智能制造已經(jīng)開始變革美國企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的方式，數(shù)字制造和設(shè)計技術(shù)是智能制造的基礎(chǔ)和中樞。這些項(xiàng)目專為促進(jìn)智能工廠的持續(xù)創(chuàng)新，以及向下一次工業(yè)革命演進(jìn)而設(shè)立。機(jī)構(gòu)的成員正在繪制美國智能制造的藍(lán)圖，我們邀請美國企業(yè)積極參與項(xiàng)目競標(biāo)。

2015年1月，該機(jī)構(gòu)發(fā)布首批7個智能制造方面的技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，涉及先進(jìn)制造企業(yè)、智能機(jī)器、先進(jìn)分析以及賽博物理系統(tǒng)安全這4個技術(shù)領(lǐng)域。

2012年3月，作為“振興制造業(yè)”戰(zhàn)略的重要一環(huán)，美國政府宣布啟動“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”計劃，該計劃由先進(jìn)制造國家項(xiàng)目辦公室協(xié)同國防部、能源部、航空航天局、商務(wù)部以及國家科學(xué)基金等聯(lián)邦政府部門共同負(fù)責(zé)實(shí)施，以公私合營的方式，建設(shè)15~45家“制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”，形成覆蓋全美的制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。

2014年2月25日，第2家創(chuàng)新機(jī)構(gòu)“數(shù)字制造與設(shè)計創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”(DMDII)由國防部牽頭組建成立，負(fù)責(zé)管理該機(jī)構(gòu)的是位于底特律的UI實(shí)驗(yàn)室。該機(jī)構(gòu)主要研究數(shù)字化數(shù)據(jù)在產(chǎn)品全壽命周期中的交換以及在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)間的流動，推進(jìn)數(shù)字化、智能化制造。該機(jī)構(gòu)目前擁有80多家成員，包括波音、洛克希德?馬丁、通用電氣、羅爾斯?羅伊斯、西門子、微軟等企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)、院校、研究所和商業(yè)組織。

數(shù)字設(shè)計與制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)是美國國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的組成部分，工業(yè)界成員除了軍工制造業(yè)，還包括機(jī)械制造業(yè)、流程制造業(yè)、軟件業(yè)的諸多巨頭與中小創(chuàng)新企業(yè)。在國防部航空航天項(xiàng)目和大型工業(yè)企業(yè)已經(jīng)全面實(shí)施數(shù)字化設(shè)計與制造的情況，創(chuàng)新的方向必然是全壽命周期和全價值鏈數(shù)字化以及智能化。因此，該機(jī)構(gòu)的研究方向和相關(guān)項(xiàng)目將是對美國國防部以及工業(yè)界智能制造發(fā)展思路的直觀反映。

四大技術(shù)領(lǐng)域推進(jìn)全數(shù)字化與智能化

2014年9月，數(shù)字設(shè)計與制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)提出了該機(jī)構(gòu)關(guān)注的4大技術(shù)領(lǐng)域：先進(jìn)制造企業(yè)、智能機(jī)器、先進(jìn)分析和賽博物理系統(tǒng)安全，并且給出了前三個領(lǐng)域的當(dāng)前研究重點(diǎn)。在今后5年內(nèi)，該機(jī)構(gòu)將陸續(xù)獲得聯(lián)邦政府投入的7000萬美元資金，以及各成員配比的2.5億美元“成本公擔(dān)”資金，支持這4個領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與轉(zhuǎn)化。迄今已發(fā)布其中3個領(lǐng)域的重點(diǎn)：

(1)先進(jìn)制造企業(yè)

關(guān)注基于模型的企業(yè)(MBE)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前目標(biāo)是建立基于最新的基于模型的定義(MBD)和技術(shù)數(shù)據(jù)包(TDP)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)全標(biāo)注的三維模型;利用諸如基于協(xié)同技術(shù)的云計算等創(chuàng)新的解決方案，演示并驗(yàn)證這些三維模型在供應(yīng)商之間的可靠轉(zhuǎn)換，并且將MBE要求與車間能力進(jìn)行連接，演示并驗(yàn)證供應(yīng)鏈的集成。

(2)智能機(jī)器

關(guān)注用于外形自適應(yīng)加工的即插即用工具集。當(dāng)前目標(biāo)是開發(fā)“即插即用”的軟硬件工具集，讓新舊生產(chǎn)機(jī)床和機(jī)器人設(shè)備在一個外形自適應(yīng)加工的模式下操作，也就是具備實(shí)時原位狀態(tài)感知、自適應(yīng)刀具路徑修改以及加工結(jié)果虛擬測量的能力。

(3)先進(jìn)分析

關(guān)注集成測量的設(shè)計與制造綜合模型。研究目標(biāo)是通過先進(jìn)計算模型、預(yù)測和測量工具的使用，對制造工藝和零件性能進(jìn)行預(yù)先評估，降低產(chǎn)品成本并加速推向市場。這些模型和工具將融入更大的產(chǎn)品全壽命周期與全價值鏈的“數(shù)字線”，實(shí)現(xiàn)更快、更精確的設(shè)計與生產(chǎn)決策。

