導(dǎo)語
當(dāng)中國(guó)造船產(chǎn)能達(dá)到美國(guó)230倍的驚人差距時(shí)，美海軍少將Todd S. Weeks和Matthew Sermon在最新發(fā)表的《美國(guó)海軍學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》中拋出了一個(gè)觀點(diǎn)：
僅僅增加工人數(shù)量無法解決造船危機(jī)，技術(shù)創(chuàng)新特別是3D打印技術(shù)才是突圍的關(guān)鍵。
這篇來自2025年6月《美國(guó)海軍學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》的重磅文章，為我們揭示了美海軍內(nèi)容如何看待增材制造并相信其能重塑美造船工業(yè)的未來。

以下內(nèi)容均來自于原文的整理、節(jié)選和翻譯。
技術(shù)創(chuàng)新是造船能力的關(guān)鍵

多年來，政策制定者、記者甚至普通觀察者都在哀嘆美國(guó)公共和私人海軍造船廠的現(xiàn)狀。

如果將美國(guó)造船廠與韓國(guó)和日本盟友的造船廠進(jìn)行比較—更糟糕的是與中國(guó)快速擴(kuò)張的造船廠相比—造船危機(jī)只會(huì)變得更加明顯。

在解決這個(gè)多方面危機(jī)時(shí)，有一點(diǎn)是確定的：

僅僅通過增加更多工人來解決問題，而不更換過時(shí)的制造技術(shù)，就像一只腳踩油門，另一只腳踩剎車一樣。

簡(jiǎn)單地說，擁有陳舊工藝、系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施的過時(shí)造船廠必須升級(jí)和改造，以便更加高效、創(chuàng)新和敏捷。

海軍最近的多年潛艇工業(yè)基礎(chǔ)(SIB)投資是更廣泛努力的一部分，旨在"松開剎車"。

他們正在將商業(yè)上廣泛應(yīng)用的先進(jìn)制造方法注入國(guó)家造船廠，使其更加高效，增加生產(chǎn)能力，并擴(kuò)大其能力。

弗吉尼亞級(jí)潛艇馬薩諸塞號(hào)（SSN-798）2024年3月在紐波特紐斯造船廠竣工，圖片來自美海軍研究院

需求、供應(yīng)和變革的必要性

海軍領(lǐng)導(dǎo)人反復(fù)強(qiáng)調(diào)對(duì)技術(shù)工人和造船商的"世代需求"。

這還是保守的說法。

以潛艇建造總噸位作為規(guī)模的粗略指標(biāo)，潛艇建造需求將需要在幾年內(nèi)超過冷戰(zhàn)時(shí)期的記錄高度。

需求增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力是中俄日益增長(zhǎng)的"威脅"，加上幾十年的后冷戰(zhàn)投資不足。

文章這部分著重夸大渲染了關(guān)于我國(guó)負(fù)面論點(diǎn)，AM易道對(duì)部分內(nèi)容省略。

最近的估計(jì)表明，中國(guó)的造船能力比美國(guó)的造船能力大230倍。

美國(guó)企業(yè)研究所的一位高級(jí)研究員用更嚴(yán)峻的話說："中國(guó)在過去18年中在造船方面投資如此之多，以至于它現(xiàn)在一個(gè)月能建造的船只比美國(guó)一年建造的還要多。"

不幸的是，這種世代需求出現(xiàn)在美國(guó)海軍及其造船合作伙伴努力扭轉(zhuǎn)幾十年來從制造業(yè)向服務(wù)業(yè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的宏觀影響，以及后冷戰(zhàn)"和平紅利"對(duì)曾經(jīng)填滿美國(guó)造船廠的熟練焊工、管工和技術(shù)人員隊(duì)伍的更具體影響的時(shí)期。

自20世紀(jì)末以來，制造業(yè)在就業(yè)中所占的份額及其相對(duì)于不斷增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)的規(guī)模急劇下降。

