3D打印：社会化制造模式的演化与分析

刘威延　王竹君

[摘 要] 分析了3D打印技术的产生对现有制造模式带来的影响，从组织边界和价值创造过程的角度闡述了3D打印技术带来的变革与创新，并以3D打印为基础构建了社会化网络制造模式框架，讨论了社会化网络制造模式的根本属性及其对组织边界和价值创造过程带来的冲击。

[关键词] 制造模式；价值创造；组织变革；3D打印

[中图分类号] F270 [文献标识码] A [文章编号] 1671-0037（2017）5-19-5

Abstract： This study analyzed the impact of 3-D printing technology on the existing manufacturing mode. It stated the reform and innovation brought by 3-D printing technology from the perspectives of organizational boundary and value creation. It constructed the framework of social network manufacturing mode based on 3-D printing， and discussed its basic attributes and impacts on organizational boundary and value creation.

Key words： manufacturing mode； value creation； organizational reform； 3-D printing

1 引言

3D打印技术可以追溯到20世纪80年代提出的增材制造（Additive Manufacturing）技术等[1]，相对于传统的材料去除（减式制造）技术，3D打印是一种“自下而上”将材料逐层累加的制造方法，其优势在于制造周期短、适合结构复杂的零件生产，在航空航天、机械制造甚至艺术设计等领域发挥了十分显著的作用。英国《经济学人》杂志将3D打印技术称为一种“将与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命” 的颠覆性创新[2]。

虽然3D打印技术在现有的打印材料等因素限制下仍未能大规模应用于日常消费品制造行业，但是值得指出的是，3D打印带来的巨大冲击在于它不仅仅是一项技术，更象征着个性化制造模式的出现，它将使传统的生产制造从大型、复杂、昂贵的工业过程中分离出来，凡是能接上电源的任何计算机都能够成为灵巧的生产工厂[3]，目前的制造格局必将被打破。

然而，现有3D打印的相关研究仍然停留在对3D打印技术概念的介绍和应用领域的推广上[4-5]，3D打印技术的“颠覆性”在制造模式和价值创造过程中的具体展开仍未得到细致阐述[6]，3D打印仅作为一种形式上与以往制造技术有差别的工艺呈现出来[7]，还鲜有研究从商业运作和价值形成角度研究3D打印技术的管理意义，3D打印技术对整个社会的价值创造和流动过程带来的变革途径仍是一个有待深入的课题[8]。本文将通过梳理制造模式的发展历程，分析3D打印技术给制造模式带来的变革以及制造模式的演化路径，并提出基于3D打印技术的社会化制造网络模式，从组织边界和价值创造的角度研究制造模式发生变革和演化的前提与形式，探讨未来制造模式的演化趋势与可能。

2 3D打印技术对制造模式变革的影响

2.1 3D打印技术的历史与管理内涵

3D打印作为一种快速成型技术，在20世纪90年代就已经出现，并逐步应用于航空航天、医疗器械和建筑设计等传统行业。从其原理来看，3D打印技术先天就有三个鲜明的免费特性：一是免费的多样性（Variety is Free），把每个产品做得不同与把它们做成相同之间无成本差异；二是免费的复杂性（Complexity is Free），像打印一个简单塑料方块一样便宜且方便地打印一个具有精巧小组件和繁琐细节的产品；三是免费的柔性（Flexibility is Free），制造一个新产品只是意味着程序的简单改变。而这三个免费特性在传统制造过程中是几乎无法获得的[9]，这就决定了以3D打印技术为基础构建的制造模式——3D打印制造模式——将与现有制造模式完全不同。

应当看到的是，无论是传统制造模式还是服务型制造模式，物料、信息、价值的传递和流动始终没有脱离供应链（网）的框架。以核心企业为枢纽组织起来的供应链都呈现出明显的直线（网）型拓扑结构，区别仅仅在于信息反馈环的构成与否。不管是“推式生产”还是“拉式生产”，物料、信息总按照一个确定的顺序和方向在供应链条中依次流动。各个流程在时间和空间上都有较为明显的界限，任何形式的“再制造”过程对主生产计划的影响都是十分显著的，“柔性”只是一个相对的概念。

