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深度研究:美國增材制造“啟示錄”

來源:裝備制造

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞:增材制造 智能制造

        美國總統奧巴馬曾表示,NAMII(美國增材制造創新研究所)的前期進展和成功保證將作為美國為其他研究所建設提供必要聯邦資金的基礎。 2013年2月,奧巴馬發表國情咨文,充分肯定了NNMI以及NAMII的前期工作成果。為進一步強力推動美國增材制造技術的統一協調發展,提升知名度和影響力,2013年10月,NAMII正式更名為“美國制造”(America Makes)。

      工業和信息化部賽迪智庫

      全球金融危機以后,為重振美國制造業,搶占全球先進制造業的制高點,奧巴馬政府提出“再工業化”戰略。2012年3月,美國總統奧巴馬提議建立“美國國家制造業創新網絡”(簡稱NNMI),旨在通過組建重點領域的制造業創新研究所(簡稱IMIs),充分調動和利用工業界、學術界和政府的現有資源,加強技術、工藝、材料、產品的研發和投資合作,進而推動制造業創新及產業化,謀求制造業的強勢回歸。2013年1月,美國總統執行辦公室、國家科學技術委員會和高端制造業國家項目辦公室聯合發布《國家制造業創新網絡:一個初步設計》,在明確“完善美國制造業創新生態系統”的同時,確立“建設制造業不同細分領域的專業創新研究中心”,正式出臺了NNMI及各領域制造業創新研究所的初始設計方案。2014年美國財政預算提議給予NNMI項目的聯邦支持資金為10億美元,用于建設15個IMIs,此后,奧巴馬政府又提出了10年內創建45個IMIs,其中,2016年美國財政預算確定一次性投入19.3億美元,用于未來成立的29個IMIs。

      作為制造業創新研究所的概念驗證性行動,“美國增材制造創新研究所”(簡稱NAMII)已于2012年8月正式落戶位于俄亥俄州的揚斯敦,并設置了技術顧問委員會、管理委員會、執行委員會。美國總統奧巴馬曾表示,NAMII的前期進展和成功保證將作為美國為其他研究所建設提供必要聯邦資金的基礎。 2013年2月,美國總統奧巴馬發表國情咨文,充分肯定了NNMI以及NAMII的前期工作成果。為進一步強力推動美國增材制造技術的統一協調發展,提升知名度和影響力,2013年10月,NAMII正式更名為“美國制造”(America Makes)。

      運作模式

      運行機制 AmericaMakes的成立伊始即按照《國家制造業創新網絡:一個初步設計》的規定,采用聯邦與私營部門比例為1:1的資助方案,其中,美國國防部、能源部與商務部聯合投資3000萬美元,用于資助增材制造設備與研究活動,國家科學基金會單獨投資500萬美元,用于資助增材制造基礎研究與勞動力發展活動,美國國防部單獨投資1000萬美元,用于支持增材制造技術規模化生產,此外,俄亥俄州、賓夕法尼亞州和西弗吉尼亞州的企業、學校和非營利性組織組成的聯盟私營聯合投資4500萬美元。

      America Makes的組織管理機構包括技術咨詢委員會、執行委員會與管理委員會,其中,技術咨詢委員會是由美國國防部、能源部、國家航空航天局、國家科學基金會、商務部的代表組成,主要負責把控技術方向;管理委員會是由聯盟初始會員的鉑金卡會員與金卡會員以及州政府代表共35名成員組成,主要負責技術戰略與計劃運行指導;執行委員會則是由學術界、工業界、非盈利機構和政府部門共9名代表組成。2013年4月,America Makes技術咨詢委員會與管理委員會召開第一次會議,任命美國國防制造中心(NCDMM)執行總裁Ralph Resnick擔任America Makes主任。與此同時,會議還制定了會員協議與組織章程,根據每年繳納的會費不同,將會員分為銀卡、金卡和鉑金卡三種類別,銀卡、金卡、鉑金卡會員每年分別需要繳納會費1.5萬美元、5萬美元、20萬美元,不同類別會員將享受不同的權益,其中,鉑金卡會員享有一切權益;金卡會員不享受服務器加速包的權益,如需要戰略咨詢等服務需繳納一定費用;銀卡會員除享受使用新的研發基金、共享數據資源、知識產權保護、項目調用、共享研究報告、參加研討會以及培訓折扣等基礎服務之外,需要付費進行戰略咨詢,并且不享有參與制定技術路線圖、獲得治理委員會席位、研發設施的使用權、服務器加速包等相關權益。截止目前,America Makes會員已從成立之初的58個發展到162個,其中,政府部門9個,鉑金卡會員17個,金卡會員47個,銀卡會員89個。

