碳环密封产品产业发展行动计划

碳环密封产品产业发展行动计划

针对光通讯器件制造对装备的需求，重点围绕硅基光电子芯片工艺装备、InP（铟磷）基等光电子芯片工艺装备、光纤器件工艺装备、光电子器件耦合封装等关键装备等开展研究，掌握核心技术，实现产品应用，提升国内光通讯器件制造能力及工艺水平。面向集成电路14-10纳米先进工艺，重点开展刻蚀、薄膜、化学机械处理、掺杂和检测等关键装备及其配套核心零部件产品研发，通过大生产线考核并进入销售。机械密封的结构干气密封是20世纪60年代末期在气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型、先进的非接触式机械端面密封。干气密封利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。干气密封与机械密封的结构相似，主要的差异体现在两个方面：a、机械密封的动、静环为接触式运行，端面润滑为液体润滑；干气密封的动、静环运行时为非接触运行，端面润滑为气体润滑。b、接触式机械密封的动、静环端面是没有动压槽，干气密封在较硬的密封环上（可以是动环，也可以是静环），用激光加工微观动压槽形。干气密封的出现，是密封技术的一次革命。干气密封是非接触式机械密封的最典型代表，在高速高压条件下不会产生太大的摩擦热，其应用基本不受流体旋转设备轴封端面最大允许PV值的限制，也克服了以往气体介质受到密封封液污染的问题。因为接触式机械密封在运行过程中会因接触产生摩擦，在高速高压工况条件下，接触式机械密封端面的PV值将达到很高水平，由此产生巨大的摩擦热，当该摩擦热大到无法通过辅助措施及时传导出去时，密封端面材料将发生剧烈磨损，直至损环。因此，接触式机械密封的使用都受到PV值限制，许用PV值实际上成了接触式机械密封应用的天花板。此外，作为过渡型非接触式机械密封的液膜密封虽克服了接触摩擦的问题，但在环保和能耗方面相较干气密封没有比较优势。因此，干气密封产品在解决流体旋转设备的密封问题方面具有广阔的应用发展前景。干气密封相较机械密封在各环节均具有更高的门槛，一般厂商很难仿制。在理论设计方面，干气密封需要综合流体力学、传热学、结构力学、摩擦学、材料学等多学科知识，并耦合各种物理场进行综合分析，然后进入工程分析、设计，拥有很高的理论设计门槛。在制造工艺方面，干气密封需要保证其微米级气膜在复杂工况下的稳定，因此对高精度端面加工技术等制造工艺提出了更高要求。在产品测试方面，干气密封厂商需要结合具体情况自主设计和搭建专用测试车间，自主设计、安装和调试测试设备，并自主开发测试流程和测试方法，拥有很高的产品测试自主设计能力要求。此外，在工程经验方面，干气密封要求生产厂商具备丰富的工程应用经验，并对所应用终端设备的运行参数和运行工况等情况充分了解。密封产品根据其工况环境、监测需求等情况需要配套相应的密封辅助系统。密封辅助系统的作用主要系对密封产品进行冲洗散热、降温、隔离、吹扫、分离、清洁等，保障密封产品在其最佳的工作环境下运行，提高密封产品的稳定性、可靠性，并延长其使用寿命。同时，为进一步监控密封产品的运行状况，做到预知性检修，确保密封可靠运行，密封辅助系统上还相应增设有压力检测、温度检测、液位检测、流量监测等仪器仪表。客户向密封生产企业购买密封辅助系统的需求与密封辅助系统的复杂程度和相关密封产品的设计工艺、工况环境、监测需求等情况有关。客户通常会自行购置比较简单的密封辅助系统，而向密封生产企业购买相对复杂的配套密封辅助系统。同时，密封辅助系统与密封产品的数量配比关系也会因密封产品的设计工艺、工况环境和监测需求等情况的不同而有所差异。实际生产和应用中存在多套密封产品共用一个配套密封辅助系统的情况。