2022美國(guó)數(shù)字制造技術(shù)戰(zhàn)略概述

美國(guó)數(shù)字制造2022年技術(shù)戰(zhàn)略概述摘要美國(guó)制造業(yè)至關(guān)重要，現(xiàn)處于發(fā)展的十字路口。麥肯錫指出，“’制造美業(yè)’推動(dòng)了美國(guó)35%的生產(chǎn)力增長(zhǎng)，60%的出口，70%的私營(yíng)部門(mén)研發(fā)支出。制造業(yè)是全美500個(gè)郡縣的主要產(chǎn)業(yè)，吸引著外國(guó)直接投資。最重要的是，制造業(yè)反映了美國(guó)的創(chuàng)新、智慧和技術(shù)實(shí)力?！痹谌ツ甑摹稇?zhàn)略投資計(jì)劃》中，MxD（原美國(guó)“數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究所”）強(qiáng)調(diào)了德勤的預(yù)測(cè)，即美國(guó)制造業(yè)將超越中國(guó)和其他所有國(guó)家，成為世界上最具競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)家。預(yù)測(cè)的依據(jù)，是國(guó)際上數(shù)百位制造業(yè)高管的評(píng)估。他們指出，在預(yù)測(cè)分析、物聯(lián)網(wǎng)、智能產(chǎn)品、智能工廠、信息技術(shù)集成、先進(jìn)材料、學(xué)術(shù)生態(tài)系統(tǒng)、公私合作、風(fēng)險(xiǎn)投資活動(dòng)和世界頂級(jí)信息技術(shù)企業(yè)的創(chuàng)新等方面，美國(guó)的優(yōu)勢(shì)不斷擴(kuò)大。第四次工業(yè)革命使美國(guó)可以通過(guò)數(shù)字技術(shù)的智能應(yīng)用，抓住經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)遇。

供應(yīng)管理協(xié)會(huì)的報(bào)告稱，美國(guó)制造業(yè)增長(zhǎng)迅速，增長(zhǎng)速度達(dá)到2004年以來(lái)的最快速度，令人振奮。美國(guó)勞工統(tǒng)計(jì)局稱，2018年10月之前的12個(gè)月內(nèi)，美國(guó)制造業(yè)增加了29.6萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位，是1995年以來(lái)增長(zhǎng)最多的一年。Software等公司幫助服裝制造業(yè)等瀕臨滅亡的行業(yè)重返美國(guó)本土，從而使供應(yīng)鏈更靈活、利潤(rùn)更高。企業(yè)和消費(fèi)者開(kāi)始參與“轉(zhuǎn)型經(jīng)濟(jì)”，形成了對(duì)大規(guī)模定制的需求——對(duì)離顧客需求近的制造業(yè)大有裨益。但是目前存在很多問(wèn)題和威脅。白宮2018年發(fā)布的《美國(guó)先進(jìn)制造領(lǐng)導(dǎo)戰(zhàn)略》指出，對(duì)美國(guó)具有重大戰(zhàn)略意義的通信設(shè)備和計(jì)算設(shè)備產(chǎn)量急劇下降。例如美國(guó)國(guó)防部指出，現(xiàn)在90%的印刷電路板是由亞洲制造的，其中一半產(chǎn)自中國(guó)。美國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)過(guò)度依賴于非盟國(guó)，限制了美國(guó)的經(jīng)濟(jì)繁榮、國(guó)家安全和在沖突中獲勝的能力。白宮的報(bào)告還認(rèn)識(shí)到，盡管最近幾個(gè)季度制造業(yè)的就業(yè)增長(zhǎng)迅速，但是就業(yè)總量仍低于2006年的水平，比2000年低70%。麥肯錫還發(fā)現(xiàn)，全球87%的高管對(duì)于本單位將會(huì)出現(xiàn)的技術(shù)人才缺口準(zhǔn)備不充分。制造業(yè)研究所和德勤估計(jì)，到2025年，經(jīng)過(guò)適當(dāng)技術(shù)培訓(xùn)和接受科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的勞動(dòng)力匱乏，將導(dǎo)致技術(shù)工人出現(xiàn)200萬(wàn)的缺口。人才缺口巨大，會(huì)損害美國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。MxD采訪的大多數(shù)人表示，自己的公司沒(méi)有明確的數(shù)字化轉(zhuǎn)型愿景和計(jì)劃。而且，制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)間諜，比其他任何行業(yè)都要多，并且越來(lái)越多地針對(duì)中小型企業(yè)。2017年，一半以上的中小企業(yè)遭受過(guò)網(wǎng)絡(luò)攻擊。2018年，由MxD和國(guó)際信息系統(tǒng)審計(jì)協(xié)會(huì)委托的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，39%的制造企業(yè)認(rèn)為，董事會(huì)和管理團(tuán)隊(duì)沒(méi)有充分重視網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)了巨大的機(jī)遇，但是缺乏遠(yuǎn)見(jiàn)、可行計(jì)劃、商業(yè)案例、資源、技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全保障及其他因素，則會(huì)妨礙其實(shí)現(xiàn)美好愿景。挑戰(zhàn)迫在眉睫。美國(guó)制造業(yè)要抓住機(jī)遇，明智地進(jìn)行技術(shù)投資，不被各種技術(shù)潮流而分散注意力。去年，MxD將這次機(jī)遇的一些因素和趨勢(shì)總結(jié)為美國(guó)制造業(yè)簡(jiǎn)單有力的愿景，即處處進(jìn)步。

