下一次工业革命已至，美国重新定义AI驱动下的先进制造

美国智库“特别竞争研究计划” （SCSP）正在制定一系列国家行动计划——《美国先进制造领导力国家行动计划》，以确保美国在关键技术领域的领导地位。

该行动计划认为先进制造是人工智能（AI）等新兴技术应用于工业领域的技术战场。过去20年见证了廉价传感器普及、计算能力提升、AI性能飞跃发展。这些趋势使得创建智能工厂成为可能，使设计和制造产品的过程更类似于软件开发。

本文将深度拆解美国最新《美国先进制造领导力国家行动计划》：从“原子世界软件化”到 1000 座未来工厂，一文看懂AI快进键下的先进制造业。

下一次工业革命已至

下一场工业革命已经到来。从人工智能和智能机器人到增材制造和数字孪生，一系列核心技术正在融合，改变工业生产的本质。先进制造（ADVM）范式依赖于机械加工、网络、传感和计算能力的紧密集成，加速了物质世界中物理商品的设计和生产。采用和改进这些范式的能力将日益决定国家在关键技术战场上竞争的能力。

图 / 作为交叉技术的先进制造

近几十年来，美国的工业能力严重削弱，对经济竞争力和安全构成了重大挑战。1980年，美国制造了全球超过40%的高科技产品，而今天仅为18%。 与此同时，中国培育了无与伦比的高科技工业生产能力，占全球制造业总产出的近30%。中国的“新型工业化”政策将先进制造业提高到重要战略地位。

同时，加速在制造业中部署AI和其他新兴技术，为美国重建其工业基础提供了一个独特的机遇窗口。工业部门正进入一个变革时代，由软件和AI在物理世界的应用所驱动。美国在AI和软件驱动的创新方面拥有竞争优势，如果将其与大规模的产能投资相结合，可以使美国在技术战场上占据领导地位。

先进制造的新内涵

先进制造业：数字-物理的深度融合

行动计划将先进制造业定义为“融合 AI 与原子世界的下一场工业革命”。

其定义既包括数字技术在物理世界的应用，也包括原子世界中的创新。数字技术在制造业的应用——最终体现为工业AI系统的部署——正在加速商品设计和生产的过程，以至于制造业正变得越来越类似于软件开发。

未来的工厂将部署工业AI系统和高保真仿真工具，以获得更快、更敏捷的设计和产品周期形式的创新优势。

从数字化到工业AI

先进制造部分前提是使用传感器和软件工具收集制造过程每一步的数据，然后应用这些信息以更高效的方式生产商品。这个过程通常被称为数字化。

软件在制造业的应用可以追溯到20世纪中期，当时美国的工程师和研究人员开发了计算机数控（CNC）机床和计算机辅助设计（CAD）工具。这两种技术都利用软件指令来提高制造系统的效率和精度。即使在今天，部署工业AI也要求工厂首先实现数字化。

随着工业AI的引入，制造过程不再仅仅是自动化，而是变得越来越智能化。换句话说，制造系统正从根据预先编程的指令运行转向实时适应条件。

将AI应用于制造过程可以释放各种经济和战略效益：生产率提高（以及随之而来的成本节约）、供应链透明度增加以及更高的可持续性（由于减少了浪费）。

此外，生成式AI的引入将从几个重要方面影响制造业。有趣的应用包括作为“操作系统”的AI驱动的副驾驶，帮助工人理解复杂的工厂数据，以及由AI强化的设计工具，可以根据自然语言描述创建产品设计。

最重要的是，生成式AI实现了多模态数据之间廉价的转换，这可能迎来“机器人技术的ChatGPT时刻”。 这样的发展可能未在本年代末广泛部署智能的、通用的“人形”机器人铺平道路，因为公司正在寻求应对严重劳动力短缺的途径。 真正的机器人革命将是颠覆性的，但有理由谨慎乐观。所谓的协作机器人已经实现了人机协作范式的采用，将工人从枯燥、肮脏或重复性的任务中解放出来，并为管理复杂系统开辟了更高薪的职业。

工业AI的突破也与超逼真的、基于物理的仿真的进步相融合——这是制造业中数字世界与物理世界融合的另一个例子。由于通过云访问强大的AI芯片使得计算能力得以扩散，在超逼真的计算机仿真或数字孪生中测试新设计、创建原型和模拟制造过程的变化，比在物理世界中测试它们更便宜。建立与现实保持锚定的制造操作虚拟模型是复杂、昂贵且具有挑战性的，但成功的公司可以创造相对于竞争对手的巨大创新和成本优势。