因此，客户购买密封产品和密封辅助系统没有固定配比关系。智能机器人推动机器人产业与人工智能等新一代信息技术深度融合，突破共性关键技术，形成具有国际竞争力的机器人产品，协同标准体系建设、技术验证平台与系统建设、以及典型示范应用，支撑我国机器人技术和产业向高端发展。（一）智能机器人基础前沿技术结合机器人与以人工智能为代表的新一代信息技术深度融合的国际发展趋势，开展机构/材料/驱动/传感/控制与仿生的创新技术、智能机器人感知与认知技术、智能机器人学习与智能增殖技术、人机自然交互与协作共融技术等重大基础前沿技术研究，搭建机器人技术验证平台系统，开展试验验证，取得原创性创新成果，为我国新一代智能机器人提供技术支撑。（二）智能机器人共性关键技术以攻克制约我国机器人技术与产业发展的共性关键技术为目标，开展高性能机器人核心零部件（RV减速器、谐波减速器、伺服电机与驱动器、机器人控制器）、专用传感器、软件体系及多任务操作系统、功能软件、计量测试/安全与可靠性、应用工艺及系统集成等共性关键技术研究，建立机器人安全性与可靠性技术体系，机器人性能达到国际同类产品水平，解决我国机器人产业空心化问题，提升国产机器人的国际竞争力。（三）新一代机器人技术与平台开展主/被动结合新型机构与驱动、模块化柔顺关节、关节变刚度弹性驱动、生物-机械界面与接口的人机相容性设计、人机安全共存、智能交互、协同作业等新一代机器人核心技术研究，研制以协作型多自由度轻型臂、协作型双臂机器人、移动操作臂等为代表的新一代互助协作型作业机器人和以上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼等为代表的新一代人体行为增强型机器人试验样机系统，为后续产品化奠定技术基础，实现新一代机器人技术研究与世界同步，抢占技术与产业制高点。（四）机器人关键产品/平台/系统研发研发新型作业机器人、医疗/康复机器人、面向老年人/残障人士的生活辅助机器人、特殊环境服役自主作业机器人、机器人云端在线服务平台、机器人智能作业技术及系统等高端机器人关键产品/平台/系统，丰富我国机器人产品种类，完善我国机器人产品谱系建设，提升我国机器人的整体性能与智能水平，创新服务领域和商业模式，支撑我国机器人技术与产业向高端发展，彻底转变低水平重复的局面。（五）系统集成与应用推进我国机器人面向制造业典型行业/重点领域、医疗/康复、助老助残/智慧家庭/社会服务、安全与救援/科学工程等行业/领域的系统集成与应用，实现我国机器人技术与产品在国家重点行业/领域高端应用和典型领域拓展应用，提高国产机器人国际竞争力，为国产机器人产业化奠定基础，加速推进我国智能机器人技术与产业的快速发展。机械密封行业的未来发展趋势（一）机械密封行业市场发展趋势中高端机械密封产品具有明显的个性化定制和工业消耗品特征，在主机设备的持续运行过程中存在定期更换、密封升级、日常服务、备件采购等持续需求。终端用户对主机设备运行安全性十分重视，具有较高的客户忠诚度。随着设备制造商将机械设备向终端用户交付使用，机械密封行业的存量终端用户规模不断扩大，未来市场空间将越来越集中到机械密封产品的修复、更换、升级、备件采购等存量市场，其是机械密封生产厂商利润实现的主要来源。增量市场与下游行业固定资产投资情况紧密相关，并会在主机设备交付运行后转化为存量业务。增量市场将一直是机械密封生产厂商拓展存量市场和行业收入的重要组成部分。近年来，在《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012-2030年）》《工业强基工程实施指南（2016-2020年）》《制造基础技术与关键部件重点专项2019年度项目申报指南》《液压液力气动密封行业十三五发展规划》等一系列行业政策所营造的良好政策环境下，以中密控股、丹东克隆和一通密封为代表的国内机械密封行业龙头企业不断延伸和拓展高端机械密封产品市场，与国际密封龙头企业展开竞争，推动高端机械密封的国产化和进口替代进程。