2009年,制造业在全市国民经济中的主导地位进一步提升,规模以上工业企业完成工业总产值2968.17亿元,其中轻工业实现工业总产值1084.59亿元,重工业实现工业总产值1883.58亿元。全市工业总产值500万元及以上工业企业5837家,其中超亿元企业556家,完成工业总产值1883.21亿元;超10亿元企业35家,比上年增加4家,完成工业总产值746.31亿元。目前,台州制造业发展态势良好,正在由块状经济朝产业集群方向发展,出现了产值超百亿元的产业集群20个,其中汽摩及配件、医药化工、缝制设备、模具塑料、家用电器、船舶制造等一批产业集群,具有鲜明的区域特色,已在全国乃至全球具有一定影响力和竞争力。
一、台州产业集群的发展现状
(一) 汽车、摩托车及配件产业集群
台州是我国最大的摩托车及汽车配件生产基地,现有汽车、摩托车及配件生产企业3000多家。
目前,台州全市汽车整车年生产能力超过30万辆,2009年汽车产量为 17.18万辆。台州的吉利集团是全国第一家生产轿车的民营企业,2009年该企业全年实现整车销售33万辆,其中1/3在台州生产;另外,年产30万辆轿车的汽车工业城正在台州建设中。2010年3月28日晚,吉利集团在瑞典哥德堡与福特汽车签署最终股权收购协议,获得沃尔沃轿车公司100%的股权以及包括知识产权在内的相关资产。吉利集团计划在2015年建成200万辆产能。
台州生产的汽车冷却器、齿轮、轴承、刹车管、减震器、刮雨器、方向盘、汽车电器等产品在国内外市场均有较好的知名度和影响力;汽车用皮带轮、橡胶密封件、紧固件、高强度螺栓、摩擦片、离合器、传动轴、气门推杆、微型车凸架总成、汽车水泵、刹车泵、车内装饰件、空调压缩机等已形成较大规模,在国内汽车市场占有一定地位。目前,随着汽车整车生产企业的逐步发展,发动机、变速器、制动器、方向助力器等汽车关键部件的研发正在向纵深发展,开始形成一批具有自主知识产权的创新成果,配套范围也在不断扩大。
台州的摩托车产量约占全国总量的10%,其中踏板式摩托车产量占全国的50%,配件占70%。钱江摩托集团的销售和利润,在全国同行中名列前茅,“钱江”品牌先后被评为中国驰名商标和中国名牌产品。2007年,台州共生产摩托车233万辆。2009年,由于受国际金融危机冲击,出口量急剧下降,生产总量出现了负增长,但摩托车整车生产企业都经受住了考验,没有出现因产量减少而倒闭。
台州汽车、摩托车及配件行业自主创新能力较强,产品趋于多样化和个性化,零部件产品结构比较完善,配套体系基本形成。
(二)医药化工产业集群
台州是我国最大的医药化学原料药生产出口基地,也是全国唯一的国家级化学原料药出口基地。近年,台州逐步形成一个实力雄厚的医药化工产业集群,它以海正药业、华海药业、仙琚制药、海翔药业、联化科技、永太科技等一批科技含量高、资本规模大、产品销路广的医药化工企业为龙头,带动2000多家中小企业共同发展,形成产业集群内部分工明确、良性互动的运行机制。
台州医药区域品牌优势明显。随着医化行业的梯度转移和市场分工协作的加快,台州化学原料药及其中间体档次不断提升,出口发展迅速。每届国际、国内化学原料药会议上,台州医化企业均占有相当大的比重,大会交易的大多数品种在台州均可采购和生产。外贸出口每年都以30%以上速度递增,其中激素类药、抗肿瘤药、抗生素药的产量和出口量居全省第一位,已形成“台州医药”的区域品牌。同时,企业家们跨出国门,直接与终端客户面对面洽谈,国际竞争意识不断增强。认真实施国际标准,通过美国FDA认证和欧盟COS注册,获取进入国际市场的“通行证”,“台州医药”的区域品牌进一步凸显。
台州化学原料药及其中间体的生产已在全国医药领域占有重要地位,许多品种在国际市场上有很强的竞争优势。海正集团是国家确定的抗生素抗肿瘤药生产基地,蒽环类抗肿瘤药产量名列世界前茅,其中阿霉素产量占世界的65%,表阿霉素占世界市场20%以上的份额;是继美国Merck制药公司之后,世界上第二家生产生物农药阿佛菌素和依维菌素的厂家,也是中国医药行业唯一一家由世界卫生组织(WHO)指定的全球抗结核病药物的生产企业;华海药业生产的心血管药物卡托普利的产量居世界第二位,依那普利的产量居世界第四位;中贝九洲生产的治疗癫痫药物卡马西平约占世界产量的60%;此外,永宁制药、仙琚制药、东港集团、海翔药业等生产的头孢菌素及其侧链、计划生育类药和激素类药、喹诺酮类药、氯洁霉素系列药物等产品在国内外医药市场上均具有较强的竞争力。
