2016美国国家制造创新网络年度报告-中文

NNMI 国家制造创新网络年度报告

内容摘要

对美国制造业健康、可靠性和创新能力的实质性改善能够在很大程度上提升国家的全球经济竞争力。由NNMI 项目推动的对先进制造技术进行投资具有广泛且深远的影响，不仅能够振兴已有产业，而且有助于创造全新的产业。

本报告描述了2014年美国重振制造业法案通过后的第一年，NNMI 项目的起源、目标和早期进展的概述。NNMI 的合作者共同合作进行了历史性的努力，支持产业建立能够更好的帮助创新者发展其特殊的制造技术、进程和能力的生态系统，在美国的先进基础研究部门推进有发展前景的早起技术发明，使其通过美国制造业扩大规模并进行商业化。

最早在2011年，PCAST 美国总统科学顾问委员会认识到通过协调的、政府一致努力来促进美国制造业科技创新和成果转化的需求，进而提出NNMI 项目。跨越从创造发明到规模化实际使用的鸿沟，往往超出了国家最大制造企业的风险限额，对提供大量美国制造业产出的3万多家中小型企业而言更加困难。

如今，大多数的关注点在“破坏性”创新，新的技术能够使初创企业创造不同于传统制造业的创新的消费产品。先进制造业对于实现这种破坏性创新的潜力至关重要。它能够提高制造进程的效率，使美国工业在国际舞台上具有更强竞争力；能够使设计和生产具有更快的适应性，帮助美国工业有效应对不断变化的客户需求；能够通过减少能源消耗和减少浪费提高可持续性。

无论是破坏性的创新或现有的制造业的增量改进，先进的制造业的价值是巨大的。先进制造与产品的相互作用，产生创造性的协同效应：新技术使创新产品成为可能，往往需要同样创新的制造方法；相反，新的制造工艺可能是实现先前认为不可能实现的产品商业化的关键。

NNMI 项目的根本目的是吸引研究者、设计师、工程师和生产厂家形成一个生产性的公共和私营部门的合作伙伴关系，这是美国总统科学顾问委员会的建议，如今已变为现实。NNMI 项目包括许多制造创新研究所，分别位于区域战略中心，为汇集制造业专业知识和相关研究能力做准备。每个研究所的本质是协同工作，通常是对有前途的技术的发展和生产的规模化竞争前的工作。

每个研究所都是由非营利性组织领导，由行业、学术界和国家实验室共同支持，由私人和公共资源共同资助的。研究所涉及大型企业、中小企业、大学和地方社区学院。全职科技工作人员、工程师和行业专家在技术开发上共享基础设施。来自大型企业和中小企业的研究院特色产业代表分享他们最佳的制造实践。另外，研究院还包括一系列的教育和劳动力发展活动。

在这些措施中，研究所就像产业、研究界、教育界之间的桥梁，尽可能广泛的在整个商业领域船舶技术知识。他们为学术界提供了市场经验和预竞争的技术挑战，并鼓励年轻人参与未来的制造业发展。

截止2015年底，成立七个研究院，分别是：

——美国造，即国家增材制造创新机构，位于俄亥俄州杨

斯顿，关注增材制造和3D 打印技术

——数字制造与设计创新机构，位于伊利诺伊州芝加哥，

关注数字设计与制造的集成

——电力美国，即下一代电力电子制造创新机构，位于北

卡罗来纳罗利，关注基于宽能带隙半导体的电子器件

——明日轻质创新，即美国轻质材料制造创新机构，位于

密歇根州的底特律，关注轻金属制造技术

——先进复合材料制造创新机构，位于田纳西州诺克斯维

尔，关注先进纤维增强聚合物复合材料

——AIM 光子，即美国集成光子制造创新机构，位于纽约

州罗彻斯特，关注集成光子电路制造

——下一代柔性，即柔性混合电子制造创新机构，位于加

利福尼亚州圣何塞，关注半导体与柔性电子器件的制造和集成 另外，两家制造创新研究竞争中心正在进行中：一家专注于革命性纤维和织物制造（新材料）；另一家专注于智能制造、先进传感器和过程控制。

在区域乃至全国范围内的连接和影响力下，这些研究所充分利用他们周围的生态系统环境及人才，支持美国在先进制造业领域中全球领先地位的集体愿景。

介绍

国家需求

美国在全球制造业能力和产品销售方面保持长期繁荣。制造业活动一直支持国家经济增长、拉动国家出口、维持上百万美国人就业。从历史上看，美国制造业部门通过雇佣推动大多数研究和发展的科学家、工程师和技术人员，来推动知识的生产和创新。

