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引领创新穿过死亡谷!美国制造创新的模式 制造业Manucturing USA—智能制造新概念

|2017年8月4日

【词条定义】为了最大限度促进基础研发技术,向商业化应用技术的,美国成立了一个国家制造创新战略计划,围绕着科技而形成了一个遍布美国的制造创新网络。旨在保持美国先进制造的竞争力。从2012年开始到2017年1月,共建立了14个创新研究院。

美国制造创新网络是如何诞生,如何设想的?本文回顾了美国制造创新网络的建设和先进制造的规划方法。

充满了硅谷传奇的互联网和IT精英、华尔街鲜亮的金融大亨,美国还在乎本土制造吗?美国靠什么保障制造业的领先优势?对于这两个问题的回答,导致了“制造业+创新”的美国国家制造创新网络NNMI战略的诞生。

美国总统科技顾问委员会发现,导致美国高科技制造业衰落的因素,并不在于高昂的劳动力价格——劳动力因素被过度夸大了,因为的工资比美国高30%至40%,但制造业仍然一枝独秀。智囊团认为,是在将发明和发现成“美国制造”产品这个流程上出了问题。虽然美国仍然引领世界基础研究、科学发现和创造,但由于大公司研发的大多数重点放在了短期项目上,中间缺乏像早期的贝尔实验室、弗朗霍夫研究所等一样的专门机构来做转换性研究。

然而,创新是一个完整的链条,技术开发与技术是一个连续的过程,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。科技到生产力中间有一个惊险的鸿沟,这个介于基础科研和商业化生产之间的空缺被称为“死亡之谷”。如何将基础研究方面的为新技术的商业化应用,是制造业解决创新问题必须跨过的一道坎。

对于如何填平这样的鸿沟,美国提出的对策就是建立工业界和学术界合作的制造创新机构,通过“握手机制”,负责前半棒,后半棒交接给工业界。美国总统科技顾问委员会PCAST在2011年提交《确保美国在先进制造业的领导地位》后,成为支撑后来制造业发展的重量级报告。它推动总统宣布成立了“先进制造伙伴”计划AMP(Advanced Manucturing Partnership),其最主要任务就是识别工业界、学术界和之间的合作机会。

在此基础上,国家制造业创新网络NNMI设想被提及并得以落实,作为一种重要的促进激活美国先进制造潜力的战略。在运作机制上,主要采取PPP模式的,学术界,工业界三方合作,共同出资出力,共同致力于解决NNMI的目标问题,共同分享。而这种模式,也是在私人资金无力解决“鸿沟”问题的对策。

NNMI作为一个国家级制造业创新项目,重点体现了它作为两个创新层次的网络结构。

第一层是创新研究院IMI(Manucturing Innovation Institute)。战略规划指出,IMI是按PPP方式由,学术界,企业界合作,共同投资建设的致力于开发世界级先进技术和能力的实体。每个IMI必须有其突破性技术领域及其第一流的中心设施,允许和参与方在此基础上进行相关技术领域的预备竞争力研发(技术成熟度4-7),同时,IMI提供培训,教育以及致力于可持续的,稳定的先进制造技术生态的创造。

第二层是NNMI网络,网络由各IMI及其下属子网络组成。通过各个地域化的IMI的作用,并且相互连接,从而整体上增强美国制造业全球竞争力。

促进创新技术向规模化、成本分摊和国内产能,是一个相对复杂的目标,这也是美国制造创新网络的核心,也就是说,解决创新过程中,制造业“死亡谷”问题。

这个区间被设定在TRL值是从4到7之间。在这样一个区域,大量技术创新由于没有得到及时足够的支持,而很难成为现实的生产力和产能,没有能产生应该有的经济效益。

每个创新院IMI,给的资助额度一般在7千万到1.2亿美元之间,时间是5-7年,民间资金和资金的比例一般为1:1。不同领域的资金配比会有所不同,在一些领域如增材制造、智能纺织的民间资金配比往往会远高于这个水平。对于财大气粗的光电集成创新院,其配比资金高达5:1,简直是肥得流油了。联邦资助的支出规划根据IMI特点的不同有所不同,但基本是在初始阶段完成后逐年减少,最后需要创新研究院能够才财政上自负盈亏自行发展。

创新研究院的自主资金来源可以非常多样化,例如会员费、付费服务、合同、预研生产、研究资助、知识产权转让和捐赠等。波音、洛克希德·马丁、通用电气几乎加入所有已成立机构,并且缴纳高额会费成为高级会员。这些巨头公司,对于技术的垂青,不言而喻。而分级会员制,则是每个制造创新机构运行的基础,并且制定了非常详尽的知识产权产生规则和使用规则,这就在一开始,把知识产权的边界,圈定清晰。

作为公私合作(PPP)创新模式的最新代表,国家制造创新网络之中每一个已经成立的制造创新机构都在实施分级会员制,即根据缴纳会费的不同将会员分为若干级别,每个级别分别拥有不同的和义务。

总体而言,美国制造创新研究院的基本目标可以用三个词来概括:产业竞争力、商业力和新型劳动力。而起到最重要的作用,就是自循环,也就是让这个摩天轮要能持续转下去。

与国内高喊创新其实有所不同的是,“创新技术的商业力”,是核心所在。制造业创新网络所要解决的问题在于“商业化的转变能力”,重点是商业,而不是技术创新。

这种原因,也使得NNMI在2016年9月,重新命名为更加鲜明的制造业USA(Manucturing USA),以便更好地和记忆,名字的改动,也成为商业化的一个小小注脚。商业能力,显然只是最终实现价值的一个过渡性阶段,但却是最重要最需要的一个阶段。因为它是一个脆生的婴儿,需要穿过一段狭长无人照顾的峡谷。而美国,打算扮演一个“阶段性托管”的角色。

自从2012年8月,第一个增材制造创新研究院作为MANUFACTURING USA的先导创新机构以来,MANUFACTURING USA在不同的工业技术领域陆续成立了14个创新机构。这些创新机构都有其不同的聚焦技术领域,有些并不出意外,比如3D打印,轻量材料,机器人等;而有些却让我们耳目一新,比如先进功能纺织品,生物组织制造,流程集约化实施的快速推进等。

那么MANUFACTURING USA作为一个国家级制造业创新计划,是如何确定创新机构的突破性技术领域(Manucturing Thrust Areas,MTA’s)的呢?又是如何通过科学方法确保突破性技术领域的科学性,准确性和有效性的?

