導讀：這些領域将對制造業競争力的決定起到關鍵作用，應當成爲全國研發行動的重點。

來源：機械知(zhī)網、e-works、飛神設計、看航空

01

【增材制造】

Additive Manufacturing

普遍稱爲3D打印的增材制造 已經成爲新一(yī)輪工(gōng)業革命的旗幟。它明顯不同于以往，專業人士和愛好者都可用上，但增材制造不過是未來幾年有望給很多東西的制造方式帶來重大(dà)變革的一(yī)系列新興技術之一(yī)。甚至增材制造也非僅限于3D打印。

一(yī)項剛剛嶄露頭角的工(gōng)藝名叫“冷噴塗”，就是通過噴嘴噴射金屬顆粒，由于速度很高，這些顆粒會相互結合、組成形狀。通過精确控制噴嘴，機器操作員(yuán)就可以像利 用3D打印機打印一(yī)樣制造出齒輪之類的三維金屬物(wù)體(tǐ)。物(wù)體(tǐ)就像是通過噴繪畫出來的一(yī)樣，哪怕是用钛之類的不常見金屬，也都是可以完成的。

02

【傳感、測量和過程控制】

Advancing Sensing, Measurement,

and Process Control

幾乎所有先進制造技術都有一(yī)個共通的東西：它們都由處理巨量數據的電(diàn)腦驅動。正因如此，那些捕捉并記錄數據的東西才如此重要，如監測濕度的傳感器、确定位置的GPS跟蹤器、測量材料厚度的卡尺等。這些設備不僅越來越多地用于智能手機的智能化，還使得智能、靈活、可靠、高效的制造技術成爲可能。

在一(yī)座現代化的工(gōng)廠裏面，傳感器不僅有助于引導日益靈敏的機器，還提供管理整個工(gōng)廠的運營所需要的信息。産品從誕生(shēng)到送達都可以跟蹤，某些情況下(xià)還可以跟蹤 到送達之後。在這個過程中(zhōng)，一(yī)旦有問題出現，比如在噴漆室的濕度不适宜噴塗的時候，傳感器就會偵測出來，向機器操作者發送警報信号，甚至是向工(gōng)廠管理者的 手機發送警報信号。

03

【材料設計、合成與加工(gōng)】

Advanced Materials Design, 

Synthesis, and Processing

新機器将需要新材料，新材料将使新式機器的制造成爲可能。随着将材料細分(fēn)到原子或分(fēn)子層級、幾乎不需要經過漫長的實驗室步驟就可以進行操縱的進展出現，塗層、複合材料和其他材料的開(kāi)發正在加快。

借鑒人類基因組計劃取得的廣受認可的成功，能源部等美國政府機構去(qù)年發起成立了材料基因組計劃(Materials Genome Initiative), 其目标是将确定新材料、把新材料推向市場所需要的時間縮短一(yī)半。

目前這個過程可能需要耗時幾十年，比如锂離(lí)子電(diàn)池技術是20世紀70年代埃克森(sēn)(Exxon)的一(yī)名員(yuán)工(gōng)首次構想出來的，但一(yī)直要到90年代才開(kāi)始商(shāng)業化。這個計劃涉及的部分(fēn)工(gōng)作，便是讓該領域内散落在世界各處、兩耳不聞窗外(wài)事的研究人員(yuán)共享創意和創新。

04

【數字制造技術】

Visualization, Informatics,

and Digital Manufacturing Technologies

工(gōng)程師和設計師使用電(diàn)腦輔助的建模工(gōng)具已經有些年頭，不僅用于設計産品，還以數字方式對産品進行檢測、修正、改良，常常省略了更費(fèi)錢、更費(fèi)時的實體(tǐ)檢驗過 程。雲計算和低成本3D掃描儀（現在用iPhone就可以做一(yī)次簡單的3D掃描）正在将這些方法從尖端實驗室裏搬出來，使之進入主流，讓創業者能夠用上。 

