重磅：美國制造業(yè)創(chuàng)新亮點報告(附全文)

譯者按

2012年開始，美國開啟了制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡計劃(NNMII) ，計劃打造15個研究所，融通產(chǎn)學研在制造業(yè)最前沿領域的技術開發(fā)應用 的合作創(chuàng)新。本文是美國國家標準與技術研究院2021年11月發(fā)布的《美國制造業(yè)創(chuàng)新亮點報告：2020年成就與影響力概述》，對2020年美國NNMII的創(chuàng)新亮點進行回顧總結。報告認為各研究所均建立了強大的公私 合作機制，能夠在迅速應對新冠肺炎流行，開展優(yōu)先應用研發(fā)和開發(fā)項目、 加強與小型制造商合作、提升制造業(yè)勞動力能力，以及催化吸引投資方面 做出突出貢獻。賽迪智庫科技與標準研究所對該報告進行了編譯，期望對我國有關部門有所幫助。

【關鍵詞】制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡 成就與影響力 創(chuàng)新亮點

背景

美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡是全國性的公私合作網(wǎng)絡，通過技術、供應鏈和勞動力發(fā)展等方面的大規(guī)模合作，確保美國在先進制造業(yè)的全球領先地位。美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡各研究所建立了強大的公私合作機制，能夠?qū)π鹿诜窝状罅餍胁⊙杆僮鞒龇磻８餮芯克脑缙谛袆?，以及美國商務部和國防部為《冠狀病毒援助、救濟和?jīng)濟安全(CARES)法案》提供的7300萬美元資金，推動了各研究所與超過91個產(chǎn)業(yè)界、學術界和政府的合作伙伴迅速合作，共同開展了超過36個快速反應項目，通過制造創(chuàng)新應對新冠肺炎。

除了解決與新冠肺炎有關的緊迫問題，各研究所還在2020財年為廣大產(chǎn)業(yè)部門開展了500多個高度優(yōu)先的應用研究和開發(fā)項目，并與2000多個會員單位共同實施這些項目。

美國制造業(yè)創(chuàng)新亮點報告工作得到了美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(Manufacturing USA®)部分研究所的支持。

確保美國在先進制造業(yè)的全球領先地位

先進制造業(yè)對美國經(jīng)濟和國家安全至關重要。美國制造商對美國經(jīng)濟的貢獻超過2.35萬億美元，僅此一項就相當于世界第八大經(jīng)濟體。在制造業(yè)中每投資1美元就可得到2.79美元的經(jīng)濟收益，將為各個地區(qū)社區(qū)帶來許多就業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展機會。

創(chuàng)新和技術發(fā)展可帶來巨大效益。充分利用這些新制造業(yè)并首先發(fā)展勞動力的國家將主導全球市場、引領世界。美國可以利用更先進的制造技術，確保制造業(yè)仍然是經(jīng)濟、國家安全和中產(chǎn)階級穩(wěn)固事業(yè)的強大來源。

(一)大規(guī)模公私合作機制：美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡

美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡是為了確保美國在先進制造業(yè)的全球領先地位。參與美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡的9個聯(lián)邦機構共同建立并部署了全面合作的創(chuàng)新方式，這種方式能讓美國創(chuàng)造成果躋身先進制造技術前沿，并由掌握專門技術的美國勞動力在美國制造。

圖1：美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡分布情況

(二)確保美國創(chuàng)造由美國制造

研究所會員在各自特定重點領域內(nèi)合作參與各項技術的競爭前開發(fā)。此外，研究所會員還響應號召，積極應對新冠肺炎大流行病等美國最為緊迫的挑戰(zhàn)。

圖2：美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡影響力概況

開發(fā)先進制造技術

各研究所及其會員單位在各自的先進制造技術領域合作開展應用研究和項目開發(fā)。這些項目所促成的產(chǎn)品和工藝創(chuàng)新在整個行業(yè)具有廣泛的應用潛力。去年的532個研發(fā)技術提升項目中部分示例如下：

(一)由商務部贊助的研究所

國家生物制藥制造創(chuàng)新研究所以降低疫苗成本為目標。該研究所聚集了生物制藥制造生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)百個單位的近1000人，就加強基因治療、新型抗體和疫苗的國內(nèi)制造進行創(chuàng)新合作。除此之外，國家生物制藥制造創(chuàng)新研究所還呼吁比爾及梅琳達·蓋茨基金會的全球健康基金參與該機構的第一個合作項目，以降低成本并提高疫苗的上市速度。

