美國國家制造創新模式探析

林雪萍 賁霖 王曉明

國際頂尖的互聯網和 IT精英締造了硅谷傳奇，華爾街鮮亮的金融大亨控制了全球經濟命脈，美國還在乎本土制造嗎？美國又靠什么來保障制造業的領先優勢？對于這兩個問題的回答，導致了“制造業＋創新”的美國國家制造創新網絡（National Networking of Manufacturing Innovation，簡稱NNMI）戰略的誕生。

正是為了最大限度地促進基礎研發技術向商業化應用技術的轉化，美國推出了國家制造創新戰略計劃，圍繞著科技成果轉化，形成了遍布美國的制造創新網絡，旨在保持美國先進制造的競爭力。從2012年開始到2017年1月，美國共建立了14個創新研究院。

美國制造創新網絡的誕生

美國總統科技顧問委員會（PCAST）發現，導致美國高科技制造業衰落的因素，并不在于高昂的勞動力價格——勞動力因素被過度夸大了，因為德國的工資比美國高 30%～40%，但德國制造業仍然在發達國家一枝獨秀。這個智囊團認為，是在將發明和發現轉化成“美國制造”產品這個流程上出了問題。雖然美國仍然在基礎研究、科學發現和創造精神方面引領世界，但由于大公司研發的大多數重點都放在了短期項目上，中間缺乏像早期的貝爾實驗室、德國弗勞恩霍夫研究所等這樣的專門機構來做轉換性研究。

然而，創新是一個完整的鏈條，技術開發與技術轉化是一個連續的過程，技術必須形成商業化應用或進入規模化生產，才能完成一次創新過程。科技到生產力中間存在一個“鴻溝”，這個介于基礎科研和商業化生產之間的空缺被稱為“死亡之谷”。如何將基礎研究方面的成果轉化為新技術的商業化應用，是制造業解決創新問題必須跨過的一道坎。

對于如何填平這樣的鴻溝，美國提出的對策就是，建立工業界和學術界合作的制造創新機構，通過“握手機制”，政府負責前半棒，后半棒交給工業界。美國總統科技顧問委員會在2011年提交的《確保美國在先進制造業的領導地位》報告，成為支撐后來美國制造業發展的重量級報告。它推動總統宣布實施“先進制造伙伴”（AMP，Advanced Manufacturing Partnership）計劃，該計劃最主要任務就是識別工業界、學術界和政府之間的合作機會。

在此基礎上，國家制造業創新網絡（NNMI）設想被提及并得以落實，成為一種促進政府激活美國先進制造潛力的重要戰略。在運作機制上，主要采取PPP模式，即政府、學術界、工業界三方合作，共同出資出力，共同致力于解決 NNMI的目標問題，共同分享成果。而這種模式，也是針對私人資金無力解決“鴻溝”問題的對策。

國家制造創新網絡的含義

作為一個國家級制造業創新項目，NNMI重點體現了它作為兩個創新層次的網絡結構。

第 1層是創新研究院 IMI（Innovation Manufacturing Institute）。戰略規劃指出，IMI是按PPP方式由政府、學術界、企業界合作，共同投資建設的致力于開發世界級先進技術和能力的實體。每個 IMI必須有其突破性技術領域及其第一流的中心設施，允許和參與方在此基礎上進行相關技術領域的預備競爭力研發（技術成熟度4～7，共9級），同時，IMI提供培訓、教育以及致力于可持續的、穩定的先進制造技術生態環境的創造。

第2層是 NNMI網絡，該網絡由各 IMI及其下屬子網絡組成。通過各個地域化的 IMI的作用，并且相互連接，從而在整體上增強美國制造業的全球競爭力。

促進創新技術向規模化、成本分攤和國內產能轉化，是一個相對復雜的目標，這也是美國制造創新網絡的核心，也就是說，它要解決創新過程中制造業的“死亡之谷”問題。

它采用了一個非常具體的度量工具，那就是技術成熟度（TRL）。

TRL值在4～7區域，大量技術創新成果由于沒有得到及時足夠的支持，很難轉化成為現實的生產力和產能，沒有能夠產生應有的經濟效益。

這一區間，由國家投資、企業院所配套來解決。

每個創新院IMI，政府給予的資助額度一般在7000萬到1.2億美元之間，時間跨度是5～7年，民間資金和政府資金的比例一般為1∶1。不同領域的資金配比會有所不同。在一些領域，如增材制造、智能紡織的民間資金配比往往會遠高于這個水平。至于財大氣粗的光電集成創新院，其配比資金更是高達5∶1。聯邦資助的支出規劃根據 IMI特點的不同有所不同，但基本是在初始階段完成后逐年減少，最后需要創新研究院能夠在財政上自負盈虧、自行發展。

