本報(bào)實(shí)習(xí)記者 趙萍
近年來(lái)，隨著大纖維逐漸被認(rèn)可，社會(huì)對(duì)這個(gè)涉及材料、信息、機(jī)電、生物、能源等多個(gè)領(lǐng)域的，具有智能、綠色、超能、連接四大特征的新一代纖維家族的期望值也在不斷提高。目前，已有一些大纖維產(chǎn)品面世，如智能可穿戴產(chǎn)品等，但受限于配套批量化工藝和設(shè)備技術(shù)不夠完善，大多數(shù)大纖維產(chǎn)品仍然在實(shí)驗(yàn)室研究階段，商業(yè)化進(jìn)展緩慢。如何讓新一代纖維產(chǎn)品走出實(shí)驗(yàn)室，走向市場(chǎng)，成為破局的關(guān)鍵。
成立于2016年的大纖維產(chǎn)業(yè)工作組最早意識(shí)到這一點(diǎn)，并于2019年初開(kāi)始將關(guān)注焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到與大纖維相關(guān)的先進(jìn)制造技術(shù)上來(lái)。該工作組成員經(jīng)過(guò)多次研討、反復(fù)論證后，將與大纖維相關(guān)的制造技術(shù)界定為7個(gè)物理層次，從微觀到宏觀依次為：原子—分子（鏈）—纖維—織物—器件—系統(tǒng)—超系統(tǒng)（系統(tǒng)之系統(tǒng)），并由此衍生出編材制造（Compilative Manufacturing）技術(shù)的嶄新概念。
為了更好地界定編材制造技術(shù)，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組2019年連續(xù)召開(kāi)3次跨領(lǐng)域?qū)＜已杏憰?huì)。近日，《中國(guó)冶金報(bào)》記者就編材制造的相關(guān)進(jìn)展情況采訪了該工作組負(fù)責(zé)人王健，請(qǐng)他就一些關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了解答。
編材制造源于大纖維，但不限于大纖維
“這3次系列研討會(huì)均圍繞編材制造在各個(gè)制造層面上面臨的挑戰(zhàn)和進(jìn)展情況進(jìn)行了解讀?！蓖踅〗榻B，由于編材制造是基于大纖維制造對(duì)應(yīng)的7個(gè)物理層次而來(lái)，涉及生物、醫(yī)療、汽車、飛機(jī)、電子、服裝等各個(gè)行業(yè)，他們邀請(qǐng)了各相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行解讀。
“經(jīng)過(guò)與數(shù)十位專業(yè)背景各異的專家的嚴(yán)肅討論，有時(shí)甚至是爭(zhēng)論和辯論，參會(huì)者對(duì)編材制造總體上保持了正面的理解和積極的回應(yīng)，也有很多補(bǔ)充和完善?！蓖踅「嬖V《中國(guó)冶金報(bào)》記者，研討會(huì)上也有質(zhì)疑的聲音，但這種質(zhì)疑正是促進(jìn)編材制造這一概念立準(zhǔn)立穩(wěn)的關(guān)鍵因素。
關(guān)于對(duì)編材制造內(nèi)涵的理解，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組的專家們于2019年8月份首次給出的定義是： 融合了現(xiàn)代生物、化學(xué)、物理等相關(guān)科學(xué)技術(shù)手段，以大纖維為基本對(duì)象之一的，在原子到超系統(tǒng)7個(gè)層次展開(kāi)的創(chuàng)新的制造活動(dòng)，包括理論、方法、工藝和設(shè)備等(相關(guān)文章見(jiàn)《中國(guó)冶金報(bào)》2019年8月7日03版)。然而，在多次研討中，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組的專家們發(fā)現(xiàn)，編材制造涉及的對(duì)象或許在非纖維方面也有覆蓋。
“根據(jù)目前我們了解到的情況，編材制造包括兩個(gè)方面，一是對(duì)應(yīng)大纖維的所謂編材制造技術(shù)；二是對(duì)應(yīng)其他材料或系統(tǒng)，但本質(zhì)上和編材制造理念一致或者一脈相承的其他先進(jìn)制造技術(shù)?！蓖踅∵M(jìn)一步指出，大纖維和編材制造有很強(qiáng)的聯(lián)系，兩者的區(qū)別在于大纖維更多從材料的角度出發(fā)，編材制造則是從制造技術(shù)的角度出發(fā)。2019年初，為了探討大纖維技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組主要是基于大纖維的角度去思考關(guān)于它的制造技術(shù)，從統(tǒng)計(jì)資料中識(shí)別出哪些是傳統(tǒng)制造方式，哪些是全新的制造方式，這其中也包括不成熟的或待開(kāi)發(fā)的制造方式。到了2019年下半年，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組專家則更多從制造工藝創(chuàng)新的角度進(jìn)行歸納和梳理，并提煉其中的原理和核心技術(shù)。在他們對(duì)這些原理和工藝的應(yīng)用進(jìn)行拓展的時(shí)候，更多非大纖維的應(yīng)用場(chǎng)景被發(fā)現(xiàn)。
