让长板更长？日本政府提出强化材料创新力战略

颗粒在线讯：日本政府2021年4月26日公开了一份2020年6月政府高层战略会议提出的《材料创新力强化战略》会议文件。根据该文件提供的信息，日本计划采取3项具体举措，即“通过产、官、学共创，加速实现社会实用化”、“加强和整备数据驱动型研究的基础”、“确保材料长久可持续发展”，开展材料产业创新力强化工程，并以此为基础构建2030年后社会、产业的未来样貌。

图 1   《面向强化材料创新力的政府战略（战略准备会议汇总）》全文封面（日本文部科学省图片）

根据文件显示，日本文部科学省及经济产业省为强化材料产业创新力，于2020年2月举行了专家会议开展先期研讨。同年4月，两个政府部门组织了“为强化材料创新力而制定战略的准备会议”，加速讨论形成相关决议。经过了后续由于新冠疫情发生和扩大而开展的追加讨论后，最终于6月发布了《面向强化材料创新力的政府战略（战略准备会议汇总）》。这份总结以“联合创新战略2020”和第6期“科学技术基本计划”中的指导思想为基础，全面展示了为强化材料领域创新力，政府层面制订整体战略的基本想法和未来措施方向等。

一、建立材料创新力战略的背景和原因

日本专门推出针对材料行业的创新力战略是基于多方面考虑的。2016年1月，日本在第5期的“科学技术基本计划”中提出了社会5．0（Society 5．0）的概念。日本认为，人类社会相继经历了狩猎社会、农耕社会、工业社会、信息社会，未来将进入新一代社会形态，即社会5．0，其特点是最大限度的应用信息化技术，通过网络空间与现实世界的融合，构建一个多元、富裕、充满活力的“超智能社会”。区别于德国的“工业4．0”、美国的先进制造伙伴计划和中国的制造强国战略，社会5．0概念主要还是立足于整个经济社会，着眼范围不仅仅局限在对工业进行数字化改造、提升产业链的强度和灵活性，而且还要致力于提升人类生活的便捷性，积极应对少子化、高龄化以及环境、能源、教育、医疗、偏远地区生活等涵盖的各领域社会问题，创造更广泛的社会价值。

日本政府认为，为了实现社会5．0概念，在基础物料、关键材料和设备等领域开展数字技术革新不可或缺。新一轮的产业革命需要人工智能、生物、量子等尖端技术的发展和不断增强，从而实现联合国可持续发展、巴黎协定等计划中规定的长期目标，克服资源与环境限制，解决社会难题，材料作为物质基础，其创新至关重要。

图2  日本政府认为未来的科学技术和社会经济的发展，材料将发挥重要地基作用。（日本文部科学省图片）

除了上述主动谋划的主观原因外，一些客观因素也促使日本做出了这一选择。首先，2020年爆发的全球新冠疫情，以及围绕中美两大经济体的贸易摩擦，导致全球供应链受到严峻挑战，特别是关键原料药和重要基础原材料等，因此从经济安全保障的角度出发，加强和创新供应链韧性迫在眉睫。与此同时，正是由于疫情的影响，人们的价值观和行动方式也发生了很多变化，这种变化加速产、学、官研究开发和制造现场等传统工业场景的数字化转型进程。此外，近年来日本国内在数据技术方面不断的深耕和坚持在全球范围内取得了显著成就，推动日本成为了数字驱动型研究国家，这种技术基础性工作成果集中体现在材料行业中，因此战略性地收集和利用日本产、官、学研究过程中形成的优质数据资源，材料领域可从中大量获益，日本也有望继续领导全球材料产业和技术创新。最后，也是最重要的原因之一，日本在材料领域具有很厚实的基础能力，创新成果多，在全球范围内都具有很明显的优势。从目前的时间节点看，材料作为物质基础越发重要，其重要性正不断增加的现状对于日本来说既是重要发展机遇，同时也是日本有可能失去优势的潜在危机。基于上述种种原因，立足日本工业的传统优势，在材料领域推行创新战略成为了日本政府既保险、又激进的合理选择，因此有必要在产、官、学的共同努力下尽快制订政策。

二、日本材料行业的现状及存在问题

众所周知，日本新材料产业在全球供应链中占据非常重要的优势地位，尤其在先进碳纤维复合材料、宽禁带半导体收发组件材料以及高性能单晶材料等方面。得益于这些关键材料所带来的关键性能，日本得以在航空航天和先进装备的供应链中占据重要地位，虽然日本没有制造一些关键装备的能力，但没有日本提供的关键材料和技术，很多国家制造的关键装备和零部件产品也就不复存在。强大的技术实力和市场地位，成就了一批又一批日本优势企业，如东丽、帝人、京瓷、日立金属、三菱、松下、住友、三井等。

从产业的角度看，日本的新材料产业的发展势头强劲。根据2018年的统计数据，日本在关键材料行业的出口额占到了2018年出口总额的20％以上。碳纤维等一些关键材料优势尤其明显，占据了全球市场超过半数的市场份额，为日本的经济增长做出了卓越的贡献。不过近年来，日本的材料产业也面临一些比较严峻的问题，例如，随着电动汽车产业的发展带动电池产品需求激增，中国和韩国厂商顺势崛起，使得日本电池类组合产品的市场份额逐渐下降。此外，日本传统优势的材料企业近年来遭遇了发展瓶颈，增长缓慢，在构建创新体系和制订行业标准方面领导力缺乏。最重要也是最迫切的一点是，受到疫情影响，一些原本强大而富有韧性的原材料供应链也有可能面临断供风险。

