美国制造业创新亮点报告

2022-06-30 09:00:26 江苏省企业技术改造协会 91

译者按





2012年开始,美国开启了制造业创新网络计划(NNMII) ,计划打造15个研究所,融通产学研在制造业最前沿领域的技术开发应用 的合作创新。本文是美国国家标准与技术研究院2021年11月发布的《美国制造业创新亮点报告:2020年成就与影响力概述》,对2020年美国NNMII的创新亮点进行回顾总结。报告认为各研究所均建立了强大的公私 合作机制,能够在迅速应对新冠肺炎流行,开展优先应用研发和开发项目、 加强与小型制造商合作、提升制造业劳动力能力,以及催化吸引投资方面 做出突出贡献。赛迪智库科技与标准研究所对该报告进行了编译,期望对我国有关部门有所帮助。




原文 | 美国国家标准与技术研究院

编译 | 赛迪智库 杨磊

【关键词】制造业创新网络 成就与影响力 创新亮点


背景


美国制造业创新网络是全国性的公私合作网络,通过技术、供应链和劳动力发展等方面的大规模合作,确保美国在先进制造业的全球领先地位。美国制造业创新网络各研究所建立了强大的公私合作机制,能够对新冠肺炎大流行病迅速作出反应。各研究所的早期行动,以及美国商务部和国防部为《冠状病毒援助、救济和经济安全(CARES)法案》提供的7300万美元资金,推动了各研究所与超过91个产业界、学术界和政府的合作伙伴迅速合作,共同开展了超过36个快速反应项目,通过制造创新应对新冠肺炎。


除了解决与新冠肺炎有关的紧迫问题,各研究所还在2020财年为广大产业部门开展了500多个高度优先的应用研究和开发项目,并与2000多个会员单位共同实施这些项目。


美国制造业创新亮点报告工作得到了美国制造业创新网络(Manufacturing USA®)部分研究所的支持。


确保美国在先进制造业的全球领先地位


先进制造业对美国经济和国家安全至关重要。美国制造商对美国经济的贡献超过2.35万亿美元,仅此一项就相当于世界第八大经济体。在制造业中每投资1美元就可得到2.79美元的经济收益,将为各个地区社区带来许多就业和经济发展机会。


创新和技术发展可带来巨大效益。充分利用这些新制造业并首先发展劳动力的国家将主导全球市场、引领世界。美国可以利用更先进的制造技术,确保制造业仍然是经济、国家安全和中产阶级稳固事业的强大来源。


(一)大规模公私合作机制:美国制造业创新网络


美国制造业创新网络是为了确保美国在先进制造业的全球领先地位。参与美国制造业创新网络的9个联邦机构共同建立并部署了全面合作的创新方式,这种方式能让美国创造成果跻身先进制造技术前沿,并由掌握专门技术的美国劳动力在美国制造。


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图1:美国制造业创新网络分布情况


(二)确保美国创造由美国制造


研究所会员在各自特定重点领域内合作参与各项技术的竞争前开发。此外,研究所会员还响应号召,积极应对新冠肺炎大流行病等美国最为紧迫的挑战。


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图2:美国制造业创新网络影响力概况


开发先进制造技术


各研究所及其会员单位在各自的先进制造技术领域合作开展应用研究和项目开发。这些项目所促成的产品和工艺创新在整个行业具有广泛的应用潜力。去年的532个研发技术提升项目中部分示例如下:


(一)由商务部赞助的研究所


国家生物制药制造创新研究所以降低疫苗成本为目标。该研究所聚集了生物制药制造生态系统的数百个单位的近1000人,就加强基因治疗、新型抗体和疫苗的国内制造进行创新合作。除此之外,国家生物制药制造创新研究所还呼吁比尔及梅琳达·盖茨基金会的全球健康基金参与该机构的第一个合作项目,以降低成本并提高疫苗的上市速度。