Autodesk制作了一(yī)套免費(fèi)的的全功能CAD軟件“123 Design”，汽車(chē)制造商(shāng)一(yī)度要用大(dà)型計算機才能完成的事情，個人拿這套軟件就可以做了。

05

【可持續制造】

Sustainable Manufacturing

其目标即便不好實現，理解起來也還是很容易的，就是将每一(yī)丁點物(wù)質、每一(yī)焦耳能量最大(dà)化地用到生(shēng)産當中(zhōng)，盡可能地減少浪費(fèi)。高能效制造是其中(zhōng)的一(yī)個重點領域。

比如，制造業工(gōng)程師常常會說到“無燈”工(gōng)廠的潛力，這種工(gōng)廠在黑暗中(zhōng)持續運轉，不需要加熱或制冷，因爲它們基本上都是由機器人或其他機器操作。随着規模更小(xiǎo)、高度自動化的本地工(gōng)廠變得更加普遍，再制造和回收或許會變得更加重要，本地供應的材料也會更受重視。

06

【納米制造】

Nano manufacturing

一(yī) 納米等于一(yī)米的10億分(fēn)之一(yī)，所以納米制造的意思就是能夠在分(fēn)子、甚至原子層面操縱材料。預計納米材料将來會在高效太陽能電(diàn)池闆、電(diàn)池的生(shēng)産過程中(zhōng)發揮作 用，甚至會在基于生(shēng)态系統的醫學應用當中(zhōng)發揮作用，比如在體(tǐ)内安置傳感器，可以告訴醫生(shēng)癌症已經消失。未來幾代的電(diàn)子設備和運算設備或許也會非常依賴于納 米制造。

07

【柔性電(diàn)子制造】

Flexible Electronics Manufacturing

比如坐在上面的時候會産生(shēng)彎曲的平闆電(diàn)腦，與體(tǐ)溫連線、在你需要的時候提供制冷的衣服等。這些柔性技術已經在向主流進發，預計會定義下(xià)一(yī)代的消費(fèi)設備和運算設備，成爲未來10年增長最快的産品門類之一(yī)。但這需要極爲先進的制造工(gōng)藝。

08

【生(shēng)物(wù)制造】

Biomanufacturing and Bioinformatics

該領域利用生(shēng)物(wù)有機體(tǐ)或生(shēng)物(wù)有機體(tǐ)的一(yī)部分(fēn)以人工(gōng)方式生(shēng)産産品，如開(kāi)發藥物(wù)和複方藥。它可以用到很多領域，比如能效的提高、納米制造新方法的創造等。

09

【工(gōng)業機器人】

Industrial Robotics

工(gōng)業機器人可以每天24小(xiǎo)時、每周七天地運轉，精度可重複且越來越高，時間上可以精确到幾百分(fēn)之一(yī)秒，空間上可以精确到人眼都看不到的程度。它們精确地彙報進展，在接受效率測試的時候做出改進，如果安裝了先進的傳感系統，還會變得更加靈巧（它們也很少發牢騷）。

随着機器人變得越來越普遍，它們的經濟性也在提高：據麥肯錫全球研究院(McKinsey Global Institute)的一(yī)份報告，1990年以來與人工(gōng)相比的機器人相關成本已經下(xià)降高達50%。另外(wài)，随着生(shēng)物(wù)技術和納米技術的進步，預計機器人能夠做 的事情将越來越精巧，如藥品加工(gōng)、培植完整人體(tǐ)器官等。

10

【先進成形與連接技術】

Advanced Forming and 

Joining Technologies

當前大(dà)部分(fēn)機器制造工(gōng)藝基本上還是依靠傳統技術、特别是針對金屬的技術，如鑄型、鍛造、加工(gōng)和焊接等。但專家認爲，這個領域的創新時機已經成熟，可以用新的方法來連接更多種類的材料，同時提高能源和資(zī)源效率。比如冷成型技術就有可能作爲一(yī)項修複技術或先進焊接技術而發揮重大(dà)作用。

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【先進的生(shēng)産和檢測裝備】

Advanced Manufacturing 

and Testing Equipment