2021年全球科技新进展：先进制造领域的突破与展望

世界先进制造领域2021年态势总结

5G技术赋能智能制造显现实效，大型制造企业与研究机构开始测试与部署私有5G网络。德国弗劳恩霍夫生产技术和应用材料研究所与爱立信联合测试一种超可靠、低延时通信的5G传感器技术，以精确检测此前无法监控到的机床故障。英国汽车电池制造商Hyperbat公司通过与英国电信、爱立信、英伟达合作，将全球首个“5G虚拟现实数字孪生解决方案”应用于混合动力和电动汽车生产制造过程。美国AT&T公司为福特公司首个电动汽车工厂部署了私有5G蜂窝网络，旨在为部署更多先进制造技术提供便利。

3D打印技术持续取得突破，4D打印技术成为增材制造领域新的发展方向。美国劳伦斯·伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校开发出“3D生长”增材制造技术，可控制晶体材料结晶形成所需结构，该技术有望在纳米级微调电子和光学设备的制造方面提供前所未有的精度。西班牙加泰罗尼亚生物工程研究所利用3D生物打印技术开发了一款以骨骼肌细胞为基础的厘米级生物混合游泳机器人，该机器人可以通过反馈回路进行自我训练且具有较快的运动速度。中国中科院上海微系统所陶虎团队与上海交通大学合作，开发出基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶，其优异的机械强度和良好的生物相容性可进一步助力可载药、可驱动、可降解的4D（时空可变形）纳米功能器件开发，在智能仿生感知、药物递送纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明确的应用前景。英国拉夫堡大学开发出“材料处理挤出增材制造”（MaTrEx-AM）的混合方法，该方法可通过改变丙酮的使用量和使用位置来控制零件的变形方式等机械性能，为材料成型能力增加了新的维度。

全球“灯塔工厂”持续扩围，中国“灯塔工厂”占比进一步提升。2021年3月和9月，世界经济论坛两次评选“灯塔工厂”，共新增36家工厂，其中中国有15家入围。截至2021年12月，全球“灯塔工厂”累计已达90家，其中中国累计增至31家（中国大陆地区28家），占比达到34%，是拥有“灯塔工厂”最多的国家。美的集团通过打通线上线下，实现了全价值链数字化运营、智能排产、数字化物流管理，将生产效率提高28%、单位成本降低14%、订单交付期缩短56%；阿里旗下的犀牛智造实现了用户直连制造的大规模定制化生产，交付时间缩短75%、库存减少30%。

世界先进制造领域2022年趋势展望

工业机器人与专业服务机器人产业持续增长。美国波士顿咨询公司发布研究报告显示，全球机器人市场规模在2030年有望达到1600亿-2600亿美元，其中专业服务机器人市场规模将达到900亿-1700亿美元，远超传统工业机器人和协作机器人400亿-500亿美元的市场规模。美国《2021年美国创新和竞争法案》中的拨款方案和《无尽前沿法案》，主张政府应通过关键领域的公共投资增强美国新技术实力，并要求美国国家科学基金会5年内在机器人、自动化、先进制造、人工智能等10个关键领域投资1000亿美元。法国提出“法国2030”投资计划，拟在5年内投资300亿欧元，发展先进技术，以提升法国产业的竞争力，其中计划投资8亿欧元用于发展机器人产业。2021年1-10月，中国工业机器人产量为29.81万台，同比增加51.9%，但9月和10月均出现环比下降。预计2022年中国工业机器人产量将持续增长，但增速将放缓。

人工智能技术与制造业深度融合成为重要趋势。市场研究机构Meticulous Research发布《制造业中的人工智能——全球机会分析和行业预测（2021-2028）》报告，预计制造业市场中的人工智能技术在2021-2028年的年复合增长率可达38.6%，其规模到2028年将达到139.6亿美元。美国Nanotronics公司发布其第四代人工智能软件nTelligence，可实现复杂表面的快速检测。德国西门子公司和谷歌云签署合作协议，旨在将谷歌云的领先数据云、人工智能/机器学习技术与西门子工厂自动化解决方案相集成，有助于简化目前工业应用中的人工智能部署工作，使制造商可在更多业务范围内部署实施人工智能应用，以优化工厂生产流程、提高生产力。

制造业网络安全问题受到高度关注。美国MxD机构发布新版《2021年战略投资计划》和该计划的3年路线图，拟在2021-2023年对制造业网络安全领域项目进行投资，助力打造安全稳固的制造业良性生态系统。美国能源部正式组建网络安全制造创新研究院，旨在通过解决制造业在自动化和供应链网络方面的关键挑战，使美国制造业具有更高的能源效率和网络安全性，该研究院在未来5年内将获得7000万美元联邦资金以及4000万美元私人分摊费用。英国“数字工程技术与创新”（DETI）项目团队与英国电信、东芝公司欧洲研究团队联合创建英国首个工业量子安全网络，成功实现远程制造实时数据的安全共享。DETI是英国数字化转型行动计划的一部分，已从英格兰西部联合管理局（WECA）获得500万英镑资金，未来还将获得空客、GKN宇航、罗罗公司等合作伙伴的资金及实物支持。

作者丨 李维科

编辑丨 郑实