這仍然是我們關(guān)注的焦點(diǎn)。我們定義的研究主題和針對(duì)性項(xiàng)目，使持續(xù)的數(shù)字化改進(jìn)更接近現(xiàn)實(shí)。2019年，MxD通過(guò)1級(jí)和2級(jí)制造企業(yè)成員和國(guó)防部利益相關(guān)者提供的特定運(yùn)營(yíng)案例，設(shè)計(jì)并啟動(dòng)了綜合多項(xiàng)技術(shù)的項(xiàng)目，構(gòu)建體現(xiàn)MxD愿景的體系，展示對(duì)商業(yè)的影響，并克服現(xiàn)實(shí)世界的障礙。MxD使命的完善2018年，MxD讓執(zhí)行委員會(huì)、技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)和美國(guó)國(guó)防部的利益相關(guān)者完善其使命和重點(diǎn)。人們一致認(rèn)為，作為國(guó)家的數(shù)字制造和設(shè)計(jì)研究所，MxD的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是整合多種技術(shù)和系統(tǒng)，協(xié)同提高系統(tǒng)性的生產(chǎn)效率。研究所的核心活動(dòng)是工廠的運(yùn)營(yíng)，把人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)、模擬和建模、信息技術(shù)集成等數(shù)字技術(shù)，用于在產(chǎn)品整個(gè)生命周期上帶來(lái)整體效益。MxD從事設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)工程、供應(yīng)鏈和可持續(xù)性方面的工作，范圍在一定程度上與數(shù)字主線（超越時(shí)間和空間的單一權(quán)威信息源，將企業(yè)特定產(chǎn)品的情況和認(rèn)識(shí)聯(lián)系在一起）相互作用。MxD的使命顯然是面向?qū)ο到y(tǒng)和商業(yè)的影響，重申可運(yùn)營(yíng)的試驗(yàn)工廠作為成員單位協(xié)作、消除風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)現(xiàn)、演示和傳播學(xué)習(xí)成果的安全場(chǎng)所的價(jià)值，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)真正的7級(jí)技術(shù)成熟度需要加大工作力度。7級(jí)技術(shù)成熟度，要求在運(yùn)營(yíng)環(huán)境中演示系統(tǒng)原型，需要MxD的行業(yè)合作伙伴或國(guó)防部合作伙伴非常具體的運(yùn)營(yíng)案例、信息技術(shù)環(huán)境和運(yùn)營(yíng)技術(shù)環(huán)境，為項(xiàng)目應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的限制打好基礎(chǔ)。戰(zhàn)勝各種實(shí)際挑戰(zhàn)，例如異構(gòu)信息技術(shù)系統(tǒng)、勞動(dòng)力無(wú)準(zhǔn)備或落伍、網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題、生產(chǎn)速度等，是研究所的核心價(jià)值。因此，MxD發(fā)展了自己的戰(zhàn)略，確保所有新的合作項(xiàng)目至少有一個(gè)1級(jí)或2級(jí)制造企業(yè)成員或國(guó)防部運(yùn)營(yíng)實(shí)體作為研究對(duì)象。這將有助于確保MxD項(xiàng)目必要的獨(dú)特性，對(duì)具體問(wèn)題產(chǎn)生可以付諸實(shí)施的實(shí)際結(jié)果。從某種意義上說(shuō)，研究所的研究范圍很廣，橫跨產(chǎn)品生命周期的所有階段，涉及很多數(shù)字技術(shù)和制造過(guò)程。但是MxD知道，把重點(diǎn)放在提高數(shù)字主線和數(shù)字孿生的應(yīng)用上，既是必要的，也是正確的。數(shù)字主線集成的數(shù)據(jù)流，通過(guò)數(shù)字孿生的實(shí)時(shí)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)自動(dòng)學(xué)習(xí)。同時(shí)，研究所的倡議涉及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈、運(yùn)營(yíng)和可持續(xù)性保障，有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)字主線，能夠利用數(shù)據(jù)，在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)以數(shù)字孿生的形式形成持續(xù)改進(jìn)的良性循環(huán)。

MxD戰(zhàn)略投資計(jì)劃的影響MxD2019年的投資戰(zhàn)略，在一定程度上是以白宮2018年發(fā)布的《美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)戰(zhàn)略》為指導(dǎo)，該戰(zhàn)略的三大目標(biāo)為：開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新的制造技術(shù)；教育和培訓(xùn)制造業(yè)的勞動(dòng)力，形成勞動(dòng)力隊(duì)伍；提升國(guó)內(nèi)制造業(yè)供應(yīng)鏈的能力。除了這三大目標(biāo)之外，國(guó)防部領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)機(jī)構(gòu)間特別工作組，也要求提高對(duì)制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全和較低層次工業(yè)基地投資的關(guān)注。