3D打印：社會化制造模式的演化與分析

劉威延　王竹君

[摘 要] 分析了3D打印技術的產生對現有制造模式帶來的影響，從組織邊界和價值創造過程的角度闡述了3D打印技術帶來的變革與創新，并以3D打印為基礎構建了社會化網絡制造模式框架，討論了社會化網絡制造模式的根本屬性及其對組織邊界和價值創造過程帶來的沖擊。

[關鍵詞] 制造模式；價值創造；組織變革；3D打印

[中圖分類號] F270 [文獻標識碼] A [文章編號] 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打印技術可以追溯到20世紀80年代提出的增材制造（Additive Manufacturing）技術等[1]，相對于傳統的材料去除（減式制造）技術，3D打印是一種“自下而上”將材料逐層累加的制造方法，其優勢在于制造周期短、適合結構復雜的零件生產，在航空航天、機械制造甚至藝術設計等領域發揮了十分顯著的作用。英國《經濟學人》雜志將3D打印技術稱為一種“將與其他數字化生產模式一起推動實現第三次工業革命” 的顛覆性創新[2]。

雖然3D打印技術在現有的打印材料等因素限制下仍未能大規模應用于日常消費品制造行業，但是值得指出的是，3D打印帶來的巨大沖擊在于它不僅僅是一項技術，更象征著個性化制造模式的出現，它將使傳統的生產制造從大型、復雜、昂貴的工業過程中分離出來，凡是能接上電源的任何計算機都能夠成為靈巧的生產工廠[3]，目前的制造格局必將被打破。

然而，現有3D打印的相關研究仍然停留在對3D打印技術概念的介紹和應用領域的推廣上[4-5]，3D打印技術的“顛覆性”在制造模式和價值創造過程中的具體展開仍未得到細致闡述[6]，3D打印僅作為一種形式上與以往制造技術有差別的工藝呈現出來[7]，還鮮有研究從商業運作和價值形成角度研究3D打印技術的管理意義，3D打印技術對整個社會的價值創造和流動過程帶來的變革途徑仍是一個有待深入的課題[8]。本文將通過梳理制造模式的發展歷程，分析3D打印技術給制造模式帶來的變革以及制造模式的演化路徑，并提出基于3D打印技術的社會化制造網絡模式，從組織邊界和價值創造的角度研究制造模式發生變革和演化的前提與形式，探討未來制造模式的演化趨勢與可能。

2 3D打印技術對制造模式變革的影響

2.1 3D打印技術的歷史與管理內涵

3D打印作為一種快速成型技術，在20世紀90年代就已經出現，并逐步應用于航空航天、醫療器械和建筑設計等傳統行業。從其原理來看，3D打印技術先天就有三個鮮明的免費特性：一是免費的多樣性（Variety is Free），把每個產品做得不同與把它們做成相同之間無成本差異；二是免費的復雜性（Complexity is Free），像打印一個簡單塑料方塊一樣便宜且方便地打印一個具有精巧小組件和繁瑣細節的產品；三是免費的柔性（Flexibility is Free），制造一個新產品只是意味著程序的簡單改變。而這三個免費特性在傳統制造過程中是幾乎無法獲得的[9]，這就決定了以3D打印技術為基礎構建的制造模式——3D打印制造模式——將與現有制造模式完全不同。

應當看到的是，無論是傳統制造模式還是服務型制造模式，物料、信息、價值的傳遞和流動始終沒有脫離供應鏈（網）的框架。以核心企業為樞紐組織起來的供應鏈都呈現出明顯的直線（網）型拓撲結構，區別僅僅在于信息反饋環的構成與否。不管是“推式生產”還是“拉式生產”，物料、信息總按照一個確定的順序和方向在供應鏈條中依次流動。各個流程在時間和空間上都有較為明顯的界限，任何形式的“再制造”過程對主生產計劃的影響都是十分顯著的，“柔性”只是一個相對的概念。

而3D打印技術將憑借獨具的三個免費特性，徹底顛覆和重構現有制造模式。第一，免費的多樣性將顧客個性化需求表達的空間提升至極大。顧客的個性化需求將完全脫離生產設備和生產流程的束縛，并且生產過程在處理不同的顧客需求時產生的成本差異將可以忽略不計。3D打印制造模式為不同的輸入提供了統一、標準的處理過程和輸出端口，輸入的不同將被屏蔽，不為執行生產過程的主體所察覺。第二，免費的復雜性將生產過程對人員素質的要求降至極小。由于3D打印制造過程的封閉性，將不需要人力對制造過程進行輔助作業或直接干預，人力資源的素質所造成的誤差將被徹底從制造系統中移除，極大地提高了系統可靠性。第三，免費的柔性將生產系統對需求變化的應對速度提升至極高。3D打印制造過程的中斷和重啟所需要的時間準備和造成的成本損失與傳統制造模式相比均可忽略不計，產品類型的改變只意味著設計程序的改變。這樣一個特性使得市場端的需求發生的任何變化都可以“無條件”被制造系統接受，實現“柔性程度無限大”的制造系統。

