美國(guó)制造
關(guān)注創(chuàng)建者：UltraLAB 創(chuàng)建時(shí)間：2020-10-15
美國(guó)制造的實(shí)例教程
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作者：林雪萍
國(guó)人愉快的國(guó)慶期間，美國(guó)人一點(diǎn)都沒閑著。除了副總統(tǒng)聲嘶力竭的指責(zé)猶在耳邊，美國(guó)智庫(kù)也新鮮出爐了一份制造業(yè)立國(guó)的報(bào)告。看到了嗎？美國(guó)上下都在忙乎制造業(yè)。最近一年來，應(yīng)該是美國(guó)智庫(kù)機(jī)構(gòu)最忙碌的時(shí)刻，為貿(mào)易、為制造出謀劃策。貿(mào)易逆差，只是前臺(tái)布偶；一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，才是后臺(tái)的關(guān)鍵吊線。
圖1 美國(guó)先進(jìn)制造領(lǐng)導(dǎo)力的戰(zhàn)略報(bào)告
這是美國(guó)國(guó)家科技委NSTC下屬的先進(jìn)制造技術(shù)分委會(huì)，最新撰寫的報(bào)告。重點(diǎn)仍然是如何激活美國(guó)制造的創(chuàng)新力，從而維持美國(guó)在全球先進(jìn)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。它提出了三個(gè)目標(biāo)：發(fā)展和推廣制造新技術(shù)、培育先進(jìn)制造業(yè)所需要的新勞動(dòng)力、建立可控的彈性產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，以及相對(duì)應(yīng)的舉措。
在這里，對(duì)這三個(gè)具體的目標(biāo)和舉措，不做整體介紹，讀者可以自行翻閱報(bào)告。然而，它的前半部分所體現(xiàn)的“美國(guó)先進(jìn)制造的戰(zhàn)略觀”，非常耐人尋味。筆者通過編譯和點(diǎn)評(píng)，希望國(guó)內(nèi)讀者可以理解美國(guó)最高智庫(kù)關(guān)于先進(jìn)制造的戰(zhàn)略視角。無疑，這是影響美國(guó)未來高端制造的制高點(diǎn)。
整體觀點(diǎn)
該報(bào)告認(rèn)為，美國(guó)制造業(yè)的進(jìn)步，在20世紀(jì)美國(guó)全球經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)地位中扮演了一個(gè)重要的角色。然而，從1990年代開始到現(xiàn)在，發(fā)生了巨大變化。美國(guó)制造業(yè)就業(yè)人數(shù)大幅下降，而在2008年經(jīng)濟(jì)衰退期間，下降速度加快。以制造業(yè)就業(yè)水平為撓癢癢棒，報(bào)告順便“歌頌”了特朗普政府的暴風(fēng)驟雨的行動(dòng)。
展開 這將對(duì)今后美國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)的政策，起到巨大的引導(dǎo)作用。
美國(guó)先進(jìn)制造戰(zhàn)略的評(píng)估解讀
在工業(yè)基礎(chǔ)能力調(diào)研的同時(shí)，作為美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（NSTC）下屬的先進(jìn)制造委員會(huì)（SAM），本月也推出了《美國(guó)先進(jìn)制造全球領(lǐng)導(dǎo)力的戰(zhàn)略》（詳情解讀，參見：美國(guó)先進(jìn)制造的戰(zhàn)略觀 | 靠什么保障美國(guó)高端制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力）報(bào)告。
圖5 美國(guó)先進(jìn)制造評(píng)估報(bào)告
這個(gè)評(píng)估報(bào)告的目的很簡(jiǎn)單，就是要維持美國(guó)在工業(yè)領(lǐng)域先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。它提出了三個(gè)方向：新技術(shù)轉(zhuǎn)化、勞動(dòng)力和供應(yīng)鏈。如果熟悉美國(guó)制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（Manufacturing USA）的讀者，就會(huì)了解后者的三大目標(biāo)正是科技成果轉(zhuǎn)化、勞動(dòng)力和生態(tài)。
二者的訴求，有異曲同工之妙，代表美國(guó)先進(jìn)制造的三個(gè)堅(jiān)定的支點(diǎn)。
