導讀：這些領域將對制造業(yè)競爭力的決定起到關鍵作用，應當成為全國研發(fā)行動的重點。

來源：機械知網(wǎng)、e-works、飛神設計、看航空

01

【增材制造】

Additive Manufacturing

普遍稱為3D打印的增材制造 已經(jīng)成為新一輪工業(yè)革命的旗幟。它明顯不同于以往，專業(yè)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變革的一系列新興技術之一。甚至增材制造也非僅限于3D打印。

一項剛剛嶄露頭角的工藝名叫“冷噴涂”，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。通過精確控制噴嘴，機器操作員就可以像利 用3D打印機打印一樣制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

幾乎所有先進制造技術都有一個共通的東西：它們都由處理巨量數(shù)據(jù)的電腦驅動。正因如此，那些捕捉并記錄數(shù)據(jù)的東西才如此重要，如監(jiān)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、高效的制造技術成為可能。

在一座現(xiàn)代化的工廠里面，傳感器不僅有助于引導日益靈敏的機器，還提供管理整個工廠的運營所需要的信息。產(chǎn)品從誕生到送達都可以跟蹤，某些情況下還可以跟蹤 到送達之后。在這個過程中，一旦有問題出現(xiàn)，比如在噴漆室的濕度不適宜噴涂的時候，傳感器就會偵測出來，向機器操作者發(fā)送警報信號，甚至是向工廠管理者的 手機發(fā)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制造成為可能。隨著將材料細分到原子或分子層級、幾乎不需要經(jīng)過漫長的實驗室步驟就可以進行操縱的進展出現(xiàn)，涂層、復合材料和其他材料的開發(fā)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年發(fā)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(yè)化。這個計劃涉及的部分工作，便是讓該領域內(nèi)散落在世界各處、兩耳不聞窗外事的研究人員共享創(chuàng)意和創(chuàng)新。

04

【數(shù)字制造技術】

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(jīng)有些年頭，不僅用于設計產(chǎn)品，還以數(shù)字方式對產(chǎn)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。云計算和低成本3D掃描儀（現(xiàn)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(chuàng)業(yè)者能夠用上。 

Autodesk制作了一套免費的的全功能CAD軟件“123 Design”，汽車制造商一度要用大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(xù)制造】

Sustainable Manufacturing

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

比如，制造業(yè)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(xù)運轉，不需要加熱或制冷，因為它們基本上都是由機器人或其他機器操作。隨著規(guī)模更小、高度自動化的本地工廠變得更加普遍，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 納米等于一米的10億分之一，所以納米制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(chǎn)過程中發(fā)揮作 用，甚至會在基于生態(tài)系統(tǒng)的醫(yī)學應用當中發(fā)揮作用，比如在體內(nèi)安置傳感器，可以告訴醫(yī)生癌癥已經(jīng)消失。未來幾代的電子設備和運算設備或許也會非常依賴于納 米制造。

07

【柔性電子制造】

Flexible Electronics Manufacturing

比如坐在上面的時候會產(chǎn)生彎曲的平板電腦，與體溫連線、在你需要的時候提供制冷的衣服等。這些柔性技術已經(jīng)在向主流進發(fā)，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(chǎn)品門類之一。但這需要極為先進的制造工藝。

08

【生物制造】

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(chǎn)產(chǎn)品，如開發(fā)藥物和復方藥。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(chuàng)造等。

09

【工業(yè)機器人】

Industrial Robotics

工業(yè)機器人可以每天24小時、每周七天地運轉，精度可重復且越來越高，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。它們精確地匯報進展，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(tǒng)，還會變得更加靈巧（它們也很少發(fā)牢騷）。

隨著機器人變得越來越普遍，它們的經(jīng)濟性也在提高：據(jù)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(jīng)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。

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【先進成形與連接技術】

Advanced Forming and 

Joining Technologies

當前大部分機器制造工藝基本上還是依靠傳統(tǒng)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(chuàng)新時機已經(jīng)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(fā)揮重大作用。

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【先進的生產(chǎn)和檢測裝備】

Advanced Manufacturing 

and Testing Equipment