極端制造(也稱極限制造或超常制造)是指在極端條件或環境下，制造極端尺度(特大或特小尺度)或極高功能的器件和功能系統。極端制造集中表現在微細制造、超精密制造、巨系統制造和強場(如強能量場)制造。極端制造是先進制造技術的核心之一。20世紀下半葉以來，極端制造快速發展，并向多領域滲透，已成為當代先進制造的重要特征，是各國搶占新一輪制造技術制高點的戰略必爭之地，其所形成的強大生產力已成為國家發展和國力競爭的重要基礎。我國的極端制造已取得積極進展，但在技術能力、整機產品、關鍵環節等方面都與發達國家存在較大差距，難以滿足行業發展需要。我國迫切需要加緊部署，提升極端制造能力，加快向制造強國轉變。
極端制造是戰略必爭之地
極端制造是一國制造業綜合實力的集中體現。極限制造技術在當今的工業生產中顯得越來越重要，已成為許多高科技技術領域的基礎和前提。極端制造表面上看，是產品尺度及環境的變化，實質上則集中眾多高新科技，具有極強帶動效應。如飛機發動機以高溫、高壓、高轉速、高負荷這“四高”為技術難點，是考量一個國家材料工業和制造工藝尖端加工能力的關鍵產品。各國“航母競爭”的背后是高端裝備制造業、尖端材料學乃至燃料工業等綜合實力的競爭。當今制造強國，均擁有較強的極端制造能力。缺乏極端制造能力，也就缺乏國際競爭的“撒手锏”。
極端制造是各國搶占先進制造競爭制高點的戰略要求。目前極端制造正處于蓬勃發展的階段，工業發達國家早已將極端制造列為重點研究方向。美國1991年就提出將“微米級和納米級制造”列為國家關鍵技術。半導體設備作為重要的極端微細加工設備，是整個半導體產業鏈的基礎與核心，美國則憑借半導體工業的領先地位牢牢把控著制造業的主導權。德國確立了機械制造業持續發展的“綠色制造”、“信息技術”和“極端制造”三大發展目標，為“德國制造”的品質保障提供了有力支撐。
極端制造是帶動工業轉型升級的重要突破口。傳統工業向新型工業化道路轉變的方向已經十分明確，但如何推動轉變仍在探索之中。傳統增長軌跡已顯乏力，亟須在先進制造前沿領域發力。一方面，極端制造從前沿“倒逼”我國制造業轉型升級。如航母用的極細、韌性極高的四條攔阻索由美國和俄羅斯控制，只能依靠自主研制。另一方面，極端制造應用到常規產品設計和制造當中，將對推動產品升級換代以及制造技術的改造提升發揮極強的帶動作用。航母千億元級別的投資也將帶動航空、動力、機械、電子、材料乃至燃料工業的轉型升級，同時也能錘煉中國制造業的復雜大系統集成能力。
全球極端制造能力大幅提升
極端制造是前沿科技和前沿科技產品發展的一個焦點，是制造業未來的重要發展方向。20世紀90年代以來，世界各國都把制造技術的研究和開發作為國家的關鍵技術進行優先發展，如美國的先進制造技術計劃AMTP、日本的智能制造技術(IMS)國際合作計劃、德國的制造2000計劃。極端制造代表著一個國家的制造水平，世界各國對極端制造技術發展給予高度重視，大量時間、資金投入到極端制造的研發推廣中，促使全球極端制造能力大幅度提高。
以大型金屬構件塑性成形制造能力為例，美、俄、法等國建造了一批4.5噸到7.5噸的巨型水壓機;歐美等工業發達國家使用大型盾構機進行施工的城市隧道已占90%以上;作為集裝箱船與碼頭之間的主要裝卸設備，大型集裝箱起重機在世界許多國家和地區都得到了迅猛發展。在微制造方面，全球極端制造的最新成果目前已初見端倪，如微射流光纖傳輸系統，比目前的光纖傳輸速度快約10倍;正在研制的量子計算機，其運行3秒的速度，相當于現在計算機運行上百億年的計算量。隨著現有極端制造技術日趨成熟，極端制造在多個領域實現新突破，廣泛應用于航空航天、交通、通信、石油、生物醫藥、農業等多個領域，幾乎所有人接觸到的領域都能見到極端制造的身影。
目前全球的極端制造還存在一些難題有待解決，制造技術突破的焦點主要集中在以下幾個方面：一是如何在超強能場誘導下實現物質的多維、多尺度演變和制造目標。例如大型構件制造、芯片高密度倒裝界面的能量傳遞與轉化;二是微結構的精密成形、選擇性性能演變與制造目標，包括微生長、微成形、微去除等制造界面處的能量與物質傳輸等;三是微系統的組裝與功能形成，即如何將量子力學、微動力學、分子動力學等規律運用到微驅動、微操縱、微連接等過程中，形成一個功能強大的微系統;四是建立功能穩定、運行精確的復雜功能系統。與此同時，在極端環境下的多場耦合、隨機擾動與過程穩定問題，也尚待解決。
