疫情下的供應(yīng)鏈問題加劇研究放緩

編譯 許林玉

“大家都因丙酮短缺而叫苦不迭。”美國國家科學(xué)基金會國家納米技術(shù)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商關(guān)系的負(fù)責(zé)人查理?威斯（Charlie Veith）表示。丙酮用于光刻領(lǐng)域，是新冠疫情暴發(fā)以來難以購買到的無數(shù)物品之一。威斯說，去年秋季，美國東海岸有兩所大學(xué)的納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室因丙酮短缺而瀕臨關(guān)閉，是他出面幫助解決了問題。他已經(jīng)想方設(shè)法將化學(xué)品、個(gè)人防護(hù)設(shè)備、熔融硅晶片和更多實(shí)驗(yàn)室材料弄到手。

供應(yīng)鏈包括采購、加工、質(zhì)量控制、清潔、包裝和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。威斯說，當(dāng)供應(yīng)鏈的所有環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣時(shí)，出現(xiàn)任何問題都會將整個(gè)供應(yīng)鏈弄得一團(tuán)糟。

在新冠疫情期間，研究人員與普通民眾一樣，都因供應(yīng)短缺而備受打擊。歐洲一家生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室儀器的公司的發(fā)言人稱：“我不知道人們是不是像囤積廁紙一樣囤積電子元件?！?021年下半年，該公司的訂單有所增加，但卻無法順利獲取電子產(chǎn)品和原材料。對于要求匿名的原因，她解釋道：“每家公司都面臨同樣的問題，但企業(yè)不愿承認(rèn)。我們正竭盡全力爭取按時(shí)交付訂單，但由于無法獲得產(chǎn)品所需的部件，我們的工作仍然一籌莫展?！?/p>

交付延遲、交貨期延長以及耗材和耐用設(shè)備報(bào)價(jià)的不斷變化，都讓研究人員感受到了全球供應(yīng)鏈問題帶來的影響：他們的研究受到阻礙，被迫調(diào)整優(yōu)先事項(xiàng)。萊斯大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)系主任道格拉斯?納特爾森（Douglas Natelson）說：“人們努力尋找變通的辦法。但是，供應(yīng)問題使每個(gè)人都壓力倍增。我最擔(dān)心的是那些剛剛走上研究之路的人?！?/p>

在美國西北大學(xué)的微/納米制造廠，研究人員只能穿上一件超大號的防護(hù)服。自新冠疫情暴發(fā)以來，設(shè)施管理人員不得不爭相尋找無塵室用品

拼湊、共享、創(chuàng)新、支付

在疫情期間，用于清潔環(huán)境的丁腈手套、口罩、防護(hù)服、發(fā)網(wǎng)、靴套等一直斷斷續(xù)續(xù)地出現(xiàn)短缺，至少部分是因?yàn)獒t(yī)療領(lǐng)域?qū)@些物品的需求。運(yùn)營總監(jiān)納西爾?巴西特（Nasir Basit）表示，這些物資的短缺并沒有導(dǎo)致美國西北大學(xué)的微/納米制造廠停工?！暗覀冊鵀榇烁械娇只??！彼F(xiàn)在要花很多時(shí)間與不同的供應(yīng)商再三確認(rèn)。他說：“只要能找到的東西，我們基本上都會買下來?！彼固垢４髮W(xué)礦物和微化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室管理人員戴爾?伯恩斯（Dale Burns）表示，該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開始將最好的手套留給“可能對研究產(chǎn)生重大影響”的工作，并將它們重復(fù)使用于“稍微臟一點(diǎn)的任務(wù)”。

吉 多?帕 加 諾（Guido Pagano）于2020年初開始在萊斯大學(xué)物理學(xué)系任教。他用激光器操控被俘獲的離子和原子，并通過這種方法研究量子信息處理。在封鎖期間，由于學(xué)校停課，他的實(shí)驗(yàn)室建立工作停滯了兩個(gè)多月。但他坦言，接下來的情況更糟?！敖?jīng)濟(jì)活動(dòng)重新啟動(dòng)后，供應(yīng)鏈問題又開始折磨我?！?/p>

因疫情而導(dǎo)致鋼材到貨時(shí)間延誤，使華盛頓漢福德激光干涉儀引力波觀測站的升級工作推遲了四個(gè)月。該構(gòu)造物全長300米，設(shè)有窄帶光共振腔，以提高LIGO的靈敏度

在2021年3月，帕加諾定制了一塊鋁板，螺絲孔間的間距小于標(biāo)準(zhǔn)的1英寸（1英寸約合2.54厘米），用于安裝光學(xué)元件。通常情況下，做一塊這樣的鋁板需要大約6周時(shí)間。鋁板在9月時(shí)生產(chǎn)出來了，但卻被承運(yùn)商弄丟了，到12月他還在等。該公司將延誤歸咎于無法獲得鋁材，而且人手不夠。在此期間，帕加諾只能想出一個(gè)臨時(shí)解決辦法。

