先进制造业国家战略报告

PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANVIII目录缩略词表 1执行摘要 3导言：造业美国来 5先进制业的景、、目标实施径 7支柱、标和施路径 9支柱1：开和实施的制造术 11目标1.1：现清和持续的造以持脱碳 11目标1.2：快微子半导体制造新 13目标1.3：施先制以支持物经济 14目标1.4：发创材和加工术 16目标1.5：领智制的未来 17支柱2：壮先进制的劳动队伍 19目标2.1：大和富进制造人才库 19目标2.2：展、大促进先制造教育训 21目标2.3：强雇和育组织间的系 22支柱3：提供应链性 23目标3.1：强供链联互通 24目标3.2：大力减制造业应链洞 24目标3.3：强和兴进制造生态统 26附录A、构参和衡标准 28附录B在实现2018《战略划》标方得的进展 30支柱1：开和过新制造技。 31支柱2：教、培制业的劳力并他们起良好系 33支柱3：扩国内造供应链能力 35附录C实施径 37支柱1：开和实先的制造术 37支柱2：壮先进造的劳动队伍 49支柱3：提供应弹性 56PAGEPAGE10缩略词表2D/3D 二维/三维AI 人工智能AM 增材制造AR 增强现实BARDA BEA CAP CEA CMOS COVID-19 新冠肺炎CO2 二氧化碳CTE DEIA DOC DoD DOE DOL DOS 国务院ED EDA EERE EOP FDA FY 财年GHG 温室气体HHS HI 异构集成IC 集成电路ICME I-Corps 创新团队IoT 物联网IIoT IPCC ISM 太空制造IT 信息技术K-12 LGBTQ MEP MGI MIC 中国制造ML 机器学习MSI MRL NEC NASA NIOSH NIST NSF NSTC OEM OMB OSTP OT 操作技术PPE PerkinsV 《卡尔R&D 研发RFID SAM SBA SBIR SMMs STEM STTR TRL R&D 研发美国USDA 美国农业部USPTO VR 虚拟现实WIOA XR 扩展现实执行摘要制造业是美国经济实力和国家安全的推动力。它在美国经济的几乎每一个部门（从航空航天到生物制药等等）都发挥着重要作用。制造业的进步使经济持续增长，因为新技术和创新提高了生产力，为生产下一代产品创造了条件，支持我们应对气候危机的能力，并创造新的、高质量和高收入的就业机会。虽然美国仍能保持其在先进技术领域的领导地位，但是，21世纪仍有一些高技术制造业的生产和就业水平急剧下降。为应对全球竞争，拜登·哈里斯政府采取了一系列措施来振兴制造业，提高美国供应链和国家安全的弹性，为研发提供资金，并培训美国人未来的工作能力。该愿景将促进经济增长，创造高质量的就业机会，增强环境可持续性，应对气候变化，加强供应链，确保国家安全，并改善医疗健康。这一愿景将通过开发和实施先进的制造技术，发展先进的制造劳动力，以及提升制造供应链的弹性。每个目标都确定了重点目标，以及未来四年的国家技术和计划重点和实施路径。本战略提出了美国在先进制造业方面发挥领导地位的愿景。该愿景将促进经济增长，创造高质量的就业机会，增强环境可持续性，应对气候变化，加强供应链，确保国家安全，并改善医疗健康。为实现该愿景，设定了三大支柱，而这三大支柱相互关联：开发和实施先进的制造技术；壮大先进制造业的劳动力队伍；提升供应链弹性。为了实现这些支柱，确定了未来四年的11项重点目标和37项实施路径。11项重点目标为：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳；加快微电子和半导体的制造创新；实施先进制造以支持生物经济；开发创新材料和加工技术；引领智能制造的未来；扩大和丰富先进制造业人才库；发展、扩大和促进先进制造业教育和培训；加强雇主和教育组织之间的联系；加强供应链互联互通；加大力度减少供应链漏洞；加强和振兴先进制造业生态系统。这项由国会授权的战略旨在改善美国政府的协调活动，并为支持美国制造业竞争力的联邦计划和活动提供长期指导，包括先进制造业的研究和开发。来自全国各地700多个个人和组织的公众意见为该战略提供了参考。导言：制造业和美国的未来先进制造业是对现有产品制造方法的创新，以及由先进技术促成的新产品的生产。美国仍然是某些先进技术的全球领导者。1国内和全球对解决气候危机所需的技术和设备的需求急剧上升，然而，先进制造业的某些领域的生产和就业水平却急剧下降。先进技术产品的贸易平衡（这是美国的传统优势）从2001年开始从顺差转为逆差，2021年的贸易逆差为1970亿美元。2制造业是美国经济3，4中最大的部门之一，占国内生产总值的11%。5虽196019902090始下降；在2000年至2010年的十年间，三分之一的美国制造业工人（近600万人）失去了工作。6在这些失业工人中，只有不到200万人重新找到了工作。然而，值得注意的是，现在制造业的就业率已经超过了2020年的峰值，这是自1978年以来就业率第一次超过其前一个商业周期的峰值。新冠肺炎疫情的全球大流行暴露了制造业供应链的脆弱性，造成医疗用品、关键矿物和半导体等关键产品的严重短缺。7为了加强制造业供应链，中小型制造商（SMM）8（指那些雇员少于500人的制造商，其数量占制造商总数的98%，其雇员占雇员人数的43%）将需要美国政府及其大客户和供应商的援助。因此，美国必须制定和实施战略，通过对先进制造业的投资重新奠定美国的领导地位。此外，国家的制造业和工业基础支撑着利用先进技术来保障民主的军事能力。1/publications/2022/06/08/the-hamilton-index-assessing-national-performance-in-the-competition-for-advanced-industries/2https:///foreign-trade/balance/c0007.html3https:///el/applied-economics-office/manufacturing/manufacturing-industry-statistics4https:///web/empsit/ceshighlights.pdf5/indicator/NV.IND.MANF.ZS6/timeseries/CES30000000017https:///wp-content/uploads/2021/06/100-day-supply-chain-review-report.pdf7https:///wp-content/uploads/2021/06/100-day-supply-chain-review-report.pdf8/wp-content/uploads/2021/08/30144808/2021-Small-Business-Profiles-For-The-States.pdf本战略基于公众意见更新了2018年的《先进制造业美国领导力战略》9。