編者按

最近，美國以“國家安全”為由將華為等企業(yè)列入所謂“實(shí)體清單”，限制這些中國企業(yè)購買美國零部件，此舉被廣泛視為把中美博弈從貿(mào)易進(jìn)一步擴(kuò)大到科技，意圖通過打擊中國，拖慢中國通過5G技術(shù)向先進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的速度。美國自身則正在采取一系列復(fù)雜的組合策略，一方面促進(jìn)基礎(chǔ)工業(yè)回流，另一方面緊抓先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展?！断冗M(jìn)制造：美國的新創(chuàng)新政策》是麻省理工學(xué)院華盛頓辦公室前任主任威廉姆?邦維利安等人的新著。該書回顧了美國制造業(yè)創(chuàng)新的歷史，里面列舉了大量美國發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的案例，涉及美國先進(jìn)制造創(chuàng)新研究所模式、初創(chuàng)公司在規(guī)模擴(kuò)張期所遇到的制造方面問題的解決方案等。本刊經(jīng)過授權(quán)，摘選了該書的部分內(nèi)容，旨在激發(fā)讀者對于中國發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的思考。

“制造創(chuàng)新研究所”的核心目標(biāo)是填補(bǔ)美國制造業(yè)創(chuàng)新體系的空白，即創(chuàng)造一個(gè)空間，通過產(chǎn)業(yè)界（大小企業(yè)）、高校和政府之間的合作，不斷推動(dòng)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院先進(jìn)制造業(yè)辦公室主任邁克爾?莫爾納的介紹，新“國家制造創(chuàng)新研究所網(wǎng)絡(luò)”的目標(biāo)是：

為美國產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界創(chuàng)建一個(gè)有效的制造研究基礎(chǔ)設(shè)施，解決與產(chǎn)業(yè)界相關(guān)的問題。國家制造創(chuàng)新研究所網(wǎng)絡(luò)由相關(guān)聯(lián)的制造創(chuàng)新研究所（IMI）組成，大家擁有共同的目標(biāo)，但各有所重。在制造創(chuàng)新研究所中，產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府合作伙伴將充分利用現(xiàn)有資源，共同協(xié)作和共同投資以鼓勵(lì)制造創(chuàng)新并加速其商業(yè)化。作為可持續(xù)的制造創(chuàng)新中心，制造創(chuàng)新研究所將創(chuàng)造、展示和利用新功能、新產(chǎn)品和新流程，對商業(yè)生產(chǎn)施加影響。它們將在各個(gè)層面培養(yǎng)勞動(dòng)力技能，并提高大小公司的制造能力。研究所將匯集所有合作伙伴中最出色的人才和技能，建立能夠讓創(chuàng)新蓬勃發(fā)展的試驗(yàn)場所，并推動(dòng)美國國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展。

在為期五年的時(shí)間內(nèi)，聯(lián)邦政府會(huì)給予每一個(gè)新研究所7000萬～1.2億美元不等的獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)，企業(yè)、高校和地方政府也將聯(lián)合為每家新研究所提供至少同等金額的配套資金。

創(chuàng)新政策背景下的制造研究所

制造研究所的概念不是憑空而來的，而是有一定的政策基礎(chǔ)。戰(zhàn)后，萬尼瓦爾?布什針對美國戰(zhàn)后研發(fā)機(jī)構(gòu)的組織提出了頗具影響力的“管道模式”。該模式是一種“技術(shù)推動(dòng)”或“技術(shù)供應(yīng)”模式，即政府為初期研究提供支持，但在研究帶來技術(shù)進(jìn)步之后，在這些技術(shù)進(jìn)步（尤其是根本性或突破性創(chuàng)新）的商業(yè)化過程中，政府只發(fā)揮有限的影響。開發(fā)和創(chuàng)新后期都交給私營部門。唐納德?斯托克斯和其他人后來對布什提出的管道模式大加批判，尖銳地表示該模式本質(zhì)上是脫節(jié)的，將系統(tǒng)的參與者分離開，彼此之間只有少量技術(shù)傳遞途徑。劉易斯?伯蘭斯卡姆和菲利普?奧爾斯瓦爾德則對“死亡之谷”進(jìn)行了批判，即美國系統(tǒng)中研究和后期開發(fā)之間存在脫節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)在研究成果商業(yè)化的問題上屢屢失敗。在過去25年里，這個(gè)理論一直是美國科學(xué)和技術(shù)政策文獻(xiàn)研究的重點(diǎn)，也帶來了關(guān)于如何消除“死亡之谷”的討論。

