相對于德國、日本以及中國快速崛起的制造業(yè)來說，美國是否已經(jīng)陷入落后？美國曾經(jīng)引以為傲的制造業(yè)是否正在失去他們的競爭力？2011年總統(tǒng)科技顧問委員會對美國制造業(yè)（PCAST）存在的問題進(jìn)行了報告，答案是YES。
規(guī)劃藍(lán)海產(chǎn)業(yè)
美國如何回歸制造業(yè)，如何工業(yè)再復(fù)興，回答這么復(fù)雜的宏觀主題，美國的拉開了美國國家制造網(wǎng)絡(luò)NNMI創(chuàng)新體系的序幕，并且在各地陸續(xù)建立了十四個創(chuàng)新研究院。
規(guī)劃藍(lán)海產(chǎn)業(yè)
美國制造創(chuàng)新體系非常明確，一是放眼全球市場，提升競爭力。美國人一向以放眼天下和美國老大的思想所主導(dǎo)，其制造業(yè)放眼全球產(chǎn)業(yè)，NNMI的規(guī)劃主旨在于通過建立制造創(chuàng)新中心，通過協(xié)同效應(yīng)讓美國制造業(yè)在相關(guān)所定義的領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位，具有全球競爭力打造的目的。二是定位于藍(lán)海。不跟其他國家玩低端裝備產(chǎn)業(yè)，直接面向未來藍(lán)海的先進(jìn)制造業(yè)。也不是大家想象的智能制造——這個對美國未來產(chǎn)業(yè)太單一了。
而且美國為各個創(chuàng)新研究院所設(shè)定的目標(biāo)如果從MRL(Manufacturing Readness Level-制造成熟度指標(biāo))來看，其關(guān)注點在于MRL4-MRL7，如果我們來解讀這個問題的話，可以理解為“關(guān)注藍(lán)海”。
換言之，美國創(chuàng)新研究院不關(guān)心純理論和工程研究階段的技術(shù)，而是聚焦于“制造創(chuàng)新”，即，如何讓這些剛剛進(jìn)入原型或者小批量市場階段的，但由于初始階段的成本門檻尚未通過，通過制造創(chuàng)新來降低其成本、提升性能、穩(wěn)定性等來讓其成為更具市場競爭力的技術(shù)與產(chǎn)品，這就類似于“尚未大批量、但有著廣闊前景”—這就是“藍(lán)海”。
研究不是美國創(chuàng)新中心的事情，因為那個需要長期見效；而已經(jīng)進(jìn)入市場激烈拼殺的紅海，美國創(chuàng)新中心也不會介入。干，就只干最有前途的事情。
圖1：通過技術(shù)產(chǎn)業(yè)化提高美國各個工業(yè)領(lǐng)域的制造能力
圖1可以看出，其實就是將整個MRL4-7列入其推動范圍—這包括了很多技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的推動，在整個NNMI的推動中，DoD、DoE、NASA、Air Force等，以及為軍方提供生產(chǎn)制造的洛克希德.馬丁、波音等也參與到了NNMI中并扮演關(guān)鍵角色，這里也包括了“軍轉(zhuǎn)民”的因素，因為每年美國的經(jīng)費投入在軍方、航空航天非常大，這些巨大的投入如果可以通過NNMI轉(zhuǎn)為民用，則可以為產(chǎn)業(yè)提供巨大的支持。
制造創(chuàng)新何處聚焦
不同于德國的工業(yè)4.0聚焦于以制造為核心的協(xié)同，美國的制造創(chuàng)新體系由多個美國創(chuàng)新研究院構(gòu)成（目前14個，未來不太確定是否能完成奧巴馬所設(shè)定的45個目標(biāo)），而這些中心則可以看出其聚焦點在哪里？
就美國電力創(chuàng)新研究院PA（寬帶隙功率電子制造），由于采用SiC和GaN技術(shù)，寬帶隙功率電子具有更大的節(jié)能空間、體積更小、高功率密度等特點，未來能夠為具體的產(chǎn)業(yè)提供巨大的市場。美國電力創(chuàng)新研究院的應(yīng)用包括了在電動汽車領(lǐng)域的AC-DC，DC-AC轉(zhuǎn)換設(shè)備、充電設(shè)備的效率提升，在工業(yè)領(lǐng)域則聚焦于大型的傳動設(shè)備應(yīng)用，以及在消費電子領(lǐng)域如手機充電等大的市場應(yīng)用。
圖2：舉例WBG未來將會迎來更為廣泛的市場 來源：IHS
