製造業Manufacturing USA—智能製造新概念

原標題:製造業Manufacturing USA—智能製造新概念

【中文條目】製造業USA

（或「美國製造創新網路」，本文中二者混用）

【英文條目】Manufacturing USA

（or NNMI：National Networking of Manufacturing Innovation）

【詞條定義】為了最大限度促進基礎研發技術，向商業化應用技術的轉化，美國成立了一個國家製造創新戰略計劃，圍繞著科技成果轉化而形成了一個遍布美國的製造創新網路。旨在保持美國先進位造的競爭力。從2012年開始到2017年1月，共建立了14個創新研究院。

導讀

美國製造創新網路是如何誕生，如何設想的？本文回顧了美國製造創新網路的建設和先進位造的規劃方法。

充滿了矽谷傳奇的互聯網和IT精英、華爾街鮮亮的金融大亨，美國還在乎本土製造嗎？美國靠什麼保障製造業的領先優勢？對於這兩個問題的回答，導致了「製造業+創新」的美國國家製造創新網路NNMI戰略的誕生。

美國製造創新網路的誕生

美國總統科技顧問委員會發現，導致美國高科技製造業衰落的因素，並不在於高昂的勞動力價格——勞動力因素被過度誇大了，因為德國的工資比美國高30%至40%，但德國製造業仍然一枝獨秀。智囊團認為，是在將發明和發現轉化成「美國製造」產品這個流程上出了問題。雖然美國仍然引領世界基礎研究、科學發現和創造精神，但由於大公司研發的大多數重點放在了短期項目上，中間缺乏像早期的貝爾實驗室、德國弗朗霍夫研究所等一樣的專門機構來做轉換性研究。

然而，創新是一個完整的鏈條，技術開發與技術轉化是一個連續的過程，技術必須形成商業化應用或進入規模化生產，才能完成一次創新過程。科技到生產力中間有一個驚險的鴻溝，這個介於基礎科研和商業化生產之間的空缺被稱為「死亡之谷」。如何將基礎研究方面的成果轉化為新技術的商業化應用，是製造業解決創新問題必須跨過的一道坎。

圖1：科技轉化鴻溝

對於如何填平這樣的鴻溝，美國提出的對策就是建立工業界和學術界合作的製造創新機構，通過「握手機制」，政府負責前半棒，後半棒交接給工業界。美國總統科技顧問委員會PCAST在2011年提交《確保美國在先進位造業的領導地位》后，成為支撐後來製造業發展的重量級報告。它推動總統宣布成立了「先進位造夥伴」計劃AMP（Advanced Manufacturing Partnership），其最主要任務就是識別工業界、學術界和政府之間的合作機會。

在此基礎上，國家製造業創新網路NNMI設想被提及並得以落實，作為一種重要的促進政府激活美國先進位造潛力的戰略。在運作機制上，主要採取PPP模式的政府，學術界，工業界三方合作，共同出資出力，共同致力於解決NNMI的目標問題，共同分享成果。而這種模式，也是在私人資金無力解決「鴻溝」問題的對策。

國家製造創新網路的含義

NNMI作為一個國家級製造業創新項目，重點體現了它作為兩個創新層次的網路結構。

第一層是創新研究院IMI（Manufacturing Innovation Institute）。戰略規劃指出，IMI是按PPP方式由政府，學術界，企業界合作，共同投資建設的致力於開發世界級先進技術和能力的實體。每個IMI必須有其突破性技術領域及其第一流的中心設施，允許和參與方在此基礎上進行相關技術領域的預備競爭力研發（技術成熟度4-7），同時，IMI提供培訓，教育以及致力於可持續的，穩定的先進位造技術生態環境的創造。

第二層是NNMI網路，網路由各IMI及其下屬子網路組成。通過各個地域化的IMI的作用，並且相互連接，從而整體上增強美國製造業全球競爭力。

促進創新技術向規模化、成本分攤和國內產能轉化，是一個相對複雜的目標，這也是美國製造創新網路的核心，也就是說，解決創新過程中，製造業「死亡谷」問題。

它採用了一個非常具體的度量工具，那就是技術成熟度TRL。

這個區間被設定在TRL值是從4到7之間。在這樣一個區域，大量技術創新成果由於沒有得到及時足夠的支持，而很難轉化成為現實的生產力和產能，沒有能產生應該有的經濟效益。