(二)由國防部贊助的研究所

1、先進生物組織制造創(chuàng)新機構深層組織表征。截至2020年，由國防衛(wèi)生局資助的先進生物組織制造創(chuàng)新機構(BioFabUSA)深層組織表征中心(DTCC)已投入使用，該中心所擁有的精密儀器能夠?qū)θ珖鞯貒啦空{(diào)查人員開發(fā)的組織工程醫(yī)療產(chǎn)品(TEMP)細胞進行多“組學”表征，并提供了針對組織鑄造廠生產(chǎn)線上正在生產(chǎn)的細胞和組織的特定監(jiān)測傳感器的相關設計信息。2020財年，先進再生制造研究機構與心血管細胞治療研究網(wǎng)絡和德克薩斯州心臟研究所正式合作，對兩項臨床試驗中207名患者的樣本進行了深入分析，以進一步了解細胞治療制造與患者療效之間的關系。

2、美國集成光子學制造研究所多項目晶圓生產(chǎn)。該研究所的硅光子學制造設施位于紐約州奧爾巴尼市。該設施開發(fā)出了一種具有成本效益的方式，可供任何規(guī)模的機構使用先進節(jié)點芯片設施。該研究所的硅光子學多項目晶圓允許客戶使用由研究所開發(fā)和優(yōu)化的標準元素，縮短設計時間，提高首次生產(chǎn)的成功率。這種原型工具是目前最先進的集成光子學晶圓工藝。美國集成光子學制造研究所還提供了其在紐約州羅切斯特市的電子學與光子學測試、裝配和包裝設施的使用權。

(三)由能源部贊助的研究所

1、下一代電力電子技術制造創(chuàng)新研究所簡化芯片生產(chǎn)。在當今的電力電子系統(tǒng)中，碳化硅比標準硅器件更加高效，但生產(chǎn)成本也更高。下一代電力電子技術制造創(chuàng)新研究所和德國X-FAB硅晶圓廠為碳化硅晶圓代工客戶制定了標準化工藝流程，消除了各種不同的設計流程所產(chǎn)生的技術和物流復雜性。如今，德國X-FAB硅晶圓廠能夠以接近于硅電力器件的規(guī)模經(jīng)濟制造碳化硅電力器件。下一代電力電子技術制造創(chuàng)新研究所下屬的五家半導體公司均在2020財年通過德國X-FAB硅晶圓廠補充其內(nèi)部制造不足。

2、內(nèi)嵌能壓縮和排放降低創(chuàng)新研究所引導塑料行業(yè)向循環(huán)經(jīng)濟過渡。由密歇根技術大學、愛達荷國家實驗室與其工業(yè)貿(mào)易協(xié)會合作伙伴美國化學理事會組建的團隊，開發(fā)并驗證了循環(huán)經(jīng)濟中的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和烯烴聚合物系統(tǒng)分析框架。該項目由塑料回收價值鏈咨詢委員會專家負責指導。塑料回收價值鏈由資源回收系統(tǒng)公司、回收伙伴關系公司、TitusMRF服務公司、Ravago公司、塑料回收商協(xié)會、第四次工業(yè)革命可持續(xù)發(fā)展公司、巴斯夫公司、陶氏化學公司和聯(lián)合利華公司組成。該模型評估了在最大程度上減少能源消耗，減少高達24%的溫室氣體排放，并使經(jīng)濟效益最大化的制造與回收工藝配置方式。

提高先進制造業(yè)勞動力的能力

美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡研究所及其會員單位在各大社區(qū)與行業(yè)內(nèi)展開合作，并與各種教育實體聯(lián)手，提供多樣的勞動力培訓。

(一)由商務部贊助的研究所

國家生物制藥制造創(chuàng)新研究所的“eXperience”體驗項目。該研究所持續(xù)引薦優(yōu)秀的非裔美國人/黑人、拉丁美洲人和美國原住民學生從事生物制藥行業(yè)令人振奮的職業(yè)，并為參與的企業(yè)提供潛在的實習人員和未來招聘對象?，F(xiàn)場或虛擬主辦機構包括：默克公司、阿斯利康公司、基因泰克公司和美國藥典委員會。

(二)由國防部贊助的研究所

先進機器人制造創(chuàng)新研究所降低制造業(yè)職業(yè)門檻。“Amskills”學徒招募倡議是一項由先進機器人制造創(chuàng)新研究所資助的教育和勞動力發(fā)展項目，目前已取得初步成功。此倡議下的快速通道計劃通過創(chuàng)建訓練營為制造商招募和評估初級職位候選人。這些候選人中許多是失業(yè)者或來自低收入社區(qū)。該計劃向候選人傳授行業(yè)特定技能，并利用實踐活動和項目來證實候選人的能力。除了技術技能外，該計劃還會評估參與者的軟技能，包括時間管理、溝通和表達能力。在訓練營的最后一天，該計劃邀請制造商以“快速約見”的形式進行現(xiàn)場面試，以提高候選人的面試技巧，并將可能被聘用的候選人介紹給制造商。在完成訓練營的20名參與者中，有11人獲得了工作機會，其中一名為無家可歸的退伍軍人，其余為有犯罪記錄的人，他們都在尋找第二次機會和能夠維持生活的職業(yè)。