10它获得了2010年《美国竞争重新授权法案》的授权。2010年的《美国竞争重新授权法案》规定了最初的先进制造业战略（2012年），该战略在首次发布后每5年进行一次更新。11附录A对联邦机构的参与情况和衡量标准作出了说明B2018年战略发布以来取得的进展。9https:///news/announcements/2018/10/strategy-american-leadership-advanced-manufacturing10https://www.F/documents/2021/10/05/2021-21644/national-strategic-plan-for-advanced-manufacturing-request-for-information?utm_medium=email&utm_source=govdelivery112010年《美国竞争重新授权法案》（公法111-478）第102章；《美国法典》第42编第6622章。先进制造业的愿景、支柱、目标和实施路径本战略旨在实现美国先进制造业领导地位的愿景。该愿景将促进经济增长，创造高质量的就业机会，增强环境可持续性，应对气候变化，加强供应链，确保国家安全，并改善医疗健康。促进经济增长。先进制造业应用创新技术来生产新产品和改进现有产品的生产。制造业的工作，尤其是先进技术领域的工作，提供了比整个劳动力市场更好的薪酬、更稳定的工作时间和更强的工人保护，并对其他部门12的工作产生了广泛影响。这些重大影响使得制造业的进步（美国将这些进步转化为产品、工艺和服务的能力）成为政府的优先事项和国家整体制造业战略的一个关键因素。13创造高质量的就业机会。先进制造业的创新和新技术的实施需要一支高技能和多样化的劳动力队伍。全国制造商协会估计，到2030年，美国可能会有超过200万个制造业工作岗位空缺。14需要对工人进行新的投资，包括从小学到研究生学位的基础科学教育、颁发行业认可的证书的技术培训计划、学徒和实习计划以及领导力发展计划。将历史上在先进制造业中代表性不足的群体和/或来自服务不足地区的个人吸纳进来，为扩大制造业劳动力队伍和随之而来的经济效益创造了机会。在肯定集群经济发展的好处的同时，美国将优先考虑提高劳动力的技能，增加农村地区和经济困难地区的先进制造业工作的数量和质量，以此来加强区域经济条件。15，16美国还将投入资金来改善制造工艺，进而保护工人安全和健康；这种安全和以人为本的工艺，可以保护和保持工人的工作，对长期的全球竞争力至关重要。增强环境可持续性。可持续制造是指通过经济上合理的流程来创造制成12https://ww/publication/manufacturing-still-provides-a-pay-advantage-but-outsourcing-is-eroding-it/13https:///briefing-room/statements-releases/2022/02/24/the-biden-harris-plan-to-revitalize-american-manufacturing-and-secure-critical-supply-chains-in-2022/14https:///2-1-million-manufacturing-jobs-could-go-unfilled-by-2030-13743/15https:///briefing-room/statements-releases/2021/03/31/fact-sheet-the-american-jobs-plan/16/arpa/build-back-better/品。所谓的合理流程是指在节约能源和自然资源的同时，最大限度地减少对环境的负面影响。17将可持续材料管理原则和增材制造纳入产品设计和开发，可以减少制造产品所需的材料和能源，提高安全性。美国将改进整个制造部门内对环境有利的流程，包括在材料加工和制造以及水处理过程中有效使用清洁电力。应对气候变化。气候危机对国家和全球安全、环境和人类健康以及经济利益构成了一个直接的现存威胁。美国已经定下了一个雄伟且可实现的目标，即2030年的温室气体净排放量比2005年少50-52%，在2035年之前创建一个无碳污染的电力部门，并在2050年之前整个经济体实现净零排放。18,19先进制造业解决方案可以创造新机会，使美国能够通过工业脱碳建立一个更循环的经济；在这种经济中，人们将使用可持续的生物质来取代石油产品，扩大清洁能源的应用，开发其他与气候有关的技术，积极创新，从而帮助整个经济实现净零排放。加强供应链。支持美国制造业的供应链和生态系统正在一些因素的影响下逐步变得薄弱，这些因素包括对创新技术的投资不足，对培训的投资不足，以及为了短期利益而进行的外包和离岸活动。20新冠肺炎疫情大流行和不断变化的地缘政治竞争暴露了这些和其他脆弱性，加剧了经济损失，同时也暴露了国家安全和健康风险。美国需要有弹性的、协作性的、数字化整合的制造业供应链，以防止供应链中断并确保供应链能够从中断中迅速恢复。确保国家安全。先进的制造技术对国家安全至关重要，它能够为美国的作战人员提供创新能力，使美国能够维持和加强对最重要的战略竞争对手的防御。21战略竞争对手对美国的非动能威胁在增加，美国必须加快技术发展和实施的步伐，并加快制造供应链的转型。17https:///sustainability/sustainable-manufacturing18https:///briefing-room/statements-releases/2021/04/22/fact-sheet-president-biden-sets-2030-greenhouse-gas-pollution-reduction-target-aimed-at-creating-good-paying-union-jobs-and-securing-u-s-leadership-on-clean-energy-technologies/19https://www.F/documents/2021/02/01/2021-02177/tackling-the-climate-crisis-at-home-and-abroad20虽然一些离岸和外包提高了效率，但这些战略有时也导致脆弱性增加和工作质量下降。