美國（guó）製造業創新研究所概（gài）況
撰稿人（rén）：王德生
2008年全球金融危機爆發以（yǐ）來，美國將發展（zhǎn）先進製造業提升到（dào）增強國家經濟實力、保障國防安全、確（què）保全球競爭優勢的重要戰略高度。奧巴馬政（zhèng）府（fǔ）提出了“再工業化”和“重振美國製造業”戰略。但（dàn）是，這些戰略並非簡（jiǎn）單地恢複美國傳（chuán）統製造業增長勢頭（tóu），而（ér）是重點培育發展（zhǎn）高端先進製造業新增長點，以搶占新一輪科技發展的製（zhì）高點。為此，美國出台了一係列舉措，特別是整（zhěng）合政府（fǔ）、學術界和企（qǐ）業界的資源，構（gòu）建國家製造業創新網絡，以（yǐ）“確保新一輪產業革命發生在美國”。這些舉措不僅有（yǒu）利於促進美國製造業的複興，也有助於鞏固和加強美國製造業強國的地位。
2012年3月，奧巴馬政（zhèng）府出台了與企業、大學、社區共（gòng）同建立國家製造業創新網絡（National Network for Manufacturing Innovation，NNMI）的（de）倡議，提（tí）出由聯邦政府出資（zī）10億美元，在10年內創建15個製造業創新研（yán）究所（Institute for Manufacturing Innovation，IMI）。2013年（nián）根（gēn）據形勢發展（zhǎn），奧巴馬政府又提出了10年內創建45個製造業創新研究所、組成國家製造業創（chuàng）新網絡、布局未來製造業創新增長點（diǎn）的倡議。
作為重振美（měi）國製（zhì）造業戰略的一部分（fèn），美國自2012年8月成立第一（yī）家製造業創新研究所――增材製造業創新研究所（現已更名為美國製造，America Makes）以來，截至（zhì）2015年12月（yuè）底，已建成（chéng）和正（zhèng）在籌建的“製造業創新研究所”共有9家，其中7家已（yǐ）建（jiàn）成，2家籌建中（見表（biǎo）1）。
表1 美國已公布的9家“製造業創新研究所”
資料來源：http://www.manufacturing.gov/，上（shàng）海科學技術情（qíng）報研究（jiū）所整理
美國製（zhì）造（America Makes）的（de）前身是2012年8月在俄亥俄州揚斯頓設立增材製造（zào）業創新研究所（The National Additive Manufacturing Innovation Institute，NAMII)，著重研發和推廣3D打印技術等。其中，美（měi）國國防部、能源部、商務部、國家科學基金和國家（jiā）航空（kōng）航天署等5家政府部門承諾（nuò）共同出（chū）資4500萬美元，首筆資金為3000萬（wàn）美元；由俄亥俄州、賓夕法尼亞（yà）州和西弗（fú）吉尼亞州的企業、學校和非營利性組織組（zǔ）成的聯合團體出資4500萬美（měi）元。
這是奧巴馬政府提議在（zài）全（quán）國建立的15個製造業（yè）創新研究所中的第一個。已包含（hán）超過85家公司（主要包括全球知名特種金屬生產商阿勒格尼技術公司，美國應用係統和技術轉移（yí）公司，全球知名設計（jì）軟件公司Autodesk，全球（qiú）知（zhī）名的3D打印公司 ExOne公司、Sciaky公司及Stratasys公司，波（bō）音公司，FMW複合材料，通用動力，通用電氣，霍尼韋（wéi）爾，IBM，江（jiāng）森自控（kòng），洛克希德·馬丁公司，諾斯羅（luó）普·格魯（lǔ）曼公司，派（pài）拉蒙工業/ 3D係統，鐵姆（mǔ）肯公司，西屋核（hé）電，全球知名照明產品製造商歐司朗）、13個研究型大學（主（zhǔ）要包（bāo）括卡內基—梅隆大學，凱（kǎi）斯西儲大學，肯特州立（lì）大學，利哈伊大學，賓夕法尼亞州立大學（xué），羅伯特莫裏斯大學，阿克倫大學，匹茲堡大學，揚斯敦州立大學等）、9個（gè）社區學院（如東捷威（wēi）社區學院（yuàn），羅雷恩縣社區學院，北安普頓社區大學，賓夕法尼亞大學（xué）技術學院，威斯特摩蘭縣社區大學等）以及18個非營利（lì）機構。隨著增材製造業創新研究所的（de）建（jiàn）成，揚斯頓有望成為美國未來3D打印產業的中心。據不完全統計，該製造研究所進行的研究項目已超（chāo）過了20個。
2、電力美國
