刘亚威 美国国家制造创新网络战略计划要点.docx
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刘亚威美国国家制造创新网络战略计划要点
刘亚威 美国国家制造创新网络战略计划要点
《空天防务观察》在2月22日推出了我中心青年学者、知名制造技术情报研究专家刘亚威先生的专栏文章《美国政府发布首份国家制造创新网络年度报告和战略计划》，引起了国家工业和信息化部等部门和许多读者的关注。
本期，刘亚威先生选择美国国家制造创新网络战略计划的要点进行了编译，并进行了点评，以满足我们客户和读者的需求。
另外，刘亚威先生此前还曾在本号发表19篇专栏文章，有兴趣的读者可在本文最后的列表中点击标题阅读。
以下为美国《国家制造创新网络战略计划》的要点及相关点评。
总统行政办公室国家科学与技术委员会国家先进制造项目办公室工作组：
国家先进制造项目办公室、商务部、教育部、国防部、能源部、国家航空航天局、国家科学基金、农业部概述：
国家制造创新网络的愿景是美国在全球先进制造领域处于领导地位。
在这个愿景下，一个由制造创新机构组成的网络集合美国工业界、学术界和政府的力量，解决跨行业的制造挑战，这些挑战无法由单个行业独自解决。
每个制造创新机构都是一个特定技术领域的制造技术开发和劳动力培训领袖。
机构专注于将有前景的前期研究转变为能被美国制造商采用的、得到验证的制造能力。
机构向大中小制造商提供先进设施和设备的使用机会。
此外，每家机构都围绕这些新技术提供劳动力培训和技能发展项目。
围绕一项正在专门开发的技术，通过推动与其关联的整个供应链，一个创新群体的出现将形成大规模成熟的制造供应链扎根美国的基础。
这是为国家制造创新网络（NNMI）计划制定的第一份战略规划。
它描述了NNMI计划的愿景及其目标。
战略规划确认了实现这些目标的手段，包括NNMI计划的投资战略、联邦部门协同投资的机制、NNMI计划的评价标准。
2011年6月，总统科技咨询委在《确保美国先进制造的领先地位》报告中强调了美国制造业空心化造成的风险。
2012年6月，先进制造伙伴关系（AMP）监督委员会在《赢得美国先进制造竞争优势》报告中强调了问题的本质：
美国私有行业在将有前景的前期研究转变为经济、高绩效的本土制造能力以及新产品上，面临技术和财政上的局限。
2012年，美国政府建立了首个制造创新机构，即美国国家增材制造创新中心。
启动首家制造创新机构的经验使初始概念得以优化。
此外，公众在区域研讨会上以及对正式信息征询书的响应中提供了输入。
其结果就是2013年1月发布的《国家制造创新网络的初步设计》。
2014年10月，总统科技咨询委在《加速美国先进制造》的报告中建议政府在先进制造促进工作上要整体参与并协调一致。
国会在2014年12月16日也做出响应，《振兴美国制造与创新法案》成为法律，国家制造创新网络（NNMI）正式成为法定计划。
该法案给予商务部建立和协调NNMI制造创新机构的权利，以及与其使命受先进制造影响的联邦部门协同的权利，比如国防部和能源部，以指导NNMI计划的工作。
战略规划是对这项立法的响应。
这是一项跨部门的工作成果，旨在将立法内容以及现有机构的经验，提炼成为NNMI计划持久的长期方向。
NNMI计划有4个重大目标：
目标一：
提升美国制造业的竞争力。
目标二：
促进创新技术向规模化、经济和高绩效的本土制造能力转移。
目标三：
加速先进制造劳动力的发展。
目标四：
支持帮助制造创新机构稳定、可持续发展的商业模式。
NNMI计划的支柱在于理解：
当我们共同努力并全面利用我们的人力资源时，美国会处于最强大的状态。
通过每个制造创新机构的连接以及更大的制造创新机构网络，研究人员群体使尖端生产技术能够为工业界使用。
这些有才干、有知识、有经验的专业人员为我们的下一代工业劳动力提供货真价实的培训，这些劳动力之后将获得高薪酬的先进制造岗位。
