装备制造业对人类工业、科技及军事发展贡献力研究

苏金远1 李强1,2

（1.贵州省平塘县工业和信息化局 平塘 558300

2.中北大学机电工程学院 太原 030051）

摘 要：装备制造业因其在国民经济发展及国防军事及科技发展中的中心地位而成为各世界强国的第一战略支撑产业。因此本论文从行业特征、主要行业分类、历史发展进程、政策措施，以及行业最新技术进展等方面对装备制造业进行较为全面的阐述，并对装备制造业的发展趋势进行分析，通过分析总结得出智能制造及智能装备制造技术将是第四次装备制造业的中心，3D打印技术、激光加工技术等将是装备制造工艺技术变革的重要推动力，人工仿生智能武器装备、激光武器装备、电磁武器装备等将对人类战争模式变革与战争胜负起着越来越重要的影响，以期为装备制造企业生产经营者、工程技术人员以及高校、科研院所等机构研究人员提供参考。

关键词：装备制造业；历史发展进程；政策措施；技术进展；发展趋势

中图分类号：TH-9 文献标识码：A

Introduction to the Development of Global Equipment Manufacturing

SU Jinyuan1 LI Qiang1,2

(1. Industrial and Information Bureau of Pingtang County, Guizhou Province 558300

2.School of Mechanical and Electrical Engineering, North University of China Tai Yuan 421001）

Abstract：The equipment manufacturing industry has become the first strategic support industry of all world powers because of its central position in national economic development and national defense military and technological development.Therefore,This paper comprehensively expounds the equipment manufacturing industry from the aspects of industry characteristics, major industry classification, historical development process, policy measures, and the latest technological progress of the industry, and analyzes the development trend of equipment manufacturing industry,Through analysis and conclusion, it is concluded that intelligent manufacturing and intelligent equipment manufacturing technology will be the center of the fourth equipment manufacturing industry. 3D printing technology and laser processing technology will be the important driving force for equipment manufacturing process technology transformation, artificial bionic intelligent weaponry and laser weaponry, electromagnetic weaponry etc.will play an increasingly important role in the transformation of human war models and the outcome of war. in order to be an equipment manufacturing enterprise. Researchers, engineers and technicians, as well as researchers from universities and research institutes provide reference.

Key words: equipment manufacturing industry; historical development process; policy measures; technological progress; development trend

CLC number:TH-9 document identification code:A

装备制造业也称装备工业，是工业经济乃至整个国民经济发展的生命线，承担着为国民经济各生产部门提供工作母机、带动相关产业发展的重任[1]；是决定任何国家和地区在经济社会全球化进程中国际分工地位的核心因素；尤其国家重大技术装备更是事关国家经济社会及国防安全的重大战略性产业[2]。当前，装备制造业在政策措施制定、技术创新研究、产品创新研发等方面均取得丰硕的专业性研究成果。但是，目前缺少全方位论述装备制造业发展的综述性期刊论文、著作等专业文献，缺少对装备制造业的全面、深刻认识与理解的专业文献，装备制造业蓝皮书等权威、专业的著作、文献几乎仅对民用装备制造业发展作论述，且主要论述装备制造业当前运行情况，对装备制造业各行业最新技术研究进展方面的内容描述不够全面、不够精准，对军用装备制造业的发展的论述几乎为零。因此，本论文力求从装备制造业在国民经济中的地位、装备制造业的分类、装备制造业行业特性、全球主要装备制造业强国发展装备制造业政策措施、全球主要装备制造行业最新技术进展、全球主要装备制造行业发展趋势等方面对全球装备制造业的本质进行研究，使读者可以通过通读一篇文献对装备制造业有全面、深刻的理解。

1 装备制造业分类

国民经济行业分类中投资设备类产品生产的全部企业均属于装备制造业。按照国民经济行业分类，装备制造业包括机械、电子和军工装备工业中的投资类制成品，包括通用装备制造、专用设备制造、交通运输设备制造、电气机械及器材制造、通信计算机及其它电子设备制造、仪器仪表及文化办公用装备制造、金属制品7个大类185个小类[3]。按装备功能和重要性进行分类，装备制造业主要包含机床等重要的基础机械装备，动力电机、控制系统等重要的机械、电子基础功能单元，重大专用成套技术装备，军事、航空航天等安全保障类装备，用于基础科学研究的各类重大装备及仪器仪表等几大类[4]。

高端装备制造业是指生产制造技术含量和附加值较高的先进工业设施设备的行业，是各国提升本国产业核心竞争力、抢占未来经济和科技发展制高点、提升国家安全稳定防御能力的必然战略选择，对于加快转变本国经济发展方式，实现本国经济提质增效、国防安全保障能力具有重大战略意义。高端装备制造业主要包括航空航天装备、卫星及应用装备、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造装备等[5]。

2 装备制造业行业特性[6]

装备制造业是集资本密集型、技术密集型和劳动密集型于一体的复合特征型产业。一是装备制造业无论民用装备还是军用装备亦或重大基础科研装备的生产制造，其生产制造过程需要的生产设备多、占地面积大、生产周期长、资金周转周期长，因此投资巨大，动辄以上亿至上百亿计，投资规模较小的企业难以具备整机生产能力而形成竞争力，因此属于资本密集型产业。二是装备制造业的生产过程对技术和智力要素的依赖远远大于其它行业，因装备制造产品技术性能、组织流程复杂，生产工艺精密度要求高，因此对企业研发水平、技术实力、知识产权投入等要求较高，所以又属于技术密集型产业。三是装备制造业的生产是大量人力参与产成品的制造过程。装备制造业所生产的产品，其生产组织过程均非常复杂，主要采用按单制造、非标制造、项目制造等模式进行组织生产，存在着大量的个性化定制化需求，以及生产全流程的工艺技术变更、生产计划调整等事项，在现有技术条件下几乎需要靠人力介入进行解决，几乎没有一成不变的、按钮式控制的“程式化”生产过程。

