透视美国国防制造_ManTech规划综述

- 射频模块的热管理材料、设备
际 投 资 额， 以 及 和工艺
2010 财 年 到 2013
- 混合半导体 / 真空电子器件微
财年的预计投资总 波功率模块
体趋势见图 6。
• 电力与能源
2009 年 国 会
- 高功率、高能密度锂电池
已批准的具体投资
- 船用电力系统和多电飞机用 SiC
额 度 和 2010 财 年 高功率开关设备的制造和高温封装
- 基于碳纳米管的超级电容器
合材料结构件
- 基于碳纳米管的三维太阳能电池
- 用于电子战、地面动目标检测
• 传感器
（GMTI），以及总体（360 度）态势感
- 士兵系统柔性显示器
知的合成 / 嵌入式孔径
- 嵌入式复合材料传感器及传感
• 海洋复合材料
网络
- 大型海洋结构，包括舰船和潜
- 用于嵌入式系统监测的电子传 艇用大型薄壁结构
- 采用可替代填充料的钛合金焊 接 / 钎焊
- 用于钢焊接的高效率气体金属 电弧 / 混合工艺
- 船舶焊接过程中板件和结构件 的变形控制
- 轻合金先进铸造工艺 - 经济可承受的轻型结构和应用 装甲，轻型武器和地面战车用钛合金 制造技术 - 新一代金属及复合材料用于装 甲和背衬材料 • 铸造与锻造 - 锻造工业数据库 ：通过锻造供 应链数据库减少成本 - 用于铸 / 锻件性能检测的无损 检测标准 - 铸造工艺设计 - 铸造建模技术 - 无模制造 - 后处理工艺 ManTech 规划将针对多数技术目 标将建立技术路线图，正式确定在能 力、计划进度和成本方面与满足国防 系统的需求之间存在的差距，以确定 各技术的投资优先级。
2013 24.8 73.4 60.6 42.5 22 223.3
- 新一代非制冷红外传感器
-大型尖晶
- 第三代红外冷却器制造工艺
石透明装甲制造
- 大功率 SiC PiN 二极管制造
技术
- 高分辨率微显示元件
- 防护头盔的
- 多光谱中红外激光 DIRCM
新材料和新工艺
- 大幅面长波红外传感器批生产 设计
子规划
国防部MS&T 陆军ManTech 海军ManTech 空军ManTech DLA ManTech
总计
2009财年批准额
18.4 91.1 61.9 56.5 55.3 283.2
2010 14.9 69.6 58.6 40.5 20.8 204.4
2009财年以后 2011 2012 19.9 19.9 70.2 71.7 56.5 60 40.8 41.6 21.3 21.7 208.7 214.9
ManTech 战略，重新诠释了国防制造技术所 任务的计划。战略重点 2、3、4 将分别为企
面临的环境和需求、愿景与任务，以及规划 业层面的技术方案、制造成熟度、制造设施
的基本运作原则 ；对战略重点与目标进行了 和劳动力提供保障。图 1 给出了国防工业基
重大调整、并公布了投资情况等。将“国防
制造远景”和“ManTech 任务”细化为四个
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ManTech有力提升装备经济可承受性
ManTech 规划实施的技术已经对 用了经过改进的制造工艺，他们将新
武器系统的经济可承受性、关键作战 型掩模和解掩模工艺集成到了 F-22A
关系。ManTech 最 及目前尚未投资，但为满足未来作战
新战略的每个战略 能力需求必须要发展的技术。
重点都有相应的使
能目标，并详细描 （1） 电子元器件与装置领域：
述了如何采取措施
• 射频（RF）设备
来实现各个使能目
- 用于有源电子扫描阵列（AESA）
标。每个战略重点 天线的 RF 设备 / 模块，包括移相器，
260℃）有机复合材料
- 高温功率电子封装（280℃）
- 无铅技术
（3）金属材料领域
- 无焊料元件和装配件
• 先进材料制备
- 配备高导热机箱的低成本、轻
- 开发新型合金取代老的已停产
型电子装置
的合金，以构筑稳固的供应链
- 开发新型环保材料
（2）复合材料领域
• 先进 / 智能加工
• 透明 / 低可观测
战略重点和 9 个“目标”。
