分析：3D打印是傳統(tǒng)制造業(yè)的顛覆者

分析：3D打印是傳統(tǒng)制造業(yè)的顛覆者？

新的3D打印技術(shù)是“極限生產(chǎn)力”的一個(gè)例子。這種生產(chǎn)方式的分布特點(diǎn)意味著任何人，到了最后所有人，都可以獲取生產(chǎn)的方式。這樣一來(lái)，對(duì)越來(lái)越多的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，誰(shuí)應(yīng)該擁有和控制生產(chǎn)方式的問(wèn)題會(huì)變得越來(lái)越無(wú)關(guān)緊要。與傳統(tǒng)的中心式生產(chǎn)方式相比，三維打印主要有以下幾個(gè)不同特點(diǎn)：首先，除了開發(fā)軟件之外，三維打印的生產(chǎn)過(guò)程基本上沒(méi)有人力的參與；所有的工作都是由軟件來(lái)完成，這就是為什么把這個(gè)過(guò)程稱作“info-facture(智造)”［1］要比“manufacture(制造)”更加合適。3D打印的早期實(shí)踐者付出了很大的努力，以確保用于編程和打印物理屬性產(chǎn)品的軟件源語(yǔ)言的開放性，這樣每個(gè)生產(chǎn)型消費(fèi)者就可以在DIY的興趣者網(wǎng)絡(luò)上互相分享新的想法。這種開放設(shè)計(jì)理念把產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)想成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，成千上萬(wàn)，甚至數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的參與者，通過(guò)一起制造產(chǎn)品可以互相學(xué)習(xí)。知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的消除也極大地降低了產(chǎn)品打印的成本，幫助3D打印企業(yè)比傳統(tǒng)的制造企業(yè)獲得了很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楹笳呱钕莞鞣N專利的泥淖中。開源的生產(chǎn)模式促進(jìn)了3D打印行業(yè)的指數(shù)式的增長(zhǎng)。3D打印的生產(chǎn)過(guò)程與第一、第二次工業(yè)革命的生產(chǎn)過(guò)程在組織形式上完全不同。傳統(tǒng)的工廠生產(chǎn)是一個(gè)去除的過(guò)程。首先，原材料被切割開來(lái)，然后進(jìn)行篩選，最后通過(guò)組裝形成成品。在這個(gè)過(guò)程中，出現(xiàn)了大量的原材料浪費(fèi)，而這些浪費(fèi)的部分再也無(wú)法成為成品的一部分。相比之下，三維打印是一個(gè)添加的信息化生產(chǎn)過(guò)程。被熔化的材料在軟件的指揮下一層一層地被打印出來(lái)，最終形成一個(gè)完整的產(chǎn)品。添加式的信息化生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品需要的材料只需要去除式的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的十分之一，這樣3D打印機(jī)就獲得了效率和生產(chǎn)力方面的顯著優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)在2012到2018年期間，3D打印技術(shù)將以每年106%的速度發(fā)展。3D打印機(jī)可以打印出自己的零件，這樣就避免了昂貴的重組費(fèi)用以及重組所浪費(fèi)的時(shí)間。有了3D打印機(jī)，客戶可以單獨(dú)定制一件產(chǎn)品，也可以批量定制，而且價(jià)格更低。中心式的工廠，由于是資本集約型的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，投入大批量生產(chǎn)需要昂貴的固定生產(chǎn)線投入，這樣就缺少了3D產(chǎn)品生產(chǎn)程序的靈活性。而3D打印技術(shù)生產(chǎn)一件產(chǎn)品與生產(chǎn)10萬(wàn)件同類產(chǎn)品在每件產(chǎn)品的成本上是一樣的。一臺(tái)家用的3D打印機(jī)也可以使用現(xiàn)場(chǎng)的或者附近電力合作社生產(chǎn)的可再生能源發(fā)的綠色電力來(lái)給自家的打印室供電。中國(guó)、歐洲以及其它地方的中小企業(yè)已經(jīng)開始以區(qū)域型綠色電力合作社的形式合作，對(duì)橫向分散式的電力網(wǎng)絡(luò)予以利用。隨著中心式的化石燃料與核能發(fā)電的成本不斷上漲，優(yōu)勢(shì)開始向能用邊際成本接近為零的可再生資源為自己供電的中小企業(yè)傾斜。在物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)模式中，市場(chǎng)成本也會(huì)大幅下降。