把握产业创新发展规律破解机床产业高级化的“后发劣势”

■文/苏楠（中国科学技术发展战略研究院）

机床是制造业的“工作母机”，是产业基础能力的核心构成，世界制造强国无一不是机床制造强国。长期以来我国机床产业“大而不强”，未能走出“低端内战、中端争夺、高端失守”的结构性困局，无法支撑产业转型升级需要，也存在巨大的国防和产业安全风险。机床产业周期波动性强、规模经济不显著、技术积累性强、市场和技术后向关联度高等特点使产业追赶的“后发劣势”更加突出，难以突破低端锁定困境。建议通过制定高端机床产业创新发展战略、完善产业技术供给体系和强化需求侧政策，克服“后发劣势”，破解我国机床产业结构性困局，推动我国产业现代化体系水平的整体提升。

一、我国机床产业面临结构性困局，产业和供应链存在安全风险

机床产业整体“ 大而不强”，龙头企业发展陷入困境。2009年开始我国成为世界第一机床制造大国，但产业整体竞争力较弱。笔者对全球六大机床生产国的机床产业竞争力水平进行测度的结果显示，我国机床产业显示性比较优势指数从2011年的0.60上升到2019年的0.88，但整体上仍处于比较劣势地位，且为六个机床大国中最低。根据国家统计局规上企业统计数据，2020年上半年机床产业亏损企业比重超过30%（金属成形机床企业亏损面为32.3%，金属切削机床企业亏损面为31.0%）。龙头企业竞争力不升反降，2012年，沈阳机床和大连机床两家企业进入世界机床产值前十强企业榜单，2019年我国机床企业无一家上榜，甚至一些龙头企业陷入破产或被上市摘牌等困境。缺乏有实力的龙头企业使我国机床产业难以与国外有多年积累的跨国企业进行有效的创新和市场竞争。

供需结构性错位，国防和产业安全受到威胁。近年我国机床需求结构发生了显著变化，中低档通用型单机类产品的市场需求量大幅下降，而高端型、定制型和自动化成套类产品的市场需求量快速增长。但在供给端，我国机床产业产品结构升级进展缓慢，处于“低端内战、中端争夺、高端失守”的结构性困境，无法满足国防建设和战略性新兴产业转型升级的需求。2019年，我国机床进出口额分别为72.9亿美元和44.2亿美元，整体处于逆差状态，进口以中高端机床为主，进出口单台价格比为3.24∶1。航空航天、汽车、发电设备和船舶等重点关键领域使用的高端数控机床90%以上依赖进口，国防和产业安全受到威胁。

关键部件配套基础薄弱，供应链安全和创新受限风险凸显。我国机床产业国内配套能力薄弱，高端关键功能部件自给率约为5%，中端关键功能部件自给率仅约20%。在中美博弈和疫情仍存在不确定性的背景下，机床产业供应链安全风险凸显。部分高端部件进口受限，制约机床整机的创新发展，如西门子数控系统分为出口型和标准型，出口型数控系统中对大量功能群加以限制，非欧盟用户需要获得德国或欧盟的正式许可才能采购。同时，国外零部件价格居高不下，削弱了整机的盈利能力，如进口的发那科和西门子高端数控系统通常占整机利润的30%～40%，对企业长期研发投入造成吞噬。

二、机床产业结构高级化面临的“后发劣势”突出

（一）机床产业周期性波动强，规模经济不显著，“由大而强”的发展模式失效

受宏观经济影响，机床产业呈现周期性波动，缩短了结构性升级窗口期。超大规模且持续增长的市场是我国消费品产业发展和升级的重要条件之一，为技术积累和产品结构循序渐进的升级提供了充分的空间和时间，但机床属于基础性资本品，产业受宏观经济走势和固定资产投资周期性波动影响较大。过去20年，我国机床市场呈现先上升后下降的剧烈波动。2002年起，我国成为全球第一大机床消费市场，2011年市场规模达到顶峰390.0亿美元，2012年至今一直处于市场下行周期，到2019年下降为223.1亿美元，比峰值下降了近四分之一。市场收缩无法满足机床产业技术进步和产品创新“干中学”所需的市场容量，也使处于竞争弱势地位的国内企业普遍存在经营困难，难以投入足够资金进行研发，破坏了企业长期技术积累的节奏，产业“从大到强”渐进升级的窗口期变窄。

