熟悉的和意外的
自從2012年8月，NNMI成立第一個MII， America Makes(3D Printing， NAMII)作為NNMI的先導創新機構以來，NNMI在不同的工業技術領域陸續成立了14個創新機構。這些創新機構都有其不同的聚焦技術領域，有些并不出意外，比如3D打印，輕量材料，機器人等等;而有些卻讓我們耳目一新，比如先進功能紡織品，生物組織制造，流程集約化實施的快速推進等等。
問題
NNMI作為一個國家級制造業創新計劃，是如何確定創新機構的技術聚焦領域(Manufacturing Technology Areas，MTA’s)的呢?又是如何通過科學方法確保技術聚焦領域的科學性，準確性和有效性的?
系統工程
首先，這是一個復雜的系統工程問題，決定性的影響因素有：世界范圍內制造內先進技術潮流，國家利益，國家創新戰略，制造業創新戰略，創新機構招標發起人的優先利益重點，技術本身的成熟度，產業需求迫切度等等。本文通過一手掌握的各個報告 ，深入探討這個問題，盡可能全面地勾勒出美國NNMI是如何科學地解決這個系統工程問題。
自上而下的設計，國家創新戰略模型
無疑，國家創新戰略指導先進制造業創新戰略，先進制造業創新戰略指導NNMI技術創新戰略。
美國國家創新戰略是2009年提出，以響應當年的經濟危機背景下的復蘇法案。題為：Strategy for American Innovation: Driving Towards Sustainable Growth and Quality Jobs。 2011年，進行了第一次修訂，題為：Strategy for American Innovation: Securing Our Economic Growth and Prosperity。2015年，又進行了第二次修訂，形成了終稿。
2009年的第一稿，主題為面向持續增長和高質量的就業的創新。
圖1 美國國家創新戰略的金字塔模型
戰略報告分為三個部分，簡單說就是基礎設施，市場刺激，和技術催化，其層次結構如圖所示。其中在技術催化部分中提出國家戰略層面的優先技術領域，其中和制造業密切相關的有清潔能源(可再生能源，能源集約化，生物能源，太陽能，風能，節能樓宇，能量存儲，碳捕獲等等)，先進車輛技術(電動汽車，生物燃料，高能效汽車，電池技術等)，以及其他一些有待突破的技術熱點：輕量軍用背心，光合碳中性燃料的生物制備系統，智能假肢等等。
2011年第二稿，主題為以創新確保國家的經濟增長與繁榮。以第一稿為基礎，參考了兩年以來的新形勢的變化，引入一些新的創新動議，細化了第一稿的創新金字塔框架等。在國家戰略層面和制造業相關的優先技術領域除了清潔能源等在第一稿中提出的技術領域以外，重點還提出了納米技術，先進制造技術，空間技術，高效低成本醫療設備設計制造。
2015年，美國國家創新戰略收效顯著，2014年創造了上世紀90年代以來未有的就業增長。而國家創新戰略也在此形勢下日趨清晰和完善，從而形成美國國家創新戰略的終稿，創新戰略的金字塔模型改進為如下模型：
圖2 美國國家創新戰略的層級模型
終稿的國家創新模型提出了六個關鍵元素，其相互關系如模型圖所示。每個基本元素，終稿均詳細展開予以說明。新的模型著重提出了公有和私有兩個經濟領域的創新，創新生態系統和先進制造技術創新的國家戰略，而且給出了在制造業上三者結合的具體形式：國家制造業創新網絡。這是明確將NNMI項目寫入國家創新戰略中。
自下而上，國家創新戰略的演繹和集思廣益
基于國家創新戰略的指導，2011年6月PCAST發布的REPORT TO THE PRESIDENT ON ENSURING AMERICAN LEADERSHIP IN ADVANCED MANUFACTURING報告(簡稱“確保報告”，在這個報告里，PCAST建議成立了AMP1.0)。報告中給出了先進制造領域優先支持的技術的評估標準：
1. 就業和產出的潛在高回報;
2. 包括有先發優勢在內的可持續的競爭優勢前景;
3. 盡管有足夠的私有投資，但為市場失誤所阻礙的技術;
4. 基于PPP模式，工業界合作伙伴愿意進行投資的技術;