      當前工作重點 America Makes執行委員會下設4名副主任,分管技術開發、技術轉讓、先進制造企業、勞動力和推廣教育等4個方面,其工作包括:一是進行先進制造新技術應用研究、開發與示范項目,二是開展各層次的教育與培訓活動;三是開發可擴大供應鏈和提高整合能力的創新方法與實踐;四是積極吸引中小企業與原始設備制造商參與;五是提供可共享的設施與設備。

      1、有序開展項目征集與資助

      2012年11月至今,America Makes已先后開展了三批合作項目征集。共計征集31個項目,累計投入資金4780萬美元,詳見下表。

      2015年7月,America Makes宣供800萬美元的資助,并由項目資助布了第三批獲得資助的9個增材制造方提供1100萬美元的配套資金,合應用研究與開發項目,詳見上表。

      針對這些項目,America Makes將提供800萬美元的資助,并由項目資助方提供1100萬美元的配套資金,合計投入金額達到1900萬美元。

      2、注重教育培訓與宣傳推廣

      培訓和教育推廣是America Makes的一個重要事項。America Makes致力于將每一個資助項目作為教育推廣的主要組成部分,2015年5月,AmericaMakes與其鉑金會員德克薩斯大學ElPaso分校(UTEP)開設了第一家衛星中心(即分中心),旨在通過UTEP的先進設備與尖端研究為合作伙伴提供教育和勞動力培訓。2015年7月,America Makes和全球知名的大學附屬企業孵化器美國揚斯敦企業孵化園(YBI)共同啟動了10萬美元科技創業競賽,該比賽既專注于增材制造,又鼓勵參賽者提交B2B軟件和信息技術方面的商業構想。唯一獲勝的團隊只要證明其業務可靠和具有可擴展性的計劃就可以獲10萬美元的投資資金和美國揚斯敦企業孵化園所提供的5萬美元實物性專業服務。與此同時,America Makes還與UL公司合作開展面向所有會員的增材制造培訓項目,其中不僅包括基礎理論知識和實際的3D打印技術學習,還將針對America Makes成員開發定制化教育培訓內容。

      3、積極建立“能力數據庫”

      為了進一步提升美國增材制造產業的協作水平,加強成員間的密切合作,進而實現資源、技術及真實收益的最大化,America Makes與Senvols公司合作建立了一種詳細說明每個成員單位特殊能力的“能力數據庫”,該數據庫只有其注冊會員才能夠查詢和使用。America Makes的會員不僅可以通過這個數據庫更為便利地找到自己有意向的合作伙伴,而且可以通過數據庫查詢需要使用的增材制造技術,進而最大限度地利用AmericaMakes的現有資源和知識,全面提升增材制造技術的發展和應用。其中,3D Systems正是通過America Makes與霍尼韋爾公司、濱州創新材料加工中心合作,獲得了美國空軍研究實驗室飛機熱交換器制造的訂單,其所采用的選擇性激光熔融技術的關鍵評估數據也將分享給America Makes的所有會員。

      啟示

      作為NNMI計劃的先鋒試點項目,America Makes組織和運行的有效實施,不僅會對其他IMIs產生積極的示范作用,其運行機制與經驗做法對我國建設國家制造業創新中心產生重要啟示意義。