先进制造也包含根本性的工艺创新，即对制造过程的改进，以改善物品的建造方式。

工艺创新使扩大生产规模成为可能。 先进制造业包含原子世界中的创新。虽然数字化和工业AI可以带来显著的成本和质量收益，但工艺创新有潜力从根本上改变制造过程的成本曲线，从而颠覆整个行业。

工艺创新常常被忽视，但从历史上看，制造过程的改变，改变了关键行业的经济性，开辟了规模化的道路。近代历史上的关键例子包括用于蒸汽发电的瓦特工艺、用于钢铁生产的贝塞麦工艺以及用于微电子的平面工艺。 每一项创新都创造了新的规模化途径，并以深远的方式改变了世界。

最终，工艺创新通常意味着找到操纵原材料的新方法——这些过程比传统的金属成型、切割和 molding 方法更高效、更灵活或能满足更极端的要求。

增材制造是这些方法中最著名的，它在生产线上变得越来越有用，使制造商能够按需打印高强度金属和复合材料。近年来出现了更多有潜力进一步改变行业的工艺创新，包括搅拌摩擦焊、机器人钣金成型以及自动化材料发现与表征。另一个有趣的例子是生物制造，用发酵罐培养生物材料（如人造皮革），替代化工合成。

一句话总结：先进制造=“把制造变成软件”+“把原子做成比特”，谁先在工艺-数据-规模三要素上形成闭环，谁就握有未来十年产业霸权。

美国在先进制造业中的领导力行动计划

《美国先进制造业领导力国家行动计划》建议采取七大行动计划，旨在提升美国在先进制造领域的领导力，应对中国在工业领域的竞争，并强化国家安全与经济竞争力。以下是核心要点：

1. 启动：强化工业系统生态

1.1 建设1000家未来工厂：推动智能工厂的规模化部署，整合AI、数字孪生等技术。

1.2 创建制造领域的“ARPANet” ：建立国家级工业数据共享网络，加速技术协作。

2. 组织：填补创新生态缺口

2.1 扩展“制造美国”计划：扩大现有产学研合作平台的覆盖范围。

2.2 建立工业AI数据工厂网络：为工业AI开发提供高质量数据集。

2.3 设立白宫制造业办公室：协调跨部门政策与资源。

3. 创新：引领制造技术突破

3.1 创建“制造业贝尔实验室” ：专注基础工艺创新（如新材料、生物制造）。

3.2 增加研发投入：重点支持工业AI、机器人等关键技术。

3.3 扩大“材料基因组计划” ：加速新材料开发与应用。

4. 推广：加速技术应用与规模化

4.1 改造制造业扩展伙伴计划（MEP） ：帮助中小企业整合先进技术。

4.2 解决中小企业融资难题：提供专项资本支持。

4.3 建立国家级增材制造网络：推动3D打印技术普及。

4.4 部署大规模融资机制：支持本土产能建设。

5. 反制：抵御中国产能过剩冲击

5.1 构建盟友贸易联盟：联合民主国家市场对抗倾销。

5.2 运用“301条款” ：保护关键技术供应链。

5.3 利用“232条款” ：与盟友共建弹性供应链。

6. 防御：强化工业网络安全

6.1 部署自动化网络防御：保护工业系统免受AI攻击。

6.2 开发安全“数字线程” ：确保数据链安全性。

6.3 保障数字基础设施供应链：减少对外依赖。

7. 培养：解决人才短缺问题

7.1 2030年前培训百万制造业工人：重点提升数字与网络安全技能。

7.2 建立国家级人才市场：匹配劳动力与技术需求。

7.3 成立“美国制造军团” ：培养高技能工人。

7.4 重新定义制造业劳动力：推动人机协作模式。

目标与背景

核心目标：通过技术规模化应用，提升美国工业生产力（2030年达到领先经济体水平），扩大全球高端产业份额（增加20个百分点），并减少对中国供应链依赖。

战略背景：中国通过“新型工业化”政策占据全球30%制造业产出，美国需结合AI优势与产能投资重塑竞争力。

（文章来源：本文转自制造前沿。转载仅用于分享、学习，不做商用。如有侵权，请联系删除。）

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