3 装备制造业发展史及其重要发明

3.1工业革命前装备制造业发展过程

大约200万年前，人类就已经学会使用石头、动物骨头、植物枝干等制作简单生产生活工具。进入新石器时代后，能够批量制造复合工具如带柄的镰刀、刀和斧子等，并大批量生产陶器[7]。进入青铜器和铁器时代，出现了手工作坊式的大规模铜器和铁器制造场，冶炼并铸造出了各种农耕器具、兵器等，运用竹木制造了水车、战车等各类生产生活用具及军事装备，早在公元前200多年，古希腊科学家阿基米德就已利用杠杆原理制造了一种叫作石弩的抛石机；东汉时期，我国科学家发明了世界上最早的“地震仪”、发明使用水车进行灌溉。古人类在装备制造领域的一系列重大历史发明推动人类不断战胜自然、向前发展。

3.2 近代以来世界装备制造业发展历史

1）第一次装备制造业革命的标志。18世纪 60年代 ，织布工哈格里夫斯发明了一种同时可以纺出多根纱线的珍妮纺纱机，标志着第一次装备制造业革命的开始。1785年以后，瓦特改进的蒸汽机首先在纺织部门投人使用，开创了以机器占主导地位的制造业新纪元[8]。机械技术与蒸汽动力相结合,出现了火车、轮船等以及各种以蒸汽为动力的农业机械，标志第一次工业革命的形成，揭开近代工业化大生产的序幕，引发社会的广泛进步和相关科学技术迅速发展。

2）第二次装备制造业革命的标志。发电机和电动机的发明，标志着电气化时代的到来。1829年美国Joseph Henry设计和制造出世界上最早的电动机，1855年德国西门子公司开始生产交流电机，电气驱动的制造装备如切削机床逐步进入并主导制造行业，制造业电气化的时代由此揭开序幕。电力技术的广泛应用，极大地推动化工、钢铁、内燃机等相关领域科学技术的迅速发展，使汽车、船舶、机车、能源等一系列新型制造行业迅速兴起[9]。

3）第三次装备制造业革命的标志。以原子能、电子计算机、空间技术等为标志的第三次科技革命推动装备制造业发展新纪元。1946年，世界上第一台电子计算机A.ENIAC诞生；1957年，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，开创了空间技术发展的新纪元；1969年美国首次实现了人类登月的梦想；1981年，美国第一个可以连续重复使用的哥伦比亚航天飞机试飞成功；2018年8月12日，美国宇航局成功发射“帕克”太阳探测器（Parker Solar Probe），人类首次直接“触摸”太阳[10]。

前三次工业革命带领人类走向空前的繁华，人类在最近200多年的发展中取得的成就远大于此前几十万年的发展成就。当前，虚拟实现技术、量子技术、微纳技术、光电技术、可控核聚变等新兴科技的快速发展迫切需要推动装备制造业实施重大变革，装备制造业的变革为第四次工业革命进程奠定了坚实的基础。

4 世界主要装备制造业强国促进装备制造业发展政策措施

4.1 美国推动装备制造业发展政策措施

一是扶持壮大创新研究院。截止2017年底，美国在境内已经成立了增材制造创新研究院（美国制造，AM）美国集成光子制造创新研究院（AIM 光子）等14家国家制造业创新研究院[11]，编制了完整的国家制造创新网络，推动基础研究成果加速向产业化、商业化转化，对维持美国在全球先进制造业中的领先地位奠定了坚实的基础。二是推进互联网和制造业的深度融合。截止2017年底，美国工业互联网联盟（ⅡC）有28个公布验证的测试平台，其中3/4是关于制造业领域的测试平台[12]。此举旨在通过促进物理世界和数字世界的融合，帮助各机构间更便利地优化资源配置、提高灵活性、创新运作模式，最大限度释放制造业领域的商业与科技价值。三是加速解决协作机器人在制造业应用中的障碍。推进协作机器人发展已成为美国推进制造业发展的重要措施之一，得到了美国国家科学基金会大力支持，美国政府发布《先进制造伙伴计划》等一系列发展计划[12]。旨在通过推进协作机器人技术加快发展，解决传统工业机器人生产效率低、不能满足客户个性化需求的难题，对推动智能机器人技术发展起到及其重要的作用。四是发布减税政策助力制造业发展。2017年11月12日，美国众议院和参议院通过了美国史上最大的税收减免法案《减税和就业法案》，用于解决税制对美国制造业的掣肘。该法案在短期内将对美国制造业注入一支“强心剂”[12]，极大提升美国制造业企业投资信心，对吸引美国制造业回流和海外资本注入美国制造业起到关键作用。五是调整贸易政策推进制造业回流。近年来，美国制造业空心和劳工阶层大量失业问题日渐严重，美国政府将问题聚焦在全球化和中国制造上，以确保“美国利益优先”。通过制定实施一系列贸易保护主义政策，助力制造业回流。六是制定促进国防工业科技创新发展政策措施。美国国防部通过发布的采办项目和出台系列政策，使军民融合更加紧密，促进了国防科技工业保持强劲的发展速度[13]，对维持美国整体装备制造业和国防科技的全球领先地位起到关键作用。

4.2 德国推动装备制造业发展政策措施

一是提出“工业4.0”战略，推动中德智能制造/工业4.0领域的制造标准化合作。德国于2013年发表了工业4.0最终报告，旨在通过实施工业4.0战略推动工业实现颠覆性变革，提升国家制造业核心竞争力。2015年12月21日，马凯副总理与德国加布里尔副总理达成的“六点共识”，务实推进中德智能制造/工业4.0领域各项工作。截止2017年底，工作组共召开了五次会议[14]，加快中德双方在智能工厂和智能服务的标准化与关键技术领域的深化合作，对推动全球装备制造业变革起到重要作用。二是推动航空航天数字化。2017年10月，德国经济部和德国航空航天中心联合发布《德国航空航天2030战略》（DLR2030）。计划在未来每年将投入4200欧元，支持DLR在6个联邦州新增的7个DLR研究所工作，并加大了数字化领域研究的投入[15]。通过推动航空航天数字化，将使德国乃至整个欧盟航空航天技术加快发展，提升地区国防科技竞争力与世界影响力。三是提出人工智能战略的“四大支柱”战略。2019年2月15日，德国联邦研究部长Anja Karliczek在联邦议院辩论会上介绍了落实人工智能战略的策略，提出“加强人工智能对德国经济的支持、加强对人才竞争的投资、强化科研网络、发挥国际合作与分工优势”四大战略[16]。通过实施一系列支持人工智能技术发展战略，为德国人工智能技术发展、实施“工业4.0”战略提供坚实的政策与资金保障。四是发布新版ZIM资助指南 促进中小企业国际化创新合作。2017年12月，德国经济部（BMWi）发布新修订的《中小企业创新核心计划（ZIM）》，强调支持德中小企业开展跨国合作，建立国际合作网络，开拓国际市场，并计划从2018年1月1日开始，启动一个为期2年的ZIM网络资助“国际化模式探索”项目[17]，允许来自其他国家的中小企业合作伙伴参与资助项目的申请，此举将提高外国科技型企业和科技人员参与德国科技创新项目的积极性与主动性，对推动德国科技创新加快发展起到重要作用。五是发布世界首份自动驾驶电脑指导原则。2017年德国联邦交通部的自动驾驶伦理委员会提出了自动驾驶系统编程的指导原则，联邦交通部的伦理委员会率先研提了世界上第一份自动驾驶指导原则，这在移动出行4.0方面处于世界领先地位[18]，有助于推动自动与互联驾驶在全面应用人机交互的创新领域加快发展。

