智能制造与国家创新体系——美国发展先进制造业的举措及启示

    美国政府促进先进制造业发展的重大举措

    奥巴马政府为实施“重振美国工业”战略，并非简单地恢复美国传统制造业增长势头，而是重点培育发展高端先进制造业新增长点，以抢占新一轮科技发展的制高点。为此出台了一系列举措，特别是整合政府、学术界和企业界的资源，构建全国先进制造业创新网络，以“确保新一轮产业革命发生在美国”。

    创建全国制造业创新研究网络（NNMI）。2012年2月美国总统行政办公室和国家科技委员会公布《先进制造业国家战略计划》，正式将先进制造业提升为国家战略。这一战略计划提出了五个目标：一是通过培育更有效率的联邦能力和设施的使用，加速对先进制造业技术的投资；二是增加正在发展的先进制造业部门需要的有技能的工人数量，使教育和培训系统对技能需求做出积极反应；三是建立和支持全国和地区的公私、政府—企业—高校之间的合作，以促进对先进制造技术的投资和资源配置；四是通过采取跨部门的投资组合优化联邦政府先进制造业投资并适时调整；五是增加美国公共部门和私人部门对先进制造业研发的总投资。

    同年3月，奥巴马政府出台了与企业、大学、社区共同建立全国制造业创新研究网络的倡议，提出由联邦政府出资10亿美元，在10年内创建15个制造业创新研究所（IMI）。IMI是以德国弗劳恩霍夫研究所为蓝本，美国将建立15个独特的研究所作为区域制造业创新中心。每个创新制造研究所将由一个非盈利性组织独立运行，组成公私伙伴关系，旨在充分利用现有资源，促进产业界、大学和政府机构之间的合作投资。该网络旨在解决美国经济和创新政策的矛盾——联邦研发投资和税收优惠政策与相应的鼓励源自该研发的技术和产品的国内制造的不匹配。创新制造研究所的目标是开发、展示和商业化国内生产的新产品和新工艺，以及为提升国内制造能力培训各种技能水平的制造业工人。其活动包括应用研究和示范项目，以减少商业化新技术的成本和风险。2013年根据形势发展，奥巴马政府又提出了10年内创建45个制造业创新研究所的倡议。

    制造业创新研究所的合作伙伴包括企业、大学、科技实验室、非营利组织、联邦政府、州及地方政府等。原则上，每个制造业创新研究所得到联邦政府资助7000万美元以上，非联邦政府及其他机构以大于1：1的比率提供配套资金。在初期，以联邦政府资金投入为主，两三年后逐渐减少，研究所的私人部门资金增多；5至7年创新研究所通过会员费、收费服务、合同研究、产品试制等方式获得收入，逐步实现自负盈亏。创新研究所的产生是通过公开竞标方式进行的，其遴选过程由美国商务部、国防部、能源部、航空航天署、国家科学基金会等政府机构及制造企业、大学等代表组成的先进制造业计划办公室统筹管理。具体做法是，由跨部门技术专家组成的评审小组对拟议中的创新研究所进行竞争力评估，中标团队一般在年内公布。每个制造业创新研究所成立一个独立的董事会，核心企业、高校等领导人担任董事会成员，董事长往往由关键企业领导人担任，负责研究所的运营，是一个区域制造业创新中心，研发推广活动集中于某一种前沿性技术或流程，注重技术优势与产业优势的无缝对接，建立一个产业集群，共享关键设备和基础设施，并进行职业培训和提高员工技能。设立制造业创新研究所有助于高校、企业和各级政府形成合力，开发尖端技术，加速技术及产品创新，降低新技术商业化的成本和风险。

    截至2015年1月，奥巴马政府在敦促美国国会通过资助这一倡议的法案的同时，已经通过行政命令启动了五个制造业创新研究所。

    第一个是2012年8月宣布在俄亥俄州扬斯顿设立增材制造业创新研究所（The National Additive Manufacturing Innovation Institute），着重研发和推广3D打印技术等。其中，美国国防部、能源部、商务部、国家科学基金和国家航空航天署等5家政府部门承诺共同出资4500万美元，首笔资金为3000万美元；由俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州的企业、学校和非营利性组织组成的联合团体出资4000万美元。目前该研究所由大约85家企业、13所研究性大学、9个社区学院和18个非营利组织共同参与运营。据不完全统计，该制造研究所迄今进行的研究项目已超过了20个。

