21次提及增材制造，美國發(fā)布新版《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略(NSAM)》

2022年10月7日星期五是美國“制造日”，當(dāng)天美國科技政策辦公室(OSTP) 發(fā)布了最新版的《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略(NSAM)》。美國科技政策辦公室(OSTP) 根據(jù) 2010 年美國競爭再授權(quán)法案的規(guī)定，自2012年起每 5 年更新一次原始文件。拜登政府希望通過制造業(yè)來推動美國經(jīng)濟和國家安全。為了幫助美國保持全球領(lǐng)先地位，拜登政府致力于振興制造業(yè)、建立強大的美國供應(yīng)鏈、投資研發(fā) (R&D) 以及培訓(xùn)能夠保障全球經(jīng)濟的勞動力。（文末下載完整版）

美國的《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略(NSAM)》關(guān)注整個制造業(yè)，但鑒于增材制造行業(yè)自 2018 年以來持續(xù)增長和發(fā)展，此次最新的戰(zhàn)略更新對美國增材制造市場尤為重要。

△《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略(NSAM)》封面

新版《戰(zhàn)略》引言：制造業(yè)與美國的未來

先進制造被定義為對現(xiàn)有產(chǎn)品制造方法的改進創(chuàng)新，以及利用先進技術(shù)生產(chǎn)新產(chǎn)品。美國在幾項先進技術(shù)上仍處于全球領(lǐng)先地位，國內(nèi)和全球?qū)��?yīng)對氣候危機所需技術(shù)和設(shè)備的需求急劇上升，但一些先進制造業(yè)的產(chǎn)量和就業(yè)人數(shù)大幅下降。美國的傳統(tǒng)優(yōu)勢——先進技術(shù)產(chǎn)品的貿(mào)易平衡從2001年開始從順差變?yōu)槟娌睿?021.2年的貿(mào)易逆差為1970億美元

制造業(yè)是美國最大的經(jīng)濟部門之一，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的11%。雖然從1960年到1990年，制造業(yè)的就業(yè)相對穩(wěn)定，但從1990年代后期開始下降;從2000年到2010年的十年間，三分之一的美國制造業(yè)工人(近600萬人)失去了工作其中只有不到200萬人重新獲得了工作。然而，值得注意的是，制造業(yè)就業(yè)目前高于2020年的峰值，這是自1978年以來首次超過上一個商業(yè)周期的峰值。

2019新型冠狀病毒病全球大流行暴露了制造業(yè)供應(yīng)鏈的脆弱性，導(dǎo)致醫(yī)療用品、關(guān)鍵礦物和半導(dǎo)體等關(guān)鍵產(chǎn)品嚴重短缺為了加強制造業(yè)供應(yīng)鏈，中小型制造商——那些雇用工人少于500人、占制造商總數(shù)98%、雇員占43%的制造商——將需要美國政府及其更大的客戶和供應(yīng)商的援助。

因此，美國必須制定和實施戰(zhàn)略，通過對先進制造業(yè)的投資，重新獲得美國的領(lǐng)導(dǎo)地位。此外，美國的制造業(yè)和工業(yè)基礎(chǔ)支撐了美軍使用先進技術(shù)保障民主的能力。

該戰(zhàn)略利用公共投入更新了2018年美國先進制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)戰(zhàn)略，該法案授權(quán)最初的先進制造戰(zhàn)略(2012年)，并每5年更新一次附錄A說明了聯(lián)邦機構(gòu)的參與和指標。附錄B總結(jié)了自2018年戰(zhàn)略發(fā)布以來取得的進展。

△《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略(NSAM)》的三大目標

構(gòu)建制造業(yè)供應(yīng)鏈的彈性，增材制造將成為先進制造業(yè)整體未來的核心

與今年早些時候OSTP對關(guān)鍵和新興技術(shù)國家戰(zhàn)略的更新一樣，增材制造行業(yè)迅速增加的合法性和對投資的吸引力都體現(xiàn)在了《戰(zhàn)略》中。新版本給出了迄今為止對增材制造最全面詳細的總結(jié)，涉及了美國政府對增材制造領(lǐng)域的設(shè)想和對其在美國制造業(yè)中將發(fā)揮的作用。

△橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 的多材料打印機。圖片由 ORNL 提供

與2018年的戰(zhàn)略更新一致，新版《戰(zhàn)略》圍繞三個相互相關(guān)的目標展開：

（1）開發(fā)和實施先進制造技術(shù)（與 2018 年的第一個目標基本相同）；
（2）培養(yǎng)先進制造勞動力，與2018 年的第二個目標非常相似。主要區(qū)別在于更新后的報告更加詳細地強調(diào)了將新工人帶入美國制造業(yè)勞動力庫的緊迫性。
  (3)  構(gòu)建制造業(yè)供應(yīng)鏈的彈性。第三點是兩份報告最大的區(qū)別所在，這是對 2018 年報告第三個目標的細化（“擴大國內(nèi)制造供應(yīng)鏈的能力”）。此次更新經(jīng)適應(yīng)了新冠疫情、俄羅斯入侵烏克蘭等完全重塑的全球經(jīng)濟的需求。