4.3 日本推动装备制造业发展政策措施

一是提出应对第四次工业革命的策略。《日本制造白皮书2017》在总结分析日本制造业现状的基础上，提出应对第四次工业革命的策略以及日本制造业革命的方向，以提升日本先进制造竞争力。《日本制造业白皮书2018》提出日本制造业已经处于一个“非连续创新”的时期，明确“互联工业”（Connected Industries）是日本制造的未来[19]。日本通过寻找自身装备制造业发展存在的不足，分析全球装备制造业的发展趋势，找准了本国装备制造业的发展方向。二是发布人工智能技术战略工程表。2016年初发布《第五期科技基本计划(2016—2020)》，提出以人工智能、大数据、物联网等为代表的信息通信技术为关键基础性技术支撑，在全世界率先建成“超智能社会(Society5.0)”的宏伟愿景。2017年3月，日本政府在“人工智能战略会议”上发表工程表，计划在三个时间段内，通过人工智能的应用，实现生产、流通、医疗与护理等领域效率的大幅提高[20]。三是围绕亚洲部署国际标准战略体系。2017年5月，日本产业省工业结构委员会下设的工业技术环境委员会设立承担推动日本工业标准体系与国际接轨的重要任务的“标准认证小组委员会”，并设计了战略性的国际标准化体系与国际接轨的重要任务，此举旨在使日本保持在装备制造业国际标准化领域的全球话语权，为日本如何维持装备制造业领域国际标准化领跑者指明了方向。四是扩大科技创新领域官民共同投资。2017年6月，日本政府发布《科技创新综合战略2017》（以下简称《综合战略2017》），提出在继续落实“超级智能社会5.0”战略任务的基础上，增加进一步扩大科技创新领域官民共同投资的任务，并围绕两个核心任务制定了具体改革措施[19]。提出了日本推动本国科技发展的现实方向，如何解决日本政府财政状况不断恶化、科技领域政府研发投入低迷的政策措施。为日本在基础研究领域的可持续发展知名了方向。

4.4 俄罗斯推动装备制造业发展政策措施

一是加快工业向数字化转型。俄罗斯将在借鉴国际数字经济经验的基础上，制定了自己的发展路线图，除了出台了数字经济发展规划外，俄罗斯还高度重视网络安全问题[21]。通过工业数字化转型，推动俄罗斯装备制造业加速信息化，为俄罗斯装备制造业加速智能化、工业物联化奠定基础。二是推动军事装备工业转型发展。俄罗斯政府出台了《2007—2015年国家装备发展战略》、《2006—2010年及至2015年间俄联邦军事工业综合体发展计划》等一系列专项计划[22]。通过制定符合本国国情和全球战略需求的军事工业发展规划、充分利用本国军事工业现有技术基础、实施一系列军事工业创新研发项目，将使俄罗斯全球军事强国地位得以维持，为俄罗斯维持全球多极化中重要一极的国际地位提供坚强后盾。三是制定航天工业发展规划。2016年，俄罗斯政府批准了《2016-2025年航天规划》，规划中提出了新型运载火箭、“联盟”号载人运输飞船的研发和生产，在国际空间站领域用于应用研究和基础研究的航天器研发、生产和发射领域开展国际合作，月球、火星探测器开发等16项基本任务[23]。通过制定并实施一系列航天研究与应用项目，可使俄罗斯全球航天大国的地位得以继续保持。

4.5 中国推动装备制造业发展政策措施

一是发布《中国制造2025》。2015年5月国务院正式印发《中国制造2025》，提出了制造业创新中心建设工程等“五大工程”与新一代信息技术、高档数控机床和机器人等“十个领域”[2]。为中国制造业未来10年设计了清晰顶层规划和路线图，为中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌三大转变指明了发展方向。二是创立“中国制造2025”示范区。2016年3月，国家工信部启动开展“中国制造2025”城市（城市群）试点示范工作，并批复广州等12个城市和苏南五市等4个试点示范城市群。2016年7月19日国务院常务会议部署创建“中国制造2025”国家级示范区，并明确表示由国务院审核、批复国家级的示范区并统一制定相关文件，将“中国制造2025”示范区创建提升至国家最高战略发展层次。试点示范是推动《中国制造2025》系统落地的重要抓手，是创建有利于制造业转型升级生态环境的重要探索，有利于调动地方实施的主动性和创造性，对探索新常态下装备制造业转型升级的新模式、新路径具有巨大积极作用，并通过示范推广进而带动全国其他地区实现制造业提质增效、由大变强[24]。三是实施装备制造业品牌质量提升专项行动。为实现我国装备制造业质量和品牌的持续提升，我国于2016年8月15日联合发布了《<促进装备制造业质量品牌提升专项行动指南>的通知》(工信部联科〔2016〕268号)，并实施了质量品牌提升六大战略行动[25]。以期通过品牌质量提升行动不断夯实装备制造业质量和品牌基础，提升自主品牌市场满足率与市场占有率，并最终推动我国装备制造业质量品牌达到世界制造强国水平，树立中国制造的质量品牌新形象。四是实施智能制造试点示范专项行动。2015年3月9日，工业和信息化部印发了《关于开展2015年智能制造试点示范专项行动的通知》等政策文件，提出实施智能制造试点示范专项行动。2018年，8.5 代 IGZO TFT 显示面板智能制造试点示范、6 代柔性 AMOLED 智能制造试点示范等99个项目纳入工信部年度智能制造试点示范项目名单。通过实施智能制造试点示范专项激励，对促进智能制造领域研发创新、促进装备制造企业转型发展起到较大的推动作用。