表1 目標(biāo)和任務(wù)
在“抓住未來的智能制造系統(tǒng)”中，提出了四個(gè)支點(diǎn)。一個(gè)是smart制造和digital制造。前者重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是傳感器、控制、平臺(tái)和算法，而后者的重點(diǎn)，則是企業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)，通過流動(dòng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無縫集成。為此報(bào)告中還提了下一個(gè)四年的行動(dòng)計(jì)劃，通過大數(shù)據(jù)分析、先進(jìn)的傳感、控制技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)制數(shù)字化轉(zhuǎn)型，也建議國(guó)家優(yōu)先支持實(shí)時(shí)建模和仿真，以及對(duì)歷史數(shù)據(jù)的挖掘，以更好地揭示和使用既有的專業(yè)知識(shí)。
圖6 美國(guó)智能制造系統(tǒng)的范疇
除了對(duì)機(jī)器人和人工智能的關(guān)注，報(bào)告還重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全。隨著智能制造產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)，美國(guó)制造業(yè)越來越感到防止惡意攻擊和反數(shù)據(jù)盜版的需要。
展開 Intel CEO Pat Gelsinger宣布考慮去歐洲建廠的發(fā)言就是一個(gè)很明確的信號(hào)，即如果CHIPS法案的撥款得不到通過，美國(guó)的半導(dǎo)體制造行業(yè)將會(huì)進(jìn)一步衰退。
美國(guó)半導(dǎo)體制造行業(yè)陷入困境的根本原因
美國(guó)半導(dǎo)體制造行業(yè)曾經(jīng)輝煌一時(shí)。在半導(dǎo)體行業(yè)剛剛興起的時(shí)候（上世紀(jì)五十年代），幾乎所有的半導(dǎo)體制造都在美國(guó)本土完成，而Intel也以摩爾定律的速度引領(lǐng)全球的半導(dǎo)體制造技術(shù)高速迭代和發(fā)展。然而，時(shí)至今日，根據(jù)波士頓咨詢和美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）的報(bào)告，美國(guó)僅有12%的全球半導(dǎo)體制造份額。
從幾乎獨(dú)占所有市場(chǎng)到僅剩十分之一，美國(guó)半導(dǎo)體制造行業(yè)的衰退可見一斑。其中最主要的原因首先是成本，第二是行業(yè)生態(tài)，包括上下游供應(yīng)鏈等。
與其他國(guó)家，尤其是亞洲相比，美國(guó)的半導(dǎo)體制造成本明顯要高，這些成本一方面來自于美國(guó)的建設(shè)成本較高，另一方面也來自于美國(guó)的人才成本。美國(guó)雖然能提供最尖端的技術(shù)人才儲(chǔ)備，但是對(duì)于半導(dǎo)體制造行業(yè)需要的工程人才卻儲(chǔ)備不足，根據(jù)美國(guó)Eightfold AI的行業(yè)報(bào)告，美國(guó)目前半導(dǎo)體制造行業(yè)的人才缺口為70000到90000，比例高達(dá)50%。換句話說如果需要在當(dāng)下立馬把人找齊就會(huì)需要付出更高的成本。這一點(diǎn)在上個(gè)月TSMC的發(fā)布會(huì)上也得到了印證，TSMC的劉德音表示在美國(guó)亞利桑那建廠招募人才比預(yù)想中要難不少。當(dāng)然，成本問題可以由政府補(bǔ)貼的形式來部分解決，這也是美國(guó)在政府宣布大手筆補(bǔ)貼計(jì)劃后有許多半導(dǎo)體巨頭想要加大投資的原因，但是一旦這樣的補(bǔ)貼無法實(shí)現(xiàn)那么成本將會(huì)是美國(guó)半導(dǎo)體制造行業(yè)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要原因。
臺(tái)積電主席劉德音在年度股東大會(huì)上討論美國(guó)建廠遇到的困難
除了成本之外，整體供應(yīng)鏈也是限制美國(guó)半導(dǎo)體制造的一個(gè)原因。
