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“先進制造”讓美國看到翻盤機會

2016-8-9 14:48:32      點擊:
       兩年前,耐克公司推出名為Flyknit的全新跑鞋。與工人密集守在流水線上剪裁、拼接、縫紉、粘貼的傳統制鞋工藝不同,這種鞋是織出來的。一臺由計算機精密控制的編織機將輕型合成線織成一張完整的鞋面,鞋面接上鞋舌和鞋底后就變成了成品。Flyknit結實又輕巧,穿在腳上有“第二層皮膚”的貼合感。相比普通跑鞋,Flyknit可減少面料浪費80%,重量減輕近一半,耗費的人工和生產時間也大為縮減。8 Q  |% r2 `" a" T3 \

  通用電氣公司是全球主要噴氣發動機供應商,其一直是用鑄造和焊接工藝生產發動機燃油噴嘴。在手掌大小的噴嘴中,有20多個金屬小零部件,需要耗費很多工時焊接。現在,通用電氣準備改用3D打印,將電腦控制的激光束精準投射在鈷鉻合金粉末上,使其融化在預定位置,以20微米的厚度層層疊加,最后形成噴嘴。3D激光打印新工藝更省時省料,成品更輕,可使飛機更加省油。, _  p4 H% e! L1 I

  近年來,越來越多的美國企業正在引入先進的制造技術,顛覆小到跑鞋、大到飛機發動機部件的制造過程。在美國決策者看來,“先進制造”是振興美國制造業、刺激就業增長、提升全球競爭力的機遇。: @/ f) b. L* x# l# O( d

  政府積極推動“先進制造”
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  “先進制造”是指制造業對信息技術、自動化技術、計算技術、軟件技術、傳感技術和網絡技術等加以綜合運用,以新技術、新材料、新工藝改造現有產品制造方式,或研發新產品。9 U+ |! m2 Y, [5 O
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  先進制造技術的快速發展源于一系列集中出現的趨勢。比如,云計算和大數據服務成本低,易于獲取;使機器更智能的電子傳感器、微處理器等部件造價大為降低;軟件和通訊技術越來越先進,全面提升制造業管理的精確程度,并催生新的合作形式等。

  美國在推進先進制造方面具備顯著優勢。在發展先進制造技術時,復雜的軟件設計是關鍵之一。美國是軟件開發最先進的國家,在軟件行業長期稱霸。世界上80%的軟件是在美國開發,全球百強軟件業領軍企業有65%的總部在美國。美國領先的部分原因是在計算機科學教育和研究方面的傳統實力,同時也得益于創新文化、吸引世界最佳人才的硅谷企業家精神等因素。/ u/ t。 O* A0 [' d/ C9 l
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  另一方面,美國的制造業正面臨巨大挑戰。2000年,美國約三分之一的制造業工作崗位流失海外。而近年來先進制造技術的迅速發展讓美國看到了翻盤的機遇。美國國內一些人士認為,美國不應再與低制造成本的國家競爭,競相趨劣,而應把精力集中在能產生高價值、提供高薪資、在環保上可持續、短期內不易被其他國家復制的制造業活動,也就是先進制造業。奧巴馬在2014年國情咨文中宣稱,美國有機會在下一波高技術制造業就業崗位的競爭中壓倒其他國家。" D3 ]8 d: [: R* q; U  v
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  為落實振興制造業的戰略,奧巴馬政府在2012年宣布出資10億美元,打造一個全國制造業創新網絡,首批包括15個制造業創新研究所。這個網絡以政府與產、學界合作的方式,通過共同投資有廣泛應用的先進制造業技術,加速創新,縮小從基礎研究、產品研發到產品制造和商業化之間的差距,旨在幫組企業特別是小企業獲取尖端制造能力和設備,為培養和培訓適應先進制造業要求的技術工人創造環境。根據美國政府計劃,在未來10年內,加入全國制造業創新網絡的制造業創新研究所數量將增加到45個。  M. k( \; B$ y
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  與此同時,聯邦政府還增加了對先進制造研發項目的投資。2013財年的投資額為2億美元,較上一年增加近兩成。投資項目涉及先進材料、智能制造、生物制造等領域。

