2013年3D打印對(duì)制造業(yè)的影響探析
http://m.hxud.cn 2013-03-22 10:57 中企顧問(wèn)網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：在欠柔性生產(chǎn)條件下，企業(yè)產(chǎn)出與市場(chǎng)需求不匹配導(dǎo)致的綜合成本的增加。同時(shí)，生產(chǎn)柔性的欠缺也表現(xiàn)為企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新周期過(guò)長(zhǎng)，成本太高，導(dǎo)致長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力下降。
一、有望創(chuàng)造以“個(gè)體創(chuàng)意+社區(qū)共建+云制造”為代表的新的商業(yè)模式
由于3D打印對(duì)于制造流程的簡(jiǎn)化和數(shù)字化程度的提升，生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)加工部分基本實(shí)現(xiàn)了的后臺(tái)化處理。這樣一來(lái)，制造技術(shù)在應(yīng)用層面的門(mén)檻被降低，從而使非專業(yè)人員同樣可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造，激發(fā)更多地個(gè)性化設(shè)計(jì)。同時(shí)，借助網(wǎng)絡(luò)社區(qū)平臺(tái)的信息共享和交易功能，將個(gè)體創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為可以創(chuàng)造盈利的實(shí)際產(chǎn)品，打開(kāi)了專業(yè)制造向個(gè)人制造轉(zhuǎn)化的大門(mén)。
二、影響傳統(tǒng)制造企業(yè)的生產(chǎn)方式
基于這一技術(shù)的應(yīng)用，微觀企業(yè)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)多元化需求和不確定性的柔性生產(chǎn)能力將會(huì)進(jìn)一步提高。在經(jīng)歷了以福特為代表的標(biāo)準(zhǔn)化制造，和以豐田為代表的精益生產(chǎn)（LeanProduction）之后，制造企業(yè)在未來(lái)可能會(huì)步入自由格式生產(chǎn)（FreedomFabrication）的階段。在制造業(yè)整體有望經(jīng)歷一次從量化生產(chǎn)（MassProduction）到量化定制（MassCustomization）的轉(zhuǎn)變。
“自由格式制造”將給企業(yè)生產(chǎn)柔性帶來(lái)新的飛躍
柔性生產(chǎn)的價(jià)值在于高效率應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的多樣性和變化
生產(chǎn)的柔性程度，即企業(yè)動(dòng)態(tài)適應(yīng)市場(chǎng)需求變化的能力。表現(xiàn)為兩個(gè)維度：1）根據(jù)市場(chǎng)短期需求變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的能力；2）高效的產(chǎn)品創(chuàng)新能力。
市場(chǎng)需求的快速變化，個(gè)性化需求擴(kuò)張，使得單一產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短。這些因素的存在需要產(chǎn)品生產(chǎn)必須緊跟市場(chǎng)變化進(jìn)行調(diào)整和應(yīng)對(duì)。企業(yè)在規(guī)模經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)和滿足多樣、多變化需求帶來(lái)的超額收益中尋求平衡。而在不確定性已成為常態(tài)的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)中，企業(yè)面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)和成本在于與市場(chǎng)需求不匹配產(chǎn)品產(chǎn)出帶來(lái)的資本運(yùn)營(yíng)效率的降低。
欠柔性生產(chǎn)條件下企業(yè)綜合成本的增加
在欠柔性生產(chǎn)條件下，企業(yè)產(chǎn)出與市場(chǎng)需求不匹配導(dǎo)致的綜合成本的增加。同時(shí)，生產(chǎn)柔性的欠缺也表現(xiàn)為企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新周期過(guò)長(zhǎng)，成本太高，導(dǎo)致長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力下降。