而3D打印技术将凭借独具的三个免费特性，彻底颠覆和重构现有制造模式。第一，免费的多样性将顾客个性化需求表达的空间提升至极大。顾客的个性化需求将完全脱离生产设备和生产流程的束缚，并且生产过程在处理不同的顾客需求时产生的成本差异将可以忽略不计。3D打印制造模式为不同的输入提供了统一、标准的处理过程和输出端口，输入的不同将被屏蔽，不为执行生产过程的主体所察觉。第二，免费的复杂性将生产过程对人员素质的要求降至极小。由于3D打印制造过程的封闭性，将不需要人力对制造过程进行辅助作业或直接干预，人力资源的素质所造成的误差将被彻底从制造系统中移除，极大地提高了系统可靠性。第三，免费的柔性将生产系统对需求变化的应对速度提升至极高。3D打印制造过程的中断和重启所需要的时间准备和造成的成本损失与传统制造模式相比均可忽略不计，产品类型的改变只意味着设计程序的改变。这样一个特性使得市场端的需求发生的任何变化都可以“无条件”被制造系统接受，实现“柔性程度无限大”的制造系统。

因此，虽然从技术层面来看3D打印同样经历了几十年的逐步发展，但是3D打印却凭借着独有的三个特性，在模式上即刻颠覆了现有的制造过程。这种改变是一种根本性创新，而非在现有制造模式基础上逐渐积累起来的一种量变，其演化和变革具有“突变”的特性。

2.2 3D打印制对现有制造模式的重构与变革

3D打印技术的实现是以现有机械、工程技术为支撑的，所以3D打印技术不仅颠覆了现有制造模式，同时可以兼容、重构现有制造模式。

首先，不论是传统的“推式生产”还是“拉式生产”，都可以成为3D打印制造系统的构成框架。借助成熟的社交网络，企业可以和顾客进行紧密互动，按照顾客表达的需求组织生产，这是当前3D打印企业组织生产的主要模式，也是“拉式生产”的具体体现。同时，3D打印制造模式并不排斥传统的“推式生产”。3D打印仍然可以大规模打印典型的日用消费品投放市场，并且可以结合延迟策略，在制造过程的末端满足顾客的个性化需求，实现“推式生产”和“拉式生产”结合的模式。更进一步的，3D打印制造模式对输入的处理机制决定了其可以在两种生产模式间任意切换状态，生产计划中的时间顺序变得无关重要，生产流程中的空间界限逐渐消失。

其次，不论是大批量单一品种生产，还是小批量多品种生产，都可以成为3D打印制造系统的实现形式。3D打印制造中批量的大小不受物理模具和生产设备限制，可以通过数字技术即时调整。在3D打印制造模式中，批量大小与成本无关，生产效益与规模经济解耦，这会将企业的资源从库存管理中进一步解放出来。即时制造的特性赋予了3D打印制造模式在备件管理上的先天优势，生产过程中在制品与备件库存可以实现一一对应的关联，繁琐的备件分类、仓储调度将逐渐消失。传统生产模式中应用的生产计划、物料清单等管理工具将从3D打印制造模式中被移除。

3D打印的技术特性使得3D打印制造模式成为一种十分灵活的制造模式，它既可以取代现有的制造模式，又可以作为组成部分替代现有制造模式的某个环节。例如，在航空航天领域，模具设计环节完全由3D打印替代，而生产制造环节仍归属于传统制造过程，这就是3D打印制造模式对传统制造模式的灵活重构。在3D打印制造模式中，顾客的需求直接呈递给生产商，而生产可实现“即时制造”、“本地制造”，快速满足顾客需求，传统的供应链被大大压缩，形成点对点的传递模式，如图1所示。