    第二个是2014年1月宣布在北卡罗来纳州罗利建立新一代电力电子制造业创新研究所（The Next Generation Power Electronic Manufacturing Innovation Institute），旨在打造更加智能化、可靠安全、低成本且节能环保的21世纪电力网络。由美能源部牵头并承诺5年出资700万美元，参与者包括近30家企业和大学及其他非政府组织等，这些参与者将提供700万美元的配套资金。

    第三个是2014年2月宣布在伊利诺伊州芝加哥建立数字制造和设计技术创新研究所（The Digital Manufacturing and Design Innovation Institute），旨在进行数字化设计、工程和制造等过程的技术和流程研发与应用。商务部等将提供700万美元基金，该研究所将通过融资等方式获得2.5亿美元，使整个研究所资金规模达到3.2亿美元。参与单位包括70多家全美顶尖制造商和软件设计商、23家大学或社区学院及9个非营利组织。

    第四个是同年2月宣布在密歇根州底特律建立轻型现代金属制造业创新研究所（The Lightweight and Modern Metals Manufacturing Innovation Institute），这一金属将主要用于军民两用汽车、机器设备、船舶、飞机制造。国防部主导并承诺出资700万美元基金，非联邦的配套资金将为780万美元，研究所资金规模将达1.48亿美元，参与研发并出资的非联邦政府单位包括34家大公司、9家大学和17个非营利组织。

    第五个是2015年1月宣布在田纳西州诺克斯维尔建立先进复合材料制造创新研究所（The Advanced Composite Manufacturing Innovation Manufacturing Institute），由能源部主导。该研究所将研发和生产比钢更轻更强的材料，用于制造飞机、军用车辆、卫星及豪华轿车等，达到低成本、高速和节能制造目标。该研究所投资总额将达2.5亿美元，其中能源部出资7000万美元，由企业、大学、实验室和非盈利组织组成的联合团体将提供至少1.8亿美元的配套基金。该研究所的参与单位包括57家企业、15所大学及其实验室、14家其他实体和36个联合团体成员。

    此外，2015年内奥巴马政府还将建立四个制造业创新研究所。一是将成立集成光电子制造创新研究所（The Integrated Photonics Manufacturing Institute），由国防部主导。国防部将出资1亿美元，通过竞标选择的参与者也将承诺提供1亿美元的配套基金。该研究所将专门开发一个所谓“从终端到终端”的美国光电子“生态系统”，包括国内铸造接驳、集成设计工具、自动包装、组装和测试，以及人力资源开发等项目。集成电光子制造是新一代重要的技术，有可能彻底改变互联网网络的承载能力，以比目前更大的密度和更低的成本传输信息。除了互联网和电信，集成光电子技术还能对医疗技术产生革命性影响。

    二是国防部将出资7500万美元作为启动基金，组建“灵活的混合型电子制造创新研究所”（Flexible Hybrid Electronics Manufacturing Innovation Institute）。以主要企业、大学及其他非营利机构组成的研究所将投资7500万美元作为配套基金。该研究所将设计、制造最先进的集成电子设备和传感器，以及组装和测试自动化设施。

    三是美国能源部宣布将组建“智能制造的清洁能源制造创新研究所”（Clean Energy Manufacturing Innovation Institute on Smart Manufacturing），该部将出资约7000万美元，由企业、大学等组成的研究所也将投资7000万美元。该研究所将制造先进的传感器、控制装置、平台和建模等。它是一个网络数据驱动的过程，结合创新的自动化和先进的传感和控制技术。智能制造可以将制造智能实时融入整个生产操作过程，同时最大限度地降低能源、材料的使用成本。在白宫先进制造合作伙伴2.0报告中，智能制造被私营部门和高校领导人定义为需要联邦政府投资的最高优先级的制造技术领域之一。

    四是国防部承诺出资7500万美元建立“革命性纤维和纺织品创新制造研究所”（Revolutionary Fibers and Textiles Institute for Manufacturing Innovation）。主要厂商、大学和非营利机构组成的实体将形成革命性的纤维和纺织品的技术新制造中心，以至少1∶1的成本份额从企业、公共和私人投资基金带来了超过1.5亿美元。革命性纤维和纺织品创新制造研究所将确保美国在光纤科技、商业化的纤维和纺织品等新产品的前沿创新技术制造链中具有非凡的性能。被称为技术纺织品的这些现代面料和纤维具有轻、防火及坚韧等新颖特性，应用广泛，特别是用于制作消防衣、军用品等。

