美國聯(lián)邦政府相信對(duì)制造產(chǎn)業(yè)的投資能夠振興美國制造行業(yè)。
將美國國家資源的一小部分投入到制造業(yè)將獲得極高的性價(jià)比，并且資源的高效生產(chǎn)將使美國的消費(fèi)者受益,并可支持在美國這個(gè)重要經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域數(shù)百萬計(jì)的員工。這能確保美國在能達(dá)到退休年齡的工作人員比例逐年減少的情況下仍能保持經(jīng)濟(jì)的增長。制造業(yè)的研究與發(fā)展也會(huì)使衛(wèi)生保健、農(nóng)業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)受益，并且加強(qiáng)美國的資源、國防及能源安全。在未來五十年，由此產(chǎn)生的一系列研究活動(dòng)將大大提高美國制造的質(zhì)量并且提升生產(chǎn)力。這一戰(zhàn)略已經(jīng)體現(xiàn)在美國政府主導(dǎo)的先進(jìn)制造伙伴關(guān)系（AMP）與國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（NNMI）計(jì)劃中。
機(jī)器人技術(shù)是一個(gè)可以徹底改變制造業(yè)的關(guān)鍵性革命技術(shù)。美國的工人已經(jīng)不再向往工廠中的低端工作，同時(shí)由于社保及醫(yī)療保險(xiǎn)費(fèi)用的增加，美國工人的人工成本也開始增加。即使我們能夠負(fù)擔(dān)工人的人工成本，小型的、復(fù)雜的生命周期較短的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品依然需要擴(kuò)大其適應(yīng)性、精度、可靠性等能夠超越人類工人的技能。先進(jìn)的機(jī)器人及生產(chǎn)自動(dòng)化能夠：
1）保持本國知識(shí)產(chǎn)權(quán)及物質(zhì)財(cái)富，否則其將選擇離岸生產(chǎn)；
2）使制造業(yè)公司更具競爭力；
3）能夠提供開發(fā)、生產(chǎn)、維護(hù)及培訓(xùn)機(jī)器人的相關(guān)崗位；
4）允許工廠使用機(jī)器人團(tuán)隊(duì)，利用人類與機(jī)器人的不同技能優(yōu)勢（人類的智慧與靈巧，機(jī)器人的精度、強(qiáng)度及可重復(fù)性）；
5）能夠改善工作條件同時(shí)減少昂貴的醫(yī)療費(fèi)用；
6）減少成品制造時(shí)間，使制造商更能配合零售商需求的變化。
切實(shí)有效地使用機(jī)器人將會(huì)增加美國人民的就業(yè)機(jī)會(huì)、提高相關(guān)工作的質(zhì)量，提升美國在全球的競爭力。基于以上優(yōu)勢，NCR、思科、蘋果、聯(lián)想、特斯拉等公司已經(jīng)將它們新的工廠設(shè)置在美國境內(nèi)。它們期望利用機(jī)器人技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)支持其公司繼續(xù)蓬勃發(fā)展。
以上總結(jié)了機(jī)器人及自動(dòng)化技術(shù)在美國制造業(yè)以及在美國經(jīng)濟(jì)中所占的重要地位，描述了機(jī)器人及自動(dòng)化技術(shù)將在何處大大提高生產(chǎn)力，并展現(xiàn)了一個(gè)具有遠(yuǎn)見的研究與發(fā)展路線圖，使美國的國家投資能夠?qū)@些重點(diǎn)研究領(lǐng)域起到推動(dòng)作用。
本文總結(jié)了制造與自動(dòng)化機(jī)器人技術(shù)研討會(huì)的相關(guān)活動(dòng)和結(jié)論，由美國國家科學(xué)基金會(huì)支持的Robotics-VO組織贊助了該研討會(huì)。該研討會(huì)是更新《美國機(jī)器人路線圖：從網(wǎng)絡(luò)到機(jī)器人》的五個(gè)研討會(huì)其中之一。該研討會(huì)的內(nèi)容是根據(jù)過去的四、五年中機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展不斷更新路線圖。在報(bào)告中提出的研究計(jì)劃將顯著增強(qiáng)美國的制造業(yè)經(jīng)濟(jì)，將有利于形成一個(gè)受過良好訓(xùn)練的并具有高超技術(shù)的生產(chǎn)線，創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)，并且將在美國經(jīng)濟(jì)的再次崛起起到重要的作用。
在這里，自動(dòng)化和機(jī)器人都有特定的含義。根據(jù)電子和電機(jī)工程研究所機(jī)器人和自動(dòng)化學(xué)會(huì)的定義，機(jī)器人技術(shù)主要指裝配有傳感器和促動(dòng)器的系統(tǒng)，能夠自動(dòng)化或者半自動(dòng)化地和人類進(jìn)行合作。機(jī)器人的研究強(qiáng)調(diào)應(yīng)對(duì)無條理環(huán)境的智能性和適應(yīng)性，而自動(dòng)化的研究主要針對(duì)有條理的，有明確結(jié)構(gòu)的環(huán)境中長時(shí)間工作的自動(dòng)化系統(tǒng)的效率，生產(chǎn)力，質(zhì)量和可靠性。
我們的目標(biāo)有兩個(gè)層面：第一，揭示機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)在美國制造業(yè)中的策略重要性；第二，提出能夠使用機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)提高生產(chǎn)力的案例。
經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力
