超级计算机与小制造商
振兴美国制造业的关键在于能让美国的超级计算机为小型制造商服务。
撰文唐纳德·拉姆（Donald Q. Lamb）
美国向来被认为是制造业强国。在过去近30年里，我们已将这一领导地位拱手让出，这在很大程度上是因为我们自觉地或不自觉地作出了这样一个判断：美国的服务业和金融业足以维持经济的稳定发展，但实际情况并非如此。服务业报酬很少，金融业几乎不产生任何价值，因而它们无法维持，更不用说提高美国的生活水平了。
制造业的命运在某些方面与我们物理科学领域的实力息息相关。20世纪60年代和70年代，美国国家实验室研发的高性能计算（HPC）进入了制造业，目前，HPC为该领域大多数成功的商业公司助了一臂之力，帮助它们进行创新。然而我们现在正在交出物理科学领域的领导权。20世纪90年代，超导超级对撞机项目下马，结束了美国在粒子物理学领域的主导地位。此外，美国航空航天局（NASA）决定推迟广域红外线巡天望远镜项目，并最终可能放弃这个项目，也将会让美国失去在宇宙学领域的领先地位。
幸运的是，美国在高性能计算（HPC）领域仍保持着领先地位。HPC是物理学家建立黑洞动力学模型，气象学家建立气候模型以及工程师模拟燃烧过程所使用的高级计算技术。我们拯救美国制造业的最大希望也可能就寄托在HPC身上。如果我们能够成功地让一些小型制造商的工程技术人员用上HPC，就会对美国制造商有所帮助，从而让它们能够同海外较低的劳动力成本一较高下。
我们已经知道了HPC对于一些大型制造商的帮助有多大。20世纪80年代，波音公司制造767客机时曾对77个机翼模型进行了风洞试验，而2005年制造787客机时只试验了11个模型机翼。今后波音公司计划将试验的模型机翼数量减至3个。该公司使用虚拟风洞来取代物理风洞，在超级计算机上模拟风洞试验，这将节省许多时间和金钱，并加快新产品的研发速度。在更广泛的领域内，HPC建模和仿真同样已经成为设计装配线和制造工艺的一种强大工具，诸如卡特彼勒公司、通用电气公司、固特异公司和宝洁公司之类的大型制造商现在常常使用这些工具。小型制造商只要有机会用上它们，也一样能从中受益。
2009年，我作为奥巴马政府过渡班子中的一员首次感受到HPC对于小型制造业发展的助推潜力。在美国竞争力委员会（Council on Competitiveness）的通力合作下，我们发现，缺少软件、门槛费和技能短缺是一些小型制造商使用HPC的主要障碍，我们建议在美国政府、制造业界和大学之间建立一种协同机制，以帮助他们克服这些障碍。最终，美国成立了国家数字工程与制造联合会（NDEMC），它是由美国竞争力委员会和联邦政府共同创建的一个试点工程。
目前，NDEMC已让包括捷虹塑胶制品公司在内的少数公司能利用上HPC资源。捷虹塑胶制品公司是美国印第安纳州普兰菲尔德的一家小公司，只有25位雇员，其制造用于封装汽车零部件的塑料箱。这种塑料箱成本较低，用于替代钢制箱，因为钢制箱较重且易于生锈。以前捷虹公司开发一种新产品时，需要先由工程技术人员做一个原型产品并在实验室中进行测试，看它在现场可能遇到的应力条件下的承受能力，并重复这一过程，直到达到最佳设计效果为止。然而2011年12月，在为一家德国汽车公司设计塑料包装箱时，捷虹公司的工程技术人员获得了美国普渡大学的专业帮助，建立这种塑料箱的模型，并在俄亥俄州哥伦布超级计算中心的硬件上测试这些模型。结果，捷虹公司完全避免了以往的那种试错实验工艺过程，仅仅用了几个小时，就在计算机上完成了一项设计。
许多其他小型制造商也一样能受益。NDEMC的目标在于寻找一些最好的运营模式，让HPC为这些小型公司提供服务，并最终向全国推广这些运营模式。现在的小型制造商在某些方面就像20世纪初的农场主，当时的大多数农场主都不知道等高耕作（梯田）、轮作和肥料能够提高生产力效率。在美国农业推广服务时，赠地大学（美国联邦政府将拥有的土地赠与各州所兴办、资助的高等教育机构）也参与进来，提供必要的专业知识，结果引发了一场农业生产力革命。如果我们能够让小型制造商的工程技术人员掌握超级计算技术，那么就有可能给小型制造商带来一场类似的革命。（翻译詹浩）