電力美國（Power America）的前身是2014年1月在北卡羅來納州羅利建立新一代（dài）電力電子製造（zào）業創新研究所（The Next Generation Power Electronic Manufacturing Innovation Institute），旨在打造更加智能化、可靠安（ān）全、低（dī）成本且節能環（huán）保的21世紀電力網（wǎng）絡。由美國能源部（bù）牽頭並承諾5年出資7000萬美元，參與者包括25家企業和大學及其他非政府組織等，這些參與者將提供7000萬美元的配套資金。
電力美國的主要成員包括18家企業，7家大學和實驗室。其中，企業包（bāo）括一些世界領先的寬禁帶（wide bandgap，WBG）半導體製造商，世界領（lǐng）先的材料（liào）製造商，重要的最終用戶（如約翰（hàn）·迪爾公司、德爾福汽車公司等）。18家（jiā）企業主要包括：ABB公司、阿肯色（Arkansas）電力電（diàn）子（zǐ）國際公司、Avogy公司、Cree公司（sī）、約（yuē）翰·迪爾公司（Deere & Company）、德爾福（Delphi）汽（qì）車公司、台達（Delta）產（chǎn）品公司（全球知名（míng）的電源管理產品生產商）、DfR Solutions公司（電子行業質量、可靠性與耐用性解決方（fāng）案供應商）、GridBridge公司、黑森機電（Hesse Mechatronics）有限公司、貳陸（‖-Ⅵ）公司（全球知名（míng）的光（guāng）學元件和材料生產商）、IQE公司（sī）（矽片（piàn）供（gòng）應商（shāng））、Monolith半導體公司（sī）、RF微器件公司（sī）（高性能射頻組件以及複合半導體技術設計和製造領域的全球領導者（zhě））、東芝國際公司、Transphorm公司、United Si Carbide公（gōng）司、Vacon集團（全球領先（xiān）的變頻驅動及逆變器產品製造商）。7家大學和實驗室（shì）主要包括：北卡羅來納州立大學、亞利桑那州立大學、佛羅裏達州立大學、美國國家可再生能源實驗室（NREL）、加州大學聖巴巴拉分校、美（měi）國海軍研究實驗（yàn）室、弗吉尼亞理工學院和州立大學。
電力美國（guó）將（jiāng）為企業提供貫穿（chuān）電力電子供應鏈的共用設施、設備、測試和建模服務，特別是為小型和中型製造業企業，以（yǐ）幫助它們發明、設計和製造新的半導體芯片（piàn）和器件。該機構還將為芯片設計和製（zhì）造商與大型電力電子製造（zào）商和供應商提供市場供需配對（如（rú）約翰·迪爾（ěr）公司和德爾福汽車公司），加快這些技術推向市場的速度，並向美國勞動者提（tí）供培訓、高等教育課程和實習機會，以滿足寬（kuān）禁帶半導體產業（yè）發（fā）展需（xū）求，保持美國在該產業領域的全球競爭力。新一代電力電子製造業創新研究所主要聚焦於（yú）發展寬禁帶（WBG）半導（dǎo）體電力電（diàn）子技術。在20世紀，矽半導體電力電子，通過（guò）控製或將電能轉換成可用的電力，深（shēn）刻改變了計算、通信和能源行（háng）業，給（gěi）消（xiāo）費者和企業帶來了越來越（yuè）強大的筆記本電腦（nǎo）、手機和電動機。今天，寬禁帶（WBG）半導體為電力電子（zǐ）產業的發展（zhǎn）提供了使用更（gèng）少的電力、實現前所未有性能的新機遇。寬禁帶（WBG）半導體，如碳化矽和氮化镓可以在較高的溫度下工作，並具有更高（gāo）的耐用性和可靠性更高的電壓和頻率（lǜ）。有了這項新技術，可以把筆記本電腦電源適配器的體積縮小1/5，同時提供更好的性能並降低能耗20%左（zuǒ）右。一個典型的筆（bǐ）記本電（diàn）腦，牆壁插座上輸出功率的1/4被以餘熱形式散失掉，而（ér）寬禁帶（dài）（WBG）半導體可以（yǐ）把這些電源轉換（huàn）損失減少90%。寬禁帶（WBG）半導體也將改變插（chā）電式電動汽車產業發（fā）展，使消費者（zhě）可以更容易、更便宜的擁有和駕駛電（diàn）動汽車。如，寬禁帶半導體可以把車輛冷卻係統的大小減少約60%，並把直流快速（sù）充電站縮（suō）小到與廚（chú）房用微（wēi）波爐一樣（yàng）大（dà）小。此外，寬禁帶（dài）（WBG）半導體將有助於克服一係列發（fā）電、輸電、配電和（hé）最終使用（yòng）的挑戰（zhàn），以建設一個更智能、更可靠、更具彈性的21世紀電網。
3、數字製造和設計（jì）技術（shù）創新研究所