据统计,截至2008年底,台州有医化企业2309家,实现产值361.11亿元。其中,415家规模以上医药化工企业实现总产值305.77亿元。到2009年,台州上市公司数量增至14家,而它们主要集中在医药化工领域。台州年产化学原料药5万吨左右,有500多个批量生产的化学原料药及其中间体品种,其中获得美国FDA注册认证的55个,欧盟COS注册认证的57个,澳大利亚TGA注册认证的16个,日本注册认证的21个,韩国注册认证的9个,印度注册认证的40个。
(三)缝制设备产业集群。
台州是我国最大的缝制设备生产出口基地,拥有年产各类缝制设备500多万台的能力。20世纪90年代以来,飞跃、中捷、宝石、杰克、珠光、通宇、求精、中森、大洋、顺发等一批缝制设备企业,如雨后春笋般地茁壮成长在台州大地。有关资料显示,在全国缝制设备行业中,排名前8位的企业台州占有6家。到2007年,台州缝制设备及配件生产企业达1000多家,规模以上企业总产值159亿元,生产各类缝制设备300多万套,占全国的1/4,出口额超3亿美元,约占全国的40%。产品品种多达300余种。拥有2个中国驰名商标:“飞跃”、“中捷”;3个中国名牌产品:飞跃缝纫机、中捷缝纫机、宝石缝纫机。
台州缝制设备产业集群,近年的发展重点是:
⑴特种机系列。在缝制设备中,特种机的加工和生产具有相当的技术难度,同时也具有较高的附加值。目前,我国仅有少数大型企业具有特种机的生产能力。服装产品的多样化,使服装生产企业对特种机的使用越来越多。台州缝制设备企业抓住市场需求这一变化,加快对钉扣机、开袋机、锁眼机等特种机系列产品的开发和生产,已占有较大份额的特种机市场。
⑵机电一体化设备。在传统缝制设备产品上加装电脑,实现机电一体化,已成普遍趋势。机电一体化技术强化和扩展了纯机械产品的功能,减轻劳动强度,提高工作效率,有着广阔的前景。台州正在加快研制开发机电一体化产品,着重攻克电子芯片技术难关,充分运用嵌入式软件,不断提高缝制设备产品的技术含量和附加值。
⑶多功能家用缝纫机。现代多功能家用缝纫机由于机电一体、功能多样、轻巧灵便而备受人们瞩目。台州已把多功能家用缝纫机的研制和生产,作为推动缝制设备产业发展的一个新增长点。
⑷其他缝制设备。重点发展电脑绣花机、裁剪机、黏合机、整烫机、定型机、吊挂设备、成套设备等其他缝制设备产品。
⑸缝制设备零配件。采取差异化发展战略,重点加强特种机零部件的研发与生产。
飞跃集团曾是国内缝制设备产业的“龙头企业”,被认定为国家火炬计划重点高新技术企业,列入“全球最具竞争力中国公司50强”,飞跃缝纫机被评为“中国十大世界影响力品牌”。
2008年上半年,飞跃集团受人民币升值、原材料涨价、下游纺织服装产业萎缩以及自身管理缺陷等因素影响,出现财务危机。浙江省、台州市、椒江区三级政府随后出台了一系列具体措施,努力帮助企业走出困境,维持正常生产。
2009年春节前夕,飞跃集团终于渡过持续10多个月的财务危机,成功重组。由7家企业参股,宣告成立浙江新飞跃股份有限公司,持股比例分别为:星星集团有限公司占31.65%,飞跃集团有限公司持有30.38%,台州市椒江区国有资产经营有限公司为14.24%,中捷缝纫机股份有限公司为9.49%,浙江海正集团有限公司为6.33%,钱江集团有限公司为4.75%,浙江新杰克缝纫机股份有限公司为3.16%。“新飞跃”建立了完善的法人治理结构,董事长由飞跃集团董事长邱继宝兼任,董事会聘请了业内资深专业人士卜伟平担任总经理,体现了“股权社会化、运作规范化、团队专业化”的特点。“新飞跃”正以崭新的面貌,在台州缝制设备产业集群中发挥自己应有的作用。
(四)家用电器产业集群
台州是我国重要的家用电器及制冷配件生产基地,现有家用电器生产企业8000家,其中规模以上企业700多家,年产值超过400亿元。台州家用电器产业集群在成长历程中,生产经营紧密结合市场需求,形成了多样化、系列化的产品种类,2009年在国际金融危机的冲击下,其主要产品产量仍然以较大幅度增长:家用电冰箱202.41万台,比上年提高9.8%;冷柜203.06万台,比上年增长15.8%;房间空调器19.05万台,产量也比上年有所增加。