第一、第二次工業(yè)革命的中心式通信手段(借助雜志、報(bào)紙、廣播、電視等)的高成本意味著只有較大的、運(yùn)作范圍遍布全國(guó)的制造公司才能夠負(fù)擔(dān)得起在全國(guó)和全球市場(chǎng)上的廣告費(fèi)用，這就在很大程度上限制了小型制造企業(yè)的銷售范圍。在第三次工業(yè)革命中，世界上任何地方的一個(gè)小小的3D打印活動(dòng)都可以在不斷增多的互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中推銷信息化生產(chǎn)的產(chǎn)品，同時(shí)邊際成本接近于零。像歐盟一樣，中國(guó)也在3D打印的發(fā)展中起著領(lǐng)頭的作用。北京航空航天大學(xué)正在使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)火箭和衛(wèi)星使用的復(fù)雜零件。另外一家中國(guó)的公司——盈創(chuàng)，2014年使用廉價(jià)的回收材料在24小時(shí)內(nèi)建造了10所房子。這些房子的建造幾乎不需要人工勞動(dòng)，每間房子的造價(jià)都不到5000美元。這一成就使得在中國(guó)和其它發(fā)展中國(guó)家以接近為零的邊際成本建造數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的廉價(jià)房成為可能。太爾時(shí)代是中國(guó)最大的桌面3D打印機(jī)生產(chǎn)商，其產(chǎn)品主要供小型企業(yè)和家庭使用。它在2014年推出了最新款3D打印機(jī)——UP！這家公司正在與美國(guó)的領(lǐng)先3D打印機(jī)公司進(jìn)行著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，希望在未來(lái)能夠占據(jù)大部分的全球市場(chǎng)。歐盟和中國(guó)的大多數(shù)全球生產(chǎn)企業(yè)都會(huì)繼續(xù)興旺下去，但必然會(huì)因制造活動(dòng)的這種擴(kuò)散而經(jīng)歷根本性的轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)型將垂青于具有高新技術(shù)的中小型企業(yè)。歐洲和中國(guó)的制造業(yè)巨頭將會(huì)越來(lái)越多地與新一代的中小型3D打印企業(yè)通過(guò)合作網(wǎng)絡(luò)開展合作。雖然大多數(shù)的生產(chǎn)工作將會(huì)由效率和產(chǎn)量更高的中小型企業(yè)完成，但是大型企業(yè)會(huì)越來(lái)越多地從聚集、整合以及管理產(chǎn)品的銷售和分配中尋找利益點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的特點(diǎn)允許數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的截然不同的參與者——中小型企業(yè)、社會(huì)企業(yè)以及個(gè)人——能夠走到一起，彼此間直接互相生產(chǎn)和交換產(chǎn)品或者服務(wù)。這種模式會(huì)讓第二次工業(yè)革命中使邊際成本居高不下的中間商失去立足的條件。特別要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)，第二次工業(yè)革命向第三次工業(yè)革命的過(guò)渡不會(huì)一夜之間一蹴而就，而是需要三十到四十年的時(shí)間。很多今天的跨國(guó)公司會(huì)成功地管控好這種過(guò)渡，方法是通過(guò)采納第三次工業(yè)革命的新型分布式與合作式商業(yè)模型，同時(shí)繼續(xù)他們傳統(tǒng)的第二次工業(yè)革命式的商業(yè)行為。在未來(lái)的歲月中，不同于在縱向一體化的市場(chǎng)中銷售零散的產(chǎn)品和服務(wù)，資本主義企業(yè)將很可能在匯聚和管控橫向分散式的網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)并獲得更多的價(jià)值。里夫金：自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)成物聯(lián)網(wǎng)中樞里夫金先生為我們描繪了3D打印的美好未來(lái)，它從單純的技術(shù)創(chuàng)新成為顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統(tǒng)的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，僅有3D打印技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)？帶著這個(gè)疑問(wèn)，記者對(duì)里夫金進(jìn)行專訪。在里夫金看來(lái)，自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)成為物聯(lián)網(wǎng)的中樞之一，其崛起也是新型的分散式生產(chǎn)方式得以實(shí)現(xiàn)的必要條件。