    促进先进制造业发展的配套政策举措。首先，完善技术创新政策。2009年12月奥巴马政府公布的《重振美国制造业框架》中提出，要通过制定国家创新战略、法律框架等举措，促进制造业创新、研发和劳动力技术提升。在2012年2月提出的《先进制造业国家战略计划》中，又将完善创新政策作为发展先进制造业的首要目标。奥巴马政府加大对先进制造业研发及其基础设施的投入，通过税收优惠，特别是加快设备折旧和研发活动永久性税收减免等，支持制造业科技研发和应用。奥巴马政府在近几年联邦财政紧缩情况下仍增加对先进制造业研发计划拨款，支持创新性制造流程，加强对纳米制造、生物制造、工业机器人、3D打印、先进设计、新一代信息网络、物联网、先进材料及国防科技工业等领域的投资。

    其次，改善美国投资经营环境，鼓励和促进制造业“内包”。2012年1月，奥巴马在白宫举行的美国企业高层论坛上，提出要给在国内投资的美国企业提供新税收优惠政策，鼓励美国企业在国内投资，以扭转就业岗位“外包”趋势，将就业岗位的“外包”转变为“内包”。奥巴马政府采取如下鼓励制造业“内包”的政策举措：通过改革美国公司税制，将制造业公司税率从35%降至25%，并终结企业外包海外的税收优惠，以鼓励和支持制造商投资美国；通过改革投资美国的审批制度，简化审批手续并加快审批程序，以吸引外国企业投资美国及美国海外企业回流本土；通过政府与社区建立新的伙伴关系，吸引制造商及其供应链；通过实施“选择美国计划”，与州长和市长建立伙伴关系，以吸引全球跨国企业对美国投资。

    再次，为美国制造业创造公平竞争和开拓海外市场的条件。2010年初，奥巴马政府出台五年内“出口倍增计划”，提出2014年美国出口额比2009年增长一倍。奥巴马政府还改革美国“出口控制体系”，旨在控制美国核心技术出口、使美国更加安全的同时，加强美国关键行业的出口竞争力。此外，奥巴马总统还宣布任命由美国大企业首席执行官等组成的总统出口顾问委员会，负责就如何促进美国出口向总统建言献策。近年来，奥巴马政府还着力推进跨太平洋伙伴协定（TPP）和跨大西洋贸易与投资伙伴协定（TTIP）的谈判，通过商签新的自由贸易协定，不仅为美国企业进一步拓展亚欧市场提供更加便利的条件，更是为了打造“下一代高标准的自由贸易协定”，以占领全球经贸新规则制定的制高点。这些自贸协定不仅降低关税和非关税壁垒，还涵盖劳工标准、环保标准、国有企业等问题。美国政府着力构建与新制造业发展相协调的新的贸易规则，将为美国制成品出口创造新的国际竞争优势，拉动制造业快速增长；同时也将提高美国制成品进口的门槛，如美国政府和消费者会要求进口产品符合国内节能环保、降低排放等标准，并对来自外国国有企业的产品设置新限制标准。此外，美国政府还将通过商签TTP和TTIP等新协定，以新规则规范新兴经济体经贸行为，抵制并削弱后者的产业竞争力，从而重塑美国自身制造业竞争优势。

    最后，改革教育、签证制度，确保美国制造业获得所需人才通道畅通。奥政府通过改革教育特别是中小学教育制度，增加对中小学、社区学院和高校教育投资，以及加强职业教育和培训等措施，为美先进制造业培养适用对路的科技人员和熟练劳动力。推广非学位制培训计划，颁发相应资质证书，相较于二至四年的学位学习，短期培训所需时间更短，效果却更明显，可直接提供职位所需技能。提升二至四年学位的教育成果，增强劳动力市场透明度，帮助学生了解市场现状、职位空缺、薪资标准及发展前景，选择合适专业；侧重技能培养，增加实践教学，完善专业设置，避免与市场需求脱节；开发网络，激发学生兴趣，关注学生成绩，提高学业完成率。教育改革聚焦于开发科学、技术、工程和数学（STEM）技能等课程，开发灵活的教育渠道，通过社区学院、职业贸易学院和工作培训项目等培养STEM能力。为美国中、大学生开发联邦基金项目，使制造业成为具有长期高回报的重要产业。向州立大学提供资助，以在STEM方面吸引高水平学生和增加毕业生人数。此外，通过改革签证和绿卡程序等，吸引高技能人才移民。增加H－1B签证（由美国移民局签发的短期非移民工作签证，针对受美国公司雇佣从事专业性工作的外籍人士），调整永久居留签证发放对象，简化技术工人及企业家签证过程。借鉴外国的签证经验，成功吸引和留住一流的STEM人才，并为企业雇用海外优秀人才创造有利条件。