从门类划分来看,具备了制冷系列、厨房系列、卫浴系列、小家电系列等四大类的生产能力,其中厨房炊具系列和卫浴系列产品规模优势、品牌优势及市场竞争优势明显。
从品种划分来看,具备了四大类系列化的生产能力,小到电热壶和电风扇,大到智能化变频中央空调和整体浴房,种类齐全、品种繁多。
从市场占有率来看,一些产品具有市场控制力。冷柜、压力锅、不粘锅、便洁宝等产品的国内市场占有率居第一。其中,不粘锅占据国内市场80%以上,压力锅占据国内市场60%~70%,整体浴房、空调、吸尘器、半导体小冰箱、冰箱压缩机、电热壶等产品都具有较强的市场竞争优势和规模优势。
同时,形成了国家级、省级、市级多层次的品牌体系,拥有3个中国驰名商标:“星星”、“苏泊尔”和“爱仕达”;4个中国名牌产品:“星星”冷柜、苏泊尔压力锅和不粘锅、爱仕达不粘锅;还有“双鹿”空调是国家质量免检产品。
(五)模具塑料产业集群
台州是我国最大的塑料模具生产基地,其中电视机外壳塑料模具覆盖全国50%的电视机生产厂家。台州的塑料模具行业在国内外享有较高的知名度,产业规模、生产工艺和技术水平、质量管理等处于全国同行业领先地位,素有“模具之乡”、“塑料制品王国”之美誉。台州模具技术和人才独具优势,模具制造企业近1000家,塑料制品生产企业上万家。
台州生产的模具90%以上是塑料模具,以注塑、吹塑模具为主。从塑料模具的用途看,主要是汽摩配件塑料模具和日用塑料制品模具,占总量的70%以上。部分模具生产企业开始生产精密家电配件和大型汽车配件模具。从销售地域看,以国内为主,出口规模进一步扩大,高档模具开始向意大利、日本、法国等发达国家出口。
台州塑料制品从结构上分析:规模企业的主要产品包括型材、板、管及水道配件,汽车、摩托车配件和生活用塑料制品三大类;小型工业企业以生产生活用塑料制品和汽车、摩托车配件为主;个体加工户主要生产包装用塑料品、农渔用塑料制品、玩具及工艺品等。目前,规模企业逐步从生活用塑料制品市场中退出,主攻工程、工业用塑料制品生产,已有部分规模企业开始生产家电产品和摩托车成品。
台州塑料模具的产业集聚基本定型,分工协作体系初步形成。在整个产销活动中,已形成从塑料原料采购、模具设计制造、塑料制品生产及交易市场等一系列专业化分工协作体系。塑料原料以聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、ABS为主,约占全部塑料原料的90%。台州75%的塑料加工企业从本地原料供应商采购新原料,路桥、黄岩已建有专业市场,并有完善的销售服务网络。塑料制品产销顺畅,由台州塑料工业协会承办的中国塑料制品交易会在海内外已有一定的知名度。
到2007年,规模以上企业总产值约202亿元。全市每年消耗塑料原料250多万吨,占全国总消耗量的1/8左右。全国各种家电、汽车塑料配件90%以上可在台州加工完成。台州模具行业拥有200多台国际先进水平的加工设备,产值占全国的10%,有4家企业承担国家级和省级火炬计划项目。2009年,台州塑料制品产量达117.19万吨,比上年增长7.3%,属于经得起金融危机考验的领域;另外,模具产量为4.79万套,与上年基本持平。
(六)阀门水泵产业集群
台州是我国最大的阀门和水泵生产基地,拥有生产企业1.2万多家,其中规模以上企业254家,2007年规模以上企业总产值136亿元。2009年,制造各类水泵2034.37万台,生产各种阀门19.52万吨。
台州被誉为“中国阀门之都”。台州阀门厂商主要集中在玉环县的楚门、清港、龙溪、坎门和玉城等五个乡镇。其产品主要包括铜阀门及配件、水暖器材、柱塞阀三大类。这里,已形成全国最大的低压铜阀门产业集群,也是世界三大阀门生产采购基地之一,产品出口量占全国的60%,国内市场占有率在50%以上,其中配件高达90%以上。