(二)由国防部赞助的研究所


1、先进生物组织制造创新机构深层组织表征。截至2020年,由国防卫生局资助的先进生物组织制造创新机构(BioFabUSA)深层组织表征中心(DTCC)已投入使用,该中心所拥有的精密仪器能够对全国各地国防部调查人员开发的组织工程医疗产品(TEMP)细胞进行多“组学”表征,并提供了针对组织铸造厂生产线上正在生产的细胞和组织的特定监测传感器的相关设计信息。2020财年,先进再生制造研究机构与心血管细胞治疗研究网络和德克萨斯州心脏研究所正式合作,对两项临床试验中207名患者的样本进行了深入分析,以进一步了解细胞治疗制造与患者疗效之间的关系。


2、美国集成光子学制造研究所多项目晶圆生产。该研究所的硅光子学制造设施位于纽约州奥尔巴尼市。该设施开发出了一种具有成本效益的方式,可供任何规模的机构使用先进节点芯片设施。该研究所的硅光子学多项目晶圆允许客户使用由研究所开发和优化的标准元素,缩短设计时间,提高首次生产的成功率。这种原型工具是目前最先进的集成光子学晶圆工艺。美国集成光子学制造研究所还提供了其在纽约州罗切斯特市的电子学与光子学测试、装配和包装设施的使用权。


(三)由能源部赞助的研究所


1、下一代电力电子技术制造创新研究所简化芯片生产。在当今的电力电子系统中,碳化硅比标准硅器件更加高效,但生产成本也更高。下一代电力电子技术制造创新研究所和德国X-FAB硅晶圆厂为碳化硅晶圆代工客户制定了标准化工艺流程,消除了各种不同的设计流程所产生的技术和物流复杂性。如今,德国X-FAB硅晶圆厂能够以接近于硅电力器件的规模经济制造碳化硅电力器件。下一代电力电子技术制造创新研究所下属的五家半导体公司均在2020财年通过德国X-FAB硅晶圆厂补充其内部制造不足。


2、内嵌能压缩和排放降低创新研究所引导塑料行业向循环经济过渡。由密歇根技术大学、爱达荷国家实验室与其工业贸易协会合作伙伴美国化学理事会组建的团队,开发并验证了循环经济中的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和烯烃聚合物系统分析框架。该项目由塑料回收价值链咨询委员会专家负责指导。塑料回收价值链由资源回收系统公司、回收伙伴关系公司、TitusMRF服务公司、Ravago公司、塑料回收商协会、第四次工业革命可持续发展公司、巴斯夫公司、陶氏化学公司和联合利华公司组成。该模型评估了在最大程度上减少能源消耗,减少高达24%的温室气体排放,并使经济效益最大化的制造与回收工艺配置方式。


提高先进制造业劳动力的能力


美国制造业创新网络研究所及其会员单位在各大社区与行业内展开合作,并与各种教育实体联手,提供多样的劳动力培训。


(一)由商务部赞助的研究所


国家生物制药制造创新研究所的“eXperience”体验项目。该研究所持续引荐优秀的非裔美国人/黑人、拉丁美洲人和美国原住民学生从事生物制药行业令人振奋的职业,并为参与的企业提供潜在的实习人员和未来招聘对象。现场或虚拟主办机构包括:默克公司、阿斯利康公司、基因泰克公司和美国药典委员会。


(二)由国防部赞助的研究所


先进机器人制造创新研究所降低制造业职业门槛。“Amskills”学徒招募倡议是一项由先进机器人制造创新研究所资助的教育和劳动力发展项目,目前已取得初步成功。此倡议下的快速通道计划通过创建训练营为制造商招募和评估初级职位候选人。这些候选人中许多是失业者或来自低收入社区。该计划向候选人传授行业特定技能,并利用实践活动和项目来证实候选人的能力。除了技术技能外,该计划还会评估参与者的软技能,包括时间管理、沟通和表达能力。在训练营的最后一天,该计划邀请制造商以“快速约见”的形式进行现场面试,以提高候选人的面试技巧,并将可能被聘用的候选人介绍给制造商。在完成训练营的20名参与者中,有11人获得了工作机会,其中一名为无家可归的退伍军人,其余为有犯罪记录的人,他们都在寻找第二次机会和能够维持生活的职业。


