3D打印應(yīng)用到細(xì)分產(chǎn)業(yè)

　　“歸根結(jié)底，先進(jìn)制造技術(shù)使得新設(shè)計(jì)新材料得以應(yīng)用。”通用電氣公司研究開發(fā)中心中國總經(jīng)理魏斌評價(jià)3D打印技術(shù)稱。

　　最近，歐洲和美國等的制造業(yè)聯(lián)盟機(jī)構(gòu)對發(fā)展3D打印細(xì)分行業(yè)進(jìn)行了較為明確指向，他們把3D打印技術(shù)的市場需求主要定位在醫(yī)療和飛機(jī)關(guān)鍵小部件的制造上。

　　對此，中國工程院有關(guān)報(bào)告指出，3D技術(shù)將對智能生產(chǎn)、智能加工和智能設(shè)備帶來推動作用。我國3D打印技術(shù)應(yīng)該在可穿戴電子設(shè)備、可穿戴器件、個性化手術(shù)導(dǎo)板以及一些醫(yī)療模型等方面有更大的作為。

　　3D技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。盡管最近幾年才走入公眾視野并引發(fā)普遍關(guān)注，但誕生于上世紀(jì)80年代的3D打印技術(shù)，很早就在醫(yī)療行業(yè)嶄露頭角。

　　比利時瑪瑞斯三維打印技術(shù)有限公司中國區(qū)總經(jīng)理凱艾姆·弗朗索瓦表示，僅2013年，該公司就打印了15萬個醫(yī)療模型，包括個性化手術(shù)導(dǎo)板以及一些醫(yī)療模型等，目前全球已有1000多萬人開始使用定制化的3D打印助聽器產(chǎn)品。

　　上海交通大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)教育部工程研究中心教授王成燾認(rèn)為，個體化、精準(zhǔn)化、微創(chuàng)化、遠(yuǎn)程化是21世紀(jì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的四大方向，其中，數(shù)字技術(shù)是主要支撐，3D打印技術(shù)是重要內(nèi)容。

　　據(jù)王成燾介紹，目前3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用有三大領(lǐng)域——打模型、助力精準(zhǔn)手術(shù)、量體個性化種植，接下來的研發(fā)方向是軟組織系統(tǒng)和組織工程支架的3D打印，同時也對模型的物理性能提出更高需求，如能否打印血管肌肉等。

　　據(jù)了解，3D打印技術(shù)本質(zhì)上并不是印刷技術(shù)，而是一種制造技術(shù)，業(yè)內(nèi)也稱其為“增材制造”，與傳統(tǒng)制造業(yè)通過加工原料最終成型不同，3D打印技術(shù)是“無中生有”的制作過程，不僅不受原料幾何形狀的約束，還幾乎不產(chǎn)生廢料，能有效節(jié)約成本。

　　“3D打印技術(shù)可以解決很多傳統(tǒng)工藝解決不了的問題。”通用電氣公司研究開發(fā)中心中國總經(jīng)理魏斌表示，先進(jìn)制造業(yè)的根本在于先進(jìn)產(chǎn)品，而生產(chǎn)先進(jìn)產(chǎn)品必須有先進(jìn)可靠的加工手段，能夠把新型材料加以應(yīng)用，3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜、個性化產(chǎn)品方面要比傳統(tǒng)制造工藝有優(yōu)勢。

　　魏斌舉例說，飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片前面的防鳥撞零件形狀復(fù)雜，加工起來很有難度，但3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“一次成型”，不僅提高了制造效率，而且使產(chǎn)品具有機(jī)械特質(zhì)以滿足功能需求。

　　當(dāng)然，3D打印技術(shù)的應(yīng)用與管理也絕不僅僅局限于一臺3D打印機(jī)，也不是說只要有了機(jī)器、模型、好的材料就一定能夠生產(chǎn)出好的產(chǎn)品，3D打印行業(yè)跟傳統(tǒng)制造業(yè)一樣，也需要工藝流程來進(jìn)行管理操作，機(jī)器只是其中一個環(huán)節(jié)。

　　盡管3D打印技術(shù)日益受到重視，3D打印產(chǎn)業(yè)也成為“十大增長最快的工業(yè)”之一，但與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)模相比，仍然是滄海之一粟。據(jù)世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，直到2013年，全球3D打印市場規(guī)模才近40億美元，還不及一家大型企業(yè)一年的產(chǎn)值。

　　業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，3D打印技術(shù)更適合“制造和銷售高利潤的產(chǎn)品和服務(wù)，為消費(fèi)者提供個性化和革命化的體驗(yàn)”，它發(fā)展的出路不在于與傳統(tǒng)制造業(yè)一較高下，而是通過其高度的加工制造柔性與廣泛的材料適用性來與傳統(tǒng)制造業(yè)優(yōu)勢進(jìn)行互補(bǔ)，以其“精、準(zhǔn)、快”的制造特點(diǎn)，促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

　　3D打印技術(shù)正成為一場世界性的科技角逐，既為先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展指明了一條路徑，也為傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級指出一個方向。