台州还被誉为“泵的故乡”。目前,台州已成为我国真空泵、微型泵的主要研发与生产基地。真空泵生产企业数占国内真空泵生产企业总数的80%,小型农用泵国内市场占有率超过50%,而潜水泵、螺杆泵、家用泵等占有的国内市场份额高达3/4,并大量出口到东南亚。台州水泵产品分水泵、气泵、真空泵三大类,厂商主要分布在椒江和温岭。椒江聚集的真空泵企业占全国的80%以上,其中浙江真空设备集团有限公司是全国最大的真空泵生产企业,其真空泵生产技术在国内乃至亚洲都处于领先地位。浙江海门试压泵厂是全国试压泵行业的主导企业,全国泵类行业协会试压泵组组长单位。温岭则主要生产小型水泵,在山市、大溪、潘郎、泽国四个乡镇约20平方公里的区域内,形成了以浙江新界泵业有限公司、浙江大元泵业有限公司为代表的几十家骨干企业、上百家初具规模的企业,以及成千上万户家庭作坊式企业三个层次组成的泵类产业集群。
(七)工艺品产业集群
台州是我国最大的圣诞礼品和节日灯生产出口基地。现有1.3万家生产企业,其中规模以上企业421家,2007年规模以上企业总产值144亿元。台州工艺品门类齐全,品种上万个,产品遍布世界100多个国家和地区,年出口量约5亿美元。台州水晶产量居世界第二、亚洲第一,木制工艺品、节日灯、太阳伞、车内装饰件等产量和出口量都居国内第一。台州拥有“中国工艺品之都”、“中国工艺礼品之都”、“中国休闲用品礼品生产基地”等称号。
台州工艺品大体可分成五类:⑴节日用品。包括节日灯、圣诞树及其挂件装饰品。发展初期主要面向欧美国家圣诞节、复活节等节日用品市场,目前已经逐步拓展到非节日装饰品种。⑵旅游用品。主要有太阳伞、沙滩桌椅、烧烤炉,以及用白银、奇石和贝壳制成的旅游纪念品。⑶装饰用品。主要有用柳藤、麦草、黄草、海草、灯芯草、纸草、麻草、玉米皮草、棕丝草等为原料开发出的编织装饰品,其他还有布艺制品、铁制品、蜡制品、聚氨酯塑料制品等装饰品。⑷玩具产品。大体包括布绒玩具、长毛绒玩具、皮毛玩具、木制玩具、塑料玩具、橡胶玩具、纸制玩具、电子玩具、机芯玩具、童车、游艺车产品,以及托儿所、幼儿园等学习器具。⑸雕刻制品。主要有翻簧竹雕、玻璃雕刻、彩石镶嵌雕、朱金木雕等著名产品。
台州工艺品企业主要集中的临海、黄岩和仙居三大区域,有永强、临亚、正特、宏广、东景、鑫泰、芸芝绣衣等较大规模企业,有吴子熊、金全才等著名的中国工艺美术大师。
(八)食品饮料产业集群
台州拥有丰富的水产和水果资源,是我国最大的橘子罐头生产出口基地。台州的食品饮料行业主要是罐头食品、啤酒饮料、水产品等。
台州是全球最大的罐头食品生产出口基地之一,其中橘子罐头每年生产10万吨,约占全国产量的一半。浙江黄岩罐头食品公司是我国最大的水果罐头生产企业,已成为世界橘子罐头的主要供应商。该公司拥有国际领先的罐头制造生产线,已形成一系列具有自主知识产权的产品。这些产品以橘子罐头为主,其他水果罐头为辅,主要包括粒粒橙、半成品浓缩果汁及其果肉果汁饮料、“梦之果”果冻及软包装罐头、速冻食品等五大类20多个品种,产品远销日本、美国、加拿大、欧盟等10多个国家和地区,其中每年出口的橘子罐头,占世界橘子罐头贸易量的1/3。
台州饮料制造业效益好,资产贡献率高。特别是,天台生产的“红石梁”啤酒,酿造技术在国际上处于领先地位,它以品质高雅、口味纯正、清纯淡爽的独特优势,赢得了广大消费者的青睐,在台州占有绝对优势,并以强劲势头挺进金华、绍兴、丽水、温州、宁波、杭州等地市场。2009年,台州生产啤酒36.84万千升,比上年增长6.8%。
多年来,台州的水产品产量居浙江省首位,其中冻虾仁产品出口量居全国第一,主要出口到日本。台州现有水产加工企业300多家,冷库300多座,加工品种有大块海水产品、小包装海水产品和淡水产品等三大类20多个品种。温岭泽国水产品交易市场,已发展成为华东地区最大的水产品批发市场。2009年,台州水产加工品达22.48万吨,比上年增长24.5%。
(九)鞋帽服装产业集群
台州的鞋帽服装产业,是企业家数最多、分布最广、块状特点鲜明的产业集群。台州现有鞋帽服装企业2万多家,其中规模以上企业555家,2007年规模以上企业产值150亿元。2009年规模以上企业生产服装6750万件。这一行业的主导产品是:注塑仿皮鞋、真皮鞋、旅游鞋、注塑凉鞋、传统草编帽及工艺帽等鞋帽产品;羊毛衫、衬衫、西服、童装和传统绣衣等服装产品。产品以中、低档为主。台州是我国最大的注塑鞋生产基地,年产注塑鞋7亿多双,产品远销140多个国家和地区,产量和出口量居全国第一,也是全球最大的注塑鞋生产基地之一。