正如2011年美国总统科学顾问委员会报告中强调的，美国制造业的历史性地位岌岌可危。自20世纪70年代以来，美国制造业占国民收入比重已经大幅下降，生产和出口制造业产品的领导地位受到威胁。报告中提出，美国在研发与制造业相关领域已经落后于其他高收入国家（例如德国、日本）。报告还强调了在先进制造业中保持技术优势对维持美国国家安全和全球经济竞争力的重要性。

接着，由先进制造业合作指导委员会（AMP ）编写的2012年美国总统科学顾问委员会报告中指出，虽然美国在基础科学和发明中领先，但对早期基于发现的研究的商业和经济奖励通常较晚被意识到，特别是，在涉及制造业规模化和商业化的领域。报告还强调了美国私人部门的技术和财政不足，特别是中小企业在将有价值的早期研究转化为成本效益、高性能国内生产能力和新产品的过程中。

此外，对于先进制造业的应用研究和发展的联邦投资远远低于对于早期基础科学研究的联邦投资。能够为美国公民提供更高质量的工作、确保国家和经济安全的发明创造新产品和产业的未来能力，取决于缩小规模化差距的能力，同时，能够使先进技术快速向制造业转化。

为解决上述国家需求，PCAST 美国总统科学顾问委员会在2011年报告中建议，在先进制造业领域开展协调、政府共同努力，由总统行政办公室（EOP ）协调，涉及所有有助于支持国家先进制造业创新生态系统的部门和机构。工作要求：1）协调联邦政府，支持工业界和学术界对新技术的应用研究；2）公私合作伙伴关系，以通过国际财团，应对跨领域挑战，进而推进新技术； 3）共享设施和基础设施，以帮助小型和中型企业（中小企业）提高他们的制造能力和产品的全球竞争力。PCAST 美国总统科学顾问委员会也提出，增加先进制造技术领域的劳动力培训支持，确保国家拥有高技能的劳动力，以吸引、

保留并扩大美国先进制造业。PCAST 美国总统科学顾问委员会进一步建议，建立一个公私合作的国家网络（研究机构），旨在培育先进制造业的创新生态系统。

这些建议为政府的初步努力提供了基础，在国家制造业创新网络倡议下建立制造业创新研究机构。

制造创新研究所-初步研究

按照美国总统科学顾问委员会PCAST 的建议，总统指示国防部（国防部）、能源（DOE ），商业（DOC ），美国国家科学基金会（NSF ），美国国家航空航天局（NASA ）联合现有财政支出部门，共同推出先导性制造业创新研究所的概念，专注于对各联邦机构重要核心任务的技术主题。

2012年8月，美国造，即国家增财制造创新机构，位于俄亥俄州杨斯顿，关注增材制造和3D 打印技术，由40个成员公司，9所大学，5所社区学院和11个非盈利组织组成的公私合作关系。

图1 NNMI 设计研讨会，2013年1月

通过试点学院早期成功的鼓舞，基于广泛的公共和私营部门的投入，通过收集的联邦政府主办的信息请求和一系列的五次“冲击的设计”区域研讨，政府提出，NNMI 主动性的创新，即通过涉及联邦、州和地方机构，私营部门、学术界等公私合作伙伴，催化新技术、教育能力和制造工艺和产品的发展，振兴和加速推进美国先进制造业。

政府还发起了三个额外的制造业创新协会的竞争，分别专注于：下一代电力电子制造（由DOE 资助），数字化制造与设计创新（资由国防部助），轻质和现代金属制造（由国防部资助）。

2014年1月，下一代电力电子制造业创新研究所（后来被称为电力美国），专注于下一代节能、宽能带隙半导体电子器件和设备，在北卡罗来纳州的罗利北卡罗来纳州立大学成立，最初由18家公司，和7所大学和国家实验室组成。

2014年二月，数字制造与设计创新研究所，专注于加速数字化制造和设计技术的开发和商业化，在伊利诺斯州的芝加哥成立。作为一个公私合作伙伴关系，最初由41家成员企业、23所大学和国家实验室，和其他9个组织组成。

同样在2014年2月，轻质材料制造创新研究所（现在被称为明日轻质创新），专注于促进先进轻质和现代金属制造能力的发展与转型，在密歇根州的底特律成立。作为公私伙伴关系，最初由36名成员公司，12所大学，和其他18个组织组成。