从价值创造过程上来分析，在以3D打印为基础构建的制造模式中可以看到，在制造模式的演化过程中第一次出现了这样的情景：除消费者以外的其他主体全部退化为“工具”，凭借“工具”的帮助，消费者个体就构成了一个所谓的制造“组织”。消费者第一次成为价值创造过程的组织者和发起者，没有消费者也就不存在价值创造过程。而传统意义上的生产商、供应商等概念将逐步退化，被制造过程屏蔽，不直接与消费者接触。甚至在将来，打印过程高度统一标准化以后，生产功能将由自动打印柜员机（Auto Printing Machine，APM）实现，以原料流动和制造过程为核心组织起来的供应链（网）将不复存在。

3 未来的社会化网络制造模式

3.1 “云制造”与网络化制造模式

高新技术尤其是交通技术和通讯技术的发展极大地缩小了地域的限制，在整个地球范围内，人类的社交网络同时在实体层面上和虚拟层面上迅速编织、铺展开来，人类、物体、信息、资金、技术错综复杂地交织在一起，构成了一个事实上的泛在网络。因此，学者们对未来制造模式的演化与变革也很自然地转移到了网络化的构想与设计上去。

事实上，现有的“云制造”等概念即是一种“网络化”的制造思想。从学者们给出的定义看，云制造融合了现有的互联网、物联网、语义Web、云计算等技术[10]，采用网络化的方法与思想，将各类制造资源和制造能力虚拟化、服务化，通过网络为制造全生命周期过程提供可随时获取的服务。这已经是一种网络化制造模式思维的体现。

然而，“云制造”的概念试图用网络化的思想整合现有制造和服务资源，其实现过程存在诸多需要克服的技术难题。其中最为关键的是如何把不同形式的制造和服务内容转化为统一标准的虚拟内容。而且云制造框架中的任务动态分解与部署、不同制造资源的协同技术以及云用户的管理与评估技术不仅是技术上的障碍[11]，更显得与现有的制造模式形态格格不入。更为重要的，云制造的实现不仅需要突破技术上的难题，更有诸多管理上的障碍。“云制造”本质上来说是一种智能化的柔性制造方式，包括敏捷制造和精益生产的内涵，因此需要对现有制造模式、资源进行再造，这必然会引起一系列的组织变革。然而目前的供应链（网）仍然是以核心企业为中心组织制造过程，这距离“云制造”模式中的“去中心化”、“共享制造资源”、“网络协同”的构想相去甚远。同时还有学者提出，“云制造”将不可避免地触动人事变革以及流程变革[12]，以适应敏捷制造的需要。正像上文总结的，这样的构想如果以现有制造模式为基础，其实现过程是需要付出巨大代价的。

总的来讲，如果云制造等制造模式如果不能脱离传统的“减式制造”范式，繁琐、冗长的制造流程仍将成为网络制造模式发展的阻碍。各种制造模式构想中涉及的响应性指标将很难得到满足。在全球化背景下，制造资源的异地分布使得从“想法”到“产品”的距离进一步加大。当前的制造網络仍然要求核心节点有较强地组织、协调生产过程的能力，而且异质制造网络之间依然有明显的界限，并不能很好地交汇与融合。一个单一的制造网络服务的范围和纳入的节点都是有限的，整个社会的资源节点很难实现自我组织与互联。如果不脱离“减式制造”，要形成制造过程的泛在网络是一个十分困难的过程。

3.2 以3D打印技术为基础的社会化网络制造模式

著名学者王飞跃在研究中给出了“社会化制造”这个概念的定义：社会制造最大的特点就是消费者可以将需求“直接”转化为产品[9]，即任何人都可以通过社会媒体和众包等形式参与产品的设计、制造、营销等过程，并可以分享利润。显然，这样一个定义直接从价值创造的角度重新定义了“消费者”这一角色。在社会化制造中，消费者不仅仅是价值过程的主动参与者，甚至成为价值本身的创造者和分配者这样一个角色。

