美国《国家制造业创新网络：一个初步设计》概述

精品-可编辑-美国《国家制造业创新网络：一个初步设计》概述1、提出背景一个多世纪以来，制造业一直是美国经济繁荣的基石。2011年，美国制造业增加值高达1.8万亿美元，占GDP的12.2%；1.3万亿美元的制成品出口海外，占美国货物出口总额的86%。2013年1月，为促进美国制造业复兴，美国总统执行办公室（ExecutiveOfficeofthePresident）、国家科学技术委员会（NationalScienceandTechnologyCouncil）和高端制造业国家项目办公室（AdvancedManufacturingNationalProgramOffice）联合发布《国家制造业创新网络：一个初步设计》（NationalNetworkofManufacturingInnovation：APreliminaryDesign）。建立全国制造业创新网络是奥巴马政府的一大创新之处。在国际金融危机和“欧债”危机影响不断深化的背景下，面对以新能源、新一代信息技术、新材料、数字化制造等为标志的第三次工业革命浪潮，中国制造业发展面临诸多机遇和严峻挑战。当前，培育发展高端制造业已成为世界主要国家抢占新一轮经济科技制高点的战略选择，也成为我国能否在新的工业革命浪潮中占领先机的关键所在。基于此，笔者有针对性地对NNMI计划做了编译和整理，以期为推动我国制造业快速发展提供有效政策借鉴。美国国家制造业创新网络（NNMI）提出背景精品-可编辑-从上世纪80年代开始，美国制造业经历了明显衰退。1979年至2010年间，美国制造业工作岗位从1.94亿个降低到1.15亿个，降幅为40.7%，其中，2000年至2010年尤为明显，共有5900万份制造领域的工作消失，降幅为33.8%。美国劳工部数据显示，过去13年，每季度平均有占制造业总数3.5%的工厂关闭，而仅有2.6%的工厂新开。事实似乎表明，美国企业在本土保留核心研发、将规模制造外包或外迁的模式，或难以符合新一轮技术革命的特征：电子与通讯产业可模块化与可复制化的特点，加快了知识的溢出效应，由美国公司巨资开发的技术很容易被海外公司获得，并抢先开发为可商业推广的产品；制造业大规模外迁还造成本地产业链断裂，进而损坏产生创新的基础结构，不少企业的研发部门也随之迁往他国。美国国家科学技术委员会的数据显示，2000年美国的高端科技产品尚有50亿美元的贸易盈余，到了2011年则逆转为高达990亿美元的赤字，占总体贸易赤字的17%。在半导体记忆存储装置、锂电池、平面显示器、机器人、太阳能电池、高端照明、氧化物陶瓷等领域，美国曾经是技术的发明者，现在却落后于其他国家。那么，是什么原因导致美国制造业衰落呢？美国总统科技顾问委员会（PCAST）的研究表明，导致美国高科技制造业衰落的因素，并不在于劳动力价格——德国的工资比美国高30%至40%，但德国制造业却一直蓬勃发展，而在于美国在将发明和发现转化成“美国制造”的产品和流程上逐渐失去立足点，即使美国仍然引领着世界基础研究、科学发现和创造精神。过去美国有贝尔实验室、施乐帕克研究中心以及IBM实验室等等，它们负责精品-可编辑-构想下一个有影响的创想。但是在过去20年至30年间，公司研发的大多数重点放在了短期项目上。现在美国需要一些机构来做转换性的研究，就像德国弗朗霍夫研究所（FraunhoferInstitute）那样，就像贝尔实验室过去所做的那样——这就是为什么奥巴马政府决定建立由15所创新学院组成的“国家制造业创新网络”。当前，美国部分制造业标杆企业（如通用电气、卡特彼勒、奥的斯等）生产线从海外高调回归，但这并不代表着美国制造业的整体复兴。据一些研究机构估计，美国大约四分之三的研发产生于制造业，但过去30年间制造业基础的流失和瓦解，已经大大削弱了美国的科技竞争力。