有鑒于此，MxD根據(jù)與執(zhí)行委員會(huì)和技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)委員的對(duì)話，以及敏捷技術(shù)組的會(huì)議、研討和構(gòu)思會(huì)議，提出了2019年的四大投資主題：實(shí)施工廠數(shù)字孿生，推動(dòng)提高零散加工行業(yè)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)力擴(kuò)大勞動(dòng)力發(fā)展計(jì)劃，評(píng)估行業(yè)需求，幫助企業(yè)正確組織和培訓(xùn)未來(lái)勞動(dòng)者與先進(jìn)制造機(jī)器人研究所合作，形成新型制造能力，使財(cái)富生產(chǎn)達(dá)到新水平，加強(qiáng)對(duì)操作人員的支持運(yùn)營(yíng)國(guó)家制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全中心，通過(guò)加強(qiáng)培訓(xùn)、運(yùn)用財(cái)務(wù)模型和使用易用工具，建立更具彈性的工業(yè)基礎(chǔ)這些主題的重點(diǎn)是美國(guó)制造業(yè)最優(yōu)先的任務(wù)：在現(xiàn)有流程和新流程中構(gòu)建實(shí)時(shí)自適應(yīng)工廠的能力，保護(hù)美國(guó)數(shù)字優(yōu)勢(shì)的日益擴(kuò)大，投資實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)需要的人員和系統(tǒng)。它們是MxD現(xiàn)有60多個(gè)已完成、正在進(jìn)行或正待發(fā)布的項(xiàng)目的補(bǔ)充。MxD去年已經(jīng)研究或啟動(dòng)了利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)數(shù)字主線的項(xiàng)目。研究所2019年重新將重點(diǎn)放在工廠上。在工廠運(yùn)營(yíng)中，數(shù)字主線的影響是以數(shù)字孿生的形式，使用權(quán)威數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)把改進(jìn)反饋回流程中。MxD還將與先進(jìn)制造機(jī)器人研究所合作，開(kāi)發(fā)新型自適應(yīng)制造系統(tǒng)。MxD在2018年第4季度收到了100萬(wàn)美元的種子資金，因而研究所能夠啟動(dòng)初始項(xiàng)目，給予網(wǎng)絡(luò)安全特別關(guān)注。今年，勞動(dòng)力發(fā)展成為2019年戰(zhàn)略投資計(jì)劃的固定組成部分。因?yàn)槲覀冊(cè)絹?lái)越堅(jiān)信，第四次工業(yè)革命的進(jìn)展，需要用綜合性方法將技術(shù)、人員和系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。確定項(xiàng)目?jī)?yōu)先順序的過(guò)程作為多階段計(jì)劃的一部分，在與我們的1級(jí)和2級(jí)制造企業(yè)成員及國(guó)防部合作征求共同利益領(lǐng)域和承諾的過(guò)程中，項(xiàng)目的基本要素可能會(huì)修改、合并、刪除或啟動(dòng)。本文的部分目的，是了解2019年考慮

的早期項(xiàng)目概念，激發(fā)MxD社區(qū)之間的討論和自主選擇。MxD通過(guò)多個(gè)論壇促進(jìn)這種團(tuán)隊(duì)合作。技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)和執(zhí)行委員會(huì)的會(huì)議，審批總體戰(zhàn)略計(jì)劃和投資主題，指導(dǎo)MxD人員啟動(dòng)項(xiàng)目指南。各種論壇用于促進(jìn)項(xiàng)目構(gòu)思、范圍界定和團(tuán)隊(duì)合作。各種規(guī)模的制造企業(yè)、解決方案提供商、初創(chuàng)企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和美國(guó)國(guó)防部，都積極參與這個(gè)過(guò)程。這些論壇包括技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)會(huì)議、敏捷技術(shù)組電話會(huì)議、專門(mén)廣泛征求未來(lái)項(xiàng)目觀點(diǎn)的研討會(huì)，以及MxD人員與頂級(jí)制造企業(yè)成員之間的重點(diǎn)會(huì)議。全年的時(shí)間安排，可能會(huì)根據(jù)成員和國(guó)防部對(duì)特定項(xiàng)目的承諾水平、資源可用性、項(xiàng)目具體范圍界定的成熟度、執(zhí)行團(tuán)隊(duì)的準(zhǔn)備情況以及其他因素發(fā)生變化。2019年投資主題A.工廠數(shù)字孿生盡管“數(shù)字孿生”只是眾多與第四次工業(yè)革命有關(guān)的術(shù)語(yǔ)之一，但是2019年，MxD認(rèn)識(shí)到正確掌握數(shù)字孿生，對(duì)于實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型的前景至關(guān)重要，因而提高了它的地位。在2018年的未來(lái)工廠研討會(huì)上，MxD的成員簡(jiǎn)單有效地定義了數(shù)字孿生：“與物理系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)好處的模型?！睌?shù)字孿生，是在數(shù)字領(lǐng)域中對(duì)物理系統(tǒng)的關(guān)鍵功能進(jìn)行建模。物聯(lián)網(wǎng)傳感器測(cè)量影響人工智能算法的物理系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。人工智能算法分析收集的數(shù)據(jù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)執(zhí)行器，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)物理領(lǐng)域的改進(jìn)。數(shù)字孿生是支持MxD“處處進(jìn)步”愿景的主要系統(tǒng)概念。數(shù)字技術(shù)正是在形成“信息-物理”的循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)了最高目標(biāo)和最大投資回報(bào)。美國(guó)最先進(jìn)的制造企業(yè)將在自己的業(yè)務(wù)中實(shí)施數(shù)字孿生的概念作為數(shù)字制造的重點(diǎn)。因此，MxD策劃了一系列由成員推動(dòng)的相關(guān)項(xiàng)目，并作為2019年戰(zhàn)略投資計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵主題加以推廣。零散試驗(yàn)臺(tái)、流程試驗(yàn)臺(tái)和數(shù)字孿生MxD準(zhǔn)備支持零散制造企業(yè)和流程制造企業(yè)，為每個(gè)制造企業(yè)量身定制項(xiàng)目和試驗(yàn)臺(tái)。這些試驗(yàn)臺(tái)將作為平臺(tái)，通過(guò)創(chuàng)建共享的實(shí)驗(yàn)和演示工作空間，支持未年，MxD完成了能夠每日運(yùn)行的零散制造試驗(yàn)臺(tái)的初步開(kāi)發(fā)。這是一個(gè)適應(yīng)性生產(chǎn)平臺(tái)，讓MxD可以籌劃戰(zhàn)略投資計(jì)劃中的項(xiàng)目所定義的

