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[转载]经济学人:3D打印机带来第三次工业革命

(2012-09-03 23:36:13)
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分类: 他山之石

近期出版的英国 《经济学人》杂志(2012年4月21日)专题论述了当今全球范围内工业领域正在经历的第三次革命 (the third industrial revolution),即数字化革命。一系列新技术的发明和运用,让数字化革命正在我们身边发生——软件更加智能,机器人更加巧手,网络服务更加便捷。与以往历次工业革命一样,第三次工业革命也会对制造业的发展带来巨大影响,它将改变制造商品的方式,并改变就业的格局。第三次工业革命意义何在?其对制造业发展会产生什么影响?现将此文编译后略作删减加以刊登,以飨读者。

 

法兰克福会展中心是德国无数个贸易展览会的举办地。在这座造型不规则的会展中心外面,矗立着一座高21米的活动雕像——敲锤人。这个敲锤人手持锤子,稳稳地抬起、落下胳膊,锻打一块金属块。这座雕像的作者乔纳森·博罗夫斯基称,工人运用自己的大脑和双手创造我们生活的世界。这种故事人所尽知。不过劳动工具正在发生显著变化,将会改变未来的制造业。

 

欧洲模具展是法兰克福大型商贸展中的一个展会。它展出了能够制造产品原型的设备,以及可将上述设备投入生产的工具。传统的工程师使用车床、钻头、冲压机和制模机工作。欧洲模具展上的设备虽由身着工装裤的工人操纵,但却一改传统油腻不堪的形象。每一个展厅摆满了发出清脆爽利声响的、高度自动化的机械工具,它们来自美国、亚洲和欧洲。操作这些设备的男男女女大多坐在计算机屏幕前。你在这里根本找不到一个锤子。

 

在沙漠中央工作的工程师发现自己缺少某件工具,他不必再让人从离他最近的城市送来,只要简单地下载工具设计图,然后把工具“打印”出来即可。“添加型制造”只是引领未来制造业的众多突破之一。

 

最近的一届欧洲模具展于2011年11月举行,展出了一种新设备——3D打印机。 3D打印机通过将材料层层电解沉积的方法来生产产品,而不是像以前那样对材料锻打、弯曲、压切。这项工艺被恰如其分地称作 “添加型制造(additivemanufacturing)”。一家名为3D系统的美国公司用3D打印机当场“印制”了一把锤子,这把锤子有整洁的仿木手柄和金属锤头。(注:添加型制造是柔性加工技术,有别于削减型制造硬性加工技术,有利于环保、节能、高效、分布式、个性化、按需生产,将颠覆传统机械和模具制造工艺,及其规模化、集中化工业模式。降低了低端制造人力成本与资本的需求和优势,相应,提高知识型劳动者的地位。将从垄断式、集权式资本主义,向分布式、自由式资本主义过渡,促进信息与人的平等和自由。)

 

这就是未来制造业的发展趋势。你可以找个工厂,让它为你生产一把你自己设计的锤子,而你将为此支付上千美元的费用。这是因为制造者首先要生产一个模具,浇铸锤头,磨平锤头,车削出木质手柄,最后把这些部件装配起来。仅做一把锤子,成本将无比高昂。当然,由于规模经济,如果你生产成千上万把锤子,每个锤子的成本将大大降低。但是,对3D打印机而言,规模经济效应将无足轻重。无论是生产一件产品还是生产机器能容纳的最大量的产品,开动机器的成本都是一样的。这就如同办公室里的二维打印机,无论打印一张信笺还是更多的文件,一直打印到墨盒需要更换、纸张需补充为止,其打印的单位成本总是一样的。

 

3D打印的应用范围之广让人难以置信。助听器和战斗机上科技含量较高的零件已经可以按个性化定制的形状打印出来。供应链的地理格局也将转变。在沙漠中央工作的工程师发现自己缺少某件工具,他不必再让人从离他最近的城市送来,只要简单地下载工具设计图然后把工具“打印”出来即可。工程项目因需要一套工具而被迫中止,顾客抱怨他们再也找不到之前买过的备用零件,这样的日子或许有一天将一去不复返。

 

其他的变化也差不多如此。新型材料比旧材料更轻,强度更大,更耐损耗。从飞机到山地车,碳纤维正在取代钢铁和铝,成为制造这些产品的主要材料。新技术使工程师可以用很小的尺寸塑造物品。纳米技术让产品的功能变强,如止血的绷带、效率更高的引擎和更易清洁的瓷器。因特网让更多的设计师可以合作开发新产品,因此设计的门槛正在降低(注:即分布式工作及商业模式)。当年福特需要花很多钱来建造他那间位于胭脂河(RiverRoug)旁的庞大工厂,而他的现代同行们除了一台笔记本和发明的渴望之外,几乎可以从零开始。