創新研究院的自主資金來源可以非常多樣化，例如會員費、付費服務、合同、預研生產、研究資助、知識產權轉讓和捐贈等。波音、洛克希德·馬丁、通用電氣幾乎加入了所有已成立機構，并且繳納高額會費成為高級會員。這些巨頭公司對技術轉化的垂青不言而喻。而分級會員制，則是每個制造創新機構運行的基礎，并且制定了非常詳盡的知識產權產生規則和使用規則，這樣就在一開始把知識產權的邊界圈定清晰。

作為公私合作（PPP）創新模式的最新代表，國家制造創新網絡中的每個已經成立的制造創新機構都實施了分級會員制，即根據繳納會費的不同將會員分為若干級別，每個級別分別擁有不同的權利和義務。

總體而言，美國制造創新研究院的基本目標可以用3個詞來概括：產業競爭力、商業轉化力和新型勞動力。而政府起到的最重要作用，就是促進自循環，也就是讓這個“摩天輪”能夠持續轉下去。

美國制造業創新特別強調“創新技術的商業轉化力”，這是它的核心所在。制造業創新網絡所要解決的問題在于“商業化的轉變能力”，重點是商業轉化，而不是技術創新。

正因如此，NNMI在 2016年9月被重新命名為更加鮮明的Manufacturing USA（制造業USA），以便更好地傳播和記憶。名稱的改動，也成為美國制造創新網絡商業化的一個小小注腳。商業轉化能力，顯然只是最終實現價值的一個過渡性階段，但卻是最重要最需要呵護的一個階段。因為它是一個脆弱的“嬰兒”，需要穿過一段狹長無人照顧的峽谷。而美國政府打算扮演一個“階段性托管”的角色。

制造業USA的創新中心技術領域是如何確立的？

自從2012年8月，第一個增材制造創新研究院確定為“制造業USA”的先導創新機構以來，美國在不同的工業技術領域陸續成立了14個創新機構。這些創新機構都有其不同的聚焦技術領域，有些并不出意外，比如3D打印、輕量材料、機器人等；而有些卻讓我們耳目一新，比如先進功能紡織品、生物組織制造、流程集約化實施的快速推進等。

那么作為國家級制造業創新計劃的制造業 USA，是如何確定創新機構的突破性技術領域（Manufacturing Thrust Areas，MTA）的呢？又是如何通過科學方法確保突破性技術領域的科學性、準確性和有效性的？

制造業USA涉及復雜的系統工程問題，決定性影響因素非常多樣化，既有世界范圍內制造業先進技術潮流、國家創新戰略、制造業創新戰略，也有創新機構招標發起人的優先利益重點、技術成熟度/產業需求迫切度等。

毫無疑問，這是一個自上而下設計的國家創新戰略模型，環環相扣：國家創新戰略指導先進制造業創新戰略，而先進制造業創新戰略則指導制造業 USA的技術創新戰略。制造業 USA的建設，充分體現了一個系統工程的落地實踐過程。

自上而下的設計，國家制造業創新戰略模型

美國國家創新戰略是2009年提出，回應當年的經濟危機的復蘇法案。題為“Strategy for American Innovation: Driving towards Sustainable Growth and Quality Jobs”（《美國創新戰略：推動可持續增長和高質量就業》）。2011年進行了第一次修訂，題為“Strategy for American Innovation: Securing Our Economic Growth and Prosperity”（《美國創新戰略：確保我們的經濟增長和繁榮》）。2015年又進行了第2次修訂，形成了終稿。

2009年的第一稿，主題為面向持續增長和高質量的就業創新。這一戰略報告分為 3個部分，簡言之就是基礎設施、市場刺激和技術催化。其中在技術催化部分中提出了國家戰略層面的優先技術領域，而其中和制造業密切相關的有清潔能源（可再生能源、能源集約化、生物能源、太陽能、風能、節能樓宇、能量存儲、碳捕獲等等），先進車輛技術（電動汽車、生物燃料、高能效汽車、電池技術等），以及其他一些有待突破的技術熱點：輕量軍用背心、光合碳中性燃料的生物制備系統、智能假肢等等。

