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            公司新聞

            美國國家標準與技術研究院2017-2019三年戰略規劃發布

            發布時間:2018-01-26 點擊量:

            介紹

            隸屬于美國商務部的美國國家標準與技術研究院(NIST)的任務是通過提升經濟戰略領域的計量科學、標準和技術來提升美國整體的創新力和產業競爭力。2007年通過的《美國創造機會在科技、教育、科學領域追求卓越法案》the America Creating Opportunities of Meaningfully Promote Excellence inTechnology, Education, and Science Act of 2007 or America COMPETES ActThe America COMPETES Act)(Pub. L. 110-69,121 Stat.572)概述了NIST在促進國家競爭力和創新中的主要作用,同時也要求NIST提交一份三年計劃,并和總統的財政預算一起提交國會。本文件總結了NIST這三年期間(2017-2019)將會重點投入的項目。同時NIST也會和這屆政府合作,為了國家的重點利益不斷完善三年計劃。

             

            2 NIST簡介及目標

            1901年以來,NIST 1988年以前NIST稱為國家標準管理局,National Bureau of Standards)為美國建立和保障了重要標準。建立及保障標準是美國憲法賦予聯邦政府的重要角色。同時作為聯邦政府的一個機構,NIST為保障美國產業競爭力提供了重要的工具。作為隸屬于美國商務部的非監管機構、美國產業熟悉的伙伴和致力于提升美國經濟競爭力的聯邦研究機構,NIST非常有能力通過其實驗室項目(Laboratory programs,創新及產業服務計劃 (Innovationand Industry Service programs)加速推動創新和先進技術。

             

            Mission 任務:

            通過推動計量科學、標準和科技來保障經濟安全,提升生活質量,從而推廣美國的創新和產業競爭力。

             

            Goals 目標:

            鞏固NIST實驗室和相關機構來確保美國在計量科學方面的國際領導地位。

            因維護美國經濟和國家安全所需而產生的新技術不可避免的帶來了復雜、苛刻的計量及標準方面的挑戰。NIST實驗室的生命力對于克服這些挑戰至關重要。NIST將繼續在高績效機構、設備、基礎設施和人員方面給予投入。

             

            強化美國尖端制造能力。

            美國的長期競爭力取決于其在尖端制造能力方面的全球領先地位。NIST將通過其實驗室研究計劃,Hollings 制造業延展合作伙伴項目(Hollings Manufacturing Extension Partnership, MEP)和國家制造業創新網絡(National Network for Manufacturing Innovation, NNMI)開發部署獨特的技術工具來支持美國的尖端制造業。

             

            通過有效的合作,最大限度地發揮NIST的影響力。

            NIST研究和實驗室所產生的知識和技術轉移到產業,大學,標準組織和其他政府機構時,NIST的影響最大。所以NIST將繼續尋求合作機會,更好地提供計量解決方案,提供獲得獨一無二的計量能力的途徑,參與標準制定組織的工作,聚集協會聯盟,管理發放知識產權許可,并吸引和培訓高質量的研究人員。

             

            開發世界一流的運行和支持服務系統。

            只有在卓越的商業實踐,戰略規劃,安全文化和運營的支持下的時候,NIST的活動才是最有效率和有效果的。 NIST將以行業需求速率為標桿,加速提供完成項目所需的關鍵性服務來提升NIST的運行質量。

             

            只有當我們支持從基礎科學到先進技術部署的整個研發流程時,NIST促進創新和產業競爭力的任務才能被很好的完成。NIST項目旨在貫通這一研發流程,使非營利組織,大學、聯邦機構和生產商都獲得組織結構方面的提升,從競爭前的應用型研究到技術部署全方位支持先進制造業,并實現世界一流的計量、技術研究和服務。

             

            2.1 NIST實驗室

            NIST實驗室項目始終在推進計量科學的新疆界,以此確保美國的計量系統建立在牢固的科學技術原則之上。今天,NIST的實驗室可以解決日益復雜的計量挑戰。從微小單位(納米級設備)到較大單位(車輛和建筑物);從物理實際(可再生能源)到虛擬空間(網絡安全和云計算)。雖然新技術在不斷發展、演化也變的日益復雜,但NIST的計量研究和服務將始終堅持以創新,生產力,貿易和公共安全為核心。

