美国制造创新网络与天津制造业颠覆性技术创新对策研究

贾启君 ，顾雨竹，杨 振

(1. 天津大学马克思主义学院 天津300350；2. 天津大学发展战略研究中心 天津300350)

制造业是国民经济的根基，打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。近十年来，世界各国都对制造业的发展倾注了巨大力量。美国制造创新网络计划(National Network for Manufacturing Innovation—NNMI，后改称为 Manufacturing USA)[1]是美国“回归制造业”总体战略中的重要举措，研究其运行机制和重点研究领域，对于天津制造业颠覆性技术创新战略具有重大意义。

1 美国制造创新网络计划

2011年，美国总统科技顾问委员会提交一份专题报告，指出美国制造业问题将对美国带来风险，提出设立先进制造合作伙伴计划的建议(Advanced Manufacturing Partnership，AMP) 。2012 年，AMP 指导委员会发布报告，指出带来问题的主要原因在于大量私营部门在成果转化方面面临技术和资金限制，解决的关键是设立国家制造创新机构网络。2013年，制造创新网络的初步设计发布。2014年，美国国会通过《振兴美国制造与创新法案》，国家制造创新网络成为法定计划。2016年，美国商务部、总统行政办公室、国家科学与技术委员会、先进制造国家项目办公室，向国会提交首份国家制造创新网络年度报告和战略计划。2017年，国家制造创新网络年度报告公布，目前已经成立14家创新研究机构[2]。

1.1 主要目标

美国制造创新网络计划有四个主要目标：目标一是提升美国制造竞争力，支持更多美国本土制造产品生产，培育美国在先进制造研究、创新与技术上的领导地位；目标二是促进创新技术向规模化、效益化和经济性的本土制造能力转化，让美国制造商能够使用经检验的制造能力和资本密集型基础设施，共享制造业创新最佳实践，促进支持美国先进制造标准与服务发展；目标三是加速先进制造劳动力发展，培养未来工人，支持相关的中等和高等教育，包括资格鉴定与认证，支持州立、地方教育和培训课程体系与先进制造协调，培养掌握先进知识的人员，包括研究人员和工程师，确认下一代工人所需的能力；目标四是支持帮助制造创新机构稳定、可持续发展的商业模式。

1.2 基本架构

创新网络分两个层面。第一个层面是核心层面的创新研究机构，每一个研究机构将汇聚制造业利益相关者，包括工业界、学术界、国家实验室、联邦政府、州政府和地方政府，形成制造业创新生态系统，按照规划准备在 10年内设立 45家机构，目前已经组建14家。这些创新机构主要有四项任务：一是先进制造技术研发，减少新技术开发时间和成本以及技术应用不确定性；二是教育培训；三是创造最佳供应链实践；四是支持中小企业，面向这些企业共享研究设施和成果资源，提升创新能力。第二个层面是网络层面，主要由美国商务部负责将创新机构组成网络，增强创新机构辐射能力，比如共享实践经验，共同预测先进制造的技术需求，按需求培训产业技术人员，推进新技术和新工艺的运用，集成跨学科领域的知识等。网络通过有效沟通机制和使用集成的信息系统来进行沟通协调。

1.3 研究机构

每个研究机构都有一个设立引导基金的部门，其运行资金来源一部分是财政性的项目经费，一部分为非项目性的经费来源，参与创新研究机构的成员通过不同的利益诉求形成一个利益共同体，从这个创新机构中获益。目前已经设立的 14家先进制造技术创新研究机构情况如表 1所示[3]，参与机构包括了大学、科研机构、企业、政府组织、非营利性组织等。

表1 美国制造创新网络研究机构设立情况一览Tab.1 Institution distribution of the U.S. national network for manufacturing innovation

1.4 运行成效

根据美国制造业复兴法案的要求，美国商务部组织对2016财年(2015年9月30日至2016年10月1日)运行情况进行了总结，邀请第三方机构进行评估，在这一评估周期共有9个创新机构开展了200个左右针对制造业的应用研究项目，每个研究机构平均82%的项目达到了预期(因为成果投入生产需要几年的时间，所以衡量的是预期指标)。已有 830多个来自工业界的会员从中受益，其中有 548家是制造企业，有 361家小企业。28000人参加了由创新机构领导的教育和人力资源培训，其中在研究中心参与项目和实习的学生为 23560人，参与培训项目的工人3386人，教育人员 1032人[2]。制造创新网络的整体架构不断完善，网络成员间的联系与协同效应进一步提升，制造创新网络计划的影响力不断提升。

