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《张江科技评论》

开博时间:2019-06-06 14:03:00

《张江科技评论》是由上海科学技术出版社与上海市张江高科技园区管理委员联合创办的一本科技评论类杂志。该刊报道评价国内外创新性科学技术的发展趋势及其商业价值,介绍上海在建设全球领先科创中心进程中的制度成果、技术成果、创业成果,推动产学研密切协作,促进科技成果转化,服务经济转型发展。

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高度就是资源:法国和意大利的高科技产业

2022-05-27 22:33:00

  法国和意大利在发展高科技产业时不约而同地把航空航天产业作为重点。航空航天一直追求更高的高度、更远的距离、更快的速度、更安全的过程和更优美的造型,而这份冲破束缚、奔向自由的浪漫在很大程度上契合了法意两国的民族性格。

  法国和意大利,拉丁文明现在和昔日的王者。两国以阿尔卑斯山为界,隔地中海相望。彼此都称对方为山那边的人。2000年前,恺撒大帝越过法意边界的卢比孔河,从此大权独揽,罗马进入全盛的帝国时期。200年前,拿破仑翻过阿尔卑斯山荡平奥匈帝国,在日耳曼人刀剑下俯首称臣了几个世纪的意大利人(意大利此前作为哈布斯堡王朝的领地被并入奥匈帝国的版图长达几个世纪)迎来了他们的拉丁表兄。

  格勒诺布尔,法国高科技产业的制高点,世界半导体集成电路产业中心之一,最早就是一座古罗马人建立的要塞城。山那边的意大利都灵,则是全世界航空航天的重镇、意大利工业的摇篮,来自世界各地的游客如果问当地的市民与格勒诺布尔的关系,通常会听到这样的回答:“我们是兄弟。”

  法国和意大利在发展高科技产业时不约而同地把航空航天产业作为重点。两国的这项产业在全世界独树一帜,不仅自己引以为傲,也确实让世界上绝大部分国家有点高山仰止。

  航空航天一直追求更高的高度、更远的距离、更快的速度、更安全的过程和更优美的造型。从远古壁画开始,翱翔蓝天、探索宇宙就是人类的夙愿。头顶的那片天空是这样的迷人,它让科学家入迷,让工程师疯狂,让文学家神往。这份冲破束缚、奔向自由的浪漫,在很大程度上契合了法意两国的民族性格。从写下《小王子》并长眠蓝天的法国文豪埃克絮佩里,到造出法拉利以后还想接着造飞机的意大利菲亚特集团,法国和意大利对航空航天的挚爱,经历时间与生命的沉淀,不断造就出新的传奇。

  更重要的是,自从莱特兄弟成功发明飞机以来,120年间航空航天始终属于前沿科技范畴,为“深科技”成果提供了不计其数的应用场景,成就了一批又一批“深科技”团队的工程梦想和财富野心,而自己则带着全人类更高、更快、更远的梦想不断飞翔。这样一个百年长青的前沿舞台对“深科技”来说是幸运,对投身其中的团队来说则是真正的梦想之地,太多“深科技”成果在航空航天领域找到应用场景并实现成果转化,从此一飞冲天。伟大的技术和伟大的行业总是能相互成就。

  法国航空航天产业

  在法国航空航天产业的萌芽期,有一则趣闻:第一次世界大战结束之后,法国达索飞机制造公司的创始人马塞尔·达索正式接管了宝玑旗下的飞机制造厂,开始了百年的战斗机传奇。没错,就是今天那个让人痴迷的奢侈品腕表品牌宝玑。当初,他们投身飞机制造的关键原因是飞机制造和制表都属于精密机械。由此可见,造手表和造飞机在当时是相通的。宝玑作为世界顶级钟表企业,在精细加工的组织管理上拥有丰富的经验和现成的模式,经过调整可以快速适配到当时还是新生事物的飞机制造。这在战时非常重要,因为可以节约时间、提高效率、控制风险。更有意思的是,法国奢侈品品牌路易威登的第二代掌门人佐治·威登先生就是一名资深的航空爱好者,在飞行和工程两方面都颇有造诣,曾参与过飞机的改装。时至今日,飞行(AERO)系列始终是路易威登定制系列箱包中的经典传奇。航空产业的起源,有些是搞军工的,有些是造汽车的,但像法国这样与奢侈品有着如此深厚的渊源,着实罕见。