展開 其實(shí)特斯拉電動(dòng)車全球一騎絕塵，而它在制造方面的造詣，絕不次于汽車巨頭。無論是將飛船材料用于汽車，還是將70個(gè)鑄件通過最大的一體成型機(jī)壓鑄成只需要一個(gè)零部件，還是將幾公里長(zhǎng)的線束志在壓縮到百米之內(nèi)，特斯拉都呈現(xiàn)了驚人的制造洞見。而最近五年特斯拉一共收購(gòu)的8家公司之中，有7家都跟制造和自動(dòng)化有關(guān)。 美國(guó)制造工廠的確是外包，但美國(guó)制造體系卻從來沒有外包。恰恰相反，制造體系仍然牢牢掌握在美國(guó)企業(yè)手中。而在國(guó)際化外包的過程中，中國(guó)制造商得以接觸到這樣的制造體系，制造水平也得到大幅度提升。當(dāng)我們驚嘆于蘋果、特斯拉的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和營(yíng)銷的同時(shí)，不要忘記其背后的制造體系更是需要借鑒和學(xué)習(xí)的地方。
展開 想象下美國(guó)的情況，制造業(yè)工廠現(xiàn)在基本很少了，即便那些仍然如雷貫耳的美國(guó)制造業(yè)巨頭，他們也只是在美國(guó)研發(fā)，工廠大多搬到了中國(guó)和東南亞國(guó)家。高科技、互聯(lián)網(wǎng)、金融又都是非常集中的產(chǎn)業(yè)，集中在加州、紐約。那其他地方可能就沒有什么產(chǎn)業(yè)了。制造業(yè)的重要性在于，只有制造業(yè)是可以分散到各地的。沒有制造業(yè)必然出來很多鬼城，美國(guó)大多數(shù)城市如今都有點(diǎn)蕭條的感覺了，大部分當(dāng)?shù)鼐用窨赡苤荒苋ゲ宛^家政這類服務(wù)業(yè)工作了。
比制造業(yè)工廠離開美國(guó)更嚴(yán)重的是，即便現(xiàn)在美國(guó)人想要制造業(yè)重新回歸美國(guó)也已經(jīng)很難做到了。制造業(yè)文化和制造業(yè)所需要的技術(shù)工人都已經(jīng)很缺乏了。威斯康星州給予富士康40億美元的稅務(wù)減免和其他激勵(lì)措施后，才把富士康拉到美國(guó)建廠，特朗普把富士康在美國(guó)的工廠稱之為世界第八大奇跡，期初富士康承諾雇傭13000名工人。但富士康很快就發(fā)現(xiàn)在當(dāng)?shù)貨]法雇傭到這么多工人，只能從中國(guó)調(diào)派工人過去。
美國(guó)過度發(fā)達(dá)的金融業(yè)已經(jīng)侵蝕了制造業(yè)的文化和美國(guó)人的生活、就業(yè)方式。當(dāng)GE放棄其金融業(yè)務(wù)后，發(fā)現(xiàn)自己也沒辦法再依靠它賴以起家的傳統(tǒng)工業(yè)業(yè)務(wù)重新成為美國(guó)一流企業(yè)了。
GE最新的財(cái)報(bào)顯示，2018財(cái)年三季報(bào)(累計(jì))歸屬于普通股東凈利潤(rùn)為-233.76億美元。對(duì)于企業(yè)來說，真的沒有大到不能倒too big to fail這回事，道瓊斯工業(yè)指數(shù)榜設(shè)立時(shí)榜上的 12 家公司,如今都已經(jīng)消失在榜單上了。
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美國(guó)制造的最新內(nèi)容
在美國(guó)，《美國(guó)創(chuàng)新和制造法案》（AIM法案）授權(quán)聯(lián)邦層面逐步淘汰HFC的生產(chǎn)控制、制冷劑回收和設(shè)備服務(wù)要求。它將繼續(xù)通過其重要新替代政策（SNAP）計(jì)劃批準(zhǔn)替代制冷劑。根據(jù)AIM法案的目標(biāo)是到2035年將美國(guó)HFC使用量減少85%，避免估計(jì)9億噸二氧化碳當(dāng)量的排放。
隨著行業(yè)努力采用更新、弱可燃的制冷劑，設(shè)備的設(shè)計(jì)以及規(guī)范可接受使用條件的安全標(biāo)準(zhǔn)很可能會(huì)被更新并最終趨于協(xié)調(diào)。
—— Blake Nelson博士，Wolfspeed系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)首席工程師
此前，美國(guó)前總統(tǒng)喬·拜登進(jìn)行了“投資美國(guó)”巡回訪問，旨在彰顯美國(guó)制造的創(chuàng)新和領(lǐng)導(dǎo)力。他的第一站是總部位于北卡羅來納州達(dá)勒姆的Wolfspeed。對(duì)于大量大功率應(yīng)用，Ansys這家客戶正在通過引領(lǐng)從硅轉(zhuǎn)向碳化硅（SiC）為半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。
全球布局：賦能區(qū)域創(chuàng)新的本地化落地
Simcenter Amesim 的全球化應(yīng)用版圖，始終以區(qū)域市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，形成 "技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全球化 + 服務(wù)支持本地化" 的雙輪驅(qū)動(dòng)模式：
