《美國先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)先地位戰(zhàn)略》報告解讀

1 影響美國先進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新和競爭力的9大關(guān)鍵因素

(1)技術(shù)的快速發(fā)展及其與經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，正在改變產(chǎn)品和服務(wù)的構(gòu)思、設(shè)計、制造、分發(fā)和支持的方式；

(2)先進(jìn)制造業(yè)的增長需要先進(jìn)的技術(shù)型基礎(chǔ)設(shè)施；

(3)對先進(jìn)制造業(yè)的投資依賴于可靠和可預(yù)測的知識產(chǎn)權(quán)；

(4)新興市場、出口和貿(mào)易受到先進(jìn)制造業(yè)的影響；

(5)先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)先地位需要得到能夠保護(hù)和促進(jìn)美國工業(yè)的貿(mào)易政策的支持；

(6)制造業(yè)帶動全球經(jīng)濟(jì)；

(7)穩(wěn)固的國防工業(yè)基礎(chǔ)及具有彈性供應(yīng)鏈能力的國內(nèi)制造業(yè)部門，對國家安全和繁榮至關(guān)重要；

(8)先進(jìn)制造業(yè)勞動力需要具備科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)(STEM)方面的知識基礎(chǔ)；

(9)先進(jìn)制造業(yè)需要聯(lián)邦、州和地方政府的共同支持。

2 美國先進(jìn)制造業(yè)的戰(zhàn)略愿景

報告圍繞美國旨在實(shí)現(xiàn)的“維持美國先進(jìn)制造業(yè)的領(lǐng)先地位，以確保國家安全和經(jīng)濟(jì)繁榮”愿景目標(biāo)，提出3大戰(zhàn)略措施及目標(biāo)：

(1)開發(fā)和推廣新的制造技術(shù) 包含5個具體目標(biāo)：奪得智能制造領(lǐng)域的未來市場、開發(fā)世界領(lǐng)先的材料和加工技術(shù)、確保通過本土制造獲取醫(yī)療產(chǎn)品、保持電子設(shè)計和制造的領(lǐng)先地位、加強(qiáng)食品和農(nóng)業(yè)制造業(yè)的機(jī)會。

(2)教育、培訓(xùn)和勞動力輸送 包含4個具體目標(biāo)：吸引并培養(yǎng)未來勞動力、更新并擴(kuò)大職業(yè)和技術(shù)教育途徑、推廣學(xué)徒制并獲得業(yè)界認(rèn)可的證書、實(shí)現(xiàn)技術(shù)工人與所需行業(yè)相匹配。

(3)擴(kuò)大國內(nèi)制造業(yè)供應(yīng)鏈能力 包含4個具體目標(biāo)：增加中小型制造商在先進(jìn)制造業(yè)中的作用、鼓勵制造業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建立、加強(qiáng)國防制造業(yè)基礎(chǔ)研究、加強(qiáng)農(nóng)村社區(qū)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。

3 高性能先進(jìn)材料的重要地位

報告指出，未來新興市場將由多種技術(shù)進(jìn)步共同驅(qū)動，包括智能制造和數(shù)字制造系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、人工智能、增材制造、高性能材料、半導(dǎo)體和混合電子、光子學(xué)、先進(jìn)紡織品、生物制造、食品和農(nóng)業(yè)制造業(yè)等。

報告中特別強(qiáng)調(diào)，高性能先進(jìn)材料對于開發(fā)新產(chǎn)品以及國家和經(jīng)濟(jì)安全至關(guān)重要。它們的應(yīng)用涉及國防、能源、運(yùn)輸、航空航天和醫(yī)療保健等多個工業(yè)部門。但不幸的是，一般從材料發(fā)現(xiàn)到市場應(yīng)用需要20年甚至更長的時間。通常,材料的性能推動其應(yīng)用，先進(jìn)材料的定義也往往取決于材料的預(yù)期應(yīng)用。例如，目前的先進(jìn)材料可以包括用于高超聲速飛行器的極端溫度復(fù)合材料、高能材料、高強(qiáng)度輕金屬合金、合成生物材料、用于先進(jìn)過濾系統(tǒng)的防腐膜、用于發(fā)電廠高效渦輪機(jī)的超高溫結(jié)構(gòu)材料等等。