1．环境与需求
美国国防部 2009 年《四年任务使命评估 报告》强调了“九大核心能力”，即联合能力 领域（JCAs），包括 ：部队运用、部队保障、 防护、指挥与控制、战场态势感知、网络中 心战、后勤、建立合作关系、治理与管理保障。 国防部认为日益增加的复杂性、可变性和不 确定性扩大了国防部的任务。要形成上述九 大核心能力，满足国防部的任务需求，国防 工业基础需要具备可靠、成本有效、供应充 图1 国防工业基础、国防制造企业与ManTech规划战略之间的关系
制造企业领域目标是促进国防工业企业具备 点（加工与制造技术）与“积极保障更广泛
世界一流水平的设计和信息系统，以支持武 的制造需求”放在同等重要的位置。为此，
器系统的开发、生产和维护。
战略重点 1 为“管理和交付制造技术解决方
2009 年 3 月， 国 防 部 发 布 了 最 新 的 案”，ManTech 是国防部唯一将此作为首要
发 展 的 政 策 工 具。1998 年， 美 国 以 法 律 形 具备以下能力 ：①
式规定，国防部长每年要为该规划制定一份 有效的成形与加工
年度性的五年计划，以确定国防制造技术发 技术，②有效的产
展的总目标、投资战略、技术优先权，评估 品 / 过程数据交换，
机制等。每年制定一次的五年计划包括《99- ③ 优 化 的 供 应 链，
和“先进制造企业”两个攻关领域。加工与
制造领域的目标是对各种防御设施全生命周 2． 战略重点与目
期起关键作用的金属材料、复合材料、电子 标
元器件与装置和特殊材料，开发经济可承受
为 满 足 更 广 泛 意 义 上 的 国 防 制 造 需 求，
的、十分可靠的制造工艺和制造能力。先进 ManTech 此次制定的最新战略将其传统的重
SPECIAL REPORT 专 题 报 道
专题报道
SPECIal REPORT
透视美国国防制造
——ManTech规划综述
本刊编辑 高彬彬 李晓红 胡晓睿 黄秋实
【编者按】上个世纪50年代，美国的国防工业基础正处于30年代中期以来的最低点，对 满足朝鲜战争带来的加速需求没有准备，以至于大多数美国军队在朝鲜战争的前几个月不得不 使用二战时的装备。美国国会很快对这种危机作出反应，通过法案鼓励促进国防工业的扩张以 满足军事需求。最重要的一项是由杜鲁门总统于1950年签署的国防产品法案。这项法案中最 核心的内容就是通过改进生产方式和装备，提升新的军用材料和专用装备批量生产能力。依据 这一法案及其修正案，美国国防部在50年代后期建立并开始不间断的滚动实施国防制造技术 （ManTech，Manufacturing Technology）规划。ManTech规划是美国目前唯一致力于发 展国防必需的制造技术、促进先进技术快速低风险应用于新系统以及延长现有军用系统使用寿 命的国防部规划。M a n Te c h规划的实施为提升美军武器装备研制的经济可承受性，降低武器 装备采办的风险作出了巨大贡献。
图6 ManTech规划投资概况 20 Defense Manufacturing Technology | 2009. 08. 第4期
础、国防制造企业 在电子元器件与装置、复合材料、金
与 ManTech 规划及 属材料三个领域。ManTech 2009 年
其战略重点之间的 战略总结了目前正在研究的技术，以
- 智能加工网络建模及标准
- 改进飞机座舱罩透明度，在缩
- 先进精密薄壁加工技术
短生产时间、降低成本的同时延长飞
- 三维结构件内机器人精密钻削
机座舱罩的寿命
• 连接技术
- 机身低可观测涂层制造和维护
- 提高金属与陶瓷装甲的连接效
技术
率和连接强度
• 装甲
- 平移（translation）摩擦焊
- 精密舰船焊接 ：提高焊接的精 度和焊接过程的适应性
个项目的技术成果得到应用，为武器 设计的环行器和支撑杆大大减少人工 节的配置减少了人员处理时间，增强
装备采办成本节约总量达 63 亿美元。 处理量。对射频总管（RF manifold）进 了过程控制，并提高了产量，最终降
ManTech 规划已经彰显了巨大的投资 行了重新设计，从而使周期时间缩短 低了 MEMS 惯性测量单元的成本。项