根據(jù)美國電力創(chuàng)新研究院PA的統(tǒng)計，在制造業(yè)中60%的能耗來自于傳動系統(tǒng)，今天，基于IGBT的電氣傳動產(chǎn)品已經(jīng)非常低的成本，因此，中國本土的電氣傳動制造商已經(jīng)能夠在市場上因為低成本具有了較大的市場份額，但是，未來，在WBG時代，我們是否還能保持領(lǐng)先？更低的功率損耗、更小的體積、高功率密度，可以節(jié)能10%左右的空間，這些都是美國PA的突破點，未來，我們還能考低成本領(lǐng)先嗎？在電動汽車產(chǎn)業(yè)，消費電子領(lǐng)域，如果僅樂于提供組裝，而這些核心器件仍然掌握在美國、日本手里。
如果沒有制造業(yè)成本的優(yōu)勢相助，中國制造未來頗為堪憂。
對于先進(jìn)復(fù)合材料創(chuàng)新研究院IACMI而言，其聚焦于汽車減重設(shè)計，通過聚合物基碳纖維增強復(fù)合材料CFRP來實現(xiàn)汽車重量的降低，以達(dá)到58.5英里/加侖的目標(biāo)，第二個應(yīng)用市場則是風(fēng)力發(fā)電葉片的市場，第三個則聚焦于CGS—燃料電池、壓縮天然氣儲罐的應(yīng)用市場，其它則是跟材料本身相關(guān)以及仿真設(shè)計的技術(shù)。
柔性混合電子創(chuàng)新研究院NextFlex是將印刷技術(shù)與電子技術(shù)進(jìn)行融合，進(jìn)而在柔性材料上印刷電子線路，其聚焦于大的消費電子的可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，其旨在用于健康監(jiān)測的巨大市場，第二則是為IIoT提供傳感器的設(shè)計與制造應(yīng)用，這些都是較大的應(yīng)用市場。
跨界融合才是大創(chuàng)新
美國創(chuàng)新研究院有兩個特點，第一個是聚焦在材料科技，好幾個創(chuàng)新研究院的主題，跟材料相關(guān)。包括第一個設(shè)立的增材制造創(chuàng)新研究院，也是與材料包括粉末顆粒技術(shù)緊密相關(guān)，第二個顯著特征在于跨界融合。例如復(fù)合材料創(chuàng)新研究院IACMI融合了材料科技、仿真技術(shù)、OEM設(shè)備、檢測技術(shù)、成型等相關(guān)的技術(shù)，而柔性混合電子制造NextFlex則將電子技術(shù)、印刷技術(shù)進(jìn)行了融合。它給我們帶來了以下的啟發(fā)：
一是創(chuàng)新總是發(fā)生在跨界的地方
通過跨界才能產(chǎn)生新的市場機會，例如寬帶隙功率電子PA可以為清潔能源智能制造創(chuàng)新研究院CEMII提供技術(shù)支撐，復(fù)合材料IACMI和輕量化材料研究院LIFT可以共同服務(wù)于汽車減重設(shè)計，而數(shù)字化設(shè)計與制造DMDII，則可以與ARM進(jìn)行合作。
生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)是關(guān)鍵
二是讓傳統(tǒng)行業(yè)獲得新生
傳統(tǒng)的塑料、鑄造、紡織、印刷已經(jīng)趨于飽和市場，競爭非常激烈，而美國制造的創(chuàng)新體系設(shè)計讓傳統(tǒng)的行業(yè)借助于新材料、新制造技術(shù)的創(chuàng)新煥發(fā)新的生命力。例如通過IACMI的復(fù)合材料將傳統(tǒng)的塑料工業(yè)與新的材料融合，而柔性混合電子和3D打印產(chǎn)業(yè)也使得印刷行業(yè)提供了新的應(yīng)用場景（輪轉(zhuǎn)印刷機）以及產(chǎn)業(yè)的延伸，而柔性混合電子使得電子制造業(yè)也可以與半導(dǎo)體、油墨等傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行了融合。
這種結(jié)合，讓中國的傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)，如塑料、紡織、印刷、鑄造等領(lǐng)域，突然看到了全新的問題解決思路。
如何通過材料科技、智能制造技術(shù)的融合提升中國制造當(dāng)下的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，美國的創(chuàng)新研究院給了我們很多借鑒，所謂新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，并不是自我賦能的，而是要相互賦能。