5 世界主要装备制造业最新技术进展

5.1 3D打印技术取得一系列突破

1）3D打印材料技术取得系列新进展。材料科学是3D打印技术得以实现的基础，3D打印材料的发展水平是决定3D打印技术应用广度与深度的关键因素。当前，受制于3D打印材料技术的发展水平，3D打印技术未能实现广泛普遍的应用。目前，随着人类在3D打印材料技术领域的不断攻克，取得了一系列新的研究成果，俄罗斯化学家已经发明了一种以大气中的二氧化碳和水为原料在阳光的作用下合成纤维素的全新可再生重复使用3D打印材料PEF；美国劳伦斯▪利弗莫尔国家实验室（LLNL）宣布其成功研发了一种3D打印不锈钢零部件，这种零部件的强度是传统零部件的两倍；德国有关科研机构开发出使用荧光3D打印微结构的防伪新技术；德国联邦材料测试研究院（BAM）首次成功实现零重力条件下金属工具的3D打印制造，并对该技术完成了两次飞行测试。随着3D打印材料制备技术的不断成熟、3D打印材料的种类将不断丰富、生产效率将得到巨大提高，3D打印技术在产业化应用、高效批量化生产方面将实现快速突破。

2）3D打印在航空航天领域的技术进展。3D打印技术因其具有制造流程短、材料利用率高、零部件结构性能优，以及能够解决传统加工方法不能实现对部分结构复杂零部件进行加工等方面的优势，使航空航天3D打印技术备受世界各国瞩目，当今世界科技强国纷纷将航空航天3D打印技术放在重要位置，当前在这一领域已取得了一系列突破性进展。2018年，中国航天科工三院306所技术人员成功突破TA15和Ti2AlNb异种钛合金材料梯度过渡复合技术，其采用激光3D打印试制出的具有大温度梯度一体化钛合金结构进气道试验件顺利通过了力热联合试验，为具有温度梯度结构的开发设计与制造开辟了新的研制途径；同时开创了一种异种材料间非传统连接的制造模式。2018年2月份，NASA成功对一台采用多个3D打印复杂部件的火箭发动机进行了测试，产生了2万磅的推力，意味着实现全3D打印的高性能火箭发动机技术又迈进了一步[26]。随着3D打印技术在航空航天领域的研究及应用不断取得新突破，3D打印技术将成为推动航空航天技术加速发展的重要催化剂。

3）3D打印技术在生物医学领域技术进展。3D打印技术作为全球制造业变革的主要驱动力之一，对医学领域技术发展起到巨大的作用，利用3D打印技术可以仿生与个性化地制造出各类生命体的器官、细胞以及各种医疗器械等，3D打印技术的发展将推动人类医学技术实现更加快速的发展，对降低医疗成本，增加手术成功率，提升人类健康水平起到了重要关键作用。当前，3D打印技术在生物医学领域已取得一系列具有实用价值的科研成果，美国已研发出可以直接在真人手上打印、可用于士兵们战时在自己身上打印临时用于检测生化制剂感应器的3D 打印新技术[27]。《自然—通讯》杂志报道称，美国科学家通过3D打印技术，由凝胶制成的人工卵巢能够使老鼠受孕并产下健康的后代[28]。俄罗斯医疗企业Invitro宣布，俄罗斯已经成功在国际空间站利用3D打印技术制造出老鼠甲状腺，成为世界上首个在太空打印出生物器官的国家[29]。随着3D打印生物医学技术的不断发展，3D打印技术将在生物医学领域取得成熟广泛的应用。

4）高分子光纤激光烧结3D打印技术研究进展。自3D打印技术问世以来，打印速度一直是制约其普及应用的主要因素之一，各大研究机构通过一系列技术攻关，取得显著研究成绩。华曙高科在2019年亚洲3D打印和增材制造展览会现场正式发布Flight 高分子光纤激光烧结技术，现场展示了通过使用光纤激光器进行激光烧结能实现更强大、更稳定、更快速的输出，且设备自身损害减小，在效率、产能、打印细节品质方面刷新现有同类技术的记录，把SLS工艺带到了新的发展阶段[30]，成为3D打印技术发展史中重要里程碑事件，推动3D打印技术的广泛化、普遍化应用迈向了新的台阶。

5.2 人工智能技术不断成熟并向制造业多个领域渗透

1）人工智能技术不断向实用化、深度化方向发展。人工智能技术正在像一场革命一样改变着人类生产生活的方方面面，推动着人类加速全面进入智能化时代。当前，以深度神经网络为代表的人工智能技术不断取得新技术成果，2017年，人工智能阿尔法围棋（AlphaGo）成为第一个击败人类职业围棋选手、第一个战胜围棋世界冠军的人工智能机器人。目前，百度对话式人工智能系统DuerOS3.0已取得包括情感语音播报、声纹识别等能力在内的自然语言交互技术的全面升级，为用户带来了划时代的自然对话交互。臻迪(PowerVision)通过视觉等多传感器融合，使其水下机器人能实现自主导航及智能识别，在智能机器人领域内取得了突破性进展。可以预见，未来人工智能的自主学习、运算分析能力将不断增强，智能系统功能将不断完善，智能孤岛将被打破，人工智能将达到可高度模拟人类的、统一完善的功能系统[31]。

