分析：3D打印是傳統制造業(yè)的顛覆者？

()隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)以及第三次工業(yè)革命的開(kāi)啟，幾乎所有的產(chǎn)業(yè)都會(huì )進(jìn)行結構轉型。有一批新型的微型制造商在減少邊際成本的同時(shí)還能提高生產(chǎn)力，能夠在與之前所向披靡的全球制造業(yè)公司的競爭中勝出。這種微型制造商就是3D打印技術(shù)的提供者。預計在2012到2018年期間，3D打印技術(shù)將以每年106%的速度發(fā)展。

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(zhù)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)，對越來(lái)越多的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，誰(shuí)應該擁有和控制生產(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(kāi)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(chēng)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(kāi)放性，這樣每個(gè)生產(chǎn)型消費者就可以在DIY的興趣者網(wǎng)絡(luò )上互相分享新的想法。這種開(kāi)放設計理念把產(chǎn)品的生產(chǎn)設想成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，成千上萬(wàn)，甚至數以百萬(wàn)計的參與者，通過(guò)一起制造產(chǎn)品可以互相學(xué)習。知識產(chǎn)權保護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)比傳統的制造企業(yè)獲得了很大的優(yōu)勢，因為后者深陷各種專(zhuān)利的泥淖中。開(kāi)源的生產(chǎn)模式促進(jìn)了3D打印行業(yè)的指數式的增長(cháng)。

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。傳統的工廠(chǎng)生產(chǎn)是一個(gè)去除的過(guò)程。首先，原材料被切割開(kāi)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，出現了大量的原材料浪費，而這些浪費的部分再也無(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生產(chǎn)方法的十分之一，這樣3D打印機就獲得了效率和生產(chǎn)力方面的顯著(zhù)優(yōu)勢。預計在2012到2018年期間，3D打印技術(shù)將以每年106%的速度發(fā)展。

3D打印機可以打印出自己的零件，這樣就避免了昂貴的重組費用以及重組所浪費的時(shí)間。有了3D打印機，客戶(hù)可以單獨定制一件產(chǎn)品，也可以批量定制，而且價(jià)格更低。中心式的工廠(chǎng)，由于是資本集約型的規模經(jīng)濟，投入大批量生產(chǎn)需要昂貴的固定生產(chǎn)線(xiàn)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(lèi)產(chǎn)品在每件產(chǎn)品的成本上是一樣的。

一臺家用的3D打印機也可以使用現場(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、歐洲以及其它地方的中小企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始以區域型綠色電力合作社的形式合作，對橫向分散式的電力網(wǎng)絡(luò )予以利用。隨著(zhù)中心式的化石燃料與核能發(fā)電的成本不斷上漲，優(yōu)勢開(kāi)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、報紙、廣播、電視等)的高成本意味著(zhù)只有較大的、運作范圍遍布全國的制造公司才能夠負擔得起在全國和全球市場(chǎng)上的廣告費用，這就在很大程度上限制了小型制造企業(yè)的銷(xiāo)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(xiāo)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，中國也在3D打印的發(fā)展中起著(zhù)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)火箭和衛星使用的復雜零件。另外一家中國的公司——盈創(chuàng )，2014年使用廉價(jià)的回收材料在24小時(shí)內建造了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和其它發(fā)展中國家以接近為零的邊際成本建造數以百萬(wàn)計的廉價(jià)房成為可能。太爾時(shí)代是中國最大的桌面3D打印機生產(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——UP！這家公司正在與美國的領(lǐng)先3D打印機公司進(jìn)行著(zhù)激烈的競爭，希望在未來(lái)能夠占據大部分的全球市場(chǎng)。

歐盟和中國的大多數全球生產(chǎn)企業(yè)都會(huì )繼續興旺下去，但必然會(huì )因制造活動(dòng)的這種擴散而經(jīng)歷根本性的轉型，轉型將垂青于具有高新技術(shù)的中小型企業(yè)。歐洲和中國的制造業(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(kāi)展合作。雖然大多數的生產(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(xiāo)售和分配中尋找利益點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)平臺點(diǎn)對點(diǎn)的特點(diǎn)允許數以百萬(wàn)計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。

特別要強調的一點(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)繼續他們傳統的第二次工業(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(xiāo)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 )新成為顛覆傳統生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉變，僅有3D打印技術(shù)能否實(shí)現？帶著(zhù)這個(gè)疑問(wèn)，記者對里夫金進(jìn)行專(zhuān)訪(fǎng)。

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，共同構成了物聯(lián)網(wǎng)的中樞，使之能夠對第三次工業(yè)革命經(jīng)濟模式下的產(chǎn)品進(jìn)行管理、提供動(dòng)力和運輸。

他告訴記者，自動(dòng)化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)由四大基礎支柱構成。這四大基礎支柱和能源互聯(lián)網(wǎng)的類(lèi)似，也必須同步部署方能使系統有效運轉。