 

就目前的情况而言,尽管像3D打印这样的“添加型制造”尚未达到造出一辆汽车或者一部iPhone手机的程度,但它已被用来生产汽车的个性化部件或者为客户定制iPhone手机内外壳。尽管这是一个相对稚嫩的技术,但大多数人或许已经拥有在3D打印机协助下生产的产品了。它可能是一双鞋子,在批量生产前作为一种设计原型被实体印制出来。它或许是一部助听器,为个人定制以适合使用者的耳型。它甚至有可能是件首饰,由3D打印机浇铸成型或者采用越来越多的可打印材料直接做成。

“添加型制造”只是引领未来制造业的众多突破之一,传统生产设备正变得更智能化,更具柔性。大众汽车公司已经推出了一项全新的生产战略——横置发动机模块化平台,简称MQB。通过对某些部件如发动机挂接点的参数实施标准化,这家德国汽车制造商有望在同一条生产线上生产所有的模件。今年,大众汽车公司已经引进了这项工艺,且进展迅速,十年之内将有更多新车型面世。最终它将使美国、欧洲和中国的分厂能够根据当地市场的要求生产本土化的车辆。

 

随着直接从事制造行业的人数的减少,劳动力成本在整个生产成本中的比例也将随之下降。这将鼓励制造商将一部分制造行业迁回发达国家。(注:发达国家的靠知识和先进制造技术,将重新颠覆发展中国家的廉价、低环保制造业优势。对中国,是机遇,也是危机。)

 

由于自动化的铣床能够互换部件,进行多维切割,能够“感知”故障,再加上装有视觉和其他知觉系统的机器人,工厂的生产效率可以大幅度提升。日产汽车位于英国桑德兰的工厂建于1986年,目前是欧洲生产效率最高的汽车厂之一。1999年,它雇佣4594名员工,共生产了271157辆汽车。2011年,该厂制造了480485辆汽车,是英国产量最高的汽车厂,而它的员工只有5462名。

 

劳斯莱斯是英国的一家企业,它生产喷气式飞机的发动机和其他动力系统,其工程与技术部门主任科林·史密斯称,“我们不能指望使用过时的手动工具生产现代化的部件,厂大人多的时代已经一去不复返了”。

 

随着直接从事制造行业的人数的减少,劳动力成本在整个生产成本中的比例也将随之下降。这将鼓励制造商将一部分制造行业迁回发达国家,因为新技术使得制造商能更快地适应当地市场需求的变化,而且成本更为低廉。

 

产品制造的原材料也在发生变化。例如,不管是山地自行车还是大型客机的生产,碳纤维复合材料正在逐步取代钢铁和铝。再过些时日,甚至连制造设备都有可能不再是机器了,而是由经过基因工程改造后的微生物来完成。

 

未来工厂的一切都将由智能软件操纵。制造行业的数字化将会跟已经完成数字化的其他产业一样,产生断裂效应(disruptive effect)。这些已经完成数字化的产业包括办公设备、电信、摄影、音乐、出版和电影等行业。这种效应将不会局限在大型制造商中间。事实上,这些大企业应当未雨绸缪,因为这种即将完成的技术将会使中小企业甚至个体企业家变得更具有竞争力。产品创新将会更为容易,成本更低。提供3D打印和类似于脸谱(Facebook)的其他生产服务的社区已经在网上兴起——这是一种新的现象,可以称之为社会化生产

 

生产方式像个轮子一样兜了个圈又回到了原点,从大规模生产方式又转到了更加个性化的生产方式。未来的工厂将更关注个性化定制以上所有变革的结果将促成第三次工业革命。由于采用了新材料全新的生产工艺易操作的机器人,以及在线制造协作服务的普及,制造业小批量生产变得更加划算,生产组织更加灵活,劳动投入更少。生产方式像个轮子一样兜了个圈又回到了原点,从大规模生产方式又转到了更加个性化的生产方式。这一转变反过来将会把制造业的某些就业岗位带回发达国家,这些工作岗位一度被发达国家丢弃至新兴世界。

 