當(dāng)然，美國的創(chuàng)新體系模式并不只有管道模式。其他模式還包括弗農(nóng)?拉坦提出的“誘導(dǎo)創(chuàng)新”。這是一種主要的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新方式，先分析明確市場機(jī)會(huì)，然后通過創(chuàng)新來加以填補(bǔ)，一般是采用遞進(jìn)式發(fā)展。面對冷戰(zhàn)時(shí)期的技術(shù)需求，國防部無法忍受脫節(jié)的模式，因此他們開發(fā)了“延伸管道”模式。通過這個(gè)模式，國防部不僅為初步研究提供支持，同時(shí)為開發(fā)、論證、原型制作、測試和初期市場推廣提供支持。作為創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的美國國防高級研究計(jì)劃局就是圍繞這個(gè)聯(lián)系更為密切的系統(tǒng)組建的?？偟膩碚f，美國最近數(shù)十年的創(chuàng)新模式都傾向于在這個(gè)創(chuàng)新管道中進(jìn)一步延伸自己的觸角。不過，美國的創(chuàng)新體系還沒能覆蓋制造階段。

正如蘇珊娜?伯杰所提出的，制造是創(chuàng)新體系中非常重要的一個(gè)階段，尤其是新技術(shù)和高價(jià)值復(fù)雜產(chǎn)品的初期生產(chǎn)。人們在這方面進(jìn)行了大量的探討，但美國的創(chuàng)新部門并沒有圍繞就此開展工作。一個(gè)例外是半導(dǎo)體制造技術(shù)聯(lián)盟，自20世紀(jì)80年代起開始得到美國國防高級研究計(jì)劃局的支持。但正如上文提到的，其他國家早已經(jīng)建立“制造業(yè)主導(dǎo)”創(chuàng)新體系，而且這種體系是德國、日本、韓國和中國的主導(dǎo)模式?！爸圃鞓I(yè)主導(dǎo)”創(chuàng)新體系中，比較具有代表性的是日本在20世紀(jì)70年代到80年代的質(zhì)量制造革命、德國通過弗勞恩霍夫研究所和學(xué)徒項(xiàng)目為工業(yè)提供支持的系統(tǒng)，以及最近中國的快速原型制作和規(guī)?；芰?。

美國沒有這種模式。不管是民用還是軍用創(chuàng)新模式（即管道模式和延伸管道模式）都將重點(diǎn)放在更寬泛的技術(shù)開發(fā)上，而非制造業(yè)技術(shù)和工藝的創(chuàng)新。因此美國錯(cuò)過了制造業(yè)主導(dǎo)創(chuàng)新，并且在21世紀(jì)初期出現(xiàn)制造業(yè)基地衰落的現(xiàn)象，付出了巨大的代價(jià)。在制造業(yè)衰落問題的推動(dòng)下，美國現(xiàn)在正在三種創(chuàng)新模式的基礎(chǔ)上探索增加一個(gè)“制造業(yè)主導(dǎo)”模式，利用其強(qiáng)大的初期創(chuàng)新系統(tǒng)來應(yīng)對生產(chǎn)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

同美國其他創(chuàng)新模式相比，該模式采取了截然不同的方法。其新的創(chuàng)新研究所網(wǎng)絡(luò)不同于此前的各種嘗試，每家創(chuàng)新研究所都需要數(shù)十家機(jī)構(gòu)參與者的合作和成本分?jǐn)偅喈?dāng)復(fù)雜。這些機(jī)構(gòu)參與者包括企業(yè)、高校、社區(qū)大學(xué)、州政府和聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)。每家研究所都將遵循激進(jìn)的技術(shù)開發(fā)路線，并且實(shí)施勞動(dòng)力培訓(xùn)項(xiàng)目。

創(chuàng)新政策理論家們分析發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)新體系的“前端（即研究階段，通常是由政府投資，委托高校來進(jìn)行研究）”和“后端（從開發(fā)后期到實(shí)施階段，通常由私營部門主導(dǎo)）”之間存在空白區(qū)域。為了解決這個(gè)結(jié)構(gòu)性問題，需要在政府支持下建立銜接機(jī)制。正如菲利普?沙皮拉和讓?尤泰指出的，需要各種技術(shù)推廣方法、各種中間機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目，既包括向小型制造商推廣新生產(chǎn)技術(shù)和工藝流程的美國制造業(yè)擴(kuò)展伙伴關(guān)系項(xiàng)目，也包括德國制造商們聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的弗勞恩霍夫研究所。各國為填補(bǔ)這個(gè)空白設(shè)立了一系列技術(shù)推廣機(jī)構(gòu)，美國制造創(chuàng)新研究所（以下簡稱“研究所”）是其中最新的成員。

