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上屆美國總統歐巴馬非常重視製造業。其發起成立的「先進位造業合作委員會」，Advanced Manufacturing Partnership，就未來製造業的發展做出了展望，重點規劃11個技術領域，認為這些領域將對製造業競爭力的決定起到關鍵作用，應當成為全國研發行動的重點。

01

【增材製造】

Additive Manufacturing

普遍稱為3D列印的增材製造 已經成為新一輪工業革命的旗幟。它明顯不同於以往，專業人士和愛好者都可用上，但增材製造不過是未來幾年有望給很多東西的製造方式帶來重大變革的一系列新興技術之一。甚至增材製造也非僅限於3D列印。

一項剛剛嶄露頭角的工藝名叫「冷噴塗」，就是通過噴嘴噴射金屬顆粒，由於速度很高，這些顆粒會相互結合、組成形狀。通過精確控制噴嘴，機器操作員就可以像利 用3D印表機列印一樣製造出齒輪之類的三維金屬物體。物體就像是通過噴繪畫出來的一樣，哪怕是用鈦之類的不常見金屬，也都是可以完成的。

02

【傳感、測量和過程控制】

Advancing Sensing, Measurement,

and Process Control

幾乎所有先進位造技術都有一個共通的東西：它們都由處理巨量數據的電腦驅動。正因如此，那些捕捉並記錄數據的東西才如此重要，如監測濕度的傳感器、確定位置的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於智慧型手機的智能化，還使得智能、靈活、可靠、高效的製造技術成為可能。

在一座現代化的工廠裡面，傳感器不僅有助於引導日益靈敏的機器，還提供管理整個工廠的運營所需要的信息。產品從誕生到送達都可以跟蹤，某些情況下還可以跟蹤 到送達之後。在這個過程中，一旦有問題出現，比如在噴漆室的濕度不適宜噴塗的時候，傳感器就會偵測出來，向機器操作者發送警報信號，甚至是向工廠管理者的 手機發送警報信號。

03

【材料設計、合成與加工】

Advanced Materials Design,

Synthesis, and Processing

新機器將需要新材料，新材料將使新式機器的製造成為可能。隨著將材料細分到原子或分子層級、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、復合材料和其他材料的開發正在加快。

借鑑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年發起成立了材料基因組計劃(Materials Genome Initiative), 其目標是將確定新材料、把新材料推向市場所需要的時間縮短一半。

目前這個過程可能需要耗時幾十年，比如鋰離子電池技術是20世紀70年代埃克森(Exxon)的一名員工首次構想出來的，但一直要到90年代才開始商業化。這個計劃涉及的部分工作，便是讓該領域內散落在世界各處、兩耳不聞窗外事的研究人員共享創意和創新。

04

【數字製造技術】

Visualization, Informatics,

and Digital Manufacturing Technologies

工程師和設計師使用電腦輔助的建模工具已經有些年頭，不僅用於設計產品，還以數字方式對產品進行檢測、修正、改良，常常省略了更費錢、更費時的實體檢驗過 程。雲計算和低成本3D掃描儀（現在用iPhone就可以做一次簡單的3D掃描）正在將這些方法從尖端實驗室里搬出來，使之進入主流，讓創業者能夠用上。

Autodesk製作了一套免費的的全功能CAD軟體「123 Design」，汽車製造商一度要用大型計算機才能完成的事情，個人拿這套軟體就可以做了。

05

【可持續製造】

Sustainable Manufacturing

其目標即便不好實現，理解起來也還是很容易的，就是將每一丁點物質、每一焦耳能量最大化地用到生產當中，儘可能地減少浪費。高能效製造是其中的一個重點領域。

比如，製造業工程師常常會說到「無燈」工廠的潛力，這種工廠在黑暗中持續運轉，不需要加熱或製冷，因為它們基本上都是由機器人或其他機器操作。隨著規模更小、高度自動化的本地工廠變得更加普遍，再製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

【納米製造】

Nano manufacturing

一 納米等於一米的10億分之一，所以納米製造的意思就是能夠在分子、甚至原子層面操縱材料。預計納米材料將來會在高效太陽能電池板、電池的生產過程中發揮作 用，甚至會在基於生態系統的醫學應用當中發揮作用，比如在體內安置傳感器，可以告訴醫生癌症已經消失。未來幾代的電子設備和運算設備或許也會非常依賴於納 米製造。

07

【柔性電子製造】

Flexible Electronics Manufacturing

比如坐在上面的時候會產生彎曲的平板電腦，與體溫連線、在你需要的時候提供製冷的衣服等。這些柔性技術已經在向主流進發，預計會定義下一代的消費設備和運算設備，成為未來10年增長最快的產品門類之一。但這需要極為先進的製造工藝。

