美國制造創新網絡與天津制造業顛覆性技術創新對策研究

賈啟君 ，顧雨竹，楊 振

(1. 天津大學馬克思主義學院 天津300350；2. 天津大學發展戰略研究中心 天津300350)

制造業是國民經濟的根基，打造具有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。近十年來，世界各國都對制造業的發展傾注了巨大力量。美國制造創新網絡計劃(National Network for Manufacturing Innovation—NNMI，后改稱為 Manufacturing USA)[1]是美國“回歸制造業”總體戰略中的重要舉措，研究其運行機制和重點研究領域，對于天津制造業顛覆性技術創新戰略具有重大意義。

1 美國制造創新網絡計劃

2011年，美國總統科技顧問委員會提交一份專題報告，指出美國制造業問題將對美國帶來風險，提出設立先進制造合作伙伴計劃的建議(Advanced Manufacturing Partnership，AMP) 。2012 年，AMP 指導委員會發布報告，指出帶來問題的主要原因在于大量私營部門在成果轉化方面面臨技術和資金限制，解決的關鍵是設立國家制造創新機構網絡。2013年，制造創新網絡的初步設計發布。2014年，美國國會通過《振興美國制造與創新法案》，國家制造創新網絡成為法定計劃。2016年，美國商務部、總統行政辦公室、國家科學與技術委員會、先進制造國家項目辦公室，向國會提交首份國家制造創新網絡年度報告和戰略計劃。2017年，國家制造創新網絡年度報告公布，目前已經成立14家創新研究機構[2]。

1.1 主要目標

美國制造創新網絡計劃有四個主要目標：目標一是提升美國制造競爭力，支持更多美國本土制造產品生產，培育美國在先進制造研究、創新與技術上的領導地位；目標二是促進創新技術向規模化、效益化和經濟性的本土制造能力轉化，讓美國制造商能夠使用經檢驗的制造能力和資本密集型基礎設施，共享制造業創新最佳實踐，促進支持美國先進制造標準與服務發展；目標三是加速先進制造勞動力發展，培養未來工人，支持相關的中等和高等教育，包括資格鑒定與認證，支持州立、地方教育和培訓課程體系與先進制造協調，培養掌握先進知識的人員，包括研究人員和工程師，確認下一代工人所需的能力；目標四是支持幫助制造創新機構穩定、可持續發展的商業模式。

1.2 基本架構

創新網絡分兩個層面。第一個層面是核心層面的創新研究機構，每一個研究機構將匯聚制造業利益相關者，包括工業界、學術界、國家實驗室、聯邦政府、州政府和地方政府，形成制造業創新生態系統，按照規劃準備在 10年內設立 45家機構，目前已經組建14家。這些創新機構主要有四項任務：一是先進制造技術研發，減少新技術開發時間和成本以及技術應用不確定性；二是教育培訓；三是創造最佳供應鏈實踐；四是支持中小企業，面向這些企業共享研究設施和成果資源，提升創新能力。第二個層面是網絡層面，主要由美國商務部負責將創新機構組成網絡，增強創新機構輻射能力，比如共享實踐經驗，共同預測先進制造的技術需求，按需求培訓產業技術人員，推進新技術和新工藝的運用，集成跨學科領域的知識等。網絡通過有效溝通機制和使用集成的信息系統來進行溝通協調。

1.3 研究機構

每個研究機構都有一個設立引導基金的部門，其運行資金來源一部分是財政性的項目經費，一部分為非項目性的經費來源，參與創新研究機構的成員通過不同的利益訴求形成一個利益共同體，從這個創新機構中獲益。目前已經設立的 14家先進制造技術創新研究機構情況如表 1所示[3]，參與機構包括了大學、科研機構、企業、政府組織、非營利性組織等。

表1 美國制造創新網絡研究機構設立情況一覽Tab.1 Institution distribution of the U.S. national network for manufacturing innovation

1.4 運行成效

根據美國制造業復興法案的要求，美國商務部組織對2016財年(2015年9月30日至2016年10月1日)運行情況進行了總結，邀請第三方機構進行評估，在這一評估周期共有9個創新機構開展了200個左右針對制造業的應用研究項目，每個研究機構平均82%的項目達到了預期(因為成果投入生產需要幾年的時間，所以衡量的是預期指標)。已有 830多個來自工業界的會員從中受益，其中有 548家是制造企業，有 361家小企業。28000人參加了由創新機構領導的教育和人力資源培訓，其中在研究中心參與項目和實習的學生為 23560人，參與培訓項目的工人3386人，教育人員 1032人[2]。制造創新網絡的整體架構不斷完善，網絡成員間的聯系與協同效應進一步提升，制造創新網絡計劃的影響力不斷提升。