研究所的背后有著一番雄心壯志，即利用研究所為一系列生產(chǎn)領(lǐng)域建立新的生產(chǎn)范例，可適用于大小企業(yè)，橫跨供應(yīng)鏈和各工業(yè)部門，由此大幅提高生產(chǎn)效率，使美國可以憑借強(qiáng)大的競爭優(yōu)勢重新進(jìn)入制造業(yè)，同成本和薪酬更低的亞洲制造商同臺競爭。其目標(biāo)是創(chuàng)造更多的創(chuàng)新產(chǎn)品和創(chuàng)新技術(shù)，通過創(chuàng)新技術(shù)來提高效率，減少成本劣勢，樹立競爭優(yōu)勢。研究所將把美國的創(chuàng)新優(yōu)勢應(yīng)用于生產(chǎn)階段。正如前文所介紹的，這個(gè)階段此前并非美國創(chuàng)新體系的關(guān)注所在。但不管是美國的批量生產(chǎn)還是日本的高質(zhì)量制造，其背后的技術(shù)和工藝流程都曾具有一定的革命性，讓那些國家成為當(dāng)時(shí)的工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，新的生產(chǎn)范例將力爭帶來同樣的革命。這個(gè)意圖能否實(shí)現(xiàn)？先進(jìn)制造合作伙伴計(jì)劃（AMP）研究所引述說，“科學(xué)家和工程師指出，一系列重大的新生產(chǎn)進(jìn)步正出現(xiàn)在我們眼前”。

分析師蒂莫西?斯特金指出，還可以從另一個(gè)角度來看制造業(yè)的創(chuàng)新挑戰(zhàn)。中國目前在大批量制造中建立了自己的優(yōu)勢，此前這是美國的專長。美國在兩類生產(chǎn)中擁有出色的能力：一是混合生產(chǎn)制造，即滿足地方市場需求，而高產(chǎn)量相對而言不是那么重要；還有一類是低產(chǎn)量的定制生產(chǎn)。這兩類生產(chǎn)的規(guī)模都不是很大。如果美國實(shí)施先進(jìn)制造，則能夠提高其混合生產(chǎn)和定制生產(chǎn)能力，降低成本和提高效率，更好地與大批量生產(chǎn)進(jìn)行競爭。這將有力地提升美國的生產(chǎn)能力和競爭能力。當(dāng)然，中國和德國正在快速推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)，也是美國必須往這個(gè)方向發(fā)展的另一個(gè)原因。美國必須在被別國拋在后面之前充分發(fā)揮自身的創(chuàng)新優(yōu)勢。

新的生產(chǎn)范例會(huì)是什么呢？有一種范例可能會(huì)是數(shù)字化或“智能”生產(chǎn)，有時(shí)候被稱為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。目前，制造商們的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施是各自為政，互不相連，而且保持著使用紙質(zhì)媒介的手動(dòng)系統(tǒng)，不能提供實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息，導(dǎo)致企業(yè)無法面對問題、客戶和機(jī)會(huì)作出快速響應(yīng)。然而，要撤除他們現(xiàn)有的系統(tǒng)，可能導(dǎo)致生產(chǎn)短時(shí)間的中斷，破壞效率；如果將生產(chǎn)外包，則會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的脫節(jié)?，F(xiàn)代企業(yè)開始在不同的生產(chǎn)階段嵌入傳感器，生成大量的數(shù)據(jù)，但由于缺乏連通性，阻礙了企業(yè)充分利用這些數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的努力。如果將信息技術(shù)系統(tǒng)之間的連通性提升到一個(gè)全新的水平，外加增加傳感器和提高數(shù)據(jù)分析能力，那樣是否能實(shí)現(xiàn)新一代的智能生產(chǎn)，在生產(chǎn)的每一步都擁有新的視角和問題解決能力，大大提高效率呢？正如下文所探討的，部分新的制造研究所承擔(dān)了這項(xiàng)任務(wù)的關(guān)鍵部分。德國工業(yè)4.0主要是圍繞這些項(xiàng)目進(jìn)行的，這就是一種有潛力的新生產(chǎn)范例。