详见https:///cea/written-materials/2022/04/14/summary-of-the-2022-economic-report-of-the-president/和https:///wp-content/uploads/2021/06/100-day-supply-chain-review-report.pdf第6章。21https:///Spotlights/National-Defense-Strategy/改善医疗健康。先进制造业可用于生产许多新的和日趋完善的医疗保健产品，包括小分子药物、医疗设备、生物制品、疫苗、先进疗法和生物相容性材料。虽然生物医药制造与其他行业有许多共同的交叉技术需求，但它也有独特的需求，因此需要专门定制的应用。制造过程和解决方案必须确保安全性和有效性，这样才能促进人类和动物健康，并尽量减少药物短缺，同时也确保美国在新冠肺炎疫情应对和准备方面的全球领先地位。支柱、目标和实施路径本战略的愿景将通过实现三个支柱来实现。要想实现这些支柱，必须实现其下的重点目标和实施路径。未来四年的支柱、目标和实施路径见下表。附录C中具体阐述了对每项路径的进一步讨论。支柱目标实施路径1：开术1.1：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳1.1.1：制造过程的脱碳1.1.2：清洁能源制造技术1.1.3：可持续制造和回收1.2：加快微电子和半导体的制造创新1.2.1：半导体和电子的纳米制造1.2.2：半导体材料、设计和制造1.2.3：半导体封装和异构设计1.3：实施先进制造以支持生物经济1.3.1：生物制造1.3.2：农业、林业和食品加工1.3.3：生物质加工和转化1.3.4：药品和保健品1.4：开发创新材料和加工技术1.4.1：高性能材料设计和加工1.4.2：增材制造1.4.3：关键材料1.4.4：太空制造1.5：引领智能制1.5.1：数字化制造1.5.2：制造业中的人工智能1.5.3：以人为本的技术应用1.5.4：制造业中的网络安全2：壮队伍2.1：扩大和丰富先进制造业人才库2.1.1：提高对先进制造业职业的认识2.1.2：吸引参与度不高的社区2.1.3：解决服务不足群体的社会和结构性障碍2.2进先进制造业教育和培训2.2.1：将先进制造业纳入科学、技术、工程和数2.2.2：使先进制造业的职业技术教育现代化2.2.3：扩大和传播新的学习技术和实践2.3：加强雇主和教育组织之间的联系2.3.1：扩大基于工作的学习和学徒制2.3.2：设立行业认可的证书和认证3：提性3.1：加强供应链互联互通3.1.1：促进供应链内部在供应链管理方面的协调3.1.2：推进供应链数字化转型的创新3.2：加大力度减少供应链漏洞3.2.1：追踪供应链上的信息和产品3.2.2：提高供应链的可见性3.2.3：改善供应链的风险管理3.2.4：提高供应链的敏捷性3.3：加强和振兴先进制造业生态系统3.3.1：促进新企业的成立和发展3.3.2：支持中小型制造商3.3.3：协助技术过渡3.3.4：建立和加强区域制造业网络3.3.5：改善公私合作关系支柱1：开发和实施先进的制造技术最近在自动化、数据科学、人工智能、机器学习、生物技术和材料科学等领域的进展，加上整个经济范围内的脱碳、医疗保健和国家安全方面的紧迫技术挑战，正在为先进制造业创造新的机会。为了在全球范围内竞争，美国必须通过快速开发和实施创新的制造技术来利用和保护其技术领先地位。虽然联邦对先进制造业相关的研究、开发和部署的投资一般集中在每个机构的特定任务目标上，但基于组合的战略在各机构间的协调将更加有效。为促进目标技术领域的发展而进行公私合作是开发和实施新的制造技术的关键。这种公私合作关系提供了创建和共享工业相关设施的机会。在这些设施中，工具、技术和嵌入的专业知识可以扩大区域创新生态系统，并在区域内和区域间推动经济增长。在支柱1的范畴下设定了五个重点目标：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳；加快微电子和半导体的制造创新；实施先进制造以支持生物经济；开发创新材料和加工技术；引领智能制造的未来；每一个目标都有其对应的实施路径以及在未来四年内要获得的成果。目标1.1：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳气候变化的产生原因是二氧化碳和其他温室气体（GHG）的总量在大气层中增加和持续存在。美国的制造业的一次能源使用量约占全国的三分之一，制造业产生的与能源有关的温室气体排放量占全部的30%。22，23工业材料如钢铁、水泥和化学品的制造也通过化学过程直接产生温室气体排放。通过使用清洁和高效的制造技术24以及减少整个产品生命周期的排放，我们将有可能减少与制造有关的能源消耗和温室气体排放。美国已承诺，其2030年的温室气体净排放量将比2005年减少50-52%，并在2050年实现净零排放。252022年8月签署成为法律的《通胀削减法案》，以及2021年11月颁布的《两党基础设施法》中的基础设施现代化投资，将提供大量资源和激励措施，帮助实现气候和清洁能源目标。这些新资源将促进拜登·哈里斯政府通过国家气候工作组和美国供应链行政命令所做的努力，在美国政府范围内推进清洁能源和与气候相关的制造业的发展。鉴于制造过程本身的脱碳机会，以及扩大美国零碳设备制造规模的机会，制造部门将成为这些脱碳努力的组成部分。先进制造业可以在能源、工业、建筑和运输部门实现低成本、零排放的技术。该目标的实施路径为：制造过程的脱碳：业过程电气化，在制造过程中采用低碳原料和能源，应用新化学反应以避免工业过程中温室气体直接排放，分离和储存工业二氧化碳，并创造温室气体密集型工业产品的替代品。创建和传播验证工具和程序，以协助将电气化和高效技术融入制造业。公开具有较低能源和碳足迹的先进材料和工艺。清洁能源制造技术：改进清洁发电和储存的材料、制造工艺和产品设计；采用零排放的运输工具、建筑和工业，以实现脱碳经济。通过先进的导电材料、加工技术和机器开发，加强设备和材料的制造，使电力转换和传22https:///energyexplained/use-of-energy/industry.php;23https:///tools/faqs/faq.php?id=77&t=1124https:///bipartisan-infrastructure-law/25https:///briefing-room/statements-releases/2021/04/22/fact-sheet-president-biden-sets-2030-greenhouse-gas-pollution-reduction-target-aimed-at-creating-good-paying-union-jobs-and-securing-u-s-leadership-on-clean-energy-technologies/供新型可持续材料。