            NIST實驗室項目給產業,其他聯邦機構和學術界提供以下服務:

            •  基礎計量單位(米,千克,秒,安培,開,摩爾,坎德拉)和衍生計量單位的科學基礎;國際認可的標準,計量和校準服務;及標準參考物(certified reference material)。
            •  在基礎科學及應用研究方面公正而專業的領導力,推動測試方法和驗證數據的發展并支持更高效的科技商業轉化。
            •    為以共識為基礎的標準制定提供專業知識支持,并提供相關的合規測試方法。
            •    可支持新興技術領域創新的獨一無二的尖端設備。

            通過計量推動創新

            NIST為衡量產品性能和服務質量創建了必要的基礎。NIST與產業、其他聯邦機構和學術界密切合作,不斷推進計量科學,開發標準協議(standard protocol)和測試方法,進行評估并生成數據。由于所需成本過高和所需技能特殊,私有領域是無法提供這些工具的。但這些計量工具是產品和系統之間互操作性(interoperability)的基礎,更是全球貿易得以實現的基礎。

             

            想要實現尖端制造業,開發和測試新材料,不斷創新并確保合規就需要越來越精密的物理計量和標準,美國的產業依賴于NIST 來提供這樣的服務。同時,NIST通過其標準指導手冊(Standard Reference Materials),校準服務(calibration services)和標準指導數據項目(Standard Reference Data programs)提供計量和校準的產品和服務。這些產品和服務保證了美國每天計量工作的準確性。

             

            亮點一:生物計量
             
             

             

            NIST廣泛的計量專業知識使其對生物學和健康醫學做出了重大的貢獻。在生物醫學成像方面,NIST正與臨床醫學研究者合作開發計量技術來改善醫學成像的定量分析結果,增強可重復性提高安全性。NIST下一步的研究工作將為日益增長的生物治療(biotherapeutic)和生物合成行業(synthetic biology industry)提供其所需的計量能力。NIST的計量能力和標準參考材料可幫助以上行業克服巨大的行業和監管挑戰,包括蛋白質藥物的鑒定(characterization)和批準(approval),全基因組測序的驗證(validation),在研究和生物制造中使用的細胞系(cell lines)的認證(authentication)和鑒定(verification)。

            亮點二:服務
             
             

            NIST不斷尋求改進其核心產品和服務的方法 - 從校準、SRD到使用設備的途徑。美國的產業能夠最大限度地獲得和使用NIST的產品和服務對美國的競爭力至關重要。為此,NIST將對網上服務進行升級。這方面的努力包括:

            • 改進標準參考數據的頁面以使其更方便使用。

            • 為客戶創建校準服務電子通道,網上受理校準和報價請求,并提供報告和歷史。

            • 開發遠程訪問納米科學和技術中心(the Center for Nanoscale Science and TechnologyNanoFab的基礎設施。

            加速采用和部署尖端科技解決方案

            科技正在迅速發展,為各個經濟領域注入了新的可能性。包括制造,運輸系統,關鍵性基礎設施和醫療健康。這些創新將有助于美國提升經濟和生活質量,但同時創新也帶來互操作性(interoperability)、安全性和彈性的挑戰。 NIST實驗室方案通過和政府、產業利益相關方的合作來共同制定
            標準,原型和技術指南,使新科技得到更廣泛的傳播和使用。另外,NIST提供測試臺,測試和驗證方法(validation methodologies),并通過認證(certification)來支持技術部署

            亮點三:CPS(物聯網)
             
             

             