2014年2月，在伊利諾伊（yī）州芝加哥建立數字製造和設計創新研究所（The Digital Manufacturing and Design Innovation Institute， DMDII），旨（zhǐ）在進行數字化設計、工程和製造等過程的技術和流程研發與應用。DMDII由美國國防部長（zhǎng）辦（bàn）公室（Office of the Secretary of Defense，簡稱（chēng）OSD）監管（guǎn），國防部現場活動機構（DoD Field Activities）協助管理。商務部（bù）等將提供7000萬美元基（jī）金，該研究所將通過融資等方式獲得2.5億美元，使整（zhěng）個研究所資（zī）金規模達（dá）到3.2億（yì）美元。參與單位（wèi）包括70多家全美頂尖製（zhì）造商和（hé）軟件（jiàn）設計商、23家大學或社（shè）區學院及9個非營利組織（zhī）。
數字化製造和（hé）設計創新研究所的（de）目（mù）標是建立一個國家機構，專注於美國製造（zào）業領域的一些複雜問題（tí），並製定相（xiàng）關解決（jué）方案（àn），以抵消美（měi）國製造業企業采用這些新技術的風險，從而提高競（jìng）爭力（lì）。由於全球競爭力是由哪（nǎ）些產品以極具競爭力的（de）價格進入市場而驅動的，因此（cǐ），DMDII的工作重點將是（shì）在製造（zào）業企業範圍內利用“數字線程”，高度集（jí）成製造和（hé）設計複雜的產品，以降低生產成本和時（shí）間。減少時間和成本將產品推向市場的能（néng）力，是一（yī）種政（zhèng）府和行業常見的共同需（xū）要（yào）。此外（wài），政府和行（háng）業還需要一種方法來降低（dī）采用新技術的風險。DMDII提供了一個“示範工廠”（Demonstration Facility），該工廠集合了美國利（lì）用智（zhì）能機（jī）器開展生產實踐的下一代（dài）示範企業（NexGen公司（sī））。NexGen公司通過在工廠車（chē）間使用（yòng）敏捷、靈活和（hé）可重構操作，開發先進適用產品。在整合信息技術、智能工廠流程（如計算機（jī）模擬，先進材料的使用）和複雜（zá）的分析等（děng）方麵，DMDII可能是一個關鍵的差異化（huà）競爭優勢。DMDII的構想是美國數字化製造和設計的創新引擎，以及NexGen示範企業產品設計、製造的“測試床”（Test-Bed）。DMDI聚（jù）焦的四個核心技術領域包（bāo）括（kuò）：先進製造企業（yè）（Advanced Manufacturing Enterprise）、智能機器（Intelligent Machines）、先進分析（Advanced Analysis）以及網絡物理安全（Cyber-Physical Security）。
4、明日輕質創新研究所
明日（rì）質（zhì）創新研究所（Lightweight Innovations For Tomorrow，LIFT）的前身是2014年2月在密歇根州底（dǐ）特律（lǜ）建立輕型現代金屬製造業創（chuàng）新研究所（The Light weight and Modern Metals Manufacturing Innovation Institute，LM3I），輕（qīng）型金屬將主要用於軍民兩用汽車、機器設備（bèi）、船舶、飛機製造。國防（fáng）部主導並承諾出資7000萬美元基金，非聯邦的配（pèi）套資金將為7800萬（wàn）美元（yuán），研究所資金規模將達1.48億美元，參與研發並（bìng）出資的非聯邦政府單位（wèi）包括34家大（dà）公司、9家大（dà）學和17個非（fēi）營（yíng）利組織。
LIFT將重點聚焦商業和國防（fáng）應用中輕質部件和結構的集成設計和製造。通（tōng）過試生產和實驗測試，驗證（zhèng）這些設計。LIFT學院將在四個領域與產（chǎn）業界、學術界和政府開展合作：現（xiàn）有或（huò）創新的輕質合金（jīn）材料生產（chǎn）規模的迅（xùn）速成熟和展示；縮短（duǎn）設計製造新穎、價格實（shí）惠的金屬所需（xū）時間，包括輕質（zhì）合金材料（如金屬泡沫、蜂窩結構等）和第三代鋼產品等；發展（zhǎn）更（gèng）實惠（huì）的、更具（jù）競爭力的自動化製造流程；有效（xiào）利（lì）用集成計（jì）算材料工程（Integrated Computational Materials Engineering，ICME）的基礎設施，提升材料設計和製造員工的工具、技能和知識（shí）基礎。
