2023技術(shù)研發(fā)能力與生產(chǎn)制造能力

技術(shù)研發(fā)能力與生產(chǎn)制造能力年6月，美國(guó)的一家非盈利機(jī)構(gòu)MForesight公開發(fā)布了《重塑美國(guó)在先進(jìn)制造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位》報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱該報(bào)告），基于美國(guó)制造業(yè)社群內(nèi)專家訪談的結(jié)果，著重指出了美國(guó)制造業(yè)當(dāng)前存在的根本性的弱點(diǎn)，以及由這些弱點(diǎn)所帶來(lái)的可能影響美國(guó)長(zhǎng)期繁榮和安全的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。報(bào)告內(nèi)容由四個(gè)章節(jié)構(gòu)成，從美國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀開始，論述美國(guó)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中存在的缺漏，分析幾個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的新興技術(shù)現(xiàn)狀，進(jìn)而提出重塑美國(guó)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的國(guó)家制造業(yè)倡議。當(dāng)前，美國(guó)國(guó)內(nèi)正大肆鼓吹不利于我國(guó)科技創(chuàng)新進(jìn)一步發(fā)展的論調(diào)，采取各種明暗手段阻撓、遏制我國(guó)在新一代信息通信、核能等高新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，并試圖從嚴(yán)控科技人員交流、限制科技企業(yè)合作等方面推動(dòng)中美科技的全面脫鉤。我國(guó)正面臨著嚴(yán)峻的“

重塑美國(guó)制造業(yè)地位的邏輯框架技術(shù)研發(fā)能力與生產(chǎn)制造能力不可偏廢技術(shù)研發(fā)能力與生產(chǎn)制造能力不可偏廢該報(bào)告建構(gòu)起的理論是美國(guó)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)存在缺漏，很大程度上導(dǎo)致了美國(guó)制造業(yè)的外流。報(bào)告將創(chuàng)新鏈演變成創(chuàng)新環(huán)，由基礎(chǔ)研究、轉(zhuǎn)化研發(fā)、產(chǎn)品創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新四個(gè)需要資金支持的階段銜接起發(fā)現(xiàn)發(fā)明、概念原型驗(yàn)證、試生產(chǎn)和制造等創(chuàng)新的各個(gè)環(huán)節(jié)。在每個(gè)關(guān)鍵階段，分究，過(guò)于依賴亞洲研究生，尤其是中國(guó)的度鼓勵(lì)，使得外國(guó)參與者可以獲取研究成（3）實(shí)驗(yàn)室的概念原型驗(yàn)證缺失資金，讓外國(guó)公司有機(jī)可乘，獲得前景良好的技術(shù)的優(yōu)先許可權(quán)；（4）規(guī)模化生產(chǎn)需投入巨大資金，并且需要全面的供應(yīng)鏈基礎(chǔ)，美國(guó)目前并不具備。基于理論分析的結(jié)果，該報(bào)告提出扭轉(zhuǎn)美國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)的舉措是提供更

具針對(duì)性、更大規(guī)模的政府資金支持。比該報(bào)告基于技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的電動(dòng)汽車電池、自動(dòng)駕駛車輛的傳感和控制、柔性電子和半導(dǎo)體封裝四個(gè)案例進(jìn)行剖析。在分析中，既指出了美國(guó)的代表性初創(chuàng)企業(yè)，又再一次重申了面臨競(jìng)爭(zhēng)國(guó)從資金投入到專利布局到生產(chǎn)能力等方方面面的壓力，為報(bào)告的理論分析提供補(bǔ)充佐證，為報(bào)告的對(duì)策建議提供施策對(duì)象。該報(bào)告的訴求分析一項(xiàng)有膽識(shí)的戰(zhàn)略》報(bào)告的擴(kuò)充版。2019年報(bào)告的分析邏輯和主要主張沿襲了2018年報(bào)告中的內(nèi)容。發(fā)布方指出，研究并發(fā)布擴(kuò)充版報(bào)告是因?yàn)?018生巨大反響和討論，促進(jìn)了制造業(yè)回流美國(guó)的進(jìn)程。構(gòu)，為政策制訂者、商業(yè)領(lǐng)袖和研究者提供關(guān)于制造業(yè)趨勢(shì)和機(jī)會(huì)的快速響應(yīng)報(bào)告和關(guān)鍵情報(bào)。值得注意的是，該機(jī)構(gòu)的主要資助方是直屬于美國(guó)商務(wù)部的美國(guó)國(guó)家月成立以來(lái)，積極活躍在美國(guó)制造業(yè)的方方面面，參與了美國(guó)聯(lián)邦政府的“美國(guó)制伙伴”計(jì)劃。因此，圍繞制造業(yè)提出機(jī)遇和挑戰(zhàn)是該機(jī)構(gòu)報(bào)告的核心內(nèi)容。為發(fā)展美國(guó)制造業(yè)持續(xù)造勢(shì)，是該機(jī)構(gòu)設(shè)立和存學(xué)界的廣泛響應(yīng)。MForesight可以視為試圖扮演當(dāng)時(shí)克魯格曼等經(jīng)濟(jì)學(xué)家的角色，提出理論基礎(chǔ)，為政界出臺(tái)限制舉措贏得產(chǎn)業(yè)界和學(xué)界的支持，提供名義上的“獨(dú)立”和“來(lái)自專家”的有力觀點(diǎn)。美國(guó)商務(wù)部工業(yè)和安全局出口管控與安全年度會(huì)

