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智慧工厂：中国制造业探索实践 2.3.6 美国国防部“数字设计与制造创新机构”项目
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数字设计与制造创新机构是美国国家制造创新网络的组成部分，由美国国防部牵头组建，在美国国防部航空航天项目和大型工业企业已经全面实施数字化设计与制造的情况下，创新的方向只能是智能化。因此，该机构的研究方向和相关项目将是对美国国防部以及工业界智能制造发展思路的直观反映，值得研究借鉴。此外，2014年12月，智能制造创新机构也由美国能源部牵头启动了竞标工作。
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1.项目背景
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2012年3月，作为“振兴制造业”战略的重要一环，美国政府宣布启动“国家制造创新网络”计划，该计划由美国先进制造国家项目办公室协同美国国防部、美国能源部、美国航空航天局、美国商务部以及美国国家科学基金等联邦政府部门共同负责实施，以公私合营的方式，建设15~45家“制造创新机构”，形成覆盖全美的制造创新网络。
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2014年2月25日，数字制造与设计创新机构（DMDII）由美国国防部牵头组建，负责管理该机构的是伊利诺伊州大学建立的研究和超级计算中心UI实验室。该机构主要研究设计、工程、制造和维护全生命周期中数字化数据的交换，以及在供应链网络间的数据流动，并且还将建立一个数字制造开放研究实验室，推进数字化制造。该机构的初始成员有74家，包括42家企业、23家大学和实验室，以及9家其他组织，其中数字制造开放研究实验室的合作伙伴包括波音、洛·马、通用电气、罗·罗、卡特彼勒、ITW、约翰·迪尔、西门子、微软等公司。
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DMDII将获得美国政府0.7亿美元以及工业界、学术界、协会、地方政府配套的2.5亿美元启动资金。这些资金主要投入在智能机电一体化设计与制造领域的研究，包括4个方向：先进制造企业、智能机床、先进分析以及CPS安全。
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2.重点方向
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2014年9月，DMDII启动了先进制造企业（AME）、智能机床、先进分析这3个方向的项目招标。2015年1月，DMDII正式发布了7个项目的招标计划。此外，美国国防部预先研究计划局也将“自适应运载器制造”项目的技术转化阶段移至DMDII进行。
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先进制造企业。关注主题是MBE数据与基础结构。研究目标是最新的基于模型的工程定义（MBD）和技术数据包（TDP）标准，开发全标注的三维模型；利用基于协同技术的云计算这样的创新解决方案，演示验证这些三维模型在供应商之间的可靠转换，并且将MBE要求与车间能力进行连接，演示验证供应链的集成。关键的任务包括：演示验证和/或建立标准、构建全生命周期信息流及其构架、性能预测。
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智能机床。关注主题是用于外形自适应加工的即插即用工具集。研究目标是开发“即插即用”的软硬件工具集，让新旧生产机床和机器人设备在一个外形自适应加工模式下操作，也就是具备实时原位感知/计量、自适应刀具路径修改以及加工结果虚拟测量的能力。关键的任务包括：开发面向（实时）原位感知/计量的硬件系统、开发面向外形自适应刀具路径自动生成的算法和软件包以及基于应用的物理演示验证。
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先进分析。关注主题是集成计量的设计与制造综合模型。研究目标是通过先进计算模型、估算和测量工具的使用，对制造工艺和零件性能进行预先评估，减少系统成本并加速推向市场。这些模型和工具将加入更大的“数字线”，实现更快、更精确的设计与生产决策。关键的任务包括：开发成品零件的测量系统，该系统可生成用户可执行信息以满足零件返工或装配调整的要求，开发自动与车间通信的计量系统，在设计过程中集成制造模块。
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3.要点分析
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洛·马、通用电气（GE）、罗·罗、西门子、宝洁、陶氏化学是DMDII的6个顶级合作伙伴，这说明美国国防工业和化学消费品工业对智能制造研究与应用的需求强烈。
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先进制造企业、智能机床、先进分析以及CPS安全是该机构的4个主要研究方向，这些方向恰恰都是智能制造的研究范畴。在GE公司提出的“工业互联网”中，智能机床（机器）和先进分析（方法）就是三个核心元素之二。DMDII将在基于模型的设计方法学、虚拟制造工具和传感器以及基于机器人的制造网络的开发等智能制造方面引领创新。此外，它还与“自适应运载器制造”项目相结合，将智能特征明显的研究成果转化到武器装备研制生产中。
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先进制造企业方向的关注主题就是MBE，它是企业实现智能制造模式转变的基础和前提，也与之前美国国防部“下一代制造技术计划”的MBE项目、制造技术计划的AME方向相呼应。智能机床关注的不仅仅是硬件方面，也有软件部分，目的是利用现有设备以及即插即用的“智能化”软硬件工具集实现智能加工。先进分析关注的是设计与制造的一体化，将先进测量科学/计量方法加入设计与生产决策过程中，以更智能地实现产品、工艺设计。CPS安全则明显是智能制造的保障。
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智慧工厂：中国制造业探索实践 2.3.7 美国国家标准与技术研究院“智能制造”项目
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美国国家标准与技术研究院（NIST）是美国政府振兴制造业战略的牵头单位，“先进制造国家计划办公室”（AMNPO）就挂靠于此，“先进伙伴关系”（AMP）、“国家制造创新网络”（NNMI）等战略计划都由NIST协调，因此，其对智能制造开展的研究可以说直接反映了美国政府对于智能制造的定位、需求，以及发展重点。
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1.项目概述
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为实现“智能美国”的目标，美国商务部国家标准与技术研究院的工程实验室（EL）智能系统分部和制造系统集成分部在2013年一起主持了一系列“智能制造”项目，其战略目标是通过先进测量科学为下一代制造提供使能技术，实现智能制造。项目的研究重点是加速前沿智能技术在美国先进制造领域的开发、应用与集成。
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EL将通过延伸测量科学的界限、扩展当前测量与试验能力的范围，实现以下4个具体目标：面向智能制造和CPS应用，安全地增加智能机器人、自动化技术的多功能性、自主性以及快速任务重分配能力；实现智能制造系统的实时监测、控制和性能优化；通过先进制造工艺和设备，实现复杂、新产品的快速、敏捷和经济生产；促进复杂制造和建设网络中的工程信息系统的直接集成，提升产品、工艺的性能。
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此外，针对智能制造的“核心”——CPS的发展，NIST于2012年3月资助了“信息物理系统创新基础”研讨会，识别美国在CPS创新与竞争上的前沿技术壁垒以及知识缺口，提出了面向21世纪的战略研发机遇。波音、范德比尔特大学、联合技术公司、霍尼韦尔、福特公司等是NIST委员会成员。2014年6月，NIST成立了CPS公众工作组（PWG），帮助定义并形成CPS研发的关键方面，加速其发展和实施。该工作组由5个初始小组组成：词汇与参考架构、使用案例、时间和同步、信息安全与隐私、数据互用性。
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2.要点分析
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NIST并没有提出智能制造的完整发展计划与路线，只是组织并承担了相关项目的研究工作，但这些项目定位清晰、需求明确，可以说代表了美国的重点技术研究方向与标准化目标。对于智能制造来说，主要的研究重点是：智能制造系统、机器人、增材制造、CPS，其中CPS并不在“智能制造”项目的研究范围内。
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