2）智能驾驶技术取得新进展。智能驾驶技术作为人工智能技术发展的产物，对提高人类驾驶安全、解决疲劳驾驶、恶劣自然环境适应性等方面具有明显优势，因此，智能无人驾驶必然成为交通领域的一个重要发展方向。当前，智能驾驶技术在航空、航天与海洋运载探测方面已经取得初步应用；在地面运载器智能化应用方面，智能驾驶已经成为汽车行业一个热门的研究领域，2015年，特斯拉推出了全球第一个商用半自动化驾驶系统Autopilot；2017年10月，英伟达发布全球首款人工智能自动驾驶平台“Drive PX Pegasus”；2018年，通用汽车量产了第四代人工智能驾驶汽车Cruise AV；2018年，我国百度与厦门金龙合作生产了全球首款第四代量产自驾巴士“阿波龙”量产下线，智能驾驶技术迅猛发展[32]。随着物联网技术与人工智能技术的发展成熟，智能驾驶普及率将不断提高，无人驾驶系统与有人驾驶系统将实现软硬件共用。

3）人工智能医疗诊断技术不断取得新成果。人工智能因其在医疗诊断领域的应用具有误诊率低，手术成功率、效率高等优势明显，已成为人工智能技术发展的一个主要方向。当前，人工智能医疗诊断技术已经取得一系列宝贵的研究成果，美国相关研究机构已开发出人工智能诊断系统，使乳腺癌早期诊断准确率提升至97%；杏脉科技通过运用AI图像识别技术对肺部CT片的大数据进行深度学习和分析，实现对肺癌的准确预判，目前已能检测出5毫米以下的微小结节，对预防癌症等疾病具有重大意义。随着人工智能深度学习技术的不断进步，人工智能的实用化程度将越来越高，可以预见，随着人工智能医疗诊断技术的不断发展，人工智能医疗诊断、药物研发、临床医疗等方面的技术应用将越来越广泛，医疗成本将逐步降低。

5.3 机器人应用技术不断创新

1）仿生机器人技术不断成熟。仿生机器人是一种用于生产、生活和学习的高技术仿生设备，是通过各种生物体灵巧的运动方式和机敏的应激能力设计发明出满足生产、生活、学习、军事等需要的高科技产品，是机器人技术领域的一个热门分支，受到全球各科技强国的高度关注。当前，仿生机器人技术取得一系列重要研究成果，美国波士顿动力公司已经开发出在面对各种飞踹踢打依旧稳如狗的狗形机器人，该公司还成功开发出了可以完成空翻、连跳等各种复杂动作，甚至做家务的人形机器人Atlas；瑞士苏黎世联邦理工大学打造的机器狗 ANYbotics 在完成了一次大升级后让自身学习速度提升了1000倍，且自主学会了倒地后蹬蹬腿还能自己站起来的新技能，实现了对波士顿动力机器狗的直接秒杀[33]。2018年4月，日本中央大学和日本宇宙航空研究开发机构开发出一款能够模拟真实肠道蠕动的可混合各种物质成分以制造固体火箭燃料仿生机器人，使用这种搅拌机器人进行燃料搅拌可以避免燃料在搅拌时发生火灾或爆炸。随着仿生机器人技术的不断发展，仿生机器人将越来越多代替人类执行更多工作环境恶劣的、繁重的人类难以完成的工作，对人类生产生活、科学探索等带来极大便利。

2）微型机器人技术发展取得系列重大突破。作为微纳机电系统的一个重要分支, 由于微型机器人能进入人类和宏观机器人所不及的狭小空间内作业，在生物医学、航空航天、军事等领域将具有巨大的应用前景，因此近几十年来受到世界各国的广泛关注。目前，全球主要发达国家纷纷投入大量人力物力研究开发满足各种功能用途的微型机器人，德国慕尼黑工业大学的研究人员于2018年1月使用DNA分子组装出可以远程控制的纳米机器人手臂；德国马普智能系统研究所于2018年1月研发出一种毫米尺度的磁控软体机器人，该机器人能够在磁场控制下灵活自主切换结构形态和运动方式，灵活实现滚动、跳跃等动作，还能拾起极其微小的“货物”进行装货、运货和卸货操作，其未来有望利用于健康医疗领域；美国Intuitive Surgical公司推出了一款能通过单个小切口就能进入体更深更狭窄的地带进行手术操作的名为“达芬奇机器人”的新手术平台，该机器人是当今全球最先进的微创手术系统之一。《自然》杂志于2017年9月20日报道，英国曼彻斯特大学科学家研制出能接收化学指令并完成组装分子等基本任务的世界上首个“分子机器人”，其未来可用于先进制造工艺设计、药物研发、医疗诊断、搭建分子组装线和分子工厂等[33]。随着微纳控制技术、新材料技术、微纳机电制造工艺技术等相关高技术的成熟，微纳机器人将在人类生产生活中发挥越来越重要的作用。

3）军用机器人实战能力不断提升。机器人代替士兵作战，避免了士兵紧张的作战情绪和战斗动作、繁重的体力活动，避免了由于人为的战斗动作错误造成的损失，以及军用机器人低补给、高机动性等方面的优点，随着军用机器人技术的不断成熟，军用机器人将越来越广泛地被用于侦察、巡逻、攻击等各项军事任务。因此，未来战争中军用机器人对战争的胜负影响将越来越大，目前，美国和俄罗斯两大军事强国分别在军用机器人领域取得系列重大技术突破，在美国国防高级研究计划局(DARPA)的资助下，美国相关研究机构已经研究出了一种机器人“肌肉”，实现了在需要较少能量条件下抓取重于自身重量数倍的物体的能力；俄罗斯已经开发出旋风多功能机器人技术系统和海影滑翔机型无人自主潜水器两款典型军用机器人系统，旋风用于遂行战斗行动和特种任务，海影滑翔机型无人自主潜水器可在海洋中自主航行达半年之久，综合使用这种机器人技术系统能高效地获得水文气象保障所需的信息的同时，还能与其他军事装备联合执行军事任务[34]。随着人工智能技术、协作机器人控制技术等相关科学领域的发展，军用机器人在军事应用中的越来越广泛，军用机器人对战争胜负的影响作用将越来越明显。

5.4 量子科学与计算机科学取得重大突破

1）量子通信“从理想王国走到现实王国”。近年来，作为信息传输安全高效的解决方案，量子通讯技术因其卓越的精确性、高效性及安全性成为信息科技领域的重大研究热点，并取得一系列重大实用化技术突破，2017年1月，我国研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”正式交付使用；2017年6月“墨子号”在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，并实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验；2017年9月，世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通，结合“墨子号”卫星，我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信[28]。当前我国在这一领域处于世界领先地位，量子通信的基本理论和和框架基本形成，且初具产业生态，目前，包括我国阿里巴巴、华为公司等众多国际科技巨头纷纷介入量子通信领域并开展广泛合作，将对推动量子通信这一颠覆性研究领域起到推波助澜的作用。