這期間，由國家投資、企業院所配套來解決。

每個創新院IMI，政府給的資助額度一般在7千萬到1.2億美元之間，時間是5-7年，民間資金和政府資金的比例一般為1：1。不同領域的資金配比會有所不同，在一些領域如增材製造、智能紡織的民間資金配比往往會遠高於這個水平。對於財大氣粗的光電集成創新院，其配比資金高達5：1，簡直是肥得流油了。聯邦資助的支出規劃根據IMI特點的不同有所不同，但基本是在初始階段完成後逐年減少，最後需要創新研究院能夠才財政上自負盈虧自行發展。

創新研究院的自主資金來源可以非常多樣化，例如會員費、付費服務、合同、預研生產、研究資助、知識產權轉讓和捐贈等。波音、洛克希德·馬丁、通用電氣幾乎加入所有已成立機構，並且繳納高額會費成為高級會員。這些巨頭公司，對於技術轉化的垂青，不言而喻。而分級會員制，則是每個製造創新機構運行的基礎，並且制定了非常詳盡的知識產權產生規則和使用規則，這就在一開始，把知識產權的邊界，圈定清晰。

作為公私合作（PPP）創新模式的最新代表，國家製造創新網路之中每一個已經成立的製造創新機構都在實施分級會員制，即根據繳納會費的不同將會員分為若干級別，每個級別分別擁有不同的權利和義務。

總體而言，美國製造創新研究院的基本目標可以用三個詞來概括：產業競爭力、商業轉化力和新型勞動力。而政府起到最重要的作用，就是自循環，也就是讓這個摩天輪要能持續轉下去。

與國內高喊創新其實有所不同的是，「創新技術的商業轉化力」，是核心所在。製造業創新網路所要解決的問題在於「商業化的轉變能力」，重點是商業轉化，而不是技術創新。

圖3：美國製造創新的邏輯

這種原因，也使得NNMI在2016年9月，重新命名為更加鮮明的製造業USA（Manufacturing USA），以便更好地傳播和記憶，名字的改動，也成為商業化的一個小小註腳。商業轉化能力，顯然只是最終實現價值的一個過渡性階段，但卻是最重要最需要呵護的一個階段。因為它是一個脆生的嬰兒，需要穿過一段狹長無人照顧的峽谷。而美國政府，打算扮演一個「階段性託管」的角色。

創新研究院的技術領域如何確立

自從2012年8月，第一個增材製造創新研究院作為MANUFACTURING USA的先導創新機構以來，MANUFACTURING USA在不同的工業技術領域陸續成立了14個創新機構。這些創新機構都有其不同的聚焦技術領域，有些並不出意外，比如，輕量材料，機器人等；而有些卻讓我們耳目一新，比如先進功能紡織品，生物組織製造，流程集約化實施的快速推進等。

那麼MANUFACTURING USA作為一個國家級製造業創新計劃，是如何確定創新機構的突破性技術領域（Manufacturing Thrust Areas，MTA』s）的呢？又是如何通過科學方法確保突破性技術領域的科學性，準確性和有效性的？

MANUFACTURING USA是一個複雜的系統工程問題，這些決定影響因素非常多樣化，有世界範圍內製造內先進技術潮流、國家創新戰略、製造業創新戰略，也有創新機構招標發起人的優先利益重點、技術成熟度\產業需求迫切度等。

無疑，這是一個自上而下的設計的國家創新戰略模型，環環相扣：國家創新戰略指導先進位造業創新戰略，而先進位造業創新戰略則來指導MANUFACTURING USA技術創新戰略。美國MANUFACTURING USA的建設，充分地體現了這是一個系統工程的落地實踐。