可持续制造和回收：从废物流中分离出来，并开发能源或污染密集型材料的替代品。在分类、净化和解构技术领域进行研发。扩大可持续材料的设计和制造、多种材料类别的回收和循环方法以及试点项目和设施的规模。改进数据和方法，以评估生命周期的影响并确定需要改进的领域。目标1.2：加快微电子和半导体的制造创新半导体是微电子学的基础，半导体技术的进步对国家安全和几乎每个经济部门都至关重要。26它们是控制和调节电力流的电力电子设备的支柱，并使电动汽车充电和将可再生能源纳入电网成为可能。微电子的广泛应用为扩大将产品生命周期中的气候、环境和其他影响考虑在内的可持续制造流程提供了机会。目前，制造业面临着互补金属氧化物半导体技术的基本性能限制、处理器和存储器以外的市场多样化以及全球竞争激烈等问题。要想提高未来性能，需要研究新的微电子材料、设备和互连解决方案的制造和加工能力。这些能力将为未来计算和存储设备提供动力。最近在2022年8月通过并成为法律的为半导体基础设施提供投资的《芯片和科学法案》27将有助于实现以下目标。该目标的实施路径为：半导体和电子的纳米制造：对集成光子产品、增材和直接印刷电子产品的制造、独特的传感器格式以及混合电子制造进行投资，以利用纳米制造的力量。开发物理、化学和生物方法，将原子精确放置和结合到所需的分子和结构中。半导体材料、设计和制造：发展能够创造和测试新的设备、材料和26https:///smm-electronics/national-strategy-electronics-stewardship-nses27https:///briefing-room/statements-releases/2022/08/09/fact-sheet-chips-and-science-act-will-lower-costs-create-jobs-strengthen-supply-chains-and-counter-china/1414结构的先进制造能力。为国内公司和大学提供方便的设计工具和微电子代工厂，以提供准确信息和训练有素的劳动力。为微电子器件和组件提供高效和可持续的操作。半导体封装和异构设计：引进新的材料、工具、设计、工艺、装配和测试，使封装活动具有更高的密度、产量和可靠性。加强研发和原型设计，以提高生产效率和可靠性。发展国家设施，进行异构包装集成研发。目标1.3：实施先进制造以支持生物经济美国的生物经济“是由生命科学和生物技术的创新驱动的经济活动，由工程和计算及信息科学的技术进步促成”28，并包括产业、产品和服务。在生物制造中，微生物和不同的生物体（细菌细胞、病毒、酵母、蓝藻、海藻）经过编程可以用来制造各种产品，如食品、饲料、燃料、纤维、生物塑料、天然橡胶、可再生化学品、营养品、非食品材料和其他高价值产品。这个过程，利用可持续的生物质或糖源作为原料，为许多产品如塑料、燃料和材料的生产提供了一个基于石化的替代品。2022年9月，拜登总统签署了一项关于推进生物技术和生物制造创新以实现可持续、安全和可靠的美国生物经济的行政命令。29该行政命令要求整个政府推进生物制造，为健康、气候、变化、能源、食品安全、农业、供应链弹性以及国家和经济安全提供创新解决方案。行政命令中的优先事项在本战略文件中也有概述，其中包括扩大国内的生物制造能力，连接相关的基础设施，以及增加生物制造的劳动力。制造业对于与人类和动物都有生物接口的下一代医疗疗法和设备至关重要。通过将生命科学的发现与智能制造等先进技术相结合，美国可以在创造高质量的生物基产品方面取得巨大的飞跃。应优先实施强有力的生物安全、28/catalog/25525/safeguarding-the-bioeconomy29https:///briefing-room/presidential-actions/2022/09/12/executive-order-on-advancing-biotechnology-and-biomanufacturing-innovation-for-a-sustainable-safe-and-secure-american-bioeconomy/PAGEPAGE34生物安保和数据隐私控制，以确保对生物经济的支持，促进和保护美国的领导地位、竞争力和国家安全。为了继续提高食品安全和食品可及性，以及食品供应链的弹性，先进的制造工艺必须充分利用新技术，并加快新领域（如细胞农业、替代蛋白质和个性化营养）的发展。应采取措施来创造更多机会，进一步追求从实验室到市场的生物技术，实现新兴产品的制造规模化和向外拓展。这一部分关于制造技术的内容涉及健康、疾病、气候变化、能源、食品和营养安全、经济发展以及持续发展多样化和多学科的劳动力等关键问题。该目标的实施路径为：生物制造：支持推进生物制造研究，包括基因组和蛋白质工程生产工具、多细胞系统工程、生物模型和生物加工的生物技术方法。支持用于预测模型和生物加工分析工具的多组学和生物计量学的发展。支持加强原料准品用于合法用途。农业、林业和食品加工：能表型的预测模型、控制系统的整合以及食品、饲料、燃料和纤维制造中人与机器的合作等方面的研究。开发可持续的能源和低成本的水处理技术，包括养分回收系统，从废物和非常规来源中生产出适合的水。生物质加工和转化：找出可在美国持续生产并转化为制造业原料的10亿吨生物质的开发方法、工艺和技术。为理想的生物质原料的预加工、加工和解构开发预测过程建模、生物过程分析以及基因组和蛋白质工程。推进生物基废物流的厌氧处理，以生产沼气、可再生天然气、肥料、植物营养物、土壤改良剂、生物炭、工程碳、动物垫料、表面活性剂、聚合物、清洁生物能源、电力和混合热/冷动力。药品和保健品：促进连续制造、在线过程监测和控制、综合人工智能辅助系统和新型细胞培养技术的发展。优先发展减法和加法加工以及生物基制造，以创造针对特定患者的医疗产品、设备和生物驱动的给药系统。目标1.4：开发创新材料和加工技术先进材料对于新产品的开发以及经济和国家安全至关重要，其应用遍及多个工业部门。先进材料可能包括用于高超音速的极端温度结构材料、用于恶劣环境的材料、高强度轻质金属合金、合成生物材料，以及许多其他材料。使用新材料往往需要创新的制造技术。由于设计限制得以放松，像增材制造和纳米制造这样的先进工艺为新材料创造了机会。