美国先辈制制国度计谋回首取将来手艺

　　一个国度经济的繁荣和成长正在必然程度上取决于该国制制业的健康情况，美国也不破例。先辈制制手艺一曲是美国甚至全球制制业关心的前沿热点。2012年、2018年和2022年，按照相关法案的和世界形势的变化，美国别离制定和更新了三份先辈制制国度计谋，一直环绕确保美国先辈制制手艺正在全球的领先地位这一总方针，均将成长先辈制制手艺做为复兴美国制制业的主要行动。正在回首了美国近年来发布的先辈制制国度计谋布景及其内涵的根本上，对当前美国次要部分(如国度科学基金会、商务部、、能源部)实施的先辈制制范畴赞帮打算/项目进行了概述，对将来先辈制制手艺的成长趋向进行了瞻望。数字化转型是复兴制制业的必由径之一，基于加强现实、物联网和人工智能的制制将是将来先辈制制手艺的主要标的目的。面临人类的生命健康和粮食欠缺，以及地球资本匮乏和恶化等挑和，应鼎力成长智能制制、生物制制、增材制制、太空制制、量子制制等前沿范畴和标的目的。制制业回归一曲是美国和关心的核心问题之一。20世纪90年代以来，美国经济呈现加快“去工业化”趋向，保守工业城市逐步式微，制制业逐渐流失，凸起表示为美国制制业添加值占世界比沉取占国内出产总值比沉逐渐下降，制制业就业人数取相对比沉也呈现加速下降的趋向。《2010年美国合作再授权法案》第102条“协调先辈制制业的研发”，明白要求国度科学手艺委员会制定计谋规划，以指点支撑先辈制制研发项目和勾当。同时，要求每五年对计谋演讲进行更新。2011年6月，总统科技参谋委员会(The President’s Council of Advisors on Science and Technology， PCAST)递交了《确保美国正在先辈制制业的领先地位》演讲，先辈制制步履正式被确立为国度计谋，并实施先辈制制伙伴关系(Advanced manucturing partnership， AMP)打算，标记着美国制制业进入一个新时代。2012年2月，美国发布首份《先辈制制业国度计谋规划》以下简称《2012-计谋》)演讲；2018年10月，发布《先辈制制美国带领力计谋》(以下简称《2018-计谋》)演讲；2022年10月，美国科技政策办公室发布了第三份《先辈制制国度计谋》(以下简称《2022-计谋》)演讲，对沉振美国制制业进一步深度结构。美国先辈制制计谋的焦点方针是成立规模大、异质高、韧性强的财产联盟收集，推进制制业学问更新和，弱化以至消弭线性立异模式取金融本钱带来的“灭亡之谷”负面效应，孕育性手艺和计谋性新兴财产，沉获财产合作劣势。三份计谋演讲提出的诸多先辈制制手艺已成为鞭策制制业将来成长的新“引擎”。通过复兴制制业来鞭策美国经济成长和，成立强大的美国供应链、投资研发以及培训可以或许保障全球经济的劳动力，从而连结美国制制业的全球领先地位。制制业是美国最大的经济部分之一。据美国国度尺度取手艺研究院(National Institute of Standards and Technology， NIST)统计，2021年，制制业为美国国内出产总值(Gross domestic product， P)贡献了2。3万亿美元，占比12%，具有1470万名员工，占美国总就业人数的9。6%，平均薪酬比整个私营行业超出跨越8。8%。美国的繁荣和成长正在必然程度上取决于美国制制业的健康情况。20世纪90年代以来，美国加快“去工业化”形成制制业阑珊，使得制制业添加值占P比沉从1970年的22。7%下跌至2021年的11。1%，就业人数占总非农就业人数的比例从1970年的25。89%下跌至2022年的8。41%。2008年金融危机当前，美国逐步认识到了“去工业化”所带来的财产布局过度“空心化”问题，将沉振制制业做为久远成长的主要计谋，稠密而持续地出台了一系列政策办法。一方面，十分注沉立异引领，认为立异是美国一曲以来取得世界领先经济成绩的环节；另一方面，为应对金融危机激发的制制业急速下滑，全美掀起了降服危机的大会商，最为典型的是时任麻省理工学院第十六任校长的苏珊•霍克菲尔德组织倡议了多轮圆桌会议，号召通过手艺立异，特别是成长先辈制制手艺，处理制制业危机。颠末取学界、财产界多轮对话、会商，逐渐构成了一系各国家层面的政策和步履打算，以确保美国有能力带领下一代制制业。取此同时，提高供应链韧性、组建先辈制制业财产联盟等政策办法需要不竭更新先辈制制国度 计谋。正在先辈制制计谋规划中，美国一直计谋引领、步履摆设的方针，成立了法案——立异计谋——财产(制制业)计谋——先辈制制计谋的四层级纵向一体化计谋款式，实现了从国度宏不雅层面计谋规划到先辈制制业步履具体落地的系统设想，了国度对于处理财产“痛点”的意志。