制造创新机构除了利用其成员的才能，还做了更多。
虽然这些机构是作为区域性的制造创新中枢组建的，但它们在国家层面上是相连的，因此能够支持美国在先进制造领域树立全球领导力的愿景。
NNMI计划将使美国重建厚实的制造能力网络。
通过将大中小型制造商、学术界以及相应的政府部门的力量集合在一起，美国将重新成为世界制造业领袖。
届时，美国不仅将增强工业竞争力，还将提升繁荣程度和国家安全。
战略规划的输入来自国家制造创新网络各个利益相关方的反馈与建议，它表达了国防部、能源部等计划参与部门和波音、洛马、GE等工业领袖对该计划未来至少三年该如何发展的共识。
战略规划识别了实现这些目标的方法手段，以及评价该计划的标准。
进展：
目前，有9家制造创新机构处于不同阶段：
7家已经建立，一家即将宣布获胜团队，一家还处于建议书提交阶段。
这9家按建立顺序是：
——“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。
（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2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）——革命性纤维与织物制造创新机构。
（预计2016财年）——智能制造创新机构，关注面向清洁能源制造的先进传感器、控制、平台和建模。
（招标中）
美国国家制造创新网络计划设立时间线2016财年总统预算申请了6家新机构的资金，到2016年底，将有15家制造创新机构。
根据国会的拨款，这些新机构将由商务部、农业部和能源部提供资金。
自始至终，国家制造创新网络都由其公私成员以及在制造中存在利益的联邦部门（包括国防部、能源部、商务部、教育部、农业部、国家航空航天局、联邦航空管理局、食品药品局和国家科学基金）共同指导。
愿景：
NNMI计划的愿景是赢得美国在先进制造领域的全球领导地位。
使命：
NNMI计划的使命是连接人、想法与技术，以解决工业相关的先进制造挑战，增强工业竞争力和促进经济增长，加强国家安全。
NNMI计划设计成：
——为先进制造提供肥沃的创新环境；——实现具变革性制造技术的大规模本土开发；——促进先进制造技术的竞争前基础设施的公私协同投资；——加速先进制造技术的快速规模化和市场化；——提供领导力和创造性解决方案，通过先进制造实体发展驱动创新所需的才能。
NNMI计划的结构是围绕一个共识建立的，即早期基础研究阶段的投资虽然是重要的，但不足以确保先进技术平稳地从发明前进到产品开发，或者最终面向在美国制造而实现规模化。
NNMI计划旨在促进稳定和可持续的本土创新生态系统建立，促进对具备技能劳动力的培训，以加速有前景先进制造技术的开发、规模化和部署。
目标：
NNMI计划的目标可以概括为提升竞争力、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这四点：
【目标一】提升美国制造业的竞争力。
【目标二】促进创新技术向规模化、经济和高绩效的本土制造能力转移。
【目标三】加速先进制造劳动力的发展。
【目标四】支持帮助制造创新机构稳定、可持续发展的商业模式。
四个目标是彼此相关的战略元素，支持制造创新，减少前期研究和最终在制造中的商业化部署之间的缺口。
它们将促进制造创新成果的部署，使美国提升其本土制造能力，并且从基础研究的联邦和私有投资中捕捉经济和国家安全收益。
【目标一】提升美国制造业的竞争力目标一的意图是通过培植美国在先进制造研究、创新和技术开发与部署中的领导地位，使美国生产的货品增加，提升本土制造业的竞争力。
实现这一首要目标将加强美国制造商在本土和全球市场销售货品的能力。
美国成为经济领袖，必须从多方面的途径提升竞争力。
