宋錫濱

材料是現(xiàn)代社會發(fā)展的支柱之一，關(guān)乎著國家發(fā)展和可持續(xù)創(chuàng)新的源泉，尤其是新材料驅(qū)動并成就未來。考察新材料產(chǎn)業(yè)化過程的5個階段和產(chǎn)業(yè)發(fā)展（超研發(fā)）階段的特點并進行國際比較，有助于我國新材料產(chǎn)業(yè)補足短板，集中優(yōu)勢，逐個突破。

材料、能源和信息是現(xiàn)代社會發(fā)展的3大支柱，未來的還債經(jīng)濟（醫(yī)療、環(huán)保）、智能制造、能源科技等發(fā)展和應(yīng)用都和材料密切相關(guān)。材料也是科技進步的基礎(chǔ)，技術(shù)提升的關(guān)鍵，技術(shù)變革的里程牌，是關(guān)乎著國家發(fā)展和可持續(xù)創(chuàng)新的源泉，所以說材料驅(qū)動并成就未來，新材料尤其如此。

研發(fā)、應(yīng)用新材料既困難又辛苦，總結(jié)起來是三高三長：高投入、高難度、高門檻;長研究周期、長驗證周期、長應(yīng)用周期。如果要做材料，不論是研發(fā)，還是應(yīng)用生產(chǎn)，都要做好打持久戰(zhàn)的準備，20年以上的時間是最基本的考慮。因為每個過程都要十年磨一劍，沒有足夠的思想準備、資源投入和信心決心，就不要想去從事材料的工作。

在新材料產(chǎn)業(yè)上，中國到底欠缺什么？

以筆者從事材料工作多年的親身觀察，以及國瓷公司多年與國內(nèi)外的考察交流，明顯感覺國外的材料應(yīng)用企業(yè)對材料的理解之深，研究之透徹讓人贊嘆，尤其是研發(fā)投入非常巨大，其中很多企業(yè)確定了10年、20年，甚至30年的研發(fā)項目。

新材料產(chǎn)業(yè)化過程的5個階段

筆者個人將新材料產(chǎn)業(yè)化過程分為5個階段：預(yù)先研發(fā)階段（從0-1）;小試研發(fā)階段（從1-2）;中試產(chǎn)業(yè)化階段（從2-3）;精益量產(chǎn)階段（從3-4）;精益研發(fā)階段（從4-10）。

最后，還有一個產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段（10-100），筆者稱之為超研發(fā)階段，仍然離不開研發(fā)，是前期研發(fā)的升級版。

預(yù)先研發(fā)階段（從0-1）

這個階段是對新材料方向的篩選和新材料理論的建立階段。相比而言，我國在這方面非常欠缺，因為國外的預(yù)先研發(fā)理念是以市場為驅(qū)動，基本緊扣市場前沿和研發(fā)尖端，對應(yīng)用的理解也非常透徹，所以就能夠創(chuàng)造出很多新的原創(chuàng)方向和新的理論。在這方面需要長期以市場為驅(qū)動的理念滲透到預(yù)先研究逐步積累而成，而我國目前是以客戶、技術(shù)尖端為驅(qū)動，因而很難去研究和考慮一個行業(yè)未來幾十年的發(fā)展趨勢和可能的方向。

從與日本科學(xué)家的交流中，筆者體會到能看多遠，就要有多高的格局，只有心存高遠才能站得高看得遠。所做的方向越是能夠體現(xiàn)科技進步、社會發(fā)展和人民幸福，那么這個方向才是正確的和有遠景的項目，而不是把個人榮辱、自身利益和競爭隔閡放在首位，這樣才能看到20年，30年或者更長久的項目。這些科學(xué)家通過幾十年的努力，帶領(lǐng)研究團隊把一個行業(yè)發(fā)展到世界第一，并占據(jù)近30%-50%的市場份額，不停地引領(lǐng)這個行業(yè)前進，因為他們的眼光不是要完成當前的任務(wù)，而是放在未來發(fā)展的引領(lǐng)和開拓上。

