材料，才是美國“再工業化浪潮”中的主角。定睛看去，材料是美國制造創新最為熱鬧的領域。

    作為美國第五個成立的IACMI（先進復合材料制造創新中心），它留給我們的思考，卻不限于材料本身。而是一個頂層的創新中心設計，需要思考三個問題，如何構建一個產業生態系統？如何建立一個高效運行的商業系統？還有，如何設定復合材料未來應用前景與目標？

    一個創新研究院，連接一個生態系統。美國IACMI正在走向這樣的道路。

    與輕質材料創新中心LIFT不同，IACMI主要聚焦于先進復合材料的制造，為了更清晰地了解為何要聚焦于此，我們有必要了解一下IACMI所瞄準的工業領域，汽車、CGS儲罐、風力發電葉片這都是幾個非常重要的市場。本文從汽車應用開始說起。

    福特說了，減重！

    事實上，減重設計自一開始，就伴隨著汽車行業的發展。亨利。福特早在1922年就說過如此驚人的話語，“過重將扼殺任何自動車輛”。他進一步咆哮道，“有很多關于重量的愚蠢想法—任何人建議說該增加重量或增加一個部件的時候，我都會尋找降低重量和消除部件的方法”。

    這樣的想法，在將近100年之后，仍然回蕩在美國制造業的上空。

    2012年奧巴馬政府宣布了嚴格的車輛燃燒效率標準，要求美國的車輛在2025年油耗標準達到平均54.5英里/加侖。如此苛刻的目標，減重設計將成為提高運輸設備能源效率的重要手段。

    例如，10%的汽車重量的降低，對于傳統的內燃發動機而言會帶來6%-8%的能耗效率改善，而對于電動汽車而言則可以達到10%以上。

    圖1-不同材料的單位剛度與強度
    來源：劍橋大學

    如圖1所示，在同等強度下，與鋼組件相比，復合材料可以明顯降低重量。例如，采用玻璃纖維增強樹脂基復合材料可以降低25-30%，而采用碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP），則可以將重量下降到驚人的60-70%。

    圖2同樣顯示了各種材料在汽車減重設計中的變化及預測，越來越多的輕質材料被用于讓汽車變得更輕。

    圖2-汽車減重的材料構成變化
    來源：U.S DoE,2010

    如果成本和制造難題可以被解決的話，碳纖維增強樹脂基復合材料具有最大的減重潛力。這也是IACMI為什么會聚焦于此，并以降低其成本與制造難度為目標的原因，圖3顯示了其三大目標。

    圖3-汽車產業采用CFRP技術的三大目標

    來源：IACMI  2016

    這是一個再次改變汽車面貌的時刻。

    倒吸涼氣看背景

    2015年1月，美國前總統奧巴馬宣布成立復合材料創新中心在田納西成立州正式成立，“開發比鋼更輕更強的材料”，成為奧巴馬的豪言，“這個中心將成為122個公-私合作伙伴共同的家，他們將共同構建團隊來”。

    圖4-2015年奧巴馬總統宣布IACMI成立

    “減重對于我們的未來至關重要”，隨后，副總統拜登也緊接著在底特律IACMI的實驗室開幕式喊道，“如果我們想擁有21世紀的創新，復合材料是促成這一目標實現的重要條件，這就是為什么我們4000萬美元投資于位于底特律的IACMI的原因。”

    圖5-2015年美國副總統拜登為IACMI底特律汽車復合材料中心揭牌

    IACMI是NNMI的第五個制造創新中心，由美國能源部下屬的先進制造辦公室予以支持，獲得了來自產業、州、大學以及其它伙伴的資助。IACMI屬于公私合作性質，旨在提高美國國內生產能力，發展制造業以及創造美國復合材料工業領域更多的職位其，將聚焦在如何降低復合材料的成本、能耗以及其可回收利用的特性，主要包括纖維增強復合材料FRP，尤其是碳纖維增強樹脂基復合材料CFRP。

    這些材料廣泛應用于工業領域，具有巨大的市場潛力。IACMI將幫助美國產業界實現成本與生產率的目標，不僅包括更低的能耗和溫室氣體排放，也包括加速纖維增強樹脂基復合材料（FRP）整個壽命周期的能耗效率目標—產業應用聚焦于交通、壓縮氣存儲和風力發電。