为提升美国制造业的竞争力，NNMI计划必须通过鼓励公、私及学术界共同做出贡献，促进使能技术、生产材料、工艺、信息和产品的提升，以及劳动力教育能力的发展。
制造创新机构在最初5年内通过联邦合作协议运行，架起制造成熟度等级（MRL）4级到7级的桥梁。
由于将已验证技术成功商业化存在技术和财务上的困难，机构面向工业界提供一个推进开发步伐所必需的机制，以从前期研究中受益。
NNMI计划将建立一个由制造创新机构组成的持久性网络，机构作为研究与开发中枢，让美国工业界和学术界合力解决复杂、与政府和工业界相关的制造难题。
网络中的每家机构都可包括共享的设施，机构成员（特别是中小企业）以前是难以接触到它们的。
这些共享的设施可以降低有前景的制造技术进一步开发和成熟所相关的财务和技术风险，鼓励生产性私有行业结成本土制造合作伙伴关系。
加强本土创新生态系统对国家竞争力至关重要。
每家机构都将建立并支持一个区域性的制造生态系统。
将机构连城一个网络将扩大它们对先进制造的影响，使整个国家受益，并提升美国竞争制造业投资的能力。
这个网络促进知识在机构间的转移，让每家机构都更高效地运行，增加NNMI计划外延活动的影响。
如下图所示，NNMI计划处理制造竞争力10个驱动因素中的6个，这些因素来自德勤发布的《2013全球制造业竞争力指数》报告。
——子目标1：
支持更多美国本土制造产品的生产美国竞争力的一个决定性方面是本土制造商提升制造能力和产能、及时响应全球市场需求的能力。
NNMI计划在创造一个有效的先进制造研究与开发基础设施方面扮演着重要角色。
计划将把工业界、学术界和各级政府集合到一起，开发和部署加强美国竞争力的先进制造技术。
NNMI计划的复合影响在于它大范围鼓励基于美国的合作伙伴关系。
例如，与小企业构建合作伙伴，促进先进制造技术在美国供应基础中的广泛扩散。
这种早期参与使小企业可在后期继续参与技术商业化和制造供应链。
与学术界和劳动力发展项目的合作伙伴关系为美国制造商提供了一个输送高技能和高知识工作者的关键渠道。
总之，NNMI计划鼓励建立更强的本土供应链网络，从而鼓励美国制造商在美国生产更多产品。
——子目标2：
培植美国在先进制造研究、创新与技术上的领导地位NNMI计划通过制造创新机构的工作，增强本土制造并提升美国工业界竞争力。
这些公私合作伙伴开拓“超越未来”的先进制造技术，同时创造高技能的本土劳动力，他们为基于这些技术制造和持续提升产品而接受特训。
工人和技术（包括新工艺和新工具在内）的结合，使美国制造业和小企业在发展本土供应链、为满足全球需求制造新产品时，创造出一个竞争优势。
一句话简评：
NNMI计划关注前沿制造技术和高端制造产业，重夺这些技术和产业的全球领导地位是该计划最顶层的目标，因此大力发展技术和产业生态系统，并且抢占基础材料、工艺、软件和元器件的话语权。
制造竞争力驱动因素【目标二】促进创新技术向规模化、经济和高绩效的本土制造能力转移为填补有前景的新兴技术与这些技术在规模化、经济和高绩效制造中部署之间的空白，NNMI计划必须使本土制造商克服技术和经济上的障碍。
该目标总体意图是，通过建立包含充足资源和聚焦工业市场的创新生态系统，减少对创新成果发展的阻碍。
制造创新机构将帮助工业界克服先进制造技术的复杂性所造成的障碍。
这种复杂性所关联的风险导致市场上的失败，使有前景的技术不能由美国制造商规模化，成为产品和服务。
比如，中小企业通常没有追求创新技术规模化的资本、人员或时间，而大型制造商是回避风险的。
此外，一家机构内开发的制造技术可通过网络部署到更广泛的美国工业界中去。
新开发制造能力这种“1到N”的扩大是拥有由相连机构组成的网络的一个关键收益。
下图模拟了机构在技术向美国工业界转化中的作用。
机构专注于将有前景的创新制造工艺成熟化，减少军民用产品制造中采用新验证工艺的风险。