歐美市場(chǎng)：作為汽車、航空航天產(chǎn)業(yè)的核心仿真工具，已被寶馬、奔馳、空客等企業(yè)納入標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)流程，支撐歐洲工業(yè) 4.0 與美國(guó)先進(jìn)制造計(jì)劃的落地實(shí)施，推動(dòng)高端制造技術(shù)迭代。
Scheerer 軸承推出綜合在線目錄10個(gè)月前
Scheerer Bearing 銷售經(jīng)理 Daniel Geil 表示：
“自成立以來，Scheerer Bearing 一直致力于在美國(guó)本土制造、開發(fā)和設(shè)計(jì)高品質(zhì)軸承。我們?nèi)娴漠a(chǎn)品線涵蓋了從圓錐軸承到圓柱軸承、回轉(zhuǎn)支承和球面軸承的所有產(chǎn)品，可滿足廣泛的工業(yè)應(yīng)用需求。我們深知每個(gè)項(xiàng)目都是獨(dú)一無二的，我們的團(tuán)隊(duì)致力于設(shè)計(jì)精確滿足客戶規(guī)格和應(yīng)用要求的產(chǎn)品。
7月份，美國(guó)制造業(yè)PMI為46.8%，連續(xù)4個(gè)月低于50%且環(huán)比下降，失業(yè)率超預(yù)期反彈，衰退預(yù)期大幅升溫。
在有色金屬行業(yè)，銅材又被稱為銅博士，由于其在大多數(shù)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其價(jià)格的變動(dòng)也具有一定預(yù)測(cè)全球經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的能力。因而，此輪的銅價(jià)變動(dòng)，客觀地反映了市場(chǎng)對(duì)于需求的質(zhì)疑和擔(dān)憂。
</p><p> 作為RVLT項(xiàng)目中的一部分，美國(guó)穆格飛機(jī)制造公司（Moog Aircraft Group）研發(fā)的SureFly S250電動(dòng)垂直起降飛行器原型機(jī)，在2022年夏季接受了NASA的噪聲測(cè)試。
根據(jù)先進(jìn)技術(shù)服務(wù)公司2008年委托進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查，美國(guó)制造商低質(zhì)量校準(zhǔn)的平均成本為每年1,734,000美元。僅看每年收入超過10億美元的大公司，年均收入為400萬美元。
2022年10月，拜登政府發(fā)布推動(dòng)美國(guó)電池制造業(yè)和高薪工作情況介紹，拜登總統(tǒng)宣布能源部將根據(jù)兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法向12個(gè)州的20家制造和加工公司提供28億美元的贈(zèng)款，同時(shí)還宣布了美國(guó)電池材料倡議，旨在動(dòng)員整個(gè)政府確保用于能源、電力和電動(dòng)汽車的關(guān)鍵礦物的可靠和可持續(xù)供應(yīng)，提高美國(guó)的能源獨(dú)立性。
齒輪強(qiáng)項(xiàng)必須考慮到疲勞，尤其是美國(guó)制罐齒輪制造協(xié)會(huì)（AGMA）如何對(duì)待疲勞。與其他驅(qū)動(dòng)器相比，齒輪需要更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和制造工藝。由于制造不正確、過度磨損或兩者兼而有之，它會(huì)在高速時(shí)產(chǎn)生噪音。面粉廠、碾米廠等場(chǎng)所不能用齒輪進(jìn)行長(zhǎng)距離動(dòng)力傳輸。與皮帶或鏈條傳動(dòng)不同，它們需要仔細(xì)維護(hù)和充分潤(rùn)滑。
3.1 . 齒輪齒形類型
圓邊緣上固定直線可以移動(dòng)而不滑動(dòng)的位置。
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ANSYS Motion
ANSYS Motion是由知名制造商美國(guó)ANSYS公司研發(fā)的一款多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件。它可以快速準(zhǔn)確地評(píng)估整個(gè)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)中的剛性體和柔性體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，并且具有強(qiáng)大的無網(wǎng)格仿真技術(shù)，能夠高效并精確的求解多體運(yùn)動(dòng)與柔性變形的耦合問題，完成多柔性體的運(yùn)動(dòng)性能、振動(dòng)、疲勞等仿真。