    圖6-IACMI聚焦五大技術專題
    來源：IACMI，南山工業書院整理

    IACMI支持5個技術專題，如圖6所示，一個是三個具體的應用領域，汽車工業、風力發電領域、壓縮氣存儲CGS。還包含兩個交叉學科：設計/建模/仿真、材料加工工藝。

    為此，IACMI正在開發技術路線圖，以識別在復合材料制造方案領域特別重要的，且對達成IACMI目標必要的技術與主題。

    精心挑選的區域布局

    IACMI主要以區域進行劃分，其分布在產業較為密集的幾個區域，包括科羅拉多、密歇根、俄亥俄、田納西這些地區。

    圖7-IACMI的成員分布

    來源：IACMI

    從圖7的地圖上可以看到：

    ☆汽車生產大于70%都位于IACMI所在的州；

    ☆汽車研發的70%設立在密歇根地區

    ☆科羅拉多地區有比其它任何州更多的葉片設施（工廠及技術中心）

    ☆NREL是在科羅拉多的風力發電機組

    60%的壓縮氣體設備制造在距離IACMI聚焦的區域半天的車程內。

    這里可以看到IACMI的特點是圍繞著區域進行聚焦的，這些地區有著明顯的產業分布特征。這給了我們一個意味深長的啟發。創新中心一定是因地制宜、就地取材。

    貼近本土的產業集群，才是創新中心最好的誕生之地。

    那些五花八門的成員呀

    IACMI的成員，可以說是五花八門，包括了大型的終端用戶，如波音、洛克希德。馬丁、大眾汽車、福特汽車、陶氏化學、BASF、Dupont，這些企業分別屬于化學、材料、汽車、風電、天然氣儲罐等各個領域，包含了用戶、OEM制造商、服務廠商、學術機構，圖8顯示其結構。

    圖8-IACMI成員構成（截止2016年底）

來源：IACMI,

    如果說五花八門就是物種多樣性的話，那么IACMI的本質是生態系統。將這些生態鏈上的企業都聚焦起來，由創新中心組織專家進行項目的協調。值得關注的是，政府在其中扮演的角色本身是比較弱的，仍然是以非盈利的中立組織來進行專業協同。而協同效應主要體現在以下幾個方面：

    （1）終端用戶的研發需求直接上位

    需求被直接的導入到相關企業：對于一個研發企業而言，最為重要的是如何獲得客戶需求，這樣會降低本身的研發成本，避免走彎路也是研發成本的節省。

    （2）資源的分享

    對于一個公司而言，有些研發是非常必要的，但是，對一個產業而言，每個相類似的公司進行了相關的研究而不向其它人公開的話，這個研發成本的投入就會產生疊加為整個產業的研發成本，因此，通過IACMI，避免重復的研發投入也會帶來整個產業成本的下降。

    （3）軍轉民

    美國政府每年在國防部、NASA、Air Force研發投入巨大，形成的技術、知識如何轉化為民用，是美國軍民一體的巨大先天性優勢。這使得已有的研發投入所獲得的結果，可以被整個美國產業鏈內企業所分享。

    產業生態系統是IACMI的本質，其旨在在降低“美國該領域的整體產業成本”，進而提升美國制造業在該領域的研發成本，獲得更大的競爭力。

    處處都見馬步功夫

    IACMI技術路線圖的預研與設立，給了我們巨大的啟發意義。IACMI的設立由知名的咨詢公司Nexight集團為其提供前期的預研與調研，Nexight進行了前期文獻綜述、專家訪談、企業訪談、IACMI內部Workshop一系列活動對IACMI的目標、每個領域所遇到的挑戰、里程碑的設定、高優先級開發項目等全程參與，如圖9。

    圖9-IACMI路線圖設計過程

    信息：IACMI

    IACMI有兩次重要的Workshop，這些Workshop聚焦于如何為項目設定里程碑，以及包括關鍵技術突破、項目申報等的培訓，以使得每個IACMI成員公司可以充分了解組織的目標、推進各自的研發與資源分享。

    在這個方面，IACMI邀請了Nexight集團為其進行前期咨詢服務。這種針對產業的專業研究，的確需要專業的公司來實現，因為咨詢本身就是一種具有其自身的方法論與工具的服務項目，其也有專業性，包括這類戰略性規劃的制定。依靠于專家的個人經驗固然是非常重要的，但是依賴于如何設計流程、評估可行性、以及使用規范統一標準的評估方法、建模這些也同樣是“術業有專攻”。

    這個對于中國的產業規劃、區域經濟發展等協同自然也是非常必要的。

    后記

    在已經成立的14個制造業創新中心中，材料赫然占據三個，包括復合材料、輕型材料LIFT和AFFOA智能纖維與材料。考慮增材制造中，材料也是一個重點。那么如此看來，美國制造創新網絡，在“材料”這方面是投下重兵圍剿。

    就在一個月前，國家新材料產業發展專家咨詢委員會成立大會在北京召開，國務院馬凱副總理成為領導小組組長。這是一個值得振奮的信號。此一刻，仔細端量美國材料創新中心的生態本質和運行機制，更是箭在弦上的事了。

    注：本文為南山工業書院NNMI尼米工作組研究成果，致力于研究美國制造業創新中心的解讀。本內容得到賽迪研究院的支持。

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責任編輯：王元

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