隨著中國在極端制造方面研發力量的加大、貿易規模的擴大，中國在該領域已經取得了不少重大突破，越來越多的極端制造產品在中國問世。在極“大”方面有30萬噸的超級油輪、7000米的蛟龍號載人深潛器、全球最大的36000噸垂直金屬擠壓機等專業化裝備;在極“小”方面有微納芯片等。不僅如此，一些極端制造技術已經在公共安全、航天航空、石油化工等眾多領域獲得成熟應用，并且近年來這些領域的產業規模、產業結構、技術水平都大幅度提升，形成了若干具有國際競爭力的優勢產業和骨干企業。
極端制造呈現出新發展趨勢
未來的科學技術必將在各種高能量密度環境、物質的慎微尺度、各類復雜巨系統中不斷出現新發現、新發明。新世紀科學與社會對制造的挑戰將會產生全新極端制造，新一代極端制造也必然制造出更完美的產品。整體上極端制造將朝著極大、極小、極精等方向極速發展，極端制造業呈現新的發展趨勢。
極端制造產品將實現智能化、自動化、低成本化，產品性能高、功能多且環境相容性強。計算機技術、信息技術等新技術與制造業技術的完美融合，使極端制造產品呈現新的特點。制造技術的發展會提高產品智能化、自動化程度，極端制造技術不斷地改善成熟，將大幅度降低制造成本。新技術的應用，一方面，在產品投入生產之前能夠通過計算機技術進行仿真模擬，判斷其最終效果，及時反饋信息，再根據這些信息不斷調整設計，提高產品性能，實現產品多功能化;另一方面，通過對各種資料信息的收集處理，提高對極端環境、極端條件的把握度，使最終生產出來的產品最大限度地與環境相容。
技術是極端制造業發展的關鍵，極端制造的技術研發力量將會集中化、專業化，研發投入會增加，極端制造技術將具備領先性、發展性。隨著人類生存和發展環境日益復雜、人們對新極端領域的探索欲望增加，極端制造方面的研發力度也會進一步加大。為了降低研發成本、提高研發效率，極端制造產品及技術的研發將會呈現核心產品集中攻關，相關技術各展所長、聯合開發的態勢。極端制造技術將具備可推廣性強、市場前景廣闊、經濟效益好的特點，并能夠在多個領域廣泛應用，滲入到社會的各個層面。
極端制造的運行系統會復雜化，穩定性、精確度將有所提高，微系統成為突破重點。隨著外部環境的日益復雜，為了減少復雜外部環境對系統內部運行結果的影響、滿足更多的功能需求，極端制造的運行系統也將復雜化，系統穩定性、精確度會在市場的驅動下逐步提高。與巨系統相比，目前對微觀條件下的機械系統運動規律、微小構件物理特性、載荷作用下的力學行為等認識不夠充分，未能基于一定理論基礎形成成熟的微系統設計理論，一切的行為尚處于摸索階段，微系統的研究亟須突破，未來在該領域有望取得新進展。
綠色制造模式是實現制造業可持續發展的制造模式，面對日趨嚴格的環境與資源約束，極端制造也必須走上“綠色化”道路。綠色極端制造要求在整個制造過程中，對環境產生的負面影響小，使廢棄物和有害物質的排放量最小化、資源利用效率最大化;產品必須采用綠色原料、綠色資源、綠色技術進行生產，產品在生命周期內都符合環保、健康、耗能低、資源利用率高的要求;循環式制造技術將被采用，產品的回收率和循環再利用率得到提高。
我國在極端制造領域存在較大差距
極端制造的應用不足。目前我國在大型構件制造方面落后于世界先進水平，船舶、電力等大型工業裝備制造難以擺脫對國外的依賴。盡管單項技術指標很高，但我國在超精密加工設備的研制和生產等方面存在著較大的差距，應用處于初級階段。例如Precitech公司和Moore公司已商品化生產五軸超精密切削加工設備，而國內的金剛石切削設備目前只做到了兩軸。極端制造在國外已廣泛應用，并為產業發展提供了有力支撐。以大型金屬構件塑性成形制造能力為例，美、俄、法等4.5萬～7.5萬噸的巨型水壓機，大大提高了大型飛機的制造能力及洲際運載能力。產品價值鏈高端缺位，產品缺乏國際競爭力，行業內未能產生世界知名品牌。中國極端制造業產品檔次不高，絕大多數處于價值鏈低端，為用戶提供系統設計、工程承包、維修改造、回收再造等服務未能得到培育，生產性服務業發展滯后。中國極端制造現階段普遍采用的模式為引進──模仿──改善，引進的產品、技術大多在進口國已經過時甚至遭到淘汰，后發劣勢明顯，產品在國際市場上缺乏競爭力，未能形成具有代表性的世界知名品牌。
