導語
當中國造船產能達到美國230倍的驚人差距時，美海軍少將Todd S. Weeks和Matthew Sermon在最新發表的《美國海軍學會學報》中拋出了一個觀點：
僅僅增加工人數量無法解決造船危機，技術創新特別是3D打印技術才是突圍的關鍵。
這篇來自2025年6月《美國海軍學會學報》的重磅文章，為我們揭示了美海軍內容如何看待增材制造并相信其能重塑美造船工業的未來。

以下內容均來自于原文的整理、節選和翻譯。
技術創新是造船能力的關鍵

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

如果將美國造船廠與韓國和日本盟友的造船廠進行比較—更糟糕的是與中國快速擴張的造船廠相比—造船危機只會變得更加明顯。

在解決這個多方面危機時，有一點是確定的：

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

簡單地說，擁有陳舊工藝、系統和基礎設施的過時造船廠必須升級和改造，以便更加高效、創新和敏捷。

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

他們正在將商業上廣泛應用的先進制造方法注入國家造船廠，使其更加高效，增加生產能力，并擴大其能力。

弗吉尼亞級潛艇馬薩諸塞號（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、供應和變革的必要性

海軍領導人反復強調對技術工人和造船商的"世代需求"。

這還是保守的說法。

以潛艇建造總噸位作為規模的粗略指標，潛艇建造需求將需要在幾年內超過冷戰時期的記錄高度。

需求增長的主要驅動力是中俄日益增長的"威脅"，加上幾十年的后冷戰投資不足。

文章這部分著重夸大渲染了關于我國負面論點，AM易道對部分內容省略。

最近的估計表明，中國的造船能力比美國的造船能力大230倍。

美國企業研究所的一位高級研究員用更嚴峻的話說："中國在過去18年中在造船方面投資如此之多，以至于它現在一個月能建造的船只比美國一年建造的還要多。"

不幸的是，這種世代需求出現在美國海軍及其造船合作伙伴努力扭轉幾十年來從制造業向服務業國民經濟轉變的宏觀影響，以及后冷戰"和平紅利"對曾經填滿美國造船廠的熟練焊工、管工和技術人員隊伍的更具體影響的時期。

自20世紀末以來，制造業在就業中所占的份額及其相對于不斷增長的經濟的規模急劇下降。

全國各地的造船廠關閉就是這一趨勢的一部分。

雖然許多人都熟悉美國去工業化的大背景，但值得注意的是，盡管制造業的作用和規模不斷縮小，但美國制造業的總產出依然強勁，甚至在此期間有所增長。

這種增長主要得益于技術帶來的效率提升。新的機器、改進的方法和計算機化的系統使美國工人效率更高，能夠以更少的投入產出更多。

由于國防預算縮減、需求滯后以及國防領域競爭減弱，資金短缺，那些讓其他制造商能夠以更少的投入實現更大產出的創新技術卻未能惠及造船企業。

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

許多先進的制造業創新技術因缺乏需求信號來刺激應用而與造船企業擦肩而過。

幾十年來，潛艇需求低迷，加之美國制造業基礎截然不同，造船企業不能僅僅依靠招聘來擺脫困境。

雖然提升產能確實需要雇傭數千名造船工人，但走出這場危機的道路必須以轉型制造方式鋪就，從而充分發揮美國的創新能力。

催化轉型

海軍抓住了競爭日益激烈的壓力和世代需求作為催化劑，將急需的技術創新注入國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項倡議、309家供應商和33個州。