台州鞋帽服装产业在独特而良好的运行环境中,它依靠灵活的民营体制,运用灵敏的市场机制,凭借灵通的经济信息,通过灵巧的推销手段,与其他产业一起迅速成长。台州鞋帽服装产业,不仅具有鲜明的地方特色,而且具有很高的地方产业关联度。例如,台州之所以能够成为我国最大的注塑鞋生产基地,其中一个重要原因是台州享有“塑料制品王国”的美誉,与注塑鞋密切相关的塑料行业是当地发展势头最猛的主导产业之一。目前,台州生产的注塑仿真皮鞋出口量占全国的50%以上。生产企业主要集中在境内的温岭、黄岩、玉环三地,其中温岭的泽国、横峰、大溪一带,以宝利特鞋业有限公司为龙头,崛起了5000多家注塑仿真皮鞋企业,年产注塑鞋占台州全市的一半以上,成为我国最大的“鞋乡”之一。
(十)造船产业集群
台州东部海岸线绵长曲折,多半岛港湾,9县市区其中6个濒临东海。大陆海岸线长632.87公里,占浙江全省的28.6%。境内是全国港口资源较为丰富的区段,可开发利用的良港数量居全省首位。优越的天然条件,使台州具有历史悠久的船舶制造业。但台州过去多以修造渔船为主,而现代造船业则是从21世纪初刚刚起步的。
短短几年间,台州船舶制造业取得了一个又一个令人瞩目的成绩。目前,台州拥有船舶生产和修理企业近百家,涌现了皓友、枫叶、腾龙、合兴、宏冠、宏信、方圆等较大规模的造船公司,还有70多家配套企业,从事该行业人员6万多人。全市1万吨级以上船台有120多座,造船能力超过300万载重吨,形成以杂货船、集装箱船、危险品船(油轮)、工程船为主的四大产品系列,现已建成的最大船舶超过5万吨。2008年台州共造船506艘,总完工量378万载重吨,完成工业总产值177.64亿元,比上年增长59.9%。2009年受金融危机冲击,在订单大量减少的情况下,台州的民用钢质船舶仍以较快速度发展,完工量达到260.5万载重吨,比上年增长21.49%。
在台州的十大产业集群中,受金融危机冲击最明显的是造船产业集群。由于台州船舶制造业品种单一,50%以上是干散货船,而这次金融危机影响最大的便是干散货船,被取消的订单绝大多数也是这类船。
为了走出困境,台州造船业正在积极采取应对措施:⑴调整品种结构,努力寻找市场容量尚未减少的工程船、挖泥船、油轮、液化气船、特种集装箱船等特种船舶的订单,甚至向游艇领域拓展;⑵通过有订单企业与没有订单企业开展合作,利用闲置船台,给有订单企业加工船体等;⑶鼓励企业转产,从造船向修造结合,或以修为主,渡过难关;⑷鼓励造船企业向船用动力设备、船用电子仪器、船用装潢材料等产业转移或转产,延长台州船舶制造业的产业链,提高台州船舶制造业的配套能力。
二、台州产业集群加强技术创新的必要性
产业集群可以通过自身强大的活力和能量,推动区域经济迅速发展,也会由于陷入困境甚至败落,对区域经济造成严重影响。制造业集群是台州经济的一大特色。改革开放以来,台州依靠发展民营企业,构筑制造业集群,促使经济发展水平从全省倒数第二位,跃居浙江前列。面对全球性金融危机和严峻复杂的国际经济形势,只有确保制造业集群可持续发展,才能顺利实施台州的发展战略,有效增强台州的综合实力。
产业集群是一个不断演进的生命体,一般包含孕育、成长、成熟和衰退四个阶段。值得注意的是,它的生命周期会遇到引起夭折和衰落的拐点。台州为了促进制造业向技术链和价值链的高端提升,防止或减少制造业集群出现衰退现象,必须研究如何突破产业集群生命周期的拐点。
国内外大量实践经验告诉我们,台州产业集群与其他许多区域的产业集群一样,只有通过加强技术自主创新,才能突破主产品的技术限制,才能开发出未来可成为主产品的新产品。只有这样,才能促使台州龙头企业不断壮大,促使台州主导产业竞争力不断提升,既可向上突破巩固点,又可从控制点起死回生。不言而喻,加强技术自主创新,是台州制造业集群突破拐点使生命得以延续的关键。
也就是说,要确保台州产业集群之树常青,不断延长它的生命周期,必须努力提升台州主导产业的竞争力,促使台州龙头企业不断壮大,大力开发未来可成为主产品的新产品,加强技术自主创新突破主产品的技术限制。
三、台州产业集群技术创新的基本方向