08

【生物製造】

Biomanufacturing and Bioinformatics

該領域利用生物有機體或生物有機體的一部分以人工方式生產產品，如開發藥物和復方藥。它可以用到很多領域，比如能效的提高、納米製造新方法的創造等。

09

【工業機器人】

Industrial Robotics

工業機器人可以每天24小時、每周七天地運轉，精度可重複且越來越高，時間上可以精確到幾百分之一秒，空間上可以精確到人眼都看不到的程度。它們精確地彙報進展，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）。

隨著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)的一份報告，1990年以來與人工相比的機器人相關成本已經下降高達50%。另外，隨著生物技術和納米技術的進步，預計機器人能夠做 的事情將越來越精巧，如藥品加工、培植完整人體器官等。

10

【先進成形與連接技術】

Advanced Forming and

Joining Technologies

當前大部分機器製造工藝基本上還是依靠傳統技術、特別是針對金屬的技術，如鑄型、鍛造、加工和焊接等。但專家認為，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，同時提高能源和資源效率。比如冷成型技術就有可能作為一項修復技術或先進焊接技術而發揮重大作用。

11

【先進的生產和檢測裝備】

Advanced Manufacturing

and Testing Equipment

本文由「135編輯器」提供技術支持

延伸閱讀

美國提出這六項航空最前沿科技

僅有幾個國家才有能力掌握

洛克希德•馬丁公司的官網

之前發布了「2018頂尖技術預測」，

盤點未來幾年將在國防

和軍工中發揮重要作用的6大頂尖技術。

這6大頂尖技術分別是：

「數字孿生 /Digital Twin、

高超聲速技術/Hypersonics、

機器學習和人工智慧技術/Machine Learning & Artificial Intelligence（AI）、

賽博和電子戰/Cyber & Electronic Warfare、

自主化和人機互動協作/Autonomy & Human-Machine Collaboration、

定向能/Directed Energy。

雖說，預測中提及的這6大技術並非新鮮，或是早已技術發展十幾年甚至幾十年了，或是如「AI」這般是近年網際網路科技界的熱詞，總之它們算不上新鮮，也是早早被認定為「未來新技術」，但這次可是國際軍火巨頭中NO.1 的「洛•馬」來畫的重點。

數字孿生

Digital Twins

「數字孿生」這個概念是2000年以來不斷發展的新概念，是物聯網、大數據、虛擬建模、工業網際網路等技術融合下的最前沿技術。拋開洛•馬官網上對「數字孿生」這個概念有些看起來「玄學」的解釋，簡單理解這個「數字孿生」就是「虛擬製造」和「現實生產」的配對與融合。

「虛擬」，目前各國的航空工業在飛機設計上的「無紙化」、「數字化樣機」已是常態，這就是在電腦上構建了「虛擬樣機」。隨著技術進步，這個「虛擬樣機」的功能真實度越來越高，越來越接近最後造出的「物理樣機」，那麼在這個「虛擬樣機」就能做更多試驗，儘早的更多的發現設計上的問題不足、以及改進優化完善設計。

韓國四代機設想圖。

那麼，技術再提高，這個「虛擬」就不只是虛擬這個「樣機」、虛擬測試，還將提前「虛擬」製造、生產、工藝、維護、改進等關乎這架「飛機」全壽命周期中的各個環節。因此，當然這些「虛擬」完成後，發現的問題都解決好後，轉入「現實世界」的樣機製造、測試、量產、再升級等環節就會節奏效率非常之高，也就是儘可能快的將設計的產品投產裝備部隊（或者，投入市場）。

所以，這個「數字孿生」也不只是航空工業、國防工業的概念，近年來不論是傳統老牌工業國還是中國，都在規划下一個時代的工業，不論是「工業4.0」還是「智能製造」，其中都少不了Digital Twins這個概念。

高超聲速技術

Hypersonics

高超聲速，這個名詞在近年來的軍事新聞中反反覆復提及，這多半是因為美國和中國，前者在X-51和HTV系列的高超聲速試驗項目之後，又近一步的實用化研製SR-72高超聲速無人機，而近年來中國也進行了多次高超聲速飛行器試驗。

美國HTV-2高超聲速驗證機，外媒分析稱，中國的高超聲速與此類似。

毋庸置疑，高超聲速武器有著強大威懾力、是改變戰場規則的戰略級技術！正如，隱身技術之於戰鬥機，將會瞬間改變戰場雙方的力量平衡。也顯然，正如當下獨立自主研製了四代機的國家只有美中俄，有能力支持同時研發兩款四代機的只有美國和中國。在高超聲速技術的發展上，美國和中國已經先期拿到了門票。