2 创新机构研究重点领域

目前已经成立的 14家创新机构，按研究重点可以分为19个领域，如表2所示[3-4]。先进制造业突破性发展的关键在于基础材料、基础器件、基础工艺等方面创新突破。这些创新机构在研究领域的总体布局，也体现了美国在振兴制造业方面非常明确的目标，就是希望通过研究具有颠覆性创新的制造技术，在未来世界制造业大格局中发挥引领作用。

表2 14个创新机构研究领域布局情况Tab.2 Field distribution of 14 innovation institutions

①国家增材制造创新机构(AM)关注增材制造和3D打印研发，集中在设计(适应增材制造的新设计方法)、材料(材料性能标准规范)、工艺(生产型技术开发)、供应链(面向全生命周期的供应链设计)、增材制造基因组(材料基因组计划)五方面[4-5]。

②数字制造与设计创新机构(DMDII)涵盖先进制造企业、智能机床、先进分析和网络物理安全四个技术领域[6]。包括敏捷制造策略和综合能力，制造和应用建模仿真工具、智能传感器，控制、测量、分析、决策和沟通软件工具、集成智能设计工具，协同环境信息安全。

③美国轻质材料制造创新机构(LIFT)[4,7]围绕军民两用汽车、机器设备、船舶、飞机制造轻型金属领域，主要技术领域包括连接与装配、热机械加工、粉末加工、熔化加工、新型/敏捷加工、涂层。同时，还关注集成计算材料工程和建模分析等交叉学科主题。

④下一代电力电子制造创新机构(Power America)[8]聚焦宽禁带(WBG)半导体电力电子技术，以氮化镓和碳化硅为基体的宽禁带半导体电力电子器件。主要是降低成本、改进稳定性、提高性能、增强功率电子生态系统四方面。

⑤先进复合材料制造创新机构(IACMI)[9]支持五大技术专题，包括三个具体的应用领域(汽车工业、风力发电领域、压缩气存储 CGS)中的减量化设计、复合材料设计等问题，还包含基础技术领域：设计、建模、仿真和复合材料及加工工艺。

⑥美国集成光子制造创新机构(AIM)[7]主要研究领域包括：网络和电信信号超高速传输；新高性能信息加工系统和计算；紧凑传感器应用；多传感器应用；其他多样化军事应用。

⑦柔性混合电子制造创新机构(NextFlex)[4]主要技术领域包括：柔性混合电子的制造过程和工艺水平，超薄柔性芯片，基板的可折叠性，柔性基板与芯片、板间的连接，应对全新工艺制程和材料加工处理的全新设备。

⑧革命性纤维和纺织品创新机构(AFFOA)[4,10]主要关注的三大技术领域为纤维、纱线、技术纺织品。纤维和纱线与集成电路、LED、太阳能电池和其他设备与先进材料集成在一起，创造具有特定用途的纤维与织物。

⑨智能制造的清洁能源制造业创新机构(CESMII)[11]围绕制造工艺能源使用效率，在制造业各规模企业中开发、验证和应用信息物理系统；应用先进传感器系统实现更经济、更可靠、易于配置且安全的无线数据通信；扩大数据分析和建模应用；为各种规模企业的员工提供高级控制及分析方法和工具；用于信息物理系统设计及再利用所需的系统工程工具与方法。

⑩国家生物药品制造创新研究中心(NIIMBL)[12]关注成熟产品的创新，如疫苗和蛋白质疗法；新兴产品的创新，如基于细胞的癌症免疫疗法和基因疗法。

综上所述，美国制造创新网络机构的主要研究领域都是面向未来制造业的颠覆性创新技术，覆盖了基础研究与应用研究，属于面向企业应用的全链条创新，其重点针对制造业的核心竞争力提升。一方面通过多种机构之间的协同，加速新技术制造成熟度从实验室制造水平(MRL4)向现实生产制造水平(MRL7)转变，通过新技术的应用加速传统产业的转型升级，提高传统制造业领域产品的附加值。另一方面，通过新技术的应用、新产品的研发，拓展新的应用市场，满足不同领域的新的应用需求，同时创造新的增长点和就业机会。