未来，随着国内企业尤其是综合实力较强的龙头企业的不断发展，国内机械密封市场的整体进口替代水平有望进一步提升，高端机械密封市场的国产化率将进一步提高，国内企业的市场份额有望取得更大突破。（二）机械密封行业理论发展趋势密封的基础理论涵盖了流体力学、热力学、固体力学、传热学、材料学、摩擦学等多个学科领域。随着各学科基本理论的进步，密封理论正在向解决极端应用场景下的传热、变形、磨损和微尺度下的流动特性等方向发展。密封理论的不断发展将有力的支撑机械密封产品向大型化、高参数化、环保化和高稳定性的趋势发展，以满足极端应用场景下主机设备的密封需求。（三）机械密封行业技术发展趋势机械密封产品在研发设计、试验监测、加工生产等生产环节依托计算机、信息、工业自动化、数控加工等领域技术发展。随着虚拟现实技术的发展，机械密封产品的数字化设计将成为主流方向；三维可视化技术、传感器技术、振动和噪声等测试分析技术以及先进测量仪器、试验手段将在机械密封的试验和监测方面得到进一步推广和应用；未来纳米级机械加工、电子束和离子束加工、LIGA（光刻）技术、扫描隧道显微等高科技加工技术将支持机械密封加工技术在微纳制造、极端制造、数字制造等方面的同步发展。此外，智能制造技术有助于提高企业设计中心、加工中心、生产线、销售服务系统的信息智能化、网络化集成与共享，是企业实现产品全生命周期的高度柔性化和集成化的技术方向。（四）机械密封行业产品发展趋势随着石油化工、煤化工、冶金等终端下游行业的供给侧改革不断深入、节能环保标准不断提升、项目建设向大型化不断发展，以及航空航天等高精尖行业的快速发展，机械密封产品的应用领域不断向更高参数、更复杂工况领域延伸，市场对高端机械密封产品的需求呈现扩大趋势。国内机械密封行业经过多年的发展，中低端产品市场已经基本实现进口替代，高端产品市场也已步入进口替代发展阶段，并在部分高参数产品领域逐步开始与国外厂商竞争。未来，随着国内企业在研发和技术创新方面的不断突破，国内高端机械密封产品覆盖的市场深度和广度将进一步延伸和拓展，高端机械密封的国产化和进口替代将持续深化。（五）机械密封行业市场集中度发展趋势全球机械密封行业经过一百多年的发展已经呈现高度集中的市场格局和稳定的专业化分工。由于我国工业建设起步较晚，发展初期主要以产品模仿为主，加上受计划经济期间重主机、轻配套思想影响较大，自主创新能力培养较为落后。目前，我国机械密封企业产品主要集中在中低端，行业整体处于分散化、低集中度的发展阶段。近年来，国内部分规模较大的企业通过产业并购的方式提升了自身市场占有率。未来，随着国家供给侧改革的不断深化和节能环保要求的不断提高以及产业结构调整与升级的持续推进，机械密封行业的市场集中度有望得到进一步提升。影响机械密封行业发展的因素（一）影响机械密封行业发展的有利因素1、国家产业政策支持机械密封行业持续稳定发展机械密封行业的发展一直受益于国家产业政策的大力支持。十二五期间和十三五期间，国家相继出台了一系列相关产业政策、规划，对装备制造业的基础性产业进行指导和大力支持。《关于加快振兴装备制造业的若干意见》指出，装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性产业和我国经济发展的重要支柱产业，为加快装备制造业的振兴，要以装备制造业振兴为契机，带动相关产业协调发展。装备制造业的快速发展将拉动作为配套的机械密封产品的需求，促进机械密封行业的同步快速发展。