(三)由能源部贊助的研究所

內(nèi)嵌能壓縮和排放降低創(chuàng)新研究所的在線再制造訓練營。受新冠肺炎疫情影響，內(nèi)嵌能壓縮和排放降低創(chuàng)新研究所的培訓轉(zhuǎn)為線上進行。研究所與紐約州和羅切斯特理工學院聯(lián)手打造了在線再制造訓練營。該訓練營面向剛接觸再制造的制造商以及尋求更新行業(yè)知識的熟練工程師和技術人員，由七位主題專家提供七個小時以上的培訓。培訓內(nèi)容分為五個部分，包括再制造簡介、清潔技術、狀態(tài)評估、增材修復技術和再制造設計。

構建創(chuàng)新生態(tài)體系

各種類型與規(guī)模的機構進行制造創(chuàng)新合作是美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡研究所創(chuàng)建和建模的基礎。去年，研究所會員單位有2013個，包括大型與小型制造商(制造商占比62%，其中近三分之二為中小型企業(yè))、社區(qū)學院和主要研究型大學(占比23%)，以及各州和地方經(jīng)濟發(fā)展實體(占比15%)。這些公私伙伴關系涵蓋了美國產(chǎn)業(yè)根基的所有組成部分。

為了促進先進制造技術快速發(fā)展，各研究所及其會員共享設施、專業(yè)知識、尖端設備和資金，在各相關方認為最有價值的應用研發(fā)和勞動力項目上進行合作。

圖3：美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡生態(tài)體系概況

投資。各研究所從州、聯(lián)邦和私募投資基金中募集了2.62億美元的資金，而這些資金不屬于1.63億美元的基礎聯(lián)邦資金。下文各研究所的項目和倡議示例將闡明其在構建富有成效的創(chuàng)新生態(tài)體系、通過合作取得重要成果方面所做的工作。

商務部研究所重點

(一)國家生物制藥制造創(chuàng)新研究所

1、技術進步

2019-2020財年，該研究所參與了43個技術項目，其中包括35個新啟動的項目。這些項目主要針對行業(yè)面臨的關鍵挑戰(zhàn)和機遇，包括：

緩沖庫存混合系統(tǒng)。國家生物制藥制造創(chuàng)新研究所與BioPhorum運營集團合作，構建了靈活便攜的緩沖庫存準備系統(tǒng)，預計可以減少61%的生產(chǎn)車間占地面積，為每個新建設施節(jié)省2000萬美元，并減少大約30%的緩沖準備時間。

提升產(chǎn)品質(zhì)量測試效率。國家生物制藥制造創(chuàng)新研究所會員908設備公司開發(fā)了能夠在生物制造過程中有效分析細胞的臺式質(zhì)譜儀。該設備為傳統(tǒng)質(zhì)譜儀大小的十分之一，而且更容易使用，不需要傳統(tǒng)質(zhì)譜儀所需的大量技術培訓，公司也能夠?qū)⑷肆Y源調(diào)配到更加復雜的操作上。

2、勞動力開發(fā)

支持下一代生物制藥勞動力。國家生物制藥制造創(chuàng)新研究所的“eXperience”體驗項目引薦優(yōu)秀的非裔美國人/黑人、拉丁美洲人和美國原住民學生從事生物制藥行業(yè)令人振奮的職業(yè)。學生們與大型生物制造企業(yè)、小型公司、學術機構和政府機構的領導人直接接觸，了解生物制藥行業(yè)如何影響世界各地的病人。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

提供病毒蛋白以提高檢測能力。由沃茲沃斯中心、約翰霍普金斯大學和得克薩斯農(nóng)工大學領導的三個獨立項目共同聚焦于生產(chǎn)各種診斷和治療所需的非典型肺炎冠狀病毒刺突蛋白和受體結合區(qū)蛋白，例如開發(fā)新冠肺炎抗體測量和血漿治療候選物篩選的檢測方法。

國防部研究所重點

(一)國家增材制造創(chuàng)新研究所

1、技術進步

美國增材制造創(chuàng)新研究所召集技術專家團隊，以滿足國防部的特定需求。該研究所通過培養(yǎng)這種合作觀念，加快增材制造解決方案的開發(fā)和部署。

國防部范圍內(nèi)的冷噴涂路線圖。2020年3月，美國增材制造創(chuàng)新研究所與國防部共同牽頭舉辦了一系列研討會，確定冷噴涂技術的現(xiàn)狀活動和共同需求，并制定路線圖。冷噴涂技術是金屬保護涂層的一種制造方法。該路線圖優(yōu)先考慮加強當前活動和加速推廣冷噴涂技術應用的合作領域。