    先进制造业正成为美国经济新增长点

    先进制造业发展将对美国经济和就业增长产生直接或间接影响。技术密集型产业占美国制造业附加值的50%和就业的40%，随着先进制造业创新研究所的相继建立，美国中西部传统制造业“铁锈带”地区将转变为“科技带”，直接扩大生产和就业，提高出口竞争力并扩大制成品出口，也有助于美国经济和就业增长。据麦肯锡全球研究所估计，如果知识型制成品贸易逆差占GDP比例从2012年的2%降至2020年的1.3%，则美国GDP每年将增加2000亿美元，创造60万个就业岗位；如制成品贸易逆差降至1990年的水平，则到2020年美国GDP每年将增加5900亿美元，创造180万个就业岗位。

    美国制造业回流本土将持续并对美国经济产生积极影响。近年来，除卡特彼勒、通用电气、福特汽车等传统企业外，谷歌、苹果、摩托罗拉等高新技术产业公司已经或计划将其部分业务迁回其母国。据美国波士顿咨询集团（BCG）预测，制造业回流趋势还将持续较长时期，美国企业将不仅从新兴市场经济体回流，也从欧洲等发达经济体回迁。究其原因：第一，中国等新兴市场劳动力成本优势削弱，而美国制造业生产综合成本下降。据美国安永会计公司的数据，自2001年以来中国的薪资水平上升了400%，而美国的单位劳动力成本自1995年以来下降了12%。第二，美国企业海外经营面临供应链因自然灾害或政治动荡而中断、交货不及时、知识产权保护不力、运输成本提高等隐性风险。第三，非常规能源革命导致美国能源供应增大和价格降低，降低了美国国内制造业生产经营成本，从而将吸引能源产业及其他相关产业的美国跨国公司将部分业务回迁美国本土。BCG发表的研究报告声称：美国制造业成本优势已经显现，“美国制造”时代即将来临，电脑和电子产品、家电和电气设备、机械设备、家具、金属制品、塑料和橡胶、运输工具等七大产业面临重要拐点。制造业回流将使美国经济获益匪浅，带动了美国制造业的就业和生产增长，增强了美国制造业的复兴势头。据波士顿咨询集团估计，由于美国制造业从中国等新兴市场、欧洲和日本等回流及其竞争力提高，2016～2020年美国每年出口将增加700亿至1150亿美元，其中三分之二是从欧洲和日本等发达经济体回流的结果；制造业回流将使美每年的GDP增加1000亿美元，并创造60万至100万个制造业工作岗位和超过100万个服务业就业机会。

    美国制造业竞争力提高。前国际金融公司总裁范阿格塔米尔认为，在根本层面上，美国制造业比人们所预期的更具竞争力，“创意回应”比预期来得更早，机器人、3D打印等技术的到来，已经使美国从普通制造业转向“头脑制造业”。美国“脑带”的增长已替代陈旧的“锈带”，他指出，创新中心正在美国各地涌现出来，包括明尼阿波利斯、亚克朗市或博尔德以及知名大学周围地区。展望未来10年，他预计美国的信心会增强（就像20世纪70年代之后的日本那样），制造业将会迸发更多创新，并且会“为了争取数十亿的新兴市场消费者爆发一场重大战斗”。

    先进制造技术将有助于美国引领第三次产业革命。第三次产业革命已初露端倪，其最大特点是制造数字化改变产品生产方式，减少能源和原材料消耗，降低制造业碳排放。第三次产业革命是数十年来信息通信、人工智能、纳米和新材料等先进技术开发创新应用，以及大数据和物联网等启用的结果。着眼于第三次产业革命，美国科技和产业界联袂进行科技创新、开发和推广，科技创新的突破正催生一大批新兴产业。可再生能源技术取得新进展，生命科学、先进材料、先进制造、新一代信息通信等领域也蕴含着不少有重大潜力的新技术。新技术的问世和应用及产业融合，正催生许多新兴产业，并深刻改革美国制造业格局。可预见，目前与未来美国新兴先进制造业将集中在与其最近技术研发应用密切相关的领域。根据美国政府2011年和2012年发表的有关先进制造业《总统报告》所提及的着力推进发展的先进制造业和技术领域，新兴产业应主要包括如下方面：可再生能源产业，新能源汽车，先进传感、测量和过程控制技术，先进材料的设计、合成与加工，可视化、信息学和数字制造技术，纳米制造，可持续制造，柔性电子制造，生物制造和生物信息学，增材（即3D打印）制造，先进制造和测试设备，工业机器人，先进成型相和合成制造等。