(三)由能源部赞助的研究所


内嵌能压缩和排放降低创新研究所的在线再制造训练营。受新冠肺炎疫情影响,内嵌能压缩和排放降低创新研究所的培训转为线上进行。研究所与纽约州和罗切斯特理工学院联手打造了在线再制造训练营。该训练营面向刚接触再制造的制造商以及寻求更新行业知识的熟练工程师和技术人员,由七位主题专家提供七个小时以上的培训。培训内容分为五个部分,包括再制造简介、清洁技术、状态评估、增材修复技术和再制造设计。


构建创新生态体系


各种类型与规模的机构进行制造创新合作是美国制造业创新网络研究所创建和建模的基础。去年,研究所会员单位有2013个,包括大型与小型制造商(制造商占比62%,其中近三分之二为中小型企业)、社区学院和主要研究型大学(占比23%),以及各州和地方经济发展实体(占比15%)。这些公私伙伴关系涵盖了美国产业根基的所有组成部分。


为了促进先进制造技术快速发展,各研究所及其会员共享设施、专业知识、尖端设备和资金,在各相关方认为最有价值的应用研发和劳动力项目上进行合作。


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图3:美国制造业创新网络生态体系概况


投资。各研究所从州、联邦和私募投资基金中募集了2.62亿美元的资金,而这些资金不属于1.63亿美元的基础联邦资金。下文各研究所的项目和倡议示例将阐明其在构建富有成效的创新生态体系、通过合作取得重要成果方面所做的工作。


商务部研究所重点


(一)国家生物制药制造创新研究所


1、技术进步


2019-2020财年,该研究所参与了43个技术项目,其中包括35个新启动的项目。这些项目主要针对行业面临的关键挑战和机遇,包括:


缓冲库存混合系统。国家生物制药制造创新研究所与BioPhorum运营集团合作,构建了灵活便携的缓冲库存准备系统,预计可以减少61%的生产车间占地面积,为每个新建设施节省2000万美元,并减少大约30%的缓冲准备时间。


提升产品质量测试效率。国家生物制药制造创新研究所会员908设备公司开发了能够在生物制造过程中有效分析细胞的台式质谱仪。该设备为传统质谱仪大小的十分之一,而且更容易使用,不需要传统质谱仪所需的大量技术培训,公司也能够将人力资源调配到更加复杂的操作上。


2、劳动力开发


支持下一代生物制药劳动力。国家生物制药制造创新研究所的“eXperience”体验项目引荐优秀的非裔美国人/黑人、拉丁美洲人和美国原住民学生从事生物制药行业令人振奋的职业。学生们与大型生物制造企业、小型公司、学术机构和政府机构的领导人直接接触,了解生物制药行业如何影响世界各地的病人。


3、创新生态体系


提供病毒蛋白以提高检测能力。由沃兹沃斯中心、约翰霍普金斯大学和得克萨斯农工大学领导的三个独立项目共同聚焦于生产各种诊断和治疗所需的非典型肺炎冠状病毒刺突蛋白和受体结合区蛋白,例如开发新冠肺炎抗体测量和血浆治疗候选物筛选的检测方法。


国防部研究所重点


(一)国家增材制造创新研究所


1、技术进步


美国增材制造创新研究所召集技术专家团队,以满足国防部的特定需求。该研究所通过培养这种合作观念,加快增材制造解决方案的开发和部署。


国防部范围内的冷喷涂路线图。2020年3月,美国增材制造创新研究所与国防部共同牵头举办了一系列研讨会,确定冷喷涂技术的现状活动和共同需求,并制定路线图。冷喷涂技术是金属保护涂层的一种制造方法。该路线图优先考虑加强当前活动和加速推广冷喷涂技术应用的合作领域。