颠末10余年细心谋划和不懈勤奋，正在一系列政策办法支撑和鞭策下，美国根基遏止了制制业下滑的趋向。分析阐发美国先辈制制业的政策特点，次要包罗四个方面：一是添加制制业就业；二是刺激制制业投资；三是通过研发投入，提拔强化美国先辈制制业的领先地位；四是通过削减商业逆差，提高制制业的全球合作力。《2012-计谋》演讲从投资、劳动力和立异等方面提出了推进美国先辈制制业成长的五风雅针及响应的对策办法，次要包罗：① 通过培育愈加无效的联邦能力和设备的利用，加快对先辈制制业手艺的投资；② 添加正正在成长的先辈制制业部分所需的有技术的工人数量，使教育和培训系统对技术需求做出积极反映；③ 成立和支撑全国和地域的公私、—企业—高校之间的合做，以推进对先辈制制手艺的投资和资本设置装备摆设；④ 通过采纳跨部分的投资组合优化先辈制制业投资并当令调整；⑤ 添加美国公共部分和私家部分对先辈制制业研发的总投资。从演讲中不难看出，美国正在联邦财务收缩环境下，仍添加对先辈制制业研发打算拨款，支撑立异性制制流程，加强对纳米制制、生物制制、工业机械人、3D打印、先辈设想、新一代消息收集、物联网(Internet of things， IoT)、先辈材料及国防科技工业等范畴的投资。《2018-计谋》演讲展现了美国引领全球先辈制制的愿景，提出通过成长和推广先辈制制手艺、教育和培训制制业劳动力、提拔国内制制业供应链能力三风雅针使命，以确保美国和经济繁荣；阐发了影响先辈制制业立异和合作力的八大体素，从“强手艺、育人才、建收集”动手强化先辈制制带领力根本，将“手艺、劳动力、供应链”三方面做为保障先辈制制业带领地位的焦点要素。正在手艺方面，演讲明白了捕捉智能制制系统的将来、开辟世界领先的材料和加工手艺、确保通过国内出产制制获得医疗产物、连结正在电子设想和制制方面的领先地位、添加粮食和农业制制业机遇等计谋使命，以及智能和数字制制系统、先辈工业机械人、人工智能(Artificial intelligence， AI)、工业收集平安、高机能材料、增材制制(Additive manucturing， AM)、环节材料、低成本的分布式制制、持续制制、组织和器官的生物制制、半导体设想东西和制制、新材料、器件和布局、食物平安加工、检测和可逃溯性、食物平安出产和供应链、改善生物基产物的成本和功能手艺等沉点手艺标的目的。演讲提出了将来需要沉点关心的11个手艺范畴，包罗：(1)先辈传感、丈量和过程节制(包罗消息物理系统)，或称智能制制、先辈从动化；(2)先辈材料设想取合成；(3)可视化、消息化和数字化制制手艺；(4)可持续制制，包罗高能效制制和再制制；(5)纳米制制(包罗微标准制制)；(6)柔性电子制制；(7)生物制制；(8)增材制制；(9)先辈制制和检测配备；(10)工业机械人；(11)先辈成形(包罗近净成形)取焊接手艺。演讲还对《2012-计谋》实施进展环境进行了评估，总结了2012—2018年期间正在推进手艺研发、完美教育取培训系统、成立多类型的公私合做机制、优化投资模式、提拔公私投资强度和投资比例等方面取得的进展，必定了正在“美国制制”打算框架下，14个制制立异研究所(Manucturing innovation institute， MII)正在推进手艺成长、取中小企业合做、培训制制业劳动力等方面取得的成就。《2022-计谋》演讲勾勒了其时和将来一段期间内美国引领先辈制制业的七大愿景，即成长经济、创制高质量的就业岗亭、加强可持续性、应对天气变化、加强供应链、确保和改善医疗保健。为实现上述愿景，制定了开辟和实施先辈制制手艺、强大先辈制制业劳动力步队和提拔制制业供应链韧性等三个彼此联系关系的方针。确定了11项具体使命和37项手艺和打算。11项具体使命包罗：(1)实现洁净和可持续制制，支撑脱碳；(2)加速微电子学和半导体系体例制业立异速度；(3)实施先辈制制手艺，以支撑生物经济，推进生物制制研究；(4)开辟立异材料和加工手艺；(5)引领智能制制将来；(6)扩大和丰硕先辈制制业人才库；(7)成长、扩大和推进先辈制制业教育和培训；(8)强化雇从取教育机构之间的联系；(9)加强供应链互联互通；(10)勤奋削减制制业供应链的懦弱性，激发供应链的火速性；(11)加强和复兴先辈制制业生态系统，协和谐支撑先辈制制手艺从尝试室过渡到市场，成立和加强区域制制收集。综上所述，通过2012-2022持续10年计谋规划的推进，从底子层面上，提拔了美国制制业合作力。