新的高性能先进材料的加工技术可以通过用更快、更有效、更精确和更坚固的方法取代（或补充）现有的方法来提高成本效益和竞争力。先进的材料和工艺可以减少生命周期中的温室气体和制造及产品使用中的其他环境后果。该目标的实施路径为：高性能材料设计和加工：机器学习工具，提高材料设计和加工能力。加快高性能材料的测试、鉴定和工艺验证，以简化进入市场的程序。加强材料行为的预测能力以及在苛刻的服务条件下的性能。增材制造：开发可供所有用户使用的增材制造（AM）创造新的传感器来提高过程监测和控制能力。开发机器学习算法，以分析大型、安全、可互操作的数据流，并实现反馈控制。生产工具，创造新的增材制造专用材料和能力。将增材制造技术与智能制造平台相结合。关键材料：中关键材料的使用。找出先进方法来从初级、二级和非常规来源分离和加工关键材料。为可重复使用、回收、再制造和再利用的关键部件和产品开发设计和制造方法。太空制造：在微重力环境下开发新的增材制造工艺，以制造替换部件和太空基础设施。将机器人技术与太空增材制造工艺相结合来进行深空探索。优先考虑微重力环境下的生物制造投资，以实现长期的太空存在，包括可持续的食品生产、加工和回收，以及危险材料的钝化。目标1.5：引领智能制造的未来通过数字化设计和制造进行的智能制造业收集和分配生产设备所需的信息，将设计和原材料转化为产品，从而形成一个高度连接的工业企业，可以跨越一个公司或整个供应链。智能制造业将相关信息分发到企业从工厂车间到高管的每个层面，从而提高产品质量和可追溯性，同时降低成本。工业4.0范式描述了由越来越多的互联互通和智能自动化带来的技术、行业和社会模式及流程的转型变化。要想在未来取得进步，必须在制造业中广泛采用强大的数字基础设施，打造一支精通数字的劳动力队伍，并创建以人工智能为动力的制造业商业模式，在保护专有信息的同时聚合各制造商的数据。通过这种聚合，制造公司将能找到更好的解决方案，而不是各自为营，分别开发自己的解决方案，因为他们可以从参与网络的所有公司积累的生产经验中受益。30该目标的实施路径为：数字化制造：的应用。通过追求数字双胞胎来推进智能制造。制定数据兼容的标准，以实现智能制造的无缝整合。制造业中的人工智能：密和风险评估方面的研发，以便在制造业中采用人工智能。开发最佳实践、标准和软件工具，以扩大新的商业模式，在维护数据安全和尊重知识产权的30/10.6028/NIST.AMS.100-47权等方面的利益。31以人为本的技术应用：促进新技术和新标准的发展，通过实现安全和高效的人机互动，增强人的能力和生产工人的能力，从而扩大人与机器之间的协作工作。制造业的网络安全：造系统中实施网络安全的准则。将工作重点放在更新中小型制造商的资本设备和更换无法实现网络安全的生产设备上。根据总统关于改善国家网络安全的第14028材料清单。31https:///briefing-room/presidential-actions/2021/07/09/executive-order-on-promoting-competition-in-the-american-economy/支柱2：壮大先进制造业的劳动力队伍先进技术的变革有希望创造数百万个新的、可持续的、高质量的美国就业机会——这也包括先进制造业的就业机会。32虽然仍有一些不同意见，但大多数证据表明，自动化、人工智能和机器人技术将是未来十年内全球制造业工作的净增长点。33这些技术的开发和部署应该是对工人技能的补充，而不是取代他们。34为了维持和发展一个强大的先进制造业，提供高质量的工作机会，美国必须增加制造业的劳动力，特别应该注意吸纳那些过去很少在科学、技术、工程和数学领域发展的个人，并通过灵活的教育和培训系统发展工人的技能，使这些技能与创新同步。事实表明，基于工作的学习模式（如注册学徒制）对工人和雇主都有很多好处。35联邦政府可以通过促进先进制造业劳动力发展的愿景，团结公共和私人利益相关者，并加强各机构之间对联邦政策和计划的协调，以最大限度地提高整体效益和实现基于地方的倡议，在增长制造业劳动力方面发挥领导作用。在支柱2的范畴下设定了三个重点目标：扩大和丰富先进制造业人才库发展、扩大和促进先进制造业教育和培训加强雇主和教育组织之间的联系目标2.1：扩大和丰富先进制造业人才库根据最近的调查，除非美国迅速采取相关措施，否则到2030年估计会有210万个制造业工作岗位空缺。36因此，提高工人报酬是增加制造业32https:///papers/w30332?utm_campaign=ntwh&utm_medium=email&utm_source=ntwg2233https:///agenda/2020/10/dont-fear-ai-it-will-lead-to-long-term-job-growth/；又见/9780262367745/the-work-of-the-future/34/wp-content/uploads/2021/01/2021-Research-Brief-Helper-Reynolds-Traficonte-Singh4.pdf35/articles/do-firms-benefit-from-apprenticeship-investments/long,https:///wp-content/uploads/2019/01/1.3-Pgs-56-74-Scaling-Apprenticeship-to-Increase-Human-Capital.pdf36/us/en/insights/industry/manufacturing/manufacturing-industry-diversity.html工人的关键途径。37满足对工人的预期需求的战略包括扩大制造业劳动力的人口基础并使之多样化。为了应对即将到来的劳动力挑战，将需要过去很少在科学、技术、工程和数学领域工作的人和各种背景的妇女（包括归化公民）更多参与这些领域的工作。此外，扩大先进制造业的劳动力并使之多样化，也将加强创新、弹性和绩效。拜登·哈里斯政府已经启动了几项举措，以壮大制造业的劳动力队伍。寻求改善工作质量并创造获得良好工会工作的机会《好工作倡议》将为工人、雇主和政府实体提供信息。38人才管道计划帮助雇主建立部门伙伴关系，将工人与好工作联系起来。39此外，政府努力扩大注册学徒制，40并为行业领导的、以工人为中心的伙伴关系提供资金。41国家生物技术和生物制造倡议旨在壮大生物制造的劳动力队伍，重点是促进公平和支持服务不足的社区。42这些努力将带来与制造业有关的巨大利益。该目标的实施路径为：提高对先进制造业职业的认识：学生或过去很少在先进制造业中工作的人对先进制造业职业的认识。