2）先进计算科学取得重大突破。计算科学应用的深度与广度是反一个国家或一个地区对科学问题探索与理解的深度的标尺，是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一，尤其进入新世纪以来，高性能计算已越来越成为前沿重大基础科学研究领域获得突破不可或缺的重要手段之一。然而，虽然全球计算机科学取得突飞猛进的发展，但仍然不能满足人类发展尤其是高科技发展的需要，因此包括我国在内的世界科技强国在计算科学领域持续高度重视，计算科学取得一系列突破性成果。2017年5月3日中国科技大学潘建伟院士科研团队宣布成功构建光量子计算机，通过实验测试，该原型机的取样速度比国际同行类似的实验速度加快至少24000倍；通过和经典算法比较，比人类第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍[28]。国家超算天津中心于2018年5月17日对外展示了被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”的我国新一代百亿亿次超级计算机“天河三号”原型机，它将在解决人类共同面对能源危机、生态环境恶化、自然灾害预警等重大问题上发挥巨大作用[35]。随着量子科学技术、微纳制造技术、人工神经网络技术等科学技术的发展，人类在计算科学领域将不断取得新突破。

5.5 精密仪器与器械技术最新进展

1）精密医疗器械领域取得系列重大技术进展。高技术精密医疗器械及设备制造技术是一个多学科、跨领域、高科技、高附加值的融合产物，是一个国家、地区医疗技术水平的重要支撑与重要体现，是当今世界发展最快、最热门的产业之一，是全球各国在医疗领域相互竞争的又一制高点，已成为许多国家在医疗领域的重大战略性产业之一，尤其世界科技发达国家在这一领域投入大量人力物力，取得丰硕的前沿创新研究成果。德国相关研究机构、医疗机构以及相关专业企业采用透视技术（3D-ARILE）开发出一种新型能协助医生准确定位癌症淋巴结的位置，顺利实施肿瘤切除手术的AR（扩增实境）眼镜[36]；目前有国际团队声称他们的研究成果实现了用意念控制假肢，即利用他们研发的传感器技术助力，机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号，使假肢的控制更加灵活[33]。俄罗斯相关专家团队提出了一种比当前医疗技术花费更低、手术时间比现在提升2倍，并显著提高治疗效果，增加患者存活率的新型医疗技术，这种医疗技术采用太赫兹光谱仪解决目前最常见的脑瘤类型为对化疗不敏感的胶质瘤问题[37]。德国弗劳恩霍夫制造技术研究所（IPT）目前正在研究如何使应用于高功率激光器的聚焦镜头生产成本降低、质量更高的“数字光子生产”研究园区子项目“MaGeoOptik”，以期推动光学系统在医疗等领域的应用[38]。随着世界经济社会尤其发展中国家的快速发展，人类对生理、心里健康的要求越来越高，对医疗技术水平及医疗设备的要求越来越高，从而推动精密医疗器械技术加快发展，精密医疗器械产业将保持旺盛发展，特别是以中国、印度为代表的新兴发展中国家更是迎来发展的黄金时期。

2）无损检测技术方兴未艾。无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，是采用红外、超声、射线、电磁等原理技术并与仪器进行结合对材料、零件、设备进行缺陷、物化参数等进行检测的技术，是现代工业发展必不可少的有效检测工具，是一个国家的工业发展水平的重要标尺，目前发达国家在这一领域处于领先地位。目前，发达国家在这一领域已取得系列重大成果。在飞行器结构部件检测方面，法国空客公司的GUIBERT等自主研制的超声、涡流检测仪器广泛应用在空客飞机结构零部件无损检测中，显著提高了飞机零件检测效率与精确率、生产周期得以缩减；德国的FRACKOWIAK等报道了应用兆赫兹脉冲涡流红外热成像技术检测飞机发动机涡轮叶片的技术方法，使构件弧形、拐角等部位缺陷采用超声技术难以精确检测的难题得以攻克；在核能结构检测方面，基于柔性矩阵超声换能器和关节机器人技术的自动检测设备已能够实现对核设施大型复杂构件的自动扫描检测[39]。随着现代工业和科技的发展，无损检测技术将越来越成熟、应用越来越广泛，对工业生产的贡献作用将越来越明显。

5.6 航空航天与深空探测技术最新进展

1）航空航天推进技术不断取得重大突破。作为新时代人类重大科学成果，飞行器技术的出现改变了人类生产生活和人类战争形态，极大的提高了人们的生活水平，是人类科学技术史的一次重大突破。航空航天动力推进系统是航空航天飞行器发动机以及保证飞行器发动机正常工作所必需的功能单元，是航空航天器的心脏，是航空航天技术变革的核心推动力。因此，世界科技军事强国均把航空航天推进技术作为国家重要战略产业给予大力支持，苏联时期，美苏航空航天推进技术远远领先于世界其他国家和地区，早在20世纪60年代，美苏两国的军用飞机飞行速度已超过3马赫。目前，美国在航空航天推进技术领域独占鳌头，远远领先于世界其他国家，美国洛克希德·马丁公司研制的飞行速度超6马赫的先进双模冲压喷气式推进飞机SR-72高超音速无人侦察机已经完成第一架样机的正式试飞，完美实现了高超音速和隐形技术结合；2018年11月，麻省理工学院研究人员发表论文称，他们发明创造并试飞了第一架无任何活动部件的等离子推进飞机，飞机在不依靠任何旋转涡轮叶片推动而直接使用电动力推进的情况下自主飞行了60米，且可实现完全不排放任何燃烧污染物[35]。随着人类科学技术的进步，人类对太空的开发利用活动将越来越多，为了满足航空航天与深空探测研究的需要，人类需要在包括航空航天推进技术在内的各个领域不断重大突破，然而，当前相对传统的化学推进技术已经达到极限，所以未来先进航空航天推进技术将会朝着先进化学推进、激光推进、微波推进、电推进和帆推进等航天推进技术方向发展。