定向能量沉积的标准鉴定。美国增材制造创新研究所项目为定向能量沉积(DED)增材制造结构制定了两套标准鉴定程序。这些新颖的鉴定程序为定量评估弧形定向能量沉积材料和产品质量提供了工艺、检查框架等标准化方法。相关工艺参数和程序已证明,生产没有熔合缺陷、孔隙或裂缝的可接受材料是可行的。


2、劳动力开发


进行中的增材制造课程开发。在海军研究办公室的资助下,美国增材制造创新研究所开设了14门课程,近1.5万名学生和工人参加了培训。研究所每月都会增加新的课程,并着力确保缺乏培训的人群和退伍军人能够获得培训。


3、创新生态体系


推进冠状病毒响应工作。美国增材制造创新研究所在冠状病毒危机早期与食品药品监督管理局(FDA)、退伍军人管理局(VA)和国立卫生研究院(NIH)成功合作,动员增材制造行业解决个人防护设备(PPE)短缺问题。美国增材制造创新研究所利用从国家标准与技术研究院(NIST)、国防部长办公室(OSD)和食品药品监督管理局获得的额外资金,进一步巩固了上述成果。


(二)数字制造时代


1、技术进步


数字制造时代研究所与各大制造商合作,利用数字主线推动先进制造技术发展,使劳动力与供应链具备必要的技能和网络弹性,以确保国防工业基地具有创新性与安全性。


数字需求评估。数字制造时代研究所政府参与和工程团队拜访了岩岛兵工厂联合制造技术中心(RIA-JMTC),为先进制造业和网络安全进行了数字需求评估。该团队已确定30多个阻碍联合制造技术中心数字现代化工作的问题域。在数字制造时代研究所的帮助下,这项名单缩小至8个项目。这些项目不仅将推动生产车间采用数字技术,还可将岩岛兵工厂联合制造技术中心的生产承诺交付率从70%提高至100%的目标交付率,为作战人员带来切实影响。


为工厂车间增加5G服务。数字制造时代研究所与美国电报电话公司(AT&T)合作,在其未来工厂车间增加了专用5G和多接入边缘计算(MEC)测试平台。该测试平台将为制造企业和国防部提供5G原型设计与实验,旨在加速推进国防部长办公室的现代化优先事项。


2、劳动力开发


网络安全招聘指南。数字制造时代研究所发布了《招聘指南:制造业的网络安全》,该指南具有突破性意义,可以帮助美国制造商培养所需劳动力,保护该行业免受日益增长的网络威胁。该招聘指南明确了当前和未来制造业中247种与网络安全有关的工作岗位,并详细阐述了美国工人从事这些岗位所需技能组合、职业路径、教育以及培训。


3、创新生态体系


国防部3D打印机网络安全。武装部队和工业基地其他会员目前使用的3D打印机大多不符合国家标准与技术研究院的网络安全风险管理框架要求。该框架十分复杂,缺乏安全性的打印机无法轻易连接到国防部的企业网络,这阻碍了国防部最大限度发挥增材制造和3D打印潜力。为了解决这个问题,数字制造时代研究所与国防部联合增材制造工作组(包括来自岩岛兵工厂和美国空军的会员)合作建立路径,以改善数字制造时代研究所会员Markforged公司常用3D打印机的网络安全。


(三)由美国轻质材料制造创新研究所运营


1、技术进步


面向未来轻量化创新中心构建了由制造商和教育工作者组成的生态体系,为工业制造基地、国防和美国经济提供支持。


线弧增材制造。面向未来轻量化创新中心和联合技术公司(现在为雷神公司)航空航天部门共同开发并启动了镁部件轻量化和动态性能项目,内容包括定制设计和更短交货期的增材制造。


混合动力汽车。面向未来轻量化创新中心与Odyne系统公司合作的混合动力汽车项目通过市场规划、原型开发和制造可行性,进一步推动了技术发展。该项目通过市场研究确定了无需修改的潜在混合动力候选汽车以及潜在修改套件。同时,该项目也正在开发原型,以应对包装、编程和套件开发方面的挑战。