重新从价值创造的角度来审视，“云制造”的概念仍然强调通过网络虚拟资源，向所谓的消费者“提供”服务，因此，“云制造”仍然是站在传统的制造主体即生产商或供应商等制造资源占有者的角度进行构建的，这样的理念和“社会化制造”并不匹配，所以“云制造”模式仅仅是资源的网络，而不具有社交的功能，所以不能称之为“社会制造网络”。在云制造的概念中，消费者的主导性被忽略，消费者对价值创造过程的掌控权被剥夺，也就很难构建出以人为核心的“社会”属性。

而3D打印技术的三个免费特性恰恰赋予了其社会属性，使之成为构建社会化网络制造模式的最佳凭借。3D打印技术的社会制造能力体现在：（1）免费的多样性使其面向整个社会时，做到了完全的个性化定制能力，足以实现社会群体中所有个体的个性化诉求。（2）免费的复杂性则使其实现了制造过程的经济免费能力，任何个人或组织都可以开展制造过程，制造过程不再拥有进入壁垒。（3）免费的柔性不仅进一步满足了社会群体对于个性化的追求，同时使得制造过程向“实时获取”这一目标迈进，达到“制造即消费”的目的。因此，3D打印技术不仅是一项新型的制造技术，又具有天然的社会属性，以3D打印过程为组成单元，将自然形成一张社会化制造网络。

以3D打印為构造单元形成的制造网络，将有利于整个系统的自组织与增长、扩散。3D打印制造过程内部的高度集成化使得消费者与制造之间的距离大大缩短，消费者与制造过程之间将呈现高度接触、紧密互动的特点。同时，3D打印的特性，如免费的复杂性决定了3D打印制造过程的同一性，不同制造过程之间将存在标准的接口界面，因此制造网络的形成与交汇变得十分容易。如果以3D打印制造取代原有的“减式制造”，以“3D打印制造过程”——“消费者”+“网络社区”为基本构成节点，通过现有的互联网技术，不同的节点之间在信息交换方面将畅通无阻，并且传统“减式制造”模式下的异质制造任务可以在制造网络节点随意交换，完全不因制造过程的异构性而使制造任务受到限制，所有构成节点在网络技术的支持下将自主与邻近节点链接，实现信息的交流与制造能力的共享。正是由于抛弃了传统的“减式制造”，制造资源、制造技术不再为某些核心成员所垄断，从形式上达到了“去中心化”的目的，才能实现制造网络的自组织和增长壮大。当整个社会上的构成节点都纳入制造网络的时候，就达成了社会化制造的雏形。

在未来的社会化制造模式中，3D打印将成为一个标准的制造流程，交由例如自动打印柜员机（Auto Printing Machine）这样的设备去完成。而消费者将成为整个制造过程的组织者，而传统制造过程中涉及的成员节点都将隐藏到制造环节末端去，并且不与消费者直接接触。设计等服务供应商成为制造环节中的另一主要节点，通过“云平台”组织相应的虚拟资源，为消费者提供设计、分析甚至仅仅承担中介服务。消费者真正成为制造过程的核心，价值流动不再有固定的方向，呈复杂的网络状并不断发散，如图2所示。

从图2中可以看出，未来的社会化制造网络是以人（消费者）为枢纽组织起来的虚实网络的综合体，包括三方面的内容。第一，由于最基本的交际功能，消费者之间的交流自然而然地组成了社会网络，这就是未来社会化网络制造模式的根本属性。第二，消费者之间也通过云平台或者区域性社交网络进行信息交换，这背后的技术支撑即为互联网。第三，伴随着智能通信技术的发展，打印机等制造设备也被连接进了互联网，因此人、互联网和物两两之间被纳入到同一张网络当中。这个网络是虚实网络的综合体，包含人—人交互、人—物交互、物—物交互，从而构成了一张由多层网络叠加而成的“物联网”，这张广义的物联网也就顺成地继承了社会属性、信息属性和智能属性。