里夫金告訴記者，通信互聯(lián)網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)的編制使得構(gòu)建和發(fā)展自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)成為可能。而自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)，與通信和能源互聯(lián)網(wǎng)交匯，共同構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)的中樞，使之能夠?qū)Φ谌喂I(yè)革命經(jīng)濟(jì)模式下的產(chǎn)品進(jìn)行管理、提供動(dòng)力和運(yùn)輸。他告訴記者，自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)由四大基礎(chǔ)支柱構(gòu)成。這四大基礎(chǔ)支柱和能源互聯(lián)網(wǎng)的類似，也必須同步部署方能使系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)。“首先，各地都要建造充電站，使各種車輛能夠得到動(dòng)力補(bǔ)給或者將富余電力回輸給基礎(chǔ)電網(wǎng)?！崩锓蚪鹫f(shuō)：“中國(guó)在電動(dòng)汽車銷售方面居于世界前列。2014年中國(guó)售出了30多萬(wàn)輛迷你電動(dòng)汽車。而在2016年到2020年的十三五期間，電動(dòng)汽車的銷量預(yù)計(jì)會(huì)急劇攀升。這段時(shí)期，政府將會(huì)為這個(gè)產(chǎn)業(yè)出臺(tái)條件誘人的鼓勵(lì)發(fā)展措施，為汽車購(gòu)買者提供大量的購(gòu)車補(bǔ)貼。此舉將使得中國(guó)成為實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)化的先驅(qū)者。”“第二，物流網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備需要安裝傳感器，以便工廠、倉(cāng)庫(kù)、批發(fā)商、零售商以及終端用戶都能夠獲得實(shí)時(shí)的物流動(dòng)態(tài)?！崩锓蚪鹄^續(xù)說(shuō)道：“第三，任何物理屬性產(chǎn)品的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移都需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，從而使之能夠有效地被傳遞到任何節(jié)點(diǎn)，能夠沿著任何通道進(jìn)行運(yùn)輸，就像信息在萬(wàn)維網(wǎng)上一樣，能夠在物流系統(tǒng)中輕松高效地傳輸?！钡谒?，里夫金補(bǔ)充說(shuō)，物流通道上所有的操作站都需要匯聚到協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)中，使它們?nèi)坑杏玫臇|西都進(jìn)入到一個(gè)共享的物流空間，利用橫向的分散式經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化貨物的運(yùn)輸。比如說(shuō)，成千上萬(wàn)的倉(cāng)庫(kù)和物流中心可以建立合作社來(lái)分享未被使用的空間，這就可以允許運(yùn)輸單位使用最高效的路線進(jìn)行卸貨和裝貨。他告訴記者，物流網(wǎng)的平臺(tái)會(huì)提供貨物裝載和運(yùn)輸時(shí)間表、天氣情況、交通情況等與物流有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及始發(fā)地到目的地沿途的倉(cāng)儲(chǔ)容量的最新信息。自動(dòng)匹配功能將會(huì)使用大數(shù)據(jù)和分析方法開發(fā)出算法和應(yīng)用來(lái)優(yōu)化物流線路的綜合效率，并且在減少每一批貨物邊際成本的同時(shí)大幅地提高勞動(dòng)效率?！暗?025年，道路、鐵路以及水路至少會(huì)有一部分的貨物運(yùn)輸由無(wú)人駕駛的電動(dòng)或者燃料電池運(yùn)輸工具承擔(dān)，這些運(yùn)輸工具的動(dòng)力來(lái)自于近乎零邊際成本的可再生能源，而其操作則是通過(guò)愈發(fā)復(fù)雜的分析方法和算法進(jìn)行的。通過(guò)一個(gè)智能的自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)人駕駛的交通工具還會(huì)提高生產(chǎn)力，將運(yùn)輸?shù)娜肆呺H成本減少到幾乎為零?！崩锓蚪鸨硎?。此外，他還告訴記者，長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，人們從開自己的車出行向借助于智能道路系統(tǒng)上的無(wú)人駕駛車輛出行的轉(zhuǎn)變，將會(huì)從根本上改變交通領(lǐng)域的商業(yè)模式。