定向能量沉積的標準鑒定。美國增材制造創(chuàng)新研究所項目為定向能量沉積(DED)增材制造結構制定了兩套標準鑒定程序。這些新穎的鑒定程序為定量評估弧形定向能量沉積材料和產(chǎn)品質(zhì)量提供了工藝、檢查框架等標準化方法。相關工藝參數(shù)和程序已證明，生產(chǎn)沒有熔合缺陷、孔隙或裂縫的可接受材料是可行的。

2、勞動力開發(fā)

進行中的增材制造課程開發(fā)。在海軍研究辦公室的資助下，美國增材制造創(chuàng)新研究所開設了14門課程，近1.5萬名學生和工人參加了培訓。研究所每月都會增加新的課程，并著力確保缺乏培訓的人群和退伍軍人能夠獲得培訓。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

推進冠狀病毒響應工作。美國增材制造創(chuàng)新研究所在冠狀病毒危機早期與食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)、退伍軍人管理局(VA)和國立衛(wèi)生研究院(NIH)成功合作，動員增材制造行業(yè)解決個人防護設備(PPE)短缺問題。美國增材制造創(chuàng)新研究所利用從國家標準與技術研究院(NIST)、國防部長辦公室(OSD)和食品藥品監(jiān)督管理局獲得的額外資金，進一步鞏固了上述成果。

(二)數(shù)字制造時代

1、技術進步

數(shù)字制造時代研究所與各大制造商合作，利用數(shù)字主線推動先進制造技術發(fā)展，使勞動力與供應鏈具備必要的技能和網(wǎng)絡彈性，以確保國防工業(yè)基地具有創(chuàng)新性與安全性。

數(shù)字需求評估。數(shù)字制造時代研究所政府參與和工程團隊拜訪了巖島兵工廠聯(lián)合制造技術中心(RIA-JMTC)，為先進制造業(yè)和網(wǎng)絡安全進行了數(shù)字需求評估。該團隊已確定30多個阻礙聯(lián)合制造技術中心數(shù)字現(xiàn)代化工作的問題域。在數(shù)字制造時代研究所的幫助下，這項名單縮小至8個項目。這些項目不僅將推動生產(chǎn)車間采用數(shù)字技術，還可將巖島兵工廠聯(lián)合制造技術中心的生產(chǎn)承諾交付率從70%提高至100%的目標交付率，為作戰(zhàn)人員帶來切實影響。

2、勞動力開發(fā)

網(wǎng)絡安全招聘指南。數(shù)字制造時代研究所發(fā)布了《招聘指南：制造業(yè)的網(wǎng)絡安全》，該指南具有突破性意義，可以幫助美國制造商培養(yǎng)所需勞動力，保護該行業(yè)免受日益增長的網(wǎng)絡威脅。該招聘指南明確了當前和未來制造業(yè)中247種與網(wǎng)絡安全有關的工作崗位，并詳細闡述了美國工人從事這些崗位所需技能組合、職業(yè)路徑、教育以及培訓。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

國防部3D打印機網(wǎng)絡安全。武裝部隊和工業(yè)基地其他會員目前使用的3D打印機大多不符合國家標準與技術研究院的網(wǎng)絡安全風險管理框架要求。該框架十分復雜，缺乏安全性的打印機無法輕易連接到國防部的企業(yè)網(wǎng)絡，這阻礙了國防部最大限度發(fā)揮增材制造和3D打印潛力。為了解決這個問題，數(shù)字制造時代研究所與國防部聯(lián)合增材制造工作組(包括來自巖島兵工廠和美國空軍的會員)合作建立路徑，以改善數(shù)字制造時代研究所會員Markforged公司常用3D打印機的網(wǎng)絡安全。

(三)由美國輕質(zhì)材料制造創(chuàng)新研究所運營

1、技術進步

面向未來輕量化創(chuàng)新中心構建了由制造商和教育工作者組成的生態(tài)體系，為工業(yè)制造基地、國防和美國經(jīng)濟提供支持。

線弧增材制造。面向未來輕量化創(chuàng)新中心和聯(lián)合技術公司(現(xiàn)在為雷神公司)航空航天部門共同開發(fā)并啟動了鎂部件輕量化和動態(tài)性能項目，內(nèi)容包括定制設計和更短交貨期的增材制造。

混合動力汽車。面向未來輕量化創(chuàng)新中心與Odyne系統(tǒng)公司合作的混合動力汽車項目通過市場規(guī)劃、原型開發(fā)和制造可行性，進一步推動了技術發(fā)展。該項目通過市場研究確定了無需修改的潛在混合動力候選汽車以及潛在修改套件。同時，該項目也正在開發(fā)原型，以應對包裝、編程和套件開發(fā)方面的挑戰(zhàn)。