技術(shù)并消除風(fēng)險(xiǎn)。零散試驗(yàn)臺(tái)生成帶有研究所愿景的MxD標(biāo)志牌。這個(gè)過(guò)程和產(chǎn)品的目的，是讓研究所在正常工作時(shí)間內(nèi)，能夠幾乎連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)除了有自動(dòng)進(jìn)行加工后處理的機(jī)械臂外，還有一臺(tái)自動(dòng)進(jìn)料的數(shù)控機(jī)床。標(biāo)志牌加工完成后，由機(jī)器人送到清洗干燥站進(jìn)行清潔，到計(jì)量站進(jìn)行測(cè)量，到序列標(biāo)記站打標(biāo)。這些標(biāo)志牌會(huì)作為紀(jì)念品發(fā)給訪客和會(huì)員，切實(shí)體現(xiàn)“處處進(jìn)步”。在本項(xiàng)目的初始階段，零散生產(chǎn)線是生產(chǎn)數(shù)據(jù)的寶貴來(lái)源。生產(chǎn)線的每一步，都會(huì)收集傳感器數(shù)據(jù)，幫助構(gòu)建零件和過(guò)程的數(shù)字足跡。提取機(jī)器控制器的信息，聚合到提取其他機(jī)器數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器套件。后加工站上會(huì)安裝其他低成本傳感器套件，收集數(shù)據(jù)并提供特別適合中小制造企業(yè)和國(guó)防部相關(guān)工業(yè)基地的低成本技術(shù)范例。所有數(shù)據(jù)匯總到一個(gè)分析套件中，提供給實(shí)時(shí)參數(shù)面板，用實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行闡釋。我們努力用關(guān)鍵性能指標(biāo)（例如設(shè)備總體效率、產(chǎn)量等）繪制較為綜合的圖表，同時(shí)也跟蹤零部件層次的數(shù)據(jù)，使特定標(biāo)志牌的唯一數(shù)據(jù)也能可視化呈現(xiàn)。團(tuán)隊(duì)把項(xiàng)目期間的最佳實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)記錄下來(lái)，編成可參考執(zhí)行的操作手冊(cè)，幫助成員把儀器、自動(dòng)化和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)節(jié)約地復(fù)制到自己的環(huán)境中。試驗(yàn)臺(tái)要成為逼真的實(shí)驗(yàn)室，支持下列項(xiàng)目元素涉及的多個(gè)實(shí)驗(yàn)。將解決方案集成到1級(jí)或2級(jí)制造企業(yè)的環(huán)境中之前，可以先在MxD試驗(yàn)臺(tái)上集成與工廠數(shù)字孿生相關(guān)的項(xiàng)目元素，研究傳感器、預(yù)測(cè)分析、人工智能、模擬和反饋循環(huán)的復(fù)雜集成，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)臺(tái)將在受控環(huán)境中用于收集經(jīng)驗(yàn)、找出局限性，以便將來(lái)在任何工廠實(shí)施時(shí)，都可以借鑒可靠的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。由于數(shù)字主線不是限于工廠內(nèi)啟停，而是延伸到產(chǎn)品的整個(gè)生命周期上，因此這些試驗(yàn)臺(tái)還將為實(shí)施其他重點(diǎn)領(lǐng)域的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈、運(yùn)營(yíng)和可持續(xù)性解決方案提供接口。2018年第4季度，MxD開(kāi)始設(shè)計(jì)和規(guī)劃專門(mén)的流程試驗(yàn)臺(tái)。流程試驗(yàn)臺(tái)面積預(yù)計(jì)約為1000平方英尺，可支持多個(gè)試驗(yàn)?zāi)K或滑道。試驗(yàn)?zāi)K或滑道可以各自獨(dú)立，也可以根據(jù)項(xiàng)目要求相互連接。模塊化滑道將作為項(xiàng)目技術(shù)試驗(yàn)和演示的靈活平臺(tái)。一個(gè)真實(shí)的或模擬的水處理循環(huán)，可能是試驗(yàn)臺(tái)中的第一個(gè)過(guò)程。水處理循環(huán)既可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)的連續(xù)生產(chǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立循環(huán)，盡量減少資源消