議上，圍繞出口管制做了講話，其中，提到私營(yíng)部門必須擔(dān)負(fù)起責(zé)任，保護(hù)具有國(guó)家安全影響的技術(shù)，并指出無(wú)論國(guó)外市場(chǎng)多么有利可圖,美國(guó)企業(yè)為進(jìn)入市場(chǎng)而交易商業(yè)秘密、敏感的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和源代碼都是錯(cuò)誤的。同時(shí)強(qiáng)調(diào)，要嚴(yán)防美國(guó)先進(jìn)技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)流轉(zhuǎn)和外資戰(zhàn)略性投資。該報(bào)告從理論和案例分析的角度呼應(yīng)了羅斯的主張，不過(guò)舉措角度是要求政府提供更多資金支持。然而，與美國(guó)商務(wù)部矛頭直指中國(guó)、俄羅斯等國(guó)所不同的是，該報(bào)告并沒有確鑿的數(shù)據(jù)分析支撐起“中國(guó)威脅論”，而是通過(guò)模糊處理的方式誘導(dǎo)讀者聯(lián)想。例如，搜羅到的中國(guó)相關(guān)的研發(fā)機(jī)構(gòu)、企業(yè)和相關(guān)轉(zhuǎn)述通常會(huì)在報(bào)告中予以突出；沒有具體的中國(guó)相關(guān)的例證，則通過(guò)日本、韓國(guó)的數(shù)據(jù)分析以亞洲指代；亞洲也無(wú)數(shù)據(jù)，則通過(guò)德國(guó)等的數(shù)據(jù)以競(jìng)爭(zhēng)國(guó)或外國(guó)指代。通過(guò)這樣的處理方式，很容易讓讀者產(chǎn)生美國(guó)制造業(yè)的“墻外開花墻外香”的最大獲益國(guó)是中國(guó)的印象。該報(bào)告的分析框架自身存在缺陷。通篇報(bào)告只論述了創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的情況，而忽略了價(jià)值鏈的分析，即對(duì)相關(guān)關(guān)鍵領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈各國(guó)獲取的價(jià)值分布有意或無(wú)意的忽略。通過(guò)價(jià)值鏈的分析，可以更技術(shù)研發(fā)能力與生產(chǎn)制造能力不可偏廢技術(shù)研發(fā)能力與生產(chǎn)制造能力不可偏廢全面、更客觀的看清在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的全球分工和競(jìng)爭(zhēng)格局下，究竟是哪國(guó)攫取了更多的利益。此外，該報(bào)告為了突出強(qiáng)調(diào)美國(guó)制造業(yè)的嚴(yán)峻程度，有意選擇性地或扭曲性地論述事實(shí)。例如，報(bào)告單方面敘述了外國(guó)資金和公司參與美國(guó)研發(fā)產(chǎn)業(yè)化的情況，而不提美國(guó)資金和公司參與外國(guó)研發(fā)產(chǎn)業(yè)化，并獲取巨大利益的事實(shí)。該報(bào)告的啟示美國(guó)商務(wù)部工業(yè)和安全局對(duì)技術(shù)的出口管控正向前沿和基礎(chǔ)技術(shù)延伸。2018年11月19日，該局公布的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品出口管制框架方案公眾征詢意見稿中列出了生物技術(shù)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等14個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。該報(bào)告所剖析的電動(dòng)汽車電池、自動(dòng)駕駛車輛的傳感和控制、柔性電子和半導(dǎo)體封裝尚不在14個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的細(xì)目中。由此可見，美國(guó)具備前端研發(fā)優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)的高新技術(shù)領(lǐng)域是數(shù)量可觀的。對(duì)美國(guó)出口管制范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大和延伸，我國(guó)科技界和產(chǎn)業(yè)界等需有預(yù)判和準(zhǔn)備。