  “創新研究所”專注技術研發
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  “制造業創新研究所”是創新研發機構的統稱,其中不同的研究所有各自的關注領域,因此具體名稱各異。但它們的共同目的都是增強美國制造業的競爭力,刺激新企業誕生,促進地方經濟發展。
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  制造業創新研究所分布在全國各地,由所在地的高校或有實力的相關企業牽頭。參與組建的各級政府部門以及來自全國的研究機構、企業、高校、勞工組織等都是利益攸關方。制造業創新研究所的運作資金來源為聯邦政府投入,加上私營部門和非聯邦政府機構的配比投資。兩年來,已經有4個制造業創新研究所相繼成立,還有4個正在籌建中。0 K% ]6 a: w- q; b& S- C

  首先成立的試點是位于俄亥俄州揚斯敦的全國增材制造(即3D打印技術)創新研究所,又名“美國制造”。這個研究中心專注于幫助美國增強3D打印技術的實力,目前有20多個合作研究項目正在進行。作為一種快速成型技術,3D打印正在改變制造業游戲規則,可以應用于航天、汽車、消費品、醫療器械、食品等一系列制造行業。

  國防部、能源部和其他相關聯邦政府部門向“美國制造”先期投入了3000萬美元,包括制造商、大學、社區學院、非營利組織等在內的100多個成員配比投資逾4000萬美元,這顯示了業界對參與制造業創新研究所的熱情。各成員進行設計、材料、技術、勞動力等方面的合作,并享受諸多好處,比如獲得新的研發資金、知識產權以及僅向成員提供的數據等。
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  繼“美國制造”之后的3個制造業創新研究所都是在競爭的基礎上產生的。北卡羅來納州立大學領導的“下一代電力電子學制造業創新研究所”由能源部投入7000萬美元,25個成員配比投資,重點是推動研發高功率、節能電子芯片和設備。這項技術將使工業馬達、個人電子設備、電網支持設備、軍用衛星等運行更快、體積更小、效率更高。3 I" e) q7 U0 F$ r9 o' d0 C

  總部在芝加哥的“數字制造和設計創新研究所”由伊利諾伊大學實驗室主導,以國防部為主的聯邦政府部門投入7000萬美元,73個成員單位的配比投資超過2.3億美元。研究所在世界領先的制造商與尖端軟件公司之間建立起合作關系,主要解決各種設計、工程、制造和維護系統之間相互轉換數據的問題。$ w2 D  q! ]: }5 @1 ^
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  總部在密歇根州底特律的“輕型和現代金屬制造業創新研究所”由愛迪生焊接研究所主導,國防部為此投入7000萬美元,成員單位有60個,主要是解決輕型、高性能金屬及合金產品在制造過程中的障礙,擴大這些產品的市場。
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  總體來看,每一個制造業創新研究所都在力爭成為世界領先的制造業技術地區中心,涵蓋設計、研發、生產、供應鏈、技工培訓等制造業各個環節,相當于形成一個制造業創新生態系統。  i) p; `" s3 x; k( x" T

  公私合作刺激企業創新

  制造業創新研究所由政府牽頭建立、協調并資助,私營實體跟進投資、具體落實,顯示政府部門與私營部門的有力合作。公私合作關系是美國聯邦政府推動先進制造的一個方式,事實上也是美國創新生態系統的一個重要部分。聯邦政府資助研發項目,通過政府采購等措施推動新技術產業化,這些都有助于營造鼓勵企業研究、創新的環境。

  歷史上,公私合作關系對于美國研發世界前沿技術起到關鍵作用。比如,國防部的支持和推動引導私營公私取得互聯網、全球定位系統、半導體等重大科技成果。硅谷的誕生和興起尤為典型地表明政府扶持對科技研發的影響。曾有評論認為,如果沒有國防部的投資和支持,硅谷或許不會像今天這樣成為全球微電子研發和生產的驅動力。- p; e8 f  N! N" e. P

  先進制造的技術創新和突破需要持續而大量的投資,但相關的前沿技術研究通常存在較大技術和市場風險,企業等私營部門往往不愿給予足夠投入,擔心不能充分享有投資所產生的收益。另外,私營企業利潤率縮減,獲得的銀行貸款等外部資本減少,缺乏投資新技術的能力。對此,聯邦政府率先提供支持就顯得很有必要。政府的支持可分為不同途徑體現,包括直接撥款和公私合作等不同方式,其中公私合作研發更能帶動私營部門的跟進投入,刺激創新積極性。* D; z( ]' I3 T/ Y, ~3 n
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  企業積極擁抱先進技術1 H) W4 ]8 G6 B5 ^& z0 h) P( j; X

