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”的一個例子。這種生產(chǎn)方式的分布特點意味著任何人，到了最后所有人，都可以獲取生產(chǎn)的方式。這樣一來，對越來越多的產(chǎn)品來說，誰應該擁有和控制生產(chǎn)方式的問題會變得越來越無關(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不同特點：首先，除了開發(fā)軟件之外，三維打印的生產(chǎn)過程基本上沒有人力的參與；所有的工作都是由軟件來完成，這就是為什么把這個過程稱作“info-facture(智造)”［1］要比“manufacture(制造)”更加合適。3D打印的早期實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)品的軟件源語言的開放性，這樣每個生產(chǎn)型消費者就可以在DIY的興趣者網(wǎng)絡上互相分享新的想法。這種開放設計理念把產(chǎn)品的生產(chǎn)設想成了一個動態(tài)的過程，在這個過程中，成千上萬，甚至數(shù)以百萬計的參與者，通過一起制造產(chǎn)品可以互相學習。知識產(chǎn)權(quán)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(tǒng)的制造企業(yè)獲得了很大的優(yōu)勢，因為后者深陷各種專利的泥淖中。開源的生產(chǎn)模式促進了3D打印行業(yè)的指數(shù)式的增長。3D打印的生產(chǎn)過程與第一、第二次工業(yè)革命的生產(chǎn)過程在組織形式上完全不同。傳統(tǒng)的工廠生產(chǎn)是一個去除的過程。首先，原材料被切割開來，然后進行篩選，最后通過組裝形成成品。在這個過程中，出現(xiàn)了大量的原材料浪費，而這些浪費的部分再也無法成為成品的一部分。相比之下，三維打印是一個添加的信息化生產(chǎn)過程。被熔化的材料在軟件的指揮下一層一層地被打印出來，最終形成一個完整的產(chǎn)品。添加式的信息化生產(chǎn)過程生產(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打印機就獲得了效率和生產(chǎn)力方面的顯著優(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間。有了3D打印機，客戶可以單獨定制一件產(chǎn)品，也可以批量定制，而且價格更低。中心式的工廠，由于是資本集約型的規(guī)模經(jīng)濟，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)10萬件同類產(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(xiàn)場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)開始以區(qū)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)濟模式中，市場成本也會大幅下降。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)的銷售范圍。在第三次工業(yè)革命中，世界上任何地方的一個小小的3D打印活動都可以在不斷增多的互聯(lián)網(wǎng)市場中推銷信息化生產(chǎn)的產(chǎn)品，同時邊際成本接近于零。像歐盟一樣，中國也在3D打印的發(fā)展中起著領頭的作用。北京航空航天大學正在使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)火箭和衛(wèi)星使用的復雜零件。另外一家中國的公司——盈創(chuàng)，2014年使用廉價的回收材料在24小時內(nèi)建造了10所房子。這些房子的建造幾乎不需要人工勞動，每間房子的造價都不到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(shù)以百萬計的廉價房成為可能。太爾時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先3D打印機公司進行著激烈的競爭，希望在未來能夠占據(jù)大部分的全球市場。歐盟和中國的大多數(shù)全球生產(chǎn)企業(yè)都會繼續(xù)興旺下去，但必然會因制造活動的這種擴散而經(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)。歐洲和中國的制造業(yè)巨頭將會越來越多地與新一代的中小型3D打印企業(yè)通過合作網(wǎng)絡開展合作。雖然大多數(shù)的生產(chǎn)工作將會由效率和產(chǎn)量更高的中小型企業(yè)完成，但是大型企業(yè)會越來越多地從聚集、整合以及管理產(chǎn)品的銷售和分配中尋找利益點。物聯(lián)網(wǎng)平臺點對點的特點允許數(shù)以百萬計的截然不同的參與者——中小型企業(yè)、社會企業(yè)以及個人——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。