《十三五先进制造技术领域科技创新专项规划》确定先进制造领域重点从系统集成、智能装备、制造基础和先进制造科技创新示范工程四个层面，围绕13个主要方向开展重点任务部署。制造基础技术与关键部件作为主要方向之一，发展内容包括：围绕高端液压件与密封件开展新型高功率重量比和高能量密度液压件的设计方法研究，研究密封可靠性设计、延寿、运行试验技术，开发高参数密封件等。相关政府部门出台的一系列支持和鼓励政策为机械密封行业的发展指明了方向，营造了良好的政策环境。2、国民经济稳定发展和一带一路等国家战略实施带动机械密封行业发展自改革开放以来，我国经济保持高速发展，工业增加值基本保持了平稳快速增长态势。根据国家统计局的数据显示，2010-2019年间，我国工业增加值从16．51万亿元增长至31．71万亿元，年复合增长率达7．52%。机械密封行业的终端下游涉及石油化工、煤化工、管道输送、电力、冶金、制药、食品、船舶、、航空航天等众多行业，行业分布广泛，我国整体工业发展的良好趋势将对机械密封行业的发展起到有力的拉动作用。近年来，国家引导经济不断向高质量发展轨道转换，我国工业在供给侧改革不断深入、节能环保标准不断提高、结构调整不断改善的背景下有望获得更高质量的发展，带动机械密封产品市场需求的持续增长。此外，随着我国一带一路等国际化战略的不断推进，国内机械密封行业厂商也将迎来走出去的发展机遇。一带一路沿线国家的石油化工（含管道输送）等工业发展也将为国内机械密封产品的出口形成需求拉动。伴随产业转型升级，近年来我国环保、航空航天、核电、生物制药等行业发展迅速，尤其是对高端机械密封产品需求稳定的新兴行业崛起迅速。这些行业的发展带动了对机械密封产品的需求增加。例如，在环保行业中，大型污水处理设备中的压缩机、离心泵均需要机械密封产品。城镇化的不断推进、工业产生废水量的不断增加及环保要求的不断提高都要求污水处理能力不断提升，相关环保设施的投入增加带动了相关设备及机械密封产品的需求。加上石油化工、煤化工、火电、冶金等行业的供给侧改革深入、节能环保标准提升、项目建设向大型化发展，中高端机械密封产品的市场需求将得到进一步释放。（二）影响机械密封行业发展不利因素国内机械密封行业企业在低端产品市场竞争激烈；在对技术和创新能力要求严格的高端产品领域，仅少数企业可以进行生产，许多产品仍然依赖进口。受计划经济期间重主机、轻配套思想的影响，长期以来，机械密封行业存在整体投入较少、基础差、底子薄、实力弱等问题。国外机械密封行业巨头在研发能力和研发投入方面远超国内企业，国内多数企业技术开发能力弱，缺乏自主研发实力，限制了企业的进一步发展。高端机械密封对基础密封材料的要求较高，目前国内基础材料生产厂商在高质量产品的研发投入和生产方面还有待提高。中高端机械密封产品生产过程中所需的高性能石墨、工程陶瓷、高分子复合材料等密封基础材料进口依赖程度高，一定程度上限制了国内中高端机械密封产品的研发和生产。虽然在国内机械密封市场中，国内产品已逐步对进口产品形成替代，尤其是中低端机械密封产品已经基本达到完全进口替代。但是，国际巨头（如约翰克兰、伊格尔博格曼）通过在华新建工厂对国内厂商的发展形成了较大竞争压力。国际巨头在国内本土化的产品定位在中低端市场，凭借其技术、资金和品牌等优势，通过在国内新建工厂进一步压缩了其生产成本，加上其自身的品牌价值，国际巨头在国内市场竞争中获得了一定的比较优势，对本就集中在中低端市场的国内企业形成了较大的竞争压力。因此，国内机械密封生产厂商在发展过程中，不仅需要在高端产品的研发和进口替代方面持续投入资金、人力等资源与国际巨头竞争，还需要应对国际巨头本土化生产策略在中低端市场带来的市场份额侵蚀压力。