第一次工业革命始于18世纪晚期英国的纺织业机械化。在工业革命以前,纺织业工作种类繁杂,需要许多工人在数百间纺织工坊里面手工完成,后来工作都集中到一间纺织厂里面,工厂就这样诞生了。第二次工业革命始于 20世纪早期,那时候亨利·福特发明了装配流水线,迎来了大规模生产的时代。前两次工业革命让人们更加富裕,同时使得人口更加向城市集中。现在第三次工业革命正在展开,制造业正往数字化的方向发展。这次革命不仅将改变商业,还将改变除商业外的许多行业。

 

一些令人注目的科学技术正走入公众视线,如智能软件、新型材料、更灵敏的机器人,新型加工(尤其是三维打印)和一系列基于网络的服务。过去的工厂是基于生产大量同一产品这一理念而运作的。正如福特说过一句著名的话,他说买汽车的人可以给车涂上任何他们想要的颜色,只要是黑色就可以。但是生产品种花样更多的小批量产品的成本正在降低,这些产品每项都是按照顾客的奇思妙想定制的。未来的工厂将更关注个性化定制——比起福特的装配生产线,这看起来更像是纺织工人的小屋。

 

这场革命不仅将影响到如何制造产品,还将影响到在哪里制造产品。在未来人们要想从事制造业,需要掌握更多的技能像所有的革命一样,这一场革命将是破坏性的。数码技术将给媒体业和零售业带来巨大的冲击,这就好比纺织厂让手工织布机退出舞台、福特的T型老爷车让蹄铁匠失业那样。许多人看到未来的工厂会感到震惊。未来的工厂不会有积满灰尘的机器,机器边上也不会站着满身是油污穿工装裤的工人。工厂里面的机器将非常干净,而且几乎都是无人看管的。一些汽车制造商比起约十年前,已经能以同样的人力生产两倍数目的汽车。大多数工作将不在工厂现场进行,而是在附近的办公室里面,办公室里满是设计师、工程师、IT专家、物流专家、市场专员和其他领域的专业人员。在未来人们要想从事制造业,需要掌握更多的技能。

 

这场革命不仅将影响到如何制造产品,还将影响到在哪里制造产品。过去,工厂常搬到低工资的国家以降低劳动力成本。但劳动力成本的重要性日渐降低:一台售价499美元的第一代iPad,只有33美元是加工劳动力成本,而最终在中国装配的成本只占8美元。越来越多的国外生产项目迁回发达国家,这不是因为中国工资成本在上升,而是因为这些公司想贴近客户,以更快地应对市场需求的变化。并且,因为一些产品很精密,所以让设计人员和生产人员在同一个地方更有利于沟通。波士顿咨询集团预计,在诸如运输、电脑、金属制品和机械制造等领域,美国有10%—30%的产品从中国进口,而到2020年这些产品全部可以在美国本土制造,使美国出口总值每年增加 200亿到550亿美元。

 

消费者将毫无困难地适应一个产品更好、交货更迅捷的新时代。然而,各国政府要适应这一时代则相对较难。政府会本能地保护现有的行业和企业,对老的工厂给予大量补贴。对于他们认为会盛行起来的新技术,将花费数十亿美元予以支持。他们还持有一种想法,即制造业远比服务业重要,更别提金融业了。然而事实上,制造业与服务业的界限正变得模糊。劳斯莱斯不再卖飞机发动机了,它卖的是每台发动机实际推动飞机在天空飞行的小时数。现在大量的企业家能在网上与那些特立独行的技术怪才交换设计图,然后在家里把它们变成产品,接着把这些产品卖遍全世界。随着这场革命的迅猛发展,政府应该坚持做好一些基础性的事情:提供更好的学校教育以培养高素质的劳动力,对所有企业界定清晰的游戏规则,并为它们提供公平的竞争环境。(注:国家计划主导经济产业政策,将遭遇更多的麻烦,不改变国家主导的追赶型经济发展模式,注定摆脱不了跟在自由创新的发达国家的屁股后面的命运。)

 

 

附:3D打印原理

 

  3D打印是添加剂制造技术的一种形式,在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言,具有速度快,价格便宜,高易用性等优点。

 

  3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备,功能上与激光成型技术一样,采用分层加工、迭加成形,即通过逐层增加材料来生成3D实体,与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。随着这项技术的不断进步,我们已经能够生产出与原型的外观、感觉和功能极为接近的3D模型。

 

  说的简单一点,3D打印是断层扫描的逆过程,断层扫描是把某个东西“切“成无数叠加的片,3D打印就是一片一片的打印,然后叠加到一起,成为一个立体物体。

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