這些技術(shù)領(lǐng)域都是全數(shù)字化與智能制造的研究范疇，在美國通用電氣(GE)公司提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”中，智能機(jī)器和先進(jìn)分析就是實(shí)現(xiàn)所謂智能制造的三個核心元素中的兩個。可以想見，數(shù)字設(shè)計與制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)將在基于模型的設(shè)計方法學(xué)、虛擬制造工具和傳感器以及基于機(jī)器人的制造網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)等智能制造方面引領(lǐng)創(chuàng)新。此外，該機(jī)構(gòu)還將與國防高級研究計劃局(DARPA)的“自適應(yīng)運(yùn)載器制造”項(xiàng)目相結(jié)合，將智能特征明顯的研究成果轉(zhuǎn)化到武器裝備研制生產(chǎn)中，大幅縮短其研制過程，系統(tǒng)優(yōu)化其生產(chǎn)流程。

發(fā)布首批7個項(xiàng)目透露2015年發(fā)展重點(diǎn)

2015年1月21日，美國數(shù)字制造與設(shè)計創(chuàng)新機(jī)構(gòu)發(fā)布了首批7個項(xiàng)目的招標(biāo)書。2月25日-26日，該機(jī)構(gòu)還將組織研討會，詳細(xì)闡述項(xiàng)目技術(shù)要求，并鼓勵大中小企業(yè)組隊(duì)競標(biāo)。

這7個項(xiàng)目幾乎都是圍繞“智能制造”展開的，該機(jī)構(gòu)的技術(shù)咨詢委員會認(rèn)為這些研究的成果將能夠迅速轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用，大幅優(yōu)化生產(chǎn)流程和工廠運(yùn)行，促使美國制造發(fā)生變革。這些項(xiàng)目包括：

(1)工廠賽博安全基礎(chǔ)設(shè)施評估。開發(fā)評估制造企業(yè)賽博安全弱點(diǎn)的工具，為保護(hù)工廠數(shù)據(jù)提供支持。

(2)智能工廠能見度和實(shí)時優(yōu)化。驗(yàn)證工廠運(yùn)行的實(shí)時可視化技術(shù)，以及基于實(shí)時反饋的工廠控制。即打造全面數(shù)字化的智能工廠，利用數(shù)字信息優(yōu)化生產(chǎn)和工廠運(yùn)行，降低運(yùn)行成本并減少能源消耗。

(3)智能機(jī)床通信標(biāo)準(zhǔn)。開發(fā)制造生產(chǎn)設(shè)備使用的數(shù)字語言，以及智能機(jī)床與工人之間的數(shù)據(jù)交換方式，形成一系列標(biāo)準(zhǔn)。

(4)工廠增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和可穿戴計算。開發(fā)制造中使用的可穿戴計算技術(shù)(例如數(shù)字眼鏡)、移動計算技術(shù)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，讓制造工人以新方式捕獲數(shù)字信息，與其他人進(jìn)行高效協(xié)作。

(5)使用數(shù)字線的系統(tǒng)設(shè)計。為產(chǎn)品設(shè)計人員提供全壽命周期的和全價值鏈的數(shù)字工具，幫助他們更快、更低成本地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、驗(yàn)證和制造。

(6)面向賽博物理制造的運(yùn)行系統(tǒng)。面向分布在不同位置的從底層硬件到企業(yè)層的制造生產(chǎn)設(shè)備，開發(fā)優(yōu)化資源配置的運(yùn)行技術(shù)。

(7)虛擬指導(dǎo)下的認(rèn)證。開發(fā)先進(jìn)技術(shù)、建模仿真和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，預(yù)測新材料、新設(shè)計和新制造工藝的性能，減少產(chǎn)品和工藝創(chuàng)新的成本、認(rèn)證周期和風(fēng)險。

這些項(xiàng)目共將得到2500萬美元的資金，其中數(shù)字制造與設(shè)計創(chuàng)新機(jī)構(gòu)代表聯(lián)邦政府出資1250萬，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界組成的勝出團(tuán)隊(duì)以1:1的“成本共擔(dān)”比例自籌1250萬。招標(biāo)結(jié)果將于2015年7月-8月公布，項(xiàng)目預(yù)計持續(xù)12-24個月，最終目標(biāo)是將技術(shù)成果迅速轉(zhuǎn)化到工業(yè)界。

數(shù)字制造與設(shè)計創(chuàng)新機(jī)構(gòu)執(zhí)行主任、通用動力戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)公司前副總裁Dean Bartles表示：“智能制造已經(jīng)開始變革美國企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的方式，數(shù)字制造和設(shè)計技術(shù)是智能制造的基礎(chǔ)和中樞。這些項(xiàng)目專為促進(jìn)智能工廠的持續(xù)創(chuàng)新，以及向下一次工業(yè)革命演進(jìn)而設(shè)立。機(jī)構(gòu)的成員正在繪制美國智能制造的藍(lán)圖，我們邀請美國企業(yè)積極參與項(xiàng)目競標(biāo)。”

美國政府還于2014年12月啟動了國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中第8個創(chuàng)新機(jī)構(gòu)即“智能制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”的競標(biāo)，該機(jī)構(gòu)將由能源部牽頭組織建設(shè)。能源部給智能制造下了一個嶄新的定義：智能制造是先進(jìn)傳感、儀器、監(jiān)測、控制和過程優(yōu)化的技術(shù)和實(shí)踐的組合，它們將信息和通信技術(shù)與制造環(huán)境融合在一起，實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)中能量、生產(chǎn)率和成本的實(shí)時管理。我認(rèn)為，已經(jīng)在智能美國理念下推進(jìn)智能制造多年的美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟將極有可能勝出。屆時，兩個機(jī)構(gòu)將分別從基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)方面以及技術(shù)集成和資源平臺建設(shè)方面，多方發(fā)力，有機(jī)互補(bǔ)，共同助力美國智能制造的發(fā)展與美國工業(yè)的變革。