MANUFACTURING USA是一个复杂的系统工程问题,这些决定影响因素非常多样化,有世界范围内制造内先进技术潮流、国家创新战略、制造业创新战略,也有创新机构招标发起人的优先利益重点、技术成熟度\产业需求迫切度等。

无疑,这是一个自上而下的设计的国家创新战略模型,环环相扣:国家创新战略指导先进制造业创新战略,而先进制造业创新战略则来指导MANUFACTURING USA技术创新战略。美国MANUFACTURING USA的建设,充分地体现了这是一个系统工程的落地实践。

从2012年开始,牵头机构就在组织各方面专家,进行关键技术的筛选,并不断对外发布公告。在第一轮三个阶段的关键技术领域评估过程中,共有超过1200个工业界、学界、参加,最终确定了“突破性技术”所在的领域和方向。

2016年4月,国家科技委员会的先进制造小组委员会(SAM)发布了“优先技术领域概略”,结合现状及未来发展趋势,提出了14个国家优先的先进制造技术领域,其中5个重点潜力技术领域:先进材料制造(如高性能合金,轻量材料的生产技术等)、面向先进生物制造的工程生物学(如人工合成蛛丝制造)、可再生医学的生物制造技术(如人体器官的活体3D打印)、先进生物产品制造(如生物燃油,生物化工品等)、药物连续制造等。

至此,水到渠成。我们回顾一下MANUFACTURING USA下各创新机构的建立时间表。

2016年,AFFOA先进功能织物,Smart数字制造,RAPID化学流程能量集约化快速推进,NIIMBL生物制药,ATB生物组织制造;

到2017年回望,14个重点技术领域均为MANUFACTURING USA成立的创新研究院所覆盖。

Manucturing USA被期待着在美国创新研发与先进制造起到了积极的桥梁作用。通过Manucturing USA,科研机构的创新技术可以通过企业为先进制造产品。而通过资金的协助,参与到Manucturing USA的企业也可以在相对较低的风险产先进制造产品。这让企业可以最大限度地与各类创新机构形成密切合作,了解到未来制造业的发展方向,以及获得产品开发、市场拓展和出口等方面的协助。

然而,实现Manucturing USA的目标仍存有一些困难。虽然Manucturing USA的运行模式,借鉴了弗劳恩霍夫应用研究促进协会,但二者也有十分不同的地方。例如Manucturing USA和其设立的创新研究院,许多相关负责人是兼职完成。而弗劳恩霍夫应用研究促进协会,作为欧洲最大的应用技术研究协会,致力于为企业开发先进的技术、产品和工艺的科研机构,其协会和其旗下的67所研究所均是以实体形式和正式编制而存在。此外,和弗劳恩霍夫协会专注于解决技术问题不同,Manucturing USA还涉及国防安全、劳动力培训、出口、产品开发、重塑制造业声望等内容,这导致Manucturing USA的组织机构臃肿庞大各个。IMI委员会中的人数众多且背景各异,也可能会存在低效交流的可能性。

所以,Manucturing USA这种管理、运营模式的发展效率还有待观察。

除了管理之外,整个首批Manucturing USA计划中,来自的资助仅为10亿美元(不包括地方配套资金和企业投资等),分5至7年内完成投资。在此之后,各IMI应自负盈亏,实现可持续发展。实际上10亿美元相比起美国其它的创新计划,投资不能算多。例如,国家纳米材料计划自2001年成立起共获240亿美元投资,2016年仍然获得14亿美元投资。先进制造产业作为高投入高门槛的行业,而对制造业的投资缺口巨大, 因此IMI欲实现可持续发展,也是颇有难度。

特朗普目前对于美国制造创新网络的态度还不明确。然而即使这个项目后续不再更新,它也给了我们很多。最重要的一个是,不在于项目机构本身的关注,而是一个如何利用有限的资金,调动庞大复杂的社会组织,寻求多方面的参与。在几年时间里面,牵扯到几十份报告、数十条议案和法案、在十几个领域中寻找落地点、动员上万人,最终陆续确立了十四个创新研究院。这是一个庞大的工程和层层扩散的联动效应,这是Manucturing USA给我们留下的深刻的印象。

注:本文为南山工业书院美国创新中心研究组的研究一部分。《美国创新中心组》致力于研究美国制造创新网络的运行机制和发展方向、以及技术线图的建设。涉及领域包括增材制造、数字制造、智能制造、光电集成、智能纤维、宽频半导体、柔性混合电子、复合材料、轻质材料、机器人、高级工艺、生物医药制造等多个产业蓝海。相关内容集结在《美国制造创新研究院解读》一书,得到中国电子信息产业发展研究院的大力支持,近期即将出版,敬请关注。而如何创立产业联盟、运营创新中心、选择产业链布局的话题,欢迎各个创新中心与智能制造研究院一起交流。

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