　　大數(shù)據(jù)+云計(jì)算：嵌入生產(chǎn)全過程

　　美國的“再工業(yè)化構(gòu)想”、日本的“工業(yè)智能化”和德國的“工業(yè)4.0”都把大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新一代信息技術(shù)嵌入到制造業(yè)的生產(chǎn)和服務(wù)全過程，其實(shí)施的進(jìn)程和效果已被廣泛關(guān)注。

　　“多數(shù)制造企業(yè)所理解的競爭，主要著眼于遇到問題解決問題，這只是看得見的競爭，更聰明的企業(yè)已經(jīng)在努力避免問題上下功夫，這就是看不見的競爭，未來的競爭主要是這個。”美國國家科學(xué)基金會（NSF）智能維護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)學(xué)合作中心主任李杰說，互聯(lián)網(wǎng)時代全球制造業(yè)格局正在發(fā)生改變，大數(shù)據(jù)技術(shù)將扮演重要角色。

　　大數(shù)據(jù)是指所涉資料數(shù)量巨大，無法通過目前的主流軟件在合理時間內(nèi)擷取、管理、處理，使其成為能夠幫助企業(yè)經(jīng)營決策、達(dá)成更積極目的的資訊，又稱巨量資料。

　　李杰說，信息時代制造業(yè)的大數(shù)據(jù)來源，就是6C：連接（Connection，傳感器和網(wǎng)絡(luò)）、云（Cloud，任何時間及需求的數(shù)據(jù)）、虛擬網(wǎng)絡(luò)（Cyber，模式與記憶）、內(nèi)容（Content，相關(guān)性和含義）、社群（Community，分享和交際）與客制化（customization，個性化服務(wù)與價(jià)值）。

　　“大數(shù)據(jù)技術(shù)的最大價(jià)值，就是利用上述大數(shù)據(jù)找出隱性的、還沒有發(fā)生的問題，然后避免問題發(fā)生。”李杰說。

　　據(jù)介紹，為防止出現(xiàn)尿布滲漏等質(zhì)量問題，寶潔公司過去要用相機(jī)逐一篩查，找到問題后必須停機(jī)，挑出不合格尿布，再重新開機(jī)生產(chǎn)。如何讓生產(chǎn)線不停機(jī)也可以挑出不合格產(chǎn)品？

　　在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，寶潔公司改變以前發(fā)現(xiàn)問題再處理的傳統(tǒng)方式，而是通過實(shí)時監(jiān)控尿布生產(chǎn)情況，預(yù)先發(fā)現(xiàn)不健康狀態(tài)，并將處于這一狀態(tài)下的尿布統(tǒng)統(tǒng)去除，保證了生產(chǎn)線連續(xù)工作，僅此一項(xiàng)，每年就為寶潔節(jié)省4.5億美元生產(chǎn)成本。

　　“中國有最大的應(yīng)用市場，有很多數(shù)據(jù)，高鐵數(shù)據(jù)，機(jī)床數(shù)據(jù)，生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，如果不能分析，我們就損失掉最大的市場。美國缺乏19萬大數(shù)據(jù)分析工程師，中國缺乏190萬。”李杰說。

　　高德納咨詢公司認(rèn)為，大數(shù)據(jù)成為海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)的前提，需要有新的處理模式，這就是云計(jì)算（Cloud Computing）。

　　“云計(jì)算，用一個簡單的詞來說，就是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，即計(jì)算不需要再圍繞CPU轉(zhuǎn)，而是圍繞網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)，就像附著在網(wǎng)絡(luò)上的一層能力，網(wǎng)絡(luò)延伸哪個地方，你的計(jì)算能力就延伸到哪個地方，無處不在。”思科（CISCO）大中華區(qū)高級副總裁殷康說。

　　云計(jì)算是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合發(fā)展的典型產(chǎn)物，它使零碎數(shù)據(jù)可以變成相關(guān)數(shù)據(jù)，使衰敗數(shù)據(jù)可以變成鮮活數(shù)據(jù)，通過云計(jì)算，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。

　　殷康說，云計(jì)算使得大數(shù)據(jù)有了生存空間和價(jià)值，有了“從智能走向智慧”的可能性。專家表示，信息化和工業(yè)化的融合非常重要，驅(qū)動這個融合過程的是兩個引擎——縱向上的云計(jì)算性能的提高和橫向上的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間的開放。

　　IBM軟件集團(tuán)智慧城市事業(yè)部首席架構(gòu)師朱華宇認(rèn)為，制造過程中的洞察力有賴于大數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測和有效預(yù)測，而產(chǎn)品優(yōu)化上的洞察力則還要依靠客戶的反饋，所以，對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理能力，是大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)需要突破的一個瓶頸。

　　大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的結(jié)合，具體到一個企業(yè)上，就是促進(jìn)企業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)消除不對稱的商業(yè)模式，并且培養(yǎng)制造過程中的洞察力和產(chǎn)品優(yōu)化上的洞察力。