因世界形势和表里部发生变化，三份计谋演讲虽然侧沉点有所分歧，但一直环绕确保美国先辈制制手艺正在全球的领先地位这一总方针，并将开辟和实施先辈制制手艺做为计谋规划的优先使命，不竭推进机械人、增材制制等手艺的使用，从而实现美国制制业从保守制制向先辈制制的转型。关于什么是先辈制制，美国部分的演讲先后给出了分歧的注释。2011年的《美国的立异计谋—确保我们的经济增加和繁荣》演讲将先辈制制定义为：以新手艺的形式把大量的智力本钱投入制制过程，构成较低的成本、快速的定制、削减华侈和提高质量的连系。2012年的《捕获国内先辈制制业合作劣势的总统演讲》提出，先辈制制并不局限于新兴手艺，还包罗正在一系列范畴有全球合作力的美国制制商和供应商的高效率、高集成、慎密节制的流程。正在《2018-计谋》演讲中，先辈制制是指一系列的勾当。这些勾当依赖于消息、从动化、计较、软件、传感和收集的利用和协调，以及/或操纵由物理和生物科学，如纳米手艺、化学和生物学，支撑的前沿材料和新兴能力。既包罗用新方式制制现有产物，也包罗用新出现的先辈手艺制制新产物。正在《2022-计谋》演讲中，先辈制制业被定义为“对现有产物制制方式的改良立异，以及操纵先辈手艺出产新产物，包罗依赖于消息、从动化、计较、软件、传感和收集的出产勾当“。这些明显都是居心恍惚的定义。由于一个范畴的先辈制制分歧于另一个范畴的先辈制制，这意味着没有实正的方式来确定这个概念。例如，美国食物取药品办理局认为，制药业的先辈制制意味着利用立异手艺来创制现有和新产物，是新的医疗产物制制手艺的统称。美国正在2020年10月和2022年2月发布的《环节和新兴手艺国度计谋》和更新后的《环节和新兴手艺清单》，均将先辈制制列为“环节和新兴手艺”之一。美国是起首提出“先辈制制手艺”(Advanced manucturing technology， AMT)这一概念的国度。虽然先辈制制手艺迄今也没有分歧的定义，但从广义上能够认为先辈制制手艺是正在保守制制手艺的根本上接收了机械、电子、材料、能源、消息和现代办理等多学科、多专业的高新手艺，将其分析使用于产物全生命周期中，实现优良、高效、低耗、洁净、矫捷的出产，是一项可以或许正在动态、多变的市场中提高制制手艺顺应能力和合作能力的总称。1993年，美国核准了由联邦科学、工程取手艺协调委员会(Federal Coordinating Council for Science， Engineering， and Technology， FCCSET)掌管实施的AMT打算。1994年，FCCSET部属的工业和手艺委员会先辈制制手艺工做组组织专家进行了相关先辈制制手艺分类目次的编制工做，这是对先辈制制手艺内涵的初次较系统的申明。按照这份目次，先辈制制手艺由从体手艺群、支撑手艺群和制制根本设备三个部门构成。具体的手艺又可分为两大类：一是数字化设想、制制、办理和系统集成手艺；二是制制工艺手艺，包罗细密超细密加工手艺、细密成形手艺、先辈焊接手艺、概况工程手艺、特种加工手艺等。保守制制被认为是获取原材料并创制出附加值的产物。表1展现了保守制制取先辈制制的特征差别。这仍然高度依赖于使用场景、行业类型和公司具体环境。然而，提高劳动技术、定制化、立异和高科技出产系统的共性表白，先辈制制操纵了最新的设法，按照客户需求量身定制，并跟着新手艺前进不竭成长。总之，先辈制制是将机械取AI、IoT和加强现实(Augmented reality， AR)等数字和“云计较手艺”相连系，快速调整出产流程以顺应不竭变化的供应需求。而是一项手艺系统的立异和整合，需长时间、巨额、高风险的投入，既需要国度层面的计谋规划，更需要从导的项目支撑和相关机构的落地实施。从2010年起头，NSF正在其工程学部土木、机械和制制立异科学处(Civil， Mechanical and Manucturing Innovation， CMMI)设立“先辈制制打算”，支撑复兴美国制制业相关的根本研究。该打算加快了制制手艺的前进，沉点是通过多学科研究，从底子上改变制制能力、方式和实践。赞帮范畴包罗：制制系统、材料加工、制制配备、方以及跨标准制制等。激励正在收集制制系统、制制机械和配备、材料工程及纳米制制等范畴开展交叉研究。同时，赞帮美国制制研究所开展立异性的根本研 究。制制系统集成打算支撑面向数字化转型带来的机缘和挑和的根本研究，强调正在全生命周期生态系统中设想和制制的数字集成。毗连、从动化和平安协做是数字不成或缺的范畴，正在价值创制过程中支撑制制产物立异、系统实现和。沉点赞帮标的目的包罗：用于制制系统(机械和/某人)集成和协做的数字表达、和谈和/或过程；智能自组织出产系统；手艺、机械和人的易用性、互操做性和无缝集成；面向办事的系统布局和系统；跨平台兼容和可用的数据集；制制价值链内部和整个价值链的靠得住和平安通信；跨时间和空间的分布式制制系统集成，包罗整合保守和领先的设备和手艺；评估数字中整个生命周期外部性的影响和价值的方式。