《美国先进制造业领先地位战略》报告解读

1 影响美国先进制造业创新和竞争力的9大关键因素

(1)技术的快速发展及其与经济的结合，正在改变产品和服务的构思、设计、制造、分发和支持的方式；

(2)先进制造业的增长需要先进的技术型基础设施；

(3)对先进制造业的投资依赖于可靠和可预测的知识产权；

(4)新兴市场、出口和贸易受到先进制造业的影响；

(5)先进制造业领先地位需要得到能够保护和促进美国工业的贸易政策的支持；

(6)制造业带动全球经济；

(7)稳固的国防工业基础及具有弹性供应链能力的国内制造业部门，对国家安全和繁荣至关重要；

(8)先进制造业劳动力需要具备科学、技术、工程和数学(STEM)方面的知识基础；

(9)先进制造业需要联邦、州和地方政府的共同支持。

2 美国先进制造业的战略愿景

报告围绕美国旨在实现的“维持美国先进制造业的领先地位，以确保国家安全和经济繁荣”愿景目标，提出3大战略措施及目标：

(1)开发和推广新的制造技术 包含5个具体目标：夺得智能制造领域的未来市场、开发世界领先的材料和加工技术、确保通过本土制造获取医疗产品、保持电子设计和制造的领先地位、加强食品和农业制造业的机会。

(2)教育、培训和劳动力输送 包含4个具体目标：吸引并培养未来劳动力、更新并扩大职业和技术教育途径、推广学徒制并获得业界认可的证书、实现技术工人与所需行业相匹配。

(3)扩大国内制造业供应链能力 包含4个具体目标：增加中小型制造商在先进制造业中的作用、鼓励制造业创新生态系统的建立、加强国防制造业基础研究、加强农村社区先进制造业的发展。

3 高性能先进材料的重要地位

报告指出，未来新兴市场将由多种技术进步共同驱动，包括智能制造和数字制造系统、工业机器人、人工智能、增材制造、高性能材料、半导体和混合电子、光子学、先进纺织品、生物制造、食品和农业制造业等。

报告中特别强调，高性能先进材料对于开发新产品以及国家和经济安全至关重要。它们的应用涉及国防、能源、运输、航空航天和医疗保健等多个工业部门。但不幸的是，一般从材料发现到市场应用需要20年甚至更长的时间。通常,材料的性能推动其应用，先进材料的定义也往往取决于材料的预期应用。例如，目前的先进材料可以包括用于高超声速飞行器的极端温度复合材料、高能材料、高强度轻金属合金、合成生物材料、用于先进过滤系统的防腐膜、用于发电厂高效涡轮机的超高温结构材料等等。

美国正积极准备开发世界领先的先进材料及加工技术，此目标包含高性能材料、增材制造和关键材料研发3个技术优先方向：

(1)高性能材料：现代轻质金属、复合材料和其他先进材料的发现和发展，在国防、能源、运输和其他部门具有显著提高材料性能的潜力。美国一部分高科技公司使用昂贵的先进材料和加工技术，使其产品性能保持在国际最前沿；而另外一部分公司则是大批量、低成本生产的领导者，在降低生产成本方面具有丰富的经验。若非竞争对手，高技术型公司和大批量生产型公司之间可进行专业知识转移，这样既可以降低高性能产品的成本，又可以提高低成本产品的性能，为整个行业带来显著益处。使用高性能计算预测材料行为的强大新方法将促进这种知识转移，例如材料基因组计划开创的计算方法，可以计算出先进材料系统在加工和使用中的可能属性，从而最大限度地减少目前设计新材料所需要的昂贵且耗时的实验。

(2)增材制造：使用三维印刷和相关技术直接创建结构材料的能力，正在从每个部件的成本到系统性能多方面，深刻地影响着美国的商业和国防制造。例如，单片高性能金属零件的增材制造可以为航空航天领域带来可观的重量减轻和性能提升。类似的，生物细胞印刷有望在未来直接培育出人体组织和器官。

报告指出，增材制造在制造行业的充分应用取决于能否可靠地设定加工参数，从而在不同机器和不同地点之间产生可靠和可重复的生产，需要机器/工艺标准化和可靠成分的材料质量。随着增材制造生产能力的扩大，需要在基础研究的支持下进行新的标准化工作，以确保生产零件的可重复性和可靠性。

另外，在过程控制和过程监控方面还需继续进步，以确保增材制造技术成为可行的生产替代方式。研究开发新的方法来测量和量化材料和加工技术之间的相互作用，以更好地理解材料-工艺-结构关系。建立新的标准来支持增材制造过程数据的表示和评估，以确保零件的质量和重复性。扩大研究工作，将计算技术应用于增材制造技术，包括仿真和机器学习。

(3)关键材料：包括关键矿产资源，它们是支撑美国能源生产、国防技术、工业品和整体经济的众多先进技术的关键组成部分，它们都面临资源枯竭的风险。这些材料通常具有独特性质，难以用替代材料系统复制。然而，由于缺乏强劲而有弹性的国内生产能力，使得某些关键材料的供应链明显脆弱。