“首先，各地都要建造充電站，使各種車(chē)輛能夠得到動(dòng)力補給或者將富余電力回輸給基礎電網(wǎng)?！崩锓蚪鹫f(shuō)：“中國在電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售方面居于世界前列。2014年中國售出了30多萬(wàn)輛迷你電動(dòng)汽車(chē)。而在2016年到2020年的十三五期間，電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量預計會(huì )急劇攀升。這段時(shí)期，政府將會(huì )為這個(gè)產(chǎn)業(yè)出臺條件誘人的鼓勵發(fā)展措施，為汽車(chē)購買(mǎi)者提供大量的購車(chē)補貼。此舉將使得中國成為實(shí)現內燃機動(dòng)力汽車(chē)向電動(dòng)汽車(chē)轉化的先驅者?！?/p>

“第二，物流網(wǎng)絡(luò )中的設備需要安裝傳感器，以便工廠(chǎng)、倉庫、批發(fā)商、零售商以及終端用戶(hù)都能夠獲得實(shí)時(shí)的物流動(dòng)態(tài)?！崩锓蚪鹄^續說(shuō)道：“第三，任何物理屬性產(chǎn)品的存儲和轉移都需要進(jìn)行標準化管理，從而使之能夠有效地被傳遞到任何節點(diǎn)，能夠沿著(zhù)任何通道進(jìn)行運輸，就像信息在萬(wàn)維網(wǎng)上一樣，能夠在物流系統中輕松高效地傳輸?！?/p>

第四，里夫金補充說(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，使它們全部有用的東西都進(jìn)入到一個(gè)共享的物流空間，利用橫向的分散式經(jīng)濟結構來(lái)優(yōu)化貨物的運輸。比如說(shuō)，成千上萬(wàn)的倉庫和物流中心可以建立合作社來(lái)分享未被使用的空間，這就可以允許運輸單位使用最高效的路線(xiàn)進(jìn)行卸貨和裝貨。

他告訴記者，物流網(wǎng)的平臺會(huì )提供貨物裝載和運輸時(shí)間表、天氣情況、交通情況等與物流有關(guān)的實(shí)時(shí)數據，以及始發(fā)地到目的地沿途的倉儲容量的最新信息。自動(dòng)匹配功能將會(huì )使用大數據和分析方法開(kāi)發(fā)出算法和應用來(lái)優(yōu)化物流線(xiàn)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。

“到2025年，道路、鐵路以及水路至少會(huì )有一部分的貨物運輸由無(wú)人駕駛的電動(dòng)或者燃料電池運輸工具承擔，這些運輸工具的動(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，將運輸的人力邊際成本減少到幾乎為零?！崩锓蚪鸨硎?。

此外，他還告訴記者，長(cháng)遠看來(lái)，人們從開(kāi)自己的車(chē)出行向借助于智能道路系統上的無(wú)人駕駛車(chē)輛出行的轉變，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(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商在未來(lái)的30年間將會(huì )減少汽車(chē)生產(chǎn)，但是他們可能會(huì )對自己進(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，對出行服務(wù)和物流進(jìn)行管理。

總之，里夫金認為，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)的匯聚構成了物聯(lián)網(wǎng)基礎設施的中樞。這一新的數字化平臺從根本上改變了我們管理和從事經(jīng)濟活動(dòng)的方式。數字化的物聯(lián)網(wǎng)平臺是第三次工業(yè)革命的核心。

盧秉恒：3D打印重構社會(huì )生產(chǎn)生活方式

為應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，我國制定《中國制造2025》，堅持創(chuàng )新驅動(dòng)、智能轉型、強化基礎、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉向制造強國。在這一過(guò)程中，智能制造是主攻方向，也是從制造大國轉向制造強國的根本路徑。2015年8月23日，中共中央政治局常委、國務(wù)院總理李克強主持國務(wù)院專(zhuān)題講座，討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印，開(kāi)講人是中國工程院院士、西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院院長(cháng)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“工業(yè)4.0”特點(diǎn)的3D打印，有何變革意義，我國的3D打印技術(shù)在全球處于何種位置，3D打印對普通人的生產(chǎn)、生活有何影響？記者就此相關(guān)問(wèn)題專(zhuān)訪(fǎng)了盧秉恒。

記者：里夫金提出互聯(lián)網(wǎng)與新能源的結合引發(fā)第三次工業(yè)革命，您對第三次工業(yè)革命是怎么認識的？

盧秉恒：第一次工業(yè)革命是發(fā)明蒸汽機，勞動(dòng)變成機器化，體力、畜力勞動(dòng)讓機器代替，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，可以用電力提供動(dòng)力，機床也發(fā)明了，人們能夠大批量生產(chǎn)產(chǎn)品，以福特汽車(chē)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(chē)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。從數控機床發(fā)展到智能機床，生產(chǎn)線(xiàn)也是智能的，可以監控制造過(guò)程，發(fā)現有問(wèn)題可以更換刀具、調整機床。信息化可以把人們的消費需求集中起來(lái)，做個(gè)性化設計，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，機器不但代替了人的體力，而且還代替智力。在此背景下，我國提出“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(kāi)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。三是材料節約型制造，這在航空航天領(lǐng)域表現明顯，社會(huì )價(jià)值也比較大。四是用3D打印的觀(guān)點(diǎn)對我們現有的產(chǎn)品、裝備進(jìn)行再設計，在結構一體化、換熱結構的優(yōu)化等等，可以形成許多設計創(chuàng )新，使人們的創(chuàng )新設計不再受到可制造性的約束。五是用3D打印進(jìn)行再制造，對某些器件進(jìn)行修復。如以前飛機發(fā)動(dòng)機葉片磨損了只能整臺發(fā)動(dòng)機報廢，現在可以用3D打印進(jìn)行修復，花費很少的材料與工時(shí)，使昂貴的發(fā)動(dòng)機再生。