    随着数字、网络、激光、纳米、机器人、先进材料等新技术及其分科技术的应用加快，新的产业革命正引发美国乃至全球制造业重大变化，制造业具有与过去不同的面貌和特点：数字化制造、网络化制造、个性化制造、可持续制造、服务化制造、小型化制造、“本地化制造”和“利基”式制造。

    美国做法对我国制造业发展的启示

    发展高端新兴制造业的使命是迎接新一轮产业革命。全球正出现以信息网络、智能制造、新能源和新材料为代表的新一轮产业革命。美国奥巴马政府重视先进制造业发展和建立全国制造创新网络，是为了保证新一轮产业革命首先发端于美国；德国提出工业4.0战略，也是为了在新一轮产业革命中占领高端制造业的制高点。我国宜通过实施“中国制造2025”推进信息化和工业化深度融合，在新一轮产业革命中实现制造业的跨越式发展。对中国而言，实现制造业向高端转型升级至关重要，但这不能以放弃广大传统产业的优势为代价，而是在培育发展新兴产业的同时，还要以智能制造和绿色制造对传统产业改造升级，提升传统制造业的竞争力。

    任何时候都应该重视制造业的发展。尽管美国制造业整体走下坡路，但美国政府、企业及学术等各界均十分重视制造业发展、转型和升级，特别是当下美国把发展先进制造业当作首要任务，不仅是为了在新一轮产业革命的竞争中要“赢得未来”，更重要的是维护美国制造业强国的地位，继续发挥制造业在美国经济发展、扩大出口、科技创新、节能环保和国家安全等方面的关键作用。我国虽然已成为第一制造业大国，但要成为制造业强国依然任重道远。在劳动力成本上升和人民币升值等因素的影响下，我国一些传统优势制造业开始出现制造环节向国外转移的情况。应吸取美欧“去工业化”的教训，避免走美国国内制造业空心化后“再工业化”的老路。

    实现制造业高端化和智能化需要进一步开放，特别是进一步改进引资的环境。我国制造业一直离不开对外开放和吸引外资，未来推进“中国制造2025”战略目标也要在深化改革开放，而不是在封闭条件下进行，需要继续吸引美欧先进制造业企业的新技术及经营管理经验。美国政府通过出台“选择美国”计划、改革税制、简化引资审批手续、改革签证制度等重要举措，大量吸引美国先进制造业“回流”和其他国家的高新技术企业赴美投资。我国宜继续保持吸引外资特别是高端产业引进与对外产业转移的双向开放，在开放中进一步优化、提升和做强我国制造业。

    借鉴美国建立全国制造创新网络的经验，推进我国区域创新系统建设和新兴产业的合理区域布局。美国计划建立45个制造业创新研究所（中心），基本上是分别设在45个不同的州，根据各州的资源禀赋和产业技术优势来安排的，领域不会重复。从目前9个创新中心来看，各州的产业技术领域不同且针对性很强。近年来，全国多个地方都在谋划智能制造发展，许多省市都在摩拳擦掌，或成立机器人、工业4.0或工业互联网等与智能制造相关的联盟，或出台具体产业规划。我国推进“中国制造2025”宜借鉴美国经验，加强政府对制造业发展和全国区域布局的引领作用，强化全国一盘棋意识，合理安排创新系统建设和新兴产业布局，防止一哄而上的无序发展。

    加强企业、高校与地方政府之间的协调合作，最终让后者在开发和应用高端制造技术方面发挥主角作用。美国崇尚自由市场经济，但还是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，建立创新制造研究所。我国应借鉴美国有关经验，加强官产学研的协调合作，通过政府初始基金撬动更多社会资金，使其投入到制造业新技术研发和产业化这一中间环节。完善我国政府和社会资本合作模式（PPP），并通过税收、投融资等扶持政策，培育良好的创新创业环境，使产学研在技术创新和应用等重要环节唱主角。