著新的革命性突破。纖維材料是材料科學中的重要分支，也在此正經歷著深刻變革，并孕育著巨大的創新機會。

纖維材料作為新材料前沿發展的重要領域，隨著物理、化學、生物、醫學、信息等多學科深度交叉融合，正朝著高性能化、智能化、綠色化快速演進，變得可感知、可變色、可儲能等。同時，正孕育催生著新的模式、業態和產業發展空間，未來將直接影響和帶來傳感器、微電子、生物醫藥、節能環保等應用領域的深刻變革。

大纖維產業面向未來智能社會發展，是先進制造業與戰略性新興產業發展的重要突破口，是傳統產業升級創新的新密碼。大纖維產業具有新技術融合度高，跨行業領域多，輻射范圍廣等特點，是一項需政府推動、前瞻布局的新興產業。

這一期我們重點關注工業智能制造大潮下的“大纖維”產業，讓我們來認識大纖維產業與工業制造的關系，以及未來共同開啟的新的市場，以期這一跨行業的產業能夠實現技術共享，產業機遇共享！

專題目錄

市場分析：

智能科技下的大纖維產業發展現狀與動向概述

專家觀點：

華中科技大學教授　　劉德明

浙江大學教授　　邱建榮

香港理工大學教授　　陶肖明

中國科技自動化聯盟秘書長、大纖維產業工作組組長　　王健

市場分析——

智能科技下的大纖維產業發展現狀與動向概述

大纖維的含義

大纖維的所謂“大”有著多重內涵，既包括由一系列理論和技術突破以及跨界交叉融合所帶來的具有智能、超能、綠色等特點的纖維材料創新，也包括由這些纖維所編織的各種先進織物、器件和系統，還包括被顛覆性改變的以及新誕生的應用產業集群。因此，大纖維既是一個重大的前沿科技概念，更是一個戰略型、創新型產業集群概念，以及一個蘊含著上萬億價值的藍海市場概念。

專家們斷言：大纖維將是新一輪技術和產業革命的強大推手或使能手段！

大纖維的學科交叉性

1.大纖維的誕生和興起是材料、信息、電子半導體、機械、生物、能源等多個基礎學科交叉融合發展的結果。可以預料的是：隨著支撐大纖維的基礎理論和技術理論的不斷突破，將催生“大纖維”這樣一門充分跨界的交叉學科。

該學科以新型纖維材料為研究對象，以納米技術、分子設計、合成生物和轉基因科學等為主要理論基礎，以多材料、多結構、多功能為特點，以智能、超能、綠色為特征，探討纖維與感知、計算、儲能、通信和執行間相互關系，并從中歸納和總結出普遍規律和應用方法。

2.大纖維與其他領域的交叉融合

融合是指將兩種或多種不同的事物有機地合成為一體，也指兩種事物在各個層面相互交融，和諧共處。當今的融合已經開始取代事物原始的區分和界線，進入了無界別時代；時下的融合也是跨界的，多維度的融合，如：自然融合：纖維加工過程及材料來源綠色，低碳，節能，環保。

人體融合：創新產品與人體相融合。產品不僅滿足人們的需求，還給人體帶來舒適、安全、智能的感覺，與人體親合。

產業融合：以應用為導向、以產業鏈垂直整合和橫向整合為基礎的纖維應用優化。

技術融合：各種技術交叉、多重組分復合、高層次結構構筑、有機-無機雜化、纖維材料與纖維加工高度融合等。其中大纖維技術和ICT 技術、智能制造技術的融合趨勢非常突出。

發達國家纖維技術與產業發展動向

近50年里，科技融合、應用擴展、需求升級，不斷賦予纖維行業新的生機和增長潛力，推動纖維產業的顛覆性發展，催生新一代纖維的出現。

現代纖維產業既保持了與紡織工業的血脈聯系，又突出了下一代纖維技術多學科、跨領域的特征，特別是其產業鏈和顛覆性影響將延伸至其他許多重要行業的特質，已經完全不同于傳統紡織行業。美國、日本和德國等發達國家已經率先意識到下一代纖維將產生的革命性影響，從包羅數十個產業領域的戰略高度和遠眺20年后的時間跨度來理解及勾畫該產業，并通過技術突破、產品革新、跨界融合，在下一代纖維發展大潮中率先布局。