极大规模集成电路制造装备及成套工艺针对移动通信、大数据、新能源、智能制造、物联网等重点领域大宗产品制造需求，重点围绕28-14纳米技术节点进行工艺、装备和关键材料的协同布局，形成28-14纳米装备、材料、工艺、封测等较完善的产业链，推动全产业链专项成果的规模化应用，促进产业生态的改善和技术升级，实现技术促进产业发展目标。（一）光刻机及核心部件研发干式光刻机产品并实现销售；研制28纳米浸没式光刻机产品，进入大生产线考核；开展配套光学系统、双工件台等核心部件产品研发，并集成到整机；构建关键技术与产品开发平台，提升光刻机自主创新能力；建设光刻机光学系统等关键部件生产基地，具备批量生产能力。（二）高端关键装备及零部件面向集成电路14-10纳米先进工艺，重点开展刻蚀、薄膜、化学机械处理、掺杂和检测等关键装备及其配套核心零部件产品研发，通过大生产线考核并进入销售。（三）成套工艺及知识产权（IP）库以移动通信应用为重点，开发14纳米及相关产品工艺；以大数据应用为重点，开发立体堆叠闪存（3D-D）存储器工艺，开展7-5纳米关键技术研究；面向新能源、智能制造、物联网等重点领域大宗产品制造需求，开发特色产品工艺平台；取得核心知识产权并实际应用。（四）关键材料面向45-28-14纳米集成电路工艺，重点研发300毫米硅片、深紫外光刻胶、抛光材料、超高纯电子气体、溅射靶材等关键材料产品，通过大生产线应用考核认证并实现规模化销售；研发相关超高纯原材料产品，构建材料应用工艺开发平台，支撑关键材料产业技术创新生态体系建设与发展。（五）封装测试面向移动互联和汽车电子等重大领域需求，围绕处理器、存储器、14-10纳米工艺节点晶圆等产品开发下一代封装集成与测试新技术以及相关的关键装备和材料产品；实现可集成数模混合电路、射频、微机电系统（MEMS）和光电等多功能异质材料芯片的三维系统集成技术的量产应用；建成有影响力的封装集成产业共性技术研发平台，取得较完善的知识产权体系。我国制造业发展对科技创新的需求粗放式发展道路已经无法适应我国制造业的发展，通过科技创新提高制造业竞争力是必由之路。在当前我国制造业实施战略转型的关键时期，制造业健康快速发展对科技创新工作提出了明确的需求。（一）加强制造基础能力方面的科技创新制造业基础技术研究能力薄弱已经成为当前制约我国制造业发展的主要瓶颈，其中基础材料、关键基础零部件、电子元器件、集成电路、传感器、控制系统、软件工具及平台等众多领域的基础研究、关键技术研究、关键工艺研究都没有掌握自主核心技术，工艺装备、测试与实验装备、标准化等共性技术自主创新能力薄弱，亟需科技攻关。（二）亟需加强制造企业经营管理模式创新我国制造企业管理正处于由传统管理模式向现代管理模式转变的阶段，经营目标、管理模式、管理理念和决策标准发生根本性变化，多数企业并没有从根本上改变以产品为中心的传统制造模式，无法适应互联网、云制造等模式下的多品种大批量定制化的要求，企业管理信息化、生产过程智能化、咨询服务网络化的水平制约着中国制造业的快速发展。（三）亟需提升制造业智能化水平随着中低端产品加工制造产业重心向东南亚等发展中国家转移，我国装备制造业在全球地位面临挑战，急需利用互联网、物联网、大数据、传感器等增强装备产品智能化程度，构建数字化、智能化、网络化的智能化生产线和数字化工厂，从而提升生产效率、产品质量，提升产业的竞争力。（四）亟需加强新兴产业关键装备的研发我国新兴产业所需装备的需求缺口较大。光电子、先进光伏电池设备、新一代通信设备等发展所需的关键技术和核心技术的自给率较低，核心技术掌握仍较少，试验设计能力较欠缺、技术集成能力薄弱、制造装备进口依赖大，新兴产业发展所需的关键装备自给不足。（五）亟需加强绿色制造技术的研发优质高效、节能、节材的先进基础制造工艺和自动化、智能化技术的普及程度不高，能源消耗、材料利用率及污染排放与国际先进水平相比存在较大差距。