NNMI 项目的正式成立

在2012年NNMI 的倡议下，最初由政府创建的研究所为国会授权商务部建立“制造业创新网络”并于2014年12月16日通过振兴美国制造业与创新法案提供了重要依据。本报告中涉及的国会授权的“网络制造创新计划”即为“国家制造业创新计划”或“NNMI 项目”，是在实践中被认可的。同样，2012年政府发起的NNMI 倡议的目的，本质上与2014年国会授权的计划是相同的。商务部要求国家标准与技术研究所的先进制造国家项目办公室负责监督和执行NNMI 项目。NNMI 项目相关事件年表如图2所示。

NNMI 项目的活动和成就的两个重要组成部分：1）与（或）一个单一的“制造创新中心”（研究所）；2）在整个“制造创新网络”（简称“网络”）之间的联系和协调。 2012 2013 2014

总统科学技术顾问委员会确定NNMI 初步设美国能源部推出第二国家需求 计文件出版 个制造业创新研究所

奥巴马总统成立NNMI 主动寻国防部推出第三个和

求国会支持 第四个制造业创新研究所

国防部推出第一个制造创新研国会通过立法授权究所 “制造创新网络”项目

公开要求信息发布

五个地区举行深入研讨

图2 NNMI 项目形成相关事件年表

愿景、使命和目标

NNMI 项目旨在解决复杂的、制造相关的、面临早期基础研究和技术部署之间的活动空间的技术转型挑战。2015年的发展愿景、使命和计划目标，如图3所示。 愿景

美国先进制造业的全球领先地位

使命

连接人，思想和技术

解决工业相关先进制造业的挑战，从而提高产业竞争力和经济增长，加强国家安

全

目标

提升竞争力

促进技术转化、加速制造劳动力、确保稳定和可持续的基础结构

图3 NNMI 项目的愿景、使命和目标

如图4，NNMI 项目目标，详细阐述了NNMI 项目的第一个战略计划。

竞争力：增强美国制造业竞争力

加快制造业劳动力可持续发展：支持技术进步：促进创新技术

的有效过渡到可扩展的，成本发展：加快发展先进制造能够帮助企业稳定和可

持续发展的商业模式 效益和高性能的国内生产能力 业的劳动力

图4 NNMI 项目目标

当每个研究所执行他们的活动时，形成各种结构的区域集群和商业模式，并在可持续发展和全国影响力的制造业创新生态系统的发展和成熟中达到顶峰。

研究所

研究所代表了NNMI 项目的根本核心。如国家科学技术委员会NSTC 设想的，每一个研究所汇集的利益相关者，诸如工业、学术界

（包括大学、社区学院、技术学院等）、联邦实验室、联邦政府、州政府和地方政府，形成创新生态系统，协同解决在维持和扩大美国工业生产中的高危制造挑战和协助生产。创新生态系统内成员和联邦政府共同投资，形成强大的公私伙伴关系，旨在加快美国先进制造能力的发展和部署中的非联邦投资，从而提高美国制造业的竞争力。图5描述了研究所创建的制造业创新生态系统的主要元素。

图5 研究所创新生态系统

NNMI 项目的重点是连接创新和制造。为此，研究所的活动包括： ——预竞争应用研究、开发和制造规模化项目，以降低成本、时间、商业化创新制造技术和改进现有技术的风险、工业和产品等。