有一些有前景技术的转移可能在MRL4级或5级就发生了，绝大多数转移将发生在MRL6级或7级，这时工艺成熟并在相关制造环境中于更多原型上得到验证。
机构专注于将这些创新的制造工艺和技术转变到国防和商业上可采用的那个成熟点。
——子目标1：
让美国制造商能够使用已验证的制造能力和资本密集型基础设施机构的一个关键职能就是通过机构领导的活动，向美国各个规模的制造商提供使用创新技术、设备和技术专业能力的机会。
特别地，对于新技术的开发、规模化与采用，中小制造商通常缺乏承担相关技术和财务风险的资源。
机构将通过为工业界提供已验证能力的使用机会，创造区域和国家层面的经济效益。
——子目标2：
促进用于解决先进制造挑战的最佳实践的共享与书面化企事业单位以及工业制造专家间的合作可提升生产技术以满足机构、机构成员以及美国大型制造行业面临的挑战。
机构可推动包括中小企业的合作伙伴关系，让他们从使用共享设施中获益。
网络应与网络的成员以及更广泛的制造行业共享机构中开发的知识。
——子目标3：
促进支持美国先进制造业的标准与服务的发展源自机构和网络活动的产品和服务的发展，对向本土制造商及其供应链高效转移技术与专业能力至关重要。
这之中的首要问题是：
在制订本土和国际标准的标准组织中的伙伴关系和领导力，开发并传播本土制造商可用的技术工具，直接支持已验证的创新技术转移到本土制造能力中的一系列技术产品与服务。
一句话简评：
在美国人看来，制造业的“创新”一定是一个完整的链条，即开发出的技术必须形成商业化应用或进入规模化生产，才能完成一次创新过程，才算是“创新”了，技术转化与技术开发是一个连续的过程。
向美国工业界转移先进制造能力【制造成熟度等级（MRL）4-7级】【目标三】加速先进制造劳动力的发展一个健康的制造业环境包括劳动力发展、提升的工作机会以及使美国工人工资增加的经济机遇。
这一目标确定了NNMI计划将如何加速发展先进制造劳动力，包括技师、高技能生产工人、制造工程师、科学家和实验室人员。
——子目标1：
为科学、技术、工程和数学相关的工作培养未来工作者美国加速先进制造劳动力发展的重要一环就是培养年轻学生对科学、技术、工程和数学（STEM）话题的兴趣。
在早期提升对STEM的兴奋感，将拓宽学生获得更专业培训和教育的渠道。
在网络和机构活动的交流上的策略将包括外延服务工作，比如参与“制造日”，提高对制造业就业的印象以更正对制造业职业错误的负面陈旧观念。
——子目标2：
支持、扩展和交流相关的中等和高等教育路径，包括资格鉴定与认证机构定位于培训各层级的劳动力，同时让讲师验证如何开发有效的劳动力培训项目。
这些项目和计划支持从中等到高等的连续课程，以及学徒制与合作教育（雇主-教师）项目，让学生在各层级的学习上无缝衔接。
NNMI计划可作为提供机构与利益相干方信息的门户，链接到现有的劳动力发展项目。
此外，网络还可为机构提供一个公共知识库和场所，以共享它们与国家、州、地方和私有的聚焦工业的STEM教育项目以及劳动力发展计划相结合的经历和经验。
——子目标3：
支持州立、地方教育和培训的课程体系与先进制造的技能组合要求进行协调机构定位于支持一系列合作伙伴针对其开发新兴技术，定义所需的任何层级的技术岗位技能。
机构可以：
如果相应的认证和学位已经不可用，与国家级组织（包括专业组织和贸易团体）合作，支持所需的工作者资格证书及考试的制定；支持相应学术课程和教育材料的制定，并分发给培训提供者；通过与工业界和学术界成员合作，以及通过区域合作伙伴关系和工业集群项目，提供实习和注册学徒机会。
网络可作为劳动力支持信息的交流中心。
它提供协调网络内专业技能项目实施的一种手段，特别是针对几个机构的交叉技术。
比如，更新“北美工业分类系统”代码，反映技术和制造岗位的变化。
——子目标4：
培养先进知识工作者：