基礎(chǔ)性、理論性、系統(tǒng)性和模型性研發(fā)都屬于這一階段。其實近20年來，我國的進步已經(jīng)很大了，但和發(fā)達國家相比我們依然有很大的差距，甚至有些差距還在加大。例如2016年初的日本第一屆高性能陶瓷展，就讓筆者驚嘆不已。日本企業(yè)研發(fā)投入之大，投入之深已經(jīng)遠遠超出我們的想象。在他們看來，從0-1的預(yù)先研發(fā)，是對現(xiàn)有研發(fā)和應(yīng)用研發(fā)的基礎(chǔ)支撐，在2000年以后質(zhì)變的結(jié)果顯現(xiàn)出來，多次獲得諾貝爾獎就是體現(xiàn)。

預(yù)先研發(fā)如果成功，其價值就比較大，貢獻也比較大，但出成果較慢，成功幾率較小，投入?yún)s較大。所以，對我國企業(yè)來說，投入要十分慎重，要規(guī)劃好，在合適的發(fā)展階段才能進行這方面的工作，要更多借鑒國外研發(fā)的經(jīng)驗。當然，到了一定階段，必須適當進行預(yù)先研發(fā)，否則就很難保持自己的技術(shù)和方向的領(lǐng)先。

國瓷材料最初前5年的發(fā)展，在這方面的投入幾乎為零。因為先要解決生存問題，5-10年階段投入也不多，但對于自己核心的水熱技術(shù)進行了一些工作，使得來后很多產(chǎn)品能夠有效進行水熱法的拓展。而隨著公司的發(fā)展，有些產(chǎn)品和技術(shù)已處于世界前列，所以在10-20年階段，會選擇一些對自己產(chǎn)品和技術(shù)有重大支撐作用的方向適當做預(yù)先研發(fā)。

小試研發(fā)階段（從1-2）

本階段的材料研發(fā)，我國還是比較強的。院校、研究院所等做得不錯，因為容易書寫更多影響因子比較高的論文，也符合現(xiàn)有的績效考核導(dǎo)向。很多技術(shù)、產(chǎn)品及方向，我國已處于世界領(lǐng)先的水平。我國的研發(fā)更偏重配方、體系和材料自身的研發(fā)，而與之相配套和促進的設(shè)備研發(fā)、工藝研發(fā)卻很薄弱，很大原因可能是不易書寫高影響因子的論文，而德國、日本在這方面是有優(yōu)勢的。

材料、工藝和設(shè)備研發(fā)是密不可分的，設(shè)備是工藝和材料載體，而又是為材料和工藝實現(xiàn)服務(wù)的。這幾個方面的關(guān)系是三角形，只有形成閉環(huán)，小試研發(fā)才有意義，而缺少任何一個方面都是行不通的，要想把這幾個方面都研發(fā)好，必須具備以下幾個條件：

一是要有能夠共同研發(fā)（材料、工藝和設(shè)備）的思想;

二是要有工業(yè)化的思維，必須了解工業(yè)化到底是如何實現(xiàn)一個產(chǎn)品的;

三是要清楚小試到工業(yè)化到底是什么樣的聯(lián)系。

后兩點對于我國院校和研究院所仍非常困難，出現(xiàn)院校、研究院的研發(fā)與工業(yè)化脫節(jié)的現(xiàn)象。扭轉(zhuǎn)則需要在未來新材料產(chǎn)業(yè)化方面多做工作，一旦建立起思維模式、研發(fā)方法，才會使我國整體研發(fā)能力在10年內(nèi)有很大提升。

設(shè)備和工藝研發(fā)實際上并不像大家認為的那么簡單，只靠聰明才智、只靠見多識廣、只靠經(jīng)驗積累都難以實現(xiàn)。需要對幾乎所有類型的設(shè)備原理、構(gòu)造進行系統(tǒng)的學(xué)習和研究才能明白，只憑想象的東西與實際規(guī)律差異很大，甚至是相反的。比如，設(shè)備傳熱原理、攪拌原理、熱效應(yīng)原理、過濾原理、干燥原理，只有對每一類設(shè)備的四懂三會（懂原理、構(gòu)造、用途和性能，會操作、維護和排除故障），才有可能開始去做設(shè)備設(shè)計、設(shè)備研發(fā)。

