前沿科技2022年發(fā)展態(tài)勢(shì)及2023年趨勢(shì)展望 · 先進(jìn)制造篇

國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心國(guó)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 董 蓉

一、2022年態(tài)勢(shì)總結(jié)

1.多國(guó)出臺(tái)先進(jìn)制造業(yè)戰(zhàn)略，加碼先進(jìn)制造業(yè)投資和研究力度

美國(guó)白宮國(guó)家科學(xué)與技術(shù)委員會(huì)發(fā)布新版《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略》報(bào)告，提出今后4年美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的三大戰(zhàn)略目標(biāo)和11條具體措施；白宮宣布實(shí)施《推進(jìn)增材制造計(jì)劃》，以提高供應(yīng)鏈韌性和安全。英國(guó)國(guó)家研究與創(chuàng)新署將在3年內(nèi)通過(guò)“基礎(chǔ)設(shè)施基金”向包含先進(jìn)制造在內(nèi)的多項(xiàng)重大科研項(xiàng)目投入4.81億英鎊，用于購(gòu)買尖端設(shè)備。韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部通過(guò)《2022年智能機(jī)器人實(shí)行計(jì)劃》，將持續(xù)對(duì)工業(yè)和服務(wù)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行投資和支持。中國(guó)工業(yè)和信息化部印發(fā)《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，提出推進(jìn)智能制造發(fā)展的總體路徑。

2.人工智能賦能先進(jìn)制造凸顯實(shí)效，機(jī)器算法全面提升制造業(yè)水平

美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的機(jī)器學(xué)習(xí)工具可以預(yù)測(cè)制造過(guò)程中對(duì)材料產(chǎn)生的影響，加速先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展；卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)使用觸覺傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)改進(jìn)了機(jī)器人操縱織物的方式；馬里蘭大學(xué)利用機(jī)器學(xué)習(xí)促進(jìn)預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建，加速軟機(jī)器人設(shè)計(jì)流程；斯坦福大學(xué)開發(fā)出內(nèi)設(shè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的新型外骨骼機(jī)器人靴子，大幅提高穿戴者的行走速度和穿戴舒適度；加州大學(xué)伯克利分校等機(jī)構(gòu)開發(fā)出的強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型，提高了四足機(jī)器人守門員的技能水平。日本京都大學(xué)和名古屋大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出可自我進(jìn)化的機(jī)器人設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)。中國(guó)上?？萍即髮W(xué)開發(fā)出由人工智能驅(qū)動(dòng)的人機(jī)界面系統(tǒng)M-Bot，可以幫助機(jī)器手實(shí)現(xiàn)對(duì)觸覺和溫度的感知，并對(duì)有毒物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)時(shí)分析。

3.自然生物學(xué)助力先進(jìn)制造創(chuàng)新，仿生機(jī)器人受到高度關(guān)注

美國(guó)耶魯大學(xué)模仿龜類運(yùn)動(dòng)形態(tài)，開發(fā)出具有自適應(yīng)形態(tài)的四足兩棲機(jī)器人；加州大學(xué)伯克利分校推出一種可垂直自我挖掘的仿鼴鼠蟹機(jī)器人。英國(guó)薩里大學(xué)設(shè)計(jì)出一款可在水中收集塑料顆粒的仿生機(jī)器魚。日本理化學(xué)研究所開發(fā)出太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的活體蟑螂機(jī)器人。韓國(guó)高麗大學(xué)開發(fā)出多孔水凝膠制成的微型水上昆蟲型機(jī)器人；機(jī)械與材料研究所開發(fā)出世界首個(gè)能夠進(jìn)行所有抓取動(dòng)作的仿象鼻夾吸式抓手。

