1 影響美國先進制造業(yè)創(chuàng)新和競爭力的9大關鍵因素

(1)技術的快速發(fā)展及其與經(jīng)濟的結合，正在改變產(chǎn)品和服務的構思、設計、制造、分發(fā)和支持的方式；

(2)先進制造業(yè)的增長需要先進的技術型基礎設施；

(3)對先進制造業(yè)的投資依賴于可靠和可預測的知識產(chǎn)權；

(4)新興市場、出口和貿(mào)易受到先進制造業(yè)的影響；

(5)先進制造業(yè)領先地位需要得到能夠保護和促進美國工業(yè)的貿(mào)易政策的支持；

(6)制造業(yè)帶動全球經(jīng)濟；

(7)穩(wěn)固的國防工業(yè)基礎及具有彈性供應鏈能力的國內(nèi)制造業(yè)部門，對國家安全和繁榮至關重要；

(8)先進制造業(yè)勞動力需要具備科學、技術、工程和數(shù)學(STEM)方面的知識基礎；

(9)先進制造業(yè)需要聯(lián)邦、州和地方政府的共同支持。

2 美國先進制造業(yè)的戰(zhàn)略愿景

報告圍繞美國旨在實現(xiàn)的“維持美國先進制造業(yè)的領先地位，以確保國家安全和經(jīng)濟繁榮”愿景目標，提出3大戰(zhàn)略措施及目標：

(1)開發(fā)和推廣新的制造技術 包含5個具體目標：奪得智能制造領域的未來市場、開發(fā)世界領先的材料和加工技術、確保通過本土制造獲取醫(yī)療產(chǎn)品、保持電子設計和制造的領先地位、加強食品和農(nóng)業(yè)制造業(yè)的機會。

(2)教育、培訓和勞動力輸送 包含4個具體目標：吸引并培養(yǎng)未來勞動力、更新并擴大職業(yè)和技術教育途徑、推廣學徒制并獲得業(yè)界認可的證書、實現(xiàn)技術工人與所需行業(yè)相匹配。

(3)擴大國內(nèi)制造業(yè)供應鏈能力 包含4個具體目標：增加中小型制造商在先進制造業(yè)中的作用、鼓勵制造業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建立、加強國防制造業(yè)基礎研究、加強農(nóng)村社區(qū)先進制造業(yè)的發(fā)展。

3 高性能先進材料的重要地位

報告指出，未來新興市場將由多種技術進步共同驅(qū)動，包括智能制造和數(shù)字制造系統(tǒng)、工業(yè)機器人、人工智能、增材制造、高性能材料、半導體和混合電子、光子學、先進紡織品、生物制造、食品和農(nóng)業(yè)制造業(yè)等。

報告中特別強調(diào)，高性能先進材料對于開發(fā)新產(chǎn)品以及國家和經(jīng)濟安全至關重要。它們的應用涉及國防、能源、運輸、航空航天和醫(yī)療保健等多個工業(yè)部門。但不幸的是，一般從材料發(fā)現(xiàn)到市場應用需要20年甚至更長的時間。通常,材料的性能推動其應用，先進材料的定義也往往取決于材料的預期應用。例如，目前的先進材料可以包括用于高超聲速飛行器的極端溫度復合材料、高能材料、高強度輕金屬合金、合成生物材料、用于先進過濾系統(tǒng)的防腐膜、用于發(fā)電廠高效渦輪機的超高溫結構材料等等。

美國正積極準備開發(fā)世界領先的先進材料及加工技術，此目標包含高性能材料、增材制造和關鍵材料研發(fā)3個技術優(yōu)先方向：

(1)高性能材料：現(xiàn)代輕質(zhì)金屬、復合材料和其他先進材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，在國防、能源、運輸和其他部門具有顯著提高材料性能的潛力。美國一部分高科技公司使用昂貴的先進材料和加工技術，使其產(chǎn)品性能保持在國際最前沿；而另外一部分公司則是大批量、低成本生產(chǎn)的領導者，在降低生產(chǎn)成本方面具有豐富的經(jīng)驗。若非競爭對手，高技術型公司和大批量生產(chǎn)型公司之間可進行專業(yè)知識轉(zhuǎn)移，這樣既可以降低高性能產(chǎn)品的成本，又可以提高低成本產(chǎn)品的性能，為整個行業(yè)帶來顯著益處。使用高性能計算預測材料行為的強大新方法將促進這種知識轉(zhuǎn)移，例如材料基因組計劃開創(chuàng)的計算方法，可以計算出先進材料系統(tǒng)在加工和使用中的可能屬性，從而最大限度地減少目前設計新材料所需要的昂貴且耗時的實驗。

(2)增材制造：使用三維印刷和相關技術直接創(chuàng)建結構材料的能力，正在從每個部件的成本到系統(tǒng)性能多方面，深刻地影響著美國的商業(yè)和國防制造。例如，單片高性能金屬零件的增材制造可以為航空航天領域帶來可觀的重量減輕和性能提升。類似的，生物細胞印刷有望在未來直接培育出人體組織和器官。

報告指出，增材制造在制造行業(yè)的充分應用取決于能否可靠地設定加工參數(shù)，從而在不同機器和不同地點之間產(chǎn)生可靠和可重復的生產(chǎn)，需要機器/工藝標準化和可靠成分的材料質(zhì)量。隨著增材制造生產(chǎn)能力的擴大，需要在基礎研究的支持下進行新的標準化工作，以確保生產(chǎn)零件的可重復性和可靠性。

另外，在過程控制和過程監(jiān)控方面還需繼續(xù)進步，以確保增材制造技術成為可行的生產(chǎn)替代方式。研究開發(fā)新的方法來測量和量化材料和加工技術之間的相互作用，以更好地理解材料-工藝-結構關系。建立新的標準來支持增材制造過程數(shù)據(jù)的表示和評估，以確保零件的質(zhì)量和重復性。擴大研究工作，將計算技術應用于增材制造技術，包括仿真和機器學習。

(3)關鍵材料：包括關鍵礦產(chǎn)資源，它們是支撐美國能源生產(chǎn)、國防技術、工業(yè)品和整體經(jīng)濟的眾多先進技術的關鍵組成部分，它們都面臨資源枯竭的風險。這些材料通常具有獨特性質(zhì)，難以用替代材料系統(tǒng)復制。然而，由于缺乏強勁而有彈性的國內(nèi)生產(chǎn)能力，使得某些關鍵材料的供應鏈明顯脆弱。