2、劳动力开发


“点燃计划”毕业生。底特律大学预科科学与数学(UPSM)高中的学生已完成面向未来轻量化创新中心“点燃计划:掌握制造”课程的第一年学习。点燃(IGNITE)计划是以能力为基础的三年基础教育计划,用于培养当今工作所需的多技能技术人员。该计划由创新中心领导的全国合作伙伴共同开发,已得到国防部的资金支持。


3、创新生态体系


签署国防部协议。面向未来轻量化创新中心与陆军签署了一项协议,协议内容是领导新的技术项目,为美国作战人员提供支持。该中心与美国陆军作战能力发展司令部地面车辆系统中心签署的其他交易协议(OTA)准许创新中心在未来五年内向其提供新技术。根据其他交易协议,该中心将研究材料成熟度、进行产品设计、改进制造工艺、开发模型,并评估各种轻质材料和制造工艺的可行性和实用性。


(四)美国集成光子学制造研究所


1、技术进步


美国集成光子学制造研究所创建了完整的光子集成芯片制造生态系统,使光子学术界和国防部能够在整个产品开发周期内获得先进技术、能力和资源。

大容量光子互连示范系统。美国集成光子学制造研究所大容量光子互连系统项目,在数据通信/电信领域取得了显著进展。该项目团队利用研究所提供的300毫米硅光子技术,设计、制造并测试了两个可扩展到400千兆以上的新型波分复用(WDM)收发器架构。


多项目晶圆成功生产。2020年7月,美国集成光子学制造研究所向政府、学术界和产业界(包括中小型企业)发布了300毫米硅光子学多项目晶圆(MPW)技术的另一次迭代。该研究所的多项目晶圆提供了访问世界上最先进的300毫米半导体工艺研究工厂的机会。


2、劳动力开发


美国集成光子学制造学会训练营。2020年,由美国集成光子学制造研究所与麻省理工学院(MIT)联合组织的美国集成光子学制造学会为学生提供了为期一周的集成光子学训练营,学生们利用这次机会使用实验室设备测试了无源光子芯片。


(五)美国柔性混合电子制造研究所


1、技术进步


美国柔性混合电子制造研究所与全国各地的会员和合作伙伴合作,在其技术中心进行柔性混合电子的设计、开发、原型设计和试验规模制造,实现一系列军事和民用应用。


开发大气化学传感器。美国柔性混合电子制造研究所目前正与空军研究实验室合作开发可穿戴的大气化学传感器,以监测飞机机翼燃料箱等危险环境中的工作人员安全。该设备具有蓝牙连接功能,可以在蒸汽有害时提醒用户和同事,且很容易装在制服里,并不显眼。


开发国防应用天线。美国柔性混合电子制造研究所和导弹防御局制造技术项目共同资助了一个项目。该项目旨在为导弹防御局开发用于遥测的保形天线。该项目正在波音公司的引领下开发制造工艺和能力,进行设计,按照整个导弹的直径生产原型天线,并生成初步数据以测试整个柔性混合电子和复合材料制造工艺。


2、劳动力开发


扩展FlexFactor计划以覆盖更多基础教育阶段(K-12)的学生。FlexFactor计划于2016年推出,目前合作伙伴涵盖当地基础教育学区、社区学院、行业会员、非营利组织和当地政府实体。从2018年开始,FlexFactor计划与波音公司、海军研究办公室和广泛的社区学院合作伙伴网络合作,在全国各地开设了14个新站点。


3、创新生态体系


通过会议分享信息。美国柔性混合电子制造研究所经常参加技术会议,以提高人们对柔性混合电子技术现状的认识。在二月份举行的柔性年度大会“柔性混合电子制造现状”会议上,美国柔性混合电子制造研究所、捷普公司、波音公司、胜达公司、马萨诸塞大学阿默斯特分校、伟创力公司和陆军作战能力发展指挥部军备中心均发表了演讲。