這種模式會讓第二次工業(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(diào)的一點，第二次工業(yè)革命向第三次工業(yè)革命的過渡不會一夜之間一蹴而就，而是需要三十到四十年的時間。很多今天的跨國公司會成功地管控好這種過渡，方法是通過采納第三次工業(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。在未來的歲月中，不同于在縱向一體化的市場中銷售零散的產(chǎn)品和服務，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)絡中發(fā)現(xiàn)并獲得更多的價值。里夫金：自動化交通和物流互聯(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，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)能否實現(xiàn)？帶著這個疑問，記者對里夫金進行專訪。在里夫金看來，自動化交通和物流互聯(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)展自動化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)成為可能。而自動化交通和物流互聯(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)濟模式下的產(chǎn)品進行管理、提供動力和運輸。他告訴記者，自動化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)由四大基礎支柱構(gòu)成。這四大基礎支柱和能源互聯(lián)網(wǎng)的類似，也必須同步部署方能使系統(tǒng)有效運轉(zhuǎn)?！笆紫?，各地都要建造充電站，使各種車輛能夠得到動力補給或者將富余電力回輸給基礎電網(wǎng)?！崩锓蚪鹫f：“中國在電動汽車銷售方面居于世界前列。2014年中國售出了30多萬輛迷你電動汽車。而在2016年到2020年的十三五期間，電動汽車的銷量預計會急劇攀升。這段時期，政府將會為這個產(chǎn)業(yè)出臺條件誘人的鼓勵發(fā)展措施，為汽車購買者提供大量的購車補貼。此舉將使得中國成為實現(xiàn)內(nèi)燃機動力汽車向電動汽車轉(zhuǎn)化的先驅(qū)者?！薄暗诙?，物流網(wǎng)絡中的設備需要安裝傳感器，以便工廠、倉庫、批發(fā)商、零售商以及終端用戶都能夠獲得實時的物流動態(tài)。”里夫金繼續(xù)說道：“第三，任何物理屬性產(chǎn)品的存儲和轉(zhuǎn)移都需要進行標準化管理，從而使之能夠有效地被傳遞到任何節(jié)點，能夠沿著任何通道進行運輸，就像信息在萬維網(wǎng)上一樣，能夠在物流系統(tǒng)中輕松高效地傳輸?！钡谒模锓蚪鹧a充說，物流通道上所有的操作站都需要匯聚到協(xié)作的網(wǎng)絡中，使它們?nèi)坑杏玫臇|西都進入到一個共享的物流空間，利用橫向的分散式經(jīng)濟結(jié)構(gòu)來優(yōu)化貨物的運輸。比如說，成千上萬的倉庫和物流中心可以建立合作社來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進行卸貨和裝貨。他告訴記者，物流網(wǎng)的平臺會提供貨物裝載和運輸時間表、天氣情況、交通情況等與物流有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，以及始發(fā)地到目的地沿途的倉儲容量的最新信息。自動匹配功能將會使用大數(shù)據(jù)和分析方法開發(fā)出算法和應用來優(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大幅地提高勞動效率。“到2025年，道路、鐵路以及水路至少會有一部分的貨物運輸由無人駕駛的電動或者燃料電池運輸工具承擔，這些運輸工具的動力來自于近乎零邊際成本的可再生能源，而其操作則是通過愈發(fā)復雜的分析方法和算法進行的。通過一個智能的自動化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)，無人駕駛的交通工具還會提高生產(chǎn)力，將運輸?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，長遠看來，人們從開自己的車出行向借助于智能道路系統(tǒng)上的無人駕駛車輛出行的轉(zhuǎn)變，將會從根本上改變交通領域的商業(yè)模式。雖然世界上的大型汽車生產(chǎn)廠商在未來的30年間將會減少汽車生產(chǎn)，但是他們可能會對自己進行重新定位，成為全球自動化交通和物流互聯(lián)網(wǎng)上的管理者，對出行服務和物流進行管理。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)基礎設施的中樞。這一新的數(shù)字化平臺從根本上改變了我們管理和從事經(jīng)濟活動的方式。