全國(guó)各地的造船廠關(guān)閉就是這一趨勢(shì)的一部分。

雖然許多人都熟悉美國(guó)去工業(yè)化的大背景，但值得注意的是，盡管制造業(yè)的作用和規(guī)模不斷縮小，但美國(guó)制造業(yè)的總產(chǎn)出依然強(qiáng)勁，甚至在此期間有所增長(zhǎng)。

這種增長(zhǎng)主要得益于技術(shù)帶來的效率提升。新的機(jī)器、改進(jìn)的方法和計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)使美國(guó)工人效率更高，能夠以更少的投入產(chǎn)出更多。

由于國(guó)防預(yù)算縮減、需求滯后以及國(guó)防領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)減弱，資金短缺，那些讓其他制造商能夠以更少的投入實(shí)現(xiàn)更大產(chǎn)出的創(chuàng)新技術(shù)卻未能惠及造船企業(yè)。

盡管其他企業(yè)變得精益、高效、高產(chǎn)，但造船企業(yè)的軍艦訂單卻越來越少，被迫袖手旁觀。

許多先進(jìn)的制造業(yè)創(chuàng)新技術(shù)因缺乏需求信號(hào)來刺激應(yīng)用而與造船企業(yè)擦肩而過。

幾十年來，潛艇需求低迷，加之美國(guó)制造業(yè)基礎(chǔ)截然不同，造船企業(yè)不能僅僅依靠招聘來擺脫困境。

雖然提升產(chǎn)能確實(shí)需要雇傭數(shù)千名造船工人，但走出這場(chǎng)危機(jī)的道路必須以轉(zhuǎn)型制造方式鋪就，從而充分發(fā)揮美國(guó)的創(chuàng)新能力。

催化轉(zhuǎn)型

海軍抓住了競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的壓力和世代需求作為催化劑，將急需的技術(shù)創(chuàng)新注入國(guó)家的公共和私人造船廠。

自2018年以來，海軍已在SIB上投資超過23億美元，涵蓋745項(xiàng)倡議、309家供應(yīng)商和33個(gè)州。

由于早期成功、類似的水面艦艇倡議和行業(yè)范圍的溢出效應(yīng)，海軍最近將其專注于SIB的努力合并為更廣泛的海事工業(yè)基礎(chǔ)(MIB)辦公室，以戰(zhàn)略性地在整個(gè)行業(yè)分配投資。

雖然大多數(shù)SIB資金專注于擴(kuò)大勞動(dòng)力和減少供應(yīng)鏈瓶頸，但1.74億美元專門用于技術(shù)創(chuàng)新—具體來說，是將商業(yè)上經(jīng)過驗(yàn)證、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)且易于擴(kuò)展的工具和能力注入造船廠。

海軍為創(chuàng)新提供資金的同時(shí)，國(guó)家造船廠、傳統(tǒng)國(guó)防工業(yè)基礎(chǔ)合作伙伴以及越來越多的新進(jìn)入者（例如風(fēng)險(xiǎn)投資、技術(shù)支持和其他非傳統(tǒng)國(guó)防公司）有責(zé)任將投資轉(zhuǎn)化為行動(dòng)。

造船企業(yè)必須盡自己的一份力量，對(duì)過時(shí)的流程、系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)代化改造。

海軍的創(chuàng)新實(shí)施戰(zhàn)略整合了先進(jìn)制造方法，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：

提高材料可用性和增強(qiáng)人力資源。

這些方法將減少耗時(shí)的人工流程，提高生產(chǎn)效率，并改善決策。

為了展示海軍的定向技術(shù)投資將如何取得成果，以下示例對(duì)比了當(dāng)前造船廠的運(yùn)作方式和轉(zhuǎn)型過程。

提高材料可用性

脆弱的供應(yīng)鏈會(huì)不可預(yù)測(cè)地?cái)嗔选?/p>

正如口罩大流行所證明的，看似無關(guān)緊要的供應(yīng)中斷揭示了以前未知的生產(chǎn)瓶頸，造成延誤并限制產(chǎn)量。

先進(jìn)的制造技術(shù)可以降低此類瓶頸導(dǎo)致的延誤風(fēng)險(xiǎn)。

在造船廠，這可以通過增材制造 (AM) 和協(xié)作機(jī)器人 (cobot) 等新工具來實(shí)現(xiàn)，這些新工具可以在不取代傳統(tǒng)方法的情況下補(bǔ)充生產(chǎn)能力。