2021年10月，帕加諾訂購了一臺高功率紫外線脈沖激光器。對于這樣一臺價(jià)值10多萬美元的激光器，供應(yīng)商給出的等待時(shí)間是10或11個(gè)月，而不是通常的3或4個(gè)月。帕加諾說：“我需要這種特殊的激光器來實(shí)現(xiàn)量子門。沒有它，我無法對量子比特進(jìn)行任何相干操作?！彼蛩阆蚱渌芯啃〗M借一個(gè)激光器。

任職于羅切斯特大學(xué)的杰米?卡德納斯（Jaime Cardenas）說：“在某些情況下，我們不得不花更多的錢，購買比我們所需物品更復(fù)雜的產(chǎn)品。”他主要研究應(yīng)用于通信、傳感和量子信息的集成光子設(shè)備，需購買的材料包括固定在銅帶上的石墨烯?！斑@是一種標(biāo)準(zhǔn)材料，售價(jià)低廉，”他說，“但上次我們打算訂購時(shí)，供應(yīng)商表示很難買到銅材。”因此，他只好購買了他能買到的材料：可溶聚合物膠帶石墨烯，其價(jià)格高出30%。由于擔(dān)心供應(yīng)會繼續(xù)緊張，他多買了一些。

由于他的常規(guī)供應(yīng)商無法供應(yīng)熔融硅晶片，卡德納斯找到了新的貨源，但多付了50%的費(fèi)用。另一個(gè)關(guān)于全球供應(yīng)鏈問題的例子是，他和同事從日本訂購了一把切割鋸，但海運(yùn)集裝箱在離岸時(shí)受到阻礙。如果走海運(yùn)，貨物無法在資助撤回之前到達(dá)。因此，他們不得不通過空運(yùn)運(yùn)送一臺大型設(shè)備，這使運(yùn)輸成本增加了三倍。

馬修?揚(yáng)科維茨（Matthew Yankowitz）于2019年8月進(jìn)入華盛頓大學(xué)工作，擔(dān)任物理學(xué)助理教授，研究具有突發(fā)磁性、超導(dǎo)性和拓?fù)湫缘膶訝疃S量子材料。在疫情暴發(fā)之前，他便收到了一臺用作公用設(shè)備的特殊冰箱，但幾個(gè)月后，芬蘭供應(yīng)商的技術(shù)人員才得以進(jìn)入美國把它組裝好。他從田納西州訂購的一臺低溫恒溫器和從德國訂購的一臺掃描穿隧顯微鏡也晚到了幾個(gè)月。

揚(yáng)科維茨表示，耗材也可能難以買到。“在訂購之前，你不知道能買到什么，而且交貨時(shí)間可能長得驚人。”例如，在過去，將樣品和探針導(dǎo)線建立電連接的封裝支架“可以即訂即發(fā)”?，F(xiàn)在的交貨時(shí)間是5個(gè)月?！拔覒岩蓻]有人會預(yù)計(jì)這么長的到貨時(shí)間。如果沒有其他辦法，我們會拆除之前測試過的設(shè)備，并使用用過的封裝支架。”揚(yáng)科維茨說道，“我們將不得不做出艱難的決定，確定應(yīng)該拆除哪些工作裝置。”

小生意，大麻煩

馬里蘭大學(xué)巴爾的摩縣分校的卡洛斯?羅梅羅-塔拉馬斯（Carlos Romero-Talamás）正在監(jiān)督兩個(gè)等離子體裝置的建造工作。對于離心磁鏡來說，因?yàn)?米長的鋁室和真空泵的交付時(shí)間延遲，其工作進(jìn)度至少推遲了三個(gè)月。另一個(gè)裝置——用于研究塵埃等離子體的7特斯拉脈沖比特磁體——需要帶孔的金屬板進(jìn)行冷卻。羅梅羅-塔拉馬斯手頭有金屬材料，但他還沒有找到制作打孔模具的公司。他說：“我已經(jīng)聯(lián)系了至少十幾家供應(yīng)商，但它們都不想接這筆業(yè)務(wù)，因?yàn)橘M(fèi)用不到10萬美元，而這對他們來說似乎是小錢?！?/p>

隨著塵埃等離子體項(xiàng)目的停滯，羅梅羅-塔拉馬斯表示，目前他的團(tuán)隊(duì)正專注于0.1特斯拉左右的實(shí)驗(yàn)，并充分利用“手頭的工具”。他很擔(dān)心學(xué)生無法按時(shí)完成學(xué)業(yè)。