3 推进天津市制造业颠覆性技术创新对策建议

我国于2015年发布了《中国制造2025》，明确提出推动十大重点领域的突破发展，分别是新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。天津是我国近代民族工业的摇篮，具有良好的制造业基础，正在按照中央的定位建设成为全国先进制造研发转化基地，天津市第十一次党代会提出，高水平建设全国先进制造研发基地，深入对接《中国制造 2025》，以大项目好项目为抓手，充分发挥海河产业基金引导作用，聚焦高端装备、新一代信息技术、航空航天、生物医药与健康、新能源、新材料等领域，培育壮大战略性新兴产业集群。发挥天津市工业体系齐全的优势，运用新技术、新业态、新模式加快改造提升传统产业，大力发展服务制造、绿色制造、高端制造、精品制造，让天津制造成为天津创造。明确未来天津制造业建设发展的重点领域，符合国家总体的发展要求。结合美国制造创新网络研究机构的运行机制和重点研究领域，就天津市制造业未来创新和发展的机制以及颠覆性技术方向有几点建议。

3.1 建立产学研协同创新机制

颠覆性技术的发展，或源于各领域技术的融合，或是传统技术深化后实现的跃迁突变。如果缺少必要的技术积累，即便发现了颠覆性技术的潜在方向，也很难实现持续的提升与突破。在推进制造业颠覆性技术的发展中，必须借助大学和科研机构的力量，特别是大学多学科交叉、各领域知识汇聚的优势。我国经济正在从高速增长阶段转向高质量发展阶段，产业结构的转型升级关键在于创新。天津市应围绕重点发展的制造业领域，发挥现有的企业、科研机构、高校优势学科的优势，建立产学研紧密协同的创新机构，形成覆盖基础研究、工业化应用、产业化生产于一体的全链条创新的制造网络，提高相关产业的整体技术创新水平。同时发挥高校在知识创新和人才培养中的双重作用，有针对性开展科学研究、人才培养和人力资源的培训，促进技术人才的一体化创新。依托制造创新网络建立高效的技术服务平台，特别是面向中小企业形成技术服务平台，促进实体经济领域的中、小、微企业创业发展，激发创新创造活力，在新一轮产业革命和“中国制造2025”中占据领军位置。

3.2 推进颠覆性技术创新

结合重点发展的产业集群，布局颠覆性技术，提升天津产业的自主创新能力，培育和发展面向未来的产业。重点加强关键基础材料、先进基础工艺、核心基础零部件、产业技术基础的发展水平。就美国目前已经成立的 14个制造技术创新机构来看，重点还是聚焦在基础材料、材料加工、传感器、电子、数字化设计制造等几个领域，大部分创新机构都涉及这些关键领域技术的基础研究与应用，也从一个方面证明，颠覆性技术创新前提是这些基础技术领域的突破。目前天津市在化工、材料、制造、电子信息等领域具有较好的产业基础和较强的学科优势，需要聚焦重点发展产业领域技术需求，重点布局和突破一批制约产业创新的关键性基础技术，明确技术的创新指标和完成时限，真正提升产业的创新能力。培育新兴产业技术领域，生物医药是天津重点发展的领域之一，生物医药领域也是颠覆性技术集中的领域，已经突破了原有的医药制造工艺，比如近年来兴起的合成生物技术，将可能替代现有的医药制品生产过程。通过新技术促进传统产业的转型升级，比如天津的石油化工行业、纺织工业等能够发展面向未来的技术进行机遇颠覆性创新的转型升级，美国的AFFOA通过传统纺织工业与电子信息产业深度交叉融合，促进了纺织工业的转型升级。

3.3 加强机制创新和政策的配套支持

在制造业创新发展的过程中，既需要产学研协同，更需要从政府层面加强顶层的设计与牵引。美国主要由联邦政府主导建立了制造业创新网络，政府提供初始资金，在竞争环境下由企业、高校、科研机构等合作，建立制造创新研究机构，美国国防部、能源部、商务部、农业部、教育部、航空航天局、国家标准委员会、国家基金管理委员会、联邦航空管理局、食品药品监督局等均参与了制造创新研究机构的建设工作，并发挥了重要作用，也促使这些机构直接为国家不同领域的需求服务。我们应发挥政府的引导作用，加强对重点制造业领域的战略布局，通过政府初始投入带动更多社会资金投入到制造业新技术研发和产业化这一中间环节，加强对制造业创新的政策服务，建立专门的制造业创新统筹管理机构，通过制定税收优惠、以奖代补等政策，保障制造业创新可持续发展；加强对知识产权保护、配套政策支持等方面的服务。创新人才政策，围绕制造业创新所需的人才，加快建立人才培养培训的机制，提高制造业从业人员的整体水平。同时围绕高层次人才，加大政府在人才引进方面的投入力度，尽快形成人才的高地和优势。