上世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)來自于工業(yè)化，而核心就在于制造業(yè)。制造業(yè)部分提供了12%的美國GDP和9%的總就業(yè)。美國總出口的70%也歸功于制造業(yè)。因此，制造業(yè)代表了國家整體健康經(jīng)濟(jì)的重要環(huán)節(jié)。在制造業(yè)當(dāng)中，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)總值達(dá)到了八十億美元，并以每年9%穩(wěn)定增長。這個(gè)核心的機(jī)器人工業(yè)受到了制造業(yè)的大力支持，例如提供儀器，附屬的自動(dòng)化設(shè)施以及系統(tǒng)的整合，一共貢獻(xiàn)了300億美元的工業(yè)總值。
在過去30年里，美國的制造業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的變化。除了對(duì)加拿大，中國，墨西哥和日本顯著的貿(mào)易逆差，制造業(yè)仍舊是美國經(jīng)濟(jì)的主要部分。制造業(yè)包含了所有物品的生產(chǎn)制造，從消費(fèi)電子到工業(yè)設(shè)備，貢獻(xiàn)了12%的美國GDP和9%的就業(yè)。美國制造業(yè)生產(chǎn)力超越了主要的競爭對(duì)手。在所有國家中，無論是單位時(shí)間和單位員工的平均生產(chǎn)力，美國都處于第一位。美國人均生產(chǎn)力持續(xù)增長，在過去三十年里生產(chǎn)力翻倍。實(shí)際上，正是不斷提高的生產(chǎn)力使得美國制造業(yè)在經(jīng)濟(jì)衰退中保持競爭力，并在面對(duì)其他快速增長的經(jīng)濟(jì)體，例如中國和印度時(shí)復(fù)蘇。生產(chǎn)力的增長和效率主要?dú)w功于技術(shù)的革新和其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。目前，中國被認(rèn)為是制造業(yè)的領(lǐng)頭羊，但是預(yù)計(jì)在2020年，美國制造業(yè)在產(chǎn)值和生產(chǎn)力方面都將超越中國。
然而，這種關(guān)系會(huì)一直變化。潛在的國外競爭者正在開展改善制造業(yè)過程的基礎(chǔ)研究和教育。另一方面，美國制造業(yè)的成果也在被用于科學(xué)研究，在過去十年時(shí)間里保持著穩(wěn)定的進(jìn)展。在這段時(shí)間里，美國制造業(yè)用于投資及開發(fā)的資金基本沒有變化，而在全球視角下，美國總的研究發(fā)展經(jīng)費(fèi)已經(jīng)下降至只有30%。有時(shí)候，我們的外國競爭對(duì)手用同樣的創(chuàng)新技術(shù)，但是用很少的勞動(dòng)力成本來削弱美國的統(tǒng)治地位，所以美國制造業(yè)面臨著越來越大壓力。美國的工業(yè)產(chǎn)品貿(mào)易差額以每十年500億美元的速度下降。此外，隨著人口老齡化，工人的數(shù)量也在急劇減少。樂觀估計(jì)，到2050年，每兩位工人就要供養(yǎng)一位退休工人。所以，機(jī)器人工人必須滿足人類工人數(shù)量減少的同時(shí)增加工業(yè)生產(chǎn)力的要求。最后，機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)的巨大進(jìn)步將會(huì)是下一代高附加值產(chǎn)品的關(guān)鍵。依靠先進(jìn)傳感器與微電子的納米尺度嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)不再是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)能夠勝任的。
反觀中國、韓國、日本以及印度，正大力投資于高等教育與研究機(jī)構(gòu)。印度與中國都正在有系統(tǒng)地召回他們?cè)诿绹囵B(yǎng)的科學(xué)家與工程師。美國的競爭者們還在機(jī)器人技術(shù)和與制造相關(guān)的特定領(lǐng)域開始動(dòng)搖美國的主導(dǎo)地位。韓國每年投資1億美元，連續(xù)投資十年(2002-2012)至機(jī)器人技術(shù)研究與教育相關(guān)項(xiàng)目。歐盟投入了超過6億美元用于研發(fā)機(jī)器人技術(shù)及其認(rèn)知系統(tǒng)，并且另外撥款9億美元至與制造業(yè)機(jī)器人相關(guān)的地平線計(jì)劃。日本也將在未來十年之內(nèi)投入三億五千萬美元至仿人類機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人研發(fā)，并且宣布將在未來5年投入10億美元使日本成為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者。與上述國家投資額度相比，美國聯(lián)邦政府投資的資金是非常不足的。
倉儲(chǔ)機(jī)器人kiva
并且，機(jī)器人技術(shù)對(duì)于自動(dòng)化物流也具有重要意義。亞馬遜在2012年花了7億美元收購KivaSystems公司，使它能夠?qū)⒆詈玫募夹g(shù)用于數(shù)據(jù)庫自動(dòng)化。此外，蘋果和聯(lián)想在使用機(jī)器人系統(tǒng)之后已經(jīng)不將亞洲作為其降低生產(chǎn)成本的第一選擇。在過去的十年里，中國工人的工資增幅為340%，而美國工人的工資增長則低得多。此外，特斯拉公司在加利福尼亞州開設(shè)了一個(gè)制造可代用燃料汽車的工廠，它應(yīng)用了高度的自動(dòng)化，這使它能繼續(xù)在美國生存。
經(jīng)濟(jì)增長領(lǐng)域
美國商務(wù)部與美國競爭力委員會(huì)分析了大量的公司及其綜合年增長率，各主要工業(yè)行業(yè)分類數(shù)據(jù)如下表所示。
制造業(yè)目前的增長領(lǐng)域包括物流、物料搬運(yùn)以及機(jī)器人技術(shù)。鑒于制造業(yè)的重要性，考慮如何利用機(jī)器人等技術(shù)增強(qiáng)美國制造業(yè)是非常有必要的。
機(jī)器人技術(shù)的消費(fèi)化