与机构和社区领导人合作，提供与工业界接触的机会，特别是亲身体验的机会。吸引参与度不高的社区：社区大学和地区高中合作，让过去很少涉足先进制造业和服务不足的社区的学生和家庭参与进来，特别是那些转型自化石燃料产业的社区。积极参与学院和大学的工作，重点是那些为少数群体服务的机构。明确界定合作伙伴之37/cappelli-no-hr-we-dont-have-a-labor-shortage-crisis/38https:///briefing-room/statements-releases/2022/09/02/president-biden-to-announce-21-winners-of-1-billion-american-rescue-plan-regional-challenge/39https:///briefing-room/statements-releases/2022/06/17/fact-sheet-the-biden-harris-administration-launches-the-talent-pipeline-challenge-supporting-employer-investments-in-equitable-workforce-development-for-infrastructure-jobs/40https:///briefing-room/statements-releases/2022/09/01/fact-sheet-biden-harris-administration-launches-the-apprenticeship-ambassador-initiative-to-create-equitable-debt-free-pathways-to-high-paying-jobs/41https:///briefing-room/statements-releases/2022/09/02/president-biden-to-announce-21-winners-of-1-billion-american-rescue-plan-regional-challenge/42https:///briefing-room/statements-releases/2022/09/12/fact-sheet-president-biden-to-launch-a-national-biotechnology-and-biomanufacturing-initiative/间的共同目标、战略和资源，包括工会和社区代表。为来自服务不足的社区的人提供全行业的技术援助、支持服务和指导。解决服务不足群体的社会和结构性障碍：关指标、评估和问责制，确保联邦计划推动多样性、公平性、包容性和可及性。要求针对联邦授予的拨款设计包容性计划，以确保退伍军人和过去很少参与和服务不足的社区的人有机会进入先进制造业。目标2.2：发展、扩大和促进先进制造业教育和培训教育和劳动力发展系统必须能够灵活地应对先进制造业所需技能和能力的变化。为了让更多的学生接受先进制造业教育，教学法必须继续探索新的技术和授课系统。这意味着开发和提供更广泛的部门合作培训项目，43以及更多的动态和吸引人的远程学习和混合课程（结合虚拟和现场教学）。这也意味着要为先进制造业专业的学生增加更多真实世界、亲身实践、基于工作的学习机会。教育和培训的变化应始于科学、技术、工程和数学教育的早期基础中的先进制造业意识，并在中学后的职业和技术教育计划、基于雇主的培训、学徒和其他基于工作的计划中继续进行。该目标的实施路径为：将先进制造业纳入科学、技术、工程和数学的基础教育：将先进制造技术的关键概念、基础知识和技能纳入小学和中学科学、技术、工程和数学的改进议程。提高对多种职业道路的认识，加强行业参与，为学生提供实践培训机会。支持技术教育和科学、技术、工程和数学课程，更加注重工程和技术。让教师做好带领工作，为学生提供令人兴奋的、学习密集型的课程，将先进的制造概念和职业结合起来。43（）——https:///programs/workforce-strategies-initiative/sector-strategies/使先进制造业的职业技术教育（CTE）现代化：通过拨款和基于行业的努力，加强教学和学习，提高学生的参与度和学习成果，激发学生对制造业职业的兴趣，从而实现职业技术教育的现代化和规模化。为教师和大专院校的教师提供资源，使他们能够使用最新的教学方法教授先进制造业的学术知识和技能。支持学生的竞赛活动，提供先进制造业所需的技能，如数字技能和系统思维。扩大和传播新的学习技术和实践：在中学和中学后阶段开展混合课程（包括先进的模拟活动）以及使用先进制造业中的尖端设备和方法。通过学习技术，扩大成人的技能提升和技能再提升的途径，让更多的学生更多地接触先进制造业的职业。为改善学生对高速互联网的使用提供支持。目标2.3：加强雇主和教育组织之间的联系制造业工人供需之间的不平衡可以通过在雇主和培训和教育提供者之间建立更强大的关系来解决。工业界必须明确界定其技能需求和对解决方案的支持，而教育机构必须领导开发所需的教育材料，以获得高质量的证书和认证。在职培训和学徒制对制造业的技能发展非常重要，需要行业、工人代表、教育提供者和政府机构的密切合作。该目标的实施路径为：扩大基于工作的学习和学徒制：扩大高质量、有偿的工作学习和学层深入的边赚钱边学习的经验来获得先进的制造技能。将先进制造业的雇主与现有的学徒制赞助商和学徒制合作伙伴联系起来。设立行业认可的证书和认证：鼓励对新兴制造技术的模块化的、受行业认可的证书和认证进行投资。鼓励行业与教育工作者合作，开发和更新评估方法。追踪不断变化的职业要求，为新的先进制造业职业制定证书标准和要求。支柱3：提升供应链弹性美国的制造业供应链是一个复杂的生态系统，它连接着原材料和零部件生产商、物流公司、集成商和商业支持服务。这些相互依存的实体设计、生产和组装部件和最终产品，它们所处的生态系统创造并受益于产品和工艺创新。一个需要改进的关键领域是供应链和生态系统的弹性。弹性是指从意外冲击中恢复的能力，包含可见性、敏捷性和冗余性44——这些都可以通过更好的管理和先进的数字模型来提高。缺乏数字基础设施和透明度使我们的供应链变得脆弱，在面临冲击和压力时无法适应。供应链的弹性将通过能够承受各种外部冲击的相互依存的系统来减轻风险，诸如地缘政治冲突、网络攻击、能源中断、金融危机、自然灾害和大流行病等。45《关于美国供应链的行政命令：行动与进步的一年》46指示联邦机构采取具体行动来提高供应链的弹性。最初的行动包括测绘、监测和分析供应链，以支持不同公共和私人利益相关者的集体行动，并保证供应链的完整性。