      強化技術引領 NNMI的IMIs都要聚焦一個前沿制造技術領域,根據申報的技術重點是否滿足國家需求進行遴選,而AmericaMakes首要目標是將增材制造技術應用到美國主流制造業中,進而推進制造業創新。因此,AmericaMakes自運行以來就注重技術的引領作用,2012年11月,AmericaMakes確定了三項技術主題,包括打印材料特性和效能的研究、資格鑒定和認證測試以及加工能力和過程控制,并以此作為第一批和第二批合作項目征集的依據;2015年2月,America Makes召開技術投資策略會,與會成員和技術咨詢委員會共同確定并發布了新版增材制造應用研究與開發項目指南。該指南重點關注增材制造設計、增材制造材料、增材制造工藝、增材制造價值鏈、增材制造基因組等5個重點領域,明確了美國增材制造關鍵技術成熟度以及發展方向和發展目標,并以此作為了第三批項目征集的依據。其中,需要指出的是,該指南將設計作為重點領域之一,將有力促進更多低成本高效率的增材制造技術應用于產品研制和生產,進而加速美國制造業產品設計制造流程的變革。

      重視協同創新 NNMI的IMIs的選擇中一個考慮重點就是要避免重復,發揮協同創新的作用,因此,America Makes強調參與成員間不能僅是競爭關系,更應形成利益共同體。除了需要進一步發揮市場主體的創造力,更重要的是要圍繞產業鏈上的關鍵共性技術進行研發創新,共同分享資源、技術、生產設備、教育培訓以及知識產權,從而形成風險共擔、收益共享的合作模式。基于增材制造技術還需進一步突破,產業化進程有待進一步加快的發展現狀,為保持基礎研究與應用技術研究的平衡,克服市場失靈對技術研發的制約,AmericaMakes重視發揮政府部門的扶持與帶動作用,除美國國防部牽頭,美國能源部、商務部、航空航天局和國家科學基金會等作為參與單位各司其職外,美國航空航天局(NASA)和美國空軍實驗室制造技術部(AFRL)亦參與其中。

      America Makes的參與成員將在政府主導下集中跨部門、跨行業的優勢資源,并且充分強調共享,各成員可以就增材制造相關的設計工具、加工設備、認證手段以及成本核算方法等方面的信息進行交流和共享。

      堅持可持續發展 為提高創新效率,充分利用區域或國家創新系統內的現有資源,《國家制造業創新網絡:一個初步設計》要求每個制造業創新研究所“要基于多元化的融資渠道,秉承自我發展理念”,其中規定“每個制造業創新研究所在設立的前3年,聯邦政府資金按照設備、基礎項目資助和啟動資金的類別投入;第4年以后聯邦政府會取消啟動資金投入,并開始增加競爭項目資助;第5年及以后取消設備投入,并以基礎資助和競爭項目資助方式投入。”當前,美國聯邦政府對于AmericaMakes的資助已開始下降,在美國2016的財年預算中,AmericaMakes的預算已從2015年的1400萬美元降至800萬美元。為實現財務獨立,并最終實現自負盈虧,America Makes的收取會員費、開展收費服務活動、合同研究或產品試制等多樣化的盈利模式正在實施或加快探索。

      重視知識產權保護 作為協同創新有效發揮的關鍵和核心,如何解決知識產權問題將影響NNMI和America Makes的運行成本。為解決可能面臨的知識產權問題,2015年3月,美國商務部國家標準技術中心(NIST)的先進制造國家項目辦公室(AMNPO)知識產權工作小組公布了《國家制造創新網絡知識產權指導原則》,指出“知識產權不應作為制造業創新的收入來源,而應視為向會員傳遞價值的必要手段”。其中規定:“政府有權通過聯邦資助的研究和開發獎勵促進知識產權的發展;制造創新機構能夠獲得免版稅的、非排他性的研發許可證,并可向第三方轉讓商業許可證;建立會員及非會員分層版權費;評估標準要強調對美國制造業的影響”。


    (審核編輯: 智匯小蟹)

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