  在聯邦政府倡導建立全國性、規模化先進制造技術研究中心的同時,美國許多企業也在各自努力擁抱先進制造技術,打破傳統方式,提升競爭力。目前,實行先進制造的工廠已經大量采用機器人、計算機、激光以及其他現代技術。在美國中西部最新建造的幾架汽車制造廠,生產車間的工人手里最常用的工具不再是扳手和改錐,而是平板電腦。; `8 T( H/ \3 H9 n

  以本文開頭時提到的通用電氣公司為例,其將用激光打印取代傳統的鑄造和焊接工藝,在3年內每年生產2。5萬個3D打印鈷鉻燃油噴嘴,并將其用于新型噴氣發動機。通用還在探索將3D打印技術應用于其他產品的制造,將打印材料擴展到范圍更廣的金屬合金,比如鈦鋁和鎳鉻合金。, [# s+ G  v, x& b: d
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  通用電氣在紐約州的一家新建鈉鎳電池廠實現了工業互聯網和大數據管理,引起業內關注。一萬多個傳感器布滿近1。7萬平方米的生產空間,它們都與一個高速內部網絡連接,跟蹤和收集多項動態數據,比如用來烤制電池陶瓷內芯的粉末的批次、烤制的溫度、生產每個電池的耗電量,甚至還有所在地的氣壓。員工用平板電腦從廠區無線網絡調取數據。管理人員即使下班后,也可以通過智能設備及時接收傳感器發出的報警信息,查看傳感器記錄的情況,以便做出應對。技術人員利用在工廠生成的海量數據不斷改進工藝流程,查堵問題。

  產學合作培訓技術人才
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  先進制造對勞動者的素質提出更高要求,他們需要掌握設置、跟蹤和控制制造工藝流程的生產技能,不斷改進制造工藝流程的加工設計及開發技能,還需要掌握扎實的計算機技能,具備理解復雜生產工序的能力,以及有效進行團隊合作的能力。

  美國的社區學院承擔著培養勞動大軍的職能。聯邦政府兩年前建立了80億美元的社區學院職業發展基金,目標是培訓200萬技術工人,直接填補高標準要求的工作崗位,其中就包括先進制造業工作崗位。這些資金將用于支持社區學院與企業開展培訓技術人才的合作計劃。& n& N1 J  u, i: {# U- [+ B* G3 `

  制造業創新研究所的功能之一是“訓練工廠”,以其所集合的豐富資源,為教育和培訓各個層次的學生、工人提供獨特的機會。
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  美國一些制造業企業與教育、培訓機構也在嘗試合作辦學的人才培養方式。這些試行項目把課堂培訓與親手實踐相結合,吸引年輕人學習先進的勞動技能。比如,西門子美國公司和其他6家技術公司與北卡州皮德蒙社區學院聯合開展“學徒2000”計劃。參加該項目的高中畢業生既在社區學院學習,又到西門子的一家渦輪機制造廠工作,兩者交替進行。學生不僅不用交學費,而且無論是學習還是工作,都領取薪水。3年半后畢業時,學生即被西門子美國公司錄取為正式員工,工資待遇甚至比4年制大學本科畢業生還高。此外,他們還獲得機械電子專業副學士學位和被很多公司承認的技師證書。

  相類似的還有國際商用機器公司(IBM)2011年啟動的“早期學院高中技術之路計劃”。這個項目從9年級(相當于初三)開始,學生同時學習高中與學院的課程,特別注重科學、技術、工程和數學方面的科目,兼學一些職場技能,例如領導能力、溝通能力、解決問題的能力。畢業時,學生同時獲得高中文憑和計算機信息系統或機電工程技術專業副學士學位,并可以優先應聘IBM的入門級職位。

  西門子公司高管在一份報告中說,21世紀的競爭優勢將取決于國家和地區推動先進設計和制造的能力。雖然先進制造技術還處在早期階段,但各國均認識到制造業正在啟動新一輪高技術浪潮。除了美國之外,德國、中國和韓國等國家也都在大力推進先進制造戰略。美國能否在激烈競爭中搶占產業新制高點,領導下一次制造業革命,目前尚難定論。