2、勞動力開發(fā)

“點燃計劃”畢業(yè)生。底特律大學預科科學與數(shù)學(UPSM)高中的學生已完成面向未來輕量化創(chuàng)新中心“點燃計劃：掌握制造”課程的第一年學習。點燃(IGNITE)計劃是以能力為基礎的三年基礎教育計劃，用于培養(yǎng)當今工作所需的多技能技術人員。該計劃由創(chuàng)新中心領導的全國合作伙伴共同開發(fā)，已得到國防部的資金支持。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

簽署國防部協(xié)議。面向未來輕量化創(chuàng)新中心與陸軍簽署了一項協(xié)議，協(xié)議內(nèi)容是領導新的技術項目，為美國作戰(zhàn)人員提供支持。該中心與美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部地面車輛系統(tǒng)中心簽署的其他交易協(xié)議(OTA)準許創(chuàng)新中心在未來五年內(nèi)向其提供新技術。根據(jù)其他交易協(xié)議，該中心將研究材料成熟度、進行產(chǎn)品設計、改進制造工藝、開發(fā)模型，并評估各種輕質(zhì)材料和制造工藝的可行性和實用性。

(四)美國集成光子學制造研究所

1、技術進步

美國集成光子學制造研究所創(chuàng)建了完整的光子集成芯片制造生態(tài)系統(tǒng)，使光子學術界和國防部能夠在整個產(chǎn)品開發(fā)周期內(nèi)獲得先進技術、能力和資源。

大容量光子互連示范系統(tǒng)。美國集成光子學制造研究所大容量光子互連系統(tǒng)項目，在數(shù)據(jù)通信/電信領域取得了顯著進展。該項目團隊利用研究所提供的300毫米硅光子技術，設計、制造并測試了兩個可擴展到400千兆以上的新型波分復用(WDM)收發(fā)器架構。

多項目晶圓成功生產(chǎn)。2020年7月，美國集成光子學制造研究所向政府、學術界和產(chǎn)業(yè)界(包括中小型企業(yè))發(fā)布了300毫米硅光子學多項目晶圓(MPW)技術的另一次迭代。該研究所的多項目晶圓提供了訪問世界上最先進的300毫米半導體工藝研究工廠的機會。

2、勞動力開發(fā)

美國集成光子學制造學會訓練營。2020年，由美國集成光子學制造研究所與麻省理工學院(MIT)聯(lián)合組織的美國集成光子學制造學會為學生提供了為期一周的集成光子學訓練營，學生們利用這次機會使用實驗室設備測試了無源光子芯片。

(五)美國柔性混合電子制造研究所

1、技術進步

美國柔性混合電子制造研究所與全國各地的會員和合作伙伴合作，在其技術中心進行柔性混合電子的設計、開發(fā)、原型設計和試驗規(guī)模制造，實現(xiàn)一系列軍事和民用應用。

開發(fā)大氣化學傳感器。美國柔性混合電子制造研究所目前正與空軍研究實驗室合作開發(fā)可穿戴的大氣化學傳感器，以監(jiān)測飛機機翼燃料箱等危險環(huán)境中的工作人員安全。該設備具有藍牙連接功能，可以在蒸汽有害時提醒用戶和同事，且很容易裝在制服里，并不顯眼。

開發(fā)國防應用天線。美國柔性混合電子制造研究所和導彈防御局制造技術項目共同資助了一個項目。該項目旨在為導彈防御局開發(fā)用于遙測的保形天線。該項目正在波音公司的引領下開發(fā)制造工藝和能力，進行設計，按照整個導彈的直徑生產(chǎn)原型天線，并生成初步數(shù)據(jù)以測試整個柔性混合電子和復合材料制造工藝。

2、勞動力開發(fā)

擴展FlexFactor計劃以覆蓋更多基礎教育階段(K-12)的學生。FlexFactor計劃于2016年推出，目前合作伙伴涵蓋當?shù)鼗A教育學區(qū)、社區(qū)學院、行業(yè)會員、非營利組織和當?shù)卣畬嶓w。從2018年開始，F(xiàn)lexFactor計劃與波音公司、海軍研究辦公室和廣泛的社區(qū)學院合作伙伴網(wǎng)絡合作，在全國各地開設了14個新站點。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

通過會議分享信息。美國柔性混合電子制造研究所經(jīng)常參加技術會議，以提高人們對柔性混合電子技術現(xiàn)狀的認識。在二月份舉行的柔性年度大會“柔性混合電子制造現(xiàn)狀”會議上，美國柔性混合電子制造研究所、捷普公司、波音公司、勝達公司、馬薩諸塞大學阿默斯特分校、偉創(chuàng)力公司和陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展指揮部軍備中心均發(fā)表了演講。