  由此可见,深科技也好,高科技也罢,不应该只是一件舶来品,生搬硬套到另一个国家,这样的话结果只能是橘生淮南为橘,橘生淮北为枳。

  近年来,航空航天产业成了法国的支柱性产业。2015年,全行业收入高达750亿美元,成为比汽车和制药更重要的行业。该行业人才密集,从业人员共有19万人,约为法国总人口的1/300。其中,超过40%的从业人员是经理人或工程师,超过20%的从业人员是高级技师。在航空航天产业,法国每年投入超过40亿美元用于研发,民用市场占据近七成的市场份额。同时,在防务领域,受国际局势持续动荡的影响,航空航天的军用产品销量迅速攀升。

  值得注意的是,在法国南部的两座历史文化名城——航空航天中心图卢兹和半导体集成电路中心格勒诺布尔,近几十年里实现了宏观世界与微观世界的梦幻联动:为了把大飞机这样一个庞然大物安全地送上天再落下来,需要无数小型零部件的精密协作,不能有分毫差池。其中有一些电子器件甚至小到了纳米级尺寸,完全进入了微观世界。可以说,大飞机的性能与安全在很大程度上依赖于这些微观世界的芯片。例如,现代客机在恶劣天气下实现盲降,主要依靠各类传感器以及各种控制器和数据处理器的精密协同和高度集成。在宏观与微观的奇妙化学反应中,有一种航电芯片材料——SOI材料,发挥了不可替代的作用。SOI意为绝缘层上硅,它是当今世界半导体产业中常用的一种高端硅基材料,它的诞生就源自航空航天的需求。这种材料的结构并不复杂,两层硅之间夹了一层绝缘体二氧化硅,有点类似于三明治或者肉夹馍。由于中间有一道绝缘层,该材料能有效抵挡粒子和射线的穿透,抗辐射、抗干扰能力非常优秀,用这种材料制造出来的微电子器件在复杂电磁环境中有很强的生存能力、很稳定的性能以及更长的使用寿命。因此,在电磁对抗不断升级的冷战时期,这种材料大受青睐,而全球SOI材料的领军企业就是来自法国格勒诺布尔地区的SOITECH。该企业源自当地的世界级科技成果转化机构LETI。该机构曾经将半导体硅片生产环节中非常著名的离子注入技术Smart-cut转为大规模商业应用,并以此为基础培育了SOITECH。该公司的SOI材料为航电系统性能和可靠性的升级提供了基础性支撑。在格勒诺布尔两小时火车车程之外,同在法国南部的图卢兹则贵为空中客车公司的总部所在地,负责飞机的总装。两个城市,一个擅长做宏观战略,另一个善于做“关键少数”,两城隔着罗讷河谷遥相呼应。飞机很大,芯片却很小,但经过数十年的努力,两者已被高效地配置在同一条产业链各司其职。一大一小之间的和谐统一帮助两者携手并进,共同发展。

半导体集成电路中心,飞机,公司

位于法国图卢兹的空中客车公司总部

  空中客车的痴迷

  空中客车公司是全球最大的航空航天集团之一,客机交付量和营收近年连续力压波音公司成为世界第一。同时,作为一家成立于20世纪70年代的企业,能在不长的时间里整合各方资源冲顶成功,对创新孜孜不倦的追求是其成功的核心因素。

  目前,该公司在全球建立了众多创新中心,为深科技的转化和应用提供平台。其第一个创新中心就是建在美国硅谷的Acubed,使得全球一流的科创资源尤其是信息革命时代最宝贵的技术和人才能为自己所用。这在很大程度上促进空中客车公司的产品、研发、制造、管理各个环节的信息化和智能化水平大大提升。