△美國陸軍中士 3D 打印零件，圖片由 DVIDS 提供

新版《戰(zhàn)略》的第三個目標與增材制造行業(yè)自身的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變一致，這表明增材制造將成為先進制造業(yè)整體未來的核心。盡管報告中只有一個小標題包含“增材制造”一詞，但該技術(shù)在整篇報告中被直接提及超過 20 次，由此可見增材制造的地位越來越高。此外，在“智能制造”和“供應(yīng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型”等領(lǐng)域，增材制造與其有技術(shù)上的重合，例如納米打印和生物制造。

在所有的目標中，增材制造與“3.2：擴大努力以減少制造供應(yīng)鏈漏洞”最為相關(guān)。該目標包括“3.2.3：改善供應(yīng)鏈風(fēng)險管理”和“3.2.4：激發(fā)供應(yīng)鏈敏捷性”等建議。在 3.2.3 的附錄中，報告的作者建議，“考慮對供應(yīng)鏈進行壓力測試以應(yīng)對‘ 低概率、嚴重后果’事件。”

鑒于增材制造的軍事應(yīng)用激增，在評估政府各機構(gòu)在各自先進制造進展方面的進展情況時，該報告的作者得出結(jié)論認為，商務(wù)部(DOC) 在增材制造應(yīng)用方面最為突出。國防部(DoD) 和美國國家科學(xué)基金會(NSF) 緊隨其后，其次是NASA和能源部(DOE) 。教育部(ED)、人類健康與服務(wù)部(HHS) 和農(nóng)業(yè)部（美國農(nóng)業(yè)部）是在先進制造業(yè)分析的所有機構(gòu)中最落后的。作者表明，機構(gòu)之間的差距不太可能繼續(xù)存在，取而代之的是機構(gòu)之間的合作，這將決定美國政府如何以最理想的形象塑造美國制造業(yè)。國防部和能源部可能會帶頭將先進制造技術(shù)輸送到與先進制造相關(guān)的所有其他機構(gòu)，并協(xié)調(diào)美國未來制造業(yè)的勞動力。

換句話說，美國此次提出的戰(zhàn)略改變表明，美國未來的許多工人將得到政府的資助，學(xué)習(xí)如何根據(jù)美軍的要求為能源項目生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，以及如何制造和操作設(shè)備。此外，預(yù)計這些人中有相當(dāng)一部分將進入所有其他制造業(yè)，并教授這些部門如何實現(xiàn)生產(chǎn)流程和供應(yīng)鏈的自動化。綜上所述，考慮到手頭的所有考慮因素，增材制造在先進制造業(yè)的所有其他領(lǐng)域中具有獨特的重要意義，因為它有可能將推動新的全球發(fā)展所需的所有松散的技術(shù)協(xié)調(diào)成一個整體制造環(huán)境。

拜登政府AM Forward 3D打印計劃

今年5月，美國拜登政府頒布了加速開發(fā)3D打印技術(shù)的計劃 (AM Forward) ，美國大型設(shè)備制造商(OEM)將全面支持中小型企業(yè)(SME)使用3D打印技術(shù)，幫助他們提升工業(yè)制造能力和解決供應(yīng)鏈問題。這些大型制造商包括GE（通用電氣）、Lockheed（洛克希德）、Raytheon（雷神）、siemens Energy（西門子能源）、Honeywell（霍尼韋爾）以及Northrup Grumman（諾斯魯普格魯曼）。同時該計劃對所有OEM制造商開放，只要他們支持并采用3D打印技術(shù)。
3D打印在過去十年中取得了巨大進步，已經(jīng)在大型工業(yè)制造中嶄露頭角。像GE Aviation這樣的大型3D打印制造商已經(jīng)真正接受了它，用它來制造如LEAP發(fā)動機（在波音737 MAX 和空中客車A320系列上使用）和低壓渦輪葉片的燃料噴嘴。

△GE Aviation利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的燃料噴嘴。圖片來自通用電氣

同時，一些公司已經(jīng)采用3D打印來生產(chǎn)鑄件，但許多中小企業(yè)采用它的速度很慢。因為投資新的3D打印機和軟件的開發(fā)，需要承受一定的債務(wù)和財務(wù)風(fēng)險，讓許多中小企業(yè)想嘗試但又不敢冒險。另一層原因是，這些公司也不一定具備安裝和使用增材制造工具的技術(shù)能力。

