美国制造创新中心怎么选 - NNMI尼米系列解读(4)

作者: admin 分类: 房产 发布时间: 2019-07-21 10:53

熟悉的和意外的

自从2012年8月,NNMI成立第一个MII, America Makes(3D Printing, NAMII)作为NNMI的先导创新机构以来,NNMI在不同的工业技术领域陆续成立了14个创新机构。这些创新机构都有其不同的聚焦技术领域,有些并不出意外,比如3D打印,轻量材料,机器人等等;而有些却让我们耳目一新,比如先进功能纺织品,生物组织制造,流程集约化实施的快速推进等等。

问题

NNMI作为一个国家级制造业创新计划,是如何确定创新机构的技术聚焦领域(Manufacturing Technology Areas,MTA’s)的呢?又是如何通过科学方法确保技术聚焦领域的科学性,准确性和有效性的?

系统工程

首先,这是一个复杂的系统工程问题,决定性的影响因素有:世界范围内制造内先进技术潮流,国家利益,国家创新战略,制造业创新战略,创新机构招标发起人的优先利益重点,技术本身的成熟度,产业需求迫切度等等。本文通过一手掌握的各个报告 ,深入探讨这个问题,尽可能全面地勾勒出美国NNMI是如何科学地解决这个系统工程问题。

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自上而下的设计,国家创新战略模型

无疑,国家创新战略指导先进制造业创新战略,先进制造业创新战略指导NNMI技术创新战略。

美国国家创新战略是2009年提出,以响应当年的经济危机背景下的复苏法案。题为:Strategy for American Innovation: Driving Towards Sustainable Growth and Quality Jobs。 2011年,进行了第一次修订,题为:Strategy for American Innovation: Securing Our Economic Growth and Prosperity。2015年,又进行了第二次修订,形成了终稿。

2009年的第一稿,主题为面向持续增长和高质量的就业的创新。

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图1 美国国家创新战略的金字塔模型

战略报告分为三个部分,简单说就是基础设施,市场刺激,和技术催化,其层次结构如图所示。其中在技术催化部分中提出国家战略层面的优先技术领域,其中和制造业密切相关的有清洁能源(可再生能源,能源集约化,生物能源,太阳能,风能,节能楼宇,能量存储,碳捕获等等),先进车辆技术(电动汽车,生物燃料,高能效汽车,电池技术等),以及其他一些有待突破的技术热点:轻量军用背心,光合碳中性燃料的生物制备系统,智能假肢等等。

2011年第二稿,主题为以创新确保国家的经济增长与繁荣。以第一稿为基础,参考了两年以来的新形势的变化,引入一些新的创新动议,细化了第一稿的创新金字塔框架等。在国家战略层面和制造业相关的优先技术领域除了清洁能源等在第一稿中提出的技术领域以外,重点还提出了纳米技术,先进制造技术,空间技术,高效低成本医疗设备设计制造。

2015年,美国国家创新战略收效显著,2014年创造了上世纪90年代以来未有的就业增长。而国家创新战略也在此形势下日趋清晰和完善,从而形成美国国家创新战略的终稿,创新战略的金字塔模型改进为如下模型:

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图2 美国国家创新战略的层级模型

终稿的国家创新模型提出了六个关键元素,其相互关系如模型图所示。每个基本元素,终稿均详细展开予以说明。新的模型着重提出了公有和私有两个经济领域的创新,创新生态系统和先进制造技术创新的国家战略,而且给出了在制造业上三者结合的具体形式:国家制造业创新网络。这是明确将NNMI项目写入国家创新战略中。

自下而上,国家创新战略的演绎和集思广益

基于国家创新战略的指导,2011年6月PCAST发布的REPORT TO THE PRESIDENT ON ENSURING AMERICAN LEADERSHIP IN ADVANCED MANUFACTURING报告(简称“确保报告”,在这个报告里,PCAST建议成立了AMP1.0)。报告中给出了先进制造领域优先支持的技术的评估标准:

1. 就业和产出的潜在高回报;

2. 包括有先发优势在内的可持续的竞争优势前景;

3. 尽管有足够的私有投资,但为市场失误所阻碍的技术;

4. 基于PPP模式,工业界合作伙伴愿意进行投资的技术;

5. 基于PPP模式,包括足够规模的工业伙伴,初创企业和小企业在内,愿意在商业化早期阶段的基础研究进行一定程度投资的技术;

6. 进行的投资将有助于固化美国制造业实力的技术,例如共享实验室,试验工厂,技术构架,技术集群创建等;

7. 在产品质量和性能上,提高现有企业,实业界国际竞争力的共享基础平台。

同时,报告中就这些评估标准给出了一些优先技术领域的例子:

☆ 先进机器人技术 Advanced robotics

☆ 纳米电子技术 Nanoelectronics

☆ 材料设计 Materials by Design

☆ 生物制造 Biomanufacturing

2012年2月,美国国家科技委员会NSTC在美国竞争重新授权法2010的指导下,制定了先进制造业的国家战略。该战略力求实现5个目标:

1. 加速先进制造技术的投资;

2. 增加先进制造业所需技术工人供给量;

3. 创立并支持PPP模式的政学产在先进制造领域的合作;

4. 优化政府的先进制造领域投资;

5. 增加先进制造领域研发的公有,私有投资。

针对这五个目标,报告均制定了下一层的行动计划,并给出了目标的评估指标。在第四个目标的说明部分,战略规划将政府优先投资的先进制造技术领域分为四大类以优化政府投资:

1. 先进材料

2. 生产技术平台

3. 先进制造工艺

4. 数据及设计基础平台

顶层设计 研究先行

AMP1.0的优先技术,何以入选?这是一个非常值得关注的话题。

在随后的2012年7月,AMP1.0发表了题为REPORT TO THE PRESIDENT CAPTURING A DOMESTIC COMPETITIVE ADVANTAGE IN ADVANCED MANUFACTURING的报告(简称AMP1.0报告),提出三大支柱为基础抓住先进制造竞争力。AMP下属有5个工作小组,分别在技术发展,共享平台,教育和劳动力,政策,外联进行基础研究,为该报告的产生提供支撑。

技术发展工作小组提供了关于先进制造优先技术的辨识研究,按照一套系统方法为AMP建议了11个优先技术方向,作为将要陆续创建的NNMI下的创新机构的技术聚焦领域。这些技术方向是:

△ 先进传感,测量及工艺流程控制Advancing Sensing, Measurement, and Process Control

△ 先进材料设计,合成和处理 Advanced Materials Design, Synthesis, and Processing

△ 可视化,信息技术和数字制造Visualization, Informatics, and Digital Manufacturing Technologies

△ 可持续制造 Sustainable Manufacturing

△ 纳米制造 Nanomanufacturing

△ 可弯折电子设备制造 Flexible Electronics Manufacturing

△ 生物制造及生物信息学 Biomanufacturing and Bioinformatics

△ 增材制造 Additive Manufacturing

△ 先进制造及测试设备 Advanced Manufacturing and Testing Equipment

△ 工业机器人 Industrial Robotics

△ 先进成型及接合技术 Advanced Forming and Joining Technologies

该系统方法称为:Framework for Priorities for Federal Investments in Advanced Manufacturing Technologies。

1、首先,关于优先制造技术领域的识别

所需数据

这些数据主要来自:

☆ 调研统计。从工业界和学界的参与者中对于未来重要的工业领域,关键技术,PPP模式的最佳实践范例及模型进行调研。

☆ 研讨会。和工业界学界参与者进行研讨,识别制造业竞争力所要求的优先技术。

☆ 研究。研究和参考其他国家在识别和培育优先制造技术的机制。

☆ 白皮书。指定专家组提供。

2、评估指标与评估步骤

美国国家利益需要迫切度,国际市场需求,美国该项技术的竞争力,国际上该项技术的成熟度。按照每个技术在四个方面的评估得分去识别优先技术。

具体的评估步骤是:

第一步,由业界和学界的参与者进行先期评估,初步识别出对于美国制造业在未来十年在经济和国家利益上具有最重大的影响力的技术。

第二步,在第一步基础上,更广泛地让大学成员(APLU),业界成员(MAPI)和中小企业成员(NCMS)参与评估,搜集反馈。

第三步,让更广泛的学界业界成员参与对于第二步的结果评估,最终产生美国未来的先进制造领域的优先重点技术。

这三步评估过程中,共有超过1200个工业界,学界,独立成员参加。

AMP2.0何以加速的因素

2014年10月,AMP 2.0又发布了第二份报告 “Report to The President Accelerating U.S. Advanced Manufacturing”(简称AMP2.0报告)。报告就1.0报告中三大支柱如何进行加速给出建议。

在优先技术领域识别问题上,“加速”报告仍然是在调查问卷,小组会议,专家小组等集思广益的基础上进行。在1.0报告基础上,挑选出急需加速进行的技术领域。遴选的四个考虑因素是:

1. 工业和市场的拉动力;

2. 跨界综合能力;

3. 国家安全,经济安全影响力;

4. 对于现有优势的杠杆效应。

每个因素的分值从1到4,评估者分成4个小组,并有相同的权重,对1.0报告中11个MTA's 进行打分评估。有3个MTA’s被选为急需加速,它们是

1. Advanced Sensing, Controls and Platforms for Manufacturing (ASCPM);

2. Visualization, Information, and Digital Manufacturing (VIDM);

3. Advanced Materials Manufacturing (AMM).

AMP 2.0附件1-10对于这三个MTA进行了详细分析,包括机遇,挑战,差距等,并提出加速建议。最终融入“加速”报告,成为其中一个部分。

一脉相承 种豆得豆

至此,水到渠成。我们回顾一下NNMI下各创新机构的建立时间表。

2012年,America Makes 增材制造;

2013年,DDMII 数字制造及设计, LIFT 轻量材料;

2014年, Power America 宽禁带半导体;

2015年,IACMI 复合材料,AIM 集成光子制造, NextFlex 柔性电子;

2016年,AFFOA 先进功能织物, Smart 数字制造,RAPID 化学流程能量集约化快速推进,NIIMBL 生物制药, ARMI先进再生生物制造(原ATB);

2017年, REMADE 可回收可重用绿色制造,ARM 机器人制造。

我们非常清晰地看到美国先进制造优先技术的决策机制的鲜明影响和一脉相承。

果然都是以前点的菜

本着国家创新战略的指导精神,2016年4月,国家科技委员会的先进制造小组委员会(SAM)发布了“联邦政府优先技术领域概略”,结合现状及未来发展趋势,提出了14个国家优先的先进制造技术领域,其中5个重点潜力技术领域:

☆ 先进材料制造(如高性能合金,轻量材料的生产技术等);

☆ 面向先进生物制造的工程生物学(如人工合成蛛丝制造);

☆ 可再生医学的生物制造技术(如人体器官的活体3D打印);

☆ 先进生物产品制造(如生物燃油,生物化工品等);

☆ 药物连续制造。

9个已成立NNMI创新中心的技术领域:

△ 增材制造;

△ 先进复合材料;

△ 数字制造和设计;

△ 柔性混合电子;

△ 集成光子;

△ 轻金属;

△ 智能制造;

△ 革命性的纤维和纺织品;

△ 宽禁带半导体电子。

到2017年回望,这所有14个重点技术领域均为NNMI成立的创新机构所覆盖。

川普政府应当会依照计划继续建立NNMI创新机构(计划中到2025年要建立45个NNMI创新机构),而后续会在哪些MTA’s建立创新机构,如何延续确定MTA’s的系统框架,我们拭目以待。还会有哪些熟悉的和意外的? 不过我们相信,决策者们还会依照这个系统方法继续探索值得投资的优先技术领域。

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