5. 基于PPP模式，包括足夠規模的工業伙伴，初創企業和小企業在內，愿意在商業化早期階段的基礎研究進行一定程度投資的技術;
6. 進行的投資將有助于固化美國制造業實力的技術，例如共享實驗室，試驗工廠，技術構架，技術集群創建等;
7. 在產品質量和性能上，提高現有企業，實業界國際競爭力的共享基礎平臺。
同時，報告中就這些評估標準給出了一些優先技術領域的例子：
☆ 先進機器人技術 Advanced robotics
☆ 納米電子技術 Nanoelectronics
☆材料設計 Materials by Design
☆生物制造 Biomanufacturing
2012年2月，美國國家科技委員會NSTC在美國競爭重新授權法2010的指導下，制定了先進制造業的國家戰略。該戰略力求實現5個目標：
1. 加速先進制造技術的投資;
2. 增加先進制造業所需技術工人供給量;
3. 創立并支持PPP模式的政學產在先進制造領域的合作;
4. 優化政府的先進制造領域投資;
5. 增加先進制造領域研發的公有，私有投資。
針對這五個目標，報告均制定了下一層的行動計劃，并給出了目標的評估指標。在第四個目標的說明部分，戰略規劃將政府優先投資的先進制造技術領域分為四大類以優化政府投資：
1. 先進材料
2. 生產技術平臺
3. 先進制造工藝
4. 數據及設計基礎平臺
頂層設計 研究先行
AMP1.0的優先技術，何以入選?這是一個非常值得關注的話題。
在隨后的2012年7月，AMP1.0發表了題為REPORT TO THE PRESIDENT CAPTURING A DOMESTIC COMPETITIVE ADVANTAGE IN ADVANCED MANUFACTURING的報告(簡稱AMP1.0報告)，提出三大支柱為基礎抓住先進制造競爭力。AMP下屬有5個工作小組，分別在技術發展，共享平臺，教育和勞動力，政策，外聯進行基礎研究，為該報告的產生提供支撐。
技術發展工作小組提供了關于先進制造優先技術的辨識研究，按照一套系統方法為AMP建議了11個優先技術方向，作為將要陸續創建的NNMI下的創新機構的技術聚焦領域。這些技術方向是：
△ 先進傳感，測量及工藝流程控制Advancing Sensing, Measurement, and Process Control
△先進材料設計，合成和處理 Advanced Materials Design, Synthesis, and Processing
△可視化，信息技術和數字制造Visualization, Informatics, and Digital Manufacturing Technologies
△可持續制造 Sustainable Manufacturing
△納米制造 Nanomanufacturing
△可彎折電子設備制造 Flexible Electronics Manufacturing
△生物制造及生物信息學 Biomanufacturing and Bioinformatics
△增材制造 Additive Manufacturing
△先進制造及測試設備 Advanced Manufacturing and Testing Equipment
△工業機器人 Industrial Robotics
△先進成型及接合技術 Advanced Forming and Joining Technologies
該系統方法稱為：Framework for Priorities for Federal Investments in Advanced Manufacturing Technologies。
1、首先，關于優先制造技術領域的識別所需數據
這些數據主要來自：
☆ 調研統計。從工業界和學界的參與者中對于未來重要的工業領域，關鍵技術，PPP模式的最佳實踐范例及模型進行調研。
☆ 研討會。和工業界學界參與者進行研討，識別制造業競爭力所要求的優先技術。
☆研究。研究和參考其他國家在識別和培育優先制造技術的機制。
☆白皮書。指定專家組提供。
2、評估指標與評估步驟
美國國家利益需要迫切度，國際市場需求，美國該項技術的競爭力，國際上該項技術的成熟度。按照每個技術在四個方面的評估得分去識別優先技術。