图 3  2018年日本各行业出口份额（日本财务省贸易统计图片）

从基础能力建设的角度看，日本的材料研发和制造能力依然具备实力。与其他领域相比，日本在材料领域依旧保持着极强的国际竞争力，拥有全球最先进的研究成果以及综合素质最杰出的研究人员。此外，日本材料行业起步发展已经超过60年，经过不断的积累和应用，日本已经拥有了目前世界上最高水平的研究设施和制造技术，同时也积累了优质的材料原始数据，这点尤其重要。不过拥有这些优势的日本，在近年来与材料相关的优质论文方面无论从质量还是数量上均有所下降，大学等研究机构对于后备力量的培养有所不足，整个行业逐渐缺乏优质的年轻人力资源。更为可惜的是，工业界、学术界和政府多年积累的宝贵数据并没有得到充分应用。

从融合的角度看，日本由于材料行业成熟度更高，市场化程度更健全，更利于产、官、学的融合创新。相较于其他领域，日本的材料企业具有更高的意愿积极灵活的选择和培养大学毕业的优秀人才。而在锂离子电池、蓝光LED等由日本创造的新材料在引领社会变革和产业升级方面具有非常显著的成绩。不过与其他一些国家相比，日本在融合新兴产业领域方面发展仍存在不足，材料领域知识和技术的多样化也尚未在社会实践中获得充分的展现。

三、未来目标及具体举措

基于发展现状，日本政府认为，材料行业的具备扎实的发展基础，同时也遇到了发展瓶颈，通过创新发展战略能够快速高效的解决材料行业中当前存在问题。因此，在材料创新力强化战略中，日本政府提出了三个目标：第一，利用材料带动产业，成为具有全球领导力的材料强国；第二，利用材料行业软硬件综合环境和专业技术能力，成为能够吸引全球优秀的研究人员前来交流发展的国家；第三，以材料领域为突破口创造新的价值链和产业链，成为能够为全球做出重大贡献的国家。

为了实现这三大目标，日本将时间节点对准了10年后的2030年，并提出了未来应重点推进的4项具体举措。

（1）整合以数据为基础的材料研发平台

未来材料科学和技术的发展，离不开原理创新，而原理创新的基础就是数据。为了提高材料研发的效率，实现高速化、高性能化，数据驱动型研究将成为大势所趋，因此高质量的材料数据至关重要。过去，日本在材料研究领域最大的优势就是拥有全球最高水平的公用设施、设备、产学官优秀的人才以及成熟的产学官合作关系。利用这些优势，日本逐渐推进了材料研发和制造整体的数字化、自动化、智能化以及按需订制化的转型升级，在这个过程中，日本积累了大量优质数据。正因如此，日本政府决定以这种优势为基础，在全日本范围内迅速整合产学官数据，建立能够持续有效地创造、积累、共享和应用的“material DX平台”，实现日本在材料领域研发成果创造显著效率提升的同时，还能最大限度将材料数据管理起来，形成日本解决方案。在利用数据平台的问题上，日本需要做到以下几点。

图 4 推动产学官联动，建立以数据为基础的材料创新体系（日本文部科学省图片）

第一，制订产学官中材料数据处理的统一标准。开发通用的数据结构（包括数据格式），建立数据传递相关出口管理体系和数据相关权利规范等。同时利用好专利数据等公开信息，推进人工智能和机器学习用数据的规范化和数据库化。

第二，重视技术基础，灵活整合、改善和应用公共设施设备。日本材料各界应坚持灵活的运用先进公共设施和设备，夯实和提高能够创造高质量数据的物质基础，同时还要致力于培养专业人才和技术人员。此外，注重技术基础的创新，积极开发、改良和引入新一代的研究机器。

第三，坚持积累数据，持续推进多学科融合研发项目。以日本拥有优势的关键技术和重要应用领域为对象，建立理论、计算、试验和验证相融合的研发项目，积累重要数据。同时促进高质量数据的高效产生和智能化融合。

第四，建立安全环境下的材料数据存储据点，并形成共享网络。建立数据及数据结构的核心据点，实现在安全环境下对开放数据及共享闭路数据的存储和管理。以核心据点和特色优势技术领域为基础，推进据点间数据网络共享和优势技术领域的交叉协调合作，促进材料创新。

第五，测量、分析设备产生数据的通用化和标准化。促进高质量数据的积累和创造，加快测量和分析数据通用格式的开发和标准化，实现在通用平台上的综合分析和统一。

日本政府致力于通过全面推进上述具体举措，建立并完善产学官各界材料研究人员和材料用户可应用的平台，积极应对未来材料研发活动面临停滞的风险，实现材料研究与开发的高效、低成本化，创造对年轻学者充满吸引力的研发环境，推进产学官合作和多学科融合加速。

（2）重要材料技术和应用领域的战略性推进

识别符合日本现实需求的材料技术和能够为未来日本经济社会创造巨大附加值的应用领域，以国家战略支撑的方式大力发展。除了“战略型”研究外，日本政府还希望能够将充分促进研究人员的主观能动性，在他们擅长的研究领域给予支持，开展“创新性”研究工作，积累多种多样的先进理论知识、技术和数据。

（3）构建材料创新生态系统

建立风险投资、金融资本广泛参与的多样化产学官利益融合创新生态系统，利用社会资源促进材料领域的研发创新。利用创新生态系统推进日本材料企业战略性融入国际市场环境，成长为更具影响力的顶级供应商。

（4）积极培养能够支撑材料创新力的人才，并为材料行业留住人才

在产学官协同发展的帮助下，进一步实施“强化研究能力，综合全面支持年轻研究人员研究项目”战略的同时，持续培养材料领域优秀的研究力量和技术人才，并通过不断优化材料行业的从业环境，将人才留在材料行业内。