美國政府為主要推動者，提升美國制造競爭力

美國為確保自身處于纖維科學的最前沿，保障具備卓越屬性的現代纖維生產能力，從國家層面上進行了戰略部署。2015 年4 月1 日，美國國防部承諾出資7500 萬美元設立“革命性纖維和紡織品制造創新研究所”（Revolutionary Fibers and Textiles Institute for Manufacturing Innovation，RFT－IMI），RFT－IMI聚焦于革命性的纖維和紡織品的創新制造，將確保美國在光纖科技、商業化的纖維和高技術紡織品等新產品的前沿創新技術和制造鏈中具有非凡的地位。麻省理工學院率領來自28 個州的89 家制造業企業、大學和非營利機構組成的美國先進功能纖維制造創新機構（Advanced Functional Fabrics of America, AFFOA）負責該創新研究所的建設，目前已經開展了大量的工作，數字化革命和物聯網技術的飛速發展，促使了紡織纖維與多學科、多領域的技術交匯融合，催生了“智能纖維”這一重要產業。美國革命性纖維發展以智能纖維研發與生產為核心，并在纖維應用領域拓展與軍轉民等方面進行了全面部署，尤其在軍用新一代纖維和紗線、技術紡織品等領域推進發展智能纖維產業。美國在軍用智能纖維領域已經具備堅實的應用基礎，以纖維國防應用為切入點，將軍用領域逐漸過渡到民用領域的開發應用。美國國家科學基金會（NSF）等官方機構組織了專門的研討會，定義了十二大應用領域，包括農業、建筑、國防、基建和家居等，新型纖維和紡織品的應用均顯示出各自的發展優勢。主要包括：

1）注重輕質和防火性，開發具有非凡的強度以及包含電子傳感器的纖維。

2）智能功能性纖維。將纖維、紗線與集成電路、LED、太陽能電池及其他器件和先進材料等進行結合，實現看、聽、傳感、通信、儲能、控溫、健康監測、變色等功能。

3）空氣過濾器及防護服用纖維。將發電和儲電能力植于纖維中，制備超高效、節能的空氣過濾器，以及可以調節溫度、探測威脅的制服，如感知化學或輻射元素等威脅。

纖維與ICT 技術融合之后所形成的智能化特質，是與傳統纖維的最鮮明差異。AFFOA 的目標就是要把延續了幾千年的傳統纖維、紗線和織物轉變成為高度復雜、集成、網絡化的智能化電子器件和復雜的電子系統。其領軍人物Fink教授進而提出AFFOA 摩爾定律，以揭示下一代纖維的劃時代意義。

AFFOA 的目標與同期（2016一2020年）歐盟的1D-NEON 計劃目標基本相同。但美國例舉的應用重在軍用和保證國家安全，歐盟確立的應用項目均面向民用和產業用，而且項目計劃、體系架構、合作伙伴在價值鏈上的分工等相對比美國AFFOA 更加透明。

日本企業早早布局，確保技術領先

日本企業在全球高性能與高功能纖維領域早已布局，在碳纖維、對位芳綸和超高分子量聚乙烯三大高性能與高功能纖維的研發和生產方面占據優勢，并特別注重以高性能與高功能纖維為核心的整個產業鏈的研發。如通過與紡織企業、下游產品公司的業務合作來保持其產業優勢，在高功能纖維設計、后道面料開發、評價到整體的服裝應用等方面重點開展研究，以提升纖維推廣水平。

日本纖維紡織行業將70%的R&D 經費投入新產品新技術的研發上，無論是產品的種類、系列化開發、性能指標還是生產成本，日本企業均具有很強的競爭力。以碳纖維領域為例，日本公司占據從碳纖維到復合材料制品的生產和研發的制高點，高性能纖維領域優勢促使其在工業領域的應用得到快速發展。以東麗為代表的日本碳纖維生產企業，從PAN 基碳纖維發明初期就看清了其在制造業的重要價值，并持續投資進行技術積累，僅東麗一家至今已投入超過1400億日元。