            網絡物理系統(CPS)是物理組件和計算機組件共同組成的協同網絡。這個網絡能夠實現其與所在環境的實時交互以優化自身的性能,系統安全性(safety),社會安全性(security),系統韌性和可靠性。當前的CPS是從多種商業應用背景中開發出來的,但是這些互相獨立的系統阻礙了互操作性(interoperability)和CPS在全球范圍內增長最近的一份報告預計CPS技術40%的潛在經濟影響依賴于系統互操作性。隨著市場機遇的不斷擴大,CPS產業一直在努力增長。但是在學術,商業和政府部門有關于CPS的研究通常是基于特定任務及具體目標實施的。NIST正在通過公共項目小組(Public Working Group),智慧美國(Smart America)和全球城市團隊(Global City Teams)與產業,學術界,政府合作來推動跨領域CPS解決方案的開發。

             

             

            世界級獨一無二的尖端的研究設備

            政府部門使用。 NIST中子研究中心(NIST Center for Neutron Research, NCNR)為美國的科研界提供世界級的中子計量能力。 NIST納米科學與技術中心(NIST Center for Nanoscale Science and Technology, CNST)為美國納米技術企業提供從發現到生產的世界級的納米計量和加工技術。以客戶為中心的NIST中子研究中心和NIST納米科學與技術中旨在開發和應用全新的計量和加工技術,并確保NIST設施安全可靠的運營。

             

            亮點四:中子研究中心助力創新
             
             
            在學術界和產業界中子已經被廣泛使用為探索物質結構和動態的探索器。中子可以提供傳統實驗室方法無法獲得的信息。全球范圍內,對中子計量能力的需求遠遠超過供給,而NIST中子研究中心(NIST Center for Neutron Research, NCNR)是美國唯一一個以提高產業競爭力為核心的實驗室。NCNR使用一個20兆瓦的反應堆作為中子源。該反應堆每天運行24小時,一周七天,全年約250天,每年支持2000多個研究人員的項目。達成NCNR的使命 - 開發和提供先進的中子計量技術和研究儀器 - 需要反應堆安全穩定的運行。未來NCNR的運行狀況可能會受到燃料、維護和升級成本的威脅。

             

            2.2 NIST 創新和產業服務(IIS

            為支持政府通過外展服務來支持產業的方針,NIST提供了兩個重要的外部服務項目:Hollings 制造業延展合作伙伴項目(The Hollings Manufacturing Extension Partnership, MEP)和Baldrige卓越績效計劃(Baldrige Performance Excellence Program, BPEP)。NIST還是尖端制造業國家項目辦公室(Advanced Manufacturing National Program Office)的所在地,負責協調全國制造業創新網絡(National Network for Manufacturing Innovation, NNMI)。

             

            NIST的制造業延展合作伙伴計劃(MEP)遍布五十個州和波多黎各。該項目通過聯邦政府和州政府以及非營利組織(non-profit organization)之間的合作,向小型制造企業提供技術和業務支持。地區工作人員和當地項目能夠幫助制造企業理解,采用和應用新技術和業務實踐,提高生產率,性能,節約成本,減少浪費,創造和維護制造業崗位。MEP項目還擔任著為制造企業帶來增長和創新的戰略顧問的角色。MEP將制造企業和公共及私人資源連接,幫助其進入新市場,開發高效的生產流程,并培訓高級勞動力。

             

            在全國制造業創新網絡(NNMI)項目中NIST扮演協調角色,服務于已經或即將運行的制造業創新中心(Institutes for Manufacturing Innovation, IMI)。在一個制造業創新中心(IMI)中,產業,學術界和政府形成合作伙伴關系,利用現有資源協同合作,共同投資,培育制造業的創新能力并加速其商業化。另外,NIST還宣布了一項新的可申請NNMI研究所獎金的競賽活動。聯邦政府對全國制造業創新網絡(NNMI)的投資為美國產業界和學術界共同解決與產業相關問題創造了一個有效的基礎研究環境。全國制造業創新網絡(NNMI)致力于最大限度地發揮制造業創新中心(IMI)對美國制造業競爭力的綜合影響。此外,NIST實驗室深入參與現有的制造業創新工心(IMI)的工作,為合作研究合作提供技術支持和機遇。

             