2011年第二稿主題是以創新確保國家的經濟增長與繁榮。在第一稿的基礎上，參考了 2年來的新形勢變化，引入一些新的創新動議，細化了第一稿的創新金字塔框架等。在國家戰略層面和制造業相關的優先技術領域，除了清潔能源等在第一稿中已提出的技術領域以外，還重點提出了納米技術、先進制造技術、空間技術、高效低成本醫療設備設計制造。

2015年，美國國家創新戰略收效顯著，2014年創造了 20世紀 90年代以來未有的就業增長。而國家創新戰略也在此形勢下日趨清晰和完善，從而形成美國國家創新戰略的終稿。

終稿的國家創新模型提出了 6個關鍵元素，對每個基本元素均詳細展開予以說明。新的模型著重提出了公有和私有兩個經濟領域的創新、創新生態系統和先進制造技術創新的國家戰略，而且給出了在制造業上三者結合的具體形式：國家制造業創新網絡（NNMI），明確將 NNMI項目寫入國家創新戰略中。

自下而上，國家創新戰略的演繹和集思廣益

基于國家創新戰略的指導，2011年 6月美國總統科技顧問委員會（PCAST）發布的“Report to the President on Ensuring American Leadership in Advanced Manufacturing”（確保美國先進制造的領先地位）報告（簡稱“確保報告”，在這個報告里 PCAST建議成立 AMP1.0）。該報告給出了先進制造領域優先支持的技術的評估標準：

1. 就業和產出的潛在高回報；

2. 包括有先發優勢在內的可持續的競爭優勢前景；

3. 盡管有足夠的私有投資，但為市場失誤所阻礙的技術；

4. 基于PPP模式，工業界合作伙伴愿意進行投資的技術；

5. 基于PPP模式，包括足夠規模的工業伙伴、初創企業和小企業在內，愿意在商業化早期階段的基礎研究上，進行一定程度投資的技術；

6. 進行的投資將有助于固化美國制造業實力的技術，例如共享實驗室、試驗工廠、技術構架、技術集群創建等；

7. 在產品質量和性能上，提高現有企業、實業界國際競爭力的共享基礎平臺。

同時，報告還就這些評估標準給出了一些優先技術領域的例子：

☆ 先進機器人技術 Advanced Robotics

☆納米電子技術 Nanoelectronics

☆材料設計 Materials by Design

☆ 生物制造Biomanufacturing

2012年2月，美國國家科技委員會（NSTC）在《美國競爭重新授權法 2010》的指導下，制定了《先進制造業的國家戰略》。該戰略力求實現5個目標：

1. 加速先進制造技術的投資；

2. 增加先進制造業所需技術工人供給量；

3. 創立并支持PPP模式的政學產在先進制造領域的合作；

4. 優化政府在先進制造領域的投資；

5. 增加先進制造領域研發的公有、私有投資。針對這5個目標，報告均制定了下一層的行動計劃，并給出了目標的評估指標。在第 4個目標的說明部分，戰略規劃將政府優先投資的先進制造技術領域分為4大類，以優化政府投資：

1. 先進材料；

2. 生產技術平臺；

3. 先進制造工藝；

4. 數據及設計基礎平臺。

頂層設計研究先行

AMP1.0的優先技術是如何入選的？這是一個非常值得關注的話題。

2012年7月，AMP1.0發表了題為“Report to the President Capturing Adomestic Competitive Advantage in Advanced Manufacturing”（獲取制造業國內競爭優勢）報告（簡稱AMP1.0報告），提出以 3大支柱為基礎抓住先進制造競爭力。AMP下屬有 5個工作小組，分別在技術發展、共享平臺、教育和勞動力、政策、外聯方面進行基礎研究。

技術發展工作小組提供了關于先進制造優先技術的辨識研究，按照一套系統方法為 AMP建議了 11個優先技術方向，作為將要陸續創建的 NNMI下的創新機構的技術聚焦領域。這些技術方向是：