雖然世界上的大型汽車生產(chǎn)廠商在未來(lái)的30年間將會(huì)減少汽車生產(chǎn)，但是他們可能會(huì)對(duì)自己進(jìn)行重新定位，成為全球自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)上的管理者，對(duì)出行服務(wù)和物流進(jìn)行管理?？傊锓蚪鹫J(rèn)為，通信互聯(lián)網(wǎng)、可再生能源互聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)化交通與物流互聯(lián)網(wǎng)的匯聚構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的中樞。這一新的數(shù)字化平臺(tái)從根本上改變了我們管理和從事經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的方式。數(shù)字化的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是第三次工業(yè)革命的核心。盧秉恒：3D打印重構(gòu)社會(huì)生產(chǎn)生活方式為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，我國(guó)制定《中國(guó)制造2025》，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國(guó)轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國(guó)。在這一過(guò)程中，智能制造是主攻方向，也是從制造大國(guó)轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國(guó)的根本路徑。2015年8月23日，中共中央政治局常委、國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)主持國(guó)務(wù)院專題講座，討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印，開講人是中國(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)盧秉恒。在進(jìn)入“工業(yè)4.0”時(shí)代的今天，信息化廣泛而深入地融合到各行業(yè)，作為最能體現(xiàn)“工業(yè)4.0”特點(diǎn)的3D打印，有何變革意義，我國(guó)的3D打印技術(shù)在全球處于何種位置，3D打印對(duì)普通人的生產(chǎn)、生活有何影響？記者就此相關(guān)問(wèn)題專訪了盧秉恒。記者：里夫金提出互聯(lián)網(wǎng)與新能源的結(jié)合引發(fā)第三次工業(yè)革命，您對(duì)第三次工業(yè)革命是怎么認(rèn)識(shí)的？盧秉恒：第一次工業(yè)革命是發(fā)明蒸汽機(jī)，勞動(dòng)變成機(jī)器化，體力、畜力勞動(dòng)讓機(jī)器代替，從手工業(yè)作坊變成工業(yè)化生產(chǎn)。第二次工業(yè)革命，有了電磁場(chǎng)理論，人們發(fā)明了電動(dòng)機(jī)，可以用電力提供動(dòng)力，機(jī)床也發(fā)明了，人們能夠大批量生產(chǎn)產(chǎn)品，以福特汽車大批量的生產(chǎn)方式為代表，建立了公差、互換性理論，制造的零件可以互換，大批量制造使汽車變得很便宜，形成大批量制造模式。第三次工業(yè)革命根本上是信息化廣泛而深入地進(jìn)入各種領(lǐng)域。從數(shù)控機(jī)床發(fā)展到智能機(jī)床，生產(chǎn)線也是智能的，可以監(jiān)控制造過(guò)程，發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題可以更換刀具、調(diào)整機(jī)床。信息化可以把人們的消費(fèi)需求集中起來(lái)，做個(gè)性化設(shè)計(jì)，用3D打印、智能軟件控制生產(chǎn)出需要的單件產(chǎn)品，用批量生產(chǎn)、交貨的成本和交貨期生產(chǎn)個(gè)性化的商品。形成一種新的生產(chǎn)模式。我認(rèn)為第三次工業(yè)革命的特征是信息與工業(yè)技術(shù)融合，能夠生產(chǎn)個(gè)性化東西，機(jī)器不但代替了人的體力，而且還代替智力。在此背景下，我國(guó)提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念是非常適時(shí)的。記者：近年來(lái)，3D打印成為熱詞，有哪些具體用途？它的變革意義是什么？盧秉恒：3D打印的用途，一是產(chǎn)品的快速開發(fā)，像快速制造模型、模具、首件。二是生產(chǎn)個(gè)性化的產(chǎn)品。三是材料節(jié)約型制造，這在航空航天領(lǐng)域表現(xiàn)明顯，社會(huì)價(jià)值也比較大。