對于羅梅羅-塔拉馬斯及其馬里蘭大學(xué)巴爾的摩縣分校的研究團(tuán)隊(duì)來說，一直很難找到供應(yīng)商為他們的高磁場（7特斯拉）研究計(jì)劃定制部件，因此他們目前已經(jīng)加緊推進(jìn)對低磁場（0.08～0.12特斯拉）下塵埃等離子體的研究

在賓夕法尼亞大學(xué)，化學(xué)和生物分子工程系的李代延（Daeyeon Lee）團(tuán)隊(duì)利用微流控設(shè)備合成生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的材料。他們的一個(gè)項(xiàng)目需將mRNA封裝到用于疫苗的脂質(zhì)納米顆粒中。從2021年夏天開始，他們就一直無法買到生產(chǎn)該設(shè)備所需的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。李代延介紹說：“PDMS是一種常見的廉價(jià)彈性體。通常情況下，你不會想到它會用完。許多研究工作因此半途而廢?！?/p>

他的學(xué)生找到并買到了類似的彈性體，并對其進(jìn)行了測試，制造臨時(shí)微流體設(shè)備。這些設(shè)備可以完成此項(xiàng)工作，但材料的特性不如PDMS。“新材料是否會影響性能？當(dāng)我們想要發(fā)表研究成果時(shí)，肯定會出現(xiàn)有這樣或那樣的問題。”

李代延團(tuán)隊(duì)還遇到了另一個(gè)供應(yīng)鏈問題，當(dāng)時(shí)學(xué)校無塵室的一個(gè)接合器發(fā)生了故障，而接合是制造硅和玻璃微流控設(shè)備的最后一步。李代延回憶說：“供應(yīng)商對問題進(jìn)行了診斷，但買不到修復(fù)儀器的零件?！弊詈螅梢幻┦亢蠛鸵幻麑W(xué)生將部分制造好的設(shè)備打包，驅(qū)車約320公里到賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個(gè)工廠中完成這一流程。李代延說：“本該一小時(shí)完成的工作現(xiàn)在需要一個(gè)星期，而且可能會污染設(shè)備，成本更高，耗時(shí)更長?！?/p>

一場戰(zhàn)略游戲

一些公司宣稱，新冠疫情并未影響他們的業(yè)務(wù)或按時(shí)交付產(chǎn)品的能力。測試和測量設(shè)備制造商蘇黎世儀器公司銷售副總裁史蒂芬?科赫（Stephan Koch）表示：“一切盡在掌控之中，我們已經(jīng)提前做好了計(jì)劃，我們的客戶也沒有感到有什么損失。至少對于一些軟件公司來說，新冠疫情也并非一無是處?！拔覀兛吹狡髽I(yè)將更多的時(shí)間花在設(shè)計(jì)軟件上?！痹O(shè)計(jì)自動(dòng)化公司VPI光學(xué)的美國業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)克里斯?馬洛尼（Chris Maloney）說，“他們在購買產(chǎn)品之前會測試自己的設(shè)計(jì)。因?yàn)楹茈y買到零部件，所以這變得更加重要?！?/p>

盡管如此，許多科技公司的訂單仍在激增。即便這些企業(yè)不愿承認(rèn)面臨困境，但從顧客的話中可以看出，延誤和缺貨是普遍現(xiàn)象。

美國俄亥俄州湖濱低溫電子有限公司戰(zhàn)略采購總監(jiān)黛安?布萊克（Diane Blake）說道：“我們的供應(yīng)問題始于去年得克薩斯州的嚴(yán)寒冰凍。”該公司主要生產(chǎn)溫度和磁場監(jiān)測儀器及材料表征產(chǎn)品，而用于生產(chǎn)傳感器的環(huán)氧樹脂主要來自得克薩斯州。此外，2021年3月一家日本公司發(fā)生火災(zāi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的交付出現(xiàn)延誤。馬來西亞因疫情裁員，微芯片被擱置?！拔覀儐我粊碓吹年P(guān)鍵部件太多了?！辈既R克無奈地說道。

據(jù)布萊克說，該公司的氧化鋁探針葉片的長期供應(yīng)商在企業(yè)所有人感染新冠后關(guān)閉?！斑@些零部件是成本可能高達(dá)20萬美元的系統(tǒng)的組成部分?！痹摴疽郧坝娩X質(zhì)管材加工零部件，但最近只能采購到實(shí)心棒材，這使得生產(chǎn)成本更高，耗時(shí)更長。而對于公司產(chǎn)品的電子元件，以前的交付周期為8～10周，但現(xiàn)在已經(jīng)增加至52周。“到貨時(shí)間已經(jīng)推到了2023年初?！?/p>

“我們正在尋找替代零部件?！辈既R克說，“我們將不得不重新審視在2022年需要專注于哪些工具。這是一場戰(zhàn)略游戲?！?/p>

資料來源 Physics Today