三是扭住最具變革性的產(chǎn)業(yè)：材料與能源
在整個制造中的成本劃分中人工：機器：材料的構(gòu)成應(yīng)該在1：2：7，這表明，在材料方面的改善會帶來更大的競爭力，而能源消耗也是機器成本的重要構(gòu)成，因此，美國制造業(yè)將材料作為了重點，其本身具有重大的意義。舉個例子如果在時間上精準(zhǔn)的配置，可以消除等待時間中的空轉(zhuǎn)能耗，或者通過最優(yōu)的液壓與產(chǎn)品加工的匹配，可以為注塑機提供節(jié)能空間，這些技術(shù)在注塑機領(lǐng)域已經(jīng)有了大量的應(yīng)用。
美國的制造業(yè)是將制造與材料進(jìn)行結(jié)合，而我們中國在材料科技領(lǐng)域的投資也不可謂不大—因為國家對此非常清楚，但是，如何有效的將材料與制造業(yè)緊密結(jié)合并形成有效的目標(biāo)推動，則是值得思考的。而國內(nèi)，許多精力還是聚焦放在了所謂的“智能制造”—跟隨制造業(yè)領(lǐng)域領(lǐng)先優(yōu)勢明顯的德國，以及ICT技術(shù)非常領(lǐng)先的美國，來對我們的傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行升級，而不能在材料、能源領(lǐng)域有非常好的提升，這對于中國制造的未來，將具有先天性、系統(tǒng)性的大缺陷。
生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)是關(guān)鍵
美國制造創(chuàng)新體系的設(shè)計是一個網(wǎng)絡(luò)，換言之，是一個“生態(tài)系統(tǒng)”，可以從所有的創(chuàng)新研究院的愿景設(shè)計中，都可以看到其主旨就是在不同領(lǐng)域構(gòu)建生態(tài)“EcoSystem”。美國制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)NNMI的戰(zhàn)略核心是構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，而不是政府自己大包大攬，希望通過協(xié)同來實現(xiàn)整體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
生態(tài)系統(tǒng)的意義在于幾個方面：
（1）明確的需求避免不必要的研發(fā)浪費—例如走彎路：由End User提出需求，產(chǎn)業(yè)進(jìn)行協(xié)同，否則，不同的OEM、材料等廠商各自去研究市場需求，會走彎路。這樣可以避免錯誤的研發(fā)方向，節(jié)省產(chǎn)業(yè)內(nèi)的研發(fā)成本。
（2）資源的共享：包括測試實驗室裝備、技術(shù)的培訓(xùn)、技術(shù)研發(fā)信息等。信息的共享也會起到降低研發(fā)成本的效應(yīng)—避免不必要的研發(fā)投入。
通過產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，資源分享，讓整個美國這個領(lǐng)域的制造企業(yè)在資源上獲得分享降低其自身的成本，整個美國該產(chǎn)業(yè)整體的競爭力就會被打造出來。
關(guān)注到構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，其邏輯在于如何有效的讓產(chǎn)業(yè)協(xié)同，從產(chǎn)業(yè)鏈的上游至下游，通過協(xié)同效應(yīng)來消除美國整個產(chǎn)業(yè)的成本、技術(shù)領(lǐng)先性等，以使得美國該產(chǎn)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)優(yōu)勢。
圖3：舉例NextFLEX的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成
圖3則列舉了NextFlex-柔性混合電子領(lǐng)域的創(chuàng)新中心，生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成，由仿真設(shè)計、材料、機械、終端用戶、勞動力培訓(xùn)機構(gòu)、協(xié)會組織、大學(xué)研究機構(gòu)共同構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而共同分享信息、組織培訓(xùn)、測試、驗證實驗室等進(jìn)行整個產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。