NSF从2020年起头实施FM打算。这是一个跨部分、跨范畴的交叉打算，其方针是支撑将来处置根本研究和教育的科技人员，研究面向将来几十年、处于手艺成熟度最低端、可以或许消弭当前制制业成长的科学、手艺、教育、经济和社会妨碍，催生目前尚不存正在的新的制制能力，以及通过削减制制业对的影响，加强美国正在制制业中的带领地位。取此同时，FM打算使新的制制业可以或许应对天气变化、全球风行病和健康差距、社会和经济鸿沟、边缘化生齿和社区的根本设备不脚以及可持续性等紧迫的社会挑和，将需要正在可持续合成和出产新材料、化学品、量子和半导体安拆、分析系统以及质量有、产量高、成本合理的部件和系统的手艺方面取得严沉进展，需要AI和机械进修、新的收集根本设备、数学和计较建模的新方式、新的动力学和节制方式、整合系统生物学、合成生物学和生物处置的新方式，以及影响经济、劳动力、人类行为和社会的新方式。正在2021财年预算演讲中，NSF将FM定义为根本研究，以实现目前不存正在或不成能实现的制制，或以小的规模进行大规模出产。沉点赞帮范畴包罗：(1)将来收集制制，即计较、收集、传感、AI和制制的交叉研究，摸索操纵新型传感器、施行器、设备和系统融合的数据根本设备的可用性，低延迟和靠得住的平安传感和通信，云和边缘计较，数据阐发，数学和计较建模，不确定性量化取风险阐发，先辈的节制，以报酬本的从动化、数字孪生，AI和机械进修提高了通用性和靠得住性，降低了制制过程和系统节制成本。机械进修和预测阐发、自从性、无线通信、消息物理系统、IoT以及先辈的计较系统和办事的最新进展，为从头思虑、从头概念化、沉塑和摸索制制业的新可能性供给了强大的动力；(2)将来生态制制，将使全体制制过程涵盖整个制制生命周期，并考虑到能源耗损、健康和影响以及成本效益，尽可能长时间地连结资本的利用，正在利用中提取其最大价值，基于生物的出产和手艺，将使基于生物的医治细胞和、化学品、药品、材料、聚合物和燃料的出产，以及用于计较、信号处置和通信的基于生物的手艺成为可能，和操纵根基的生物学道理来处理生物制制中的规模挑和，缩短从尝试室到量产的研发周期；(4)以报酬本的从动化，即正在从动化过程中优先考虑人的需求、能力和偏好，以及人取机械之间的劣势和局限性，创制一种协调的人机协同关系，一个平安、高效、高兴的工做。20世纪80年代，跟着日本成为全球高科技产物制制核心，美国认识到公共资本不只该当关心根本科研勾当，也要关心使命导向的科研勾当，即能够对财产推广项目进行间接投资。1988年，正在南卡罗来纳州弗里茨·霍林斯(Fritz Hollings)的建议和鞭策下，美国出台了《分析商业取合作法案》，正式提出联邦机构应肩负起手艺的贸易推广职责，并于1989年率先正在南、、纽约成立了三个区域制制业手艺核心 ，支撑制制手艺的转移，以提高中小制制企业的出产力和手艺能力。1998年，该打算被改名为霍林斯制制扩展伙伴关系(MEP)。目前，该打算由NIST担任办理，已正在全美50个州及波多黎各扶植了51个MEP核心。这些核心具有约450个MEP办事坐和1400多位值得相信的参谋和专家，努力于鞭策联邦手艺正在美国中小制制企业快速和使用，提拔中小制制企业合作力，供给全面的、颠末验证的处理方案、推进增加。据统计，2021年，MEP打算帮帮跨越3。4万家美国制制企业实现了144亿美元的发卖、节流成本15亿美元，完成52亿美元的新投资，并创制和保留了125 746个就业岗亭。NNMI是美国正在2012年启动的一个制制业立异打算，旨正在加强美国制制业的合作力和立异能力。其方针是成立一个的制制业立异收集，为美国制制业供给更多的资本和支撑，以应对全球合作的挑和。该收集包罗DoC、DoD和DoE以及其他六个联邦伙伴机构(即NASA、NSF、卫生取公共办事部、农业部、教育部和劳工部)。NIST特地设立先辈制制业国度项目办公室(AMNPO)，担任协调NNMI打算。NNMI由一系列的制制立异研究所(MII)构成，努力于鞭策制制业的手艺立异和人才培育，推进企业之间的合做和消息共享，加快新手艺的贸易化和推广。2019年有14家研究所，2020年又新增了两所，使MII的数量添加到16所，如表2所示。此中，附属于DoC 1个、DoD 9个、DoE 6个。2021年，16家研究所取2300多个机构合做，开展了700多个严沉手艺和劳动力使用研发项目，培训了9万多名先辈制制业培训人员，州、工业界和联邦基金为这些勾当捐帮了4。8亿美元。