因此，雖然從技術層面來看3D打印同樣經歷了幾十年的逐步發展，但是3D打印卻憑借著獨有的三個特性，在模式上即刻顛覆了現有的制造過程。這種改變是一種根本性創新，而非在現有制造模式基礎上逐漸積累起來的一種量變，其演化和變革具有“突變”的特性。

2.2 3D打印制對現有制造模式的重構與變革

3D打印技術的實現是以現有機械、工程技術為支撐的，所以3D打印技術不僅顛覆了現有制造模式，同時可以兼容、重構現有制造模式。

首先，不論是傳統的“推式生產”還是“拉式生產”，都可以成為3D打印制造系統的構成框架。借助成熟的社交網絡，企業可以和顧客進行緊密互動，按照顧客表達的需求組織生產，這是當前3D打印企業組織生產的主要模式，也是“拉式生產”的具體體現。同時，3D打印制造模式并不排斥傳統的“推式生產”。3D打印仍然可以大規模打印典型的日用消費品投放市場，并且可以結合延遲策略，在制造過程的末端滿足顧客的個性化需求，實現“推式生產”和“拉式生產”結合的模式。更進一步的，3D打印制造模式對輸入的處理機制決定了其可以在兩種生產模式間任意切換狀態，生產計劃中的時間順序變得無關重要，生產流程中的空間界限逐漸消失。

其次，不論是大批量單一品種生產，還是小批量多品種生產，都可以成為3D打印制造系統的實現形式。3D打印制造中批量的大小不受物理模具和生產設備限制，可以通過數字技術即時調整。在3D打印制造模式中，批量大小與成本無關，生產效益與規模經濟解耦，這會將企業的資源從庫存管理中進一步解放出來。即時制造的特性賦予了3D打印制造模式在備件管理上的先天優勢，生產過程中在制品與備件庫存可以實現一一對應的關聯，繁瑣的備件分類、倉儲調度將逐漸消失。傳統生產模式中應用的生產計劃、物料清單等管理工具將從3D打印制造模式中被移除。

3D打印的技術特性使得3D打印制造模式成為一種十分靈活的制造模式，它既可以取代現有的制造模式，又可以作為組成部分替代現有制造模式的某個環節。例如，在航空航天領域，模具設計環節完全由3D打印替代，而生產制造環節仍歸屬于傳統制造過程，這就是3D打印制造模式對傳統制造模式的靈活重構。在3D打印制造模式中，顧客的需求直接呈遞給生產商，而生產可實現“即時制造”、“本地制造”，快速滿足顧客需求，傳統的供應鏈被大大壓縮，形成點對點的傳遞模式，如圖1所示。

從價值創造過程上來分析，在以3D打印為基礎構建的制造模式中可以看到，在制造模式的演化過程中第一次出現了這樣的情景：除消費者以外的其他主體全部退化為“工具”，憑借“工具”的幫助，消費者個體就構成了一個所謂的制造“組織”。消費者第一次成為價值創造過程的組織者和發起者，沒有消費者也就不存在價值創造過程。而傳統意義上的生產商、供應商等概念將逐步退化，被制造過程屏蔽，不直接與消費者接觸。甚至在將來，打印過程高度統一標準化以后，生產功能將由自動打印柜員機（Auto Printing Machine，APM）實現，以原料流動和制造過程為核心組織起來的供應鏈（網）將不復存在。

3 未來的社會化網絡制造模式

3.1 “云制造”與網絡化制造模式

高新技術尤其是交通技術和通訊技術的發展極大地縮小了地域的限制，在整個地球范圍內，人類的社交網絡同時在實體層面上和虛擬層面上迅速編織、鋪展開來，人類、物體、信息、資金、技術錯綜復雜地交織在一起，構成了一個事實上的泛在網絡。因此，學者們對未來制造模式的演化與變革也很自然地轉移到了網絡化的構想與設計上去。

