关于如何促进工业增长和创新，我们从不缺乏想法。然而，大多数这样的讨论通常是从个人、轶事或行业垂直的角度出发的。为了获得更广阔的视角，并确定最有益的重点领域，以进行具体的、可量化的改进美国国家标准与技术研究所(NIST)分析通过对研究人员、开发者、制造商和其他利益相关者的广泛访谈和调查收集的数据。
分析的结果是四项研究，确定了采用特定制造技术的关键技术障碍。这些研究还估计了消除这些障碍对经济的积极影响——NIST表示，这将每年节省超过1000亿美元。
在这四项研究中，有三项研究的重点是《华尔街日报》定期报道的技术，这并不奇怪自动化的世界由于他们在离散，过程和批量制造行业的相关性。这三个技术领域分别是增材制造、先进机器人和自动化以及智能制造。NIST研究的第四个领域集中在卷对卷制造——在柔性塑料或金属卷上制造电子设备。
在这些研究中，最大的预测成本节约与智能制造(NIST将其定义为从设计到成品的所有制造数据都通过电子方式交换和处理的过程)以及先进的机器人和自动化有关。NIST表示，智能制造每年可为工业节省574亿美元，先进的机器人和自动化可为工业节省401亿美元。
据NIST称，尽管增材制造/3D打印进入制造业领域相对较晚，但每年可为该行业节省40亿美元。
在所有这些重点领域中，NIST的分析确定，美国工业必须解决目前尚未满足的测量科学需求和新兴技术的概念验证演示。“技术基础设施的差距——包括缺乏可靠的测量和测试方法、基于科学的标准以及其他正式的知识和工具——限制了先进制造业的进一步发展和采用，”NIST经济学家、研究协调员加里·安德森(Gary Anderson)说。
由于这些研究只考虑了弥合每个部门所确定的技术差距所直接带来的好处，NIST表示，研究估计中提到的影响是保守的。安德森说:“如果我们考虑到满足这些需求所带来的更大范围的结果，如新的和改进的产品，提高生产质量，长期的行业增长和创造就业机会，其影响将显著更高。”
NIST的研究人员还指出，增加中小型制造商获得与大型制造商相同的最先进的方法、工具和知识的机会，是实现研究预期效益必须满足的需求。
总体而言，这些研究强调了克服技术壁垒和加强先进制造业的关键战略，包括:
- 保持标准和性能度量的非专有性。
- 利用公共研究机构来开发这些工具。
- 通过制造业研究联盟和技术推广服务，确保所有制造商，特别是上述中小型企业都能使用这些技术。
更具体地研究最相关的领域自动化的世界各行各业的读者，NIST确定了以下需求:
机器人
安全的人机交互。机器人技术的开发人员需要通用标准，这些技术在制造环境中的应用需要机器人与人近距离工作。
对非结构化(或非结构化)环境的感知和感知。改进的感知能力(以及根据机器人“看到”和“知道”的东西来计划和重新计划机器人行动的能力)赋予了机器人更大的自主权，减少了它对工作环境满足严格公差的要求。
客观、低成本的性能表征。让机器人用户更容易知道他们买的是什么，让开发人员和供应商更容易展示他们的系统是做什么的。
互操作性和模块化。即插即用的系统组件，由物理和电子接口以及软件接口或转换器的标准实现。
直观的界面。无需专业技能即可实现快速编程和培训。已经有了协作机器人供应商在这一领域取得了显著进展．
建模与仿真。NIST提倡更广泛地应用虚拟工厂车间，使用基于现场机器人、机床、传感器和控制系统实时数据的建模和仿真校准。
智能制造
通过模型管理数字数据流。这涉及到CAD模型的使用，包括材料特性、零件创建和工厂布局的仿真模型，以及快速自动化成本计算功能。
增强的传感和监控。NIST表示，这包括对关键制造机器(例如振动、声学、温度、公差和压力)的“状态估计”，以及在生产过程的各个阶段移动时对产品属性的实时监控。
数字信息无缝传输。其中包括不受其他数据通道干扰的数字信息无线传输、智能传感器的无缝集成、CAD/CAM等不同平台之间的互操作性以及安全的数据传输(有线和无线)。
数据分析和趋势分析的进步。NIST表示，这包括对来自传感和监测网络的数据进行解释和聚合，将大数据技术用于制造、预测性维护、减少误报，以及用于产品设计、仿真和制造设计的云计算和基于服务收费的云算法。
有效地向决策者传达信息。这里涉及的技术包括全面的信息接口、基于人机交互的设计以及从任何位置都可访问的易于解释的接口。
确定所需的行动并实施行动。将工业通信提升到一个新的水平需要将来自增强的传感和监控数据的实时反馈整合到基于自动化优化的决策制定中，该决策制定独立于人类交互、机器学习决策算法和制造系统的可重构性。
加法制造
NIST的研究发现，与增材制造(AM)相关的最大问题之一是最终用户目前无法验证AM部件的质量和性能，也无法确定AM部件性能和可靠性的潜在问题是否由AM工艺、AM设备或所使用的材料的潜在问题引起。
NIST表示，其研究提供的证据表明，“(特别是AM领域的)专有标准通过品牌和声誉传递市场力量，造成了市场扭曲。”这意味着“[自愿共识]标准的差距可能倾向于有利于AM系统制造商的利益。”根据NIST的说法，这些因素的结果导致AM研究、开发和部署变得过于昂贵，并削弱了私人投资的激励。
因此，与标准相关的问题是NIST建议在AM领域解决的首要问题:
标准。如上所述，需要通过材料、制造方法和AM工艺的可重复性和参考数据来提高信心。
计量。具体地说，实时、原位计量(由集成传感器支持)应该用于构建期间的实时反馈。
设计允许的。NIST解释说，该建议涉及复杂构建的设计优化工具和协议。
建模与仿真。这涉及到对不同材料和设计使用高保真工艺建模和仿真。
表面处理。NIST建议使用具有成本效益的方法来改善金属AM零件的表面光洁度和测量表面光洁度和公差的标准。
测试程序。NIST支持AM创新机械测试程序的开发。