LIFT所關注的（de）核心材料和製造技（jì）術領域（yù）主要是：新式合金（如鋁及（jí）鎂基合金等（děng））；初級金屬製造工藝；輔助生產過程；輕金屬產品的開發利用。創建LIFT，長期的（de）目標是創造輕量化產品的市場擴張和新的消費者（zhě），伴隨著汽車、航空航天、能源、國防和（hé）休閑設備等（děng）行（háng）業的發展（zhǎn），通過成熟（shú）和規模化的現代（dài）金屬產業發（fā）展，使美國在（zài）全（quán）球保持（chí）產業競爭力，並成為國家安全和技術的領導者。
2015年1月，在（zài）田納西州諾（nuò）克斯維爾建立先進複合材料製造創新研究所（The Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation, IACMI），該研究（jiū）所由（yóu）能源部主導，122家企業、非（fēi）營利組織、大學和研究實驗室合作，總投資額（é）為2.5億美元，其中能源（yuán）部出資7000萬（wàn）美元，由企業、大學、實驗室和非盈利組織組成（chéng）的聯（lián）合團體將提供至少1.8億美元的配套基金（jīn）。
先進複合材（cái）料製造創新研究所將致力於先進複合材料（如（rú）碳纖維）的前（qián）沿研究，擴大其在輕（qīng）量汽車（chē）、風力（lì）發電機葉片、天然氣汽車高壓罐和輕量、高效工業設備領域的應用。此（cǐ）外，還將製定先進複合材（cái）料的低成本、高速、高效製造及回收的具體流程，使其製造成（chéng）本（běn）下降50%，能耗降低75%，未來10年循環率提高到95%以上。該（gāi）研究所的成員有57家企業，15所大學及（jí）實驗室，14家機構，36家財（cái）團成員。
2015年7月美國第六家（jiā）製造業創新研究所——集成光子製造業創新研究所（suǒ）（The American Institute for Manufacturing Integrated Photonics，AIM Photonics）在紐約州羅切斯特正式（shì）成立。該研究所由美國紐約州立大學研究基金會負責管理（lǐ），總投資為6.1億美元，其中1.1億美元為聯邦資金，其餘5億美元為（wéi）私（sī）營投資，為目前（qián）製造業研（yán）究所中公私合營規模最大的項（xiàng）目。該研究所由國防部主導，始創成員有124家企業以（yǐ）及紐約州立大學研究基（jī）金會（huì）領導的（de）非營利機構和大學（xué）（其中：企業55家；大學和實驗（yàn）室20家；社（shè）區學院33家；非盈利機構16家）。
集成光子（zǐ）製造業創（chuàng）新研究所聚集的創新（xīn）製造技術主要有：（1）網絡和（hé）電信信號超高速傳輸；（2）新高性能信息加工係統和計算；（3）緊（jǐn）湊傳感器的應用，以實現醫療診斷和治療的巨大進步；（4）多傳感器應用，如城市導航（háng）、自由（yóu）空間光通信和量子（zǐ）信息科（kē）學；（5）其他多（duō）樣化軍事應用，如電子戰、射頻模擬（nǐ）傳感、通信和醫療/生物檢測。所有研（yán）發活動都需要設計、製造（zào）、包裝、可靠性和測試等領域的交叉。該研究所將整合美國政府、產業和（hé）科研（yán）領域的力量，改變國內集成光子技術能力分散局麵（miàn），提高美國國際競爭力，促進大學和中小企業參與集成光（guāng）子研發和技術變革。
2015年8月，美（měi）國（guó）第七（qī）家製造業創新研究所——柔性混（hún）合型電子製造創新研究所（Flexible Hybrid Electronics Manufacturing Innovation Institute，FHE-MII）在矽穀成立。該研（yán）究所由國防部主導，總投資（zī）額為1.71億美（měi）元，其中7500萬美元來自於聯邦資金，9600萬美元為非聯邦資金；柔性技術聯盟（méng）（FlexTech Alliance）將領導由96家公司、41所大學、14個州和地方政府（fǔ）組織、11家實驗室及非營利性機構組成的集團，確保美國在下一代可彎（wān）曲、可穿戴電子器件製造業中居於領導（dǎo）地（dì）位。該集團（tuán）聯合了美國主要的（de）電子及半導體公（gōng）司（如：應用材料公司、蘋果公司、聯合技術公司等）、可將相（xiàng）關電子器件（jiàn）嵌入從醫療設備（bèi）到超音速飛機等（děng）各種平台的終端用戶公司（如：波音公（gōng）司、通用汽車公司等），以（yǐ）及斯坦福大學、哈佛大學、麻省理工大學等前沿研究機構。新研究所將重點關注柔性混合電子製造業方（fāng）麵的前沿（yán）研究，利（lì）用高（gāo）性能的裝配和打印（yìn）技術，在可延展或可穿戴的平（píng）台（tái）上集成各種矽電路和傳感器。