事實上，現有的“云制造”等概念即是一種“網絡化”的制造思想。從學者們給出的定義看，云制造融合了現有的互聯網、物聯網、語義Web、云計算等技術[10]，采用網絡化的方法與思想，將各類制造資源和制造能力虛擬化、服務化，通過網絡為制造全生命周期過程提供可隨時獲取的服務。這已經是一種網絡化制造模式思維的體現。

然而，“云制造”的概念試圖用網絡化的思想整合現有制造和服務資源，其實現過程存在諸多需要克服的技術難題。其中最為關鍵的是如何把不同形式的制造和服務內容轉化為統一標準的虛擬內容。而且云制造框架中的任務動態分解與部署、不同制造資源的協同技術以及云用戶的管理與評估技術不僅是技術上的障礙[11]，更顯得與現有的制造模式形態格格不入。更為重要的，云制造的實現不僅需要突破技術上的難題，更有諸多管理上的障礙。“云制造”本質上來說是一種智能化的柔性制造方式，包括敏捷制造和精益生產的內涵，因此需要對現有制造模式、資源進行再造，這必然會引起一系列的組織變革。然而目前的供應鏈（網）仍然是以核心企業為中心組織制造過程，這距離“云制造”模式中的“去中心化”、“共享制造資源”、“網絡協同”的構想相去甚遠。同時還有學者提出，“云制造”將不可避免地觸動人事變革以及流程變革[12]，以適應敏捷制造的需要。正像上文總結的，這樣的構想如果以現有制造模式為基礎，其實現過程是需要付出巨大代價的。

總的來講，如果云制造等制造模式如果不能脫離傳統的“減式制造”范式，繁瑣、冗長的制造流程仍將成為網絡制造模式發展的阻礙。各種制造模式構想中涉及的響應性指標將很難得到滿足。在全球化背景下，制造資源的異地分布使得從“想法”到“產品”的距離進一步加大。當前的制造網絡仍然要求核心節點有較強地組織、協調生產過程的能力，而且異質制造網絡之間依然有明顯的界限，并不能很好地交匯與融合。一個單一的制造網絡服務的范圍和納入的節點都是有限的，整個社會的資源節點很難實現自我組織與互聯。如果不脫離“減式制造”，要形成制造過程的泛在網絡是一個十分困難的過程。

3.2 以3D打印技術為基礎的社會化網絡制造模式

著名學者王飛躍在研究中給出了“社會化制造”這個概念的定義：社會制造最大的特點就是消費者可以將需求“直接”轉化為產品[9]，即任何人都可以通過社會媒體和眾包等形式參與產品的設計、制造、營銷等過程，并可以分享利潤。顯然，這樣一個定義直接從價值創造的角度重新定義了“消費者”這一角色。在社會化制造中，消費者不僅僅是價值過程的主動參與者，甚至成為價值本身的創造者和分配者這樣一個角色。

重新從價值創造的角度來審視，“云制造”的概念仍然強調通過網絡虛擬資源，向所謂的消費者“提供”服務，因此，“云制造”仍然是站在傳統的制造主體即生產商或供應商等制造資源占有者的角度進行構建的，這樣的理念和“社會化制造”并不匹配，所以“云制造”模式僅僅是資源的網絡，而不具有社交的功能，所以不能稱之為“社會制造網絡”。在云制造的概念中，消費者的主導性被忽略，消費者對價值創造過程的掌控權被剝奪，也就很難構建出以人為核心的“社會”屬性。

而3D打印技術的三個免費特性恰恰賦予了其社會屬性，使之成為構建社會化網絡制造模式的最佳憑借。3D打印技術的社會制造能力體現在：（1）免費的多樣性使其面向整個社會時，做到了完全的個性化定制能力，足以實現社會群體中所有個體的個性化訴求。（2）免費的復雜性則使其實現了制造過程的經濟免費能力，任何個人或組織都可以開展制造過程，制造過程不再擁有進入壁壘。（3）免費的柔性不僅進一步滿足了社會群體對于個性化的追求，同時使得制造過程向“實時獲取”這一目標邁進，達到“制造即消費”的目的。因此，3D打印技術不僅是一項新型的制造技術，又具有天然的社會屬性，以3D打印過程為組成單元，將自然形成一張社會化制造網絡。