數(shù)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(gòu)社會生產(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(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國。在這一過程中，智能制造是主攻方向，也是從制造大國轉(zhuǎn)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、國務院總理李克強主持國務院專題講座，討論加快發(fā)展先進制造與3D打印，開講人是中國工程院院士、西安交通大學機械工程學院院長盧秉恒。在進入“工業(yè)4.0”時代的今天，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，勞動變成機器化，體力、畜力勞動讓機器代替，從手工業(yè)作坊變成工業(yè)化生產(chǎn)。第二次工業(yè)革命，有了電磁場理論，人們發(fā)明了電動機，可以用電力提供動力，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入各種領域。從數(shù)控機床發(fā)展到智能機床，生產(chǎn)線也是智能的，可以監(jiān)控制造過程，發(fā)現(xiàn)有問題可以更換刀具、調(diào)整機床。信息化可以把人們的消費需求集中起來，做個性化設計，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)+”的概念是非常適時的。記者：近年來，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)個性化的產(chǎn)品。三是材料節(jié)約型制造，這在航空航天領域表現(xiàn)明顯，社會價值也比較大。四是用3D打印的觀點對我們現(xiàn)有的產(chǎn)品、裝備進行再設計，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打印進行再制造，對某些器件進行修復。如以前飛機發(fā)動機葉片磨損了只能整臺發(fā)動機報廢，現(xiàn)在可以用3D打印進行修復，花費很少的材料與工時，使昂貴的發(fā)動機再生。3D打印是比較符合工業(yè)4.0特征，一是3D打印通過計算機可以把制造過程控制到零件結(jié)構(gòu)的每一個點；二是自動化制造過程中沒有中間障礙。目前，在CAD、CAM、數(shù)控加工的制造過程中，存在自動化孤島。把圖紙變成驅(qū)動數(shù)控的程序，首先要對制造產(chǎn)品有工序過程設計，毛坯從哪里來，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門知識，這一系列的路徑排列組合，讓人們陷入困惑，實現(xiàn)自動化的CAPP是很難的。從863計劃開始，我們要做計算機輔助工藝過程設計(CAPP)，直到現(xiàn)在也沒有這樣商業(yè)化的軟件，因為問題太復雜了、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打印把這些工序過程變成了一個過程，其數(shù)據(jù)格式是統(tǒng)一的，不存在CAPP自動化、智能化的瓶頸。3D打印消除了自動化孤島，最能體現(xiàn)“工業(yè)4.0”的特點。記者：在“工業(yè)4.0”時代，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)在我們到了信息時代，信息對我們的生活對制造業(yè)會產(chǎn)生重大影響，因此我們要把物理系統(tǒng)各個數(shù)據(jù)接口做好，符合標準。這樣一來，我們在自動化、智能化的推進過程中就沒有障礙和孤島了。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?nèi)藗兊纳詈凸ぷ髂Ｊ?，人們以后可以不在商場挑商品，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)客進行設計，然后分包組織生產(chǎn)，再進行物理配送。如此一來，它使社會生產(chǎn)模式發(fā)生了變化，給創(chuàng)新帶來更大的空間。人們不再受單位的約束，設計師可能就是自由職業(yè)者，這使得社會生產(chǎn)的組織模式、社會生活的模式發(fā)生很大變化。今天你可以設計飛機，明天可以設計時裝。個人的創(chuàng)新能力可以最大程度地得到發(fā)揮，形成一個真正創(chuàng)新型社會。隨著個性化消費時代的到來，大批量的生產(chǎn)如果設計出現(xiàn)偏差，產(chǎn)銷不對路，就賣不出去造成浪費?，F(xiàn)在海爾跟用戶一起設計，體現(xiàn)用戶需求，這個產(chǎn)品肯定是用戶需求的。個性化、定制化變成可能，是因為信息化提供了個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？未來進一步發(fā)展還面臨哪些瓶頸？盧秉恒