赛迪译丛：《美国制造业创新亮点报告：2021年成就与影响力概述》

2023!2"6#$3%&$582% 美国制造业创新亮点报告：2021年成就与影响力概述 I"#$%2012年，美国正式启动制造业创新网络计划（NNMII），意图通过打造15个研究所，促进产学研在制造业前沿领域技术开发应用 的融通创新。本文是美国国家标准与技术研究院2022年10月发布的《美国制造业创新亮点报告：2021年成就与影响力概述》，主要回顾总结了美国NNMII过去一年的创新亮点。报告认为各研究所均构建了强大的公私合作创新网络，在应对新冠肺炎疫情、制造业先进技术开发、劳动力培训发展、创新生态建设等方面做出了突出贡献。赛迪智库科技与标准研究所对该报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助 I&'(%制造业创新网络成就与影响力创新亮点 '()*+,-./ ManufacturingUSA®（美国制造业网络）是一个公私合作网络，包括美国商务部、国防部和能源部、16个制造业创新机构和其他六个联邦合作机构——NASA、NSF、HHS以及农业、教育和劳工部。各机构与领先的先进制造公司相互联合，开发先进技术和稳定供应链，确保美国能够预判和实现制造能力。 1(23456789:;<=>?@AB 美国制造业对美国经济的贡献超过2.27万亿美元。制造业每花费1美元可以创造2.68美元的经济收益，是收益最高的行业1。当今制造业雇佣超过1285万劳动力，平均年薪达到92,832美元2。 （一）大规模公私伙伴关系：美国制造业网络 美国制造业网络构建并部署了一种全政府参与的创新方法 ——将美国本土发明推向先进制造技术前沿，并由美国劳动力创造并使用。美国制造业网络旨在通过人员、创新和技术连接，应对与制造业相关的先进制造挑战，提升产业竞争力和经济增长，增强国家安全，确保美国在先进制造业的全球领导地位。 （二）确保美国发明在美国制造 各机构成员在其特定重点领域内合作从事竞争前技术开发，包括测试技术应用、共享基础设施，以及创建培训项目，培具备 1来源：《制造业实况》，美国全国制造商协会。 2来源：《制造业实况》，美国全国制造商协会、美国劳工统计局及美国经济分析局。 制造业所需技能的劳动力。2021年美国制造业网络活动开展情况 如表1所示 表1美国制造业网络活动开展情况 成员组织数量 研发项目数量 劳动力数量 投资数量 2021年影响 2300多个成员组织开展合作 700+重大应用研发项目 涉及具备先进制造业知识和技能的9万多劳动力 来自州、工业和联邦基金的4.8亿美元投资 C(DE789:FG 目前，各机构正在开发的项目共有708个，主要包括： 生物制药细胞生长成本降低90%：PotomacAffinityProteins公司与马里兰大学帕克学院合作实现细胞因子的规模化生产。利用大肠杆菌表达系统，将生产和验证细胞因子的成本降低90%。 复合结构桥梁的可持续基础设施解决方案：IACMI与学术和制造合作伙伴在田纳西州搭建第一座纤维复合材料桥面。通过高强度设计，该复合桥面具有100年的使用寿命，比混凝土轻90%。新一代健康状态监测设备：AFFOA与麻省理工学院林肯实 验室的国防织物发现中心合作开发并测试一种具备缺氧状态检测功能的发带。该发带内嵌微电子元件，可以连续40小时测量和无线传输佩戴人员关键生理状况，包括体温、心率和血氧水平。 H(IJ789:;KLM<NM 2021财年，超过9万名工人、学生和教育工作者参与了各机构的劳动力项目，包括： 激发生物制药行业的劳动力多样性和兴趣：通过该项目，非 裔美国人/黑人、拉丁裔和美国原住民学生可以与生物制药行业的专业人士直接互动，探索生物制药职业。该项目囊括迄今为止最广泛和最多样的机构类型，如大型生物制药企业、小型创新公司以及领先的学术和非营利机构等。 