那么，編材制造區(qū)別于傳統(tǒng)制造技術(shù)的地方在哪里呢？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，王健表示，這涉及到對(duì)“編材”這個(gè)概念的理解。與傳統(tǒng)的纖維編織技術(shù)不同，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組將編材制造看成是編碼和信息的某種嵌入，也就是一種全數(shù)字可編程的精準(zhǔn)制造技術(shù)。而這種制造覆蓋了從材料的基本制備到構(gòu)建系統(tǒng)的完整周期，還覆蓋了從材料的創(chuàng)新研發(fā)到小規(guī)模制備和大批量制造的完整階段。對(duì)此，王健舉了一個(gè)例子：“比如，科學(xué)家在培養(yǎng)具有類似蜘蛛絲特性的蠶絲時(shí)，就需要對(duì)蠶進(jìn)行基因調(diào)控，改變樣本蠶體的基因排序，這就是編材制造在原子和分子層面的體現(xiàn)?！?/span>
編材制造或?qū)⒊蔀橹圃鞓I(yè)新藍(lán)海
一個(gè)新事物的出現(xiàn)，必然伴隨著不同的聲音。在研討會(huì)上，有專家提出疑問(wèn)：編材制造的真正意義是什么？對(duì)科研的意義在哪里？對(duì)行業(yè)、國(guó)家發(fā)展的意義在哪里？
針對(duì)這些問(wèn)題，王健表示，從過(guò)去到現(xiàn)在，很多性質(zhì)卓越的材料都不能順利地導(dǎo)入應(yīng)用，進(jìn)入市場(chǎng)，從而“胎死腹中”，其比例高達(dá)95%以上。這也是材料及其制備工藝，以及相關(guān)裝備研發(fā)成本極其高昂的一個(gè)重要原因。科研調(diào)試、樣品制備、小批量試制乃至進(jìn)入大批量生產(chǎn)等過(guò)程，均需要相應(yīng)的技術(shù)、裝備去優(yōu)化參數(shù)、穩(wěn)定特性、提升質(zhì)量和控制成本。這也促使大纖維產(chǎn)業(yè)工作組在從非材料角度理解大纖維時(shí)，識(shí)別出了編材制造技術(shù)?！耙簿褪钦f(shuō)，編材制造的首要意義在于幫助像大纖維一樣的下一代材料更好、更快地從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。”王健說(shuō)。
“而且，編材制造技術(shù)所處的領(lǐng)域是一塊未經(jīng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的‘處女地’。”王健表示，實(shí)驗(yàn)室做纖維材料研究制備的手段很原始、很粗糙，還存在大量依賴手工的情況。受限于缺少自動(dòng)化、數(shù)字化手段，每當(dāng)科學(xué)家有了一個(gè)新的概念或想法的時(shí)候，都需要花大量的時(shí)間和精力去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，而且成功率還很低。他指出，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，編材制造可以幫助科學(xué)家更好、更快地進(jìn)行研究發(fā)明。
“就像3D打印技術(shù)是在其成熟度度過(guò)了某個(gè)關(guān)鍵階段，被科技媒體多次報(bào)道，才突然被大眾所熟知，并獲得關(guān)注和重視，快速實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化一樣?，F(xiàn)在的編材制造，市場(chǎng)關(guān)注度還很低?！蓖踅〗榻B，目前絕大多數(shù)人還不知道分散在不同細(xì)分領(lǐng)域里的專業(yè)性很強(qiáng)的制造工藝有著內(nèi)在共性，可以系統(tǒng)化進(jìn)行分析和發(fā)展并最終建立一整套體系，再加上這些制造工藝現(xiàn)階段還存在諸多問(wèn)題，因此此前沒(méi)有人專門進(jìn)行識(shí)別、歸納和總結(jié)?！笆袌?chǎng)需求是發(fā)展的最終牽引力。不斷開(kāi)發(fā)新的制造手段，是為了讓一些很有發(fā)展前景的材料能夠迅速被使用，并比現(xiàn)有制造工藝更有競(jìng)爭(zhēng)力。只有這樣，才有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)新材料對(duì)現(xiàn)有材料的替代，推動(dòng)社會(huì)更好、更快地發(fā)展?！蓖踅∵M(jìn)一步解釋道。
“通過(guò)編材制造技術(shù)制造的產(chǎn)品具有很高的附加值。從發(fā)展前景來(lái)看，編材制造或?qū)⒊蔀橹圃鞓I(yè)的新藍(lán)海。”王健表示，“如果有一批企業(yè)率先進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展，將有望成為未來(lái)市場(chǎng)的領(lǐng)頭羊。所以，我們希望在絕大多數(shù)人還沒(méi)有清晰認(rèn)知的時(shí)候，通過(guò)編材制造的定義，讓政府決策人士、材料工業(yè)業(yè)內(nèi)人士，包括那些非材料領(lǐng)域的做工業(yè)軟件、工業(yè)裝備的優(yōu)秀人才，能夠意識(shí)到以大纖維為代表的新一代材料的制造從技術(shù)突破到大批量應(yīng)用中間有很多事情可以做，值得我們進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域去迎接挑戰(zhàn)、去創(chuàng)新制造技術(shù)和升級(jí)工藝裝備?！?/span>