——教育和培训计划的发展和实施、

——对供应链的整合和新技术引入到供应链 创新的方法和实践的发展。

——中小企业和大型制造企业的宣传和参与。

研究所帮助从实验室原型阶段转变为大规模生产阶段，即从生产准备程度转向技术准备程度，两者之间是一个松散的关系。为保持一致，该文件中将使用MRL 规模。

具有非联邦资源要求的研究院职能必须在最初研究所设立期间的五至七年内等于或者超过联邦贡献。研究所预期能够在联邦建立期之后达到自给自足。

七家研究机构都从资助机构根据各自机构的法定权利和拨款获得了初始资金，分别专注于解决各自制造技术领域。

——美国造，即国家增材制造创新机构，位于俄亥俄州杨斯顿，关注增材制造和3D 打印技术，2012年8月

——数字制造与设计创新机构，位于伊利诺伊州芝加哥，关注数字设计与制造的集成，2014年2月

——明日轻质创新，即美国轻质材料制造创新机构，位于密歇根州的底特律，关注轻金属制造技术，2014年2月

——电力美国，即下一代电力电子制造创新机构，位于北卡罗来纳罗利，关注基于宽能带隙半导体的电子器件，2014年12月

——先进复合材料制造创新机构，位于田纳西州诺克斯维尔，关注先进纤维增强聚合物复合材料，2015年6月

——AIM 光子，即美国集成光子制造创新机构，位于纽约州罗彻斯特，关注集成光子电路制造，2015年7月

——下一代柔性，即柔性混合电子制造创新机构，位于加利福尼亚州圣何塞，关注半导体与柔性电子器件的制造和集成。2015年8月

个别机构的法定机构的资助下，另外两家研究机构的竞争目前正在进行：

——革命纤维和纺织品制造业创新研究所（2016财年的预期）。 ——智能制造的清洁能源制造业创新研究所：先进传感器，控制，平台和制造业的建模（征求中）。

这些和所有未来的研究机构利用公共和私人资源，以创造在一个集中的制造技术领域应用研究和发展所需要的物理、数字和关系基础设施。

网络

作为振兴美国制造业战略的一部分，振兴美国制造业创新法案授权商务部建立由制造业创新机构组成的全国性网络，可以增强他们的影响，进而增强美国的全球竞争力。例如，作为网络活动一部分，研究所能够分享最佳实践，能够放大卓越制造的共同愿景，识别和借鉴在美国制造技术基础的差距，确定帮助培训下一代技术工人、美国工业基地新开发制造技术转型和跨学科专业知识的共同利益和活动。

根据网络成员不断发展的需求，网络有望提供多种功能。经过一年多的协调，NNMI 项目的四个网络级功能由参与机构确定，分别为；

——建立网络。

——促进增值，内部网络合作。

——培育网络（研究院）和外部利益相关者之间的强大沟通。 ——维持、加强和发展网络。

这些网络功能的详细讨论将在报告后的“网络功能、治理和机构间协调”部分。

NNMI 项目的协调

网络会议和合作

振兴美国制造业创新法案要求商务部建立由制造业创新机构组成的全国性网络。在过去一年里，跨部门AMNPO 先进制造国家项目办公室与代理合作伙伴密切合作，为建立和集合网络打下基础。

到目前为止，AMNPO 先进制造国家项目办公室已经召开了四次研究院会议，其中两次是在振兴美国制造创新法案通过之前。

——2014年6月6日，在底特律，密歇根州

——2014年12月17日，在盖士堡，马里兰州

——2015年3月18日，在华盛顿特区

——2015年11月4日，在芝加哥，爱达荷州

无论在研究所的初期阶段还是持续经营过程中，这些合作、网络范围内的研究会议已经被证明是信息共享和思想生成的论坛，包括网络级功能候选人间的形成对话、哪些功能对研究所最有用。这种早期的对话帮助塑造后续更有针对性的制定和完善网络功能共识的工作（详情见报告后文“网络功能、治理和机构间的协调”）。合作也发生在AMNPO 先进制造国家项目办公室联邦机构成员之间，包括规划管理和协调NNMI 项目的双周会议，以及定义和推动网络功能的更高层次的政治决策等。

网络功能、治理和机构间的协调

通过SAM 先进制造委员会，经过联邦政府协调的高层讨论程序正在进行，包括NNMI 项目的协调。SAM 先进制造委员会的讨论包括交叉的先进制造主题，是多个联邦机构和网络治理问题的优先技术领域。2015年5月，发展和促进网络基础性方面的任务已经交给多代理网络治理团队。该团队制订了一项由11个步骤组成的行动计划，计划通过确定举措确认有效。值得注意的是，一个描述一级功能和二级功能的网络级功能计划由NNMI 项目内外部利益相关者共同制定和审核，包括广泛的责任、问责、咨询、通报分析以确定网络将如何运作。表4列出了一级网络级功能及具体说明。

Table 1 NNMI 项目的一级网络功能 功能

建立网络 具体说明 • 重点是在初始网络上形成任务 • 支持向振兴美国制造业创新方向“召集”网络。

• 功能的需求将随着时间的推移而减弱

• 重点是网络内部的信息中心的任务

• 包括跨研究所和跨部门合作和信息交换

• 重点是网络的外部信息交换中心的任务

• 包括一般被视为外部网络的利益相关者实体的

信息交换和信息传递

重点是在长期的网络维护和发展任务 促进增值，内部网络合作 培育网络与外部利益相关者之间的强大沟通 维持、加强和发展网络

作为后续行动，SAM 先进制造委员会工作组领导协调AMNPO 先进制造国家项目办公室，领导资助机构和研究所，制定网络章程和“游戏计划”以追求最高优先级的网络功能活动——从2级网络功能——在2016年承担和超越。