在應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的多樣化和多變化的過(guò)程中，現(xiàn)代制造經(jīng)濟(jì)經(jīng)歷了一次生產(chǎn)方式的變革，從福特制的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅K化為核心特點(diǎn)的精益生產(chǎn)。
福特制生產(chǎn)與精益化生產(chǎn)示意比較
從圖中我們可以理解精益生產(chǎn)如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化。在福特制標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的條件下，為實(shí)現(xiàn)最大限度的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，設(shè)備的專用性極強(qiáng)，生產(chǎn)流程的技術(shù)環(huán)節(jié)被完全固定化，任意環(huán)節(jié)的改變都需要其他環(huán)節(jié)作出相應(yīng)的調(diào)整才能保證產(chǎn)線的正常運(yùn)行。這種生產(chǎn)方式無(wú)疑適合于單一化大規(guī)模的市場(chǎng)需求環(huán)境。
精益生產(chǎn)將整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)拆分，模塊之間技術(shù)關(guān)系被相對(duì)固定下來(lái)，但模塊內(nèi)部可以存在多種變化，以變化組合形式的多樣性來(lái)滿足需求的多樣化。生產(chǎn)通過(guò)快速調(diào)整模塊之間的變化組合來(lái)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)品需求結(jié)構(gòu)的變化。由于模塊之間的技術(shù)關(guān)系相對(duì)固定，模塊組件之間的組裝可以實(shí)現(xiàn)較高程度的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)模經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，單個(gè)模塊的角色可以由一個(gè)或多個(gè)企業(yè)承擔(dān)，模塊中的單一組件仍然可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
同時(shí)，由于單一模塊內(nèi)部的創(chuàng)新，不會(huì)影響模塊間的技術(shù)關(guān)系，同時(shí)又可以給最終商品帶來(lái)性能上的改變。因此，相對(duì)于福特制標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式，局部創(chuàng)新在精益生產(chǎn)條件下更容易實(shí)現(xiàn)。美國(guó)MIT汽車項(xiàng)目研究小組研究表明，與大規(guī)模生產(chǎn)相比，豐田的精益生產(chǎn)方式僅使用一半的人力資源，一半的制造空間，一半的設(shè)備投資和創(chuàng)新時(shí)間，卻實(shí)現(xiàn)了不足一半的庫(kù)存和更多樣化的產(chǎn)品。
3D打印提高生產(chǎn)柔性，打造自由格式制造
3D打印對(duì)生產(chǎn)柔性程度的提升，主要通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備通用化水平的大幅提高來(lái)實(shí)現(xiàn)。即同一臺(tái)設(shè)備可以以較低成本實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品加工的切換。設(shè)備通用化水平的高低，一方面表現(xiàn)為設(shè)備可容納的不同產(chǎn)品種類的多少，另一方面表現(xiàn)為不同產(chǎn)品間生產(chǎn)切換時(shí)所帶來(lái)成本的大小。
以豐田為代表的精益生產(chǎn)相對(duì)于福特標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的柔性程度有明顯的提升。但這種生產(chǎn)方式仍然存在著較大的局限性：1）產(chǎn)品多樣化的局限性：通過(guò)模塊間組合來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化會(huì)受制于每個(gè)模塊內(nèi)部組件有限的變化形式。出于規(guī)模經(jīng)濟(jì)和加工可能性的考慮，很多市場(chǎng)需要的組件會(huì)被排除在企業(yè)生產(chǎn)可能性之外。2）創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)速度的局限性：以局部帶動(dòng)整體變化是精益生產(chǎn)的創(chuàng)新的核心，但就模塊內(nèi)部的單一組件而言，生產(chǎn)的技術(shù)流程仍然較為固定，任意形式的改變可能都意味著需要流程再造和新的加工設(shè)備的投入。改變?cè)酱螅度朐O(shè)備的成本也越高，失敗所需要承受的“沉沒(méi)成本”也越高。由于這一原因，很多企業(yè)通過(guò)降低設(shè)備的自動(dòng)化水平，使用半自動(dòng)化或手工工具來(lái)提高設(shè)備通用水平。本質(zhì)上是犧牲制造速度來(lái)?yè)Q取生產(chǎn)柔性的提高：降低轉(zhuǎn)產(chǎn)和創(chuàng)新的成本。