中小型制造商占美国制造业公司的98%，约占全国制造业服务和产品的一半。47应对它们加以支持，以提高制造业供应链和生态系统的弹性。在支柱3的范畴下设定了三个重点目标：加强供应链互联互通加大力度减少制造业供应链漏洞加强和振兴先进制造业生态系统44https:///wp-content/uploads/2022/04/Chapter-6-new.pdf45https:///news-events/news/2022/04/nist-releases-study-blockchain-and-related-technologies-manufacturing46https:///briefing-room/statements-releases/2022/02/24/the-biden-harris-plan-to-revitalize-american-manufacturing-and-secure-critical-supply-chains-in-2022/47/meetings/AP/AP02/20211026/114154/HHRG-117-AP02-Wstate-BonvillianW-20211026.pdf目标3.1：加强供应链互联互通制造业企业之间强有力的合作可以提供诸如降低成本、增加创新和适应供应链中断48等好处。然而，由于存在大量的离岸和外包活动，行业内的合作十分薄弱，行业行动呈孤立状态。因此，美国的小型制造商在技术投资方面已经落后于大型企业，部分原因是主导企业只注重降低单位价格等容易衡量的成本。49中小型制造商遭遇技术滞后问题后，他们的大客户也会因此受到影响。例如，供应商在采用增材制造（AM）方面的迟缓，给航空航天和国防制造商的锻造和铸造供应链造成了瓶颈；在某些情况下，零件在订购后近一年才交付。50总体而言，最大的制造商的劳动生产率比中等规模的同行高58%；这一差距的很大一部分原因是小公司缺乏技术应用。该目标的实施路径为：促进供应链内的合作应用并推进环境减排。建立供应链参与者之间的信任和透明度。推进供应链数字化转型的创新：努力使关键部门的整个流程（材料到产品寿命周期终止再到废物回收和再利用）实现数字供应链高速公路（数字主线/数字孪生）的愿景，使私营和公共部门能够使用和分析纵向和横向供应链。目标3.2：加大力度减少制造业供应链漏洞供应链弹性是美国的一个重要优先事项51，联邦和州政府机构已经开始绘制、监测和分析关键部门的供应链。这些工作包括检查产品生命周期从制造和分销的原材料，到产品维护和修理，再到最终处置的所有方面。美国供应链弹性依赖于创新的制造工艺和先进技术。新冠肺炎疫情的全球大流行暴48https:///cea/written-materials/2022/04/14/summary-of-the-2022-economic-report-of-the-president/第6章49/sites/default/files/docs/supply_chain_innovation_report_final.pdf50https:///cea/written-materials/2022/05/09/using-additive-manufacturing-to-improve-supply-chain-resilience-and-bolster-small-and-mid-size-firms/51https:///wp-content/uploads/2022/02/Capstone-Report-Biden.pdf露了多个行业供应链的漏洞，并由此突出了评估和采用新技术、不断提高物流流程的效率和有效性、减少风险并保持一支高度熟练的供应链员工队伍的迫切性和必要性。研究必须客观地评估现有的框架和流程，以确定生命周期成本和价值，并开发和监测供应链指标，如弹性价值和准备时间的成本。52通过整合政府和私营部门知识的物流和供应链管理研究，我们将能获得更强的洞察力、趋势分析和决策管理工具。该目标的实施路径为：追踪供应链上的信息和产品：培养普遍意识，促进共同数据共享，完善报告并推进标准化的网络安全整合，以帮助识别和快速降低风险。开发工具和实践，以帮助更大的供应链合作伙伴（包括联邦政府）标记漏洞和改善网络安全措施。提高供应链的可见性：制定和实施供应链绘图战略、数字工具和标准，以在保护隐私的同时提高供应链的可见性，特别是对那些为许多单独的供应链提供投入并具有巨大溢出效应的公司和行业。这包括能源生产、半导体或运输等公司和行业，以及那些对国家安全很重要的公司和行业（如气候和健康安全）。利用人工智能系统和经济分析，优先监测关键节点，以便预先通知供应链面临的冲击和压力。改善供应链的风险管理：通过改进对不确定环境中决策后果的预测，改善供应链中外部因素的风险管理。确保在新冠肺炎和其他发生概率低但后果严重的事件中的敏捷性。考虑针对这些事件对供应链产生的压力进行测试。开发和推广有助于企业衡量、评价和提高其供应链弹性的技术。提高供应链的敏捷性：行应变制造和缩短交货时间提供支持。建立和实施先进工艺和劳动力培训的最佳实践，以促进主导企业和供应商之间的合作。52示例详见/;/doi/full/10.1002/joom.1113目标3.3：加强和振兴先进制造业生态系统先进制造业的生态系统由各种类型和规模的制造企业组成。所有这些企业都在促进新产品、新工艺、新商业模式和创造新市场的创新过程中发挥着重要作用。拜登·哈里斯政府推进小型和大型制造商53的技术领先地位的计划将推进颠覆性创新，从而给新市场的创造和发展注入动力。新成立的公司或小公司经常面临从原型到商业实践的挑战。州和联邦一级的政府机构必须关注这些挑战，并通过将其纳入“由美国工人在美国制造”54项目来支持它们发展。一些服务可以帮助公司根据其技术资产为产品和服务确定客户和市场，如由美国商务部资助的霍林斯制造扩展合作项目的技术予以驱动的市场情报55。跨越技术、劳动力和经济发展的全方位的公私合作，对于加强和保障美国的先进制造业供应链至关重要，并有助于区域创新生态系统推动经济发展的力量。经济发展计划应促进集群方案围绕特定部门的资产形成，并成功建立一个制造业生态系统。先进制造业创新的合作机构应着重于先进制造业技术的传播、采用和商业化。这些不同的伙伴关系必须保持并通过评估工具和方法进一步加强联系，以应对供应链漏洞。美国需要建立和加强这些类型的联合体，以保持其在先进制造业的全球领先地位。该目标的实施路径为：促进新企业的成立和发展：和发展提供关键支持的项目，包括创业培训、科学家和工程师指导以及对企业发展和影响的长期跟踪。支持中小型制造商：并为发展技能培训作出贡献。