以上就是拜登政府推出AM Forward計劃的核心原因。政府牽線為大型OEM與其它供應(yīng)商之間達成“公共契約”互助，旨在投資研發(fā)新的3D打印設(shè)備、培養(yǎng)專業(yè)人才、提供技術(shù)援助并同意參與標準制定。最重要的是，大型3D打印制造商將提供采購“需求信號”，刺激中小企業(yè)發(fā)展。通用航空表示，其增材制造零件外部采購總額30%將針對美國中小企業(yè)，雷神科技為50%，同樣，西門子能源增材制造零部件采購為20-40%。

△金屬3D打印工藝示意圖，圖片來自Solothurn

其他公開承諾還包括：

1.通用航空將針對中小型供應(yīng)商，在使用3D打印或相關(guān)技術(shù)方面展開合作（50%的產(chǎn)品報價需求），并將從美國中小企業(yè)供應(yīng)商采購30%的增材制造零件；

2.雷神公司將尋求中小企業(yè)制造商，參與超過 50% 的增材制造產(chǎn)品的報價請求；還將簡化和加速增材制造零件的采購過程；

3.西門子能源的目標是從美國供應(yīng)商和合作伙伴處采購20-40%的增材制造零件和服務(wù)。它將與10-20家美國中小企業(yè)供應(yīng)商合作，以幫助提高他們的增材制造能力。還將對10-20家中小企業(yè)供應(yīng)商進行檢驗和后處理相關(guān)實踐培訓(xùn)等。

4.洛克希德馬丁公司將與SME供應(yīng)商合作，開展提高增材制造性能的研究，將重點研發(fā)鑄件和鍛件工藝的替代品。同時，還將進一步參與大學(xué)培養(yǎng)3D打印人才，包括課程和學(xué)徒制開發(fā)；

5、霍尼韋爾同樣會扶持美國的中小企業(yè)供應(yīng)商發(fā)展，需求3D打印或相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)品、機械、制造工具或工藝開發(fā)等報價。它還將為其中小企業(yè)供應(yīng)商提供零件設(shè)計、數(shù)據(jù)生成、機器操作、后處理、零件檢查/質(zhì)量管理方面的技術(shù)援助。

為了進一步支持AM Forward政策，拜登政府還頒布了一系列政府扶持計劃，美國中小企業(yè)制造商可以利用這些政策，來獲取增材制造并提高核心競爭力。它們包括：

1、 為中小企業(yè)制造商提供融資渠道：通過降低成本來支持3D打印設(shè)備的安裝。為了解決這個問題，美國農(nóng)業(yè)部將向農(nóng)村制造商提供商業(yè)和工業(yè)計劃，以支持購買新的3D打印設(shè)備，以及提高技工所需的培訓(xùn)。進出口銀行計劃幫助中小企業(yè)升級其現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備。小企業(yè)管理局將與AM Forward的參與者合作，研究504貸款計劃和小企業(yè)投資公司(SBIC)計劃；

2、 向中小企業(yè)制造商提供來自政府和3D打印設(shè)備制造商的技術(shù)援助：中小企業(yè)制造商已經(jīng)注意到技術(shù)援助的必要性，可以最大限度地利用3D打印機等技術(shù)優(yōu)勢。

為了支持AM Forward計劃，能源部將在橡樹嶺國家實驗室提供制造示范基地，供中小企業(yè)制造商測試新的3D打印技術(shù)。國防部(DOD)將使用其導(dǎo)師保護計劃，為大型OEM企業(yè)提供各方面的補償。同時，美國國防部制造技術(shù)計劃辦公室將與美國制造(美國國防部贊助的制造創(chuàng)新研究所)和AM Forward成員一起進行合作；

3、 投資增材制造人才培養(yǎng)：為了充分受益于增材制造的能力，中小企業(yè)制造商必須對他們的員工進行不同程度的培訓(xùn)，提高工人的專業(yè)技能。因此，美國制造將與AM Forward參與者一起開發(fā)3D打印人才培訓(xùn)課程，并將與美國勞工部一起啟動增材制造學(xué)徒計劃；

4、 制定行業(yè)標準：最后，由于3D打印需要不同的標準和工藝認證，美國商務(wù)部將通過美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)將統(tǒng)一制定標準，以克服廣泛使用金屬基材料時所帶來的阻礙。計劃與ASTM國際、國際標準化組織(ISO)、美國機械工程師協(xié)會(ASME)和其他機構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)標準制定，將這些下發(fā)給AM Forward參與者標準機構(gòu)。

拜登政府還鼓勵國會通過《兩黨創(chuàng)新法案》，同時，白宮在當(dāng)天發(fā)表的聲明中表示:“AM Forward將通過采用增材制造技術(shù)，提高美國中小制造企業(yè)的競爭力，創(chuàng)造并維持高薪制造業(yè)工作崗位，提高供應(yīng)鏈的韌性，從而降低美國家庭的成本�！�



《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略(NSAM)》原文下載
National-Strategy-for-Advanced-Manufacturing.pdf (1.02 MB, 下載次數(shù): 907)

2022-10-11 14:38 上傳

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