張，但也顯示了美國(guó)卡住科技創(chuàng)新源頭供給的能力和圖謀。這就提示我國(guó)在新一輪的科技創(chuàng)新發(fā)展中，必須加大基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的支持力度，務(wù)必加強(qiáng)科技創(chuàng)新的體系化能力建設(shè)。同時(shí)，在各國(guó)共識(shí)的關(guān)鍵新興領(lǐng)域，在無(wú)法全面對(duì)抗美國(guó)科技創(chuàng)新體系的現(xiàn)實(shí)情況下，必須尋找新興領(lǐng)域的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)布局可以發(fā)力取得獨(dú)占優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成非對(duì)稱的制衡，以保障我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。最后，該報(bào)告和美國(guó)其他智庫(kù)的報(bào)告在智能制造上持相同觀點(diǎn)，如美國(guó)信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)于2016年11月30日發(fā)布的《智能制造決策者指南》報(bào)告，指出了智能制造的發(fā)展將使得勞動(dòng)力因素在生產(chǎn)成本中的占比大幅下降，使處于成本邊界上的制造業(yè)更容易扎根到勞動(dòng)力成本較高的地區(qū)。智能制造減少了有效的最小生產(chǎn)規(guī)模，使得生產(chǎn)地點(diǎn)貼近客戶群變得經(jīng)濟(jì)可行，而定制化生產(chǎn)客戶群的消費(fèi)能力意味著需要在高收入國(guó)家進(jìn)行生產(chǎn)制造。面對(duì)這一趨勢(shì)，我國(guó)需要堅(jiān)定不移的落實(shí)好《中國(guó)制造2025》，加大智能制造關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用投入，綜合運(yùn)用多種政策工具鼓勵(lì)中小企業(yè)轉(zhuǎn)型智能制造，培育具有國(guó)際視野和技術(shù)創(chuàng)新能力的智能制造技術(shù)人才團(tuán)隊(duì)。制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型月發(fā)布的《數(shù)字工該報(bào)告旨在就增材制造、人工智能和機(jī)器數(shù)據(jù)將如何改變制造業(yè)提出一該致愿景，概述這些技術(shù)的進(jìn)步，并探討其可能產(chǎn)生的影響，不僅對(duì)制造業(yè)本身，而是對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的影響，從最初的設(shè)計(jì)到售后服務(wù)的各個(gè)階段都越來(lái)越多地通過(guò)軟件進(jìn)行集成。人工智能

并且在亞馬遜的Echo音箱和谷歌翻譯服務(wù)等真實(shí)產(chǎn)品中切實(shí)體現(xiàn)了人工智能的功人工智能指的是一組松散的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，可以對(duì)豐富、復(fù)雜的數(shù)據(jù)形式（如圖像、書面語(yǔ)言和傳感器流式數(shù)據(jù)等）建模并做出預(yù)測(cè)。人工智能在產(chǎn)品開發(fā)、制造、分銷和售后服務(wù)方面具有廣泛的應(yīng)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型國(guó)情調(diào)、高度優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將需要3D打印和能夠處理不尋常形狀的復(fù)雜機(jī)器人。結(jié)合儀器制造設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)連接產(chǎn)品的反饋，智能軟件將不斷評(píng)估產(chǎn)品性能，并提出可在產(chǎn)品開發(fā)周期開始時(shí)，由人工智能引導(dǎo)的設(shè)計(jì)軟件所實(shí)施的修訂建議，從而將產(chǎn)品開發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)連續(xù)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)很自然地適合于高重復(fù)性、迭代的任務(wù)，一些公司已經(jīng)開發(fā)了可以生成并評(píng)估數(shù)十億個(gè)設(shè)計(jì)變化的軟件，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能，并降低制造成本。設(shè)計(jì)人員或工程師首先要明確要求和優(yōu)化目標(biāo)，例如，座椅應(yīng)升至地板上方一定的高度并可支撐一定的重量，同時(shí)座椅還應(yīng)該使用最少的材料。軟件開始生成增量式的不同設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)者的目標(biāo)，評(píng)估每一個(gè)設(shè)計(jì)方案，并決定如何再次修改設(shè)計(jì)以提高其性能。