感器的低成本、高可靠 3 维打印
- 复合材料与金属连接技术
- 低温低功耗 LCD 显示器
• 高温
• 封装
- 用于改进推进系统经济可承受

- 用于设备延寿的先进微电路仿 性，实现发动机减重，提升性能的陶
真技术
瓷基复合材料
- 高功率高密度互连技术
- 用 于 二 级 结 构 的 高 温（ 超 过
- 高温无源元件
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ManTech战略的前世今生
50 多 年 来，ManTech 规 划 一 直 是 确 保 足等基本属性。对
国防部站在国防制造能力前沿的投资机制。 于国防制造企业来
ManTech 的战略计划是国防部指导制造技术 说，国防部期望其
及其使能目标结构 碳化硅 / 氮化镓（SiC/GaN）设备和
如图 2—图 5 所示。 单片微波集成电路（MMIC）
- 用于数据链接的 RF 元件
3．投资预算
- 用于提高产量、可靠性和经济
M a n Te c h 规 可承受性的宽禁带材料（基底）制造
划 从 1992 财 年 技术
到 2009 财 年 的 实
能力的部署，以及技术的有效转移产 和 F-35 生产线上。在本项目中，空军
生了巨大的影响。03 财年到 05 财年 ManTech 与承包商和分包商共同努力，
间，陆军、海军、空军和国防后勤署 使 AESA 材料和组件的工艺和制造能
投 资 总 额 为 7.05 亿 美 元。 超 过 100 力更加成熟，同时降低了成本。全新 在检查、测试、封装和工艺控制等环
回报率，下文选取若干典型的项目来 了 4 周。最终，转换器由镀金变为镀 目持续时间为 2001 年至 2008 年，参
进一步阐述 ManTech 规划的成果。
银则降低了 T/R 模块的总成本。该计 与成员包括美国陆军研发与工程司令
划还增强了雷神公司的产品测试能力， 部（RDECOM）武器装备研发与工程
1.有源电子扫描阵列（AESA）雷达掩 由每次只能测试一个模块变为每次同 中心（ARDEC）、航空与导弹研发工程
模和解掩模工艺改进
时测试 100 个模块。该项目持续时间 中心（AMRDEC）和霍尼韦尔公司。
• 项目周期 ：2003~2009 年，
为 03 财年至 09 财年，参与成员包括
•空军ManTech 投资1850万美元， 空军 ManTech、诺格公司和雷神公司。 3.激光喷丸工艺延长陆军与空军推进
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专 题 报 道 Special Report
图2 ManTech规划战略重点1及其使能目标 图3 ManTech规划战略重点2及其使能目标 图4 ManTech规划战略重点3及其使能目标 图5 ManTech规划战略重点4及其使能目标
技术
• 结构
• 微机电系统（MEMS）
- 开发新的制
- 低 成 本、 高 承 载、 高 精 度 造 工 艺 将 传 感 网
MEMS 惯性测量单元，以及 MEMS 保 络 集 成 到 航 空 复
险与解除保险装置
合材料结构件中
- 低成本、高可靠射频 MEMS 设备
- 直升机结构
• 纳米技术
和传动系统用复
03 财年五年计划》、《00-04 财年五年计划》、 ④敏捷、快速响应
《01-05 财年五年计划》、《02-06 财年五年计 的制造，⑤经济可
划》，《03-07 财年五年计划》、《04-08 财年五 承 受 的 制 造 工 艺，
年计划》等。这些滚动发布的五年计划有很 ⑥充足的生产能力，
好的延续性，战略重点主要放在“加工与制造” ⑦高素质的劳动力。
到 2013 财 年 的 预
- 高功率模块的热管理材料、设
计投资额度见表 1。 备和工艺
- 便携式、机动性及车载燃料电池
4．重点技术
- 用于 C4ISR 的高能一次性电池
ManTech 规划
- 武器系统储备电池
重点技术主要分布
• 红外 / 光电
表1 2009-2013财年投资情况
（单位： 百万美元）