从图2中还可以看出未来社会化网络制造模式的另一个特征，即以3D打印技术为基础，个人、机器和社交网络这三个点即构成了一个最基本的组成单元。组成单元结构虽简单，但是网络规模巨大、构成复杂。基本组成单元可以自发、动态地和其他组成单元任意构成局部性的、结构紧凑的制造网络，也可以被动地响应网络上任意一个单元发来的信息或制造请求，在整个网络层面上形成松散的、变化的“社会网络”。所以社会化网络制造模式的结构可以称之为“高内聚、低耦合”的模块化系统，具有极强的健壮性。

从价值创造的角度来看，未来社会化网络制造模式中的价值创造过程将彻底被重塑。从这样一张复杂的网络中，很难标明价值流动的过程。价值流动的方向不再像现有制造模式中呈现出来的有规律地自上而下或自中心向边缘流动，因为这是一个去中心化且动态变化的网络，因此不再有明确的价值流动方向。一个有意思的论断是，在价值创造研究中仍存在“长尾效应”这样一个现象，然而在未来的社会化网络制造模式中，由于3D打印技术实现了完全个性定制化，“长尾效应”也将不再存在，产品种类变得无穷丰富，“主流市场”和“边缘市场”的区分将成为历史。

4 总结

本文通过回顾制造模式的发展与演化过程，以3D打印技术的出现为契机，构建了未来社会网络化制造模式的框架，各个模式之间的对比总结见表1。从价值链构成、价值创造主体、传递过程以及组织边界等方面可以看出，3D打印技术对制造模式带来的变革是一种“突变”式的创新，在模式上的演化是不连续的。并且，由于其先天特性，以3D打印为基础形成的制造网络，将是一个多层态叠加的社会化制造网络，具有“社会网络”的属性。

从对3D打印在管理学意义上的剖析可以得出，其先天属性真正改变了顾客（消费者）在价值创造过程中的从属地位，顾客（消费者）在制造模式中第一次呈现出组织者和发起者的姿态，单个个体即可以构成制造系统，既是制造过程，又是消费过程。凭借这一特征和个体的社会属性，3D打印技术将编织成一张覆盖整个人类社会的制造网络。

参考文献：

[1] 卢秉恒，李涤尘.增材制造（3D打印）技术发展[J].机械制造与自动化，2013（4）：1-4.

[2] Ian W. Manufacturing： The new maker rules， Big forces are reshaping the world of manufacturing[J].The Economist，2012 Nov，402（8812）：73-74.

[3] Sasson A， Johnson J C. The 3D printing order： variability， supercenters and supply chain reconfigurations[J].International Journal of Physical Distribution & Logistics Management，2016（1）：82-94.

[4] Mellor， S.， Hao， L. and Zhang，D.（2014）“Additive manufacturing：A framework for implementation”，International Journal of Production Economics，Vol. 149， pp. 194-201.

[5] 李小麗，马剑雄，李萍，等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014（1）：1-5.

[6] 王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013（1）：90-93.

[7] 张学军，唐思熠，肇恒跃，等.3D打印技术研究现状和关键技术[J].材料工程，2016（2）：122-128.

[8] 黄健，姜山.3D打印技术将掀起“第三次工业革命”？[J].新材料产业，2013（1）：62-67.

[9] 王飞跃.3D打印和社会制造：历史与未来[J].高科技与产业化，2013（4）.

[10] 李伯虎，张霖，王时龙，等.云制造——面向服务的网络化制造新模式[J].计算机集成制造系统，2010（1）：1-7.

[11] 张霖，罗永亮，范文慧，等.云制造及相关先进制造模式分析[J].计算机集成制造系统，2011（3）：458-468.

[12] 古川，张红霞，安玉发.云制造环境下的供应链管理系统研究[J].中国科技论坛，2013（2）：122-127.