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“美国制造”:复兴神话背后(3)

2014-10-31 10:11 作者:徐菁菁来源:三联生活周刊 2014年第44期
美国正在利用技术进步“颠覆传统”,重新夺回制造业的话语权。

新方向

尽管制造业成本的降低成功吸引企业重新将美国视为北美市场的生产中心,但迪特尔·恩斯特指出,这并非美国制造业振兴的核心议题和途径。在他看来,振兴制造业的根本动力是美国感到的竞争力危机。“全球的竞争者都在升级自己的创新能力,美国正在失去自己在高科技产品上的生产、贸易和研发优势。”

哈佛大学商学院教授加里·皮萨诺和史兆威的著作《生产繁荣:为什么美国需要制造业复兴》在美国获得广泛关注。加里·皮萨诺和史兆威认为,当一个国家失去制造能力,就意味着它会失去创新能力。制造和研发是不能分开的。他们指出,在一些行业,产品设计和生产过程紧密缠绕在一起。当企业在海外设厂时,流失的不只是工作岗位,还有未来的创新机遇,这将带来外溢效应。比如,光伏电池最先是贝尔实验室发明的,在波音公司和IBM得到了改进。但后来,这些公司大批量在亚洲生产该产品,其结果是:在2008年,只有6%的光伏产品是美国品牌生产的——海外设厂为亚洲带去了光伏电池的生产技术,亚洲各国依靠技术机遇和与配件提供者接近的地理优势主导了竞争。美国国会科技顾问、美国东西方研究中心高级研究员迪特尔·恩斯特认为,类似的,美国还失去了笔记本电脑、平板电脑、智能电话、手机电池、半导体等行业的竞争优势。

迪特尔·恩斯特指出,仅依靠成本优势激发制造业回流只会窒息制造业的长期发展。美国真正的战略选择是依托创新科技改变工业模式。新的工业模式所涉及的关键技术领域包括数字平台、新材料、纳米技术和添加制造(如3D打印技术),而目前美国在新材料、可循环材料、绿色能源、3D打印技术、机器人技术等方面均占据领先地位。学者们普遍认为,未来美国将依托本国在这些技术领域长期积累的优势,推动全球工业生产体系向有利于美国技术和资源禀赋优势的个性化制造、自动化制造、智能化制造方向转变。

尽管近10年来美国制造业产值占世界总产值的比例不断下滑,但其科技水平仍牢牢占据尖端位置。进入2000年后,以研发经费占销售额的比例计算,美国制造商们研发投入的增幅在全世界范围内仅次于韩国。2010年,美国用于制造业的研发开支是日本的近两倍,德国的三倍。在美国商业界的研发投入中,制造业支出占70%。

面对激烈的国际竞争,美国正试图使用政策手段加速制造业的高科技转型。2011年6月和2012年2月,美国政府相继启动《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》,“先进制造业”包括精密仪器、先进材料、新能源、运输工具以及电子产品等行业。这才是奥巴马政府促进制造业发展的核心目标。美国2013财年预算中包括了22亿美元的先进制造业研发支出,较上年增长19%。政府斥资10亿美元着手搭建了15个全国性“制造业创新研究所”,并在2013提出将制造业创新研究所增至45个。

政府的动向显示出了美国对未来的考虑。去年3月,奥巴马在芝加哥近郊的阿尔贡国家实验室(Argonne National Laboratory)发表演说强调了新能源技术的重要性,承诺未来10年,美国政府将每年拨款2亿美元用于电力、生物燃料、天然气及其他能源的研究。今年1月,美国能源局宣布了一项超过1.5亿美元的清洁能源税收减免计划。

一直广受关注的新能源车只是美国新能源促进政策的表象之一,各种新能源技术都可能在制造行业广泛应用,创造出新的增长点。以太阳能为例,2014年的第一季度,在美国,太阳能占新能源产能的74%。今年,加州的太阳城公司已经决定在美国建立全球最大的太阳能板工厂。该公司为了鼓励用户安装太阳能电池板,会首先免费为用户安装太阳能发电系统,然后与用户签署20年的用电协议,用户用不完的电还可以卖给电网,所得收入用于抵消电费。新的太阳能应用产业正在兴起。美国联邦公路管理局已经签署了两份太阳能公路道路系统的研究和开发合同。根据该项目的设想,太阳能道路板可以安装在道路、停车场、车道、人行道、自行车道上,覆盖在一种特殊玻璃下面。这些半英寸厚、经过热处理的玻璃能承受重达25万磅的卡车。在发电照亮道路的同时,它们还能给电动汽车充电,融化道路上的冰雪。这一项目的终极目标是:如果美国的每一条路都被覆盖,这些太阳能公路产生的能量将3倍于国家现在使用的电力。现在,实现这一目标的技术障碍主要是能量存储问题,但这有望在电动汽车等行业的刺激下得以解决。