從2012年開始，牽頭機構就在組織各方面專家，進行關鍵技術的篩選，並不斷對外發布公告。在第一輪三個階段的關鍵技術領域評估過程中，共有超過1200個工業界、學界、獨立成員參加，最終確定了「突破性技術」所在的領域和方向。

2016年4月，國家科技委員會的先進位造小組委員會（SAM）發布了「聯邦政府優先技術領域概略」，結合現狀及未來發展趨勢，提出了14個國家優先的先進位造技術領域，其中5個重點潛力技術領域：先進材料製造（如高性能合金，輕量材料的生產技術等）、面向先進生物製造的工程生物學（如人工合成蛛絲製造）、可再生醫學的生物製造技術（如人體器官的活體3D列印）、先進生物產品製造（如生物燃油，生物化工品等）、藥物連續製造等。

至此，水到渠成。我們回顧一下MANUFACTURING USA下各創新機構的建立時間表。

2012年，America Makes增材製造；

2013年，DDIMI數字製造及設計，LIFT輕量材料；

2014年，Power America寬禁帶半導體；

2015年，IACMI複合材料，AIM集成光子製造，NextFlex柔性電子；

2016年，AFFOA先進功能織物，Smart數字製造，RAPID化學流程能量集約化快速推進，NIIMBL生物製藥，ATB生物組織製造；

2017年，REMADE可回收可重用綠色製造，ARM機器人製造。

到2017年回望，14個重點技術領域均為MANUFACTURING USA成立的創新研究院所覆蓋。

面臨的困難

Manufacturing USA被期待著在美國創新研發與先進位造起到了積極的橋樑作用。通過Manufacturing USA，科研機構的創新技術可以通過企業轉化為先進位造產品。而通過聯邦政府資金的協助，參與到Manufacturing USA的企業也可以在相對較低的風險下生產先進位造產品。這讓企業可以最大限度地與各類創新機構形成密切合作，了解到未來製造業的發展方向，以及獲得產品開發、市場拓展和出口等方面的協助。

然而，實現Manufacturing USA的目標仍存有一些困難。雖然Manufacturing USA的運行模式，借鑒了德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會，但二者也有十分不同的地方。例如Manufacturing USA和其設立的創新研究院，許多相關負責人是兼職完成。而德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會，作為歐洲最大的應用技術研究協會，致力於為企業開發先進的技術、產品和工藝的科研機構，其協會和其旗下的67所研究所均是以實體形式和正式編製而存在。此外，和弗勞恩霍夫協會專註於解決技術問題不同，Manufacturing USA還涉及國防安全、勞動力培訓、出口、產品開發、重塑製造業聲望等內容，這導致Manufacturing USA的組織機構臃腫龐大各個。IMI委員會中的人數眾多且背景各異，也可能會存在低效交流的可能性。

所以，Manufacturing USA這種管理、運營模式的發展效率還有待觀察。

除了管理之外，整個首批Manufacturing USA計劃中，來自聯邦政府的資助僅為10億美元（不包括地方政府配套資金和企業投資等），分5至7年內完成投資。在此之後，各IMI應自負盈虧，實現可持續發展。實際上10億美元相比起美國其它的創新計劃，投資不能算多。例如，國家納米材料計劃自2001年成立起共獲240億美元投資，2016年仍然獲得14億美元投資。先進位造產業作為高投入高門檻的行業，而國會對製造業的投資缺口巨大， 因此IMI欲實現可持續發展，也是頗有難度。

小結

川普目前對於美國製造創新網路的態度還不明確。然而即使這個項目後續不再更新，它也給了我們很多啟發。最重要的一個啟發是，不在於項目機構本身的關注，而是一個政府如何利用有限的資金，調動龐大複雜的社會組織，尋求多方面的參與。在幾年時間裡面，牽扯到幾十份報告、數十條議案和法案、在十幾個領域中尋找落地點、動員上萬人，最終陸續確立了十四個創新研究院。這是一個龐大的工程和層層擴散的政府聯動效應，這是Manufacturing USA給我們留下的深刻的印象。