为促进美国制造业科技创新和成果转化，2012年3月，奥巴马政府宣布由联邦政府投资10亿美元成立国家制造业创新网络（NationalNetworkofManufacturingInnovation，以下简称NNMI）。创新网络的概念源于德国“弗朗霍夫模式”（FraunhoferModel），通过合同形式从政府和产业取得70%的资金，剩余30%基础资金根据9∶1的比例，分别来自联邦政府和地方政府，通常用于产业化前期研究。一般而言，德国弗朗霍夫模式更多体现的是“政府+企业”模式，而美国制造业创新网络更倾向于“学术界（含大学和社区学院）+企业”模式。具体而言，美国国家制造业创新网络具有如下特征：美国联邦政府出资建设一些基础设施，然后退居幕后，继而由美国企业界和学术界共同解决产业发展的相关问题，如决定要发展哪些科技和产业，确定关键制造工艺等。在美国国家制造业创新网络中，学术界的作用是极为重要的。除与企业界一起开发新技术外，精品-可编辑-学术界还将通过提供技术援助，帮助中小企业应用新的工艺技术、培训公司员工、共享关键设备和基础设施。美国国家制造业创新网络通过政府和企业部门以及学术界的共同参与，有力推动美国制造业行业新技术、教育能力、生产过程及产品的快速发展。为推动美国制造业关键技术领域创新，国家制造业创新网络（NNMI）还设立了包括国家增材制造业创新学院（NationalAdditiveManufacturingInnovationInstitute，以下简称NAMII）等在内的15个学院，分别聚焦于研究某一种平台性技术，以此作为世界领先的技术和服务的区域枢纽。实际中，上述学院通过提供共享的技术基础设施，帮助当地的初创企业和小企业发展新技术，加快市场的技术转让，推动所聚焦技术供应链的创新发展。如，让中小企业共享计算机辅助设计、仿真工具及关键设备，降低其研发成本；帮助小公司评估其科技成果的商业化价值，并缩短其商业化的时间。除此之外，创新学院还将作为“教学工厂”，在多个层面提高劳动力技能并增强大企业和小企业的业务能力。【专栏1】美国国家增材制造业创新学院所谓的增材制造，通常称为3D打印，这是一种通过数字模型制造产品和组件的新方式，并将对国防、航空航天、汽车和金属制造等行业产生广泛的影响。3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行精品-可编辑-生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、庞大的机床及众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。据美国能源部预计，与今天的“减法”制造工艺相比，增材制造过程能源消耗量将减少50%以上。2012年10月，美国国家增材制造业创新学院（NationalAdditiveManufacturingInnovationInstitute），落户在俄亥俄州和宾夕法尼亚州交界线附近的小城扬斯顿市中心一栋1.2万平方英尺的建筑里，这里原本是扬斯顿商业孵化器的一栋仓库配楼。这是奥巴马政府提议在全国建立的15个制造业创新学院中的第一个，目前包含超过85家公司（主要包括全球知名特种金属生产商阿勒格尼技术公司，美国应用系统和技术转移公司，全球知名设计软件公司Autodesk，全球知名的3D打印公司ExOne公司、Sciaky公司及Stratasys公司，波音公司，FMW复合材料，通用动力，通用电气，霍尼韦尔，IBM，江森自控，洛克希德·马丁公司，诺斯罗普·格鲁曼公司，派拉蒙工业/3D系统，铁姆肯公司，西屋核电，全球知名照明产品制造商欧司朗）、13个研究型大学（主要包括卡内基—梅隆大学，凯斯西储大学，肯特州立大学，利哈伊大学，宾夕法尼亚州立大学，罗伯特莫里斯大学，阿克伦大学，匹兹堡大学，扬斯敦州立大学等）、9个社区学院（如东捷威社区学院，罗雷恩县社区学院，北安普顿社区大学，宾夕法尼亚大学技术学院，威斯特摩兰县社区大学等）以及18个非营利机构。