根據東麗公司的測算，2010 年日本企業在該領域已經占據了全球70%的份額，成為全球碳纖維市場的龍頭。同時，日本企業在將碳纖維應用于軍用、航空航天以及汽車等方面占據了先機，依托具有強大研發能力的東麗、帝人等企業，以及海外立的研發機構，面向全球市場促進多領域應用。2014 年，日本東麗與波音公司簽訂了高達一萬億日元的合約，成為波音787及777X 的獨家碳纖維供應商，并將與波音共同開發新的適用于航空器的碳纖維材料。

這當中日本政府和聯盟組織起到了重要的助推作用。日本政府通過經濟產業省以及新能源·產業技術開發機構（NEDO）給予了研究開發上的支持。為集中產學研多方力量，承接NEDO 與經濟產業省在革新型新構造技術研發領域的項目，2013年10月日本成立了新構造技術研究聯盟（ISMA），全面掌握產業中存在的問題和需求，有效服務于產業的各個環節，同時也有利于聯盟會員在市場爭中彼此優勢互補，風險共擔。

德國推進紡織業產業結構轉型，立足技術紡織品

德國紡織業自上世紀70年代以來持續推進產業結構轉型。隨著全球化的加深、國際大分工的演進，德國將勞動密集型的紡織產業逐步轉移至低收入國家，本土則專注于研發、生產、銷售技術含量和附加值更高的技術紡織品，努力保持在某些專業領域的市場領先地位。

德國于2013 年4 月推出的名為“未來紡織”（futureTEX）的國家級戰略，明確提出了紡織業提升的定位：“讓紡織業持續成為德國最有創新活力的行業之一”，并將其和工業4.0進程緊密結合在一起。德國紡織業振興的三大戰略目標是：要通過產業升級改造，振興德國傳統紡織業基地；要將紡織行業作為工業4.0的急先鋒，引領德國的創新發展；著眼于國際產業的重新布局，致力于將先進紡織業遷移回德國和歐洲。futureTEX 項目強調循環經濟和新材料研發，希望在紡織業實現節能、環保的生產流通過程，并且具體提出了節能、提高原材料利用率、可再生性原材料等研究方向。

目前，德國已經是全球最大的技術紡織品出口國，占全球出口市場的12.5%，技術紡織品銷售額在德國紡織業中的比重已從1985年的5～8%提高至一半以上。

就研發而言，德國明確將未來重點放在較為先進的產業用技術紡織品方面。其三大紡織基地，分別為南部的巴登—符騰堡州和巴伐利亞州、西北部的北萊茵—威斯特法倫州、原東德地區的薩克森州和圖林根州。利用德國公司這方面已有的市場優勢以及德國眾多大學、研究所的強大研發實力，通過“跨界”研究來進一步樹立世界范圍內的領先地位。強調基于價值鏈的智能工廠、未來的紡織品工廠、數字化制造過程、大規模定制和新的商業模型構建以顧客為中心的柔性價值鏈。

為提升技術紡織品的生產條件，應對國內外技術、市場、政策問題，德國紡織業成立了一系列的協會、聯盟，實現跨界發展。如成立德國最大紡織領域專業協會——技術紡織品、紗線和織物工業協會（IVGT），代表全國六成以上紡織企業的利益。同時，在德國紡織與服裝協會（Gesamtverband textil+mode）分列的技術紡織品相關專業協會組別里，除了IVGT外，還包括德國聯邦醫療技術協會（BVMed），德國針織行業協會（Gesamtmasche），德國功能性織物、卷簾、遮陽工業協會（ITRS），德國家用紡織品協會（VDHI）等。

我國纖維技術和產業面臨的挑戰、動向和趨勢

近年來，我國高新技術纖維產業取得了長足的發展，關鍵技術和裝備實現突破，產業化進程不斷加快，成為世界上少數幾個可以生產多種高新技術纖維的國家之一。但是，與國際先進水平相比，還存在諸多問題，面臨多種挑戰。