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

雖然大多數SIB資金專注于擴大勞動力和減少供應鏈瓶頸，但1.74億美元專門用于技術創新—具體來說，是將商業上經過驗證、數據驅動且易于擴展的工具和能力注入造船廠。

海軍為創新提供資金的同時，國家造船廠、傳統國防工業基礎合作伙伴以及越來越多的新進入者（例如風險投資、技術支持和其他非傳統國防公司）有責任將投資轉化為行動。

造船企業必須盡自己的一份力量，對過時的流程、系統和基礎設施進行現代化改造。

海軍的創新實施戰略整合了先進制造方法，以實現兩個目標：

提高材料可用性和增強人力資源。

這些方法將減少耗時的人工流程，提高生產效率，并改善決策。

為了展示海軍的定向技術投資將如何取得成果，以下示例對比了當前造船廠的運作方式和轉型過程。

提高材料可用性

脆弱的供應鏈會不可預測地斷裂。

正如口罩大流行所證明的，看似無關緊要的供應中斷揭示了以前未知的生產瓶頸，造成延誤并限制產量。

先進的制造技術可以降低此類瓶頸導致的延誤風險。

在造船廠，這可以通過增材制造 (AM) 和協作機器人 (cobot) 等新工具來實現，這些新工具可以在不取代傳統方法的情況下補充生產能力。

機器人和增材制造 (AM) 是兩項關鍵技術，已在造船業中展現出巨大的潛力。圖中，機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

更快的檢測技術也可以提高可用性，從而減少零件等待最終檢測的時間。許多此類方法已在私營部門廣泛應用。

增材制造使用數字設計逐層構建零件，而不是將熔融金屬倒入模具(鑄造)或將熱金屬扭曲成形(鍛造)的傳統方法。

自2000年以來，超過40%的美國鑄造和鍛造鑄造廠已永久關閉或遷至海外，但增材制造可以補充傳統方法，將生產能力擴展到少數供應商之外，消除供應瓶頸并減少與材料可用性相關的延誤。

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

無需獲得和維護復雜的模具或模具，創建新零件可以簡單到將3D設計模型上傳到附近的增材制造機器。

增材制造增加造船行業能力的潛力已經顯示出希望。

在許多情況下，正在進行的試點項目已將長達一個月的生產時間線縮短到幾天。

其快速成功已促使海軍評估老化、難以采購或停產的俄亥俄級潛艇零件的全級增材制造資格。

復制幾十年前停產的俄亥俄級潛艇的關鍵部件也是增材制造的另一項任務。圖片來自美國海軍

例如，一個敏捷的海軍和工業專家團隊使用增材制造將最后一次生產于1990年代末的閥門組件的制造時間從2.5年以上縮短到幾個月。

協作機器人，例如已經應用于汽車制造裝配線的機械臂，其實就是與人類伙伴協同工作的機器人。

例如，在紐波特紐斯造船廠，協作機器人已被用于減少繁重的動作、技術差異或不可避免的人為錯誤，這些錯誤會降低質量，而直到最近，在焊接大型金屬部件時，這些錯誤仍然是不可避免的。

協作機器人的大量傳感器可以檢測操作員的每一個動作，糾正過大的壓力、焊接電弧的位置偏差，甚至是簡單的疲勞。

傳感器、電機和人工的配對可以減少搬運重物的時間、風險和壓力，提高焊工的精度，并生成可分析的數據，用于比較多名焊工隨時間推移的表現。

這些新方法不僅可以簡化單調或危險的任務，提高焊工的精準度，還可以通過提高首次生產質量來提高效率，減少在不完美部件或焊縫返工等任務上花費的時間。

事實上，最近的海軍協作機器人試點項目將效率和首次產品質量提高了 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。