以3D打印為構造單元形成的制造網絡，將有利于整個系統的自組織與增長、擴散。3D打印制造過程內部的高度集成化使得消費者與制造之間的距離大大縮短，消費者與制造過程之間將呈現高度接觸、緊密互動的特點。同時，3D打印的特性，如免費的復雜性決定了3D打印制造過程的同一性，不同制造過程之間將存在標準的接口界面，因此制造網絡的形成與交匯變得十分容易。如果以3D打印制造取代原有的“減式制造”，以“3D打印制造過程”——“消費者”+“網絡社區”為基本構成節點，通過現有的互聯網技術，不同的節點之間在信息交換方面將暢通無阻，并且傳統“減式制造”模式下的異質制造任務可以在制造網絡節點隨意交換，完全不因制造過程的異構性而使制造任務受到限制，所有構成節點在網絡技術的支持下將自主與鄰近節點鏈接，實現信息的交流與制造能力的共享。正是由于拋棄了傳統的“減式制造”，制造資源、制造技術不再為某些核心成員所壟斷，從形式上達到了“去中心化”的目的，才能實現制造網絡的自組織和增長壯大。當整個社會上的構成節點都納入制造網絡的時候，就達成了社會化制造的雛形。

在未來的社會化制造模式中，3D打印將成為一個標準的制造流程，交由例如自動打印柜員機（Auto Printing Machine）這樣的設備去完成。而消費者將成為整個制造過程的組織者，而傳統制造過程中涉及的成員節點都將隱藏到制造環節末端去，并且不與消費者直接接觸。設計等服務供應商成為制造環節中的另一主要節點，通過“云平臺”組織相應的虛擬資源，為消費者提供設計、分析甚至僅僅承擔中介服務。消費者真正成為制造過程的核心，價值流動不再有固定的方向，呈復雜的網絡狀并不斷發散，如圖2所示。

從圖2中可以看出，未來的社會化制造網絡是以人（消費者）為樞紐組織起來的虛實網絡的綜合體，包括三方面的內容。第一，由于最基本的交際功能，消費者之間的交流自然而然地組成了社會網絡，這就是未來社會化網絡制造模式的根本屬性。第二，消費者之間也通過云平臺或者區域性社交網絡進行信息交換，這背后的技術支撐即為互聯網。第三，伴隨著智能通信技術的發展，打印機等制造設備也被連接進了互聯網，因此人、互聯網和物兩兩之間被納入到同一張網絡當中。這個網絡是虛實網絡的綜合體，包含人—人交互、人—物交互、物—物交互，從而構成了一張由多層網絡疊加而成的“物聯網”，這張廣義的物聯網也就順成地繼承了社會屬性、信息屬性和智能屬性。

從圖2中還可以看出未來社會化網絡制造模式的另一個特征，即以3D打印技術為基礎，個人、機器和社交網絡這三個點即構成了一個最基本的組成單元。組成單元結構雖簡單，但是網絡規模巨大、構成復雜。基本組成單元可以自發、動態地和其他組成單元任意構成局部性的、結構緊湊的制造網絡，也可以被動地響應網絡上任意一個單元發來的信息或制造請求，在整個網絡層面上形成松散的、變化的“社會網絡”。所以社會化網絡制造模式的結構可以稱之為“高內聚、低耦合”的模塊化系統，具有極強的健壯性。

從價值創造的角度來看，未來社會化網絡制造模式中的價值創造過程將徹底被重塑。從這樣一張復雜的網絡中，很難標明價值流動的過程。價值流動的方向不再像現有制造模式中呈現出來的有規律地自上而下或自中心向邊緣流動，因為這是一個去中心化且動態變化的網絡，因此不再有明確的價值流動方向。一個有意思的論斷是，在價值創造研究中仍存在“長尾效應”這樣一個現象，然而在未來的社會化網絡制造模式中，由于3D打印技術實現了完全個性定制化，“長尾效應”也將不再存在，產品種類變得無窮豐富，“主流市場”和“邊緣市場”的區分將成為歷史。

4 總結

本文通過回顧制造模式的發展與演化過程，以3D打印技術的出現為契機，構建了未來社會網絡化制造模式的框架，各個模式之間的對比總結見表1。從價值鏈構成、價值創造主體、傳遞過程以及組織邊界等方面可以看出，3D打印技術對制造模式帶來的變革是一種“突變”式的創新，在模式上的演化是不連續的。并且，由于其先天特性，以3D打印為基礎形成的制造網絡，將是一個多層態疊加的社會化制造網絡，具有“社會網絡”的屬性。

從對3D打印在管理學意義上的剖析可以得出，其先天屬性真正改變了顧客（消費者）在價值創造過程中的從屬地位，顧客（消費者）在制造模式中第一次呈現出組織者和發起者的姿態，單個個體即可以構成制造系統，既是制造過程，又是消費過程。憑借這一特征和個體的社會屬性，3D打印技術將編織成一張覆蓋整個人類社會的制造網絡。

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