耗，降低生態(tài)影響。MxD的未來(lái)工廠團(tuán)隊(duì)，正在準(zhǔn)備電氣、管道、安全、控制和通信基礎(chǔ)設(shè)施等試驗(yàn)臺(tái)空間，支持下列項(xiàng)目和案例。下列項(xiàng)目要素通常涉及到在工廠環(huán)境中推進(jìn)數(shù)字孿生的科學(xué)和實(shí)踐，目的是使生產(chǎn)的每個(gè)零部件或每個(gè)單位都進(jìn)步，從而提高生產(chǎn)力。工廠數(shù)字孿生|項(xiàng)目1.開(kāi)發(fā)使單個(gè)離散零部件或產(chǎn)品被標(biāo)記的系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字主線和數(shù)字孿生的作用奠定基礎(chǔ)。2.人工智能在計(jì)算機(jī)視覺(jué)和過(guò)程元數(shù)據(jù)中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)一種數(shù)據(jù)科學(xué)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，能夠進(jìn)行原位計(jì)量、全數(shù)字主線模式識(shí)別和實(shí)時(shí)反饋控制，以確保質(zhì)量。3.集成的數(shù)控機(jī)床數(shù)字孿生將MxD現(xiàn)有的研究能力和商業(yè)能力與基于實(shí)物的新模型相結(jié)合，開(kāi)發(fā)多功能數(shù)控機(jī)床的數(shù)字孿生。4.預(yù)見(jiàn)性維護(hù)面向預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，制定綜合性操作手冊(cè)。5.人工工作流數(shù)字孿生開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，用于精確測(cè)量、建模、調(diào)度和優(yōu)化制造系統(tǒng)的人機(jī)交互。6.面向高混合、小批量應(yīng)用的數(shù)字化過(guò)程優(yōu)化為流程工業(yè)開(kāi)發(fā)數(shù)字系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析和自適應(yīng)過(guò)程優(yōu)化。7.面向流程數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集制定并執(zhí)行計(jì)劃，收集匯總構(gòu)建產(chǎn)品、工藝和輔助設(shè)備數(shù)字孿生所必需的所有傳感器數(shù)據(jù)。B.新型制造能力MxD除了通過(guò)數(shù)字孿生和自適應(yīng)反饋回路增強(qiáng)現(xiàn)有制造過(guò)程，還與先進(jìn)制造機(jī)器人研究所達(dá)成合作，開(kāi)發(fā)新型制造能力。MxD為這些項(xiàng)目帶來(lái)了閉環(huán)系統(tǒng)集成的專業(yè)知識(shí)，先進(jìn)制造機(jī)器人研究所則具備專業(yè)的機(jī)器人技術(shù)。MxD成員的討論，確定了可以將高精度、低延遲激光跟蹤系統(tǒng)與具備各種末端執(zhí)行器制造能力的機(jī)器人相結(jié)合，可能會(huì)形成適應(yīng)性強(qiáng)的開(kāi)放工作空間制造能力，特別適合于以前所未有的精度、低資本投入和周期構(gòu)建大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2017年全球工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到38.7萬(wàn)臺(tái)，比2016年增加了31%。工業(yè)正推動(dòng)自動(dòng)化水平的提高，尋求將機(jī)器人用于新應(yīng)用。機(jī)器人通?？芍貜?fù)操作，動(dòng)作靈活

又能達(dá)到高精度應(yīng)用所需的精度，例如激光切割、銑削、鉆孔、鉚接和精密助劑焊接。工業(yè)界目前正在探索更靈活的解決方案，例如，幾何比例各異的大批量零件，特別需要提高靈活性，降低成本和提高自適應(yīng)加工能力。當(dāng)下的機(jī)器人可以高效執(zhí)行精度低的任務(wù)，重復(fù)性強(qiáng)。相反，數(shù)控機(jī)床則精度高，誤差極小。但是由于價(jià)格昂貴，專用工具和夾具的成本也高，數(shù)控機(jī)床通常不用于低精度產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)自由度、最大工作空間和幾何形狀復(fù)雜的零件的加工能力都有限。到目前為止，工業(yè)界還未能填補(bǔ)低成本可重復(fù)機(jī)器人和高成本、高精度數(shù)控機(jī)床之間的空白。該項(xiàng)目的核心工作是將增強(qiáng)的6自由度激光跟蹤/計(jì)量系統(tǒng)與機(jī)器人控制器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的實(shí)時(shí)計(jì)量反饋和自適應(yīng)控制。6自由度激光跟蹤器通過(guò)在機(jī)器人與被操作零件之間建立笛卡爾坐標(biāo)系，連續(xù)跟蹤并實(shí)時(shí)提供機(jī)器人末端執(zhí)行器的6自由度信息，實(shí)現(xiàn)零件的精確自適應(yīng)加工。該系統(tǒng)包括一個(gè)便攜式三維激光跟蹤器和一個(gè)安裝在機(jī)器人末端執(zhí)行器上的緊湊型主動(dòng)靶。這種創(chuàng)新技術(shù)消除了運(yùn)動(dòng)、動(dòng)態(tài)、熱和力引起的誤差所產(chǎn)生的變化，確保機(jī)器人的末端執(zhí)行器精確沿著需要的理想軌跡進(jìn)行加工操作。一流激光計(jì)量性能使這種方法實(shí)現(xiàn)+/-50微米的定位精度的成本，可以低于數(shù)控機(jī)床的成本。這種方法不僅降低了成本，還可以實(shí)現(xiàn)減法銑削、鉆孔、鉚接、助劑焊接、原位計(jì)量等一整套全新的大規(guī)模高精度制造能力。由于激光跟蹤能力的成熟，市場(chǎng)上低成本、限制少的精密制造能力還有差距，所以MxD和先進(jìn)制造機(jī)器人研究所解決這一難題正當(dāng)其時(shí)。目標(biāo)是形成一個(gè)軟硬件集成平臺(tái)，將機(jī)器人控制與精確定位功能結(jié)合起來(lái)。該系統(tǒng)是數(shù)字主線和數(shù)字孿生的突破性應(yīng)用。|項(xiàng)目1.開(kāi)發(fā)結(jié)合激光跟蹤器實(shí)時(shí)跟蹤和機(jī)器人控制的系統(tǒng)，能夠在涉及大型和/或復(fù)雜組件的開(kāi)放式工作空間中驅(qū)動(dòng)高精度的制造操作。2.人工智能焊接的商業(yè)化實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)閉環(huán)焊接能力的技術(shù)轉(zhuǎn)化。3.機(jī)器人G代碼自動(dòng)生成直接從CAD文件中精簡(jiǎn)信息進(jìn)行機(jī)器人編程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、精密的增、減材機(jī)器人制造。