機(jī)器人和增材制造 (AM) 是兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，已在造船業(yè)中展現(xiàn)出巨大的潛力。圖中，機(jī)械臂是位于弗吉尼亞州丹維爾的丹維爾增材制造卓越中心增材制造流程的一部分。丹維爾增材制造卓越中心

更快的檢測(cè)技術(shù)也可以提高可用性，從而減少零件等待最終檢測(cè)的時(shí)間。許多此類方法已在私營(yíng)部門廣泛應(yīng)用。

增材制造使用數(shù)字設(shè)計(jì)逐層構(gòu)建零件，而不是將熔融金屬倒入模具(鑄造)或?qū)峤饘倥で尚?鍛造)的傳統(tǒng)方法。

自2000年以來，超過40%的美國(guó)鑄造和鍛造鑄造廠已永久關(guān)閉或遷至海外，但增材制造可以補(bǔ)充傳統(tǒng)方法，將生產(chǎn)能力擴(kuò)展到少數(shù)供應(yīng)商之外，消除供應(yīng)瓶頸并減少與材料可用性相關(guān)的延誤。

為了降低潛在制造商的準(zhǔn)入門檻，海軍正在驗(yàn)證增材制造零件與傳統(tǒng)方法制造零件的互換性，而不是要求制造商投入時(shí)間和資源來驗(yàn)證零件本身。

無需獲得和維護(hù)復(fù)雜的模具或模具，創(chuàng)建新零件可以簡(jiǎn)單到將3D設(shè)計(jì)模型上傳到附近的增材制造機(jī)器。

增材制造增加造船行業(yè)能力的潛力已經(jīng)顯示出希望。

在許多情況下，正在進(jìn)行的試點(diǎn)項(xiàng)目已將長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的生產(chǎn)時(shí)間線縮短到幾天。

其快速成功已促使海軍評(píng)估老化、難以采購(gòu)或停產(chǎn)的俄亥俄級(jí)潛艇零件的全級(jí)增材制造資格。

復(fù)制幾十年前停產(chǎn)的俄亥俄級(jí)潛艇的關(guān)鍵部件也是增材制造的另一項(xiàng)任務(wù)。圖片來自美國(guó)海軍

例如，一個(gè)敏捷的海軍和工業(yè)專家團(tuán)隊(duì)使用增材制造將最后一次生產(chǎn)于1990年代末的閥門組件的制造時(shí)間從2.5年以上縮短到幾個(gè)月。

協(xié)作機(jī)器人，例如已經(jīng)應(yīng)用于汽車制造裝配線的機(jī)械臂，其實(shí)就是與人類伙伴協(xié)同工作的機(jī)器人。

例如，在紐波特紐斯造船廠，協(xié)作機(jī)器人已被用于減少繁重的動(dòng)作、技術(shù)差異或不可避免的人為錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤會(huì)降低質(zhì)量，而直到最近，在焊接大型金屬部件時(shí)，這些錯(cuò)誤仍然是不可避免的。

協(xié)作機(jī)器人的大量傳感器可以檢測(cè)操作員的每一個(gè)動(dòng)作，糾正過大的壓力、焊接電弧的位置偏差，甚至是簡(jiǎn)單的疲勞。

傳感器、電機(jī)和人工的配對(duì)可以減少搬運(yùn)重物的時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)和壓力，提高焊工的精度，并生成可分析的數(shù)據(jù)，用于比較多名焊工隨時(shí)間推移的表現(xiàn)。