再如大學(xué)學(xué)習的化工原理，在某一階段是適用的，但對于小試研發(fā)及其以后的階段就不適用了。其實，原理沒有變，實際并沒有體現(xiàn)出設(shè)備都是為工藝和材料服務(wù)的理念，更沒有說明如何進行體現(xiàn)及與設(shè)備關(guān)聯(lián)，而這一點對于研發(fā)就太重要了，很多研發(fā)人員竟沒有注意和意識到這個問題。德國的研發(fā)體系對這方面的闡述就很明確，對裝備的認識比我們深刻得多。

筆者花很多時間和精力在設(shè)備和工藝研發(fā)方面進行積累，甚至從抄寫設(shè)備說明書開始。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研究的東西越多，需要與材料、工藝融會貫通的東西就越多，這其間的聯(lián)系是沒有多少書籍可做參考。但日本卻可以找到很多這方面的書籍，即使有些出版社賠錢也堅持出版，因為這才是工業(yè)之光，是研發(fā)不可或缺的。

中試產(chǎn)業(yè)化階段（從2-3）

很多人一直認為中試和放大階段只是企業(yè)的事情，實際上這個階段與小試息息相關(guān)，而且也是小試階段就要開展的。

還有就是大家對于中試和產(chǎn)業(yè)化的概念有不同認識。在我國，大部分人認為在小試基礎(chǔ)上放大數(shù)量就是中試。但實際上在國外，放大到同樣大小的工業(yè)裝置才是中試，而所謂的產(chǎn)業(yè)化是在同樣大小的工業(yè)裝置上連續(xù)穩(wěn)定進行生產(chǎn)。這也是國內(nèi)大部分實驗室技術(shù)很難產(chǎn)業(yè)化的原因。因為中間環(huán)節(jié)做得比較差，甚至不知道如何進行。實際上，這個環(huán)節(jié)牽扯到的研發(fā)非常多，如人機料法環(huán)測的全方位，還包括產(chǎn)品的放大效應(yīng)。這個階段不是倍數(shù)相似效應(yīng)，而是非體積相似效應(yīng)、動力相似效應(yīng)、流體相似效應(yīng)，甚至有一些是多個動力相似效應(yīng)的復(fù)合。

而在這個方面國內(nèi)的研究工作非常薄弱。所以，我國好的小試技術(shù)看似不少，但是由于這些技術(shù)在研發(fā)時工業(yè)化思想引入的不足，后期放大效應(yīng)又做得不好，好的技術(shù)只能束之高閣了。

所以，這個方面就成為新材料產(chǎn)業(yè)化的另一個短板和關(guān)鍵。要想改變，比較現(xiàn)實的做法就是讓有能力的企業(yè)多參與新材料產(chǎn)業(yè)的前期小試階段。另外，也應(yīng)該在高校建立工業(yè)放大的學(xué)科進行推廣和宣導(dǎo)，讓更多未來的研發(fā)工程師學(xué)會這樣的思想和方法，這方面需要企業(yè)進行有效的配合和參與。

小試可分三個層次：首先要用可以實現(xiàn)工業(yè)化的小試參數(shù)范圍去試驗，如果出不了滿足性能的產(chǎn)品，就進行第二個層次，使用可改造工業(yè)化設(shè)備的小試拓展參數(shù)去試驗。如果仍出不了滿足性能的產(chǎn)品，就進行第三個層次，使用可重新設(shè)計工業(yè)化設(shè)備的小試拓展參數(shù)去試驗。這樣就可以大大縮短小試到中試產(chǎn)業(yè)化的進程，并有效控制產(chǎn)業(yè)化過程。

精益量產(chǎn)階段（從3-4）

產(chǎn)業(yè)化完畢后，能夠批量生產(chǎn)出產(chǎn)品，很多企業(yè)認為就差不多了，或萬事大吉了，但實際上離穩(wěn)定生產(chǎn)還有很長的一段距離，這個階段就是精益量產(chǎn)階段。如何來保證產(chǎn)品的良率，如何一年四季、白天黑夜都是穩(wěn)定的，又有很多工作要做，這個就是另一個影響新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸和關(guān)鍵因素，也是很多國外企業(yè)詬病中國材料的地方。說中國材料不穩(wěn)定，這一批和上一批難說是一批產(chǎn)品。