有效供給不足：面對國內高新技術纖維的巨大市場需求，一方面，部分規格和品種重復布局建設，普遍產能過剩，開工率不高；另一方面，真正高性能的纖維品種嚴重依賴進口。這說明我國的產業競爭力差，有效供給不足，難以支撐相關產業的發展。碳纖維方面，目前國內碳纖維市場總需求約1.5萬噸，而國產碳纖維用量不到 3500噸，國產化率不到30%，如國產C919大型民航飛機所用的T700和T800碳纖維仍依賴進口；芳綸纖維方面，目前我國產能達6000噸，需求約7000 噸，然而國內實現供給僅1000 多噸，其余全部依賴進口，尤其是高端產品基本全部來自進口；超高分子量聚乙烯纖維方面，目前國內市場需求量約2噸以上，而國內產量僅8000噸。

關鍵技術有待突破：高新技術纖維生產流程長、控制點多，技術水平要求較高，核心技術亟待突破。碳纖維方面，PAN 原絲質量還沒有真正過關，裝備技術不成熟，難以支撐碳纖維產業的發展；芳綸纖維方面，聚合紡絲、溶劑回收、工程化關鍵技術和關鍵設備的加工制造技術等有待突破；超高分子量聚乙烯纖維方面，技術發展水平薄弱，產品質量穩定性相對較差，纖維抗蠕變性能差，干法生產線制備關鍵技術亟待突破。

標準體系不健全：在高新技術纖維產業化建設中，規范產品性能尤為重要。目前相關技術標準和應用領域設計規范多由國外制定，例如日本碳纖維產業聯盟的會員在行業標準修訂工作中發揮著積極的推動作用。標準體系不健全嚴重制約了我國高新技術纖維產業的發展。

從目前的形勢來看，高新技術纖維發展的趨勢有以下幾點：

1.纖維產品向生態化、高性能、高功能及結構功能化方向發展；

2.纖維成分由單一向復合、簡單向多重復合方向發展；

3.纖維尺寸向低維化、精細化方向發展；

4.纖維設計與開發數字化技術;

5.纖維制造向高速、高效、短流程、全自動、規模化方向發展。

大纖維創新價值鏈

大纖維應該擁有一個跨學科、跨行業、跨組織、跨地區的創新價值鏈，我們可以沿著理論研究—技術研究—材料開發—工藝開發—裝備開發—產品開發—集成與應用的價值傳遞鏈條來進行分析。在價值鏈上，所有的從業者或組織都有自己的位置，不同的環節對行業價值的貢獻度也截然不同。

綜合來說，當前支撐大纖維的基礎理論有四種，在這些理論支持下，相關技術的開發獲得了不同程度的突破，具備各種特性的大纖維樣品被開發出來，其中大多數處在實驗室階段，個別成功走向了商業化。

相對于纖維材料特性的不斷進步，對商品化而言至關重要的工藝和裝備開發則顯得相對滯后，其中原因：一方面是大纖維的制造工藝涉及多方面的技術儲備，跨領域的工藝知識對于研發團隊來說比較陌生；另一個方面是許多大纖維產品還處在商品化的早期階段，在沒有批量訂單的情況下，相應的工藝得不到驗證和改進。但也有一些環節由于采用了其他領域成熟的技術路線，反而創造性地解決了關鍵問題。在工藝和裝備開發過程中，具備復合知識結構的跨領域團隊優勢明顯。

采用大纖維的產品開發和集成應用環節集中了最多的創業團隊和公司。這個環節的核心是對應用場景需求的準確把握，以及把大纖維和其他構成產品或解決方案的要素做很好集成的能力。可以預料的是，這個環節受益于大纖維帶來的無限可能性以及創新公司對客戶需求的創造性挖掘，將呈現百花齊放的局面。

對于創新價值鏈來說，大多數中小企業或組織都選擇在價值鏈上占據一個點或者少數環節，通過聚焦有限資源于一點，建立自己的競爭優勢。但是也有個別企業通過不斷向兩端擴展，通過長期投資，把控了從材料研發、工藝開發、裝備開發乃至下游應用開發的全鏈條，從而建立了極大的競爭優勢和極高的進入壁壘。

這方面的經典案例來自日本東麗公司。作為一個案例，上海長勝電子通過將柔性電子印刷技術應用于織物，不僅開發了自己獨有的高精度數字印刷工藝技術，還開發了印刷裝備和墨水耗材。在商業模式上，長勝電子通過與世界著名服裝公司建立合資企業，直接用自己的裝備來做環保服裝并向這些品牌商供貨，從而有效控制了價值鏈的主要環節，進入一種可持續發展的狀態。