NNMI将美国工业界、学术界和堆积正在一路，处理每个部分无法零丁处理的跨部分制制业挑和，强调“立异手艺的改变能力”(沉点是贸易，而不是手艺立异)。正因如斯，2016年9月NNMI被从头定名为愈加明显的Manucturing USA，16家研究所正在Manucturing USA®收集下结合起来构成了鞭策制制业立异的全国力量，完成配合的使命愿景，旨正在通过手艺、供应链、教育和劳动力成长方面的大规模公私合做，弥合手艺研发的晚期阶段和将手艺推向市场的后期阶段之间的差距，提拔中小企业的手艺合作力，确保美国正在先辈制制业的全球带领地位。每一个研究所都是奇特手艺的集中地，从全体上鞭策美国先辈制制手艺。为提高供应链韧性，美国结合几家大型标记性美国公司于2022年5月推出了“增材制制推进”打算，将通过提高美国中小型制制商的合作力、创制和维持高薪制制业工做岗亭，以及通过采用AM提高供应链弹性来帮帮美国度庭降低成本。这是继2013年2月12日强调了3D打印手艺的主要性之后，时隔9年，美国再一次提出对AM手艺使用的支撑打算。该打算旨正在从政策层面激励美国大型设备制制商(Original equipment manucturer， OEM)支撑中小型企业利用3D打印手艺，帮帮他们提拔工业制制能力和处理供应链问题。OEM明白许诺添加对3D打印零件的需求，同时为中小型企业供给人员培训、手艺援帮和参取尺度制定的机遇。正在AM Forward打算的支撑下，美国正正在汇聚优良的科研、企业、公共部分资本，成立起以数据为基石、算法为合作力的AM成长计谋。更主要的是，这种资本的汇聚是、跨国界的，美国正在积极地阐扬本身的影响力，从全球范畴内吸引优良的创生力军，赋能其本国的制制业复兴打算。跟着AM Forward打算的发布，美国材料取试验协会(American Society for Testing and Materials， ASTM)国际AM杰出核心和创始行业颁布发表启动材料数据和尺度化联盟(Consortium for Materials Data and Standardization， CMDS)打算。ASTM CMDS的是将代表整个AM价值流的各行各业的环节组织堆积正在一路，每年选择感乐趣的材料和特定使用属性(例如静态、轮回、热、侵蚀)发布项目、施行各类项目，最终支撑尺度和数据集的开辟。研究将支持ASTM相关委员会制定的新AM尺度和规范，以鞭策整个行业建立具有属性的和改良的材料规范和基于稳健数据集的布局要求。2022年8月，ASTM获得NIST赞帮的30万美元用于制定一个线图，包罗AM、机械人和从动化、大数据阐发和AI。此外，NIST还开展金属基AM丈量手艺的研究。通过赞帮项目标研究，NIST正正在推进行业处理采用AM的妨碍，包罗支撑基于等效模子的丈量科学、AM材料的表征以及支撑分歧数据互换/表征新尺度，阐扬美国正在AM丈量和国际尺度方面从导感化，处理主要的手艺挑和，加快采用AM手艺，博得正在本范畴的全球合作地位。ManTech是由美国陆军、海军、空军、国防后勤局以及长办公室配合组织实施的一套组合项目，其目标是降低兵器系统成本，缩短交付时间，加强系统机能，提高制制效率，降低金融和手艺风险。该打算持续实施50多年来，为提拔美军兵器配备机能和质量以及经济可承受性、降低兵器配备采办风险做出了庞大贡献，代表了美国国防制制手艺的沉点成长标的目的。早正在2003年，ManTech就开展了激光增材制制研究项目。近两年，又开展了如薄壁换热器验证、策动机叶片锻制型芯等使用研究项目，为鞭策美国AM财产成长奠基了根本。正在最新计谋规划中又新增“先辈制制企业”沉点范畴，沉视军工企业全体能力提拔。目前，沉点研究范畴包罗：(1)金属成形取制制，沉点关心材料加工、锻制、锻制、毗连手艺研发及使用，以及智能加工、轻质合金(如钛合金粉末)加工等；(2)电子产物加工取制制，沉点关心宽禁带和碳化硅安拆、锂电池、红感器/激光器、微型/柔性显示器等的制制手艺；(3)复合材料加工取制制，沉点关心高温构件、舰船用复合材料构件以及其他特殊用处复合材料构件的制制手艺；(4)先辈制制集成，沉点关心可以或许正在产物/系统的全生命周期内推进制制企业快速优良运做的手艺、过程和实践，如三维技法术据包、智能制制、供应链收集建模取集成、产物/过程数据的互操做性等手艺。财产手艺联盟是提拔一个国度全球合作力的计谋东西。为响应《美国立异计谋2011》，NIST于2013年设立AM Tech。这是一项由财务支撑的合作性赞帮打算，旨正在成立新的或加强现有的行业驱动的联盟，开辟手艺线图，以处理高优先级的研究挑和，成长美国先辈制制业，提高美国的立异能力和国际合作力，处理美国所谓的创重生态系统中对经济无害的弱点。