國瓷材料幾乎花了10多年才理解到底什么是“穩(wěn)定”。

首先，要認識什么是穩(wěn)定。

穩(wěn)定實際上就是人機料法環(huán)測全質(zhì)量的穩(wěn)定，而不僅僅是狹隘的工藝和設(shè)備參數(shù)不變的穩(wěn)定。簡單地說，當設(shè)備發(fā)生老化時，按照原來參數(shù)所反映出來的，已經(jīng)不是設(shè)備真實的參數(shù)了，工藝和設(shè)備參數(shù)穩(wěn)定就變成了不穩(wěn)定。

以環(huán)境為例，10攝氏度和40攝氏度的溫度，設(shè)備穩(wěn)定性也是不同的。穩(wěn)定一定是人機料法環(huán)測全質(zhì)量的穩(wěn)定才是真正的穩(wěn)定。

其次，材料物化指標穩(wěn)定或者偏差很小就是穩(wěn)定嗎？

一種材料的指標分為：物化指標、功能性指標和應(yīng)用指標，必須是以應(yīng)用指標穩(wěn)定才是最終的目標和目的。材料物化指標幾乎沒有變化，而應(yīng)用指標發(fā)生很大變化時仍是不穩(wěn)定的。所以，產(chǎn)品檢測就要分為性能檢測（物化指標和功能性指標）和應(yīng)用檢測兩部分。有能力的企業(yè)一定要多做物化指標和功能性指標與應(yīng)用指標關(guān)聯(lián)的研究，只有這樣才知道什么樣的材料物化指標和功能性指標才是應(yīng)用最好的材料，材料物化指標和功能性指標變化多少對應(yīng)用指標有多大的影響，才能確定人機料法環(huán)應(yīng)有參數(shù)和工藝窗口有多大，以上這些都是精益量產(chǎn)階段進行的研發(fā)和優(yōu)化。

國外有的企業(yè)，除工業(yè)化思想外還把它關(guān)聯(lián)和影響的研發(fā)理念應(yīng)用到小試和中試階段，例如APQA（先期產(chǎn)品質(zhì)量策劃）， DFMEA（設(shè)計失效模式分析），這樣在小試和中試研發(fā)階段就進行了這方面的研發(fā)，使得精益量產(chǎn)階段的時間也大幅縮短。但國內(nèi)還有一種現(xiàn)象就是什么都圍繞著工具來進行，而忽略了工具是加速器和催化劑，所以變成了為工具而工具了，看似使用了工具但效果卻比較差。

再次，中國材料被貼上了“不穩(wěn)定”的標簽。

向國外客戶推銷中國材料，一開始是非常困難的。因為中國材料在國外早已經(jīng)被打上了“不穩(wěn)定”的烙印，與其說是推銷產(chǎn)品，不如說是改變國外對中國材料的不良印象，其中的難度可想而知，痛苦非親歷者難以體會。

改變是必須的，也是緩慢的。每一個企業(yè)不僅代表的是自己，而且代表的還是中國。這需要每一個中國企業(yè)從一點一滴做起，即使很艱難，也決不能放棄。

精益研發(fā)階段（從4-10）

建立全世界或全行業(yè)為之研發(fā)的平臺就是精益研發(fā)，這樣的研發(fā)方式是比共建研發(fā)（與代表技術(shù)和行業(yè)方向的客戶共建研發(fā)）和雜化研發(fā)（協(xié)同發(fā)生化合作用的研發(fā)）更高層次的研發(fā)。當然，還會有更高層次的研發(fā)，筆者目前還搞不清它應(yīng)該是一個什么樣子，姑且稱之為超研發(fā)。精益研發(fā)是建立在精益生產(chǎn)基礎(chǔ)上，與之相互緊密相連的一種研發(fā)方式，它的放大效應(yīng)是非常強的，在很多方面都可以產(chǎn)生質(zhì)變和飛躍。

精益量產(chǎn)思想在現(xiàn)有經(jīng)濟下滑階段是非常重要的。精益生產(chǎn)對日本所謂停滯的20年影響巨大。2008年，筆者在清華大學(xué)學(xué)了2年的精益思想，給了我很大的觸動和震撼。