(六)美国先进功能织物联盟研究所


1、技术进步


美国先进功能织物联盟及其多样化的会员生态体系致力于先进纤维与织物技术的开发和转型,以实现多种功能,并用于各种应用与行业。


演示新型“不设限芯片嵌入”方法。美国先进功能织物联盟成功演示了“不设限芯片嵌入”(AnyChipAnywhere)的新型器件纤维制备方法。经该工艺制造的纤维可在任意位置或密度处嵌入各种设备。


开发变色纤维。美国先进功能织物联盟与麻省理工学院合作,将其纺织工程能力与后者的新兴技术相结合,开发出一种光敏变色纤维。该项新技术有望通过印刷和增材制造方法实现低耗变色,以提升伪装能力和增强签名管理应用。


2、劳动力开发


评估国家劳动力技能。美国先进功能织物联盟同教育数据系统公司签订合同,开展全国需求评估,重点关注其技术运用所需劳动力技能,以及织物雇主和制造商当前所需技能,以支持行业发展。


3、创新生态体系


打造机密研发能力。作为安全机构,麻省理工学院林肯实验室的国防织物探索中心将先进纤维与织物的机密研发应用于国家安全问题。该中心有能力设计并生产智能纤维与织物,包括嵌有微电子器件、可改变颜色、储存能量、发射和检测光线、监测健康或促进通信的纤维与织物。


(七)先进再生制造研究所


1、技术进步


先进生物组织制造创新机构将创新细胞与组织培养同生物制造、自动化、机器人和分析技术的先进成果相结合,以创建研发工具及符合美国食品和药物管理局标准的批量制造流程。


骨骼、韧带和肌肉的自动化制造。先进生物组织制造创新机构与STEL技术公司合作后,实现了组织制造流程自动化,这是该机构组织铸造厂的首次成果演示。STEL的首个产品是CGEM™,该组织由间充质干细胞(MSC)生成,分为矿化(骨)端和非矿化(韧带)中间区域两部分。


开发β细胞自动制造,解决青少年糖尿病问题。先进生物组织制造创新机构与青少年糖尿病研究基金会签署协议,并出资200万美元支持研究人员开发β细胞自动制造,以确保糖尿病研究来源的一致性与可靠性。


2、劳动力开发


推出基础教育教学视频。“从零开始学科学”(STEM from the START)是先进生物组织制造创新机构出资与新罕布什尔大学莱则尔中心在2020年3月合作推出的项目。项目教育视频由先进生物组织制造创新机构与新罕布什尔州公共广播局合作制作,并在全国范围内开设网络学习途径。


3、创新生态体系


共享传感器开发套件。先进生物组织制造创新机构的会员单位科学生物加工公司(SBI)为其他会员免费提供单价超过2万美元的传感器开发套件,协助他们开发自己的非侵入式传感器,以便组织工程医疗产品的制造流程开发。


(八)先进机器人技术制造研究所


1、技术进步


借助有关人与机器人交互的项目,先进机器人技术制造研究所帮助国防部实现与自主性有关的现代化目标。该研究所的项目解决了有关持久性、速度、可操作性和降低人类生命风险的问题。


取得专利的新型被动物体跟踪项目。先进机器人技术制造研究所资助的被动物体跟踪项目,旨在消除对唯一标识符的需求,利用机器人先进的传感和感知能力跟踪整个制造流程中的物品,并将这些信息输入企业资源规划(ERP)软件。


发布机器人技术手册。先进机器人技术制造研究所与其会员企业分享了《先进机器人技术制造研究所机器人制造任务手册》。该手册概述了会员在推进整个生态体系机器人技术方面取得的进展,并以后勤、制造和人工智能任务为序,依次介绍了2017年成立以来资助过的项目。


2、劳动力开发


成立第四次工业革命学院。先进机器人技术制造研究所成立第四次工业革命学院,向在役人员提供高于已培养技能且有价值的技能培训,以便他们为从事高价值机器人技术和制造业职业做好准备。