确保中小型制造商得到联邦计划和机构的广泛53https:///briefing-room/statements-releases/2022/02/24/the-biden-harris-plan-to-revitalize-american-manufacturing-and-secure-critical-supply-chains-in-2022/54https:///briefing-room/presidential-actions/2021/01/25/executive-order-on-ensuring-the-future-is-made-in-all-of-america-by-all-of-americas-workers/55https:///mep/grow支持，以促进它们对先进制造业的理解和投入。协助技术过渡：协调各机构和联邦技术转让相关的政策小组的工作，以确定所有社区和机构能够适应技术从实验室向市场过渡的要求。优先资助测量科学和标准开发方面的研究，以促进研发向制造可持续过渡。建立和加强区域制造业网络：展之间的联系，促进区域经济的发展。在战略上协助发展多部门和多辖区的规划、领导、技术和专业知识，以维持和发展区域制造业网络。改善公私合作关系：（特别是中小型制造商和服务不足的社区）充分参与。为这种合作寻求更多的联邦拨款计划的协调和支持。附录A、机构参与和衡量标准联邦部门和机构对这些支柱和目标的潜在贡献见下表。本战略中列出的所有联邦活动均受预算限制，并需获得必要批准，包括联邦政府在制定年度预算时对优先事项和现有资源的权衡，以及国会在立法拨款时的权衡。支柱目标商务部国防部能源部劳工部交通部教育部环境保护署卫生与公众服务部国家航空航天局国家科学基金会农业部1：1.1：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳●●●●●●●1.2：加快微电子和半导体的制造创新●●●●1.3：充分利用先进制造以支持生物经济●●●●●●1.4：开发创新材料和加工技术●●●●●●●●●1.5：引领智能制造的未来●●●●●●2：伍2.1：扩大和丰富先进制造业人才库●●●●●●●●●2.2：发展、扩大和促进先进制造业教育和培训●●●●●●●●●2.3：加强雇主和教育组织之间的联系●●●●●●●●3：链弹性3.1：加强供应链互联互通●●●●●●●3.2：加大力度减少制造业供应链漏洞●●●●●●●●●3.3：加强和振兴先进制造业生态系统●●●●●●●●●联邦部门和机构在促进美国先进制造业创新方面发挥着关键作用。本战略中概述的支柱、目标和实施路径是由直接负责或关心推进制造业创新的联邦部门和机构制定的。通过带动对研发、教育和劳动力发展以及有弹性的制造业供应链和生态系统的投资的伙伴关系和集体行动，州和地方政府也为先进制造业提供了重要支持。为了评估在实现拟议的支柱、目标和优先事项方面的进展，我们建议以各部门和机构的参与程度以及根据所述优先事项制定的新方案和项目作为衡量标准。附录B、在实现2018年《先进制造业国家战略计划》目标方面取得的进展美国国家科学技术委员会于2018年10月发布了《先进制造业国家战略计划》。56本节总结了该计划中确定的支柱和重点目标所取得的进展。2018年《战略计划》提出了一个愿景，即确保美国在各工业部门的先进制造业中处于全球领先地位，以此来保障国家安全和经济繁荣。这一愿景将通过以下三个支柱来实现：开发和过渡新的制造技术。教育、培训制造业的劳动力并与他们建立起良好关系；扩大国内制造业供应链的能力。这些支柱都分别设定了重点目标以及技术和项目优先事项（及需在四至五年内达成的成果要求）。建议用来评估实现2018年支柱和目标进展的衡量标准是各机构的参与程度以及根据所述优先事项制定的新方案和项目。该表给出了对支柱和重点目标作出贡献的联邦机构。56https:///sites/default/files/2021-06/Advanced-Manufacturing-Strategic-Plan-2018.pdf支柱目标DoDDOEDOCHHSNSFNASADOLUSDAED制造技术智能制造系统材料及加工技术医疗产品制造电子设计与制造食品和农业制造制造劳动力未来的制造业劳动力职业技术教育行业公认的证书将技术工人与行业相匹配国内供应链中小型制造商制造业创新的生态系统国防制造基地面向农村社区的先进制造业支柱1：开发和过渡新的制造技术。在该支柱下设定了以下重点目标：把握智能制造系统的未来开发世界领先的材料和加工技术通过国内制造保证医疗产品的供应保持在电子设计和制造方面的领先地位增加食品和农业制造的机会联邦政府在向许多机构内的制造业研发活动进行了投资。这些机构相互协调彼此的工作以避免重复，同时确保他们的投资满足任务需要，并在适当的时候相互补充。参加国家科学技术委员会先进制造业小组委员会的机构已经进行跨部门合作，协调和优化联邦对先进制造业研发的投资。联邦政府计划在促进技术开发和向制造企业（特别是那些中小型企业）转让方面是成功的。这些计划包括美国制造研究所、NIST制造扩展合作、能源部的制造示范设施和嵌入式创业计划，以及国家科学基金会的未来制造计划。此外，商务部、国防部、能源部、卫生与公众服务部、国家航空航天局、国家科学基金会和环境保护署的小企业创新研究/小企业技术转让项目也为制造业研发提供了创业援助。下表列出了对先进制造业研发进展作出贡献的机构计划的范例。机构技术开发计划商务部美国制造业制造业扩展伙伴关系增材制造智能制造机器人先进材料测量标准参考材料新冠肺炎经济反应快速援助国防部制造业技术计划美国制造业研究所国防工业基地现代化能源部美国制造业研究所制造业示范设施关键材料研究所BOTTLE联盟制造业的高性能计算实验室嵌入式创业教育和劳动力路线图（NREL）机器人、高性能计算和储能实习小企业创新研究和小企业技术转让计划美国制造挑战卫生与公众服务部生物医学高级研究与开发局先进开发和制造创新中心研究、创新和商业冒险司计划技术观察（TechWatch）推进持续制造的监管科学国家航空航天局空间技术研究拨款计划改革性航空概念计划国家科学基金会工业/大学合作研究中心先进制造业计划机器人基础研究人类与技术前沿工作的未来国家机器人计划3.0农业部生物经济、生物能源和生物产品计划内部和外部研究计划支柱2：教育、培训制造业的劳动力并与他们建立起良好关系在该支柱下设定了以下重点目标：吸引和培养未来的制造业劳动力队伍更新和扩大职业和技术教育的途径促进学徒制的推广和获得行业认可的证书将技术工人与需要他们的行业相匹配联邦对教育和劳动力发展的投资将有助于培养一支多样化和熟练的未来劳动力队伍。虽然目前只有教