研究人员和工程师机构的各种工业界和学术界合作伙伴使其能够建立实习与培训机会，将新兴技术的领先实践者与科学和工程学生集合到一起，寻求实操经验。
由于每组学生学习的技能均会有高价值的雇佣前景，实习项目将吸引更多学术界和工业界参与者，产生更多高质量雇佣关系。
——子目标5：
确认下一代工作者所需的能力随着机构开发新技术、材料和工艺，它们还需开始确认这些进展创造出的新岗位所需的新特质。
这些新能力将需要综合到为下一代工作者做准备的K-12、社区和技术学院以及大学的教育路径中。
这些能力还需要综合到每个受影响行业现有劳动力的技能提升工作中。
实施原则——针对上述劳动力发展主题，机构可选择如下方法：
按需求和以数据驱动；具有可持续的成果；利用而不是补充其它公、私计划；围绕特定机遇（各机构技术领域）定义战略焦点。
一句话简评：
“美国制造”的未来靠技术、靠产品更靠人才，子目标多达5个也充分说明了这一点，完善制造课程体系，搭建职业路径系统，将使其高等和中等教育更加务实，更加适应未来全球先进制造业的竞争环境。
支持公-私合作劳动力发展伙伴关系【目标四】支持帮助制造创新机构稳定、可持续发展的商业模式为最好地支持一个可生存、可持续的美国创新生态系统，每家机构都必须制定一个可持续的业务模式，向其成员带来实际效益。
一家机构必须从其成员及其它渠道获取充足的支持，以独立于初期的联邦支持而存在，也就是说要形成一个由客户以及专注于机构技术领域的和工业界、学术界和政府合作伙伴所组成的健康的生态系统。
机构共同努力追求这一目标，才能够建立一个稳定和可持续的网络，使国家层面广泛受益。
每家机构及其牵头出资部门共同建立和监测机构的可持续发展。
牵头部门的资金支持5~7年的新机构组建与初期运行阶段。
在这个时期内，机构进行竞争前的应用研究，以提升与机构专业技术领域相关的制造工艺和系统，并向建立制造创新生态系统努力。
初创阶段包括这些活动：
——招募成员；——决定如何共享知识产权；——制订技术路线图；——进行先进制造研究与开发；——创造并验证先进制造工具；——在成员间共享竞争前的知识；——为劳动力开发课程与培训项目。
如果成员参与机构能够获得显著收益，它们将表现积极并继续缴纳会费，这将提供维持机构所需的财务及其它支持。
NNMI计划将鼓励机构至少以如下关键属性执行业务模式：
——识别关键的利益相干方机构的业务模式应该识别关键的利益相干方，作为潜在的成员与合作伙伴。
这些利益相干方可包括大中小型工业企业、学术研究机构、联邦政府组织、州和地方政府、国家实验室、专业协会以及经济发展组织。
下图示意了这些利益相干方之间的关系。
——定义价值定位和价值循环机构的业务模式必须包括价值定位，即定义每类机构利益相干方对机构的需求是什么，以及利益相干方如何为机构的使命做贡献。
机构及其利益相干方之间的这些价值交换定义了价值循环，机构通过它建立稳定而可持续的生态系统。
——定义机构的核心职能机构的业务模式定义每家机构的核心职能。
模式描述机构如何向其合作伙伴提供想要的服务，以及需要什么资源来支持这些服务。
——要求成员和合作伙伴贡献力量机构的业务模式要求机构成员提供不同类型的贡献，以支持其核心职能。
例子包括分级会员制，应缴现金，面向机构提供免费或折扣的设备、服务和物料，资助“奖学金”借给机构人员执行机构的核心职能。
——记录并共享经验教训和最佳实践由于每家机构都有独特的技术领域、不同的利益相干方、运行程序也不一样。
NNMI计划在确保最佳实践和经验教训在整个网络中的记录与共享上可提供巨大价值。
共享这类信息将帮助机构更高效地达到可持续发展。
网络将以多种方式支持机构可持续发展，包括：
——提升与制造相关的战略合作伙伴的认知；——在机构间共享关于构建业务模式的最佳实践的信息；——共享关于日常实际运行经验的信息。
一句话简评：