生成式設(shè)計(jì)的范圍通常會(huì)小得多，用網(wǎng)格替換實(shí)體組件或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)件重新排列布置在類似實(shí)物內(nèi)。例如，空客公司使用生成式設(shè)計(jì)軟件重新設(shè)計(jì)了一個(gè)艙壁，將A320客機(jī)上的客艙與空乘區(qū)隔開。這被稱為“仿生艙壁”，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的前代產(chǎn)品生成式設(shè)計(jì)過(guò)程改變了設(shè)計(jì)師的角色，人們可以指定高級(jí)性能需求和常規(guī)設(shè)計(jì)框架，然后將細(xì)節(jié)信息發(fā)布到軟件中。在不久的將來(lái)，設(shè)計(jì)人員和工程師將開始使用生成算法來(lái)處理特定的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)；軟件將充當(dāng)?shù)图?jí)生產(chǎn)力的助手，就像電子表格軟件加快了會(huì)計(jì)人員的低級(jí)計(jì)算任務(wù)一樣。隨著軟件的成熟，軟件可能會(huì)以更基本的方式改變?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程，從而要求設(shè)計(jì)人員和工程師能夠熟練地將他們的想法與算法融合在一起。幾乎可以肯定，它能夠使相鄰領(lǐng)域的專業(yè)人員，甚至外行人員更容易地接近設(shè)計(jì)過(guò)程，從而模糊了設(shè)計(jì)師的角色。（1）拓?fù)鋬?yōu)化，可搜索最優(yōu)的形狀和結(jié)構(gòu)。拓?fù)鋬?yōu)化軟件可以使用有限元分析來(lái)去除非承重的材料，或使用上述遺傳算法，如Autodesk的Dreamcatcher和Fusion360、達(dá)索系統(tǒng)的Simulia、Altair公司的定參數(shù)，之后由軟件生成設(shè)計(jì)。此類軟件與在線配置工具一起使用，還可生成價(jià)格和預(yù)期的制造時(shí)間，并與其它工廠管理軟（3）晶格生成，可生成規(guī)則或不規(guī)（4）此外，許多實(shí)體建模平臺(tái)都包含編程接口，用戶可自定義設(shè)計(jì)算法，決定使用遺傳算法還是確定性算法，如Onshape公司的FeatureScript、Rhino公司的Grasshopper和Revit公司的Dynamo等。未來(lái)的工廠將需要進(jìn)行多次調(diào)整，

以便從人工智能驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)中獲取最大價(jià)值。生成式設(shè)計(jì)算法可產(chǎn)生復(fù)雜、奇異形狀的產(chǎn)品，此類產(chǎn)品使用傳統(tǒng)的加工和成型工藝，制造成本很高或根本無(wú)法制造。生成式設(shè)計(jì)鄭重承諾，可以針對(duì)每個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用創(chuàng)建經(jīng)過(guò)優(yōu)化的完全獨(dú)特設(shè)計(jì)的定制產(chǎn)品。這對(duì)大量處理相同物體的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是一種壓力，因?yàn)檫@些相同物體往往是明確為方便機(jī)械抓取而設(shè)計(jì)的。印不僅提供了幾何上的自由，能夠制造傳統(tǒng)方法無(wú)法制造出的形狀，還完全重新定義了制造復(fù)雜物體的經(jīng)濟(jì)性。在機(jī)械加工和成型過(guò)程中，復(fù)雜性是昂貴的，每一個(gè)幾何特征都需要在機(jī)床或注塑模具上花費(fèi)正如卡爾?巴斯所說(shuō)，在3D打印中，“復(fù)雜性是免費(fèi)的”。也就是說(shuō)，3D打印不需要花費(fèi)太多的時(shí)間、精力或材料，即可制造復(fù)雜的形狀，與制作相同尺寸的實(shí)心塊狀物料相比，制作復(fù)雜的晶格甚至需要的時(shí)間更少。增材制造領(lǐng)域的進(jìn)步為生成式設(shè)計(jì)se量級(jí)的成本下降。這種3D打印過(guò)程可提制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型供完全的幾何自由度，由于未熔化的粉末在加工時(shí)支撐著工件，所以不需要支撐結(jié)構(gòu)，而且可將多個(gè)復(fù)雜的形狀同時(shí)放入同一構(gòu)建室中。于昂貴，但在眾多行業(yè)中需要高度優(yōu)化的金屬零件的制造商也許能夠很快實(shí)施。在打印的成本降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，使其成為