台州产业集群技术创新的基本方向,应该是大力发展现代制造技术。现代制造技术,保留和继承了传统制造技术的产品创新要求,如增加现有产品的功能,扩大现有产品的效用;增多现有产品的品种、款式和规格;缩小原产品的体积,减轻原产品的重量;简化产品结构,使产品零部件标准化、系列化、通用化;提高现有产品的功效,使之节能省耗等。但是,现代制造技术,在制造范畴的内涵与外延、制造工艺、制造系统和制造模式等方面,与传统制造技术均有重大差别。在现代制造技术视野中,制造不是单纯把原料加工为成品的生产过程,它包括产品从构思设计到最终退出市场的整个生命周期,涉及产品的构思、构思方案筛选、确定产品概念、效益分析、设计制造和鉴定样品、市场试销、正式投产,以及产品的售前和售后服务等环节。在现代制造技术视野中,制造不是单纯使用机械加工方法的生产过程,它除了机械加工方法外,还运用光电子加工方法、电子束加工方法、离子束加工方法、硅微加工方法、电化学加工方法等,往往形成光、机、电一体化的工艺流程和加工系统。20世纪90年代以来,现代制造技术朝着自动化、智能化、柔性化、集成化、精密化、微型化、清洁化、艺术化、个性化、高效化方向发展。它的前沿领域主要是:建立在纳米科学基础上的微型系统制造技术,通过电子束和离子束等方法进行加工的超精密加工技术,把经济与环境和谐发展作为目标的绿色制造技术等。在此条件下,台州要确保制造业集群生命力持续旺盛,必须抓紧发展现代制造技术,增强自主创新能力,鼓励龙头企业在技术链高端研制主产品,从而推动制造业向产业链高端拓展新天地。
(一)发展以纳米技术为基础的微型系统制造技术
“纳米”(nanometer)是一种度量单位,等于十亿分之一米,约相当于45个原子串起来那么长。纳米技术,表现为在纳米尺度(0.1nm到100nm之间)内研究物质的相互作用和运动规律,以及把它应用于实际的技术。其基本含义是在纳米尺寸范围认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子创造新的物质。纳米技术是现代科学与现代技术相结合的产物,主要包括:纳米材料学(nanomaterials)、纳米动力学(nanodynamics)、纳米电子学(nanoelectronics)、纳米生物学(nanobiology)和纳米药物学(nanopharmics)。
就制造技术角度来说,它主要含有纳米设计技术、纳米加工技术、纳米装配技术、纳米测量技术、纳米材料技术、纳米机械技术等。以纳米技术为基础,在纳米尺度上把机械技术与电子技术有机融合起来,便产生了微型系统制造技术。自从硅微型压力传感器,作为第一个微型系统制造产品问世以来,相继研制成功微型齿轮、微型齿轮泵、微型气动涡轮及联接件、硅微型静电电机、微型加速度计等一系列这方面的产品。
世界各国特别是发达国家,为了增强自身实力,奋力抢占新时期科技的制高点,以便在新兴产业保持优势地位,或至少占有一席之地。纳米技术作为高科技领域的重要组成部分,受到各国政府的高度重视,纷纷制订国家纳米计划,拨出专款重点加强纳米技术开发,鼓励发展纳米材料和纳米制造研究,促使纳米时代的氛围日益浓郁。
近几年,纳米制造方面,产生了纳米级世界最小的收音机、最小的白炽灯和最小的雪人,发明了纳米机器人、纳米交流发电机、光能驱动纳米发动机、智能型纳米容器、快速检测癌症的纳米传感器,研制成纳米隐形眼镜、纳米轻便避弹衣和纳米纤维绷带等。纳米材料方面,制成无闪烁纳米晶体、金纳米粒子晶体、半导体纳米晶体、有机纳米晶体、纳米晶体铁合金,开发成功高强度超长纳米管,还推出了纳米热传导复合材料、铂纳米电线、银纳米导线等。纳米技术方面,开发出能同时控制纳米颗粒大小和形态的技术,开发出热化学纳米光刻技术、软干涉光刻纳米技术、纳米印刷模板新技术、一步式纳米温度测量技术,并推动纳米生物技术、纳米电子技术快速发展。
美国航空航天局运用以纳米技术为基础的微型系统制造技术,推出一款微型卫星,它的体积只相当于一枚25美分的硬币。微型系统制造技术,对制造业的发展产生了巨大影响,已在航天航空、国防安全、医疗、生物等领域崭露头角,并在不断扩大应用范围。