(六)美國先進功能織物聯(lián)盟研究所

1、技術進步

美國先進功能織物聯(lián)盟及其多樣化的會員生態(tài)體系致力于先進纖維與織物技術的開發(fā)和轉(zhuǎn)型，以實現(xiàn)多種功能，并用于各種應用與行業(yè)。

演示新型“不設限芯片嵌入”方法。美國先進功能織物聯(lián)盟成功演示了“不設限芯片嵌入”(AnyChipAnywhere)的新型器件纖維制備方法。經(jīng)該工藝制造的纖維可在任意位置或密度處嵌入各種設備。

開發(fā)變色纖維。美國先進功能織物聯(lián)盟與麻省理工學院合作，將其紡織工程能力與后者的新興技術相結合，開發(fā)出一種光敏變色纖維。該項新技術有望通過印刷和增材制造方法實現(xiàn)低耗變色，以提升偽裝能力和增強簽名管理應用。

2、勞動力開發(fā)

評估國家勞動力技能。美國先進功能織物聯(lián)盟同教育數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司簽訂合同，開展全國需求評估，重點關注其技術運用所需勞動力技能，以及織物雇主和制造商當前所需技能，以支持行業(yè)發(fā)展。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

打造機密研發(fā)能力。作為安全機構，麻省理工學院林肯實驗室的國防織物探索中心將先進纖維與織物的機密研發(fā)應用于國家安全問題。該中心有能力設計并生產(chǎn)智能纖維與織物，包括嵌有微電子器件、可改變顏色、儲存能量、發(fā)射和檢測光線、監(jiān)測健康或促進通信的纖維與織物。

(七)先進再生制造研究所

1、技術進步

先進生物組織制造創(chuàng)新機構將創(chuàng)新細胞與組織培養(yǎng)同生物制造、自動化、機器人和分析技術的先進成果相結合，以創(chuàng)建研發(fā)工具及符合美國食品和藥物管理局標準的批量制造流程。

骨骼、韌帶和肌肉的自動化制造。先進生物組織制造創(chuàng)新機構與STEL技術公司合作后，實現(xiàn)了組織制造流程自動化，這是該機構組織鑄造廠的首次成果演示。STEL的首個產(chǎn)品是CGEM™，該組織由間充質(zhì)干細胞(MSC)生成，分為礦化(骨)端和非礦化(韌帶)中間區(qū)域兩部分。

開發(fā)β細胞自動制造，解決青少年糖尿病問題。先進生物組織制造創(chuàng)新機構與青少年糖尿病研究基金會簽署協(xié)議，并出資200萬美元支持研究人員開發(fā)β細胞自動制造，以確保糖尿病研究來源的一致性與可靠性。

2、勞動力開發(fā)

推出基礎教育教學視頻。“從零開始學科學”(STEM from the START)是先進生物組織制造創(chuàng)新機構出資與新罕布什爾大學萊則爾中心在2020年3月合作推出的項目。項目教育視頻由先進生物組織制造創(chuàng)新機構與新罕布什爾州公共廣播局合作制作，并在全國范圍內(nèi)開設網(wǎng)絡學習途徑。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

共享傳感器開發(fā)套件。先進生物組織制造創(chuàng)新機構的會員單位科學生物加工公司(SBI)為其他會員免費提供單價超過2萬美元的傳感器開發(fā)套件，協(xié)助他們開發(fā)自己的非侵入式傳感器，以便組織工程醫(yī)療產(chǎn)品的制造流程開發(fā)。

(八)先進機器人技術制造研究所

1、技術進步

借助有關人與機器人交互的項目，先進機器人技術制造研究所幫助國防部實現(xiàn)與自主性有關的現(xiàn)代化目標。該研究所的項目解決了有關持久性、速度、可操作性和降低人類生命風險的問題。

取得專利的新型被動物體跟蹤項目。先進機器人技術制造研究所資助的被動物體跟蹤項目，旨在消除對唯一標識符的需求，利用機器人先進的傳感和感知能力跟蹤整個制造流程中的物品，并將這些信息輸入企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)軟件。

發(fā)布機器人技術手冊。先進機器人技術制造研究所與其會員企業(yè)分享了《先進機器人技術制造研究所機器人制造任務手冊》。該手冊概述了會員在推進整個生態(tài)體系機器人技術方面取得的進展，并以后勤、制造和人工智能任務為序，依次介紹了2017年成立以來資助過的項目。

2、勞動力開發(fā)

成立第四次工業(yè)革命學院。先進機器人技術制造研究所成立第四次工業(yè)革命學院，向在役人員提供高于已培養(yǎng)技能且有價值的技能培訓，以便他們?yōu)閺氖赂邇r值機器人技術和制造業(yè)職業(yè)做好準備。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