當時特別想把這里面的很多思想應(yīng)用到國瓷材料的生產(chǎn)中去。進行了半年應(yīng)用，才發(fā)覺國瓷材料的基本條件并不具備，人員的基本素養(yǎng)不足。國瓷材料還在生存發(fā)展的邊緣，而不是在發(fā)展完善階段，那時正值學(xué)習結(jié)業(yè)，而倒數(shù)第二堂課是號稱大野耐一的一位徒弟上的一堂課，讓我陷入了深思。他整堂課都在講精益生產(chǎn)的局限性和缺點，才這讓我從瘋狂學(xué)習精益思想的熱情中冷靜下來。他當年預(yù)測精益生產(chǎn)用的比較好的豐田還會很好地存在，而索尼會走下坡路，就像他說的日本精益生產(chǎn)可以挖掘的潛力已經(jīng)很小了，如果不把創(chuàng)新獨立于精益體系之外，創(chuàng)新會受到很大的限制。而豐田早早地看到了這一點，建立起強矩陣結(jié)構(gòu)而把全部的研發(fā)看似在精益思想體系內(nèi)但獨立運轉(zhuǎn)。如果不這樣做，就會變成兩張皮。馬自達只獨立沒有建立強矩陣結(jié)構(gòu)，結(jié)果也不妙。

大部分沒有獨立的索尼，一部分獨立為一個研究所而又沒有建立強矩陣，就無法發(fā)揮其創(chuàng)新競爭力。但索尼近幾年的變化，基本是朝著這個方向努力的，做了很多減法和加法，把自身核心競爭技術(shù)挖掘出來，并進行放大和發(fā)展。索尼之外，很多日本企業(yè)做出了類似改變，如日本的半導(dǎo)體行業(yè)，基本放棄了后道，而更專注于核心的前道和設(shè)備。

從原來的大精益小研發(fā)轉(zhuǎn)向大研發(fā)小精益，對技術(shù)沉淀的積累和戰(zhàn)略布局更加重視。其實就是管理的預(yù)案。我結(jié)業(yè)時，正遭遇蘋果公司的轉(zhuǎn)型，喬布斯團隊在精益思想的基礎(chǔ)上提出了平臺型精益研發(fā)。

現(xiàn)在，中國企業(yè)也面臨轉(zhuǎn)型。原來靠市場機會和性價比優(yōu)勢帶動的發(fā)展機遇已經(jīng)慢慢消失。個人認為，精益思想是目前中國制造業(yè)近期有效的解決方案。當然，也要同時學(xué)習日本后面應(yīng)對變化的方法，進行研發(fā)創(chuàng)新的獨立和扎實積累，并建立強矩陣，在精益做到一定階段時，讓平臺的精益研發(fā)發(fā)揮驅(qū)動力，不同階段相互發(fā)揮它們各自的驅(qū)動力，在量變中形成質(zhì)變。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展的超研發(fā)階段（從10-100）

高層次的研發(fā)或者姑且稱之為的超研發(fā)，就是利用科學(xué)、量子計算或數(shù)學(xué)模型建立的研發(fā)系統(tǒng)，它由大數(shù)據(jù)庫和原理公式的作為支持、計算和調(diào)用，在輸入研發(fā)信息后，可以計算出或推導(dǎo)出是否可以研發(fā)成功、推論出研發(fā)過程和輸出研發(fā)成果，這樣就更加節(jié)約時間和資源。不用進行大量試驗，也可以快速得到結(jié)果。這種方式只是筆者設(shè)想的一種方式，主要一種新的研發(fā)模式，在大量的無機試驗數(shù)據(jù)和工藝方法中建立這樣的研發(fā)系統(tǒng)。例如，可以建立固相反應(yīng)的研發(fā)系統(tǒng)、水熱反應(yīng)研發(fā)系統(tǒng)等，大量的試驗過程可以去掉，僅僅做有必要的驗證試驗就可以。當然，建立這樣的研發(fā)系統(tǒng)也是個大量試驗、大量數(shù)據(jù)模擬、大量驗證完善模型的過程，需要十幾年和幾十年的積累，但一旦建成基本的研發(fā)體系，就將是革命性的。美國基因工程也僅僅是其中的一部分應(yīng)用而已。