4.3D打印技術(shù)持續(xù)取得突破，推動(dòng)各行業(yè)科技進(jìn)步

美國(guó)麻省理工學(xué)院開發(fā)出一種新的熱處理方法，可有效改善3D打印金屬的微觀結(jié)構(gòu)，使得3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)葉片成為可能；得克薩斯農(nóng)工大學(xué)使用食鹽3D打印可降解聚合物；橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利用深度學(xué)習(xí)加速3D打印的CT掃描過(guò)程，同時(shí)提高結(jié)果準(zhǔn)確性。德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)的研究人員利用雙光子聚合3D打印技術(shù)成功模擬出納米尺度上的生物結(jié)構(gòu)。俄羅斯烏拉爾聯(lián)邦大學(xué)和俄羅斯科學(xué)院烏拉爾分院通過(guò)3D打印制造出微型永磁體。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開發(fā)出具有強(qiáng)大循環(huán)穩(wěn)定性和超高面能量密度的全3D打印鋰金屬電池。

二、2023年趨勢(shì)展望

1.增材制造技術(shù)應(yīng)用更加廣泛，應(yīng)用空間和市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)持續(xù)增長(zhǎng)

沃樂思報(bào)告（Wohlers Report）的最新數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)5年全球增材制造市場(chǎng)規(guī)模年均復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將超過(guò)20.5%，到2030年，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到853億美元。美國(guó)國(guó)防部正在尋求將增材制造工藝應(yīng)用于復(fù)雜高超聲速武器零部件中的解決方案。通用電氣有望成為第一個(gè)將3D打印底座的風(fēng)力渦輪機(jī)商業(yè)化的公司，該公司在2019年10月完成了第一臺(tái)原型機(jī)，并計(jì)劃在2023年投入生產(chǎn)。福布斯最新文章指出，2023年增材制造和數(shù)字孿生將結(jié)合得更為緊密，而工程師可以在虛擬世界中對(duì)組件進(jìn)行調(diào)整和編輯，再使用3D打印技術(shù)在現(xiàn)實(shí)世界中創(chuàng)建它們。

2.工業(yè)智能化進(jìn)入快速發(fā)展階段，數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施推動(dòng)制造業(yè)加速升級(jí)

環(huán)洋市場(chǎng)咨詢（Global Info Research）的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022-2028年，全球工業(yè)智能化預(yù)計(jì)將以6.4%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2028年收入將超過(guò)3000億美元。凱捷研究院（Capgemini Research Institute）的研究數(shù)據(jù)表明，2023年智能工廠可以通過(guò)提高生產(chǎn)率、提高質(zhì)量和市場(chǎng)份額以及客戶服務(wù)，為全球經(jīng)濟(jì)至少增加1.5萬(wàn)億美元產(chǎn)值。歐盟在“2030數(shù)字羅盤”計(jì)劃中提出，2030年75%的歐盟企業(yè)將使用云計(jì)算服務(wù)、大數(shù)據(jù)和人工智能；90%以上的中小企業(yè)將達(dá)到基本的數(shù)字化水平。韓國(guó)總統(tǒng)辦公室稱新能源汽車制造商特斯拉將擴(kuò)大與韓合作，計(jì)劃未來(lái)將在韓國(guó)新建亞洲第二個(gè)特斯拉超級(jí)工廠。中國(guó)工業(yè)和信息化部表示，2023年中國(guó)將繼續(xù)堅(jiān)持智能制造主攻方向，推進(jìn)智能制造裝備、工業(yè)軟件、系統(tǒng)解決方案創(chuàng)新發(fā)展，加強(qiáng)5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

3.可持續(xù)制造成為未來(lái)發(fā)展的重要方向

高德納公司（Gartner）發(fā)布《2023年十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)》報(bào)告指出，受到環(huán)境、社會(huì)和治理的影響，使用可持續(xù)技術(shù)將成為制造商、政府等共同的責(zé)任，可持續(xù)是貫穿2023年所有戰(zhàn)略技術(shù)的重要趨勢(shì)。2022年美國(guó)發(fā)布《通脹削減法案》《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法》《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略》等，表示將在今后提供大量資源和激勵(lì)措施以實(shí)現(xiàn)清潔和可持續(xù)的制造，幫助實(shí)現(xiàn)氣候和清潔能源目標(biāo)，助力脫碳。IDTechEx研究公司在《持續(xù)電子制造：2023-2033》報(bào)告中指出，預(yù)計(jì)未來(lái)10年，將會(huì)有20%的制造印刷電路板（PCB）用更可持續(xù)的方法制造。