生態(tài)杠桿效應(yīng)，也是美國制造創(chuàng)新研究院給我們的啟發(fā)。
事實上，美國政府給予每個創(chuàng)新研究院的資金并非很多，其主要目的是想通過杠桿效應(yīng)，通過產(chǎn)業(yè)鏈的自我驅(qū)動來引發(fā)投資，用2億美元的投資，撬動一個10倍或者更大的產(chǎn)業(yè)投資，由此投資引發(fā)一個10倍或更大的市場。
這對于對于中國的制造業(yè)推動，也有很大的啟發(fā)。NNMI給我們的借鑒在于如何構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，花較少的錢來通過協(xié)同、杠桿效應(yīng)來推動企業(yè)主動的投資，進(jìn)而將產(chǎn)業(yè)做大。
專業(yè)的組織運營設(shè)計
各個創(chuàng)新研究院詳實的前期調(diào)研，給我們了非常大的啟發(fā)。復(fù)合材料IACMI、NextFlex等都是由一家Nexight咨詢公司進(jìn)行了前期的咨詢工作，包括進(jìn)行產(chǎn)業(yè)專家調(diào)研、產(chǎn)業(yè)文獻(xiàn)整理等工作，確定關(guān)鍵技術(shù)路線圖，以及設(shè)定里程碑，并組織Workshop來培訓(xùn)關(guān)聯(lián)企業(yè)的項目申請與流程。
由專業(yè)的咨詢公司，組織前期咨詢具有很大的優(yōu)點，一是具有專業(yè)性：戰(zhàn)略并非是空洞的，而是有其專業(yè)的方法論和成熟模式可以借鑒，專業(yè)咨詢公司可以通過這些方法與模型來提升項目組織效率；二是由中間咨詢公司進(jìn)行的項目調(diào)研可以避免過多的利益相關(guān)者對制度體系的影響，避免發(fā)展為“圈內(nèi)”人的游戲。
圖4：IACMI由Nexight集團提供咨詢服務(wù)
各個創(chuàng)新研究院的目標(biāo)設(shè)定，也遵循SMART原則，具有可量化、可實現(xiàn)等準(zhǔn)則，這也是NNMI各個組織所遵循的。例如對于復(fù)材創(chuàng)新研究院IACMI而言，其設(shè)定的目標(biāo)即在五年內(nèi)達(dá)到以下目標(biāo)：降低25%的聚合物基碳纖維增強復(fù)合材料的成本；降低50%的CFRP內(nèi)生能耗；80%的可重復(fù)利用率。目標(biāo)都非常明確。
在流程設(shè)計上，技術(shù)路線圖的設(shè)定非常清晰。各個創(chuàng)新研究院均有清晰的技術(shù)路線圖、里程碑設(shè)計，而且一般都是由專業(yè)咨詢公司與產(chǎn)業(yè)專家共同討論，咨詢公司還提供產(chǎn)業(yè)本身的市場分析、對標(biāo)研究等戰(zhàn)略制定咨詢。
圖5：NextFlex所需涉及的技術(shù)領(lǐng)域及指標(biāo)
中國的好多規(guī)劃，往往路線圖不夠清晰，要么過于宏觀，要么過于文字化描述，缺乏量化數(shù)據(jù)、清晰節(jié)點，而內(nèi)容的呈現(xiàn)，也缺乏結(jié)構(gòu)性、可視化，例如文字中大量采用平鋪直敘的數(shù)據(jù)描述，而不是采用圖表，這也是一種缺乏思維結(jié)構(gòu)性的文風(fēng)。
中國發(fā)展制造業(yè)，可量化的數(shù)據(jù)，可模型化的場景，是下一步規(guī)劃可以強調(diào)的重點強調(diào)。否則，Interner+卻不知道要采集什么數(shù)據(jù)，如何使用這些數(shù)據(jù)，那么智能制造就是花架子。
人力資源培養(yǎng)是制造創(chuàng)新的伴隨戰(zhàn)略
美國制造創(chuàng)新體系在戰(zhàn)略指導(dǎo)中，即將“為制造業(yè)培養(yǎng)勞動力”列為了戰(zhàn)略的訴求之一，而每個創(chuàng)新研究院的使命設(shè)計都包括了對人力資源的培養(yǎng)，這就意味著教育與培訓(xùn)是整個制造業(yè)的伴隨戰(zhàn)略，緊密相隨。