突破性的材料创新总是能刺激新产品甚至于新的工业部门的诞生,一直是制造业创新的最重要资源。在过去,很多最初在航空和军事领域使用的特殊材料都成功转化成了新的消费品。在美国一些传统的制造行业已经因为新材料的出现发生变化,从没落领域站到了前沿。以纺织行业为例,近两年美国公司已推出一系列高科技纺织品和服装:马尔登纺织公司开发出的面料可利用一种超细纤维和锂电池,自动产生热量;斯特劳斯公司推出具有排汗去污功能的牛仔裤;诺斯非公司推出小型锂电池为能源的高科技外套,衣服的温度可用调节器调节;哈尼斯公司推出将茶叶和浓缩葡萄、柚子做成微粒胶囊织入衣料的塑形裤袜;麻省理工学院军事纳米科技学院也计划研制可以防弹、防毒气、自动疗伤、根据现场环境变换颜色的士兵制服。

今年,美国宣布在密歇根州底特律市建立轻质和现代合金制造业研究所,加快轻质合金生产规模化。在国防部牵头下,这个研究所的资金规模将达到1.48亿美元,参与者包括34家大公司、9所大学和17个非营利组织。目前许多轻质材料已经存在,比如镁、铝、钛等。这个研究所的目标是将那些已经研发出来的轻质材料带出实验室,使其能够大规模地低成本生产,变成未来的汽车、卡车、飞机和船只。轻质的交通工具将有更好的性能,也更加节省燃料,能够载重更多,在同样距离下节省运输成本,减少碳排放。

近年来,美国在纳米技术方面的投入很大。美国国家纳米技术计划每年都会对相关研究专门拨款,这项技术使美国有了占领电子制造业先机的可能。今年,佐治亚理工学院乔治·伍德拉夫机械工程学院发布了一项研究成果,他们利用纳米技术发明了一种新的热界面材料,这种材料的导热性能在原有基础上提高了20倍,新材料能在高达200℃的温度下可靠操作,将它使用在电子设备中能够帮助电子设备有效散热。这就解决了电子设备功能越来越强、体型越来越小,散热问题变得愈加复杂的普遍问题。参与研究的副教授巴拉图德·克拉说:“类似这样可靠性高的材料对于解决散热问题来说很有吸引力。这种材料可能最终改变我们设计电子系统的方式。”

麻省理工学院的实验室里还有更多使用纳米技术的未来产品。比如一种防水性极强的材料,可制成超疏水涂层,用于蒸汽涡轮机、海水淡化等设备上,将大大提高机器的效率和寿命。

此外,风靡全球的3D打印技术也被用来开发新材料。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和麻省理工学院研究人员使用3D打印技术,成功开发出一种具有近似气凝胶的超轻质量,同时硬度是其1000倍的新型材料。与大多数轻质多孔材料不同,这种超材料的机械性能没有随着材料密度下降而大幅降低,该材料可以承受至少16万倍于自身重量的负荷,其中关键在于,该材料的所有内部微结构都是经过人工设计,可以耐受高负载并且不会发生弯曲。

更往前一步,在未来的制造业中,美国试图将新材料的开发优势和电脑程序的设计优势结合起来。去年,麻省理工学院自我组装实验室的科学家斯凯拉·蒂比茨第一次向外界展示了“4D打印技术”:两根4D打印出来的线,初看并无特别之处,被放到水中后,就发生了不可思议的变化:一根线慢慢地卷曲、变形,然后自动形成了“MIT”(麻省理工)的字样;另外一根线,则像有生命一般自己立起来、折叠,变成了一个立方体。整个过程中没有人工参与。这两根线由两种材料合成:一种是高分子聚合物,在水中可以延展到自己原来长度的两倍;另外一种材料则可以在水中保持固定。在利用电脑建模的时候,蒂比茨设定,一旦这个合成材料接触到水,延展性所构成的部分就会自动变形,和固定的部分一起,组成了之前设计好的形状。也就是说,4D打印技术能在成型后根据程序设定发生改变。“水管容量是固定的,所以,如果环境改变、地形变动或者要求变化了,我们就需要把所有水管都挖出来,从头再开始铺设。”但是使用可编程及可自我构建和改造的材料之后,可以进行设定让水管扩张或缩短,水管甚至可以模仿人类肠子那样蠕动,驱使管内的水流动起来。“这就像机器人一样,只不过没有电线和发动机。”他说。这一技术可以用于构建从家具到自行车、汽车甚至建筑等一切物体。

很显然,美国正在利用技术进步“颠覆传统”,重新夺回制造业的话语权。那么,这将在多大程度上改变世界制造业格局?“在几年以前,在美国和欧洲,人们非常相信,新的先进制造技术将使得发达国家在与中国等新兴经济体国家的竞争中占得先机。譬如,3D打印这样的突如其来的添加制造技术将对以出口为导向的东亚国家造成冲击。随着它的优化和使用,商品的生产将回到美国来。”迪特尔·恩斯特说,“但我们现在知道,这一期待并不现实。这并不仅仅因为新技术实现扩展、产生影响需要经过多年,同样重要的是,中国、韩国和其他国家并没有原地不动,它们也在寻找出路,重塑制造业,向高科技技术转型。”

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