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)字制造和設計技術(shù)是智能制造的基礎(chǔ)和中樞。這些項目專為促進智能工廠的持續(xù)創(chuàng)新，以及向下一次工業(yè)革命演進而設立。機構(gòu)的成員正在繪制美國智能制造的藍圖，我們邀請美國企業(yè)積極參與項目競標。
2015年1月，該機構(gòu)發(fā)布首批7個智能制造方面的技術(shù)開發(fā)項目，涉及先進制造企業(yè)、智能機器、先進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”計劃，該計劃由先進制造國家項目辦公室協(xié)同國防部、能源部、航空航天局、商務部以及國家科學基金等聯(lián)邦政府部門共同負責實施，以公私合營的方式，建設15~45家“制造創(chuàng)新機構(gòu)”，形成覆蓋全美的制造創(chuàng)新網(wǎng)絡。
2014年2月25日，第2家創(chuàng)新機構(gòu)“數(shù)字制造與設計創(chuàng)新機構(gòu)”(DMDII)由國防部牽頭組建成立，負責管理該機構(gòu)的是位于底特律的UI實驗室。該機構(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鏈網(wǎng)絡間的流動，推進數(shù)字化、智能化制造。該機構(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)、政府機構(gòu)、院校、研究所和商業(yè)組織。
數(shù)字設計與制造創(chuàng)新機構(gòu)是美國國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡的組成部分，工業(yè)界成員除了軍工制造業(yè)，還包括機械制造業(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目和大型工業(yè)企業(yè)已經(jīng)全面實施數(shù)字化設計與制造的情況，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，該機構(gòu)的研究方向和相關(guān)項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)域推進全數(shù)字化與智能化
2014年9月，數(shù)字設計與制造創(chuàng)新機構(gòu)提出了該機構(gòu)關(guān)注的4大技術(shù)領(lǐng)域：先進制造企業(yè)、智能機器、先進分析和賽博物理系統(tǒng)安全，并且給出了前三個領(lǐng)域的當前研究重點。在今后5年內(nèi)，該機構(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”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：
(1)先進制造企業(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)。當前目標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)標準，開發(fā)全標注的三維模型;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，演示并驗證這些三維模型在供應商之間的可靠轉(zhuǎn)換，并且將MBE要求與車間能力進行連接，演示并驗證供應鏈的集成。
(2)智能機器
關(guān)注用于外形自適應加工的即插即用工具集。當前目標是開發(fā)“即插即用”的軟硬件工具集，讓新舊生產(chǎn)機床和機器人設備在一個外形自適應加工的模式下操作，也就是具備實時原位狀態(tài)感知、自適應刀具路徑修改以及加工結(jié)果虛擬測量的能力。
(3)先進分析
關(guān)注集成測量的設計與制造綜合模型。研究目標是通過先進計算模型、預測和測量工具的使用，對制造工藝和零件性能進行預先評估，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”，實現(xiàn)更快、更精確的設計與生產(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，智能機器和先進分析就是實現(xiàn)所謂智能制造的三個核心元素中的兩個?？梢韵胍姡瑪?shù)字設計與制造創(chuàng)新機構(gòu)將在基于模型的設計方法學、虛擬制造工具和傳感器以及基于機器人的制造網(wǎng)絡的開發(fā)等智能制造方面引領(lǐng)創(chuàng)新。此外，該機構(gòu)還將與國防高級研究計劃局(DARPA)的“自適應運載器制造”項目相結(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個項目透露2015年發(fā)展重點
2015年1月21日，美國數(shù)字制造與設計創(chuàng)新機構(gòu)發(fā)布了首批7個項目的招標書。2月25日-26日，該機構(gòu)還將組織研討會，詳細闡述項目技術(shù)要求，并鼓勵大中小企業(yè)組隊競標。
這7個項目幾乎都是圍繞“智能制造”展開的，該機構(gòu)的技術(shù)咨詢委員會認為這些研究的成果將能夠迅速轉(zhuǎn)化為工業(yè)應用，大幅優(yōu)化生產(chǎn)流程和工廠運行，促使美國制造發(fā)生變革。這些項目包括：
(1)工廠賽博安全基礎(chǔ)設施評估。開發(fā)評估制造企業(yè)賽博安全弱點的工具，為保護工廠數(shù)據(jù)提供支持。
(2)智能工廠能見度和實時優(yōu)化。驗證工廠運行的實時可視化技術(shù)，以及基于實時反饋的工廠控制。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)和工廠運行，降低運行成本并減少能源消耗。
(3)智能機床通信標準。開發(fā)制造生產(chǎn)設備使用的數(shù)字語言，以及智能機床與工人之間的數(shù)據(jù)交換方式，形成一系列標準。
(4)工廠增強現(xiàn)實和可穿戴計算。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，與其他人進行高效協(xié)作。
(5)使用數(shù)字線的系統(tǒng)設計。為產(chǎn)品設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、更低成本地實現(xiàn)產(chǎn)品設計、驗證和制造。
(6)面向賽博物理制造的運行系統(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)設備，開發(fā)優(yōu)化資源配置的運行技術(shù)。
(7)虛擬指導下的認證。開發(fā)先進技術(shù)、建模仿真和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，預測新材料、新設計和新制造工藝的性能，減少產(chǎn)品和工藝創(chuàng)新的成本、認證周期和風險。
這些項目共將得到2500萬美元的資金，其中數(shù)字制造與設計創(chuàng)新機構(gòu)代表聯(lián)邦政府出資1250萬，工業(yè)界和學術(shù)界組成的勝出團隊以1:1的“成本共擔”比例自籌1250萬。招標結(jié)果將于2015年7月-8月公布，項目預計持續(xù)12-24個月，最終目標是將技術(shù)成果迅速轉(zhuǎn)化到工業(yè)界。
數(shù)字制造與設計創(chuàng)新機構(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)字制造和設計技術(shù)是智能制造的基礎(chǔ)和中樞。這些項目專為促進智能工廠的持續(xù)創(chuàng)新，以及向下一次工業(yè)革命演進而設立。機構(gòu)的成員正在繪制美國智能制造的藍圖，我們邀請美國企業(yè)積極參與項目競標。”
美國政府還于2014年12月啟動了國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡中第8個創(chuàng)新機構(gòu)即“智能制造創(chuàng)新機構(gòu)”的競標，該機構(gòu)將由能源部牽頭組織建設。能源部給智能制造下了一個嶄新的定義：智能制造是先進傳感、儀器、監(jiān)測、控制和過程優(yōu)化的技術(shù)和實踐的組合，它們將信息和通信技術(shù)與制造環(huán)境融合在一起，實現(xiàn)工廠和企業(yè)中能量、生產(chǎn)率和成本的實時管理。我認為，已經(jīng)在智能美國理念下推進智能制造多年的美國智能制造領(lǐng)導力聯(lián)盟將極有可能勝出。屆時，兩個機構(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方面，多方發(fā)力，有機互補，共同助力美國智能制造的發(fā)展與美國工業(yè)的變革。