2 創新機構研究重點領域

目前已經成立的 14家創新機構，按研究重點可以分為19個領域，如表2所示[3-4]。先進制造業突破性發展的關鍵在于基礎材料、基礎器件、基礎工藝等方面創新突破。這些創新機構在研究領域的總體布局，也體現了美國在振興制造業方面非常明確的目標，就是希望通過研究具有顛覆性創新的制造技術，在未來世界制造業大格局中發揮引領作用。

表2 14個創新機構研究領域布局情況Tab.2 Field distribution of 14 innovation institutions

①國家增材制造創新機構(AM)關注增材制造和3D打印研發，集中在設計(適應增材制造的新設計方法)、材料(材料性能標準規范)、工藝(生產型技術開發)、供應鏈(面向全生命周期的供應鏈設計)、增材制造基因組(材料基因組計劃)五方面[4-5]。

②數字制造與設計創新機構(DMDII)涵蓋先進制造企業、智能機床、先進分析和網絡物理安全四個技術領域[6]。包括敏捷制造策略和綜合能力，制造和應用建模仿真工具、智能傳感器，控制、測量、分析、決策和溝通軟件工具、集成智能設計工具，協同環境信息安全。

③美國輕質材料制造創新機構(LIFT)[4,7]圍繞軍民兩用汽車、機器設備、船舶、飛機制造輕型金屬領域，主要技術領域包括連接與裝配、熱機械加工、粉末加工、熔化加工、新型/敏捷加工、涂層。同時，還關注集成計算材料工程和建模分析等交叉學科主題。

④下一代電力電子制造創新機構(Power America)[8]聚焦寬禁帶(WBG)半導體電力電子技術，以氮化鎵和碳化硅為基體的寬禁帶半導體電力電子器件。主要是降低成本、改進穩定性、提高性能、增強功率電子生態系統四方面。

⑤先進復合材料制造創新機構(IACMI)[9]支持五大技術專題，包括三個具體的應用領域(汽車工業、風力發電領域、壓縮氣存儲 CGS)中的減量化設計、復合材料設計等問題，還包含基礎技術領域：設計、建模、仿真和復合材料及加工工藝。

⑥美國集成光子制造創新機構(AIM)[7]主要研究領域包括：網絡和電信信號超高速傳輸；新高性能信息加工系統和計算；緊湊傳感器應用；多傳感器應用；其他多樣化軍事應用。

⑦柔性混合電子制造創新機構(NextFlex)[4]主要技術領域包括：柔性混合電子的制造過程和工藝水平，超薄柔性芯片，基板的可折疊性，柔性基板與芯片、板間的連接，應對全新工藝制程和材料加工處理的全新設備。

⑧革命性纖維和紡織品創新機構(AFFOA)[4,10]主要關注的三大技術領域為纖維、紗線、技術紡織品。纖維和紗線與集成電路、LED、太陽能電池和其他設備與先進材料集成在一起，創造具有特定用途的纖維與織物。

⑨智能制造的清潔能源制造業創新機構(CESMII)[11]圍繞制造工藝能源使用效率，在制造業各規模企業中開發、驗證和應用信息物理系統；應用先進傳感器系統實現更經濟、更可靠、易于配置且安全的無線數據通信；擴大數據分析和建模應用；為各種規模企業的員工提供高級控制及分析方法和工具；用于信息物理系統設計及再利用所需的系統工程工具與方法。

⑩國家生物藥品制造創新研究中心(NIIMBL)[12]關注成熟產品的創新，如疫苗和蛋白質療法；新興產品的創新，如基于細胞的癌癥免疫療法和基因療法。

綜上所述，美國制造創新網絡機構的主要研究領域都是面向未來制造業的顛覆性創新技術，覆蓋了基礎研究與應用研究，屬于面向企業應用的全鏈條創新，其重點針對制造業的核心競爭力提升。一方面通過多種機構之間的協同，加速新技術制造成熟度從實驗室制造水平(MRL4)向現實生產制造水平(MRL7)轉變，通過新技術的應用加速傳統產業的轉型升級，提高傳統制造業領域產品的附加值。另一方面，通過新技術的應用、新產品的研發，拓展新的應用市場，滿足不同領域的新的應用需求，同時創造新的增長點和就業機會。