四是用3D打印的觀點(diǎn)對(duì)我們現(xiàn)有的產(chǎn)品、裝備進(jìn)行再設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)一體化、換熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等等，可以形成許多設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使人們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不再受到可制造性的約束。五是用3D打印進(jìn)行再制造，對(duì)某些器件進(jìn)行修復(fù)。如以前飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片磨損了只能整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢，現(xiàn)在可以用3D打印進(jìn)行修復(fù)，花費(fèi)很少的材料與工時(shí)，使昂貴的發(fā)動(dòng)機(jī)再生。3D打印是比較符合工業(yè)4.0特征，一是3D打印通過(guò)計(jì)算機(jī)可以把制造過(guò)程控制到零件結(jié)構(gòu)的每一個(gè)點(diǎn)；二是自動(dòng)化制造過(guò)程中沒(méi)有中間障礙。目前，在CAD、CAM、數(shù)控加工的制造過(guò)程中，存在自動(dòng)化孤島。把圖紙變成驅(qū)動(dòng)數(shù)控的程序，首先要對(duì)制造產(chǎn)品有工序過(guò)程設(shè)計(jì)，毛坯從哪里來(lái)，加工分幾道工序，先后順序如何，要采用什么樣的設(shè)備，要準(zhǔn)備什么樣的工裝卡具等等，這些東西是很復(fù)雜的專門知識(shí)，這一系列的路徑排列組合，讓人們陷入困惑，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的CAPP是很難的。從863計(jì)劃開始，我們要做計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)(CAPP)，直到現(xiàn)在也沒(méi)有這樣商業(yè)化的軟件，因?yàn)閱?wèn)題太復(fù)雜了、零件品種、加工工序太多了、排列組合的可能性太多了，人們不可能窮盡和完全掌握它。而3D打印把這些工序過(guò)程變成了一個(gè)過(guò)程，其數(shù)據(jù)格式是統(tǒng)一的，不存在CAPP自動(dòng)化、智能化的瓶頸。3D打印消除了自動(dòng)化孤島，最能體現(xiàn)“工業(yè)4.0”的特點(diǎn)。記者：在“工業(yè)4.0”時(shí)代，企業(yè)的出路和發(fā)展方向在哪里？盧秉恒：工業(yè)4.0是指工業(yè)、信息物理系統(tǒng)融合，現(xiàn)在我們到了信息時(shí)代，信息對(duì)我們的生活對(duì)制造業(yè)會(huì)產(chǎn)生重大影響，因此我們要把物理系統(tǒng)各個(gè)數(shù)據(jù)接口做好，符合標(biāo)準(zhǔn)。這樣一來(lái)，我們?cè)谧詣?dòng)化、智能化的推進(jìn)過(guò)程中就沒(méi)有障礙和孤島了。記者：“互聯(lián)網(wǎng)+”、3D打印、“工業(yè)4.0”對(duì)人們的生產(chǎn)生活有什么具體的影響？盧秉恒：它們改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ髂Ｊ?，人們以后可以不在商?chǎng)挑商品，可以自己設(shè)計(jì)自己需要的商品，把自己的需求發(fā)布到網(wǎng)上，很多創(chuàng)客進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后分包組織生產(chǎn)，再進(jìn)行物理配送。如此一來(lái)，它使社會(huì)生產(chǎn)模式發(fā)生了變化，給創(chuàng)新帶來(lái)更大的空間。人們不再受單位的約束，設(shè)計(jì)師可能就是自由職業(yè)者，這使得社會(huì)生產(chǎn)的組織模式、社會(huì)生活的模式發(fā)生很大變化。今天你可以設(shè)計(jì)飛機(jī)，明天可以設(shè)計(jì)時(shí)裝。個(gè)人的創(chuàng)新能力可以最大程度地得到發(fā)揮，形成一個(gè)真正創(chuàng)新型社會(huì)。隨著個(gè)性化消費(fèi)時(shí)代的到來(lái)，大批量的生產(chǎn)如果設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，產(chǎn)銷不對(duì)路，就賣不出去造成浪費(fèi)。現(xiàn)在海爾跟用戶一起設(shè)計(jì)，體現(xiàn)用戶需求，這個(gè)產(chǎn)品肯定是用戶需求的。個(gè)性化、定制化變成可能，是因?yàn)樾畔⒒峁┝藗€(gè)性化設(shè)計(jì)制造的平臺(tái)。記者：我國(guó)3D打印技術(shù)在世界上處于何種位置？未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展還面臨哪些瓶頸？盧秉恒