C．國(guó)家制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全中心充滿活力的工業(yè)基礎(chǔ)，可以在和平與戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期滿足國(guó)家關(guān)鍵需求，這是國(guó)家安全的頭等大事。2017年，美國(guó)制造企業(yè)的總產(chǎn)值為6.0萬(wàn)億美元，占經(jīng)濟(jì)總量的31%。由于制造企業(yè)投資數(shù)字制造技術(shù)，助力實(shí)現(xiàn)美國(guó)制造業(yè)全球稱霸的目標(biāo)，所以必須以強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)安全措施保護(hù)這些投資。美國(guó)制造業(yè)受到的網(wǎng)絡(luò)間諜攻擊占總量的35%，是受攻擊最大的領(lǐng)域。由于制造業(yè)會(huì)成為構(gòu)建經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)差異化的關(guān)鍵因素，所以數(shù)字制造技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)擴(kuò)大美國(guó)制造業(yè)遭受攻擊的范圍，同時(shí)對(duì)攻擊的吸引力也會(huì)提高。因此2018年第4季度，國(guó)防部向MxD發(fā)放種子資金，用于成立國(guó)家制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全中心。該中心要解決的最關(guān)鍵的領(lǐng)域，是加強(qiáng)中小制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全。中小制造企業(yè)占美國(guó)制造業(yè)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的90%以上，但是保護(hù)自身運(yùn)營(yíng)的資源極為有限。美國(guó)制造業(yè)極為零碎，98%的制造企業(yè)，其員工數(shù)量不多于500人，73%的制造企業(yè)，其員工數(shù)量不多于20人，很多制造企業(yè)缺乏具備必要技術(shù)技能的資源。國(guó)防部、商務(wù)部、能源部、國(guó)土安全部有許多政府活動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題研究之外的政府活動(dòng)也很多?？捎玫纳虡I(yè)工具不計(jì)其數(shù)，主要是用于信息技術(shù)領(lǐng)域。但是制造企業(yè)，特別是占工業(yè)基礎(chǔ)絕大多數(shù)的中小型制造企業(yè)，動(dòng)力不足，無(wú)法獲得按需定制的工具和培訓(xùn)。而大型制造企業(yè)和美國(guó)國(guó)防部，同樣需要提高自身業(yè)務(wù)和供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的彈性。動(dòng)力不足，是因?yàn)椴蛔鳛閷?duì)商業(yè)的影響不明顯，而網(wǎng)絡(luò)威脅比對(duì)網(wǎng)絡(luò)威脅的認(rèn)識(shí)增長(zhǎng)速度更快。此外，以運(yùn)營(yíng)技術(shù)空間為目標(biāo)的工具和培訓(xùn)稀缺。這類工具仍然需要采用消費(fèi)類的簡(jiǎn)單用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ剑员阒圃旃S里不是網(wǎng)絡(luò)專家的大多數(shù)最終用戶能夠獲取和使用。最后，缺乏協(xié)調(diào)一致的國(guó)家體系來(lái)滿足這些需求，意味著美國(guó)利用網(wǎng)絡(luò)安全經(jīng)驗(yàn)的速度趕不上威脅增長(zhǎng)的速度。美國(guó)迫切需要一個(gè)國(guó)家制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全中心，連接和建設(shè)更有彈性的工業(yè)基礎(chǔ)。該中心將通過(guò)調(diào)整最佳網(wǎng)絡(luò)工具和培訓(xùn)，將各種規(guī)模的制造企業(yè)的獨(dú)特需求聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)在制造企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中建立反饋回路，從而構(gòu)建持續(xù)改進(jìn)的工業(yè)基礎(chǔ)，使從一處學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)不斷用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。專注于這兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)的中心，將使制造企業(yè)能夠真正改善制造的每個(gè)零部件——不僅提高生產(chǎn)力，也提高安全性。最終目標(biāo)是以持續(xù)、可測(cè)量的方式減少行業(yè)漏洞和美國(guó)財(cái)富的危險(xiǎn)比例。