教育是制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與長期戰(zhàn)略，通過產(chǎn)業(yè)推動教學(xué)研究。大學(xué)作為非盈利組織提供研究支撐，同時也使得大學(xué)可以緊密的與產(chǎn)業(yè)實際相結(jié)合，避免大學(xué)做純理論而無法將其轉(zhuǎn)化為實際的生產(chǎn)力。以產(chǎn)業(yè)推動教育更具有效率，并能夠讓學(xué)生參與其中。
而在具體的勞動力開發(fā)實施，各個創(chuàng)新研究院則各顯神通。
美國增材制造創(chuàng)新研究院AM，組織了大量的人員培訓(xùn)，包括（1）德勤咨詢，創(chuàng)建一個3小時增強制造業(yè)務(wù)相關(guān)的在線課程，有超過10000人參與此課程。（2）密爾沃基工學(xué)院共同推出3D打印和增材制造認(rèn)證課程，課程在2015年中期已經(jīng)有150人通過認(rèn)證。（3）產(chǎn)業(yè)，聯(lián)合企業(yè)以私人捐贈方式提供桌面3D打印給1000家學(xué)校，用于科學(xué)、技術(shù)、工程和機電（STEM）教育課程。
而數(shù)字化設(shè)計與制造創(chuàng)新院DMDII，則成立勞動力開發(fā)專家委員會來制定為DMDII勞動力開發(fā)的戰(zhàn)略，定義三個主要的數(shù)字制造與設(shè)計的關(guān)鍵能力組件：定義在該領(lǐng)域獲得成功所需的勞動力技能；通過開發(fā)內(nèi)容、推廣以及培訓(xùn)教員來教育；開發(fā)并發(fā)布應(yīng)用案例和數(shù)字制造思想。這些組件會在項目征集中設(shè)立相關(guān)申請，便于成員進(jìn)行組織。值得一提的是，DMDII還跟麥肯錫建立數(shù)字能力發(fā)展中心DCC。這件事情在中國是跟清華合作，并于今年四月份成立。
輕量化創(chuàng)新研究院LIFT舉辦了很多與教育培訓(xùn)相關(guān)的工作。
例如LIFT投資了“任務(wù)為中心的”輕型飛行器設(shè)計課程，被22個州25000名學(xué)生使用。贊助了普渡大學(xué)主辦的Indy 500 Grand Prix，其活動由高中生參與，通過采用輕質(zhì)材料來設(shè)計、制作、測試并銷售其汽車。并在2015年有1000人參與的美國機械工程協(xié)會的營地啟動了輕質(zhì)材料與技術(shù)的內(nèi)容給45名教師。
而為了重建美國先進(jìn)制造技術(shù)勞動力，LIFT與印第安納Vincennes大學(xué)為退伍軍人提供制機器培訓(xùn)課程。并投資工業(yè)技術(shù)與維護工作的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—這也是非常重要的制造業(yè)工作崗位，并肯塔基州為大學(xué)和技術(shù)學(xué)院提供成人學(xué)徒模式的學(xué)習(xí)方式。
不僅包括上述三個，包括復(fù)材IACMI舉辦大量的校園競賽活動，柔性電子NextFlex在其技術(shù)路線圖中也包括了教育培訓(xùn)計劃作為三大主線之一。目前大家都意識到教育和創(chuàng)新二者的重要性.在人才培養(yǎng)方面，不僅包括大學(xué)的培養(yǎng)，包括在職的教育培養(yǎng)，而且需要小心甄別，與當(dāng)下中國所倡導(dǎo)的智能制造之間有哪些關(guān)聯(lián)？需要哪些能力、專業(yè)的升級？如何突破，都是需要去研究的。
教育是配合制造業(yè)的戰(zhàn)略主線—這在美國創(chuàng)新體系中的每個創(chuàng)新研究院中都得以體現(xiàn)的，我們?nèi)绾巫寣W(xué)生的學(xué)習(xí)接近產(chǎn)業(yè)前沿？如何讓我們的大學(xué)更為聚焦于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，而不是SCI、EI這些論文的數(shù)量：這并不是創(chuàng)新。精益管理、教育與人才培養(yǎng)，這些都是支撐制造業(yè)長期戰(zhàn)略的基礎(chǔ)實踐，如果我們過于急功近利，推動智能制造，那么最終，我們得到的可能會事倍功半。
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