3D打印設(shè)備的出現(xiàn)在很大程度上消除了這些局限性。由于這一技術(shù)的特點(diǎn)：可以在成本幾乎不變的條件下，實(shí)現(xiàn)任意幾何結(jié)構(gòu)的變化形式。因此，就部件的幾何結(jié)構(gòu)而言，3D打印技術(shù)將每個(gè)模塊內(nèi)部可能的變化無(wú)限增多了。從而提高了產(chǎn)品的多樣化程度。而最具革命的意義在于：在一些制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)，無(wú)需使用模塊組件的制造思路，通過(guò)一次成型即可以直接實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的多樣化。從而顛覆精益生產(chǎn)，走向自由格式制造的生產(chǎn)階段。
3D打印提高了產(chǎn)品創(chuàng)新速度，降低了創(chuàng)新成本。由于3D打印設(shè)備較高的通用化水平和數(shù)字化程度，只需修改設(shè)計(jì)，改變制造程序，而無(wú)需額外添加設(shè)備就可以新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或者零部件的制造。此外，從創(chuàng)新設(shè)計(jì)到推向市場(chǎng)，時(shí)間價(jià)值無(wú)疑是一個(gè)十分重要的因素，3D打印技術(shù)以數(shù)字化制造，快速成型的工藝特點(diǎn)，可以大量節(jié)省研發(fā)者制造的時(shí)間，加速設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)的速度。
三種生產(chǎn)方式的比較
福特制標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn) | 精益生產(chǎn) | 自由格式制造 | |
市場(chǎng)條件 | 需求規(guī)模大、穩(wěn)定、單一可預(yù)測(cè)；賣方市場(chǎng) | 需求規(guī)模的不確定性，多樣性，不可預(yù)測(cè)；買方市場(chǎng) | 需求規(guī)模不確定，定制化需求比例上升，不可預(yù)測(cè)，買方市場(chǎng) |
技術(shù)基礎(chǔ) | 嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化零部件；專用化技術(shù)和設(shè)備；固定的工業(yè)流程 | 使用模塊化組件，模塊之間技術(shù)邏輯相對(duì)固定，設(shè)備通用性提高 | 使用以3D打印為代表的高通用型設(shè)備，結(jié)合模塊化生產(chǎn)方式 |
生產(chǎn)過(guò)程 | 以規(guī)模經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)，同類產(chǎn)品大批量生產(chǎn)；大量緩沖庫(kù)存 | 以范圍經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)，同類產(chǎn)品小批量生產(chǎn)，差異性和彈性自動(dòng)化，較少庫(kù)存 | 以量化定制生產(chǎn)為特點(diǎn)，產(chǎn)品個(gè)性化較強(qiáng)，幾乎沒(méi)有庫(kù)存 |
勞動(dòng)管理 | 流水線作業(yè)，簡(jiǎn)單的重復(fù)勞動(dòng)，技術(shù)單一 | 多種技能合一的專業(yè)化工作，長(zhǎng)期技術(shù)培訓(xùn) | 高頻率創(chuàng)意的設(shè)計(jì)工作與開(kāi)源制造相結(jié)合；消費(fèi)與生產(chǎn)者界限的模糊化 |
組織結(jié)構(gòu) | 高度縱向一體化；大企業(yè) | 縱向分離，網(wǎng)絡(luò)化組織 | 網(wǎng)絡(luò)化組織 |
創(chuàng)新模式 | 突破性創(chuàng)新，創(chuàng)新與生產(chǎn)分離；較少的過(guò)程創(chuàng)新，忽視客戶需求，高成本，長(zhǎng)周期 | 漸進(jìn)性創(chuàng)新，創(chuàng)新與生產(chǎn)相結(jié)合；頻繁的過(guò)程創(chuàng)新，滿足客戶需求；低成本，短周期 | 漸進(jìn)性創(chuàng)新，創(chuàng)新與生產(chǎn)分離，頻繁的原型設(shè)計(jì)創(chuàng)新，滿足個(gè)性化需要，低成本，短周期 |
運(yùn)行模式 | 單品種、大批量、大規(guī)模、低成本、低價(jià)格 | 多品種，小批量、大規(guī)模、低成本、高價(jià)值而低價(jià)格 | 多品種，定制化，大規(guī)模，低成本 |
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3D打印或引發(fā)個(gè)體創(chuàng)新浪潮，成就新的制造業(yè)模式