一個技術創新成熟的領域是無損檢測 (NDT)。

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

為了防止篡改，直到最近，禁止將膠片數字化—這意味著必須將底片進行實體沖洗并郵寄給訓練有素的檢查員，有時甚至要遠在數百英里之外。

改進無損檢測工具并擴展無損檢測套件以納入更新、更快速的方法的工作已在進行中；

從一些唾手可得的成果，例如將模擬射線檢測流程數字化，到像石油和天然氣行業已經使用的“爬行機器人”。

這些新工具可以幫助人類減少耗時的檢測技術，并從費力的方法轉向更快、更精確的機械或自動化系統。

諾福克海軍造船廠最近開展的一項使用商用無損檢測技術的試點項目將零件檢測時間縮短了20%。

重要的是，這些商用檢測工具應用于與海軍造船業一樣重視安全性、保障性和準確性的行業。

勞動力增強

即使采用增材制造、協作機器人和現代無損檢測工具，造船仍將始終需要數千名工人；

因此，提高勞動力的效率是擴大和改善造船能力的最有希望的方式。

造船廠數字化是一個廣義術語，描述海軍已經進行的努力，這些努力結合了傳感器、設備互連性和數據來維護復雜系統。

圖中，工人們在樸茨茅斯海軍造船廠機械車間安裝一套先進的傳感器套件，這是一項試點項目的一部分，旨在收集設備生產能力、使用情況和維護數據。圖片來自美國海軍（吉姆·克利夫蘭）

正如傳感器網絡、手持掃描儀和路由算法使UPS或FedEx能夠隨時了解包裹的位置以及每個包裹的最佳路線一樣，船廠數字化將使人類以及日益增多 的算法能夠獲得洞察力，并優化船廠的運營流程。

韓國和日本的造船廠已經在他們所謂的"智能船廠"中運用這些方法。

由于數字工具和數據管理已成為整個私營部門的標準做法，造船廠數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且脫節的數據收集和管理實踐。

即使收集到能夠產生洞察力的數據，通常也需要用紙筆記錄。

現代工具的普遍缺失意味著數字化將對產能提升產生巨大影響。

海軍正在探索如何實現紙質流程的現代化，并增加感官輸入，以提供實時洞察、簡化生產流程，并通過改進從材料消耗、機器停機到零件庫存等所有環節的管理來增強決策能力。

最后，技術創新需要討論人工智能(AI)。

AI在造船廠有許多有前景的應用，海軍已經通過各種試點項目:

包括用于分析復雜造船廠數據集的機器學習(ML)算法；用于生成重復、樣板文本或工作指令的大型語言模型；以及算法調度生成。

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新技術之一。圖片來自美海軍研究院

原文結語

創新本身不會解決所有美國造船問題。

然而，上文討論的先進制造技術是使當今造船廠及其陳舊技術與時俱進、使其更有能力滿足國家安全需求的關鍵。

創新的條件已經具備，包括來自其他行業的成熟技術以及海軍的資源和支持。

國會必須繼續提供甚至擴大這些資源，造船廠必須實施和運用新技術來擴大產能。

AM易道評論

我們看完這篇美海軍在美海軍學院的刊登文章，還是挺震撼的，信息量極大。

美國海軍少將提到美造船能力只有我國1/230時，這個數字不論真實性，其意圖如何？

似乎除了3D打印，沒有哪個制造技術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2.5年縮短到幾個月的案例確實令人印象深刻，但這個例占整個船舶制造的比例還很低。

增材制造在材料性能、生產成本、一致性方面的局限，報告刻意回避了，尤其在其沒有得到國會大規模撥款之前。

畢竟，按文章說法，美國23億美元的造船基礎投資中，技術創新只占1.74億美元，不到8%。而增材制造獲得的投資就更少了。

更關鍵的問題是驗證和認證。

軍工級別的零部件需要通過極其嚴格的測試和認證流程，3D打印件可靠性標準驗證更是個系統工程。

AM易道認為，這場關于3D打印軍工競爭不是用什么方法造多少艘船的問題，真正的問題是：

制造業從來不是單一技術的勝利，而是設計、制造、驗證的全體系的系統工程的升級。

當美軍開始將3D打印視為重塑國防制造業的戰略武器時，我國應保持清醒。

雖然造船產能優勢碾壓，但先進制造技術本身及其系統工程的換代升級，我國即使領先，領先窗口期或許比我們想象的要短暫。

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