制造数字和物理环境正在迅速变化，新兴技术对我们的长期技术竞争力变得更加关键。
然而，与此同时，制造商面临着比以往任何时候都更大的挑战了解并采取行动。美国有近30万家工厂，其中90%的工厂员工人数不到100人。只有少数这些较小的公司拥有使用先进制造工艺的资金和资源。
美国有近30万家工厂，其中90%的工厂员工人数不到100人。“我们的研究表明，美国可能只有不到 10% 的中小型制造企业广泛采用这些新兴技术，”G 说reg Harris，奥本大学先进制造系统跨学科中心主任，他正在与 SME 一起研究这些信息。
白宫，通过国家科学技术委员会 (NSTC) 和国家先进制造战略制造业，专注于美国的创新和国家安全。 NSTC最近发布的“关键和新兴技术”清单包含19个技术领域，包括先进制造和增材、可持续、智能和纳米制造的子领域，以及人工智能（A.I.）、自主系统和机器人技术等相关领域.
同样，国家先进制造战略包含18项优先技术，包括增材制造、人工智能、高性能材料和可持续制造。此外，许多著名的技术研究和咨询公司已将这些共同领域确定为顶级战略技术y 可以加强和振兴先进制造业竞争力的研发和商业应用趋势。
如果我们的未来取决于这些雄心勃勃的技术的普遍发展和制度化，那么其中哪些技术将产生最重大的影响，以及我们如何才能加快实施步伐？
数字技术
创新已成为制造业的口号，因为人们相信广泛而持续的进步可以扭转目前的负面工业衰退并带来长期可持续的竞争力。
在我们构想可生产产品的方式、我们设计产品的方式以及我们制造和支持它们的方式方面的创新正在发生根本性的转变。支持这项创新的制造基础设施基于新的、广泛部署的计算方法和工具，这些方法和工具支持完全数字化的产品实现过程。
重要的是，大量的现在可以在虚拟环境中完成大量的产品开发和测试。然而，在以非常高的保真度模拟许多材料和制造操作的行为的能力方面仍然存在重大差距。未来通过建模和仿真执行全面且值得信赖的产品开发和鉴定的能力将是革命性的。
A.I.作为数字环境中的领先技术，包括跨许多行业的广泛的转换计算应用程序（例如机器学习）。同样，A.I.随着对显着提高效率和生产力的需求不断增长，是制造运营软件应用程序增长最快的领域。
A.I. 支持的制造，其范围从基于物理的材料科学到供应链分析/物流和产品支持，提供了设想的 MBx（基于模型的一切）处理跨 t 的能力生命周期将是智能的，并根据情况和经验实时自我调整。美国宇航局最近征求建议，利用新的发展来推进基于模型的工具的使用，以加速关键增材制造航空航天产品的认证，包括通过人工智能。
与传统的重复试错实验方法的构建块方法相比，这种方法需要花费太长时间且成本太高。 NSTC 先进制造小组委员会以及机器学习和人工智能小组委员会最近发布了一份关于人工智能的好处的报告。制造业的采用以及阻碍其广泛采用的问题。
根据报告，“人工智能的普遍应用制造业的优势可以为美国制造业提供世界领先的优势。然而，A.I. 的发展速度要快得多。需要技能和工具d 以加速行业采用。”
作为 A.I. 重要性的指标。正如他们所说，您可以跟着钱走。未来十年，全球人工智能市场预计将超过一万亿美元。
双生优势
数字孪生正成为数字化转型、工业革命和实施的最重要组成部分工业 4.0。数字孪生技术于 2010 年构想，专注于制造和产品生命周期管理，并已广泛发展以解决社会、商业、医疗保健、环境和许多更复杂的系统系统。虽然基于建模和仿真、数据分析、物联网、人工智能和其他应用程序和技术的普遍使用，但数字孪生实际上是这些应用程序的顶峰。
这些应用程序中的每一个都具有重要意义价值;然而，正是两者的结合产生了非凡的影响。从根本上说，数字l 双胞胎是跨学科和可互操作的，其中多个系统以自主的方式进行通信和协同工作，以分析和综合数据和信息，使其成为一个协调、连贯和可操作的整体。
这描述了一个高效的综合设计和制造机器比任何其他机器都更有能力在流程、系统和产品中产生大量创新。今天，可能有数百种关于数字孪生的合理定义和概念，它们提供了目的和价值。
引用最多的定义之一来自我 2017 年与迈克尔·格里夫斯 (Michael Grieves) 合着的书，数字孪生：减轻不可预测性, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems，其中指出：“数字双胞胎是一组虚拟信息结构，从微观原子水平到宏观几何水平全面描述潜在或实际的物理制造产品。在最佳状态下，任何可能被通过检查物理制造产品获得的信息可以从其数字孪生获得。”
集成 MBx 再次成为数字孪生的关键创新。该方法提供了深远的改进，并将生态系统推向了可以完成的边缘，实现了设计和制造挑战中可以想象的所有性能。该方法传达了跨整个产品生命周期的多维技术集成，可能采用虚拟现实“指挥中心”的形式，用户可以在其中实时可视化生成的系统/流程，并帮助制造商做出明智的决策。
从数字双胞胎到热火试验台，NASA 的快速分析和制造推进技术 (RAMPT) 项目正在推进制造方法，这将改善 the 性能并降低火箭推力室组件的生产成本。 （由 NASA/Lynn Machamer 提供）
物理技术
几乎所有现代制造操作、设备和基础设施都在某种程度上实现了计算机化、数字化，或者更进一步，表现为整体网络物理系统。数字和物理制造技术之间存在自然融合，可以发挥巨大作用，提供功能更强大、价格更实惠、更可靠的工艺和产品，并扩大商业市场。
数字和物理的集成制造技术正在改变我们在整个端到端制造过程中的工作方式。无论是复合材料的自动化、智能机床、机器人、高级表征还是增材制造，计算和物理设备的整体集成都提供了最大的潜力来提供基本和 m产业竞争力的重大变化。
在物理制造技术中，增材制造 (AM) 无疑是信息物理系统成功的最佳范例。增材制造正在极大地改变设计和制造格局，引发了新一轮的先进技术浪潮，用于在许多领域构建硬件。
增材制造的优势包括卓越的设计灵活性、可负担性、进度、性能、可持续性和按需生产。虽然 AM 诞生于数字化，但传统制造流程正在逐步向数字化过渡。
当今的竞争力目标和急需加速采用新兴制造技术无法通过解决特定问题的有限点解决方案来实现.相反，这些挑战需要一个蓝图，利用基于物理的数字技术的力量与跨越学科和 se 的物理基础设施协同工作
数字化转型并没有被大肆宣传。事实上，它在基础研究和复杂操作系统的连续统一体中不断创新，为解决最困难的先进制造问题提供了惊人的希望和可能性。
