协同创新概念的内涵。目前,国内专家学者主要从企业发展角度、知识产权归属角度、企业技术转移角度、协同创新机制构建角度等方面,围绕军民协同创新体系的构建来开展相关研究工作。现有的对军民协同创新研究中,将协同创新与产业链整合理论结合研究的成果相对较少。

  1.2产业链理论

  关于“产业链”的内涵,学术界没有一个统一准确的定义,不同的专家学者以不同的角度对产业链的内涵进行了阐述。从分工的角度来说,产业链是基于分工经济的一种产业组织形式,它涵盖的产业范围较广,包括从供应商到制造商再到分销商和零售商等所有加盟的节点企业,强调相关产业或企业之间的分工合作关系。从价值链的角度来说,产业链是采购原材料、生产中间产品和成品与销售产品并实现价值增值的功能网链。还有学者从战略联盟的角度,认为产业链是某一产业聚集区内,有较强竞争力的企业与其他的企业结成战略联盟的关系。产业链是一个追求效用最大化的主体,效用是产业链形成模式的最根本因素,价值和风险对效用的实现起决定性作用,而战略联盟恰恰可以实现降低成本与提高收益实现价值最大化。此外,还有学者从产业关联关系的角度以及生产工艺流程的角度对产业链的内涵进行了分析。

  产业链的优化与整合是近年来学术界普遍关注的领域。对于发展中国家来说,只有通过产业链、供应链和价值链重组建立自主发展型的价值网络,推进分工深化,才能摆脱价值链被俘获的处境,掌握产业结构优化的主导权。产业链是指围绕产品/服务的形成过程,由承担着不同价值创造功能的各个产业组织相互关联,均衡发展,从而客观形成的动态的、功能网络状的链条关系,链条中大量存在着上下游关系和相互价值的交换,其包含了企业链、价值链、技术链、产品链和空间链五个维度。本文基于已有研究基础,结合钛合金产业链发展现状,选择价值链、技术链、空间链三个维度来分析产业链的协调机制,调控产业链的形成与运行。

  1.3军民协同创新促进钛合金产业链整合

  钛合金产业群落包括军工科研生产单位和企业群落,以及民口科研生产单位和企业群落等,两者通过在钛合金领域开展相关技术的军民协同创新,实现资源整合、成果共用共享、互动协同,使国家科技创新投入产出效益最大化,同时也围绕钛合金产业链紧密联系在一起。通过军民科技协同创新,钛合金产业链上的军工和民口科研与生产单位分别从价值链、技术链和空间链实现有效衔接,最终形成融合发展的格局。

  价值链主要指从上游原料部门延伸至下游终端产品/服务部门,随着整个产业生产的完成,价值形成、传导、增值过程,价值链的衔接是产业链形成的关键。钛合金产业价值链上游主要是作为原料供给方的民口科研生产单位和企业,下游主要是作为需求方的军工科研生产单位和企业,除了相关配套产品生产需求,在军民协同创新的推动下,军工和民口企业围绕尖端技术突破,不断实现相关产品的升级换代,促进了价值链的增值过程,同时军工和民口供需关系也变得越来越紧密,上下游企业的供需关系平衡,形成了军工和民用协同发展的产业生态,助力产业发展。

  技术链主要指产业链中的主导核心技术,决定了产业链的核心环节和价值分布,核心技术的扩散可以推动产业链的重构。钛合金产业的技术链的核心往往隶属于国防科技系统的大型军工企业,这些企业在发展中积累的大量科技和管理经验,是军民协同创新的重要“知识源”,往往决定着协同创新的运行过程和绩效,通过向民口科研生产单位提供技术支持,促进科技成果双向转移转化。

  空间链主要指产业链聚焦于地理空间上相连或靠近的产业在网络中的物质和能量流动,通过充分利用生产过程中产出的各种副产品,实现产业与环境相和谐。在军民协同创新推动下的国防科技产业集聚分布,往往以一个或几个国防军工企业为主导,通过技术创新实现关键要素集聚,涵盖产业网络层、社会网络层和创新网络边界,是组织之间的动态学习和管理过程,这个过程以军工企业为行动主体,通过网络治理,各主体得以联合行动、发挥协作效率,最终形成价值增值和知识创造。军民结合产业集群除具备一般产业集群的基本特征外,还具有产业性质多为军工行业的特点,多为“主导产业——关联企业”为主要构成的集群。

  2.钛合金产业军民协调发展的现状和问题

  我国钛合金产业经过60多年的发展,钛合金材料的研发应用水平得到了大幅提升,经过“仿制、改造+创新”的研究历程,形成了完整的研发与生产体系,满足国家多领域工程的需求。目前,钛合金产业的发展还存在军工与民用产品的供给与需求错配、高端产品有效供给不足以及产业链协调性差造成的高成本与低效率等问题。具体表现如下:

  第一,武器装备市场对钛合金的需求带动不足。与先进国家相比,我国在武器装备上对钛合金的用量相对较少,装备研制过程中缺少对钛合金等新材料性能的论证,导致生产成本高昂,尚不能对钛材市场提供强大的带动作用。需求的高不确定性使得民口单位“参军”的积极性不足。目前,参加武器装备科研生产的钛合金民口企业大多从事零部件或原材料的供应,这些层面的产品可替代性高,加大了民口企业生产的不确定性。信息沟通机制不顺导致民口企业很难了解军方需求。我国国防工业长期处于封闭和半封闭状态,军品采购范围小,招标信息传播渠道少,钛合金领域高新技术民用企业长期无法融入国防科技工业体系。

  第二,民口企业产能难以满足军工市场对高端产品需求。一是民口产能过剩,高端产品供应不足。在产业链上游,钛精矿和高端海绵钛产品自给率不足,需要通过进口满足国内市场需求;我国钛加工材以中低端的板材、棒材和管材为主,产品附加值低,我国钛合金型材的应用还是个空白,至今仍不能批量生产钛合金挤压型材,没有建立相应的型材生产工程化研究所需条件。二是制造技术发展滞后,上游加工设备受制于人。国内钛合金领域在制造方法、成型工艺、模具技术、无损检测以及制造设备等诸多方面存在问题,关键核心加工设备依赖进口,严重制约我国钛合金科研与生产。三是企业原始创新能力弱,中小企业由于受到人才、资金等的限制,加上产业链尚未完善,其科技研发的需求动力不强。

  第三,钛合金军民协同创新能力不足。我国钛合金产业虽然在部分高新技术上有突破,但整体原始创新能力薄弱,将实验室技术转化为可进行大批量稳定生产的生产技术能力有待提升。一是在科研管理体制上,国防科研管理体制自成体系,独立于民用科研体系之外,军地大学、科研机构的军民分割,相互交融不够。二是在军民创新资源共享上,军工科技资源相对封闭,科技资源开放利用缺乏必要的途径和可操作的制度,军民科技资源整体利用效率不高。三是缺少钛合金军民协同创新平台,亟需建立协同创新的平台和机制,加强资源共享共用。

  第四,钛合金军民研发资源相对集中,空间布局有待优化。我国钛合金科研和生产单位主要集中在辽宁、陕西、北京、江苏和上海,具体如图2所示。从科研能力分布来看,我国钛合金主要科研单位集中分布在北京、上海等东部地区发达城市,少量分布在中部和东北地区,科研实力从东部沿海地区到内陆逐步减弱。7家军工重点科研单位主要分布在北京和上海等地区,军民研发资源相对集中。

  3.基于军民协同创新的钛合金产业发展模式和路径

  3.1基于供求关系的价值链融合

  (1)军工与民口围绕产业链供求关系紧密结合

  在以国防军工产品为终端的钛合金价值链中,民口单位和企业在从钛精矿冶炼到钛加工材生产等产业链上游和中游环节具有明显的资源、生产和技术优势,是钛合金原材料的主要供给方。各军工集团作为武器装备的主要承制单位,是国防建设中钛合金材料的主要需求方,各军工科研院所和生产单位从需求侧延伸,重点开展钛合金材料加工工艺的研究,在钛合金材料、钛合金零部件的加工制造和武器系统集成等产业链的中上游环节具有明显的生产优势和较强的科研实力。军口与民口的主要单位和企业通过钛合金在价值链上的供求关系紧密结合。

  (2)军工和民口产能规模与科研实力互补性强

  在钛合金价值链中,军工科研和生产单位侧重于新型钛合金产品和钛合金零部件加工制造技术的研发,只有少数军工科研院所具备钛合金全产业链生产能力,大多数军工单位均不涉及钛精矿冶炼和海绵钛生产,整体上呈现出技术含量高、产能规模小的特点。民口单位和民营企业凭借资源优势和民品市场优势,在钛精矿冶炼、海绵钛生产、钛锭加工等产业链上游形成较大产能,部分企业依托民口科研单位技术优势,在钛合金材料加工制造达到国内领先水平,已经参与军品市场钛加工材供应,少数高技术企业具备直接加工制造武器装备钛合金部件的能力。总体来说,民口单位和企业具有产能规模大、技术含量低的特点。从军民协调的角度来看,具有很强的互补性。