具體的評估步驟是：
第一步，由業界和學界的參與者進行先期評估，初步識別出對于美國制造業在未來十年在經濟和國家利益上具有最重大的影響力的技術。
第二步，在第一步基礎上，更廣泛地讓大學成員(APLU)，業界成員(MAPI)和中小企業成員(NCMS)參與評估，搜集反饋。
第三步，讓更廣泛的學界業界成員參與對于第二步的結果評估，最終產生美國未來的先進制造領域的優先重點技術。
這三步評估過程中，共有超過1200個工業界，學界，獨立成員參加。
AMP2.0何以加速的因素
2014年10月，AMP 2.0又發布了第二份報告 “Report to The President Accelerating U.S. Advanced Manufacturing”(簡稱AMP2.0報告)。報告就1.0報告中三大支柱如何進行加速給出建議。
在優先技術領域識別問題上，“加速”報告仍然是在調查問卷，小組會議，專家小組等集思廣益的基礎上進行。在1.0報告基礎上，挑選出急需加速進行的技術領域。遴選的四個考慮因素是：
1. 工業和市場的拉動力;
2. 跨界綜合能力;
3. 國家安全，經濟安全影響力;
4. 對于現有優勢的杠桿效應。
每個因素的分值從1到4，評估者分成4個小組，并有相同的權重，對1.0報告中11個MTA's 進行打分評估。有3個MTA’s被選為急需加速，它們是
1. Advanced Sensing, Controls and Platforms for Manufacturing (ASCPM);
2. Visualization, Information, and Digital Manufacturing (VIDM);
3. Advanced Materials Manufacturing (AMM).
AMP 2.0附件1-10對于這三個MTA進行了詳細分析，包括機遇，挑戰，差距等，并提出加速建議。最終融入“加速”報告，成為其中一個部分。
一脈相承 種豆得豆
至此，水到渠成。我們回顧一下NNMI下各創新機構的建立時間表。
2012年，America Makes 增材制造;
2013年，DDMII 數字制造及設計， LIFT 輕量材料;
2014年， Power America 寬禁帶半導體;
2015年，IACMI 復合材料，AIM 集成光子制造， NextFlex 柔性電子;
2016年，AFFOA 先進功能織物， Smart 數字制造，RAPID 化學流程能量集約化快速推進，NIIMBL 生物制藥， ARMI先進再生生物制造(原ATB);
2017年， REMADE 可回收可重用綠色制造，ARM 機器人制造。
我們非常清晰地看到美國先進制造優先技術的決策機制的鮮明影響和一脈相承。
果然都是以前點的菜
本著國家創新戰略的指導精神，2016年4月，國家科技委員會的先進制造小組委員會(SAM)發布了“聯邦政府優先技術領域概略”，結合現狀及未來發展趨勢，提出了14個國家優先的先進制造技術領域，其中5個重點潛力技術領域：
☆先進材料制造(如高性能合金，輕量材料的生產技術等);
☆面向先進生物制造的工程生物學(如人工合成蛛絲制造);
☆可再生醫學的生物制造技術(如人體器官的活體3D打印);
☆ 先進生物產品制造(如生物燃油，生物化工品等);
☆ 藥物連續制造。
9個已成立NNMI創新中心的技術領域：
△ 增材制造;
△ 先進復合材料;
△ 數字制造和設計;
△ 柔性混合電子;
△ 集成光子;
△ 輕金屬;
△ 智能制造;
△ 革命性的纖維和紡織品;
△ 寬禁帶半導體電子。
到2017年回望，這所有14個重點技術領域均為NNMI成立的創新機構所覆蓋。
川普政府應當會依照計劃繼續建立NNMI創新機構(計劃中到2025年要建立45個NNMI創新機構)，而后續會在哪些MTA’s建立創新機構，如何延續確定MTA’s的系統框架，我們拭目以待。還會有哪些熟悉的和意外的? 不過我們相信，決策者們還會依照這個系統方法繼續探索值得投資的優先技術領域。
注：本文為南山工業書院NNMI尼米工作組研究成果。尼米工作組致力于研究美國MfgUSA，深入分析美國國家級創新機構的運行機制和發展路徑。
