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打造北卡州创新中心 美制造业向技术领先发力

2019-07-04 10:30 出处:未知 人气: 评论(

  为推动先进制造业发展,美国奥巴马政府先后成立了四家制造业创新中心。由北卡罗来纳州立大学领导的下一代电力电子制造业创新中心是其成立的第二家。

  记者近日赴该大学采访了解到,制造业创新中心其实就是搭建一个由政府、企业和科研机构组成的联合体,以加速相关技术从实验室到市场的转化,其战略目标是培育一批高科技制造业,并将相关工作岗位留在美国。

  政府希望大学与产业界密切合作关系

  北卡州立大学领衔的这家制造业创新中心,瞄准的是宽带隙(简称WBG)电力电子产业,其使命是加快推进以氮化镓和碳化硅为基础的电力电子器件(也就是宽带隙半导体)的商业化,将其制造成本降下来,以取代目前广泛使用的硅基半导体。

  据介绍,宽带隙半导体能够在更高的温度、更高电压以及更极端的环境下运行,具有极大提升电力电子产品能源使用效率和可靠性的潜力,在工业马达中的变频驱动器、消费电子产品和数据中心,以及可再生能源发电中从直流电到交流电的变电系统等方面,有非常广泛的应用前景。美国能源部估计,到2030年,美国电力的80%将被用于电力电子产品,可见其应用潜力之大。

  目前,相关技术和新材料,最成熟和主要的用途是制造发光二极管(LED)灯泡。1987年,由北卡州立大学材料与工程学的博士生创立的科锐公司,目前已经发展为制造LED灯泡的一家大型企业。

  美国总统奥巴马今年1月15日到访北卡州,宣布北卡州立大学被选中领导这家专注于电力电子的先进制造业创新中心。

  谈及为什么能被选中时,北卡州立大学校长伍德森对本报记者表示,第一,因为北卡州立大学在相关技术和工程领域有长期的研究。第二,北卡州立大学和私营部门有非常好的合作伙伴关系,这是奥巴马政府所看中的,他们希望看到大学和产业界合作。

  负责管理制造业创新中心的北卡州立大学副校长特妮洛马克斯告诉本报记者,该校是通过竞标争取到这个中心的。北卡州立大学领导的一个团队,和纽约一所大学领导的另一个团队竞争。最终北卡州立大学提出的方案被选中。她介绍说,新一代半导体不仅在消费电子产品中具有光明的应用前景,同时也可在更大型的系统中广泛应用,例如工业马达系统,以及输电和变电系统。比如,太阳能、风能发电,在并网前要从直流电转换为交流电,目前这种转换会损失很多电力。新的材料和技术可以大大减少电力损耗。又如,目前的电动汽车,需要两个冷却系统来为电池冷却。如果用新材料,只需要一个冷却系统,这就不需要花那么多能源用于冷却,同时,汽车也会变轻。

  产业、政府和科研联合体着眼于尽快降低技术应用的成本

  洛马克斯说,大学的科研和企业采用技术之间存在间隙,制造业创新中心的功能就在于成为从科研到制造业之间的桥梁,通过许多人合作的力量推动下一代半导体产业。目前,在联合体中有包括北卡州立大学在内的5所大学、2家美国国家实验室,以及18家企业。目前,该中心正在制定第一年的工作计划,还未实际启动。资金也还未到位。该创新中心五年内的总预算是1.46亿美元。美国能源部承诺提供7000万美元,6000万将来自于产业伙伴,北卡州政府和有关大学投入1600万美元。该中心具体将开展四项工作,第一,开发关键的宽带隙电力电子技术;第二,通过刺激需求,促进其在高端市场的早期应用;第三,支持和发展制造业基础;第四,通过教育和培训项目,培育宽带隙半导体产业所需人才,计划创设新的电力电子专业硕士研究生学位,同时,与社区大学合作,培养和训练劳动力。

  记者注意到,这18家产业伙伴,涉及电力电子产业链中的各个环节,既有美国本土的公司,也有外国公司在美国的分公司,既有大型企业,也有员工不到5人的初创企业。这符合美国对外资开放以及美国政府扶持小企业的原则。

  总部位于瑞士的ABB公司是18家产业伙伴之一。ABB美国分公司负责研发的副总裁唐乐告诉本报记者,用于制造宽带隙半导体的材料和技术都已经有了,问题在于,其制造成本太高。产业、政府和科研机构组成一个联合体,其着眼点就是把这个技术尽快推广,通过材料的改进、生产工艺的改进和产量的提高、市场的培育,让其制造成本尽快降下来,加速从实验室到市场的过程。目前该制造业创新中心明确了三年、五年和十年规划,目标是要让这种半导体在制造成本上与硅基半导体相当。他说,电力电子器件在工业驱动系统中相当于是个接口,到处都要用。美国政府的战略,是通过技术领先,把高端、技术含量高的制造业及其工作岗位留在美国。唐乐认为,美国的这个国家战略是明智的。

  美国制造业最大的问题在于公司税太高,以及高技能工人缺乏

  此前,第一家创新中心在俄亥俄州建立,致力于推动3D打印技术。今年2月,奥巴马又宣布分别在芝加哥和密歇根州底特律郊外的坎顿设立两家高科技制造业中心,分别专注于数字制造与设计,以及轻量、现代金属的制造。

  奥巴马的目标是要成立45家中心,并将其连接成为网络。但要成立这么多中心,需要得到国会的拨款。而国会中的共和党议员普遍反对增加政府开支,以及对市场的介入。奥巴马政府此前对多家太阳能企业进行扶持,此后这些企业纷纷倒闭,更令反对者相信,这是政府越位,做不该做的事情。

  美国的制造业正在向更加高端、更加创新转型。制造业创新中心或许可以激发美国制造业的某些部分继续处于创新的前沿。但奥巴马利用行政权力设立的几家中心,显然无力重振整个制造业。美国布鲁金斯学会高级研究员马丁贝利接受本报记者采访时表示,支持设立制造业创新中心的政策,但他认为,这对美国制造业的帮助不大。最大的问题在于美国的公司税太高,以及高技能工人缺乏。他说:美国的公司在技术上是非常强的,但它们将不会在美国制造产品,因为这样做无利可图。

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