  3.2基于军工核心技术的技术链融合

  核心技术的扩散是推动产业链重构的重要因素之一。我国军工领域对钛合金材料应用要求高,尤其是航空领域,军用航空钛合金材料体系相对完善,已经满足了在研在制的飞机机体和发动机的基本需求,已经建成具有一定规模的航空材料研制与生产基地,建立并完善了一整套航空钛合金材料的标准。钛合金军工应用技术水平显著高于民品技术水平,因此,军工核心技术的不断突破升级成为钛合金技术链融合的驱动力。

  (1)军工科研院所是钛合金军工领域创新和应用主体

  我国武器装备领域钛合金材料的研发主要由十一大军工集团下属的军工研究所负责,其中大部分重点研究单位集中在航空航天领域,在兵器装备领域、舰船装备领域和核工业领域均有钛合金研究单位。军工科研院所作是军工领域钛合金新技术和新产品的主要研制单位,也是军工核心技术向民口企业扩散的核心。军工研究所通过开展联合预研,分包配套等方式与民口企业建立联盟关系,通过技术合作实现技术链的融合。

  (2)国家积极吸纳民口力量参与国防科技创新

  国家强化军民协同原始创新和系统布局,开展基础研究和前沿技术研究协同攻关。国家“973”计划、国家“863”计划和总装备部、国家国防科工局、国家自然科学基金委员会等相关部门发布的主要科技研究计划,均将钛合金制造技术作为重点项目给予持续资助。军委装备发展部等军方部门以技术专项基金指南的形式,大力吸引民口单位和企业参与武器装备制造中的钛合金相关技术研究。

  (3)创新中心等科技创新载体统筹建设有序推进

  工业和信息化部、国家科技部等部门在全国布局了一批创新中心,为军民协同创新提供了良好的发展载体。工业和信息化部已经设立9家国家制造业创新中心,其中,位于西安的国家增材制造创新中心由西安交通大学等5所高校及增材制造装备、材料、软件生产及研发的13家重点企业共同组建,围绕增材制造行业的共性难题、关键技术、创新应用领域开展技术研发服务工作。国家科技部发布的《国家技术创新中心建设工作指引》中明确“十三五”期间,我国将布局建设20家左右国家技术创新中心,目前已建成两家,预计未来几年将会成立新材料国家技术创新中心。

  (4)军民产学研合作效果显著

  在产学研合作方面,国家支持军工企业、院所、高校、民企组建军民协同产业联盟和国防技术创新联盟,并通过举办中国军民两用技术创新应用大赛、军民融合发展高技术成果展等推动军民两用技术发展。在钛合金领域,中船重工第七二五研究所、北京航空材料研究院等几大主要军工科研单位分别以联盟的形式加强钛合金的产学研合作,效果突出,极大促进钛合金加工制备技术的军民协同创新。

  3.3基于产业集聚发展的空间链融合

  目前我国钛合金产业区域创新力度加大,基本形成了若干具有区域特色的钛合金产业集群。我国钛产业集群的分布类型大致可以分为技术驱动型、资源依托型和市场指向型三种。

  (1)技术驱动型

  该地区以北京、上海、陕西、河南和辽宁为代表,聚集我国钛合金尖端科技力量,产生了一批具有自主知识产权的成果,通过军工和民口科研力量带动产业发展的效果显著,产学研成效突出。北京、辽宁、上海和河南等地钛合金军工科研单位实力雄厚,属于典型的国防科技和军事需求牵引带动钛合金产业发展模式。河南洛阳中船重工第725所是我国舰船领域重要的科研和生产单位,下属企业洛阳双瑞万基钛业和洛阳双瑞精铸钛业分别主营海绵钛和钛加工材的生产,形成了完整的产业链,带动了整个地区的钛合金产业发展。陕西宝鸡地区已形成“中国钛谷”产业集群,注重向细分市场转型发展,以钛行业领军企业宝钛集团以及西北有色金属研究院为依托,注重钛产品的技术创新和航空航天、海洋工程及船舶、医疗等高端领域的应用发展,积极开发新产品,极大地提升了钛产品知名度,使钛的应用领域得到很大突破。

  (2)资源依托型

  该种依托资源的类型,主要集中在四川、云南和青海等钛资源丰富的西部地区。该区域发展以自然资源为基础,首先发展钛合金产业上游的基础加工环节,其次稳定初加工,完成产业升级,提高产品附加值,向产业链下游延伸。以四川为例,四川攀西地区是我国最大的钛磁铁矿储备地,攀钢钒钛依托矿产资源优势,在钛精矿冶炼、海绵钛生产等产业链上游环节技术优势突出,已成为国内领军企业,海绵钛年产量位居全国首位,同时积极拓展产业链下游,目前已经形成从“钛精矿-海绵钛-钛及钛合金材(板、卷、棒、线、管、锻件等)”的钛产业链条。类似企业包括青海省的青海聚能,云南省的云南钛业和贵州省的遵义钛业。