            Baldrige卓越績效計劃(BPEP)主要負責與美國領先的商業,教育,醫療,政府和非營利機構合作實現1987“Malcolm Baldrige質量改進法案MalcolmBaldrige Quality Improvement Act of 1987)。為了促進美國各種組織的競爭力和成功,Baldrige卓越績效計劃(BPEP)提倡在全國廣泛使用Baldrige卓越準則(Baldrige Excellence Framework),該準則是美國領導力和管理實踐的標準。 Baldrige卓越績效計劃(BPEP)為美國所有經濟領域的組織提供評估、行政發展計劃和培訓項目,并支持國家,地方和區域不同層面內以Baldrige方案為基礎的全國性網絡。值得注意的是,Baldrige卓越績效計劃(BPEP)負責Malcolm Baldrige國家質量獎(Malcolm Baldrige National Quality Award)的相關活動。該獎項專門表彰表現出色,有模范作用的美國組織。通過頒獎程序,會議,培訓,社交媒體和其他宣傳活動,Baldrige卓越績效計劃(BPEP)每年都會向成千上萬的組織宣傳優秀案例。

             

            根據2010年通過的《美國創造機會在科技、教育、科學領域追求卓越再度授權法案》(the America COMPETES Reauthorization Act of 2010)商務部負責標準和技術事務的副部長(the Under Secretary of Commerce for Standards andTechnology,也是NIST院長,是在整個聯邦政府內專門負責技術轉化的負責人。其職責包括協調各個聯邦機構的活動以促進聯邦實驗室所研發技術的商業轉化活動。 NIST也是聯邦實驗室技術轉化聯盟(Federal Laboratory Consortium for TechnologyTransfer)的主辦機構,在評估政府通過外部合作伙伴關系和技術轉化來促進科技發展,進而支持美國經濟發展方面發揮主導作用。

             

            亮點五:研發設施
             
             

            美國國家標準與技術研究院(NIST)能否完成使命依賴于計量和技術研發的基礎設施的質量?茖W家和工程師要想超越當今最尖端科技需要穩定的設備。NIST設施和基礎設施的陳舊老化是一個非常緊迫的問題。這些老化設施和大量積壓的延期維護使得眾多研究領域面臨風險。當制定世界上最精確的度量單位,或制造只有幾個原子寬的以量子為基礎的計量工具(quantum-based measurement tools)時,最微小的溫度變化,或來自當地交通的小小的振動,或不穩定的電流都可能會破壞數月的工作。在整個NIST院區,由獨立的工程師團隊評估過的延期維護的問題對于NIST來說是一個重大的戰略問題。這個問題可能導致設施失靈和潛在危險。最近在Gaithersburg院區(Gaithersburg Campus)投資建設的輻射物理大樓245號(Building 245, the Radiation Physics Building),將有助于解決這個積壓已久的問題。

             

             

             3 NIST 戰略框架 The NIST Strategic Framework

             

            為了有效地完成使命,NIST必須有能力(capable)、相關性(relevant)和效率(effective)。這意味著NIST必須具有前瞻性才能建設和維護能塑造未來產業的世界領先的科技能力。同時NIST必須敏捷地制定計劃將NIST的科技能力最快地應用于國家的急切需求。另外,NIST必須繼續加強和改善內部流程以便用更好的效率和效益來完成使命。

             

            NIST不斷通過各種機制包括會議、研討會、和產業互動、以及客觀的項目同行評議(objective peerreview)來收集有關國家重大問題,科學和科技的重大趨勢,以及關鍵業務流程的信息。對這項工作的投入是由NIST使命的內容決定的:NIST的使命決定其在哪個領域開發其具體能力,如何最好地集中已有資源解決當前問題,以及如何不斷優化組織自身改進其表現。

             