柔性混合（hé）電（diàn）子技術的主（zhǔ）要應用包括：①通過可穿戴的電子信息裝（zhuāng）置，監控（kòng）生命體征和身體狀態，以優化保健和生活方式方麵的決策；②通過生物標誌和植入裝置，大幅改善醫療技術的交（jiāo）付（fù），監控慢性病（bìng）患者及作戰士兵的生命體征；③通過嵌入式傳感器，監控惡（è）劣環境下運（yùn）行的汽車、飛機的狀態；④通過（guò）在各種陸基、海基、空基、天基係統上應用輕質機器人及下一代成像和傳感器能力，提升軍事行動的安全性；⑤通過與飛機及其他載具平台外形貼合的電子設備，或者將電子設備集成到衣服和織物中，大幅減小電子係（xì）統模塊的（de）尺寸和重量。
2015年9月（yuè），美國能源部宣布投（tóu）資7000萬美元，成（chéng）立智能製造的（de）清潔（jié）能源製造創新研究所（Clean Energy Manufacturing Innovation Institution Smart Manufacturing），重點關注智能製造。智能製造是提高製造（zào）業能效的核心信（xìn）息技術，采用（yòng）智能通信係（xì）統後，從石油天然氣到航空航天以及食品生（shēng）產將更具（jù）競爭力，實現實時節（jiē）能，提（tí）高能源生產力。能源密集型行業，如鋼（gāng）鐵，生產成（chéng）本可以降低10%～20%。美（měi）國能源部將資助可將技術成本降低50%的研發，如高級傳感器、控製器、改進的（de）實時數據分析和控製係統、開放軟件和通信（xìn）平（píng）台的開發和規範化、高仿真建模（mó）製造等，將這些技（jì）術應用到製造流程中，可以使能效提高15%，能源生產力提高50%。
在奧巴馬（mǎ）總統的（de）國（guó）家製造業創新研究（jiū）所網絡計劃下，該研究所是美國能源部（bù）資助的第三家，此前兩家分別關注新一代電力電子和先進複合材料（liào）。每家研究所都采取公私夥伴模式，作為區域集（jí）群，縮小應用研究與產品生產之間的距離，為聯邦（bāng）機構、企業、大學和其他學術及培訓機構提供在核心領（lǐng）域共同投（tóu）資的平台。
2015年3月，美國國防（fáng）部承諾（nuò）出（chū）資7500萬美元建立“革命性纖維和紡織品創新（xīn）製造研究所”（Revolutionary Fibers and Textiles Institute for Manufacturing Innovation，RFT－IMI）。主要廠商、大學和非營利機構組成的實體將形成革（gé）命性的纖（xiān）維和（hé）紡織品的技術新製造中心，以至少1∶1的（de）成本份額從企（qǐ）業、公共和私人投資基金帶來了超過1.5億美元。革命（mìng）性纖維和紡織品創新製造研究所將確保美國在光纖科技、商業化的纖維和紡織品（pǐn）等新產（chǎn）品的前沿創新技術製造鏈中具有非凡的（de）性能。被稱為技術紡織品的這些現代麵料和纖維具有輕、防火及堅韌等（děng）新穎特性，應用廣泛，特別是（shì）用於製作消防衣、軍用品等。
另據美國白宮2015年10月（yuè）發布的美國（guó）創新戰略（A STRATEGY FOR AMERICAN INNOVATION），2015年美國財政已投入6.5億支持9家製造業創新研究所建設，2016年將投資（zī）3.5億美元（yuán）支持另外7家新的製造業創新研究所建設，這樣（yàng）在美國奧巴馬政府任期結（jié）束的2016年底將實（shí）現建立15個製造業創新研究所的目標。奧巴馬同時（shí）呼籲國會通過19億美元的承諾，支持另外（wài）29家製造業創新研究所的建立，實現在10年內建立一個由45家製造業創新研究所構（gòu）成（chéng）的完整的國家製造業創新網絡（NNMI）的目標（biāo）。
主要參考文獻：
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5. http://www.manufacturing.gov/