大纖維技術發展路線圖

即將成立的大纖維技術產業協同創新盟的最重要工作之一，就是組織全球范圍內的專家，對大纖維技術發展中長期路線圖進行規劃，并以兩年或三年為周期定期維護和更新。做中長期技術發展路線圖的方法，典型的有未來場景法、技術進化樹法、以及生命周期法、九屏幕法等。

第一步，從未來20年可能的人類生產和生活的應用場景出發，識別出未來的產品特性，據此識別出支撐產品實現的技術以及技術應該達到的水平；第二步，從當前的技術水平出發，基于現有的資源和能力，規劃出未來3、5、10、15、20 年的技術發展關鍵節點；采用這樣自頂向下和自下而上相結合的方法，我們可以得到某一個技術發展的中長期路線圖。這就是所謂的未來場景法，即POF（Pictures of the Future）方法。

而技術進化樹法，即TRT（Technology Revolution Tree）是基于技術系統進化法則，對組成技術系統的所有組件，按照其客觀進化規律發展出若干未來形態或識別出若干未來特征，不同組件的不同形態可以組合成各種未來的產品或技術系統。開發大纖維技術路線圖，是涉及全行業的一件大事，需要跨組織、跨地域、跨領域的全行業專家參與并貢獻，而大纖維聯盟將起到發起、組織和協調的作用。

專家觀點——

您認為這場大纖維產業革命的本質是什么？它會影響和改變什么？

劉德明(華中科技大學教授)：

所謂“大纖維產業革命”，本質上是物聯網和人工智能在紡織業的一個應用延伸，也就是通過賦予纖維“感知”和“信息處理”功能，使傳統的織物變得擁有生命和智能。從這個意義上講，可以稱之為一場產業革命。

這場產業革命將影響和改變紡織行業的各個方面，首先是智能纖維技術，涉及到紡織業和信息與互聯網技術的密切結合；其次是生產技術，即如何讓智能纖維與織物有機融合；第三是設計技術，主要解決這種具有生命的智能織物如何與傳統的設計有機結合；最后是應用技術。

毫無疑問，在這場產業革命中，人工智能(具體即指智能纖維技術)至關重要，但紡織業仍然是這場革命的主導力量，是最基礎的東西。

這場纖維革命雖發端于織物，但它影響和改變的遠非紡織業。您認同這樣的理解嗎？

邱建榮(浙江大學教授)：

認同。比如智能服裝能通過纖維收集著裝者的心跳數、姿勢、位置、心電圖等，及時了解其健康狀況。智能服裝可以說是各種功能元器件的集成系統，對各種纖維的構型和功能提出了新的更高要求。新的應用會促進人們對纖維以及其它材料的認識。

您認為中國該如何抓住這場產業革命的機遇？

邱建榮(浙江大學教授)：

現階段已經得到學界的普遍認同，感到這是一個很好的契機。接下來需要從上到下布局籌劃，加大宣傳普及，組織力量，進行實施。

為什么市場上還沒有看到成熟的智能服裝產品？

陶肖明(香港理工大學教授)：

主要是產業鏈的問題。目前智能服裝的產業鏈還不存在。單個器件無法應用，必須成為系統，才能進行應用。由于智能服裝涉及的產業鏈很長，從器件到硬件、到軟件、到服務、到標準，沒有現成可借用的產業鏈。

另外就是缺少橫貫紡織和電子兩個領域的人才。智能紡織品是紡織和電子兩個領域的跨界融合，雖然這兩個領域單個的發展都很成熟，但缺少連接的橋梁。

作為大纖維概念的提出者，您和大纖維工作組專家提出這一概念的基本判斷是什么？上海在其中可能發揮怎樣的作用？

王健(中國科技自動化聯盟秘書長、大纖維產業工作組組長)：

我們的基本判斷是：作為下一代工業革命使能技術，大纖維將給下游許多產業帶來深刻的影響，并從根本上改變這些產業的生態，從而誕生一個龐大的新興產業集群。“大纖維產業”將有力推動下一次工業革命的到來，徹底改變我們的生活方式，極大地促進人類社會的進步。