            NIST已經確定要在四個方面優化自身能力:精度計量(precision measurement),系統(systems),數據和計算機建模(data and modeling),以及伙伴關系和協作(partnerships and collaborations)。這四個方面反映了在社會和科技發生深刻變化的時候,NIST為了項目的長期績效考慮應在哪些方面做出根本性改變?偟膩碚f,這些趨勢說明我們的社會比以前任何時候都連接的更加緊 --- 例如,我們的經濟是由多個系統構成的多面系統(multifacetedsystem)作為基礎的,這個多面系統本身面臨著互相操作性(interoperability)、意識(awareness)、預測(prediction)和信息共享(information-sharing)的挑戰。未來需要NIST繼續研發相關計量解決方案,提供可信的數據,聚集利益相關者,成為值得信賴的技術專家,并支持高生產效率的合作伙伴解決共同的挑戰。

             

             

            亮點6:面向未來的計算技術

            NIST將在精度計量(precision measurement)、數據和計算機建模(data and modeling)、系統(systems)和協作方面擴大投入的一個重要方面是NIST對世界領先地位的高性能計算(high-performance computing,HPC)的支持。具體參見第13702號行政命令(Executiveorder 13702)--- 《創建國家戰略性計算能力行動》(Creating a National Strategic Computing Initiative, NSCI)。新的基礎型計算機科技及應用型計算機科技的發展對產業應用、國家安全、經濟效益都有極其深遠的影響。在過去,國家對高性能計算(HPC)的投入為經濟的繁榮做出了重大貢獻,尤其是在神經科學、工業系統、天文學和能源技術領域,HPC對科學發現功不可沒。在高性能計算(HPC)方面的領導力更是常與國家安全和全球競爭力掛鉤。其他國家在這方面也在進行著重大投資。在十年以后,現有半導體工藝將在5nm階段達到極限。因此基礎研究對發現和建立高性能計算(HPC)的未來至關重要。

             

            NIST是《國家戰略性計算能力行動》 (the National Strategic Computing Initiate, NSCI)的重要組成部分,因為它持續推動著計量科學的發展和計算技術的進步。NIST將提供公正的專業知識和尖端研究能力,以及有利于新設備架構(devicearchitectures)和計算平臺(computing platforms)開發與測試的服務平臺。 NIST將利用它與產業和學術界緊密的關系并和其他《國家戰略性計算能力行動》(NSCI)相關機構通力合作以確保NSCI的研究目標與最終用戶的要求是一致的。

             

            NIST支持NSCI的總體活動包括:
            1)充分發展未來計算科技所需的物理和材料方面的計量科學,包括開發低延遲(low latency),低能耗(low energy per operation),更好的數據/通信帶寬(improved data/ communication bad-width),以及更高的計算機運行速率(higher clock speed)的狀態變量(state variables)。

            譯者注:能夠完全描述動態系統時域行為的所含變量個數最少的變量組稱為系統的狀態變量。

            2)利用在元件物理(device physics),材料設計(材料基因組計劃,Materials Genome Initiative)和計量工具開發等方面的優勢,解決百億億次級計算平臺(exascale HPC platform)潛在的邏輯(logic),內存(memory),存儲(storage)和系統概念(system concepts)問題。

            譯者注:材料基因組計劃(又名Materials Genome Initiative),簡稱MGI。2011年6月24日,美國總統奧巴馬宣布啟動"先進制造業伙伴關系"(Advanced ManufacturingPartnership, AMP)計劃,而"材料基因組計劃"(Materials Genome Initiative, MGI)作為AMP計劃中的重要組成部分,投資將超過1億美元。數據共享與計算工具開發對MGI的成功至關重要。先進材料復雜的物理與化學特性可以因不同的應用需要而相應調整,并可以在合成、生產和使用過程中改變。對這些特性的跟蹤是一項非常艱巨的任務。

            3)不斷發展可以支持非傳統計算范式(non-traditional computational paradigms)的計量科學。 持續性地評估非傳統計算范式以及使用這些范式有效解決問題所需的技術路徑、工具和計量科學。

            譯者注:非傳統計算范式包括,生物計算,量子計算,人機合作等。

            4)為以數據為中心的新一代大規模計算系統和網絡的健全性(robustness)和安全性(security)制定計量方法,標準和指導方針。

            譯者注:健全性也可翻譯為健壯性,在計算機科學內特指一個計算機系統在執行過程中處理錯誤,以及算法在遭遇輸入、運算等異常時繼續正常運行的能力。

            5)為了準確評估下一代計算系統產生的結果的可靠性及不確定性創建計量技術。

             