“長(zhǎng)尾理論”始作于美國(guó)《連線》雜志主編克里斯•安德森。它的含義是指：市場(chǎng)中的大多數(shù)企業(yè)為追求生產(chǎn)與流通的規(guī)模效應(yīng)，將供給定位于市場(chǎng)中的主流產(chǎn)品。而很多滿足個(gè)性化需求的“冷門(mén)商品”則被忽視。這些產(chǎn)品市場(chǎng)細(xì)分程度較高，且種類繁多，潛在市場(chǎng)規(guī)模的總量足可與主流市場(chǎng)匹敵，而且利潤(rùn)豐厚。就像需求分布曲線中厚厚的長(zhǎng)尾，這無(wú)數(shù)個(gè)高度細(xì)分的小市場(chǎng)被稱之為利基市場(chǎng)（nichemarket）。高效率滿足利基市場(chǎng)需求，以攫取商品長(zhǎng)尾效應(yīng)中的價(jià)值是未來(lái)實(shí)體商業(yè)模式發(fā)展的一種方向。而隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，個(gè)性化設(shè)計(jì)到制造的過(guò)程被大幅度簡(jiǎn)化，以個(gè)體化創(chuàng)意到網(wǎng)路平臺(tái)化設(shè)計(jì)制造的商業(yè)模式將會(huì)得到有力的促進(jìn)。
長(zhǎng)尾效應(yīng)模型
比特與原子的自由結(jié)合即將開(kāi)始
曾幾何時(shí)，我們使用Photoshop，F(xiàn)lash等軟件設(shè)計(jì)和制作各種的電子圖片、動(dòng)畫(huà)影像。盡管不具備專業(yè)的繪畫(huà)和影像技術(shù)，也不了解這些軟件的背后的程序邏輯，但并不妨礙我們實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)和想法。之所以如此，是因?yàn)檐浖_(kāi)發(fā)者已經(jīng)將我們無(wú)法掌握的技術(shù)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)為計(jì)算機(jī)后臺(tái)的處理程序；而我們面對(duì)的是一個(gè)簡(jiǎn)易化的操作界面，只需要調(diào)動(dòng)相應(yīng)的功能即可以實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)想法。類似的功能軟件在虛擬世界中司空見(jiàn)慣，可見(jiàn)，在比特（bite）的世界中，我們?cè)缫褜?shí)現(xiàn)了完全意義上的個(gè)人制造。
同樣，3D打印設(shè)備基于同樣的思想：將非專業(yè)人員無(wú)法掌握制造技術(shù)納入后臺(tái)處理的范圍；生產(chǎn)者可以只關(guān)注于前端設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)最終制造。這相當(dāng)于在虛擬化的設(shè)計(jì)和現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)世界中建立了一個(gè)通用的轉(zhuǎn)化平臺(tái)。改變了之前受制于專業(yè)加工技術(shù)的高壁壘而無(wú)法在物質(zhì)世界中實(shí)現(xiàn)個(gè)人制造的窘境。在這一過(guò)程中：創(chuàng)新與實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中分離，在制作環(huán)節(jié)中結(jié)合，比特世界中的設(shè)計(jì)與原子世界中的制造，二者的自由結(jié)合或從此開(kāi)始。
個(gè)體創(chuàng)意借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或?qū)崿F(xiàn)新的制造業(yè)模式
在比特世界中，我們擁有迪士尼，夢(mèng)工場(chǎng)這種標(biāo)志性企業(yè)；但就整個(gè)動(dòng)畫(huà)影像產(chǎn)業(yè)而言，這類企業(yè)的比重并不占據(jù)主導(dǎo)。網(wǎng)絡(luò)中充斥著大量個(gè)人制作的動(dòng)畫(huà)影像；這些創(chuàng)作者或是小微企業(yè)，或是自然個(gè)體。他們的制作或許還未進(jìn)入大眾流行的領(lǐng)域，但仍然有其自身的利基市場(chǎng)。這就像軟件領(lǐng)域中的微軟，和Appstore中眾多創(chuàng)意軟件開(kāi)發(fā)者的關(guān)系。