台州制造业领域已有不少企业开始运用纳米技术,通过掌握微型系统制造方法,创新制造技术,改进生产工艺,促使产品进入技术链高端。例如,台州的医药化工产业集群在精细化工方面,已研制出纳米聚合物、纳米日用化工品、粘合剂和密封胶、涂料、高效助燃剂、贮氢材料、催化剂等产品,塑料产业集群采用纳米技术开发成功纳米改性塑料,模具产业集群正在开展纳米技术在模具表面处理中的应用研究。如果台州的机械、电子、新型材料等领域的龙头企业,也能根据实际需要及时地更多地采用微型系统制造技术,必将对这类产业集群的发展产生巨大影响。
(二)发展以电子束和激光束等加工为特色的超精密加工技术
20世纪80年代以来,超精密加工技术,取得了一系列突破性进展。超精密加工技术投资大、风险高,但增值额和回报率也高得惊人。目前,发达国家把它作为提升国力的尖端技术竞相发展,前景一派灿烂。
超精密加工技术,一般表现为被加工对象的尺寸和形位精度达到零点几微米,表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术。它包括超精密切削、超精密磨削、研磨和抛光、超精密微细加工等内容,主要用于超精密光学零件、超精密异形零件、超精密偶件和微机电产品等加工。
电子束、离子束、激光束等加工技术,通常出现在超精密微细加工领域,用来制造为集成电路配套的微小型传感器、执行器等新兴微机电产品,以及硅光刻技术和其它微细加工技术的生产设备、检测设备等。
电子束加工,涉及电子光学理论、机械制造技术、真空加工方法、高电压和电磁场原理、自动控制及计算机工程等多种学科的理论和技术。它的基本设备,由四大部件组成:⑴发射电子束的电子枪,⑵使加工对象处于真空状态的真空空间,⑶设定和调整加工进展路线的控制系统,⑷为电子枪提供加速电压的高压电源。
电子束加工大体表现为,先让电子枪阴极通过直接或间接加热的方法发射电子,再使发射出来的电子接受高压静电场加速,并通过电磁场聚焦形成能量密度极高的电子束;用这种电子束去轰击被加工的原材料,巨大的动能就会随之转化为热能,使原材料按照事先设定加工要求熔化、蒸发或汽化,从而完成加工任务,制造出精密度很高的产品。
离子束加工是在电子束加工基础上发展起来的。它与电子束加工的区别在于,不是以电子枪发射的电子束直接进行加工,而是把电子束引入一个抽成真空的电离室,并与充满整个电离室的惰性气体相遇,促使低压惰性气体离子化。接着,由负极引出阳离子,经过离子加速、集束等方法形成高能量高密度的离子束,最后运用离子束轰击加工对象,获得制成品。
激光束加工又称激光加工,它须有能够产生激光的特定设备。激光设备一般有两个基本部件,一是光学震荡器,一是能够激发出原子或分子的介质。操作过程中,开动震荡器,把隐含在介质中的原子或分子激发出来,使其在转换成能量的过程中,产生相位相同和波长单一的光束,这就是激光。利用激光高度集中产生的巨大能量,可以进行切割、雕刻、镂空、焊接,以及热处理等各种加工。
近年,激光加工技术不断向纵深推进,特别是激光光源的研究获得许多新突破。据2008年7月9日媒体报道,美国加州大学研究人员,在与西盟公司合作,为下一代极紫外光刻(EUVL)开发激光光源的研究中发现,利用二氧化碳激光器系统,可以获得极紫外光刻所需的极紫外光。他们相信,这项突破性发现,有望帮助半导体工业找到在芯片上存储更多信息的方法,从而迅速提高电子设备的性能。研究小组发现,让极紫外光刻的光源——二氧化碳激光系统输出长脉冲光,它的工作性能不仅与短脉冲光的相当,而且能让系统更有效、更简单和更廉价。二氧化碳激光器有两个优点,一是造价低、易操作,二是能方便快捷地从输出激光转为输出极紫外光。长脉冲工作的有效性,表明二氧化碳激光系统,可以更廉价地制造和使用极紫外光刻设备。报道称,极紫外光刻,具有众多潜在的应用领域,包括闪存卡的生产,未来闪存卡的存储密度会越来越大。如果能够廉价产生存储量达200G的闪存卡,硬盘或许将被市场淘汰。
台州在发展超精密加工技术方面已取得一些成功例子,如钱江集团通过引进美国超精密加工技术深度开发,研制出耐磨摩托车活塞,质量、性能达到世界先进水平。这种活塞经历2万公里磨损测试,它的保护膜仍然光亮如新。今后,台州的汽车、摩托车及配件、机电、电子、缝纫机、模具、阀门、泵类等产业集群内的企业特别是龙头企业,能够更多地应用超精密加工技术,它们的产品就会迅速向技术链高端发展。
(三)发展以节约资源和保护环境为前提的省耗绿色制造技术