國(guó)家制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全中心2019年計(jì)劃MxD在制造業(yè)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全中心的初始階段，將成立一個(gè)咨詢委員會(huì)，引進(jìn)關(guān)鍵資源，制定MxD的網(wǎng)絡(luò)安全路線圖，將優(yōu)先級(jí)高的案例整合到“未來(lái)工廠”中，形成現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)和遠(yuǎn)程培訓(xùn)體驗(yàn)。年，MxD將重點(diǎn)啟動(dòng)一個(gè)多階段試點(diǎn)項(xiàng)目，調(diào)整多種網(wǎng)絡(luò)安全工具，滿足制造企業(yè)的需求，然后將這些工具聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建一個(gè)低成本、易用的商用解決方案系統(tǒng)，共同持續(xù)改進(jìn)中小制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐。一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)先事項(xiàng)，是在解決方案集中建立財(cái)務(wù)和競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)制造企業(yè)參與。通過(guò)該解決方案系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，會(huì)使MxD能夠持續(xù)了解制造企業(yè)面臨的具體網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)，并策劃有針對(duì)性的操作手冊(cè)、培訓(xùn)計(jì)劃和解決方案，直接滿足這些需求。連續(xù)的反饋循環(huán)，將使MxD的設(shè)計(jì)非常重要，并且面向行動(dòng)。對(duì)整個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐來(lái)說(shuō)，這是必不可少的。網(wǎng)絡(luò)安全工具試點(diǎn)項(xiàng)目MxD將與解決方案提供商合作完成一個(gè)多階段試點(diǎn)項(xiàng)目，調(diào)整現(xiàn)有解決方案，滿足制造企業(yè)的特定需求。除了與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所制造擴(kuò)展伙伴關(guān)系網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試點(diǎn)外，還將至少與MxD的1個(gè)頂級(jí)行業(yè)成員和6-9個(gè)不同規(guī)模的供應(yīng)商合作。這項(xiàng)工作的第一階段，將著重于形成對(duì)制造企業(yè)面臨的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)，然后為他們付諸行動(dòng)創(chuàng)造內(nèi)在動(dòng)力。提高制造企業(yè)的認(rèn)識(shí)，將會(huì)通過(guò)部署云滲透測(cè)試工具，向制造企業(yè)展示漏洞，但是最初只是強(qiáng)調(diào)最關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)，以免制造企業(yè)知難而退，從而能夠?qū)崿F(xiàn)使其改進(jìn)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全做法的持續(xù)過(guò)程。與可以估計(jì)制造企業(yè)“風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值”的工具聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)一系列簡(jiǎn)單直接的制造企業(yè)運(yùn)營(yíng)問(wèn)題（例如收入、員工人數(shù)、行業(yè)和制造設(shè)備類型），估計(jì)公司在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)安全攻擊時(shí)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。隨著制造企業(yè)了解怎樣實(shí)施各種網(wǎng)絡(luò)安全做法會(huì)減少經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，并為投資于風(fēng)險(xiǎn)緩解工作找到必要的財(cái)務(wù)依據(jù)，風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值指標(biāo)將激勵(lì)制造企業(yè)采取行動(dòng)。制造企業(yè)將能看到自己采取的行動(dòng)降低了風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值——給出進(jìn)步的定量指標(biāo)并使他們產(chǎn)生進(jìn)一步改進(jìn)的欲望。項(xiàng)目的第二階段，將在參與的制造企業(yè)防火墻后試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，進(jìn)一步評(píng)估每家企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)，并確定有待改進(jìn)的領(lǐng)域。同時(shí)，MxD將致力于改進(jìn)并擴(kuò)展“網(wǎng)絡(luò)安全面板”的功能。“網(wǎng)絡(luò)安全面板”是MxD項(xiàng)目15-01-02開(kāi)發(fā)的

