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美国先进制造业战略计划的分析

供稿:中国工控网 2016/9/18 11:27:59

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2008年金融危机后,美国的智囊团进行了深刻的检讨,并启动了工业化战略,2012年推出《美国先进制造业国家战略计划》,在2013年进一步推出《制造业创新国家网络》。

何谓先进制造业?从设备、工艺和组织的数字化3D打印(或增材制造)以材料定制设计的特性,一大批创新的设计、生产和经营能力都为新类型的制造业打开变革的通路,集成在一起简称为先进制造业。


他们认为,制造业对于国家经济实力以及国家安全问题至关重要。相比任何其他行业,具有全球竞争力的制造业可以把发明、研究和新的创意转化为更好或更新的产品或工艺。


先进制造业需要一个创新的、有许多相互关联要素的生态系统,包括企业家、工人、税收政策。没有制造业,经济建设及创造就业机会的力量将大大弱化。


举个例子,制造型企业引入新的或显著改进的产品或服务,几乎是服务型企业的三倍。美国制造业正处于变革的关键点。先进的制造业需要的不仅仅是制造高科技产品,还包括使用新的、领先的设备和工艺。这些要素使制造企业能够制造更好的、唯一的、甚至更便宜的产品。先进的制造技术在制造业的应用也有利于工艺快速改进和不同新工艺快速整合,进行更改设计变得更加容易,如新特征零件或替代材料,可容纳定制和高性价比的小批量的生产。卡特彼勒公司在应用、整合了CAD、CAE和CAM的产品全生命周期数据管理系统后,设计变更的时间缩短为原来的1/10。


在先进制造业中,产品创新和工艺创新是相辅相成的。研发人员或工程技术人员发现新想法和新工程方法可以迅速地转化为新产品和新工艺。由于技术越来越密集,技术发展变化越来越快,先进制造企业需要高技能工人在高水平执行系统中才能赢得全球竞争。


先进的制造业的发展为美国提供了一条突破的路径,以重振其在制造业的领导地位。美国强大的科技基础和科技创新能力,将强有力地支持美国制造业,让美国成为持续的知识生产和技术创新国家。全球经济发达的国家大大受益于制造业和制造业相关的研发活动——创新和竞争,美国也不例外。


美国制造业正面临巨大的挑战,美国在制造业的领导地位,尤其是在创新方面正面临着风险。美国高科技制造业在全球总产量中领先,但美国占全球市场的份额却从1998年的34%下降到2010年的28%。在同一时间,美国的全球高科技出口份额从22%下降到15%左右。有一个广泛的共识,美国为在21世纪的繁荣,必须有一个高绩效的制造业。在最近的一项调查中,85%的美国人认为制造业对美国人的生活标准很重要,而77%的人认为对国家安全非常重要。符合这一主流观点的是,79%的美国人认为,建设强大的制造业基地应该是国家的优先事项。如果美国制造业在全球竞争中如2008年之前的10年那样衰退,必将造成产业空心化,进而消弱美国在全球市场的发明、创新和竞争力等核心能力。


因此,为了重塑美国在制造业方面的竞争力,美国政府近年来采取一系列的务实行动来促进制造业的回归及强调实业立国的国策。


美国制造业的国家行动


2011年 美国先进制造业伙伴关系计划 创造高品质制造业工作机会以及对新兴技术进行投资 提高美国制造业全球竞争力


2012年 美国先进制造业国家战略计划 围绕中小企业、劳动力、伙伴关系、联邦投资以及研发投资提出五大目标和具体建议 促进美国先进制造业的发展


2013年 美国制造业创新网络计划 计划建设由45个制造创新中心和一个协调性网络组成全国性创新网络,专注研究3D打印等有潜在革命性影响的关键制造技术 打造成世界先进技术和服务的区域中心,持续关注制造业技术创新,并将技术转化为面向市场的生产制造项目


先进制造技术不是一项技术,而是一项技术体系的创新和整合,启动这样的技术革命,需长时间、巨额、高风险的投入,这不是任何一个中小企业所能承担的。在面对制造业新一轮的技术革命中,美国也面临着巨大的挑战:


(1)为了加快创新和先进制造能力的实施,需要在现有的美国创新体系中弥补一些差距,其中:“市场失灵”是对中小企业投资的一个主要的威慑力量,必将阻碍新的尖端技术创新的启动和推进,进而阻碍先进制造业快速转型。时间跨度通常超过投资者期望。因此,企业不愿意投资那些致力于超越现有产品和流程的增量改进技术的开发工作。


(2)随着技术和产品变得越来越复杂,它们的生命周期萎缩,想要成功地掌握从实验室到市场所有阶段的技术,需要整个产业体系的参与者做出贡献,包括:设备、零部件和服务的供应商,学校培训项目,公用事业和其他基础设施系统的供应商。


(3)随着全球竞争的加剧,制造和销售高附加值的产品成为热潮,这些所谓的创新生态系统的能力和绩效也必须提高。


2012年,美国发布了《先进制造业国家战略计划》。美国先进制造业国家战略计划的五大目标分如下:


(1)增加先进制造业技术投资,特别是中小企业的投资,促进它们更有效地利用联邦政府的力量和设施,包括联邦政府部门的早期采购促进计划。


(2)大量培养先进制造业增长所需的技术工人,让培训和教育系统对先进制造业对技术人才的需求做出快速有效的反应。


(3)创造和支持国家和区域的政府和私营企业,建立政府—企业—专业机构的伙伴关系,加速投资和开发先进制造业。


(4)通过跨机构的组合视角来优化联邦在先进制造业技术的投资并做出相应调整。


(5)增加美国公共部门和私有部门在先进制造业的总体研发投资。


2013年,美国发布了《美国制造业创新网络》(NNMI)。美国联邦政府耗资10亿美元,依托美国的研究型大学和大型企业的研究机构,在第一阶段设立15个与先进制造业密切相关的研究机构。以这些研究机构为节点,构建先进制造业所需的技术,这些技术协作构成先进制造业所需的技术网络体系。每个研究机构都可以招募会员企业,一方面,把政府、社会研究机构和企业进行对接;另一方面,会员企业共享研究成果,中小企业缴纳一定的会费就可以成为会员,可以以很低的成本享受先进制造技术创新的成果。其期待的结果是,联邦政府以极少的资金,合理地组织社会资源,构建让所有企业共享的快速创新体系。每个研究院在未来3~5年内,就可以脱离政府的资助,依靠会员会费实现生存 发展。


2012年8月,由政府部门和私营部门共同出资8500万美元,在俄亥俄州的扬斯顿建立“国家3D打印机制造创新研究所”。2013年5月,美国政府宣布为5个联邦部门提供2亿美元的资金,成立了“轻量制造和现代金属制造业创新研究所”“数字制造和设计创新研究所”和“下一代电力电子制造研究所”3个制造业创新中心。2014年2月25日,奥巴马制定的2014年4个制造业中心构建计划中的首个——“复合材料制造业研究所”成立。目前,“宽频半导体研究所”“集成光电子研究所”“柔性混合电子制造创新研究所”“智能工厂研究所”“革命纤维与纺织制造创新研究所”正在筹划建立。


制造业创新网络计划提供了一个制造业科研基础设施体系,其中美国的工业界和学术界合作,以解决行业相关的问题。该制造创新国家网络是一个研究机构网络,每一个制造创新方向都有一个研究院来针对这个焦点,集成社会的力量进行研究。网络整体一个共同的目标是创造、展示和部署先进制造业所需要的新材料、新功能和新制造工艺的技术体系。通过制造业创新网络计划聚焦产业界、学术界和政府合作伙伴,充分利用现有的资源进行协作和合作投资,以培育制造业的创新土壤,加快创新的商业化。


作为可持续制造创新中心,其目标是开发能够提升所有企业的先进制造技术,创建、展示和部署新功能,用以提高制造业生产力。


通过由公共和私营部门的最优秀的人才和能力汇集成一个尖端技术开发基地,帮助企业开发推广先进制造技术。否则巨大的投资风险让企业不会投资于先进的制造研究。建立人才流水线,可支持先进制造业。


该机构和整个网络将是行业主导的。他们将与企业(大型和小型企业)合作设计和实施(建立和启动)。学术界、非营利组织和各州及联邦政府启动联邦资金以加速发展与工业相关的应用先进制造技术为目标。


在特定的时间段内,各研究院将成为一个自给自足的卓越技术中心。他们在满足了关键技术领域的,由行业、学术界和区域组织的规模化需求方面领先于同行。这个成本共享与协作的方式降低了先进制造技术提纯、验证和商业化的成本和风险,从而提高了现有产业的竞争力,促进新产业的诞生。


作为网络的节点,研究院将补充彼此的能力,如知识产权、合作研究、共享收益、降低风险。虽然该研究院将以区域为重点,但该网络将是国家的、综合的、动态的,旨在促进创新和提供新的能力,可以刺激制造业的规模化效应。


NNMI程序由跨部门的先进制造国家项目办公室(AMNPO)管理,参与机构包括国防部、能源部、商务部国家标准与技术研究所(NIST)、美国航空航天局、国家自然科学基金、教育部和其他机构。


创新网络计划的目标是通过投资10亿美元组建美国制造业创新网络,从而推动高校、企业和政府部门形成合力,通过缩小科研与商业之间的差距,打造一批具有先进制造能力的创新集群;促进新技术、生产工艺、产品和教育项目的开发,推动美国先进制造业的复兴;为美国创造更多的就业机会,从而提振美国经济。


美国制造业创新网络的实体是15家制造业创新研究所,制造业创新研究所汇集企业、大学、社区学院,以及联邦、州和地方政府等相关机构,共同投资产业共性技术,加快制造业创新。除此之外,创新网络的另一个组成部分是协调性网络,即通过协调和推广手段,来扩大单个创新研究所的影响力,以确保研究所充分发挥其潜力。


创新研究所主要支持介于“发现/发明起步阶段的创新”和“商业化之前开始规模生产时期的创新”。其重点研究领域包括:开发碳纤维复合材料等轻质材料,提高下一代汽车、飞机、火车和轮船等交通工具的燃料效率、性能以及抗腐蚀性;完善3D印刷技术相关标准、材料和设备,以实现利用数字化设计进行低成本小批量的产品生产;创造智能制造的框架和方法,允许生产运营者实时掌握来自全数字化工厂的“大数据流”,以提高生产效率,优化供应链,并提高能源、水和材料的使用效率等。


此创新网络已按计划有效落实,2012年8月,美国政府宣布由政府部门和私营部门共同出资8500万美元,在俄亥俄州的扬斯顿建立“国家3D打印机制造创新研究所”。2013年5月,美国政府宣布为5个联邦部门提供2亿美元的联邦资金,成立了“轻型和当代金属制造创新研究所”、“数字制造和设计创新研究所”和“下一代电力电子制造研究所”三个制造业创新中心。2014年2月25日,奥巴马制定的2014年4个制造业中心构建计划中的首个——复合材料制造业研究所成立。


截至目前,又有几个研究所成立,包括宽频半导体研究所、集成光电子研究所和柔性混合电子制造创新研究所。同时,正在筹划建立智能工厂研究所和革命纤维与纺织制造创新研究所。


审核编辑(马力群)
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