流浪的军刀
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小编导读
自上世纪 80 年代末智能制造的概念出现后，为了在开创和全面推进高技术战略智能化工业的时代进程中发挥主导力量，以欧、美、日为主的发达工业国家纷纷将智能制造列入国家级计划并着力发展。其中，美国着眼于未来的军事需求，对武器装备
的智能制造格外重视；欧盟在航宇和防务的智能化制造领域也持续开展跨国合作。在发展过程中，各国有着不同的特点，但是在重视基础科技研究、软硬件结合进行开发、 吸引中小企业参与、广泛建立官产学研用联盟、促进教育和技能革新等方面都是共通的，也是我国应该效仿的。
一、基本情况
美国的制造业总产值从 1895 年取代大英帝国成为世界第一，一直到 2009 年被中国 取代。目前，中美两国的制造业总产值非常接近。事实上，如果单列，美国的制造业将是世界上的第9大经济体。美国的制造业占美国总研发经费的70%，出口额的69%， 专利的90%。在制造业中每生产
1美元的产品会在其他服务活动中，像工程设计，物流管理，运输和销售，产生1.37美元的价值。从这一点看，制造业超过其他任何行业。在制造业部门，每小时报酬平均超过 32 美元，约比服务行业高出 22%。然而制造业 就业人数占总就业人数的百分比自 1950 年一直在下降，制造业就业的总人数及制造 业的就业机会自1979年以来一直在减少。与之相反的是服务业，在1950，美国家庭 67%的消费支出花了在消费类产品，33%在服务。到2008年，美国家庭42%的消费
支出花了在消费类产品，58%在服务。随着收入增加，消费者对服务的需求，如旅游、 外出就餐和医疗机构的增速往往会快于对消费类产品的需求，如汽车和电子产品。
虽然制造业产值在美国 GDP 的比重在不断下降，但美国联邦政府，地方政府，学术界，工业界以及民间都意识到制造业对美国在国民经济，进出口贸易，就业岗位和国家竞争力，甚至国家安全等几个方面有着举足轻重的意义。
近年来，为了重塑美国制造业的全球竞争优势，美国启动了制造业振兴战略，加快发 展技术密集型先进制造业，实现再工业化。作为先进制造业的重要组成部分，智能制
造得到了美国政府、企业各层面的高度重视。美国政府就启动了一系列计划和项目针对基于模型的企业、信息物理系统（CPS）、工业机器人、先进测量与分析、智能制造系统集成等智能制造关键要素的发展进行系统支持。
作为率先提出智能制造的国家，美国于 1992 年开始执行新技术政策，大力支持所谓 “关键重大技术”，包括信息技术和新的制造工艺，而智能制造技术也列入其中。1995 年启动的国际“智能制造系统”（IMS）十年期研究计划中，美国122 家企业和组织积极参与，目前仍旧同欧盟等一起作为IMS计划的核心成员。美国能源部、商务部国家标准与技术研究院（NIST）和国家科学基金（NSF）是智能制造的重要支持力量， 近年来资助并设立了众多研究项目推动其发展，这其中就包括美国“智能制造领导力 联盟”计划。2006年，NSF提出了信息物理系统（CPS）的概念，并与NIST一道给予大力支持。2014年12月，美国政府宣布，国家制造创新网络中“智能制造创新机构”的组建工作将由能源部牵头启动，该机构将开发并推广包括先进传感器和复杂工艺控制在内的智能制造新技术。
美国国防部一直是智能制造的积极推动者，先后启动了一系列计划和项目对武器装备 研制生产中的智能制造进行研究与实践。在 2005 年启动的“下一代制造技术计划”中，国防部确定了6个重点领域，其中就包括基于模型的企业、智能系统、企业级集成、知识应用等面向智能制造的领域。2010 年，国防部制造技术计划增加了“先进制造企业”投资科目，汇集了全数字化打通、制造网络连接、智能制造规划与执行等有关智能制造领域的研究方向。国防预先研究计划局（DARPA）于2010年启动的“自适应运载器制造”（AVM）项目使大型复杂系统的制造在设计和制造的部分环节实现了智能化。国防部 2014 年牵头成立的“数字化制造和设计创新机构”其使命之一就是在智能制造方面引领创新，并将与 AVM 项目相结合，将研究成果转化到武器装备研制生产中。此外，作为世界大的多元工业集团，GE公司也提出了自己的“工业互联网”概念。与工业 4.0 的基本理念相似，它同样倡导将人、数据和机器连接起来，形成开放而全球化的工业网络，但其内涵已经超越制造过程以及制造业本身，跨越产品生命周期的整个价值链，涵盖航空、能源、交通、医疗等更多工业领域。GE公司预测，如果工业互联网能够使生产率每年提高1%-1.5%，那么未来 20年，它将使美国人的平均收入比当前提高 25%-40%。如果世界其它地区能确保实现美国生产率增长的一半，那么工业互联网在此期间会为全球GDP增加10万亿-15万亿美元。
二、发展特点
美国是世界上强大以及具创新能力的工业国家，智能制造的工业基础雄厚，核心 技术和部件绝大部分都可以自主研发制造；美国是早提出信息物理系统（CPS）的 国家，也是明确提出了智能制造概念和关键技术的国家，特别突出了互联网、机器人和增材制造的作用，GE公司“工业互联网”与德国“工业4.0”经常相提并论。政府虽然没有发布专门的智能制造战略，但在国家战略以及各个领域中都推进着相关技术的研发与应用。尤其是国防部、能源部和商务部，终端产品制造商的广泛参与也加强了政府智能制造项目的研发目的性与应用可行性。从政府支持和企业参与力度来看， 国防、交通、能源、化学等领域将是美国率先完成智能制造试点的工业部门。用一句话概括就是，美国具备迅速实施智能制造的全面且健康的生态系统。