商用自評(píng)估工具。重點(diǎn)將是形成用戶體驗(yàn)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)專家以外的人進(jìn)行自評(píng)估的過(guò)程。經(jīng)驗(yàn)性測(cè)試工具和自評(píng)估面板中，將建立一個(gè)政策模板和最佳實(shí)踐的資源庫(kù)，幫助制造企業(yè)完成特定的風(fēng)險(xiǎn)緩解工作。資源庫(kù)的建設(shè)，將利用來(lái)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所及其他機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有知識(shí)，以后還會(huì)制作操作指南和視頻操作指導(dǎo)，根據(jù)需求程度給制造企業(yè)排列優(yōu)先順序，并提供其他支持。試點(diǎn)的最后一個(gè)階段，將把通過(guò)云滲透測(cè)試、設(shè)備和風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值工具獲取的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)鏈接到自評(píng)估面板上。把這些工具連接在一起大有好處。例如，把云滲透工具和設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)鏈接起來(lái)，可以根據(jù)觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)完成很多自評(píng)估問(wèn)題。這不僅大大縮短了完成自評(píng)估的時(shí)間，也提高了響應(yīng)的準(zhǔn)確性——因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程基于真實(shí)數(shù)據(jù)，并會(huì)通過(guò)自動(dòng)更新反映網(wǎng)絡(luò)安全做法的變化。此外，用制造企業(yè)的特定網(wǎng)絡(luò)安全做法自動(dòng)完善模型，會(huì)使風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值的計(jì)算更加精確。通過(guò)這一試點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)安全中心將生成參與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐的寶貴數(shù)據(jù)，并且能夠用多個(gè)指標(biāo)來(lái)顯示其網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐的量化改進(jìn)，例如總體風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值降低的比例和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所800-171特定控制的合規(guī)性提高的比例等。在試點(diǎn)的每個(gè)階段，MxD會(huì)成為試點(diǎn)企業(yè)和解決方案提供商之間的橋梁，確保理解并解決中小制造企業(yè)面臨的真正限制，鼓勵(lì)應(yīng)用。計(jì)劃的解決方案集將收集反饋信息，幫助在試點(diǎn)之后打造成不斷改進(jìn)的商用工具系統(tǒng)。這項(xiàng)工作可以開(kāi)發(fā)出一個(gè)框架，日后用于認(rèn)證和評(píng)估制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案。MxD想借助于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的制造擴(kuò)展伙伴關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和MxD的原始設(shè)備制造商成員網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入中小制造企業(yè)市場(chǎng)。隨著工具應(yīng)用的增多，網(wǎng)絡(luò)安全中心將把數(shù)據(jù)用于為中小制造企業(yè)界提供寶貴的基準(zhǔn)。對(duì)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所800-171的每項(xiàng)控制，制造企業(yè)將能夠看到自己的做法與同行的異同。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)安全成為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的來(lái)源時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)注會(huì)提高，進(jìn)而不斷改善整個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)，這對(duì)美國(guó)的國(guó)家安全和保護(hù)美國(guó)日益擴(kuò)大的數(shù)字經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。|1.網(wǎng)絡(luò)安全工具試點(diǎn)項(xiàng)目MxD將與解決方案提供商合作，完成多階段試點(diǎn)項(xiàng)目，調(diào)整現(xiàn)有解決方案，滿足制造企業(yè)的特定需求。除了與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的制造擴(kuò)展伙伴關(guān)系網(wǎng)

絡(luò)進(jìn)行試點(diǎn)外，還將至少與MxD的1個(gè)頂級(jí)行業(yè)成員和6-9個(gè)不同規(guī)模的供應(yīng)商合作。2.網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)構(gòu)建并測(cè)試安全架構(gòu)，滿足工業(yè)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)安全需求，包括既生產(chǎn)秘密零部件也生產(chǎn)非密零部件的制造企業(yè)。D．勞動(dòng)力發(fā)展計(jì)劃增強(qiáng)的制造過(guò)程只有在與之相匹配的勞動(dòng)力支持下才能發(fā)揮更大益處。技術(shù)型勞動(dòng)力能夠設(shè)計(jì)和實(shí)施數(shù)字制造的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)于制造商利用新興工藝改進(jìn)制造能力至關(guān)重要。2019年，MxD勞動(dòng)力發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)，將是確定未來(lái)制造業(yè)必需的工作崗位、工人上崗所需的培訓(xùn)、工人適應(yīng)崗位所需的工具。戴爾未來(lái)研