美國正積極準(zhǔn)備開發(fā)世界領(lǐng)先的先進(jìn)材料及加工技術(shù)，此目標(biāo)包含高性能材料、增材制造和關(guān)鍵材料研發(fā)3個技術(shù)優(yōu)先方向：

(1)高性能材料：現(xiàn)代輕質(zhì)金屬、復(fù)合材料和其他先進(jìn)材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，在國防、能源、運(yùn)輸和其他部門具有顯著提高材料性能的潛力。美國一部分高科技公司使用昂貴的先進(jìn)材料和加工技術(shù)，使其產(chǎn)品性能保持在國際最前沿；而另外一部分公司則是大批量、低成本生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者，在降低生產(chǎn)成本方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。若非競爭對手，高技術(shù)型公司和大批量生產(chǎn)型公司之間可進(jìn)行專業(yè)知識轉(zhuǎn)移，這樣既可以降低高性能產(chǎn)品的成本，又可以提高低成本產(chǎn)品的性能，為整個行業(yè)帶來顯著益處。使用高性能計算預(yù)測材料行為的強(qiáng)大新方法將促進(jìn)這種知識轉(zhuǎn)移，例如材料基因組計劃開創(chuàng)的計算方法，可以計算出先進(jìn)材料系統(tǒng)在加工和使用中的可能屬性，從而最大限度地減少目前設(shè)計新材料所需要的昂貴且耗時的實(shí)驗(yàn)。

(2)增材制造：使用三維印刷和相關(guān)技術(shù)直接創(chuàng)建結(jié)構(gòu)材料的能力，正在從每個部件的成本到系統(tǒng)性能多方面，深刻地影響著美國的商業(yè)和國防制造。例如，單片高性能金屬零件的增材制造可以為航空航天領(lǐng)域帶來可觀的重量減輕和性能提升。類似的，生物細(xì)胞印刷有望在未來直接培育出人體組織和器官。

報告指出，增材制造在制造行業(yè)的充分應(yīng)用取決于能否可靠地設(shè)定加工參數(shù)，從而在不同機(jī)器和不同地點(diǎn)之間產(chǎn)生可靠和可重復(fù)的生產(chǎn)，需要機(jī)器/工藝標(biāo)準(zhǔn)化和可靠成分的材料質(zhì)量。隨著增材制造生產(chǎn)能力的擴(kuò)大，需要在基礎(chǔ)研究的支持下進(jìn)行新的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以確保生產(chǎn)零件的可重復(fù)性和可靠性。

另外，在過程控制和過程監(jiān)控方面還需繼續(xù)進(jìn)步，以確保增材制造技術(shù)成為可行的生產(chǎn)替代方式。研究開發(fā)新的方法來測量和量化材料和加工技術(shù)之間的相互作用，以更好地理解材料-工藝-結(jié)構(gòu)關(guān)系。建立新的標(biāo)準(zhǔn)來支持增材制造過程數(shù)據(jù)的表示和評估，以確保零件的質(zhì)量和重復(fù)性。擴(kuò)大研究工作，將計算技術(shù)應(yīng)用于增材制造技術(shù)，包括仿真和機(jī)器學(xué)習(xí)。

(3)關(guān)鍵材料：包括關(guān)鍵礦產(chǎn)資源，它們是支撐美國能源生產(chǎn)、國防技術(shù)、工業(yè)品和整體經(jīng)濟(jì)的眾多先進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，它們都面臨資源枯竭的風(fēng)險。這些材料通常具有獨(dú)特性質(zhì)，難以用替代材料系統(tǒng)復(fù)制。然而，由于缺乏強(qiáng)勁而有彈性的國內(nèi)生產(chǎn)能力，使得某些關(guān)鍵材料的供應(yīng)鏈明顯脆弱。