極端制造的制造能力不足。我國雖然在大型、超大型機床制造、精細制造等領域取得一定進展，但與發達國家相比，整體上仍存在較大差距。比如納米制造領域，目前中國納米技術在納米電子器件、納米生物醫藥等納米科技領域研究能力薄弱。中國絕大多數的納米加工、檢測的儀器設備均采用歐美日等國家的產品，自主研發的設備占有的市場份額很少。雖然我國微電子產業已具備一定規模，但微制造的科學研究未形成對整個領域有影響的研究成果，幾乎沒有自主的核心技術，依靠引進技術與裝備形成的制造能力滯后于國際先進水平1-2代。自主創新能力弱，缺乏核心技術，關鍵零部件發展落后，關鍵技術和高端裝備進口依賴度高。在中國極端制造業中，擁有自主知識產權和自主品牌的技術和產品少，在許多高端裝備領域未能掌握核心技術，高端主機和成套設備所需的關鍵零部件大量依靠進口，高端產品不能獨立完成生產，大多由國外提供設計，采用進口的核心技術和關鍵零部件，在國內進行加工組裝完成。以高檔數控機床為例，我國90%高檔數控機床、95%高檔數控系統以及70%高檔數控機床配套的高檔功能部件需進口。
極端制造的研發不足。極端制造技術涉及到現代設計、智能控制、超精密加工等多項高科技，需要發揮多學科優勢進行聯合攻關。目前，我國極端制造基礎技術開發不足，極端制造技術研發投入過于分散，產品研發孤軍深入，尚未形成體系，產業化進程困難重重。用于研究的材料計量、測量和表征技術明顯落后于國外，在多自由度重載操作裝備方面的研究十分薄弱。納米材料等極端制造領域的基礎研究、應用研究和開發研究出現脫節，學科交叉，技術集成不夠。產品、技術研發投入力度相對先進國家較小，研發隊伍單一。中國的研發投入占GDP的2.08%，這個比例相較先前已經有了突飛猛進的發展，但是和工業發達國家相比仍然較低，美國在2.9%的基礎上還有追加。中國企業研發投入平均在1.2%，低于國際上對企業可持續發展3%的規定，美國、日本則分別為4.9%、3.8%。中國極端制造的發展對國家依賴性強，從研發到應用推廣的全過程國家參與度高，企業自發性研發少，且企業之間缺少研發合作，不利于形成以企業為主導的極端制造產業。
我國極端制造發展不平衡。一方面，在國際市場上已經成熟的極端制造產品在我國市場上出現產能過剩，另一方面，在一些中高端極端制造產品上卻存在很大缺口，這種缺口不僅表現在技術上的缺乏，還表現為生產極端制造產品所需材料的缺乏，對進口依賴性高。與此同時，從整體上來看，中國在極“大”方面的表現優于極“小”，極“小”方面的成就優于極“精”;與極端制造技術和產品相比，支持多種極端制造技術和產品得以有效運轉的系統制造相對滯后，極端制造業內部發展不平衡。
提升我國極端制造能力若干思考
隨著我國新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步推進，中國超大的內需潛力將被激發出來，新的安全需求、民生需求、消費需求，都要求我國極端制造業再上臺階。不僅市場驅動著中國極端制造的前行，國家政策也在為國內極端制造的發展保駕護航。當前中國制造業正面臨工業發達國家高技術創新優勢和發展中國家低端產品更低成本優勢的雙向擠壓，國內發展以極端制造為代表的高端制造業呼聲高漲。國家出臺多項政策都將極端制造列為重點支持對象，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》明確指出注重極端制造技術的發展，《中國制造2025》更是直指極端制造。極端制造業的發展迎來大好時機。
把握機遇，將極端制造作為發展的戰略重點。現代基礎工業、航空、航天、電子制造業的發展，促成了各種超常態條件下制造技術的誕生。極端制造是制造業面對日益個性化市場需求出現的新趨勢。哪個國家能夠更快地搶占極端制造制高點，哪個國家就是當代制造強國。當前，世界各國對納電子、強場制造等處于起步和發展階段，迫切需要把握這一歷史時機，將極端制造列入國家發展的戰略重點。
夯實基礎，加大極端制造重點領域研發力度。目前國內對極端制造研究力量、目標與規劃尚未有效協同。迫切需要國家將極端制造列入國家重大基礎研究規劃、國家自然科學基金等各項重大國家計劃，明確戰略目標與戰略重點，凝聚國內優勢學科力量。同時，突出以建設巨系統、微系統、超強制造等研發轉化基地為重點，加快建立材料體系、器件與系統、制造工藝、制造裝備、精密檢測、精良控制等科學基礎研究平臺。
應對挑戰，加緊布局極端制造前沿領域。現代基礎工業、航空、航天、電子制造業的發展，對機械工程技術提出了新的要求，促成了各種超常態條件下制造技術的誕生。當前，極端制造技術處于快速發展變化之中。從極端制造所達到的“實際制造極限”距離“理論極限”還有相當大的差距。迫切需要積極應對挑戰，關注現代極端制造的前沿領域變化和發展。