该打算的方针是加快立异过程—从发觉到发现再到开辟新的制制工艺手艺—从而创制高技术、高工资的制制业就业岗亭。AM Tech打算共赞帮了35个联盟，如表3所示。此中，2013年赞帮了19个联盟、2014年赞帮了16个。联盟赞帮范畴囊括了新一代消息手艺、高端配备制制、生物、新能源、新材料等范畴。为鞭策AM Tech打算的具体实施，2021年6月17日，NIST颁布发表启动一项新的合作性赞帮打算，即MFG Tech，沉点开展国度环节好处范畴的手艺线图的制定，处理高优先级研究挑和，成长美国先辈制制业。行业驱动的手艺线图是所有赞帮项目标环节构成部门。每个先辈制制财产手艺联盟将吸引各类规模的制制商、大学研究人员、行业协会和其他好处相关者，确定并优先考虑削减美国先辈制制业增加配合妨碍的研究项目。获赞帮的首批4个科研机构别离为：(1)大学分校，将汇集微电子供应链的带领者制定一个线图，以提高正在集成零丁制制的组件和先辈封拆手艺方面的能力和合作力；(2)北卡罗来纳州达勒姆半导体研究公司，制定先辈封拆手艺和劳动力成长的整个价值链的线图，支撑新兴微电子使用，加快美国正在半导体范畴的带领地位；(3)弗吉尼亚州迪克坦塔联邦先辈制制核心，通过识别整个扩展供应链中数字线程手艺的环节弱点和差距，提高美国制制业供应链的韧性和能力；(4)普渡大学，扩大现有的先辈冻干手艺核心联盟手艺线图，包罗新型冻干手艺和新兴类别不变药物(医治)的使用，推进制药行业快速摆设无效的药物和疫苗。2022年5月12日，NIST颁布发表向6个州的7个科研机构供给第二轮资金赞帮，包罗：(1)爱迪生焊接研究所无限公司()，通过摆设先辈材料、大规模AM和其他手艺来提高矫捷性和能源效率，降低成本，加快桥梁、风塔、管道和船舶等大型布局的制制；(2)大学，确定取超导体和先辈布局材料等各类平台手艺相关的制制挑和和手艺妨碍，加快将来碳中性机械和系统的贸易化；(3)ASTM国际总部(州)，指点建建制制业采用先辈手艺，如AM、机械人、从动化和AI，以提超出跨越产力、效率、矫捷性和平安性；(4)凯斯西储大学，正在整个产物生命周期内将AI和机械进修东西取保守材料科学和制制工艺学问相连系，为先辈材料的将来制制供给全面的方式。(5)SRI International(加利福尼亚州)，支撑量子手艺制制线图(Quantum Technology Manucturing Roadmap， QTMR)，确定合作前的开辟和供应链差距，连结美国正在量子相关范畴的从导地位；(6)新罕布什尔大学，摸索一种新的制制范式，以实现太空制制业的公允贸易化、工业化和普通化；(7)国际电子制制公司(北卡罗来纳州)，制定推进前沿5G和6G产物制制的线图，加快美国下一代无线跟着AI、IoT、5G/6G和大数据的成长和使用，制制业也将进入智能和互联时代，分歧机构均对将来先辈制制手艺的成长趋向进行了瞻望。如美国征询公司BCG指出，以下五种手艺正在将来几年最有可能影响制制业款式并提超出跨越产率。一是自从机械人；二是集成计较材料工程；三是数字制制；四是IoT和柔性从动化；五是制制业中的AI，其最常用的手艺和产物包罗工业机械人、机械视觉、智能产物、机械进修和协做机械人等。德勤和合作力委员会正在其结合发布的演讲中指出，“预测阐发”是鞭策其将来合作力的最主要的先辈制制手艺，其他还包罗数字设想、仿实和集成、高机能计较、开源设想/用户间接输入、高机能材料、先辈机械人、增材制制、AR、智能互联产物和智能工场等其他改变全球制制业的凸起手艺。NSTC先辈制制小组委员会强调参取先辈制制的联邦机构应普遍关心和鼎力支撑的五大新兴手艺范畴，他们是将来投资和扩大、行业和学术界合做的优先选项，包罗：(1)先辈材料制制，每隔10年启动取之相关的研究打算，如2001年启动的国度纳米手艺打算，2011年启动的材料基因组打算和2021年启动的纳米制制财产打算(Nanomanucturing Signature Initiative， NSI)；(2)工程生物学取生物制制；(3)面向再生医学的生物制制；(4)先辈生物成品制制；(5)药品的持续出产。NSF正在其《2022-2026财年计谋规划》演讲中指出，跟着材料、手艺和系统的冲破，将来五年，研究改变制制能力、方式和实践，沉点赞帮先辈制制取生物手艺、合成生物学、可持续性、AI、机械人、传感手艺、数据科学和计较建模等范畴的交叉研究。以下六方面的手艺更应惹起关心，他们是将来制制的“硬核”手艺。人们遍及认为制制已是一个生态系统，其远远超越了工场本身的概念。