“在研討會(huì)上，有專家表示擔(dān)憂，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組做的事情應(yīng)該是行業(yè)協(xié)會(huì)或政府才會(huì)做的事情，一個(gè)民間工作組何堪此任！”面對(duì)這類擔(dān)憂，王健談了他的看法。大纖維產(chǎn)業(yè)工作組實(shí)際上起到的作用類似于戰(zhàn)略科學(xué)家，也是民間科技智庫(kù)的應(yīng)有之義。戰(zhàn)略科學(xué)家做的事情就是來(lái)源于具體科學(xué)技術(shù)，但又要超越于具體科學(xué)技術(shù)，要站在國(guó)家戰(zhàn)略、行業(yè)發(fā)展、人類生活改善的角度，去認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，從而提出高瞻遠(yuǎn)矚的戰(zhàn)略洞見(jiàn)。他表示：“很多人都能理解看得到的并已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)的、確定性很強(qiáng)的東西，而對(duì)模糊的、碎片化的、充滿不確定性的未來(lái)技術(shù)缺少全局性感知，甚至表現(xiàn)出恐懼和排斥。大纖維產(chǎn)業(yè)工作組所做的工作是，從超越某類材料、某類具體制造工藝和某個(gè)具體應(yīng)用行業(yè)的高度，來(lái)整合那些未被很好理解和開(kāi)發(fā)的非主流制造方法，并識(shí)別出創(chuàng)新的制造方法。通過(guò)開(kāi)辟一個(gè)全新的制造范式來(lái)引領(lǐng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展?！?/span>
“我們需要一個(gè)偉大的愿景，才能心無(wú)旁騖地往前走?！蓖踅≌f(shuō)，“當(dāng)然，我們要把未來(lái)生活場(chǎng)景和技術(shù)發(fā)展方向結(jié)合在一起，從而做到技術(shù)驅(qū)動(dòng)和市場(chǎng)拉動(dòng)相結(jié)合。而編材制造正是符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律，同時(shí)可以支撐未來(lái)人類生活的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力?！?/span>
“材料+制造”突破是新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志
圖為王健。
王?。ù罄w維產(chǎn)業(yè)工作組組長(zhǎng)、中國(guó)科技自動(dòng)化聯(lián)盟秘書長(zhǎng)）
材料領(lǐng)域的重大突破和制造領(lǐng)域的范式改變，一直是新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命的重大使能因素?！按罄w維”和“編材制造”正是中國(guó)人在世界范圍內(nèi)率先發(fā)現(xiàn)和定義的“材料+制造”創(chuàng)新概念組合。
大纖維是下一代纖維家族及其所推動(dòng)的新產(chǎn)業(yè)集群的統(tǒng)稱，具有智能、超能、綠色和連接的核心特征。其將從根本上顛覆和重塑許多行業(yè)的面貌，如半導(dǎo)體、機(jī)器人、大健康、航天航空和國(guó)防領(lǐng)域，是構(gòu)建未來(lái)以人為本的智能社會(huì)的核心基礎(chǔ)。
編材制造是以大纖維為主要對(duì)象之一的，在原子到超系統(tǒng)等7個(gè)尺度上進(jìn)行的創(chuàng)新制造技術(shù)的統(tǒng)稱。其將是繼減材、等材、增材制造之后全新的制造范式，從原子尺度開(kāi)始精確控制材料特性，一直到基于大纖維構(gòu)建智能器件和系統(tǒng)，以及通過(guò)結(jié)構(gòu)、功能和通信連接創(chuàng)建超級(jí)智能系統(tǒng)，是制造業(yè)新藍(lán)海。
我國(guó)在大纖維和編材制造領(lǐng)域處于與世界并跑甚至局部領(lǐng)跑的有利位置，具備從科學(xué)研究到技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的完備鏈條，部分細(xì)分領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了領(lǐng)先世界的成果，有的已經(jīng)走在產(chǎn)業(yè)化的路上。抓住大纖維和編材制造在全球范圍內(nèi)即將形成的戰(zhàn)略機(jī)遇，將有助于我國(guó)滿足國(guó)防戰(zhàn)略安全和國(guó)計(jì)民生需求，有助于我國(guó)在全球新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命競(jìng)爭(zhēng)中贏得領(lǐng)先地位。
名詞解釋
●大纖維產(chǎn)業(yè)工作組：2014年，紡織工程、工業(yè)自動(dòng)化、半導(dǎo)體、鋼鐵、科技情報(bào)等領(lǐng)域?qū)＜医M建工作組，開(kāi)始關(guān)注德國(guó)未來(lái)紡織計(jì)劃。2016年4月，該工作組定名為中國(guó)科技自動(dòng)化聯(lián)盟紡織未來(lái)工作組，并正式成立。同年7月，該工作組更名為大纖維產(chǎn)業(yè)工作組。
《中國(guó)冶金報(bào)》（2020年04月23日 05版五版）