復(fù)雜的研究所和網(wǎng)絡(luò)模型

這種挑戰(zhàn)性范例為新研究所創(chuàng)造了一個(gè)復(fù)雜的模型。政府不再根據(jù)撥款申請中精心制作的計(jì)劃來向“主要研究者”一次性撥款，委托實(shí)施科研項(xiàng)目。那是政府過去在研發(fā)工作中的做法?，F(xiàn)在，撥款必須根據(jù)大量工業(yè)企業(yè)的需求來加以確定。這些工業(yè)企業(yè)來自于各行各業(yè)，規(guī)模各有不同。此外，還要考慮大型研究型高校、地區(qū)大學(xué)、社區(qū)學(xué)院等各種學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的需求。州政府將與產(chǎn)業(yè)界和聯(lián)邦政府一起成為共同投資者，為特定的相關(guān)項(xiàng)目提供支持。此外，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)構(gòu)也將參與其中。除了美國半導(dǎo)體制造技術(shù)聯(lián)盟之外，聯(lián)邦政府以前從未嘗試過如此復(fù)雜的事情。正如一位深入?yún)⑴c先進(jìn)制造業(yè)工作的國防部官員所說，“創(chuàng)立一家研究所就像是創(chuàng)立一個(gè)國家”。

研究所的參與者隊(duì)伍非常復(fù)雜，它們的任務(wù)清單也很復(fù)雜：

（1）“創(chuàng)造”新的生產(chǎn)技術(shù)、工藝流程和“能力”；

（2）充當(dāng)“試驗(yàn)場所”，對新技術(shù)和相關(guān)工藝進(jìn)行測試；

（3）支持新的生產(chǎn)創(chuàng)新的“利用”；

（4）“培養(yǎng)勞動(dòng)力的技能”，改善新興技術(shù)的生產(chǎn)和工藝。

其總體目標(biāo)是圍繞每家研究所的重點(diǎn)創(chuàng)新領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)美國國內(nèi)制造業(yè)的“蓬勃發(fā)展”。

在各個(gè)獨(dú)立的研究所之上，還會(huì)建立一個(gè)制造研究所的“網(wǎng)絡(luò)”，以進(jìn)行交叉合作、交流最佳實(shí)踐。隨著先進(jìn)制造業(yè)站穩(wěn)腳跟，未來，中小型制造商可能不只在3D打印方面存在問題，從數(shù)字生產(chǎn)技術(shù)到先進(jìn)材料的應(yīng)用等多個(gè)新領(lǐng)域都會(huì)面臨一系列的生產(chǎn)挑戰(zhàn)。生產(chǎn)將主要集中在一些側(cè)重于特定生產(chǎn)領(lǐng)域的地區(qū)，例如中西部地區(qū)的汽車產(chǎn)業(yè)、沿海地區(qū)的航空航天產(chǎn)業(yè)、東北地區(qū)的制藥產(chǎn)業(yè)等。雖然研究所需要扎根于地區(qū)經(jīng)濟(jì)，但它們還必須在全美范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化自己的技術(shù)和專有知識。研究所和國家制造創(chuàng)新研究所網(wǎng)絡(luò)在地區(qū)和全美都有一個(gè)重要的總體任務(wù)。

新研究所及其網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)可能不像美國國家航空航天局的“登月計(jì)劃”那樣復(fù)雜，但也是一個(gè)大型計(jì)劃?！鞍⒉_登月計(jì)劃”采用的是政府合同的模式，即政府在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的過程中只是投入資金。但對制造研究所而言，要想取得成功，眾多參與者之間必須緊密合作，同時(shí)需要大量的資金來源。此外，在急劇衰退并逐漸老化的工業(yè)部門中，還必須出現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)進(jìn)步。不管怎樣，新的研究所必須在五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)自我維持。

項(xiàng)目核心：制造研究所

至2016年秋，美國國防部共贊助了6家這樣的研究所，美國能源部贊助了3家研究所。2017年初增加5家研究所，總數(shù)將達(dá)到14家。這些研究所所支持的技術(shù)相當(dāng)廣泛，充分顯示先進(jìn)制造業(yè)革命帶來的深遠(yuǎn)影響。這種技術(shù)寬度或許是美式方法中最有趣的地方，也值得細(xì)述。下面簡要介紹這些研究所及其技術(shù)領(lǐng)域。

?國家增材制造研究所(NAMII)

這是第一家制造研究所，成立于2012年。總部位于俄亥俄州的揚(yáng)斯敦，在俄亥俄州克利夫蘭市和賓夕法尼亞州匹茲堡市的走廊地帶建立了區(qū)域基地，專注于3D打印技術(shù)，該技術(shù)也被稱為增材制造。增材制造是一種材料連接工藝，使用三維計(jì)算機(jī)模型數(shù)據(jù)一層接一層地來制造器件，而減材制造則依賴于傳統(tǒng)機(jī)床。增材制造通常使用金屬或聚合物的粉末，甚至是組織。它的競爭優(yōu)勢在于，只要將零件的三維數(shù)字參數(shù)輸入到打印機(jī)中，零件就可以被制造出來，從而為按需大批量定制創(chuàng)造新的市場。重要的一點(diǎn)在于，這些工藝可以最大限度地減少材料浪費(fèi)和模具需求，并可能壓縮供應(yīng)鏈中的要素和環(huán)節(jié)。