3D打印是比較符合工業(yè)4.0特征，一是3D打印通過(guò)計算機可以把制造過(guò)程控制到零件結構的每一個(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、數控加工的制造過(guò)程中，存在自動(dòng)化孤島。把圖紙變成驅動(dòng)數控的程序，首先要對制造產(chǎn)品有工序過(guò)程設計，毛坯從哪里來(lái)，加工分幾道工序，先后順序如何，要采用什么樣的設備，要準備什么樣的工裝卡具等等，這些東西是很復雜的專(zhuān)門(mén)知識，這一系列的路徑排列組合，讓人們陷入困惑，實(shí)現自動(dòng)化的CAPP是很難的。從863計劃開(kāi)始，我們要做計算機輔助工藝過(guò)程設計(CAPP)，直到現在也沒(méi)有這樣商業(yè)化的軟件，因為問(wèn)題太復雜了、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，其數據格式是統一的，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“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)、信息物理系統融合，現在我們到了信息時(shí)代，信息對我們的生活對制造業(yè)會(huì )產(chǎn)生重大影響，因此我們要把物理系統各個(gè)數據接口做好，符合標準。這樣一來(lái)，我們在自動(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”對人們的生產(chǎn)生活有什么具體的影響？

盧秉恒：它們改變人們的生活和工作模式，人們以后可以不在商場(chǎng)挑商品，可以自己設計自己需要的商品，把自己的需求發(fā)布到網(wǎng)上，很多創(chuàng )客進(jìn)行設計，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，設計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。今天你可以設計飛機，明天可以設計時(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(zhù)個(gè)性化消費時(shí)代的到來(lái)，大批量的生產(chǎn)如果設計出現偏差，產(chǎn)銷(xiāo)不對路，就賣(mài)不出去造成浪費?，F在海爾跟用戶(hù)一起設計，體現用戶(hù)需求，這個(gè)產(chǎn)品肯定是用戶(hù)需求的。個(gè)性化、定制化變成可能，是因為信息化提供了個(gè)性化設計制造的平臺。

記者：我國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：我國3D打印研究工作做得不錯，排在世界前列。我國3D打印專(zhuān)利的數量在世界上第二。3D打印在某些方面的研究處于全球領(lǐng)先地位，像北京航空航天大學(xué)教授王華明用打印出飛機起落架，現在批量列裝；2001年，西安交大做個(gè)性化的下頜骨修復，當時(shí)中國媒體報道，而直到2012年歐洲才做第一例。但是在3D打印的產(chǎn)業(yè)化、應用方面，我國還有差距，我國的裝機量在世界上第四，我國制造業(yè)占世界的五分之一，是世界第一，從這點(diǎn)來(lái)看，3D打印跟我國整體制造業(yè)還是不匹配的。由于3D打印許多技術(shù)還有待發(fā)展，所以現在我們有經(jīng)過(guò)努力實(shí)現并跑的機遇。我們可以抓緊科技革命、產(chǎn)業(yè)變革機遇，利用自有的優(yōu)勢，走到世界前列。

3D打印材料是世界范圍的難題，很多工程材料目前還不適合用3D打印，打印的效率、成本都劃不來(lái)，這還需要深入研究。我國在發(fā)展上的瓶頸主要有：缺少原創(chuàng )、在核心器件的開(kāi)發(fā)不夠等，尤其這一產(chǎn)業(yè)規模小，在各個(gè)制造領(lǐng)域應用3D打印還缺少研究。市場(chǎng)好了才能帶動(dòng)發(fā)展，而應用上存在瓶頸，例如進(jìn)入航空航天、醫療領(lǐng)域時(shí)都需要標準，醫療產(chǎn)品沒(méi)有個(gè)性化的標準，難以進(jìn)入應用。我們2001年突破頜面骨修復技術(shù)，成果早就很成熟，申報認證有六七年了，由于缺乏國家標準，一直沒(méi)有批復下來(lái)，沒(méi)有標準就不能發(fā)證，就不能大規模應用。用于航空也很難，沒(méi)有標準，無(wú)法衡量是否符合適航標準就不能大規模應用。而這兩個(gè)行業(yè)應用前景廣闊，但是都缺乏標準。(來(lái)源：經(jīng)濟參考報 文/張彬 趙婧 杰里米·里夫金 編選：免費論文下載中心）