開發(fā)機器人技術職業(yè)道路國家資源。先進機器人技術制造研究所最近發(fā)布新網(wǎng)站：www.roboticscareer.org，這是制造業(yè)機器人領域首個向員工提供已審查培訓機會的國家資源。該網(wǎng)站將在全國范圍內(nèi)開設一萬多個機器人教育項目，且符合機器人行業(yè)在相關性、有效課程、高效培訓、項目影響力、可持續(xù)性和可運輸性等方面的最高標準。

能源部研究所重點

(一)下一代電力電子技術制造創(chuàng)新研究所

1、技術進步

該研究所2020財年共參與47個項目，涉及行業(yè)面臨的關鍵挑戰(zhàn)與機遇，其中包括：

支持行業(yè)采用先進電源模塊。下一代電力電子技術制造創(chuàng)新研究所支持通用電氣航空使用其會員單位的氮化鎵和中壓碳化硅器件等芯片開發(fā)各種先進電力模塊，同時還支持科銳/Fayetteville開發(fā)高速、大功率模塊，并與阿拉巴馬大學合作開發(fā)模塊電氣互連模型。國家可再生能源實驗室為模塊項目提供了熱分析與表征分析。

開發(fā)用于航空航天的混合電推進器?；旌想娡七M器是最先進的航空應用，雷神技術研究中心加速推進寬帶隙在該推進器中的應用。美國電力支持開發(fā)基于寬帶隙的高效多端口轉(zhuǎn)換器，可同時連接以下端口間的動力：15kW、350V的變頻飛機發(fā)電機模擬器；7kW、350V的輔助動力裝置模擬器；15kW、270V的鋰離子電池。

2、勞動力開發(fā)

產(chǎn)學教育合作。德克薩斯理工大學的教師與X-FAB的研究人員開發(fā)了兩門有關碳化硅電力器件模擬、加工及表征的課程，以培訓本科生和研究生的碳化硅電力器件設計與制造能力。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

下一代電力電子技術制造創(chuàng)新研究所通過合作創(chuàng)新項目推動寬帶隙電力電子生態(tài)體系開發(fā)，主要包括：

設備共享。Wolfspeed和美高森美等下一代電力電子技術制造創(chuàng)新研究所會員企業(yè)向通用電氣航空和Wolfspeed等公司的模塊部門提供器件，以便在美國迪爾公司、東芝等會員企業(yè)、ABB集團，以及多所大學進行系統(tǒng)內(nèi)嵌演示。

(二)先進復合材料制造創(chuàng)新研究所

1、技術進步

該研究所2020財年共參與37個項目，已經(jīng)完成8個，涉及行業(yè)面臨的關鍵挑戰(zhàn)和機遇，其中包括：

復合材料設計與制造的集成數(shù)字工具。普渡大學開發(fā)并演示了集成建模與模擬流程，以同時支持部件功能與零件整合設計，以及制造工具設計。這些數(shù)字工具用于設計和制造多組件復合材料部件，可供先進復合材料制造創(chuàng)新研究所原始設備制造商合作伙伴進行整車測試。

新型熱塑性風葉制造工藝。該項目團隊成功驗證了補充流程，并表示將繼續(xù)推進，以打造新型熱塑性風葉材料。該項目獲得了2020年研發(fā)市場顛覆性技術100強特別認可獎。

2、勞動力開發(fā)

先進復合材料制造創(chuàng)新研究所先進復合材料實習項目。先進復合材料制造創(chuàng)新研究所的綜合實習項目基于結構化體驗式學習、導師制、行業(yè)合作和專業(yè)發(fā)展。迄今為止，該項目已在25個不同的主辦地接待了119名實習生和40名合作伙伴。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

美國制造業(yè)得到國際合作支持。先進復合材料制造創(chuàng)新研究所組織和領導與國際戰(zhàn)略伙伴的合作，包括英國的高價值制造彈射中心和德國的碳聯(lián)盟，還召集世界各地國家復合材料中心的領導人，討論標準、生命周期評估和回收等共同挑戰(zhàn)。

(三)清潔能源智能制造創(chuàng)新研究所

1、技術進步

該研究所2020財年成功繼續(xù)推進2019財年啟動的10個賦能研發(fā)項目，重點包括：

開發(fā)邊緣智能傳感器集成平臺。加州大學歐文分校領導的團隊開發(fā)了E-Box邊緣計算硬件軟件解決方案，可用于傳感系統(tǒng)低成本集成。E-Box用于獲取和集成基于攝像頭的人類工作流程監(jiān)測數(shù)據(jù)，可與機器學習算法相結合，提高生產(chǎn)率并降低能耗。

航空航天和整形外科用金屬的能源優(yōu)化。康涅狄格大學開發(fā)了航空航天和整形業(yè)用金屬精密加工與混合制造的系統(tǒng)級優(yōu)化模型。該模型與傳感器網(wǎng)絡、預測分析、監(jiān)督控制，以及調(diào)度算法用于提高工業(yè)制造機構的能效。