這些新方法不僅可以簡(jiǎn)化單調(diào)或危險(xiǎn)的任務(wù)，提高焊工的精準(zhǔn)度，還可以通過提高首次生產(chǎn)質(zhì)量來提高效率，減少在不完美部件或焊縫返工等任務(wù)上花費(fèi)的時(shí)間。

事實(shí)上，最近的海軍協(xié)作機(jī)器人試點(diǎn)項(xiàng)目將效率和首次產(chǎn)品質(zhì)量提高了 45％以上，并且減少了將未來的焊工或管道工從街頭帶到造船廠所需的培訓(xùn)。

一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新成熟的領(lǐng)域是無損檢測(cè) (NDT)。

無損檢測(cè)工具套件包含許多耗時(shí)耗力的工序，從目視檢查到X射線照相。就X射線照相而言，這意味著技術(shù)人員必須匍匐前進(jìn)，用X射線發(fā)射機(jī)將潛艇部件曝光到實(shí)體膠片上。

為了防止篡改，直到最近，禁止將膠片數(shù)字化—這意味著必須將底片進(jìn)行實(shí)體沖洗并郵寄給訓(xùn)練有素的檢查員，有時(shí)甚至要遠(yuǎn)在數(shù)百英里之外。

改進(jìn)無損檢測(cè)工具并擴(kuò)展無損檢測(cè)套件以納入更新、更快速的方法的工作已在進(jìn)行中；

從一些唾手可得的成果，例如將模擬射線檢測(cè)流程數(shù)字化，到像石油和天然氣行業(yè)已經(jīng)使用的“爬行機(jī)器人”。

這些新工具可以幫助人類減少耗時(shí)的檢測(cè)技術(shù)，并從費(fèi)力的方法轉(zhuǎn)向更快、更精確的機(jī)械或自動(dòng)化系統(tǒng)。

諾?？撕＼娫齑瑥S最近開展的一項(xiàng)使用商用無損檢測(cè)技術(shù)的試點(diǎn)項(xiàng)目將零件檢測(cè)時(shí)間縮短了20%。

重要的是，這些商用檢測(cè)工具應(yīng)用于與海軍造船業(yè)一樣重視安全性、保障性和準(zhǔn)確性的行業(yè)。

勞動(dòng)力增強(qiáng)

即使采用增材制造、協(xié)作機(jī)器人和現(xiàn)代無損檢測(cè)工具，造船仍將始終需要數(shù)千名工人；

因此，提高勞動(dòng)力的效率是擴(kuò)大和改善造船能力的最有希望的方式。

造船廠數(shù)字化是一個(gè)廣義術(shù)語，描述海軍已經(jīng)進(jìn)行的努力，這些努力結(jié)合了傳感器、設(shè)備互連性和數(shù)據(jù)來維護(hù)復(fù)雜系統(tǒng)。

圖中，工人們?cè)跇愦拿┧购＼娫齑瑥S機(jī)械車間安裝一套先進(jìn)的傳感器套件，這是一項(xiàng)試點(diǎn)項(xiàng)目的一部分，旨在收集設(shè)備生產(chǎn)能力、使用情況和維護(hù)數(shù)據(jù)。圖片來自美國(guó)海軍（吉姆·克利夫蘭）

正如傳感器網(wǎng)絡(luò)、手持掃描儀和路由算法使UPS或FedEx能夠隨時(shí)了解包裹的位置以及每個(gè)包裹的最佳路線一樣，船廠數(shù)字化將使人類以及日益增多 的算法能夠獲得洞察力，并優(yōu)化船廠的運(yùn)營(yíng)流程。

韓國(guó)和日本的造船廠已經(jīng)在他們所謂的"智能船廠"中運(yùn)用這些方法。

由于數(shù)字工具和數(shù)據(jù)管理已成為整個(gè)私營(yíng)部門的標(biāo)準(zhǔn)做法，造船廠數(shù)字化聽起來可能平淡無奇，但如今的海軍造船廠往往依賴于過時(shí)且脫節(jié)的數(shù)據(jù)收集和管理實(shí)踐。