合作鼓励高中生：AmericaMakes与NextFlex合作开发 AdditiveEdge计划，旨在向年轻人介绍先进制造业，并为学生提供宝贵的工作经验。 提高智能制造应用能力：CESMII和制造工程协会（SME） 合作共同推动智能制造行业的教育和劳动力发展。利用ToolingU-SME在工业界和学术界的广泛影响，CESMII和ToolingU-SME的联合培训计划将加快智能制造应用，促进转型和劳动力发展。 O(*PQRSTUV 当今美国制造业创新依赖于强大的制造业供应链以及供应链内部的广泛合作。去年，美国制造业网络共有2320家成员机构，其中63%为制造企业，22%为社区大学和主要研究型大学，15%为国家和地方经济发展实体。 发展面向未来的可持续生物制药：NIIMBL的10年工艺强化 计划旨在变革生物制药模式。该计划将通过结合技术创新、新材料、再循环和新实践，开发碳中和生物处理方法，克服设计快速、 可持续和低成本的生物制造系统的关键障碍。 工作场地演变：MxD的制造业测试平台可以通过实践演示，展示创新软件和物联网如何与硬件一起加速制造工业的数字化进程。企业可以直接观察如何通过数据和数字工具的实时协作，更有效、更安全、甚至远程地设计、监控和维护产品。 美国可持续的纤维回收模型：纸张回收集成系统模型允许纤维回收企业和废料回收工业协会成员，修改材料回收设施和再加工工厂的工艺参数、技术和操作实践，以识别特定技术需求，探索实现能源和排放目标的其他途径。 W(45XYZ[\]^_ （一）NIIMBL（美国国家生物制药创新研究所） NIIMBL成立于2017年3月，由特拉华大学组建，共有186名成员。该研究所旨在加快生物制药创新，通过制定标准来提高制造能力的效率和速度，以及培育一支世界领先的生物制药队伍。 技术进展： 1、降低关键细胞生长成分的生产成本：PotomacAffinityProteins公司与马里兰大学帕克学院开发的工艺使细胞因子产量 比最初估计增加近2000%，与传统方法相比成本降低90%。 2、改善细胞和基因治疗应用的生物制造：马萨诸塞大学医 学院、约翰·霍普金斯大学、伦斯勒理工学院及其合作者共同开 发一套集成优化流程，降低制造细胞和基因疗法等慢病毒载体产 品的成本和复杂性，并帮助国家应对新冠疫情。 3、改进微量金属测量方法，强化流程控制：克莱姆森大学及合作伙伴通过在细胞培养中进行先进的微量金属测试，改善流程控制。紧凑型质谱仪可以将测量时间从每个样品约4小时缩减到10分钟，节省96%的时间。 劳动力发展： 1、扩大生物制药行业多样性：NIIMBL的eXperience计划自 启动以来，参与学生已在默克、基因泰克、MilliporeSigma和EliLily等领先公司获得实习机会。 2、为生物制药行业准备职业人员：由德克萨斯A&M大学主 导的生物制药制造计划通过有针对性的技术培训，协助退伍军人、过渡服务成员和随军配偶在生物制药行业开启新的职业生涯。 创新生态系统： 1、生物制造的大数据分析：NIIMBL的新项目将协助生物制 造商利用大数据分析制定决策，重点包括五大关键领域：标准化和情境化，关键质量属性的端到端自动化控制，多元传感器和分析，先进控制策略，以及生物过程建模和仿真。 2、发展面向未来的可持续生物制药制造：NIIMBL正在合作 开发一种综合方法，以强化供应链控制和安全，促进可持续性， 并降低成本。解决目标包括通过结合技术、新材料和回收创新，建立碳中和生物加工流程，并采用新方法应对原材料和消耗品在碳中和制造、可持续设计和循环经济方面的挑战。 `(455aZ[\]^_ （一）美国制造（美国国家增材制造创新研究所） 美国制造成立于2012年8月，由美国国家国防制造与加工 中心（NCDMM）组建，共有240名成员。该研究所旨在通过召集、协调和鼓励增材制造（AM）行业，加快AM应用。 技术进展： 1、基于人工智能/机器学习的定向能量沉积3D打印：美国 制造与通用电气航空公司、爱迪生焊接研究所等机构合作开发，并成功验证Ti64定向能量沉积3D打印结构认证框架的准确性，可能节省60%至85%的制造和鉴定成本。 