復合材料制動器制造中的能源優(yōu)化流程模擬與監(jiān)測。弗吉尼亞理工大學及其合作伙伴正在為熱密集型流程開發(fā)流程模擬及流程內(nèi)監(jiān)測工具。除可提供能耗預測動態(tài)模型及關鍵性能指標外，這些解決方案還以改善霍尼韋爾復合制動器制造的質(zhì)量和能耗為目標。

2、勞動力開發(fā)

智能制造和勞動力互聯(lián)論壇。清潔能源智能制造創(chuàng)新研究所召集合作伙伴，討論并記錄了現(xiàn)場將員工納入智能制造工廠的數(shù)據(jù)控制回路的做法，與會者包括高德納咨詢公司、通用磨坊公司、霍尼韋爾公司、強生公司、寶潔公司、林德集團、安賽樂米塔爾集團、康寧公司、雷神公司、康尼格拉公司、三葉草生物制藥和百事可樂。

(四)過程強化部署快速推進創(chuàng)新中心

1、技術進步

該研究所2020財年共參與33個項目。另有5個項目已被選定，將在2021財年初期啟動。主要項目包括：

強化不間斷分散劑生產(chǎn)。匹茲堡大學開發(fā)不間斷模塊化過程，可以更低的運營與資本成本生產(chǎn)一種現(xiàn)有的特殊化學品。該項目的重點是生產(chǎn)用于發(fā)動機油的特殊分散劑，其化學成分極難制成，制造工藝有待更新。

化合物節(jié)能離析。Compact Membrane Systems公司開發(fā)出烯烴和石蠟的新型離析產(chǎn)品與方法。該團隊擴大膜制造規(guī)模，以便進行試點測試，并準備部署膜測試滑橇，以評估從聚合反應器清洗流的丙烷中回收的丙烯，并將其回收至反應器。

2、勞動力開發(fā)

在線學習內(nèi)容影響繼續(xù)擴大。2020財年，過程強化部署快速推進創(chuàng)新中心共舉辦網(wǎng)絡研討會7次，主題包括計算催化、批量到不間斷生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換、過程電氣化和彈性設計過程?，F(xiàn)場提供及已存檔的記錄顯示，過程強化部署快速推進創(chuàng)新中心網(wǎng)絡研討會的注冊人數(shù)已超6000人，包括工程學本科學生和業(yè)內(nèi)專業(yè)人士。

3、創(chuàng)新生態(tài)體系

過程強化部署快速推進創(chuàng)新中心聚焦實習生。過程強化部署快速推進創(chuàng)新中心實習生項目還為學生提供與會員一起工作的機會。該虛擬項目為實習學生提供20多小時的過程強化領導力培訓與職業(yè)發(fā)展機會，內(nèi)容包括網(wǎng)絡運用、職業(yè)探索，以及公開演講/演示。

(五)內(nèi)嵌能壓縮和排放降低創(chuàng)新研究所

1、技術進步

內(nèi)嵌能壓縮和排放降低創(chuàng)新研究所共有近100個伙伴提供支持與承諾，跨越產(chǎn)業(yè)界、學術界、國家實驗室、行業(yè)協(xié)會和非政府組織。目前共參與技術項目39個，其中重點包括：

評估金屬部件可重復利用性的新方法。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校和賓夕法尼亞州立大學正在開發(fā)一種新型金屬無損評估方法，該方法基于多感官融合與機器學習，以便進行評估。該方法可能增加可重復利用零件數(shù)量，同時避免制造新零件所需的能源和材料。

2、勞動力開發(fā)

再制造知識基礎課程。該系列短期課程由五部分構成，目標人群是剛進入再制造行業(yè)的制造商，熟練的工程師與技術人員，以及想探尋更深層次技術的現(xiàn)有再制造商。這些短期課程為提高再制造能力提供見解，同時也全面展示了技術進步給依賴再制造的企業(yè)所帶來的綜合效益。

(六)網(wǎng)絡安全制造創(chuàng)新研究所

1、創(chuàng)新生態(tài)體系

網(wǎng)絡安全制造創(chuàng)新研究所致力于從科學和勞動力的角度應對網(wǎng)絡安全與制造業(yè)挑戰(zhàn)。該研究所其中一項工作為Trustworks-aaS(服務)，這是一套旨在支持行業(yè)向網(wǎng)絡安全與能效轉(zhuǎn)型的服務體系。Trustworks是內(nèi)部收費服務實體，由專門的制造勞動力技術成員團隊領導，并為各相關方提供科學、安全和教育三個方面的支持。

譯自：Manufacturing USA highlights report，November 2021 by the National Institute of Standards and Technology

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