與此同時，面對發展「高超聲速」所面臨的氣動外形、超高聲速風洞、熱防護、先進材料和製造工藝等技術高門檻，絕大多數已經沒有可能與機會了。

機器學習和人工智慧技術

Machine Learning & Artificial Intelligence（AI）

機器學習、人工智慧（AI），無需贅言了，2017年近乎就是AI元年，這一年，國內外網際網路科技公司如果不談AI那就一點不「科技」不fashion了。機器學習和人工智慧，也必將成為我們日常生活中無處不在的一部分。這兩年里，「阿法狗」橫掃棋壇，封神。也是在2016年，在模擬空戰中人工智慧程序「阿爾法」（ALPHA）「擊落」了人類飛行員美國空軍假想敵教官、空軍上校Gene Lee。那麼，以此為關聯，展望未來的無人機、有人機飛行員的輔助決策中，都會越來越多了AI的身影。

「阿法狗」封神西洋棋界，同年「阿爾法」在模擬空戰中擊落了人類飛行員

「阿法狗」封神西洋棋界，同年「阿爾法」在模擬空戰中擊落了人類飛行員

賽博和電子戰

Cyber & Electronic Warfare

與上文中的AI不同，賽博和電子戰有著更鮮明的軍事屬性，對敵方電子系統進行破壞、拒止、欺騙、摧毀等，早已成為了現代戰爭中的「常態」。如各空軍強國的裝備體系中，早就多了在戰鬥機基礎上改裝的「電子戰機」。

電影《空天獵》宣傳中的中國空軍殲-10C，翼下掛載著反輻射飛彈。對敵方電子設備的「硬殺傷」屬於電子戰機的「基本款」。當然，中國空軍已有了專用型號電子戰機的裝備。

而在洛•馬公司的的描繪中，賽博和電子戰技術的發展將是「開放式架構」，便於快速融入新技術，並在不斷變化的威脅面前保持領先優勢。

自主化和人機互動協作

Autonomy & Human-Machine Collaboration

洛•馬公司所關注的「人機互動協作」，也如今日我們與手中智慧型手機的關係，手機越來越智能了，我們操作起來也就簡單了。

洛·馬F-35的座艙，大塊觸摸屏是人機新交互方式的技術前提之一，這種大塊觸摸屏顯，中國在珠海航展上曾有展出。

洛·馬F-35的座艙，大塊觸摸屏是人機新交互方式的技術前提之一。

這種大塊觸摸屏顯，中國在珠海航展上曾有展出。

洛•馬旗下的西科斯基公司，正在探索直升機的「自主化」，提高人機協同能力，提高在諸如運輸、消防、搜索、救援等高風險任務場景中的飛行安全性。以及，隨著飛機座艙顯控系統的「大屏化」、「觸屏化」，新的人機互動方式出現了，飛行員和操作員可以使用觸摸屏/PAD、手勢操作等來操控飛機。

定向能技術

Directed Energy

定向能技術的典型代表，當屬「雷射武器」，這是自冷戰時期即興起的「新概念武器」。定向能武器的優勢是，無限量「彈藥」、指向性強精度高、「零」飛行時間、發現即摧毀、殺傷效率高、附帶毀傷小、射速快可快速打擊多個目標，既可用於進攻，也可用於防禦。

雷射武器已經從過去的戰略反導進一步應用下潛，成為可機動靈活的戰術武器。目前，中國和美國都展示過實用化的反無人機雷射器。

雷射武器的實用化、軍事化應用是頗早，冷戰時期是作為反衛星、反導的戰略級武器。但如今，隨著雷射武器的發展進步，雷射器可以做到尺寸和重量上的小型化，由此雷射武器從過去的戰略級固定部署變成可機動化的戰術武器。隨著雷射武器開始走向戰場，增強雷射武器的功率，提高雷射的毀傷能力和射程，提高「嬌貴」的雷射武器可維護性，將是方向。

洛·馬公司「圈定」的這6大頂尖技術，其實早就是這些國際最頂尖廠商「圈定」的新技術領地了。正如上文所言的「高超聲速技術」，這些新技術領域，不只是過去的技術弱國完全沒有追趕的機會，甚至連傳統的「五強」也已有掉隊。那麼，未來這些技術領域的局面就是，只有極少數極少數國家所掌握，這種技術「壟斷」可比昔日的「核武器」更甚。

來源：航空製造網、機械知網