             

             

             

            3.1 精確計量 Precision Measurements 

             

            在計算機、通信和制造領域的最新進展使傳感器的應用迅速擴大。測量物理,化學,生物和材料特性的傳感器的應用遍布各個領域,從軍事裝備到智能手機。然而,這些傳感器的性能對于許多應用來說依然不夠。例如,在制造業,國防和醫療健康領域需要傳感器提升其穩定性和準確性。如果研發出高性能的移動傳感器的話其應用前景將是無窮無盡的---從數字健康(quantified health)到家庭智能系統的使用。

             

            NIST有應對這些挑戰的獨特使命 - 為無處不在的傳感器革命帶來精確的計量。NIST將在最領先的度量衡(metrology)研究領域持續投入,以確保美國在計量科學領域內的領導地位。同時NIST將不滿足于追問什么是實驗室里能做到的最好的計量,而是,什么是在任何地方能做到的最好的計量。NIST將利用其與產業、州政府、地方政府以及其他聯邦機構的緊密關系來確定對于給定的應用來說最重要的傳感器質量(sensor qualities) - 例如尺寸,能效率,健全性或成本 – 來確保最大的效用,優化技術轉化。我們在納米技術,小型化技術,量子器件和精密計量等領域公認的專業知識將加速傳感器領域的發展。

             

             

            亮點7: 光子學

            精確控制和精確檢測光的能力是尖端制造業、高速通訊、醫療健康、國防和學術研究不可或缺的。光子學是手機相機、夜視鏡、互聯網光纖網絡、(在飛機和汽車組裝及運行中所使用的)傳感器、成像系統及疾病診斷和治療的基礎。美國是光子學研究和應用領域的領導者,但是全球競爭削弱了這一領導地位,導致美國市場份額和就業機會大幅減少。保持美國在光子學領域的世界領導地位對國防安全至關重要。國防部建立了一個集成光子學制造創新研究所(Integrated Photonics Institute forManufacturing Innovation),推動光子集成電路的設計和制造。 確保美國在光子學領域的領導力需要在計量科學方面做出重大努力,計量科學需要生產、控制和感知維度越來越小,時間標度越來越短,強度越來越高的光線。NIST正在向為利用光的力量所需的精確計量的基礎研究進行投資, 力求從每個光子上提取到所有可以獲得的信息。

             

             

             

             3.2 系統 system

             

            工程系統的復雜性正在迅速超越以前的世界。這些系統不能被傳統的分析和計算機建模技術完全理解。而且,這些系統正在被應用到新的領域,供應商(providers)之間建立了新的伙伴關系。 例如,在網絡物理系統(CPS)中,分析技術(analytical techniques)和嵌入式計量(embeddedmeasurement)使得遠程決策和控制變得可能。CPS系統的推廣使得全球運行系統的類型和復雜程度迅速增加。此外,用意想不到的新方法整合這些新的技術的能力使建立新的通信方式和新標準的工作比以往任何時候都更加必要。CPS技術可能會對全球經濟產生巨大影響 --- 根據一項經濟預估,實現互操作性的CPS技術可在2025年一年產生11.1萬億美元的影響。與此同時,改進的計量、計算機建模、數據分析技術可以使我們對現有的系統和流程有更好的了解,無論是物理,化學,工程還是生物系統。這些系統的計量科學基礎研究對于如何闡明、理解、預測,甚至控制這些系統是必要的。未來經濟的一個重要特征是其越來越依賴于系統層面的現象(system-levelphenomena)。為了滿足未來經濟的需要, NIST必須投資于基礎研究,了解系統的行為,并同時擔負起召集者的作用以確保所有系統利益相關者可以受益于這些新技術。

             

