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美国制造业创新正在发生什么?(一)

【精益管理网】    时间:2017-08-30   作者:知识自动化   来源:知识自动化  H - 小 + 大

美国制造业创新正在发生什么?

相对于德国、日本以及中国快速崛起的制造业来说,美国是否已经陷入落后?美国曾经引以为傲的制造业是否正在失去他们的竞争力?2011年总统科技顾问委员会对美国制造业(PCAST)存在的问题进行了报告,答案是YES。

美国如何回归制造业,如何工业再复兴,回答这么复杂的宏观主题,美国的拉开了美国国家制造网络NNMI创新体系的序幕,并且在各地陆续建立了十四个创新研究院。

规划蓝海产业

美国制造创新体系非常明确,一是放眼全球市场,提升竞争力。美国人一向以放眼天下和美国老大的思想所主导,其制造业放眼全球产业,NNMI的规划主旨在于通过建立制造创新中心,通过协同效应让美国制造业在相关所定义的领域处于领导地位,具有全球竞争力打造的目的。二是定位于蓝海。不跟其他国家玩低端装备产业,直接面向未来蓝海的先进制造业。也不是大家想象的智能制造——这个对美国未来产业太单一了。

而且美国为各个创新研究院所设定的目标如果从MRL(Manufacturing Readness Level-制造成熟度指标)来看,其关注点在于MRL4-MRL7,如果我们来解读这个问题的话,可以理解为“关注蓝海”。

换言之,美国创新研究院不关心纯理论和工程研究阶段的技术,而是聚焦于“制造创新”,即,如何让这些刚刚进入原型或者小批量市场阶段的,但由于初始阶段的成本门槛尚未通过,通过制造创新来降低其成本、提升性能、稳定性等来让其成为更具市场竞争力的技术与产品,这就类似于“尚未大批量、但有着广阔前景”—这就是“蓝海”。

研究不是美国创新中心的事情,因为那个需要长期见效;而已经进入市场激烈拼杀的红海,美国创新中心也不会介入。干,就只干最有前途的事情。

图1:通过技术产业化提高美国各个工业领域的制造能力

图1可以看出,其实就是将整个MRL4-7列入其推动范围—这包括了很多技术的产业化应用的推动,在整个NNMI的推动中,DoD、DoE、NASA、Air Force等,以及为军方提供生产制造的洛克希德.马丁、波音等也参与到了NNMI中并扮演关键角色,这里也包括了“军转民”的因素,因为每年美国的经费投入在军方、航空航天非常大,这些巨大的投入如果可以通过NNMI转为民用,则可以为产业提供巨大的支持。


制造创新何处聚焦

不同于德国的工业4.0聚焦于以制造为核心的协同,美国的制造创新体系由多个美国创新研究院构成(目前14个,未来不太确定是否能完成奥巴马所设定的45个目标),而这些中心则可以看出其聚焦点在哪里?

就美国电力创新研究院PA(宽带隙功率电子制造),由于采用SiC和GaN技术,宽带隙功率电子具有更大的节能空间、体积更小、高功率密度等特点,未来能够为具体的产业提供巨大的市场。美国电力创新研究院的应用包括了在电动汽车领域的AC-DC,DC-AC转换设备、充电设备的效率提升,在工业领域则聚焦于大型的传动设备应用,以及在消费电子领域如手机充电等大的市场应用。

美国制造业创新正在发生什么?

图2:举例WBG未来将会迎来更为广泛的市场

来源:IHS

根据美国电力创新研究院PA的统计,在制造业中60%的能耗来自于传动系统,今天,基于IGBT的电气传动产品已经非常低的成本,因此,中国本土的电气传动制造商已经能够在市场上因为低成本具有了较大的市场份额,但是,未来,在WBG时代,我们是否还能保持领先?更低的功率损耗、更小的体积、高功率密度,可以节能10%左右的空间,这些都是美国PA的突破点,未来,我们还能考低成本领先吗?在电动汽车产业,消费电子领域,如果仅乐于提供组装,而这些核心器件仍然掌握在美国、日本手里。

如果没有制造业成本的优势相助,中国制造未来颇为堪忧。

对于先进复合材料创新研究院IACMI而言,其聚焦于汽车减重设计,通过聚合物基碳纤维增强复合材料CFRP来实现汽车重量的降低,以达到58.5英里/加仑的目标,第二个应用市场则是风力发电叶片的市场,第三个则聚焦于CGS—燃料电池、压缩天然气储罐的应用市场,其它则是跟材料本身相关以及仿真设计的技术。

柔性混合电子创新研究院NextFlex是将印刷技术与电子技术进行融合,进而在柔性材料上印刷电子线路,其聚焦于大的消费电子的可穿戴设备领域,其旨在用于健康监测的巨大市场,第二则是为IIoT提供传感器的设计与制造应用,这些都是较大的应用市场。

跨界融合才是大创新

美国创新研究院有两个特点,第一个是聚焦在材料科技,好几个创新研究院的主题,跟材料相关。包括第一个设立的增材制造创新研究院,也是与材料包括粉末颗粒技术紧密相关,第二个显著特征在于跨界融合。例如复合材料创新研究院IACMI融合了材料科技、仿真技术、OEM设备、检测技术、成型等相关的技术,而柔性混合电子制造NextFlex则将电子技术、印刷技术进行了融合。它给我们带来了以下的启发:

一是创新总是发生在跨界的地方

通过跨界才能产生新的市场机会,例如宽带隙功率电子PA可以为清洁能源智能制造创新研究院CEMII提供技术支撑,复合材料IACMI和轻量化材料研究院LIFT可以共同服务于汽车减重设计,而数字化设计与制造DMDII,则可以与ARM进行合作。

二是让传统行业获得新生

传统的塑料、铸造、纺织、印刷已经趋于饱和市场,竞争非常激烈,而美国制造的创新体系设计让传统的行业借助于新材料、新制造技术的创新焕发新的生命力。例如通过IACMI的复合材料将传统的塑料工业与新的材料融合,而柔性混合电子和3D打印产业也使得印刷行业提供了新的应用场景(轮转印刷机)以及产业的延伸,而柔性混合电子使得电子制造业也可以与半导体、油墨等传统行业进行了融合。

这种结合,让中国的传统工业产业,如塑料、纺织、印刷、铸造等领域,突然看到了全新的问题解决思路。

如何通过材料科技、智能制造技术的融合提升中国制造当下的传统产业,美国的创新研究院给了我们很多借鉴,所谓新兴战略产业,并不是自我赋能的,而是要相互赋能。

三是扭住最具变革性的产业:材料与能源

在整个制造中的成本划分中人工:机器:材料的构成应该在1:2:7,这表明,在材料方面的改善会带来更大的竞争力,而能源消耗也是机器成本的重要构成,因此,美国制造业将材料作为了重点,其本身具有重大的意义。举个例子如果在时间上精准的配置,可以消除等待时间中的空转能耗,或者通过最优的液压与产品加工的匹配,可以为注塑机提供节能空间,这些技术在注塑机领域已经有了大量的应用。

美国的制造业是将制造与材料进行结合,而我们中国在材料科技领域的投资也不可谓不大—因为国家对此非常清楚,但是,如何有效的将材料与制造业紧密结合并形成有效的目标推动,则是值得思考的。而国内,许多精力还是聚焦放在了所谓的“智能制造”—跟随制造业领域领先优势明显的德国,以及ICT技术非常领先的美国,来对我们的传统制造业进行升级,而不能在材料、能源领域有非常好的提升,这对于中国制造的未来,将具有先天性、系统性的大缺陷。


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