3、创新生态体系


开发机器人技术职业道路国家资源。先进机器人技术制造研究所最近发布新网站:www.roboticscareer.org,这是制造业机器人领域首个向员工提供已审查培训机会的国家资源。该网站将在全国范围内开设一万多个机器人教育项目,且符合机器人行业在相关性、有效课程、高效培训、项目影响力、可持续性和可运输性等方面的最高标准。


能源部研究所重点


(一)下一代电力电子技术制造创新研究所


1、技术进步


该研究所2020财年共参与47个项目,涉及行业面临的关键挑战与机遇,其中包括:


支持行业采用先进电源模块。下一代电力电子技术制造创新研究所支持通用电气航空使用其会员单位的氮化镓和中压碳化硅器件等芯片开发各种先进电力模块,同时还支持科锐/Fayetteville开发高速、大功率模块,并与阿拉巴马大学合作开发模块电气互连模型。国家可再生能源实验室为模块项目提供了热分析与表征分析。


开发用于航空航天的混合电推进器。混合电推进器是最先进的航空应用,雷神技术研究中心加速推进宽带隙在该推进器中的应用。美国电力支持开发基于宽带隙的高效多端口转换器,可同时连接以下端口间的动力:15kW、350V的变频飞机发电机模拟器;7kW、350V的辅助动力装置模拟器;15kW、270V的锂离子电池。


2、劳动力开发


产学教育合作。德克萨斯理工大学的教师与X-FAB的研究人员开发了两门有关碳化硅电力器件模拟、加工及表征的课程,以培训本科生和研究生的碳化硅电力器件设计与制造能力。


3、创新生态体系


下一代电力电子技术制造创新研究所通过合作创新项目推动宽带隙电力电子生态体系开发,主要包括:


设备共享。Wolfspeed和美高森美等下一代电力电子技术制造创新研究所会员企业向通用电气航空和Wolfspeed等公司的模块部门提供器件,以便在美国迪尔公司、东芝等会员企业、ABB集团,以及多所大学进行系统内嵌演示。


(二)先进复合材料制造创新研究所


1、技术进步


该研究所2020财年共参与37个项目,已经完成8个,涉及行业面临的关键挑战和机遇,其中包括:


复合材料设计与制造的集成数字工具。普渡大学开发并演示了集成建模与模拟流程,以同时支持部件功能与零件整合设计,以及制造工具设计。这些数字工具用于设计和制造多组件复合材料部件,可供先进复合材料制造创新研究所原始设备制造商合作伙伴进行整车测试。


新型热塑性风叶制造工艺。该项目团队成功验证了补充流程,并表示将继续推进,以打造新型热塑性风叶材料。该项目获得了2020年研发市场颠覆性技术100强特别认可奖。


2、劳动力开发


先进复合材料制造创新研究所先进复合材料实习项目。先进复合材料制造创新研究所的综合实习项目基于结构化体验式学习、导师制、行业合作和专业发展。迄今为止,该项目已在25个不同的主办地接待了119名实习生和40名合作伙伴。


3、创新生态体系


美国制造业得到国际合作支持。先进复合材料制造创新研究所组织和领导与国际战略伙伴的合作,包括英国的高价值制造弹射中心和德国的碳联盟,还召集世界各地国家复合材料中心的领导人,讨论标准、生命周期评估和回收等共同挑战。


(三)清洁能源智能制造创新研究所


1、技术进步


该研究所2020财年成功继续推进2019财年启动的10个赋能研发项目,重点包括:


开发边缘智能传感器集成平台。加州大学欧文分校领导的团队开发了E-Box边缘计算硬件软件解决方案,可用于传感系统低成本集成。E-Box用于获取和集成基于摄像头的人类工作流程监测数据,可与机器学习算法相结合,提高生产率并降低能耗。


航空航天和整形外科用金属的能源优化。康涅狄格大学开发了航空航天和整形业用金属精密加工与混合制造的系统级优化模型。该模型与传感器网络、预测分析、监督控制,以及调度算法用于提高工业制造机构的能效。