  空中客车公司在深圳建立的中国创新中心ACIC,正在加速转化包括无人机、城市飞行汽车、新能源航空器、商业航天等诸多深科技航空航天项目,一批潜在的颠覆性的航空航天深科技解决方案有望在这里横空出世。该中心也被认为是中欧乃至“一带一路”沿线深科技合作的典范。

  此外,该公司在数据分析方面不断加码,启用了Skywise系统,使得该公司和其产品产生的海量数据能够发挥作用,实现数据驱动创新发展,并应用先进的人工智能技术持续洞察生产、工程的潜在优化点,进行辅助决策。同时,系统对飞机的运行数据进行分析,为航班运营和飞机维护的安排提供优化意见。此外,空中客车公司在量子领域不断发力:加速推进量子技术的应用,推动量子计算在高性能计算场景中发挥更重要作用,解决一系列航空航天产业中的高强度计算需求;加速应用量子通信技术,通过量子加密算法和相关基础设施建设,确保空中客车公司的航空航天平台在未来能够有量子信息安全技术的加持;加快研发量子传感器技术,该技术在极端环境下高精度测量频率、温度、加速度、磁场方面被证明十分有效并在高精度导航系统方面有直接应用场景。目前,空中客车公司正在加大力度与外部伙伴合作,包括与科研团队以及初创公司一起进行协同创新,将量子技术的潜力转化为公司的核心竞争力。

  意大利航空航天产业

  意大利是中小企业的王国,从中世纪开始,这里就有一批又一批拥有独门绝技、一招鲜吃遍天的中等体量公司,从酿葡萄酒的庄园到打造珠宝的作坊,从制造跑车的工作室到定制西服的裁缝铺,这些中小企业往往深耕于自己擅长的领域并且做到了极致。虽然没有很强的规模效应,但是小而美的策略让这些企业有了足够好的发展。时至今日,意大利的航空航天产业也走上了中小企业百花齐放的发展道路。大型整机制造单位固然也有,但小而美、“专精特新”类的中小型企业才是主流。这些企业往往专注于产业的特定环节,提供特定的设备、技术、部件或者子系统。虽然不能提供完整的飞机、火箭或者发动机,但是这些关键部分对整机的影响是决定性的。

  今天,意大利的航空航天产业位列欧洲第四、世界第七,为这个国家贡献了接近10%的GDP。意大利的航空航天产业除了几家特大型的整机制造企业之外,更多的是几百家中小企业,它们创造了这个产业超过75%的营收,其中超过一半是100人以下的小型企业。为了激发这些中小企业的创新活力,确保它们能够可持续发展,由意大利政府牵头组建航空航天产业技术协会,该协会囊括政府管理部门、私营企业、国有企业、中小微企业、大学和研究机构,自成立以来为意大利航空航天产业保持领先优势、拓宽国际合作、创造大量高技术就业岗位等发挥了不可替代的作用。在产业联盟的协调和影响下,很多中小企业与大学开展了技术转移转化合作以及联合研发/委托研发合作,有些大企业甚至与高校科研院所联合创立合资企业,共同研发新型的航空器或航天器。

喷气式飞机,莱昂纳多,航天产业

莱昂纳多公司独立研制的喷气式军用飞机M-346

  领军的莱昂纳多

  莱昂纳多是意大利航空航天产业的巨头,2019年集团总营收接近200亿美元,全球员工约5万人,拥有航空航天领域多个型号的总体研发制造能力,涵盖军用、民用领域。由于意大利中央政府控股30%并在重大事项上有一票否决权,该企业实质是意大利的中央企业。其飞机事业部的前身阿莱尼亚始建于1913年航空萌芽期,可以说完整见证了人类向蓝天进军的全过程。其独立研制的喷气式军用飞机M-346,通过技术合作、共同研发等方式转移给俄罗斯雅克飞机公司后,成为欧盟和俄罗斯空军下一代高级教练机的主力机型。在军用运输机方面,该公司独立研制的G222运输机通过技术转移给美国航空航天制造商洛克希德·马丁公司之后,成为美军批量列装的C27J。在民航客机方面,该公司占有俄罗斯苏霍伊SSJ100支线客机项目25%的股份,并为该机型提供了优雅的内饰设计方案。在直升机方面,该公司直升机事业部奥古斯塔的产品线涵盖了从轻型运输机到可变旋翼机的全系列,市场占有率位居世界第二,其中不乏美国总统座机“海军陆战队1号”这样的明星产品以及AW139这样在竞标中击败西科斯基飞行器公司成为美军新一代轻型直升机主力的现象级产品。