　　上升到整個制造業(yè)層面，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算可以為產(chǎn)業(yè)帶來更高的效益、生產(chǎn)的靈活性與安全性，以及新的創(chuàng)新平臺，促進(jìn)制造業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，最終朝著智能制造和云制造方向跨進(jìn)。

　　人機(jī)共融成新一代機(jī)器人發(fā)力點(diǎn)

　　未來機(jī)器人不僅能跟人融合，而且還會變得比較便宜。讓中小企業(yè)用得起機(jī)器人，既要靈活，又要便宜，這是目前很難實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，但卻是下一步努力的方向。

　　根據(jù)國家部署，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來十年的發(fā)展，將圍繞汽車、機(jī)械、電子、危險(xiǎn)品制造、國防軍工、化工、輕工等工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人，以及醫(yī)療健康、家庭服務(wù)、教育娛樂等服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，擴(kuò)大市場應(yīng)用。突破機(jī)器人本體、減速器、伺服電機(jī)、控制器、傳感器與驅(qū)動器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)制造等技術(shù)瓶頸。

　　工業(yè)機(jī)器人作為自動化技術(shù)的集大成者，一直被譽(yù)為自動化領(lǐng)域“皇冠上的明珠”。據(jù)中國工程院院士王天然介紹，工業(yè)機(jī)器人自誕生以來實(shí)現(xiàn)廣泛發(fā)展，而且還在向其他領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移，派生出新的領(lǐng)域，如服務(wù)機(jī)器人等。

　　據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，機(jī)器人是未來影響人類工作與生活的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中，用于增加人的生產(chǎn)能力的工業(yè)機(jī)器人和用于醫(yī)療方面的機(jī)器人將會產(chǎn)生很大的影響。

　　特別是在緩解勞動力不足等問題上，工業(yè)機(jī)器人所發(fā)揮的作用越來越大。以日本為例，王天然說，20世紀(jì)70年代至90年代，日本經(jīng)濟(jì)高速增長，勞動力嚴(yán)重短缺，用了20年時間變成機(jī)器人第一大國，而且變成制造強(qiáng)國。進(jìn)入90年代，亞洲經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，該區(qū)域工業(yè)機(jī)器人需求量增幅全球最高。目前全球?qū)I(yè)機(jī)器人的需求仍然很廣泛，按照工作崗位算，工業(yè)機(jī)器人只占5.63％。

　　王天然說，目前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在汽車整車及零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力等領(lǐng)域有了較好的應(yīng)用，而且機(jī)器人技術(shù)仍在不斷提升發(fā)展，主要是兩個方向：一是在機(jī)器人操作能力上追求完美，提升其速度、精度、適應(yīng)性，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域；二是在機(jī)器人智能化、網(wǎng)絡(luò)化上不斷努力，提高機(jī)器與人的交互能力。

　　有統(tǒng)計(jì)顯示，從1990年到2000年，工業(yè)機(jī)器人定位精度提高了61％，平均無故障時間增加了137％，價(jià)格差不多降了一半。據(jù)日本預(yù)測，到2030年，機(jī)器人重復(fù)定位精度將會翻一番，絕對定位精度將提高一個數(shù)量級。

　　“現(xiàn)在教機(jī)器人怎么干活的辦法很笨，人要拿著示教器，一步一步教機(jī)器人怎么操作，機(jī)器人跟著周而復(fù)始重復(fù)操作，不能挪地方換產(chǎn)品，否則還要再教一遍。”王天然說，現(xiàn)在的努力方向是把機(jī)器人變成生產(chǎn)過程當(dāng)中的一個部件，即插即用。

　　目前，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域正在擴(kuò)大。據(jù)了解，日本在人形機(jī)器人研發(fā)方面正在取得一些突破。日本大阪大學(xué)國際電信基礎(chǔ)技術(shù)研究所高級研究員西尾修一說，這種機(jī)器人看起來和人形差不多，可由操作員進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與用戶之間的自如交流。

“人機(jī)共融是新一代機(jī)器人的本質(zhì)特征，是國際機(jī)器人界努力的主要方向。”王天然說，以工業(yè)機(jī)器人為例，就是機(jī)器人今后跟人在同一自然空間工作，可以配合人的需求，學(xué)習(xí)人的技能，“將來機(jī)器人能夠像徒弟一樣跟著師傅干活，向師傅學(xué)習(xí)，人與機(jī)器人的關(guān)系，也將從主仆關(guān)系變成合作關(guān)系”。

　　近年來，隨著我國有效勞動力逐年減少、人力成本不斷上升，對機(jī)器人的需求快速增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年中國機(jī)器人銷量3.6萬臺，比2012年增長41%，超過日本，成為世界機(jī)器人的第一大市場。國際機(jī)器人聯(lián)合會預(yù)測，中國將在2017年擁有40萬臺工業(yè)機(jī)器人，達(dá)到歷史最高值。

　　“按每臺機(jī)器人售價(jià)25萬元，年銷量3.6萬臺，每臺完成4倍于售價(jià)的應(yīng)用工程，國內(nèi)市場每年就是幾百個億的規(guī)模。”王天然說，開放的市場將吸引全球機(jī)器人制造商，市場競爭將不斷加劇。

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