2）深空探测科学与技术飞速发展。深空探测指人类对大于等于地月距离的天体或空间环境开展的探测活动，深空探测是未来人类保护地球、进入宇宙、解决地球能源资源危机、寻找地外生活家园、探索地外文明等的唯一手段，是人类走出地球摇篮的必由之路，是人类发展的重大战略需求；是关系一个国家未来的发展空间、太空资源、安全等重大问题，因此越来越受到世界各国的重视。目前，深空探测的主要手段是通过卫星等各类航天探测器探测和利用地面望远镜进行探测。当前，深空探测技术主要以美、中、俄及西欧技术较为成熟，美国深空探测技术整体领先于其他国家和地区，中国深空探测技术飞速发展。中美两国在深空探测多个领域取得瞩目的成就，2018年8月12日“帕克”太阳探测器的成功发射正式开启人类历史上首次穿越日冕“触摸”太阳的逐日之旅，预计到2024年，探测器将可到达距太阳表面383万英里的范围内[40]；美国东部时间2018年11月26日，“洞察”号无人探测器成功降落火星艾利希平原，执行人类首次探究火星“内心深处”的任务，并成功通过与其同行的迷你卫星传回了火星照片；2019年1月3日10时，中国自主研发生产的人类首个在月球背面软着陆的探测器嫦娥四号探测器成功在月球背面的南极-艾特肯盆地着陆[41]。2016年9月25日，世界灵敏度最高、最大单口径500米口径球面射电望远镜在贵州省平塘县落成启用，截止2019年8月，“中国天眼”已发现132颗优质的脉冲星候选体，其中有93颗已被确认为人类首次发现的新脉冲星。当前，各世界大国在深空探测领域展开激烈竞争，各世界军事强国纷纷制定系列完整的航空探测计划，主要围绕近地军用/遥感/科研卫星、载人航天、空天飞行器、星际飞船、载人登陆星球、星球基地建设以及其他星系的研究探测等，随着人类科学技术的发展，人类将逐步实现自身的航天及宇宙探测梦。

5.7 激光装备最新技术进展

激光以其单色性、亮度、方向性及高能量密度的优点，目前在医疗、工业、军事方面获得越来越广泛的应用，技术越来越成熟。其中医疗激光装备主要包括各种激光医疗检测与手术装备，工业方面主要包括激光切割、激光打印、激光焊接、激光雕刻等设备，军事方面主要包括激光制导雷达、激光制导武器以及各类海基、陆基及天基激光攻击武器。在激光医疗方面，英国科研人员采用双步激光质谱法成功实现更精确的细胞研究。在高功率激光工业装备方面，万瓦级功率激光聚焦能量密度已可达到50kW／mm2以上；目前，纳秒激光检测技术已经成熟，飞秒激光检测技术已经开始投入使用；在军用激光武器方面，主要是通过高功率及高密度激光的干扰、烧蚀、辐射等作用造成敌方人员和装备失灵或损伤，目前世界上许多国家已经开发出了各种激光枪与激光炮并初步投入试用，美国计划在2025年前实验150千瓦的机载激光武器并并将高功率光纤激光器用于反导和航空作战，并计划在2019财年花费2.99亿美元用于开发激光武器系统，其研制的舰载激光武器LaWS系统于2014年首次在美国“庞塞”号成功部署和使用；我国科研人员已经研究出一块晶体块就能发射高频激光的器件，为军用激光武器便携化发展奠定了基础；当前我国正在研究100千瓦级光纤激光器、模块化光纤激光器集成技术等新型激光武器。未来，激光技术依赖于激光特有的优势属性其在国民生产生活及国防军事中的应用将越来越广泛，尤其军用激光武器在杀伤破坏力、杀伤效率、杀伤精确度等方面将具备传统常规武器无法媲美的性能指标优势。

5.8 电磁装备最新技术进展

电磁装备主要包括各类磁悬浮装备、电磁武器装备以及各类电磁器械与器件，当前的主要研究热点集中在前两类。在磁悬浮装备研究中，磁悬浮列车和磁悬浮轴承等是当前国内外的研究热点，其中以日本和德国的磁悬浮列车技术最为先进，我国磁悬浮列车研究应用发展飞快，2015年日本L0型磁悬浮列车时速达到了603公里，刷新磁悬浮列车的世界纪录，当前已建成一条长18.4km、最高运行时速可达550km的磁悬浮列车试验线；德国已建成一条长34.5km、最高运行速度可达450km/h、载客时车速420km/h的哑铃式的载人磁悬浮列车试验线；我国目前正在着手研究时速400km高速动车组类和时速600km高速磁悬浮列车。在电磁武器方面，主要包括电磁轨道炮装备、电磁弹射装备、电磁脉冲武器、电磁波定向能武器几类。当前在电磁轨道炮技术方面美国、俄罗斯、中国技术最为先进，目前美国已经研究出可发射16千克的弹药、炮弹的飞行速度2千米/秒、产生动能32兆焦耳/每发炮弹、发射四发炮弹/每分钟的电磁轨道炮样机，我国研制的电磁轨道炮已经在“海洋山号电磁炮试验舰”上进行发射试验。在电磁弹射器技术方面，美国已经研制成功并装备在先进的福特级航空母舰上，当前我国研制的电磁弹射器已顺利完成相关测试，预计我国建造的第3艘航母将使用电磁弹射器。在电磁脉冲武器方面，美国是世界上最早涉足该领域、当前技术居于领先的国家，2003年，美军使用电磁脉冲弹空袭了伊拉克国家电视台，造成其转播信号中断；2012年，美国波音公司在犹他州对反电子设备高功率微波先进导弹进行测试时，自身设定的7个电子测试系统降级或失效，沿线房屋中的测试计算机全部黑屏；我国当前也具备了研制生产中远程电磁脉冲弹道导弹的能力；在小功率电磁脉冲武器方面，俄罗斯军火商在2017年军事展览会上展出了其最新生产的REX-1电磁反无人机枪[42]。电磁装备技术作为当今世界重大前沿科技之一，随着控制科学、计算机科学、材料科学等相关科学技术的不断发展，电磁技术发展速度将不断加快，民用电磁装备技术在生产生活中的应用将越来越广泛；军用电磁装备技术将推动军事装备技术加快转型发展，推动人类战争模式加速变革。