  同时,意大利航空航天的发展为深科技的应用提供了丰富的应用场景。在航空制造领域,擅长加工叶轮叶片的帕尔帕斯公司,其明星产品UNIKA叶片铣削加工中心在全球率先五轴都采用全直线电机驱动机,比同类机床节省30%以上的加工时间,其效率的大幅度提升对整个航空发动机制造都有巨大的推动作用。因为叶轮叶片是航空发动机的核心部件,被称为制造业皇冠上的明珠,其复杂的曲面结构、严苛的工作环境以及极高的产品价格(一片叶片的价格相当于一台宝马1系轿车的市场零售价)使得叶轮叶片加工成为数控机床的巅峰竞技场,代表了数控技术的制高点。在航天电子领域,成立于1987年的意法半导体公司由意大利的SGS微电子和法国Thomson半导体公司合并而成,目前是世界前二十大半导体集团,也是其中唯一一家由两个国家的行业领军企业整合而成的,应该说,该企业是全球半导体产业国际合作的典范。其生产的芯片长期应用于航天领域尤其是卫星端,已经超过40年,而欧洲第一颗卫星1967年由意大利发射至今不过55年。因此,该公司的航天芯片伴随欧洲航天共同进步,而欧洲航天的发展也给这家公司的航天芯片或者说极端芯片这个细分领域提供了应用场景。由于外太空的工作环境十分极端,高温低温的温差有几百摄氏度,而且辐射环境恶劣,这必须不断创新设计与工艺才能确保芯片安全稳定工作,而这些成果反过来提升了公司的研发能力和产品质量。该公司的电源管理芯片用于卫星的太阳能电池板以及卫星载荷内,以实现智能化电能分配等关键功能。控制器芯片则连接载荷、舱内计算机、射频端以实现热控制、温度传感等关键功能。

  他山之石可以攻玉

  航空航天产业作为人类工业的皇冠,100多年来对前沿科技成果始终保持着旺盛需求。对深科技来说,这是一个十分理想的下游应用行业。大力发展航空航天产业的收获绝不仅仅是多制造出几架飞机,或者多发射出几颗卫星,而是带动诸多前沿科技领域一起一飞冲天。因此,深科技团队和航空航天企业应该是双向奔赴,如果跨界创新在一开始很难破冰,那么政府就应该充当这个协调者的角色,如意大利政府出面组建航空航天产业技术协会,促进产学研合作,推动产业创新。

  此外,深科技应该根植于这个民族的传统,不管是产业层面还是文化层面,就像法国的航空产业最早与奢侈品行业渊源很深一样。这是因为哪怕是舶来的高新技术成果到最后也应该在新的国家落地生根、开花结果,自己生长。只有这样科技成果的转移转化才是扎实的和可持续的。不然,发展新兴产业只能像浮萍一样,风口过了,就剩一地鸡毛。

  最后,意大利航空航天产业在发展过程中广泛地与美国和俄罗斯等国家开展深度合作并取得良好的发展成果。同时,法国和意大利的半导体巨头合力组建意法半导体公司成为全球半导体跨国合作的典范。由此可见,发展高端装备制造和高新技术产业,不仅要独立自主,也要在全球化的今天放眼世界,学习全球的优秀成果,联系全世界的优秀人才,正所谓“四海之内皆兄弟”。

本文来自《张江科技评论》

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