3 推進天津市制造業顛覆性技術創新對策建議

我國于2015年發布了《中國制造2025》，明確提出推動十大重點領域的突破發展，分別是新一代信息技術產業、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械。天津是我國近代民族工業的搖籃，具有良好的制造業基礎，正在按照中央的定位建設成為全國先進制造研發轉化基地，天津市第十一次黨代會提出，高水平建設全國先進制造研發基地，深入對接《中國制造 2025》，以大項目好項目為抓手，充分發揮海河產業基金引導作用，聚焦高端裝備、新一代信息技術、航空航天、生物醫藥與健康、新能源、新材料等領域，培育壯大戰略性新興產業集群。發揮天津市工業體系齊全的優勢，運用新技術、新業態、新模式加快改造提升傳統產業，大力發展服務制造、綠色制造、高端制造、精品制造，讓天津制造成為天津創造。明確未來天津制造業建設發展的重點領域，符合國家總體的發展要求。結合美國制造創新網絡研究機構的運行機制和重點研究領域，就天津市制造業未來創新和發展的機制以及顛覆性技術方向有幾點建議。

3.1 建立產學研協同創新機制

顛覆性技術的發展，或源于各領域技術的融合，或是傳統技術深化后實現的躍遷突變。如果缺少必要的技術積累，即便發現了顛覆性技術的潛在方向，也很難實現持續的提升與突破。在推進制造業顛覆性技術的發展中，必須借助大學和科研機構的力量，特別是大學多學科交叉、各領域知識匯聚的優勢。我國經濟正在從高速增長階段轉向高質量發展階段，產業結構的轉型升級關鍵在于創新。天津市應圍繞重點發展的制造業領域，發揮現有的企業、科研機構、高校優勢學科的優勢，建立產學研緊密協同的創新機構，形成覆蓋基礎研究、工業化應用、產業化生產于一體的全鏈條創新的制造網絡，提高相關產業的整體技術創新水平。同時發揮高校在知識創新和人才培養中的雙重作用，有針對性開展科學研究、人才培養和人力資源的培訓，促進技術人才的一體化創新。依托制造創新網絡建立高效的技術服務平臺，特別是面向中小企業形成技術服務平臺，促進實體經濟領域的中、小、微企業創業發展，激發創新創造活力，在新一輪產業革命和“中國制造2025”中占據領軍位置。

3.2 推進顛覆性技術創新

結合重點發展的產業集群，布局顛覆性技術，提升天津產業的自主創新能力，培育和發展面向未來的產業。重點加強關鍵基礎材料、先進基礎工藝、核心基礎零部件、產業技術基礎的發展水平。就美國目前已經成立的 14個制造技術創新機構來看，重點還是聚焦在基礎材料、材料加工、傳感器、電子、數字化設計制造等幾個領域，大部分創新機構都涉及這些關鍵領域技術的基礎研究與應用，也從一個方面證明，顛覆性技術創新前提是這些基礎技術領域的突破。目前天津市在化工、材料、制造、電子信息等領域具有較好的產業基礎和較強的學科優勢，需要聚焦重點發展產業領域技術需求，重點布局和突破一批制約產業創新的關鍵性基礎技術，明確技術的創新指標和完成時限，真正提升產業的創新能力。培育新興產業技術領域，生物醫藥是天津重點發展的領域之一，生物醫藥領域也是顛覆性技術集中的領域，已經突破了原有的醫藥制造工藝，比如近年來興起的合成生物技術，將可能替代現有的醫藥制品生產過程。通過新技術促進傳統產業的轉型升級，比如天津的石油化工行業、紡織工業等能夠發展面向未來的技術進行機遇顛覆性創新的轉型升級，美國的AFFOA通過傳統紡織工業與電子信息產業深度交叉融合，促進了紡織工業的轉型升級。

3.3 加強機制創新和政策的配套支持

在制造業創新發展的過程中，既需要產學研協同，更需要從政府層面加強頂層的設計與牽引。美國主要由聯邦政府主導建立了制造業創新網絡，政府提供初始資金，在競爭環境下由企業、高校、科研機構等合作，建立制造創新研究機構，美國國防部、能源部、商務部、農業部、教育部、航空航天局、國家標準委員會、國家基金管理委員會、聯邦航空管理局、食品藥品監督局等均參與了制造創新研究機構的建設工作，并發揮了重要作用，也促使這些機構直接為國家不同領域的需求服務。我們應發揮政府的引導作用，加強對重點制造業領域的戰略布局，通過政府初始投入帶動更多社會資金投入到制造業新技術研發和產業化這一中間環節，加強對制造業創新的政策服務，建立專門的制造業創新統籌管理機構，通過制定稅收優惠、以獎代補等政策，保障制造業創新可持續發展；加強對知識產權保護、配套政策支持等方面的服務。創新人才政策，圍繞制造業創新所需的人才，加快建立人才培養培訓的機制，提高制造業從業人員的整體水平。同時圍繞高層次人才，加大政府在人才引進方面的投入力度，盡快形成人才的高地和優勢。