产业规模经济不显著，量价竞争模式失效。机床产业是战略性和基础性产业，但整体规模较小，2019年全球机床产业产值为840亿美元，仅与2020年全球《财富》500强排名第100强企业一年的营业收入相当。机床产业，尤其是中高端机床呈现多品种、单件、小批、定制化的特点，如德国和日本这样的机床强国均只有100多家100余人的“专、精、特”机床企业。在竞争上，中高端机床产品并非采取“低价竞争”“以量取胜”的模式，产品的稳定性和可靠性是竞争的焦点，而这些无法通过扩大规模取得，也无法像消费品产业一样通过采用自动化流水线提高产量和品质。我国快速成为“世界制造工厂”为机床产业创造了独特的以低端产品为主的市场，企业进入了“拼量竞价”的轨道，在向中高端进阶过程中存在能力失效。

（二）机床产业发展战略性和积累性特征显著，产业发展失策

战略性没有得到充分体现，高端机床产业发展长期战略失向。从产业经济特性看，机床产业已经是充分全球化和市场化的产业，但从机床在产业体系中的位置看，它被视作“工业母机”，是“制造机器的机器”，具有极强的基础性，是一国制造业价值生成的基础和产业跃升的支点。同时，一直以来西方国家将高端数控机床及零部件作为战略物资，对我国实施不同程度的限制，因此无论从国家安全、产业安全，还是产业发展的角度看，推动我国机床产业升级都具有超越其经济价值的战略意义。我国机床产业，尤其是高端机床没有专门的综合性战略，很多规划和计划等都将机床产业纳入其中，但整体发展目标、路线和重点不清，产业转型升级缺乏统筹布局。

以渐进性创新为主，面向积累性的科技创新政策存在失衡。近百年来美国和日本两国在全球机床产业地位的跃升主要是分别抓住了可互换性制造和柔性制造模式变化的机遇。数控机床发展已有60余年的历史，产品主导设计早已形成，技术创新以渐进性创新为主，创新能力的提升建立在长期持续创新、技术与Know-How知识和试验数据积累之上，产业跃迁的技术积累性壁垒很高。2009年开始实施的国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”是我国机床产业科技创新最主要的政策，已经取得了一系列重大突破和标志性成果，但在面向长期的技术积累方面存在三方面不足。一是重项目、轻平台。目前行业内几乎没有独立的从事机床技术研发的专门机构，共性技术和基础数据没有专门研究机构持续积累。专项实施以项目为主，而实施过程中围绕项目支持了一批平台建设，但在技术积累和共享方面尚未对产业技术创新发挥支撑作用。二是重应用、轻基础。项目支持又以重点产品和关键技术为重点，基础和共性技术研究安排少，正向设计、基础共性技术、产业前沿技术研究方面，与世界先进水平的差距呈现进一步扩大的趋势，研究队伍和研究能力也有所退化。三是重产品、轻工艺。项目以产品仿制设计为主，对用户工艺的深入研究和积累不足，对装配工艺研究和高级技工人才支持不足。在调研中，机床企业普遍存在高级技工人才缺乏、流失和队伍年龄偏轻等问题，人才断档导致技术难以积累。

（三）机床产业后向关联度高，受下游产业创新影响大，产业间协同创新失联

产业后向关联度高，产业间协同创新效应显著。与消费品产业为最终消费者提供产品不同，机床产业为下游产业的企业提供生产装备，处于整个产业体系的前端，产业后向市场关联度和技术关联度高。机床产业历史也表明，机床产业技术创新与产品升级是由需求驱动的，需求特点和结构决定了一国机床产业创新和竞争力特点。例如，航空航天和国防工业的持续领先使美国机床产业在整体竞争力下降的情况下仍在与之相关品类的创新方面保持全球领导地位，日本汽车产业快速发展带动日本机床产业崛起，瑞士精密机床在全球处于领导地位受益于其钟表行业的发达。