随着增材制造业创新学院的建成，扬斯顿有望成为美国未来3D打印产业的中心。作为第一家创新学院，增材制造业创新学院的运作模式颇具开创性。未来三年，其运营将由国防部、能源部、商务部、国家科学基金会和国家航空航天局（NASA）五个政府部门出资4500万美元，以及申请团体（包括俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州地区的一些制精品-可编辑-造企业、研究型大学、社区学院、非营利机构等）共同出资4000万美元，此后将逐渐过渡到自负盈亏。精品-可编辑-2、聚焦重点与相关计划美国国家制造业创新网络（NNMI）聚焦重点美国国家制造业创新网络设置的每个学院都有一个独特和明确的重点领域，如制造过程（manufacturingprocess），一项使能技术（enablingtechnology）[1]，先进新材料的制造过程（manufacturingprocessesfornewadvancedmaterials）或一个产业（anindustrysector）等。具体来看，主要包括如下几方面内容。制造过程：能有效降低生产成本的增材制造（如标准的细化、材料及设备的制造等）。使用现有的资源和权力，国家制造业创新网络（NNMI）将在重点地区试点国家增材制造业创新学院。其他例子还包括先进的连接或聚合物的加工工艺等。先进材料：发展轻型材料的低成本生产方法，如低成本的碳纤维复合材料，其应用将有效提高下一代汽车、飞机、船舶和列车的燃料使用效率、性能和耐腐蚀性。其他例子还包括大型太阳能发电或下一代集成电路所需新型材料的研发。使能技术：创建一个智能制造的基础设施和关键技术，使得低成本的传感器能有效应用到制造工艺，使得运营商能实时应用“大数据”，从而提高生产率，优化供应链，降低生产成本，减少能源、水和材料的消耗。精品-可编辑-产业：改善医疗设备或材料的生产过程，来提高药品、化学品的安全性和质量，创造新的工具以优化生产过程、控制成本支出。其他的例子还包括下一代汽车或航空航天制造工艺技术的发展。现有相关计划虽然美国联邦政府拥有一批高效的计划来支持高端制造业发展，但是此前所有计划的影响力都不及国家制造业创新网络（NNMI）。为进一步明确NNMI计划的重要性，我们对现有支持美国高端制造业发展的相关研究中心、研究和创新中心、制造示范设施、国防部制造技术计划、卓越中心等进行简要概述。一是研究中心（ResearchCenters）。研究中心通常侧重于基础研究，但偶尔也延伸到应用研究和技术的概念验证活动。这些中心都隶属于一个或多个大学。典型例子包括：NSF产业/大学合作研究中心。该中心专注于早期阶段的预竞争研究；NSF工程研究中心；NSF材料科学与工程研究中心等。二是研究和创新中心（ResearchandInnovationHubs）。中心强调在一个特定的高优先级目标下，研究团队规模庞大、学科多样。如美国能源部的能源创新中心就是一个多学科、多机构、高度协作的专注于能源科学与技术研究的机构。三是制造示范设施（ManufacturingDemonstrationFacilities，简称MDF）。制造示范设施旨在帮助制造业协会成员发展和展示新精品-可编辑-的制造技术。MDF由DARPA（美国国防部先进研究项目局）和能源部负责管理。四是国防部制造技术计划。美国国防部制造技术计划计划开发先进的制造技术和工艺，零库存生产和防御系统。美国许多国防制造技术都被商业化生产，并促进美国制造业的迅速发展。如，大规模的商业化数控机床技术就是归功于国防部制造技术的扶持。五是卓越中心。这些中心通常由非营利机构或大学领导，专注于特定领域的基础或应用研究。为了加快寻找化学、金属等储氢材料，美国能源部燃料电池技术项目曾经创办了四个氢存储卓越中心。使能技术（enablingtechnology），目前国际国内没有严格的“使能技术”相关定义。一般而言，使能技术是指一项或一系列的、