支持中小企业对接网络

在2015财年的过程中，MEP 制造业扩展合作伙伴关系执行国防部的备忘录。这一备忘录规定了研究所和MEP 制造业扩展合作伙伴关系中心如何共同促进中小企业NNMI 项目的意识，并鼓励中小企业参与研发计划和研发活动，实施和部署研究所的研究成果。

因此，2015年开始，在MEP 制造业扩展合作伙伴关系的九个中心和Digital Manufacturing and Design Innovation Institute 数字化制造与设计创新研究所间进行了一个试点。这一试点将开发评估企业“数字化准备”的工具，并提供培训以帮助MEP 制造业扩展合作伙伴关系的制造专家和客户了解数字化准备对制造业企业增长和竞争力的影响。另外，这个试点也会帮助DMDII 数字化制造与设计创新研究所进行推广和服务，作为教育美国制造业关于数字化制造的手段。

战略计划及年度报告

去年，由AMNPO 先进制造国家项目办公室领导的跨部门小组开发了NNMI 项目的第一个战略计划，通过NNMI 项目年度报告进行补充，

每年将描述的内容有：1）参与NNMI 项目的机构的具体活动；2）过去一年，在实现战略计划中所描述的目标中的网络活动。

NNMI 项目的战略计划由参与NNMI 项目的所有机构代表合作起草，包括商务部、教育部、国防部、能源部、美国宇航局、美国国家科学基金会、农业部等。初步起草分为四个写作小组，两个由美国国防部主持，一个由能源部主持，一个由商务部主持。然后由七个资助机构代表进行审核，最后由科学技术政策办公室、国家经济委员会和国家科技委员会进行审查。

公共信息交换中心

AMNPO 先进制造国家项目办公室继续维护和更新manufacturing.gov ，一个突出NNMI 项目的国家先进制造门户网站。门户网站包含了已经建立和正在规划阶段的每个研究所的信息，以及与先进制造业和国内制造业竞争力相关的其他项目信息。

办公室还建立了推特和LinkedIn 账户，与公众沟通状态更新，便于接受公众反馈。

资金支出

在本报告期间，没有通过振兴美国制造业创新法案或者商务部的其他法律提供资金。名义资金已经通过编写报告等立法报告要求的方式支出。

未来计划

NNMI 项目的未来计划包括：

1，继续建立和完善网络、功能和程序以实施各项功能。

2，加强对NNMI 项目间的合作与协调。

3、协助领导资助机构的工作，协助成立新的研究所。

4，跨部门的团队成员进一步定义网络性能指标。

5，继续建立NNMI 品牌。

6，继续作为关于NNMI 项目的公共信息中心。

7、通过引导资金机构人员到跨部门团队间的分配，与研究员协调，搜集数据进而满足最佳实践的目的，通知国会年度报告，并评估网络性能。

结论

NNMI 项目是一项具有历史性转折意义的公私部门的倡议，旨在创造强大的可持续的生态系统，以实现制造技术、流程和能力的创新发展，帮助缩减制造业初期基础研发和技术规模化之间的差距。这种高度合作的努力使我们国家的联邦机构、学术机构和各种类型和规模的企业在先进制造业中结合在一起。毋容置疑，我们生活中一个快速变化的世界，价值是由技术专业人员共同工作、产生实际解决方案并解决问题而创造。

通过NNMI 项目，每个研究所都利用合作计划来支持发展和转变先进制造技术的目标。这些努力将通过发展新的产业、盘活现有能力产生广泛的经济影响，并使得国家安全部门保持关键技术优势。一起努力，可以开发提高美国现有制造工艺效率的创新制造工艺，从而使美国在全球舞台上保持强大竞争力。我们可以在设计和生产商提供快速的适应性；使美国的产业能够有效的应对不断变化的客户需求。另外，我们可以通过减少能源消耗和减少浪费来改善地球目前的环境状况。

NNMI 项目中的研究所正在使美国建立一个强大的国家网络，能够有效推动创新、最佳实践以及长期的经济增长。短短几年，由国防部和能源部设立的研究所已经朝着实现NNMI 项目目标取得有意义的进展。

我们的研究所发出一个明白无误的信息：美国为商业开放。