            3.3數據和計算機建模
            計算機的進步為支持或替代物理實驗的計算機建模與仿真技術(modeling and simulation)帶來新機。計算機建模(modeling)正以每年40%的速度快速增長,并且在全球這個增長速度已經持續了十年。計算機建模的增長給研究新舊數據生成、分析和使用的學術及商業模式帶來無限可能。隨著處理器變得更快更便宜,計算機建模和數據分析技術開始處理更大,更復雜的問題,同時也為更多小公司所使用。此外,盡管數據帶動的創新(data-driven innovation)前景顯而易見,但研究表明大部分數據存在數據壁壘(silo),往往不具有互操作性(not interoperable),并且不易于獲得,不可讀。╪ot machine/human readable)。所有這些阻礙了我們從這些數據中獲取知識。NIST正大力投資,一方面確保數據和計算機建模能夠被最優化地使用在其自身研究中,另一方面大力發展計量方案,將數據和計算機建模對美國產業所能產生的潛在經濟效益最大化。

             

            計算機建模及仿真技術貫穿NIST絕大部分的活動 --- 從支持世界一流的計量科技,到創建將計量數據與生物預測模型(predictivemodels of biology)相連的基礎設施,到開發為產業所用的可驗證核實的模型。不論是因為計量的準確度更高,頻率更高還是范圍更廣,研究人員能夠收集到越來越多的數據。當然這些數據本身是機遇也是挑戰。 NIST正在對組織,人才和基礎設施進行投資來確保大數據被正確分析,創建,存儲和共享,同時確保最大限度地實現每個計量結果的效用。NIST將為持續創新和數據驅動的新科技不斷開發新的計量科學,并將在數據質量的定性定量分析(characterization and quantification of data quality)和生成分析這些數據所使用的自動化技術方面提供領導力。另外,NIST將為基于計算機建模與仿真技術之上的重大決策提供計量基礎。

             

             

            亮點8:尖端材料

            設計新材料以及確定該材料理想的制造方法是一項非常復雜的任務,涉及許多必須權衡的因素。使用高級計算機建模和數據資源庫等新工具有望大大降低設計材料、生產材料原型和制造新材料所需的成本和時間。NIST支持國家材料基因組計劃(Materials GenomeInitiative,MGI)。該計劃旨在基于已有的材料科學技術的基本知識,通過多學科融合和材料計算與試驗高通量化,探尋材料成分、結構和性能之間的關系,旨在快速研發新材料,降低研發成本,高效發展先進制造業。NIST正在與學術界、產業界和其他聯邦機構合作開發依靠數據及物理材料模型的計算機定量分析預測能力,從而縮短開發時間,提高材料性能,生產出更好的產品。 NIST的核心專業知識將特別有助于這些計算方法的可靠性。此外,NIST正在擴大其能力,以改善生產新材料的計算方法。新材料特有的的生產方法可以用“混合”(hybrid)制造技術生產出高性能的復合材料部件(multi-materialparts)。計算機建模將加速這些技術的廣泛使用以確定工藝流程固有的特性,并整合設計和制造過程中的材料規格和生產信息。

             

            譯者注:材料基因組計劃內容簡介:

            1材料計算手段

            目前,從電子到宏觀層面都有各自的材料計算軟件,但是還不能做到高效跨尺度計算以達到材料性能預測的目的;各個軟件之間彼此不兼容;由于知識產權問題,彼此不能共享計算工具的源代碼。在這方面未來的工作主要集中在以下幾個方面:
            (1)建立準確的材料性能預測模型,并依據理論和經驗數據修正模型預測;
            (2)建立開放的平臺實現所有源代碼共享;
            (3)開發的軟件界面友好,以便進一步拓展到更多的用戶團體。

            2 實驗手段
            (1)實驗為彌補理論計算模型的不足和構架不同尺度計算間的聯系;
            (2)補充非;A的材料物理,化學和材料學的數據,涉及材料的電子,力學,光學等性能數據,構建材料性能相關的成分,組織和工藝間內在聯系,并建立龐大的數據庫;
            (3)利用實驗數據修正計算模型,加速新材料的篩選及高效確定。