复合材料制动器制造中的能源优化流程模拟与监测。弗吉尼亚理工大学及其合作伙伴正在为热密集型流程开发流程模拟及流程内监测工具。除可提供能耗预测动态模型及关键性能指标外,这些解决方案还以改善霍尼韦尔复合制动器制造的质量和能耗为目标。


2、劳动力开发


智能制造和劳动力互联论坛。清洁能源智能制造创新研究所召集合作伙伴,讨论并记录了现场将员工纳入智能制造工厂的数据控制回路的做法,与会者包括高德纳咨询公司、通用磨坊公司、霍尼韦尔公司、强生公司、宝洁公司、林德集团、安赛乐米塔尔集团、康宁公司、雷神公司、康尼格拉公司、三叶草生物制药和百事可乐。


(四)过程强化部署快速推进创新中心


1、技术进步


该研究所2020财年共参与33个项目。另有5个项目已被选定,将在2021财年初期启动。主要项目包括:


强化不间断分散剂生产。匹兹堡大学开发不间断模块化过程,可以更低的运营与资本成本生产一种现有的特殊化学品。该项目的重点是生产用于发动机油的特殊分散剂,其化学成分极难制成,制造工艺有待更新。


化合物节能离析。Compact Membrane Systems公司开发出烯烃和石蜡的新型离析产品与方法。该团队扩大膜制造规模,以便进行试点测试,并准备部署膜测试滑橇,以评估从聚合反应器清洗流的丙烷中回收的丙烯,并将其回收至反应器。


2、劳动力开发


在线学习内容影响继续扩大。2020财年,过程强化部署快速推进创新中心共举办网络研讨会7次,主题包括计算催化、批量到不间断生产的转换、过程电气化和弹性设计过程。现场提供及已存档的记录显示,过程强化部署快速推进创新中心网络研讨会的注册人数已超6000人,包括工程学本科学生和业内专业人士。


3、创新生态体系


过程强化部署快速推进创新中心聚焦实习生。过程强化部署快速推进创新中心实习生项目还为学生提供与会员一起工作的机会。该虚拟项目为实习学生提供20多小时的过程强化领导力培训与职业发展机会,内容包括网络运用、职业探索,以及公开演讲/演示。


(五)内嵌能压缩和排放降低创新研究所


1、技术进步


内嵌能压缩和排放降低创新研究所共有近100个伙伴提供支持与承诺,跨越产业界、学术界、国家实验室、行业协会和非政府组织。目前共参与技术项目39个,其中重点包括:


评估金属部件可重复利用性的新方法。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和宾夕法尼亚州立大学正在开发一种新型金属无损评估方法,该方法基于多感官融合与机器学习,以便进行评估。该方法可能增加可重复利用零件数量,同时避免制造新零件所需的能源和材料。


通过系统量化确定光纤回收效益最大化的策略。麻省理工学院与美国森林与造纸协会(AF&PA)合作开发模型,以提供纤维回收技术与方案的经济与环境评估。该工作将通过对纤维回收的影响进行更加完善的评估,确定实现纤维回收效益最大化策略。


2、劳动力开发


再制造知识基础课程。该系列短期课程由五部分构成,目标人群是刚进入再制造行业的制造商,熟练的工程师与技术人员,以及想探寻更深层次技术的现有再制造商。这些短期课程为提高再制造能力提供见解,同时也全面展示了技术进步给依赖再制造的企业所带来的综合效益。


(六)网络安全制造创新研究所


1、创新生态体系


网络安全制造创新研究所致力于从科学和劳动力的角度应对网络安全与制造业挑战。该研究所其中一项工作为Trustworks-aaS(服务),这是一套旨在支持行业向网络安全与能效转型的服务体系。Trustworks是内部收费服务实体,由专门的制造劳动力技术成员团队领导,并为各相关方提供科学、安全和教育三个方面的支持。


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