△ 先進傳感、測量及工藝流程控制

△ 先進材料設計、合成和處理

△ 可視化，信息技術和數字制造

△ 可持續制造

△ 納米制造

△ 柔性電子設備制造

△ 生物制造及生物信息學

△ 增材制造

△ 先進制造及測試設備

△ 工業機器人

△ 先進成型及接合技術

優先制造技術領域的識別與評估

識別優先制造技術領域所需的數據主要來自：

☆ 調研統計

在工業界和學界的參與者中對未來的重要工業領域、關鍵技術、PPP模式的最佳實踐范例及模型進行調研。

☆ 研討會

和工業界、學界參與者進行研討，識別制造業競爭力所要求的優先技術。

☆ 研究

研究和參考其他國家在識別和培育優先制造技術的機制。

☆ 白皮書

指定專家組提供。

優先制造技術領域的評估，則根據美國國家利益需要迫切度、國際市場需求、美國該項技術的競爭力，以及國際上該項技術的成熟度這四個方面的得分得出結果。

具體的評估步驟是

第 1步，由業界和學界的參與者進行先期評估，初步識別出對于美國制造業在未來10年在經濟和國家利益上具有最重大的影響力的技術。

第 2步，在第一步基礎上，更廣泛地讓大學成員（APLU）、業界成員（MAPI）和中小企業成員（NCMS）參與評估，搜集反饋。

第 3步，讓更廣泛的學界、業界成員參與對于第2步的結果評估，最終產生美國未來的先進制造領域的優先重點技術。

2014年10月，AMP2.0又發布了第 2份報告“Report to the President Accelerating U.S. Advanced Manufacturing”（促進美國先進制造業）（簡稱AMP2.0報告）。報告就1.0報告中3大支柱如何進行加速給出建議。

在優先技術領域識別問題上，“加速”報告仍然是在調查問卷、小組會議、專家討論等集思廣益的基礎上進行的。在1.0報告基礎上，挑選出急需加速進行的技術領域。遴選的4個考慮因素是：

1. 工業和市場的拉動力；

2. 跨界綜合能力；

3. 國家安全、經濟安全影響力；

4. 對于現有優勢的杠桿效應。

每個因素的分值從1到4，評估者分成4個小組，并有相同的權重，對1.0報告中11個制造業突破性領域（MTA）進行打分評估。有 3個MTA被選為急需加速，它們是制造業先進感知、控制與平臺（ASCPM）ASCPM；可視化、信息與數字化制造（VIDM）；先進材料制造（AMM）。AMP2.0附件1～10對于這3個MTA進行了詳細分析，包括機遇、挑戰、差距等，并提出加速建議，最終融入“加速”報告，成為其中一個部分。

一脈相承，種豆得豆

從2012年開始，牽頭機構就在組織各方面專家進行關鍵技術的篩選，并不斷對外發布公告。在第一輪 3個階段的關鍵技術領域評估過程中，共有超過 1200個工業界、學術界和獨立成員參加，最終確定了“突破性技術”所在的領域和方向。

2016年4月，美國國家科技委員會的先進制造小組委員會（SAM）發布了“聯邦政府優先技術領域概略”，結合現狀及未來發展趨勢，提出了14個國家優先的先進制造技術領域，其中 5個重點潛力技術領域：先進材料制造（如高性能合金、輕量材料的生產技術等）、面向先進生物制造的工程生物學（如人工合成蛛絲制造）、可再生醫學的生物制造技術（如人體器官的活體 3D打印）、先進生物產品制造（如生物燃油、生物化工品等）、藥物連續制造等。

至此，水到渠成。且讓我們回顧一下制造業USA名下各創新機構的建立時間表。

2012年，America Makes增材制造；

2013年，DDIMI數字制造及設計，LIFT輕量材料；

2014年，Power America寬禁帶半導體；

2015年，IACMI復合材料，AIM集成光子制造，Next Flex柔性電子；

2016年，AFFOA先進功能織物，Smart數字制造，RAPID化學流程能量集約化快速推進，NIIMBL生物制藥，ATB生物組織制造；

2017年，REMADE可回收可復用綠色制造，ARM機器人制造。

我們可以非常清晰地看到美國先進制造優先技術的決策機制的鮮明影響和一脈相承。

本著國家創新戰略的指導精神，2016年4月，美國國家科技委員會的先進制造小組委員會（SAM）發布了“聯邦政府優先技術領域概略”，結合現狀及未來發展趨勢，提出了14個國家優先的先進制造技術領域，其中 5個重點潛力技術領域。