            3 數字化數據庫建立
            (1)構建不同材料的基礎數據庫、數據的標準化以及它們的共享系統;
            (2)拓展云計算技術在材料研發中的作用,包括遠程數據存儲與共享;
            (3)通過數字化數據庫建設,聯系科學家與工程師共同高效開發新材料

             

             

             3.4 協作與伙伴關系

             

            為了在預算有限、 利益相關方基數日益擴大以及重點領域快速變化的情況下達成任務,NIST正在越來越多的與學術,產業和政府機構進行合作。國家的利益比以往任何時候都更需要多方參與者的共同努力。NIST獨特的召集力和技術獨立性可以使多方參與者走到一起。

             

            不斷鞏固協同合作的趨勢是建立在NIST在伙伴關系方面以往的成功經驗之上的。NIST的設施使得產業,學術界和政府研究人員可以使用最先進的技術設備加快創新。 NIST一直以來與科羅拉多州立大學實驗天體物理聯合研究所(Joint Institute of Laboratory Astrophysics,JILA)、Hollings海洋實驗室(the Hollings Marine Laboratory)、馬里蘭州立大學聯合量子研究所(the Joint Quantum Institute)、馬里蘭州生物科學和生物技術研究所(the Institute for Bioscience and Biotechnology Research)和斯坦福大學生物計量學聯合計劃(the Joint Initiative for Metrology in Biology)都有伙伴關系。這伙伴關系帶來了無與倫比的技術突破。NIST Hollings 制造業延展伙伴關系計劃 (HollingsManufacturing Extension Partnership, MEP)在全國各地設有中心,幫助中小型美國制造企業創造并維持工作機會,增加利潤,節省時間和金錢。

             

            最近,NIST與多元的利益相關者合作開發新的標準準則(standard framework)以促進互操作性和計量科學。 這些準則的例子包括:智能電網準則和藍圖(Smart Grid Framework and Roadmap),關鍵性基礎設施網絡安全框準則(the Framework for Critical Infrastructure Cybersecurity)。這些準則得到了利益相關者的廣泛接受,在這些國家重點領域提供了互操作性和追求卓越的基礎。

             

            NIST 的卓越中心項目(Center ofExcellence program)提供了一個跨學科環境。來自 NIST、學術界和產業界的研究人員可以在計量科學的基礎型以及應用型的新興領域共同研究。這個項目在關鍵的國家需求方面擴大了 NIST 的能力。在過去的兩年里, NIST 建立了三個卓越中心(Center of Excellence)。在2014財年, NIST與西北大學(Northwestern University)領導的一個聯盟合作成立了層次材料設計中心(the Center for Hierarchical Materials Design, CHiMaD)專注于先進材料的研究。在2015財年NIST擴大了卓越中項目的建設:由科羅拉多州立大學領導的社區風險評估及災后復原計劃中心(the Center for Risk-Based Community Resilience Planning)和由愛荷華州立大學領導的法醫證據統計與應用中心(Center for Statistics and Applications in Forensic Evidence)

             

             

            亮點9:頻譜分享

            在2015年一項破紀錄的拍賣中,聯邦政府獲得了目前占用的65兆赫的頻譜許可。無線運營商迫切希望通過激活這個頻譜來挽回巨額投資,但是可以驗證共存和共享策略的計量分析還沒有做出,甚至計量方法都還沒有。NIST正在努力改善其計量能力來更好地支持這一關鍵技術領域。通過先進通訊中心(theCenter for Advanced Communication),NIST和商務部下屬合作國家電信和信息管理局(National Telecommunications and Information Administration)合作,NIST全力支持國家2015年建立的先進頻譜和通信測試網絡計劃(National Advanced Spectrum and Communications Test Network, NASTCN)。NASTCN是由政府,學術和商業共同建立的一個網絡,旨在通過運用知識能力,計算機建模和仿真,實驗室和測試范圍來滿足國家頻譜利益和挑戰。NIST獨特的測量科學專業知識是支撐NASCTN的基礎,并將給聯邦和商業的無線頻譜用戶提供準確的數據,可信的模型,以及準確的目標分析。由此立法者便可就頻譜分享的政策問題做出基于充分信息之上的明智決策。

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