智能制制(Intelligent manucturing， IM)源于20世纪90年代日本工业和国际商业部倡议组织的“智能制制系统(Intelligent manucturing system， IMS)”国际合做研究打算。“智能”则是描述企业正在产物全生命周期中建立和利用数据/消息、实现柔性化的出产过程，以满脚低成本和等响应要求。按照2022年6月DoE发布的《国度智能制制计谋规划》，聪慧制制(Smart manucturing，SM)是指先辈传感、仪器、监测、节制和工艺/过程优化的手艺和实践的组合，它们将消息和通信手艺取制制融合正在一路，实现工场和企业中能量、出产率和成本的及时办理。智能制制不只包罗工场本身，更关心环保和优化出产率，降低能耗，是能应对动态全球化市场的柔性制制和生态系统。《2022-计谋》演讲中明白暗示“引领智能制制(SM)将来”，对成长SM提出了如下四点：一是数字制制，即便先辈的传感、节制手艺和机械进修使用于整个制制业，通过成长DT和制定命据兼容性尺度推进智能制制，并实现无缝集成；二是制制业中的AI，即优先考虑机械进修、数据拜候、保密性、加密和风险评估方面的研发，开辟最佳实践、尺度和软件东西，以扩展新的贸易模式，使出产数据货泉化，同时数据平安并卑沉学问产权；三是采用以报酬本的手艺，即推进新手艺和尺度的成长，通过实现平安高效的人机交互，扩大人取机械之间的协做，从而加强人的能力，加强出产工人的能力；四是制制业的收集平安，即制定尺度、东西和试验台，发布、正在智能制制系统中实施收集平安的指点方针，改换无法确保收集平安的出产 设备。从2020年起，美国制制工程师学会旗下的《Smart Manucturing》杂志持续两年评选全球最有影响力的20位智能制制范畴的专家，并由该杂志特约编纂伊岚沃尔夫撰文一一引见其学术特长取成绩。当前，包罗AI/机械进修、AR/虚拟现实(VR)、从动化/机械人、AM/夹杂出产、大数据阐发、云计较、数控加工、面向制制的设想、IoT/边缘计较、仿实/DT已成为SM十个抢手手艺。马库罗维奥正在“聪慧制制：制制的将来是数字化”一文中指 出，工业4。0手艺毗连机械人、3D打印、云计较、AI和IoT，使SM成为可能，并以令人目炫狼籍的速度加快制制业立异。数字制制(Digital manucturing， DM)是取智能制制同时呈现的另一个词汇，是指正在VR、计较机收集、快速成型和数据库等手艺支撑下，以客户需求为根本，对产物消息、工艺消息和资本消息进行阐发、组织和沉组，实现产物设想和功能仿实以及快速成型，进而满脚客户需乞降质量尺度的快速制制过程，是计较机系统正在制制办事、供应链、产物和流程中的使用。DM亦称之为数字化制制或制制业数字转型，强调使用数字化手艺升级保守制制业，凸起计较机手艺使用的特征。DM次要涉及三大范畴，即产物生命周期、将来/聪慧工场和价值链办理。AM凡是被称为3D打印，即通过持续堆积薄层材料，正在数字模子的根本上建立三维物体。从美国正在2013年国情咨文中提到3D打印、建立第一个NNMI立异机构——国度增材制制研究所，到2018年将AM手艺列为环节出口管制清单，再到更新后的《2022-计谋》对AM最详实的论述，申明美国成长AM手艺的决心和投资支撑AM手艺的意志，鞭策了AM手艺更为普遍的使用范畴，包罗采用AM间接打印电子和奇特的传感器布局、无望正在将来间接培育出人体组织和器官的生物细胞3D打印、可认为航空航天范畴带来可不雅的分量减轻和机能提拔的单片高机能金属零件的AM等。2021年1月，DoD发布了首份《增材制制计谋》演讲，明白了AM的内涵以及对国防计谋的主要意义，为AM这一改变逛戏法则的前沿手艺正在范畴内的成长取使用建立了配合的愿景。NIST于2022年9月正式出书了《美国正在高附加值增材制制范畴的带领计谋》演讲，对成长可能影响小我和公共平安，或导致深远的经济影响的零件级增材制制，从提高质量、降低成本和工艺正在高附加值的使用角度，明白了将来研发的6大环节范畴：(1)明白的要求；(2)颠末验证的机能建模和阐发能力；(3)特征优良的材料和为增材制制设想的材料；(4)已知丈量不确定度的现场过程监测和节制；(5)量身定制的后处置和无损评估；(6)平安的、注册的、可互操做的数据。《2022-计谋》演讲从以下六个方面提出了实施AM的具体径：(1)纳米增材制制正在电子产物范畴的感化；(2)AM正在医疗药品范畴的感化，集成AI系统等手艺提高AM针对患者供给的处理方案；(3)AM过程优化成长框架的主要性，包罗开辟用于提拔过程监测能力的器和其他节制办法、开辟用于提拔质量节制程度的AI算法、开辟用于AM的材料，以及将AM集成到智能制制平台；(4)AM的柔性特征，可无效处理例如航空航天、国防等制制范畴所碰到的供应链挑和；(5)公立取私营企业合做的主要性，以及中、高档教育对AM的鞭策感化；(6)AM对人类可持续成长的主要性。