比特世界中之所以形成這樣的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)模式，可能源于兩個(gè)方面的原因：1）通用化的數(shù)字格式為交流和創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。無(wú)論是功能軟件、動(dòng)畫(huà)或是游戲，它們都是基于通用化的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，或程序語(yǔ)言而開(kāi)發(fā)制作，可以使用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字格式進(jìn)行定義，方便制作者之間或是與使用者在網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行交流，修改并開(kāi)發(fā)個(gè)性化的衍生產(chǎn)品。這種創(chuàng)新模式迸發(fā)出的潛力顯然不是專業(yè)化的大企業(yè)可以企及的；2）多樣化的人力資源需求。這種生產(chǎn)模式最大的成本是人力資源，而企業(yè)的人力資源管理模式，運(yùn)行成本顯然高于網(wǎng)絡(luò)社區(qū)化的平臺(tái)。為發(fā)揮人力資本的規(guī)模效應(yīng)，大企業(yè)一般會(huì)專注于市場(chǎng)規(guī)模較大的子領(lǐng)域。留下的是豐富的利基市場(chǎng)。
同樣的道理，如果物質(zhì)世界也可以使用通用數(shù)字格式進(jìn)行編碼，那么意味著以企業(yè)為主導(dǎo)的創(chuàng)新模式和生產(chǎn)模式在制造業(yè)領(lǐng)域或許也將發(fā)生改變。從現(xiàn)階段的CADmodel，以及可被3D打印設(shè)備識(shí)別的STL、OBJ、VRML、DXF、PLY等文件格式的發(fā)展中，我們已經(jīng)看到了這種可能。這些文件可以在網(wǎng)絡(luò)上被自由傳輸，修改和再創(chuàng)造。而與比特世界唯一不同的是，制造領(lǐng)域的最終產(chǎn)品需要以一個(gè)物質(zhì)化的形式出現(xiàn)。而將“設(shè)計(jì)編碼”轉(zhuǎn)化為物質(zhì)產(chǎn)品的便是3D打印機(jī)。
通用化的制造程序文件和軟件平臺(tái)成就了個(gè)體交流的基礎(chǔ)，同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)的力量；我們認(rèn)為：設(shè)計(jì)群體，消費(fèi)群體，3D打印服務(wù)的提供商，以及交互平臺(tái)的提供者，有望共同為制造行業(yè)創(chuàng)造一種新的商業(yè)模式：個(gè)人創(chuàng)意、社區(qū)開(kāi)源設(shè)計(jì)和“云制造”（cloudmanufacture）的結(jié)合。
基于3D技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的新的制造業(yè)模式
如圖所示：一、個(gè)體創(chuàng)意提交到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，供大家探討。討論主要設(shè)計(jì)兩方面的問(wèn)題：設(shè)計(jì)的可行性和市場(chǎng)的需求。二、經(jīng)過(guò)討論如果可行，會(huì)形成較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)草案。為進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)品制造研發(fā)，個(gè)人可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)募集資金。三、募集成功后，產(chǎn)品立項(xiàng)，進(jìn)入研發(fā)階段。研發(fā)過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題可以借助平臺(tái)的技術(shù)服務(wù)來(lái)找尋解決方案。四、產(chǎn)品研發(fā)成功后，可借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)尋找打印服務(wù)商，進(jìn)行打印制造。由于制造設(shè)備是通用的，只需要制造程序和標(biāo)準(zhǔn)材料既可以生產(chǎn)；因此，這一過(guò)程可以通過(guò)“云制造”來(lái)顯現(xiàn)。五、最終通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的交易功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售。 在這一商業(yè)模式中，個(gè)體創(chuàng)意借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中的5大功能模塊和與網(wǎng)絡(luò)存在邏輯聯(lián)系的打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)意到盈利的轉(zhuǎn)化。而與傳統(tǒng)制造企業(yè)不同的是：無(wú)需廠房建設(shè)，人員雇傭等大量的前期投入。更為重要的是：開(kāi)源設(shè)計(jì)的方式使得產(chǎn)品創(chuàng)造過(guò)程中的人力資源使用范圍更廣，成本更低。從而降低了創(chuàng)新的整體成本。
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