  (3)市场指向型

  该类型分布主要包括江苏和浙江等长三角地区,凭借优越的地理优势获得了大量的外资注入和国际企业转移,致使这些地区都以外向型经济为主,从而推动钛合金产业的发展。钛合金民品市场在长三角和珠三角等主要区域呈现突飞猛进的发展态势,众多钛民品企业喷涌而出,推动了国内钛产业应用和发展。军工市场需求仍是钛合金产业的主要驱动力之一,辽宁和上海等地既是典型的技术驱动型地区,又是军工集团下属各生产企业驻地,航空航天、舰船等武器装备建设对于新材料的强大需求加速推动了这些地区的钛合金产业发展。

  4.推进我国钛合金产业链融合发展的建议措施

  4.1加强顶层统筹,强化政策引导

  强化国家主导作用,加强新材料军民协调发展的顶层设计,探索成立新材料军民协调发展专项小组,协调军地相关部门,实施和管理新材料军民协调发展科技计划,编制持续滚动的战略规划和计划体系,自上而下的推动新材料产业发展。制订出台钛合金专项发展规划和支持性政策,推动钛材产业高质量发展。开展钛合金领域军民协调发展发展评估工作,制定出台新材料军民协调发展专项政策,加强钛材产业在科研和生产方面的军民协同,更好的支撑国防和军队建设。

  4.2加强钛合金产业基础管理

  强化钛合金产业链军民协调发展,以提升钛合金核心技术研发为宗旨,抓好钛合金产业基础管理。军民结合重点突破钛合金低成本制备技术,以民为主重点研发钛合金原料低成本制备技术,以军为主重点研发钛合金材料加工工艺,降低制造成本,通过低成本促进钛合金在武器装备市场应用,形成良性循环。抓好钛合金产业标准化工作,推动军用标准化体系改革,协调三个标准,对民用技术已经领先的领域尽可能多采用国家标准和行业标准,逐步实现标准体系的军民协同。建立钛合金技术成熟度标准体系,指导企业技术改革方向。

  4.3加快建设钛合金军民协同创新体系

  以重大专项推动相关国防科技工业和民用产业及各相关机构的合作,组建钛合金产业技术创新联盟和公共服务平台;加强钛合金学科建设,以高等院校、研究机构为中心培育钛合金技术方面的人才;充分发挥企业作为创新主体的作用,整合资源,依托优势单位,建立军民协同的国家钛合金材料技术创新中心,通过设立产业创新基金,鼓励钛合金企业建立工程技术研究中心、技术开发中心,加大民营钛合金企业的研发力度。

  4.4加速钛合金军民两用科技成果推广转化

  充分发挥国防科技创新对于培育发展钛合金产业的技术支撑作用,针对国家中长期科技发展规划中重大工程需求,着力发展大规格、高性能钛材,发展大规格钛合金棒材和锻件、宽幅板材、大口径管材,发展短缺的钛带材及钛合金型材等制品。鼓励钛合金民用高新技术企业从事军民两用技术开发,建立民用钛合金高新技术成果的通报和展示制度,使军方装备部门及时了解民用高科技企业具有军事应用潜力的成果。向民口单位发布国防科研和武器装备协作配套科研项目指南,实现信息双向交流。

  4.5稳步推进钛合金科研生产能力布局优化调整

  按照我国钛合金产业集群的不同分布类型,在辽宁、陕西、四川等地分别打造钛合金军民结合产业示范园区,发挥钛合金园区的孵化功能和产业集群效应。在有军工单位布局的技术驱动型地区,要充分发挥军工单位的牵引作用,在园区内建设高质量的“孵化器”,加快军工科技成果和项目的产业化。在资源依托型地区,要进一步发挥钛合金企业资源优势,重点突破钛精矿综合利用技术和海绵钛生产提炼技术,提高我国钛合金原料供应水平和自给能力。在市场指向型地区,要实现军品市场和民品市场的有机结合,充分利用市场机制探索促进钛合金产业军民协调发展。

  5、结语

  钛合金在军用市场具有广阔的应用前景,建设军民结合的钛合金产业,既是国家产业转型升级的需要,也是促进武器装备升级,支撑国防和军队建设的需要。推动钛合金产业军民协调发展,实际上是在军民协同创新的背景下,进一步平衡供求关系,畅通军工核心技术扩散渠道,推进钛合金产业以创新资源为核心集群化发展。本研究从军民协同创新的视角出发,分析钛合金价值链、技术链和空间链军民协调发展的模式和路径,并提出推进钛合金军民协调发展的建议措施,研究结论可以为钛合金等新材料产业推动军工和民用领域深度融合发展提供理论指导,丰富了相关研究内容。


 
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