“后发劣势”下市场挤出效应导致产业间互补性技术扩散不足，我国下游制造业的发展没有带动机床产业实现联动发展。一是我国在“压缩型”工业发展中，快速建立了工业体系，但从时序上看，与传统工业国家沿着“基础原材料和能源工业（钢铁和煤炭）—普通机器—运输机器—电动机器—精密机器—机床产业”的顺序发展相比，我国机床产业与其他产业同时起步，跨过了产业递次的发展过程，产业间联动基础薄弱。二是我国工业体系建立在引进基础上，设备引进是重要模式，为国产机床创造的有效市场有限。例如，汽车产业是机床最大的应用市场，占机床市场的40%左右，我国在与美、德、日、韩等汽车企业进行合资合作过程中，国外企业基本全套选用自己国家的机床设备。三是作为工业后发国家，多数产业创新处于跟跑状态，在融入全球价值链过程中基本处于依附地位，被动接受国外产品、工艺和技术标准等，机床将工艺知识物化在设备中，下游零部件生产商缺乏产品和工艺创新能力，在设备选用上缺乏主动权。四是在以“质”为核心的中高端机床创新中，“首台套”业绩的市场化壁垒更加凸显，尤其面对航空航天、汽车、发电设备和船舶等高垄断性下游用户时，国内机床企业处于市场弱势地位，市场进入存在困难。

微观层次机床企业与高端用户缺乏合作使企业创新缺少重要技术源。机床产业是典型的专业化供应商型产业，与用户在创新方面保持的紧密联系并从中获得知识溢出和反馈是其创新的重要特点之一。一项对美国机床企业的调查结果显示，近80%的企业认为用户是最重要的技术来源，尽管美国大学和政府研究机构在制造业技术研究上保持世界一流地位，但只有不到10%的企业认为大学和研究机构是它们产品研发的重要技术来源。我国高端数控机床90%依赖进口，表明我国机床企业与高端用户合作的机会有限，难以与下游用户形成合作研发和协同共进的关系，使我国机床企业缺乏与高端产品相关的知识和经验，也缺乏从应用验证中实现不断试错和技术迭代的机会，知识和经验积累在低端层次循环。同时，也导致科研项目成果难以实现转化，如由于缺乏用户支持，大部分成果停留在样机阶段，没有得到市场验证和推广应用。

三、把握产业发展规律，精准施策克服“后发劣势”

（一）以构建“内循环为主体”新格局为契机，从全局出发制定机床产业创新发展战略

在日益复杂的国际环境中，机床产业对我国产业安全和国防安全的战略意义更加凸显，提升机床产业结构层次，建立完备自主的高端机床及供应链体系，背后涉及到我国产业整体升级和经济周期的深层次系统性问题，需要以构建“内循环为主体”新格局为契机，充分利用我国产业转型升级为机床产业创造的市场机遇，进行长期的战略谋划。建议制定高端机床产业创新发展的专项战略规划，从产业间协同互促的系统化角度出发，以满足我国国防和新兴产业发展战略亟需为重点，统筹考虑我国军工、航空航天、汽车、新一代信息等机床产业重点下游产业的发展和变革，以及新一轮产业革命中制造技术革命和制造范式的变化等，明确高端机床创新的阶段重点和发展路径，制定产业发展及技术创新路线图。

（二）完善机床产业技术供给体系，牢固技术创新根基

在技术创新体布局上，一是探索新型创新主体建设，整合科技资源，建立机床产业国家技术创新中心，瞄准战略亟需产品、产业前沿和共性关键技术开展攻关；二是以高校和院所为核心主体建立基础技术和共性技术研发平台、试验验证平台和数据库等共性和基础性支撑载体，在任务上以需求为牵引，在考核上以实际应用为标准；三是依托大型机床集团或龙头企业，建立应用技术研究或专业品种研究机构，提升企业技术创新能力，推动产品升级换代。在项目层面，进一步完善以需求为牵引、与用户协同创新发展的新型举国体制，同时围绕重大需求和重点问题，加强机床领域相关前沿基础和应用基础研究的部署和投入，深化对先进工艺和Know-how研究的稳定支持，加强高级技工人才的培养。

（三）强化高端机床产业创新的需求侧政策，降低市场进入壁垒