這種技術(shù)也能夠生產(chǎn)無法通過鑄造、模制和鍛造等傳統(tǒng)制造工藝以較低成本制造的全新零部件和全新結(jié)構(gòu)。如果逐層疊加的速度得到大幅提高，那么增材制造就可以直接與大批量生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行競爭。同時(shí)，該技術(shù)將被用于現(xiàn)場更換零部件，減少零部件的庫存需求，并制造現(xiàn)有工藝無法生產(chǎn)的、更為錯(cuò)綜復(fù)雜的零部件。它可能是21世紀(jì)的突破性生產(chǎn)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的關(guān)鍵因素（大規(guī)模定制是指以大批量生產(chǎn)的成本來生產(chǎn)小批量個(gè)性化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。3D打印可以使生產(chǎn)本地化，第一次實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的規(guī)模降低，盡管在生產(chǎn)制造的歷史上只有過追求規(guī)模擴(kuò)大）。

通過激烈的競爭和選擇，參與國家增材制造研究所的州政府和企業(yè)提供了約1億美元的資金，以配套空軍制造技術(shù)項(xiàng)目提供的5000萬美元資金。國家增材制造研究所的使命是消除科研、技術(shù)開發(fā)與技術(shù)利用之間的缺口，加速增材制造。參與者囊括遍布全國的53家大小公司，特別是在中西部地區(qū)。其中圍繞3D打印技術(shù)組建的公司，包括3D系統(tǒng)公司（3D Systems）、大型的航空航天公司（如波音公司、洛克希德馬丁公司、聯(lián)合技術(shù)公司和諾斯羅普?格魯曼公司）和大量小型制造公司。對那些航空航天公司而言，3D打印技術(shù)可能發(fā)揮變革性的影響。而高校既包括了大型研究型大學(xué)，也有社區(qū)學(xué)院。從州政府部門到行業(yè)協(xié)會(huì)，還有其他二十余個(gè)組織參與其中。

該聯(lián)盟圍繞設(shè)計(jì)、材料、工藝和供應(yīng)鏈制訂了詳細(xì)的技術(shù)路線圖。此外還開展了增材制造材料“基因組”的研究，使用新穎的計(jì)算方法（比如基于物理學(xué)和模型輔助的材料特性預(yù)測工具），以節(jié)省設(shè)計(jì)、開發(fā)和鑒定增材制造新材料的時(shí)間和成本。該研究所著手建立了一套基礎(chǔ)設(shè)施，用于分享增材制造的設(shè)想和研究，開發(fā)和評估增材制造技術(shù)，與教育機(jī)構(gòu)和制造商合作進(jìn)行新領(lǐng)域的培訓(xùn)，并且為中小型企業(yè)和資源牽線搭橋，使它們能夠使用增材制造。國家增材制造研究所的一個(gè)重點(diǎn)是研發(fā)和技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，其特色是高校和產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)合。例如，劍橋大學(xué)的波音、霍尼韋爾和德雷珀實(shí)驗(yàn)室（Boeing，Honeywell and Draper Lab）正致力于將一系列電子制造技術(shù)嵌入3D打印過程中，如精密加工、熱塑性擠壓、直接箔嵌入、嵌線和布線管理等。除此之外，還有30多個(gè)同等規(guī)模的高校產(chǎn)業(yè)界聯(lián)合開發(fā)項(xiàng)目。

事實(shí)證明，在競爭激烈且規(guī)模較大的航空航天企業(yè)內(nèi)，信息和知識產(chǎn)權(quán)共享是相當(dāng)復(fù)雜的，也會(huì)影響到技術(shù)開發(fā)。但該研究所已經(jīng)發(fā)揮重要的影響，將新的3D打印共同體聯(lián)合在一起，幫助參與者了解哪些研究人員和企業(yè)正在致力于哪些科學(xué)進(jìn)步的研究，從而推動(dòng)彼此之間的聯(lián)系和外包。研究所也在通過模擬和建模幫助美國國防部推動(dòng)新航空航天零部件的審批流程，提高速度，降低成本，這將為整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來巨大的效益。

美國國家增材制造研究所是最成熟的研究所，其他制造研究所的工作開展模式與國家增材制造研究所相當(dāng)。

（未完待續(xù)）