近来有关"第三次工业革命"的讨论,似乎过分专注于产业范式的转变,对于诸如美国"材料基因组"计划等新动作里包含的重大动向有所忽略。其实高端材料与信息技术结合,是所谓新产业范式的主要技术支撑。比如大家谈论最多的新制造模式"3D打印",如果没有高端材料,很多物品是不可能打印出来的。
英国《经济学人》杂志有关"第三次工业革命"的系列文章中,有一篇讲的正是"新材料改变制造业面貌"。系列文章还提到:"在有些情况下,西方公司会把一部分生产转包给正试图提升自己工业能力的国家的公司;但有些东西是不可能共享的,因为它们对于维持一个产品的竞争优势太重要了。"
这些"太重要的东西"中,一定有高端材料。有没有高端材料的生产能力,是检验一个国家或地区的制造业是否高端的关键标准。
追赶者和领先者各有困境
材料是制造业的基础,一直以来我国对新材料和高端材料的研制生产十分重视;但由于起步晚,我们长期处在追赶状态,对"追赶者的困境"感受很深。
材料的研制周期长。一种新材料从实验室研发开始,到首次投放市场,一般需要10-20年。不少高端材料国内没有,只得进口,为了打破市场垄断甚至封锁,我们就要自行研发。然而从零起步,即使一切顺利,经过10-20年我们研发出某种高端材料并达到了应用水平,但那时国外可能已经有了更先进的材料。"一代材料,一代产业",材料的每一次更新换代,都会对原先的制造体系,包括设备、技术、标准等造成颠覆性的改变。结果,我们可能又落后了,不得不进入新一轮的追赶。
不过也可能,当若干年后追赶者拥有某种高端材料的研制生产能力时,领先者还没能搞出新一代更高端的材料。
领先者也有自己的困境。追赶者往往有明确的研制目标和路线,而领先者面对的是未知。在著名的爱迪生发明电灯的故事中,爱迪生试用了大约6000种纤维材料,才找到了理想的发光体--日本竹丝。每种首创性新材料的研发,都必须花费大量试错成本;而在研发阶段之后,将其实现商业应用还需耗费许多时间做多次重复试验。
理应关注"材料基因组"计划
领先者总在想尽办法,避免自己被追赶者赶上乃至超越。美国2012年财政预算中,新增了1亿美元用以支持一项名为"材料基因组"的创新计划。这个套用"人类基因组"名称、也借鉴了它的研究理念的科学工程,希望从根本上加深对物质构成的认识,揭示不同元素排列与材料功能之间的关系,进而有目的地设计新材料而不再在不断试错中寻找新材料。原子分子不同的排列组合必然导致材料性能上的巨大差异,知道了不同排列组合所对应的性能,就可能制备新的材料。比如火箭和导弹的头部所用的复合材料对硬度和韧性都有很高要求,如借助"材料基因组"的方法来研发,不但成功率高,而且周期可望缩短一半。"材料基因组"计划的出台表明,美国已决计改变材料研发及产业化的传统模式,缩短新材料从实验室到商业市场的时间,大大减少试错成本,这是领先者的一个重大战略转型。
美国提出"材料基因组"计划的根本目的,是希望继续保持其在核心科技领域的优势,提升其制造业的能级并促进制造业复兴。有人指出,美国近来说得很多的再工业化,不会是简单地回到传统制造业,而是要发展由高新技术支撑的先进制造业,这一定离不开先进材料。
必须直面"第三个难题"
在高端材料领域,我们曾经面对两个难题:一、我们投入很大的精力来追赶研制国外数年前甚至数十年前已经应用的高端材料,由于起步晚、起点低而困难重重;二,领先者储备着更高端的材料和技术,它们如投入应用,将导致我们再次进入追赶周期。
现在冒出的"材料基因组"计划,一种全新的研发模式,使作为追赶者的我们面临第三个难题:领先者将打破以往和追赶者共同遵守的比赛规则。本来大家一起在比赛自行车,突然骑在前面的选手换了摩托车,他的速度将至少快一倍。
人们在讨论"追赶者战略"时,往往视领先者为"恒态前行",这不符合实际:领先者其实在不断调整自己的战略;在上述案例中,我们就看到他大幅度调整了战略。虽然领先者的理念与实践是基于其发展阶段的,追赶者生搬硬套常常不能取得理想效果,但积极追踪研究并思考自己的对策是必须的,更是有益的。
遗憾的是,在国内媒体上,我们极少见到对"材料基因组"计划的深入探讨,而它很可能在材料领域产生难以估量的影响。今年4月《文汇报》对这个计划的详细报道应该是国内的率先甚至唯一,标题曰"悄然启动的'材料基因组'计划"。
如果我们不想在高端材料领域被"悄然"甩开更远,那就要赶紧研究调整发展战略。