5.9 能源装备最新技术进展

能源是人类的重要物质基础，为人类生产生活源源不断地提供能量保障，是掌握国家与民族生存与发展命脉的核心要素，能源的有效开发利用程度是人类生产技术水平的重要体现。当前，在历经一次次传统能源危机与一次次严重污染事件后，人类深刻意识到节能降耗的必要性与紧迫性，充分认识到发展节能降耗技术是解决人类能源瓶颈制约与环境污染的重要途径，认识到清洁新能源技术是解决能源危机、生态可持续发展的唯一途径。当前，世界各国纷纷在节能环保与清洁新能源领域加大研究开发投入，以期缓解自身能源危机与环境危机压力，美国休斯敦的Net Power公司选用全新的以高压高温超临界二氧化碳为介质的Allam循环过程，将燃烧天然气产生的二氧化碳放置到高压高温的密闭环境中，用合成的超临界二氧化碳作为“工质”驱动特制的涡轮机旋转，使大部分的二氧化碳被不断地再利用，目前Net Power公司的发电厂已经过初试测试且开始了试运行；日本Qualtec公司的研究团队已发现饱和高氯酸钠水溶液（SSPAS）的电化学窗口达到普通铅蓄电池电化学窗口的1.6伏的2倍且电池电荷在水溶液中流动顺畅、不会着火，充电时间仅需2～3分钟。在清洁新能源方面，截止2018年，全球核电在运装机容量达到400吉瓦，全球新能源发电总量占比达到25%以上；2017年，我国大科学装置全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环（EAST）实现了创造了世界新纪录的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行，成为世界上首个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置[43]。2017年，我国首次实现海域可燃冰试采成功，南海神狐海域天然气水合物（又称可燃冰）试采实现连续187个小时的稳定产气。这是我国首次，也是全球首次对资源量占比90％以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采[44]。未来，随着新能源装备制造技术与节能减排技术的不断进步，人类对传统化石能源的依赖性将逐步降低，人类能源危机困境将逐步得到解决，能源利用效率将不断提高，新能源对人类生产生活的影响将越来越大。

6 结论与展望

人类装备制造技术由简单到复杂，装备制造工艺方法由单一到多元，装备制造原材料从原始自然物质到现代高科技人工制备新材料，装备制造业技术随着人类科技的发展而发展。工业革命、科技革命与装备制造业革命具有相同的本质，其每次变革均以装备制造技术的重大变革为标志、为起点。截止目前，人类已经历了三次工业革命，得益于装备制造业技术突破带来的工业革命（科技革命），人类在深空、深海、原子能应用等高科技领域取得卓越的成就。生命健康、生态宜居、能源资源开发、太空与深海空间开发、微观世界探秘与深空未知世界探秘、环境安全稳定是21世纪人类发展的主题，人类发展的过程中需要面对更加复杂的科学问题以及更加严酷的自然环境，这些工作对人的智力与生理提出更高的要求，而人类的智力与生理能力具有一定的限度，因此，为了满足人类未来发展需要，人类迫切需要一种在智力与生理上能代替人类完成某项特定复杂工作的工具，而这一工具即是人工智能，因此以人工智能技术为基础的智能制造技术与智能装备制造技术是装备制造业未来发展的中心方向。当前，以智能制造与智能装备制造技术为核心的第四次装备制造业革命已悄然到来，世界科技强国纷纷制定智能制造与智能装备制造发展规划，德国工业4.0、美国工业互联网、新工业法国等发达国家制造业发展战略都将智能制造作为制造业发展和变革的重要方向，《中国制造2025》提出了装备制造业向智能化转变的重要趋势，智能制造技术与智能装备制造技术必然成为未来装备制造技术发展的总趋势。随着控制论、人脑神经科学、大数据与物联网科学的发展，智能制造技术与智能装备制造技术发展速度将不断加快，将推动着人类社会加快发展速度，智慧城市、智慧地球设施将不断完善，服务能力将不断提高。在装备制造工艺方面，3D打印工艺技术、激光加工技术等作为制造工艺技术领域的重大发明，以其低耗材、低污染、高效率、精细化等独特的技术优势，弥补了众多传统制造工艺存在的不足，将给装备制造工艺技术带来重大变革。在军事装备领域，新型军用运载器推进技术、人工智能仿生军事装备、激光武器装备、电磁武器装备等新技术军事装备将越来越受到各军事强国的重视，新技术装备对未来战争的模式的变革及战争胜负的影响将越来越大。在本文论述的重点装备制造业行业中，可以预见，3D打印技术将主要朝着设备向大型化、材料向多元化、大众化、“太空制造”与深空地外星球原位资源3D打印技术成熟化等方向发展。人工智能技术将主要在大数据智能、群体智能、人机混合增强智能、跨媒体智能、智能自主系统等领域取得重大突破[45]。机器人技术将重点朝着软体的机器人、可变性机器人、生物信号控制机器人、意念操控机器人等智能机器人方向发展。量子科学与技术主要向远距离光纤量子网络、超导量子计算、量子点量子计算、拓扑量子计算等前沿领域发展[46]；精密仪器与器械将朝着极端化、集成化、快速化、精细化、智能化、网络化方向发展。在激光装备技术领域，激光医疗技术领域，强激光治疗技术应用更加成熟、光动力疗法和弱激光治疗装备技术逐步发展，在疾病治疗领域将发挥越来越重要的作用。激光工业设备技术将朝着极端化、集成化、智能化、广泛化方向发展；激光武器装备将朝多功能化、实用化、智能化、高功率高精度及低衰减方向发展；磁悬浮技术将朝着高速、重载、远程的真空管道运行方向发展；电磁武器方面，电磁轨道炮需大幅提高体积功率密度，电磁脉冲武器因在武器行经的周边非攻击目标区域产生强大影响，因此需加强点对点攻击技术的攻克。在能源装备领域，新型太阳能开发存储技术、智慧储能和电网、核聚变发电等技术装备将成为热门研究领域。

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48. 作者简介

苏金远（1984-），男，硕士研究生。主要研究方向为系统可靠性、结构强度等。

李 强（1971-），男，博士，教授，副院长。主要研究方向为火炮、自动武器与弹药工程，机电工程等。