即使收集到能夠產(chǎn)生洞察力的數(shù)據(jù)，通常也需要用紙筆記錄。

現(xiàn)代工具的普遍缺失意味著數(shù)字化將對(duì)產(chǎn)能提升產(chǎn)生巨大影響。

海軍正在探索如何實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)流程的現(xiàn)代化，并增加感官輸入，以提供實(shí)時(shí)洞察、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，并通過改進(jìn)從材料消耗、機(jī)器停機(jī)到零件庫(kù)存等所有環(huán)節(jié)的管理來增強(qiáng)決策能力。

最后，技術(shù)創(chuàng)新需要討論人工智能(AI)。

AI在造船廠有許多有前景的應(yīng)用，海軍已經(jīng)通過各種試點(diǎn)項(xiàng)目:

包括用于分析復(fù)雜造船廠數(shù)據(jù)集的機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)算法；用于生成重復(fù)、樣板文本或工作指令的大型語言模型；以及算法調(diào)度生成。

一艘人工智能模擬的潛艇正在建造大廳中下水。人工智能是能夠提高造船效率的幾項(xiàng)新技術(shù)之一。圖片來自美海軍研究院

原文結(jié)語

創(chuàng)新本身不會(huì)解決所有美國(guó)造船問題。

然而，上文討論的先進(jìn)制造技術(shù)是使當(dāng)今造船廠及其陳舊技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)、使其更有能力滿足國(guó)家安全需求的關(guān)鍵。

創(chuàng)新的條件已經(jīng)具備，包括來自其他行業(yè)的成熟技術(shù)以及海軍的資源和支持。

國(guó)會(huì)必須繼續(xù)提供甚至擴(kuò)大這些資源，造船廠必須實(shí)施和運(yùn)用新技術(shù)來擴(kuò)大產(chǎn)能。

AM易道評(píng)論

我們看完這篇美海軍在美海軍學(xué)院的刊登文章，還是挺震撼的，信息量極大。

美國(guó)海軍少將提到美造船能力只有我國(guó)1/230時(shí)，這個(gè)數(shù)字不論真實(shí)性，其意圖如何？

似乎除了3D打印，沒有哪個(gè)制造技術(shù)能讓美軍工如此重視。

但AM易道必須潑一盆冷水：增材制造并非萬能藥。

文中那個(gè)2.5年縮短到幾個(gè)月的案例確實(shí)令人印象深刻，但這個(gè)例占整個(gè)船舶制造的比例還很低。

增材制造在材料性能、生產(chǎn)成本、一致性方面的局限，報(bào)告刻意回避了，尤其在其沒有得到國(guó)會(huì)大規(guī)模撥款之前。

畢竟，按文章說法，美國(guó)23億美元的造船基礎(chǔ)投資中，技術(shù)創(chuàng)新只占1.74億美元，不到8%。而增材制造獲得的投資就更少了。

更關(guān)鍵的問題是驗(yàn)證和認(rèn)證。

軍工級(jí)別的零部件需要通過極其嚴(yán)格的測(cè)試和認(rèn)證流程，3D打印件可靠性標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證更是個(gè)系統(tǒng)工程。

AM易道認(rèn)為，這場(chǎng)關(guān)于3D打印軍工競(jìng)爭(zhēng)不是用什么方法造多少艘船的問題，真正的問題是：

制造業(yè)從來不是單一技術(shù)的勝利，而是設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)證的全體系的系統(tǒng)工程的升級(jí)。

當(dāng)美軍開始將3D打印視為重塑國(guó)防制造業(yè)的戰(zhàn)略武器時(shí)，我國(guó)應(yīng)保持清醒。

雖然造船產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)碾壓，但先進(jìn)制造技術(shù)本身及其系統(tǒng)工程的換代升級(jí)，我國(guó)即使領(lǐng)先，領(lǐng)先窗口期或許比我們想象的要短暫。

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