具體來說，需要對新材料產(chǎn)業(yè)分類進行再思考。按照材料的研發(fā)周期、難度、核心點和應(yīng)用評價的不同而制定具體計劃和措施。從現(xiàn)有認識出發(fā)，對材料方向進行10年、20年、30年及30年以上分類，并按照可以確定目標和不能確定目標、只能確定方向三個維度進行再分類。研發(fā)核心是設(shè)備方面的、基礎(chǔ)原料、產(chǎn)業(yè)化問題的，還是跨多平臺的再行分類，依據(jù)以上分類進行布局相關(guān)研發(fā)主體、資源等。每年進行跟蹤，每3-5年評估后，進行調(diào)整和優(yōu)化，逐步實現(xiàn)良性循環(huán)和持續(xù)改善。

材料行業(yè)必須集中優(yōu)勢，逐個攻破。目前，我國科技經(jīng)費和項目經(jīng)費注重了平衡發(fā)展和多組競爭發(fā)展。但這對于材料行業(yè)是不現(xiàn)實的。材料行業(yè)對于技術(shù)的積累和沉淀要求最高，沒有捷徑可走，更不不能投機取巧。想快速突破，只有集中優(yōu)勢加大投入，做更多和更高效的試驗，不停試錯，才有可能實現(xiàn)突破，雨露均沾和大鍋飯都不行，尤其對新進展的方向。日本對于很多企業(yè)或研究所承擔新材料方向的支持力度是幾十年一貫制，并把很多其他人員、技術(shù)等資源協(xié)調(diào)進去，真正做到競合、共享和集中資源。

樹立新材料研發(fā)以企業(yè)為主體的思路。按照先進國家的研發(fā)經(jīng)驗，很多情況下要以企業(yè)為主體，當然這些企業(yè)的研發(fā)力量都很強，不像中國企業(yè)研發(fā)只是充門面，很難完全照搬，但可以借鑒。因為以企業(yè)為主體能夠把工業(yè)化思想和市場為驅(qū)動的思想帶到材料的研發(fā)過程中，能夠從一開始就種下可能成長為大樹的種子，下一步就是如何進行生根發(fā)芽。中國企業(yè)為了生存和利潤最大化，短期效應(yīng)為先所以形不成注重研發(fā)投入的機制，希望寄托在那些有遠見卓識、長遠布局、認識到創(chuàng)新驅(qū)動未來的企業(yè)身上。逐步以這樣的企業(yè)為材料研發(fā)的參與者和主導(dǎo)者就非常必要的。不斷的積累會讓更多企業(yè)重視材料，也會使材料產(chǎn)業(yè)化走得更快。

另外，對于高?？蒲性核鶃碚f，也要進行許多變革。簡要來說，要進行工業(yè)化教學(xué)，重新梳理研究分類，建立實踐平臺等。

要大量培養(yǎng)材料匠人。其實，各行各業(yè)都需要匠人，材料產(chǎn)業(yè)更是如此。早年曾認識一位京瓷事業(yè)部長，他燒了30年爐子，在國瓷材料看燒結(jié)體發(fā)熱的顏色就能準確判斷實際爐溫。我問他如何能練成這樣的水平，他說你燒結(jié)30年爐子也能這樣。實際上，所謂匠人的誕生就是在一個崗位熟能生巧的過程，但中國缺少這樣的土壤，沒有人愿意在一個崗位上做操作幾十年，更沒有人重視他們，口頭上表面上重視而內(nèi)心仍認為這是低等的和無關(guān)緊要的。中國原創(chuàng)的八級工制度，卻被日本學(xué)去并發(fā)揚光大。材料產(chǎn)業(yè)要想做好，沒有他途，就是要大量培養(yǎng)材料匠人，與科技人員一樣重視，待遇上看齊。企業(yè)選拔匠人，要評選先進個人一樣重視。很多企業(yè)里并不缺少匠人，只是他們的技能沒有得到有效傳遞，也沒有動力讓他們繼續(xù)提升技能。這需要從體制上、認識上有大的轉(zhuǎn)變，讓更多的匠人脫穎而出，讓匠人培養(yǎng)更多的匠人。