2、低维护成本的成熟先进制造（MAMLS）计划：根据 MAMLS计划，40个组织共计合作45个项目，投入2700万美元， 为美国制造成员提供新的制造流程、商业案例和增材制造知识等。 3、协助国家做好应对未来危机的准备：增材制造危机生产响应（AMCPR）计划旨在提高美国制造业供应链的弹性和响应能力，为国家应对未来未知危机做好准备。AMCPR通过开设情景规划研讨班，在各种国家危机场景中对系统进行测试。 劳动力发展： 1、开设新的增材制造培训课程：经过三年发展，美国制造 研究所成功推出一项制造工程教育计划，投资190万美元。该计划专注于创建针对使能技术的先进制造领域的新培训内容。 2、支持美国人从事先进制造业：以3Degrees为首的美国制 造研究所成员机构，聘用或重新培训在技术领域拥有一定经验或受过高等教育的劳动力，以提高其技能。 3、在疫情期间推进教育和劳动力发展：美国制造研究所建 立了线上学习途径，在48个州的24个重点关注领域提供线上培 训，影响了来自100家企业的近1000名员工，并为200名独立 参与者提供了制造业再培训和技能提升机会。 创新生态系统： 1、举办先进制造竞赛：美国制造研究所创办了首届美国空军先进制造奥林匹克创新挑战赛，此次活动为美国空军以及未来 先进制造技术发展及教育和劳动力整合产生持久影响。 2、改善创新和协作：美国制造研究所在2021财年创建了一个最先进的合作设施，为利益相关者提供围绕AM技术开展创新、协作和集成的机会。该设施还可以作为一个信息展示平台，展示当前AM能力，研究所与国防部合作内容以及其他研究所成功案。 3、提升AM网络安全：美国制造研究所、美国材料测试协 会和奥本大学合作推出AM网络安全线上培训课程，研究AM网络安全风险、需求和解决方案。 （二）MxD（数字制造时代） MxD成立于2014年2月，共有314名成员。该研究所旨在为政府和美国制造企业提供美国制造业转型所需的数字工具。 技术进展： 1、发展开放式自动化测试平台：MxD与AppliedDynamicsInternational（ADI）、陶氏化学和密歇根大学合作创建开放式自 动化测试平台，以低成本提供不同供应商设备和软件的即插即用连接。通过该测试平台，各种应用程序能够访问实时数据和计算，并通过系统中可以仿真新设备或新技术的单板计算机进行增强。 2、自动化供应链预警：MxD与SoftwareAG政府解决方案 部门合作，为美国国防部开发供应链风险预警系统。SoftwareAG将提供快速混合集成解决方案，向政策领导和供应链领导提供供应链风险预警框架，以便有效评估广泛的价值链设计，并在紧急情况下增强供应链弹性和敏捷性。 劳动力发展： 1、开设制造业网络安全课程：MxD与马里兰大学巴尔的摩 分校合作开设新的培训课程，重点关注制造业网络安全运营技术 （CyMOT）。最初试点包括来自10家合作制造商的25名参与者。 2、推进未来包容性制造业发展：通过深化雇主和社区之间 的关系，制定以证书为基础的培训计划，打造更具包容性的未来制造业，为美国制造业的全国性招聘挑战提供战略解决方案。 创新生态系统： 1、合作支持中小型制造企业发展：MxD与特拉华谷工业资源中心（DVIRC）建立伙伴关系，为DVIRC提供技术创新和实 施建议，协助提升中小型制造企业竞争力。 2、担当国家领导者：MxD参加了里根特别工作组，关于公共和私人投资支持美国制造业发展和推进国家安全目标的最新讨论，并就公共和私人资本的关键来源等问题制定建议。 （三）LIFT（引领未来创新） LIFT成立于2014年2月，由美国轻质材料制造创新学会 （ALMMII）组建，共有130名成员。该研究所旨在通过技术和人才开发，推动美国制造业未来发展，以及通过结合材料、工艺和系统与未来人才需求，推动智能制造快速实施。 技术进展： 1、用技术武装军队：LIFT与R