制造创新机构不能一味依赖政府投资，机构是各级政府、工业界、学术界共同搭建的资源和服务共享平台、孵化器，吸引中小企业和初创企业的参与，充分保护和利用知识产权以吸引工业界资金持续注入达到共赢。
制造创新机构生态系统计划管理：
在《振兴美国制造创新法案》之前，商务部长在国家标准与技术研究院内建立了对NNMI的监管和行政职能。
法案为国家先进制造项目办公室指派了监管和执行任务的职能：
——监管NNMI计划的规划、管理和协调；——与专注先进制造或受其影响的联邦部门和机构商讨谅解备忘录，以执行NNMI计划的目标任务；——针对专注先进制造或受其影响的其它联邦部门和机构，建立使NNMI计划的活动和它们的活动实现最大合作和协同所需的程序、过程和标准；——建立NNMI计划的活动相关公开信息的一个交流中心；——作为网络的召集人；——更新指导NNMI计划的战略规划，频率不低于3年1次；——将制造扩展伙伴关系（MEP）计划综合进NNMI计划的规划中，确保NNMI计划的成果到达中小企业。
国家先进制造项目办公室成立于2012年，挂靠在商务部国家标准与技术研究院。
办公室帮助协调美国制造所涉及的所有联邦部门的工作，包括商务部、国防部、能源部、国家航空航天局、教育部、农业部、国家科学基金、联邦航空管理局和食品药品管理局。
它还支持先进制造计划（包括NNMI）的跨部门协调，为制造商、大学、各级地方政府和其它制造相关组织的公私合作伙伴之间建立通道。
目前，NNMI计划中积极参与的协同部门包括商务部（国家标准与技术研究院）、国防部、能源部、国家航空航天局、教育部、农业部、国家科学基金。
商务部国家标准与技术研究院的MEP计划是一个基于联邦-州-地方合作的国家网络，通过400家中心、现场办公室以及合作组织为近10000家中小企业提供直接服务。
MEP向制造商提供收费的技术支持，使他们降低成本、提高生产率，并且通过创新追求增长机遇。
计划评价：
NNMI计划及其组成机构的评估策略由以下影响评价的原则以及最佳实践限定为：
——建立或利用现有数据基础结构，针对NNMI计划使命和目的的满足程度判别，管理所需信息；——面向能够最好地提供严密且可重复分析的领域，专注其数据收集；——利用在单个制造创新机构中以及对其它类似计划和相关跨部门组织所做评估工作的经验所得；——为NNMI计划绩效提供一个可信的衡量准则，涉及范围足够支持面向未来机构的设计和活动以及面向网络的过程改进分析；——利用合作伙伴提升数据质量，比如，将NNMI计划数据链接到相应的外部数据源，建立一个评估实践的群体。
这些核心原则可实现优秀的评估和评价方法，同时为机构、联邦部门和国家先进制造项目办公室评价NNMI计划的影响与好处，提供最大的灵活性。
NNMI计划的评估将采用许多种已认可的方法和途径，跨越不同的影响时期，因技术领域和工业界变化，包括：
——短期：
衡量准则可包括成员数量统计、合作关系衡量、研究与开发活动，以及产出，如出版物、专利、原型和工艺开发；——中期：
衡量准则可包括新产品、专利许可活动、额外资本、战略联盟发展，以及企业成长；——长期：
衡量准则可包括投资回报、行业间扩散，以及对更广泛制造行业的影响。
在NNMI计划中，所有制造创新机构都要与支持NNMI计划目标的一系列共同活动相一致。
这些活动的成果帮助建立适用于整个机构网络的标准类别。
这些标准类别成为评价机构影响的许多可能的标杆之一。
下表给出了围绕机构活动的4个共同标准类别。
随着机构和参与的政府部门经验增加，其它有价值的标准将出现并引入。
除了这些共同的标准类别，预计还有特殊标准，用于出资联邦部门或单个机构的独特任务需求。
共同的机构标准类别目标竞争力转化技术劳动力可持续性标准类别对美国创新生态系统的影响技术提升（开发、转移、商业化等）先进制造劳动力的发展财务上的可持续性
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