亟需发展先进绿色制造技术与产品，突破制造业绿色产品设计、环保材料、节能环保工艺、绿色回收处理等关键技术，支撑制造业可持续发展。制造基础技术与关键部件围绕制造基础技术与关键部件，开展基础技术与前沿技术研究，突破关键技术与共性技术，建立健全基础数据库、工业试验验证平台和安全保障技术，完善技术标准体系，为逐步解决国产装备空心化提供技术支撑，大幅度提高为重点领域和重大成套装备自主配套能力。（一）基础件围绕高速精密重载轴承开展轴承服役性能演变规律与失效机理等基础理论、材料对性能影响规律和失效机理等研究，掌握高速、精密、重载轴承设计理论、寿命理论及试验方法，动态性能试验技术与方法，掌握高铁轴箱轴承、风力发电机组主轴与齿轮箱轴承、机器人和机床精密轴承、特大型装备静压轴承等设计、试验和批量化制造核心技术，开展典型应用示范。围绕高参数齿轮及传动装置开展高参数齿轮传动啮合失效机理、特殊条件下齿轮副基本工作理论、研究，研究高速重载齿轮传动、轻合金齿轮、高性能蜗杆传动及新型机构，基准级别齿轮渐开线样板设计与超精密制造和计量，突破高参数齿轮传动和精密减速器设计、制造和检测共性关键技术，形成标准及技术规范，实现高参数齿轮及传动装置在民用航空装备、工程机械、大型海洋装备、高速列车、海上风电、机器人等装备的示范应用。围绕高端液压件与密封件开展新型高功率重量比和高能量密度液压件的设计方法研究，高参数液压阀、泵等新结构和新方法研究。研究密封可靠性设计、延寿、运行试验技术，开发高性能检测、可靠性评估和测试装备，建立性能评价体系与标准。开发高压力等级多路阀和液压泵、大规格柱塞泵与比例流量阀、高效率静液传动元件与系统、高参数密封件、液压动力总成系统等，实现在工程机械与农业机械、重型机械、航空航天、海洋工程装备等示范应用。（二）基础制造工艺研究高活性金属与铸型界面反应机制和成形方法、铸造全流程精确控制、铸造过程仿真与在线检测等关键技术，掌握钛合金、高温合金铸件精密铸造技术、铸锻件近净成形与精准成形工艺，开展各类材料成形过程动态仿真参数优化技术研发应用，实现典型产品应用示范。研究零件可控清洁热处理工艺、真空等温淬火热处理工艺等关键技术，开发清洁热处理装备，完善热处理工艺数据库。开发高温耐蚀涂层技术、润滑耐磨抗氧化表面工艺材料、工艺及表面处理装备。研究高速干切基本机理和新型干切机床结构，工艺参数优化及基础数据库；研究微量润滑作用机理和测试选用技术，低温微量润滑集成制造技术；环保清洁切削液配置技术。（三）工业性验证平台与基础数据库建立精密齿轮及传动装置、高压大流量液压元件、高参数密封件、高速重载轴承等关键基础件性能及可靠性试验平台，工业传感器、智能仪器仪表性能及可靠性测试平台，对相关的基础技术、关键部件与产品进行试验验证，完善技术标准体系。研究先进制造工艺方法、工艺基础数据库，研究并整合国内外制造工艺相关数据资源，建立健全制造基础技术数据库、基础制造工艺资源环境属性数据库等。研发基础数据采集工具和知识库管理系统和标准，开发面向基础工艺和典型产品全生命周期环境影响评价工具。（四）制造过程安全保障关键技术研究关键部件故障响应安全机制、功能安全定量计算数学模型和定性评价体系等功能安全设计与评估验证技术；研究物理安全、功能安全、网络安全一体化融合的方法理论、制造系统安全一体化管控等安全一体化融合技术；研究安全威胁和攻击机理分析与建模、实时攻击隔离与抑制等工业互联网安全技术；故障预测与健康管理（PHM）等测控产品安全可用关键技术研究；开展功能、网络安全工业化试验验证，典型工业协议安全性分析验证，工业互联网安全漏洞库等研究。密封行业产品简介在化学工业和石油化工等工业领域中，从原料到成品，往往需要经过多道工序，因此该等行业也被称为过程工业，过程工业的典型代