企业在创造社会财富的同时,产生出大量废液、废气、固体废弃物等污染,会直接影响人类的生存环境,不利于社会的可持续发展。所以,需要探索符合环保要求的节能、省耗、少污染的生产方法,即绿色制造技术。这项技术,立足于尽量减少企业对环境带来的负面影响,促进产品制造与生存环境的协调发展,在提高企业效益的同时增进社会福祉。
这项技术的核心内容是,产品设计上尽量提高可拆卸性、可回收性和可再制造性,生产工艺和设备选用上尽量做到低物耗、低能耗、少废弃物、少污染。此外,还包括绿色制造数据库和知识库、绿色制造过程建模、绿色制造集成技术、绿色制造评价方法等内容。
20世纪90年代以来,世界各国,特别是主要工业国和新兴工业国,投入大量资金和研究力量,加强治理“三废”的探索,取得了许多令人瞩目的创新成果,有效地促进了环境保护、生态平衡和社会的可持续发展。与此同时,节能环保的绿色制造方面,也出现了许多新成果,为建立友好型环境作出卓有成效的探索。现举例如下:
诺基亚推出可自动分解手机。该产品的设计思路是,采用非接触式的热激活机制,在类似激光的集中热源作用下,机体内的形状记忆合金(SMA)驱动器被激发,手机内部保护壳被打开,电池、显示屏、印刷电路板以及其他机械组件相互分离,最后可按材质不同进行分类回收。手机自动解体需要60~150℃的温度。按传统方法拆解一部废旧手机平均需要2分钟,而采用诺基亚的新方法仅需2秒钟。有人也许会担心自己的手机在温度较高的车内会自动分解,诺基亚公司就此解释说,手机解体的起始温度为60℃,远高于太阳暴晒一天之下的车内温度。
日本帝人公司推出涤纶再生先进循环再利用流程装置:把穿旧废弃的涤纶面料服装进行回收集中,再经过粉碎,制成颗粒状,然后经过化学处理分解,成为聚酯原料,然后纺丝再生,变成新的涤纶原料,又可再制作服装。
瑞典保洁生态公司研制成能自动消失的包装塑料。发明者罗森的灵感来自蛋壳。对于鸡蛋来说,蛋壳是绝好的包装材料,缺点是容易破碎,主要原因在于碳酸钙占95%比例太高,而且其余5%的天然蛋白质黏合剂也缺乏韧性。于是,罗森不用天然蛋白质作为黏合剂,而选用了天然气里提取的塑料聚烯烃。同时,他也找到了最佳配方:70%的碳酸钙和30%的聚烯烃。这样制成的“洁净材料”,看起来和摸上去都很像传统的塑料,但它不是塑料。实验表明,它有玻璃般的坚硬,又有橡皮般的柔软,是塑料、纸板和铝制包装可行、廉价的替代品。尽管其成分中含有塑料,但聚烯烃对环境的影响是很小的,它可以降解为碳和氧。
澳大利亚西悉尼大学研究人员发明一种“太阳能瓦片”,具有三种功能:一是发电,利用太阳光产生电能,可使照射到瓦片上的12~18%的太阳光转换成电能;二是加热,通过中间换热器,提高住宅自来水管中的水温,它依靠热辐射而不是通过接收光电板来实现,所以不同于一般的太阳能热水器的功能;三是盖房,它与普通太阳能电池有一个明显区别:不是简单地安放在屋顶表面,而是直接制成一整套屋顶上的瓦片,可以替代普通瓦片覆盖在屋顶上,节省了盖房所用的瓦片,这是该发明的一个重要创新之处。
台州的制造业集群,在运用绿色制造技术方面,已开展了许多有益的探索。例如:
台州路桥是全国进口固体废料的主要集散地之一。2005年,路桥加工利用进口固体废料140万吨,约占全国1/4,实现销售收入70多亿元,增加国家财政收入12.1亿元,地方财政收入1.6亿元。目前,路桥根据国家对进口固体废料实行“圈区管理”的要求,开展专项整治拆解业,并把它整体搬迁到台州滨海工业城内,其拆解能力将达到500万吨。
台州仙居县一些企业,通过收购照相馆和医院的定影水,以及胶片和X光片等废料,并从中提炼白银,进而推进白银产品的深加工,使得原本不产白银的地方,迅速成长为全国最大的含银“三废”回收加工基地,全国规模最大的白银集散地之一。到2005年,仙居年产白银及白银制品800多吨,价值26亿元。
另外,台州的工艺品产业集群,利用废弃的竹木边角料、蒲草等制作工艺美术品,已形成旅游用品、玩具产品、节日用品、美术雕刻、装饰用品等五大类,品种上万个,产品遍布100多个国家和地区,已建成我国最大的圣诞礼品生产出口基地。
今后,台州应将绿色制造技术广泛应用于医药化工、机械电子、服装鞋帽、塑料制品、果蔬罐头等领域的生产过程中,并努力以此来提升技术高端产品的比重。
发表于台州市人民政府决策咨询委员会《咨询建议》2010年第12期