☆ 先進材料制造（如高性能合金，輕量材料的生產技術等）；

☆ 面向先進生物制造的工程生物學（如人工合成蛛絲制造）；

☆ 可再生醫學的生物制造技術（如人體器官的活體 3D打印）；

☆ 先進生物產品制造（如生物燃油、生物化工品等）；

☆ 藥物連續制造。

另外9個已成立 NNMI創新中心的技術領域。

△ 增材制造；

△ 先進復合材料；

△ 數字制造和設計；

△ 柔性混合電子；

△ 集成光子；

△ 輕金屬；

△ 智能制造；

△ 革命性的纖維和紡織品；

△ 寬禁帶半導體電子。

由2017年回望過去5年，14個重點技術領域均為制造業USA成立的創新研究院所覆蓋。

美國制造創新的冷思考

制造業USA被期待能在美國創新研發與先進制造中起到積極的橋梁作用。通過這一規劃，科研機構的創新技術可以通過企業轉化為先進制造產品。此外，在聯邦政府資金的協助下，參與到制造業USA的企業也可以在相對較低的風險下生產先進制造產品，這使得企業可以最大限度地與各類創新機構形成密切合作，了解未來制造業的發展方向，以及獲得產品開發、市場拓展和出口等方面的協助。

然而，實現制造業USA的目標仍存有一些困難。雖然它借鑒了德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會的運行模式，但二者也有十分不同的地方。例如制造業USA和其設立的創新研究院，許多相關負責人是兼職的。而德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會，作為歐洲最大的應用技術研究協會，致力于為企業開發先進的技術、產品和工藝，和其旗下的67家研究所均是以實體和正式編制的形式存在的。此外，和弗勞恩霍夫協會專注于解決技術問題不同，制造業USA還涉及國防安全、勞動力培訓、出口、產品開發、重塑制造業聲望等內容，這導致它的組織機構臃腫龐大。IMI委員會中的人數眾多且背景各異，也會存在低效交流的可能性。

所以，制造業USA這種管理、運營模式的發展效率還有待觀察。

除了管理之外，整個首批制造業USA計劃中，來自聯邦政府的資助僅為10億美元（不包括地方政府配套資金和企業投資等），分 5～7年內完成投資。在此之后，各 IMI應自負盈虧，實現可持續發展。實際上10億美元相比起美國其他創新計劃，投資不能算多。例如，國家納米材料計劃自2001年成立起共獲240億美元投資，2016年仍然獲得14億美元投資。先進制造產業作為高投入、高門檻的行業，而國會對制造業的投資缺口巨大，因此IMI欲實現可持續發展，也是頗有難度的。

雖然美國的研究機構有大量的創新成果，但在產業化上亦存有困難。聯邦政府的科研基金偏重于理論化和理想化的創新項目，對創新項目的實現難度往往不加以更多考慮。目前來看，已成立的14所創新研究院中，有為數不少的創新技術仍處在基礎研究階段，何時實現產業化尚不夠明朗。

另外就是勞動力大軍培養和就業問題。一方面美國工人在美國社會中屬于偏低收入人群，例如，多數一線工人工資周薪在 850美元左右，而白領勞動者的平均周薪在1560美元左右。低收入導致一部分從業者遠離制造業一線，從而影響了制造創新網絡加速培養先進制造業勞動力的目標。而且其戰略報告中提出的“學徒制度”等對制造業技能人才的培養，缺乏明晰、周密的計劃安排及相關薪酬政策。另一方面，美國制造業創新機構的一個典型的特征是面向未來的制造，一般都是面向高技能人才，它對于普通藍領的勞動力吸收能力并不大，這也是美國制造創新需要面臨的一個現實問題。

美國計劃到 2025年要建立 45個 NNMI創新機構，而后續會在哪些突破性領域（MTA）確立創新機構，如何延續確定MTA系統框架，我們拭目以待。

美國國家制造創新網絡給予我們諸多啟發。最重要的一點是，政府如何利用有限的資金，調動龐大復雜的社會組織，尋求多方面的參與。在幾年時間里面，牽扯到幾十份報告、數十條議案和法案，在十幾個領域中尋找落地點，動員上萬人，最終陸續確立了14個創新研究院。這是一個龐大的工程和層層擴散的政府聯動效應。美國國家制造創新網絡是牽動美國“再工業化”戰略的重要發展計劃，其呈現的各種動態、發展趨勢和技術進展，值得我們長期關注。●