夹杂制制是指同时操纵3D打印操做(增材制制)和更常见的铣削/车削操做(减材制制)的加工工艺，正在一个由多功能/多使命数控机床和增材制制模块构成的夹杂制制平台长进行，并具有从动3D扫描和尺寸节制能力。它充实操纵减材制形成形尺寸精度高和概况质量好的劣势，填补AM工艺精度低的新型复合加工方式，具备“打印”复杂外形的同时，还具有减材制制的精度和概况粗拙度，能快速制制出分歧材料的高精度、高质量的复杂外形零件，出格有益于复杂外形、多品种、小批量零件的出产，以及通过激光修复手艺提拔零部件的再制制能力，因此具有广漠的使用前景，无望替代CNC机床。变形制制又称机械人锻制，是操纵传感器、热节制、制动成形、机械人操做系统和计较系统切确锻制金属物件，将金属铁匠的增量变形取智能机械和机械人系统的精度和节制相连系，模仿了人类铁匠的技术和创制力，旨正在将铁匠的陈旧技术取数字时代的机械人手艺连系起来，使得金属件频频渐进地正在压力机上精确定位并成形零件，如图1所示。这项手艺的者——立大学材料科学取工程系传授格伦·达芙恩将其视做继计较机数控(CNC)及3D打印之后的“第三次数字制制海潮”，将成为下一代数字制制手艺。机械人锻制打破了数控加工和AM的一些局限性，将铁匠的热机械变形取智能机械系统的高精度节制系统相连系。取数控加工比拟，变形制制的成形手艺可削减加工时的材料丧失；取AM比拟，变形制制的锻制手艺能够操纵类型更普遍的金属材料并优化金属的机能；此外，因为采用了开式模锻，也可用机械锻制系统取代闭式模锻和响应模具来出产较大的锻制部件(如飞机舱壁)。太空制制(In Space Manucturing， ISM)又称“微沉力制制”，是一种正在地球大气层外制制、拆卸和/或集成货色的过程，或是将原材料或可收受接管材料为太空中的组件、产物或根本设备。它是NASA“地外制制”打算的主要构成部门，凡是可分为3个高程度条理：一是面向空间办理系统，涉及取正在轨建制相关的勾当，这些勾当将留正在空间中利用；二个是面向地球的ISM，包罗正在微沉力下制制机能更好的新材料和人体植入器官，并送回地球；三是月球、火星和小概况的ISM(即原位资本操纵)。ISM的手艺方式包罗：增材制制、太空拆卸、无容器处置、凝固、收受接管和超薄涂层等；可出产的产物包罗：氟化物光纤的玻璃材料、人体器官/植入物、碳纳米管、半导体、乳胶球、备件、建建材料、太阳能电池/阵列、天基太阳能发电坐、大型太空千里镜、粒子对撞机/加快器等。跟着太空AM能力的不竭加强，通过正在微沉力中开辟新的AM工艺，以建制替代零件和空间根本设备，实现机械人取太空AM工艺的集成，并进行深空摸索。优先考虑微沉力前提的太空生物制制，实现太空可持续的食物出产和收受接管。进一步提高太空使命能力行动还包罗用于打印电子设备和传感器的微沉力AM手艺、用于改换和维修的金属部件，以及用于根本设备的月球风化层3D打印手艺。基于量子计较、传感和通信的强大潜力曾经正在初始功能的量子系统中获得了证明，这些系统能够达到保守手艺无法实现的使用和处理方案。然而，量子系统特别是量子计较机很是复杂，凡是需要极端的操做前提，这会影响产物的设想、不变性和成本。需要立异的方式来制制包含量子系统的量子器件，以满脚正在低于1 K温度下潜正在操做的苛刻要求，以及器件制制和异构集成的极端精度。量子制制做为NSF摸索性研究晚期概念赞帮项目，正在其2022年申请指南中激励开展如下研 究：(1)正在金刚石和其他材料的所有三个维度中节制引入特定缺陷，取它们的方针功能机能连结分歧；(2)低温下无缺陷介质和低损耗超导薄膜的堆积；(3) 源自过程相关源的自旋量子位的退相关源；(4)大面积、高通量表征量子材料和器件的新方式；(5)通过手艺摸索新材料平台及其制制，如外延发展使和利用固体中的量子相关性路子成为可能；(6)实现量子和保守电子的3D集成的环节工艺，如高纵横比通孔和倒拆凸块芯片键合工艺；(7)量子器件取光子学的夹杂集成用于量子消息的分布；(8)正在实空中集成量子、光子和电子功能的新包拆方式；(9)合用于量子计较机、传感器和系统的从动可扩展制制设备的方式。(1) 为复兴制制业，美国从2012年-2022年持续从立法、行政指令、政策规划、资金支撑等方面制定了较为切实可行的步履方案，出台了一系列的政策办法，构成了“一揽子”处理方案，激励立异正在美国中小企业落地。JME学院是由《机械工程学报》编纂部2018年建立，以关心、陪同青年学者成长为旨，勤奋摸索学术办事新模式。