（1）智能制造工业基础
美国拥有强大的智能制造工业基础，这表现在三个方面：一是智能化技术创新全球 领先；二是智能制造工业体系完备度高，掌握核心技术和部件；三是智能制造应用环境发展良好。
在智能化技术的理论和应用研究方面，美国长期处于全球主导地位，人工智能、物联网、信息物理系统（CPS）等技术的基础大多起源于美国，美国大学实验室、企业研发中心、政府研究机构以及众多电子与信息科技领域的中小企业都是积极的创新源泉。
在智能制造供应链条方面，从基础元器件到智能制造装备再到工业软件系统，美国具 有越来越完备的工业体系，比如：基础元器件领域，即有艾默生、霍尼韦尔这样的工业巨头，也有大量专注于某一细分领域的优秀小企业。工业软件系统领域，从研发设计软件到管理软件，再到生产控制软件，全球大多数有实力的企业都来自美国，思科、 IBM等公司更是参与到了德国工业4.0的发展中。
在智能制造应用环境方面，大量打通了数字线的终端制造商在政府鼓励和技术推动下， 开始了应用步伐，这体现在：智能元器件和机器人等智能制造装备在生产环节得到广泛使用；依托大数据、物联网等新一代信息技术的智能系统平台相继推出；汽车、飞机等领域先进车间的生产流程管理开始由数字化进入智能化。
（2）对智能制造的定位
美国是早提出信息物理系统（CPS）的国家，并且明确提出了智能制造的定义和关键技术。美国对智能制造的定位，主要体现在美国政府提出的支持智能制造发展的一系列战略举措中。
一方面，从大制造的角度考虑，希望将供应链甚至产业链整体建设成为智能制造平台或者纳入智能制造网络，因此这里的智能就更偏向于智慧，实现节能、绿色、低成本的结果；另一方面，从工厂生产的角度，希望进一步提升制造的智能化，技术上从信息物理系统（CPS）、智能制造系统、先进测量与分析等入手，应用上从智能机床、机 器人、增材制造、自适应制造等入手。
特别地是，美国比较明确地提出了智能制造在国防领域的需求。国防部牵头组建的数 字化制造和设计创新机构，主要就是研究设计、工程、制造和维护全生命周期中数字化数据的交换，以及在供应链网络间的流动。这里的创新，方向主要就是智能化，包括先进制造企业、智能机床、先进分析以及信息物理系统（CPS）安全。
另外，由于软件在智能制造中的突出地位，GE、IBM等美国企业很早就开始重视软件的作用。GE跳出制造业的思维模式，致力于软件投入，构建自身的数据分析能力。IBM 在这一点上更为领先，认为管理海量数据的时代即将到来，因此极为重视在数学上的解析能力。转型软性制造为这些软硬兼容的企业全面参与智能制造硬件基础设施和软件基础结构建设打下基础。
（3）政府企业支持力度
在美国政府提出的振兴美国制造的战略中，智能制造相关的内容占据了很大篇幅，政 府还启动了一系列计划和项目针对基于模型的企业、信息物理系统（CPS）、工业机器人、先进测量与分析、智能制造系统集成等智能制造关键要素的发展进行系统支持。能源部支持了“智能制造领导力联盟”计划，商务部支持了“智能制造”项目，国防部支持了包括“下一代制造技术计划”、“数字化制造和设计创新机构”在内的一系列项目。企业尤其是终端产品制造商的广泛参与也加强了政府智能制造项目的研发目的性与应用可行性，比如GE公司就提出了“工业互联网”，并组建了研发联盟。
美国政府和企业对智能制造发展的支持反映出了欧美先进工业国家近年来一贯的支持创新的发展策略，即强化战略顶层设计、完善知识产权保障，重视中小企业，加深管产学研用合作。美国政府从 2011 年起，接连发布“美国创新战略”、“先进制造伙伴计划”、“国家先进制造战略计划”，并且配套实施了“国家机器人计划”、“国家纳米技术计划”、“材料基因组计划”、“国家制造创新网络计划”等，每个计划都把知识产权管理作为重要环节；政府积极鼓励中小企业在这些计划中的参与，部分计划的目标之一就是加强中小企业在创新中的作用；除了企业，地方政府、大专院校、研究机构、 行业协会、商业组织也是各个计划拉拢的对象，使创新形成完整的商业化链条，从而 推进每个领域内持续不断地自主创新。
（4）工业发展应用现状
从政府支持和企业参与力度来看，国防、交通、能源、化学等领域将是美国率先完成 智能制造试点的工业部门。一方面，智能制造在微观领域逐步实施，即工厂生产中，有智能机器的加入，有先进分析方法的引入；另一方面，智能制造在宏观领域联合实施，即在供应链/产业链中，有共享的智能硬件基础设施和智能软件基础结构。
在实践中，提出“工业互联网概念”的 GE公司无疑是先进者之一，GE公司正在基于 其业务范围，尝试着逐步、分别将智能设备、智能系统、智能决策集成进工业制造与 服务中。雷神、罗克韦尔•柯林斯等航空企业正在向基于模型的企业迈进，波音、洛马 除此之外，还将机器人大量引入先进飞机装配中。国防部预先研究计划局（DARPA）启动的“自适应运载器制造”项目，在整个开发过程中，设计方案的对比选择、测试信息的反馈、制造抽象的提取等工作都是自动完成，使大型复杂系统的制造在部分环 节实现智能化的成果非常明显。