化外，還可以通過(guò)在多個(gè)級(jí)別上識(shí)別顯著特征，并進(jìn)行重新配置，從而似乎能夠模仿人類的基本創(chuàng)造力。這些技術(shù)在經(jīng)過(guò)密集研究后短時(shí)間內(nèi)得以迅速發(fā)展，如2015年提出的生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)。研究人員主要集中在生成二維圖像上，但通過(guò)相同的基本方法也可以實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。在早期的一次演示中，F(xiàn)acebook的研究人員訓(xùn)練一個(gè)從房地產(chǎn)清單中獲取的數(shù)千張臥室圖像得出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后使用該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成全新的臥室圖像。生成的圖像展示了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何在多個(gè)尺度上把握臥室的關(guān)鍵元素。不僅臥室的基本顏色和紋理是正確的，而且房間的結(jié)構(gòu)也大體是正確的，如床鋪在地板上、床頭柜在床旁、臺(tái)燈在床頭柜上。生成深度學(xué)習(xí)的另一種形式是在配對(duì)數(shù)據(jù)上訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并學(xué)習(xí)在它們之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如同一物體的白天和夜晚的圖像，或同一地域的衛(wèi)星圖像和地圖。如果給定以前從未見過(guò)的地域的衛(wèi)星圖像，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)便可以繪制出一張地圖。這些技術(shù)尚未商業(yè)化，它們需要大量的計(jì)算能力和大型數(shù)據(jù)集才能生成低分辨率圖像。然而，它們的發(fā)展速度表明，現(xiàn)實(shí)世界的部署將很快得以實(shí)施，我們將可以一睹計(jì)算機(jī)取代人類而生成的內(nèi)容（以前這是人類獨(dú)有的輸出）。能夠生成三維設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其二維設(shè)計(jì)，但它們的前景依然廣闊。它們將能夠理解并生成真實(shí)世界的結(jié)出，可以提供必要的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。我們可以設(shè)想一些可能出現(xiàn)的應(yīng)用，如以簡(jiǎn)單的語(yǔ)言、一張?jiān)疾輬D或一個(gè)快照來(lái)描述一個(gè)設(shè)計(jì)，之后生成算法將其轉(zhuǎn)變成為一個(gè)實(shí)在2010年代初，增材制造經(jīng)歷了一個(gè)或許是最近記憶中最引人注目的炒作周期，當(dāng)時(shí)增材制造的倡導(dǎo)人聲稱，它將在消費(fèi)者應(yīng)用和產(chǎn)品中得以廣泛使用，并從以具體的方式迅速成熟起來(lái)。2017年3D打印市場(chǎng)的銷售額為60億美元，預(yù)計(jì)該市場(chǎng)在3D打印機(jī)誕生的頭三十年間，受成本和復(fù)雜性所限，3D打印機(jī)只能在大型企業(yè)和服務(wù)機(jī)構(gòu)使用。2010年代初，在功能

更強(qiáng)大的嵌入式硬件、過(guò)期專利和成熟技術(shù)的推動(dòng)下，數(shù)百家公司進(jìn)入該市場(chǎng)，充斥大量3D打印機(jī)，迅速出現(xiàn)一個(gè)泡沫。首個(gè)出現(xiàn)在桌面可用的技術(shù)是熔融沉積成型法（FusedDepositionModeling，擇性地沉積的方法，其價(jià)格消費(fèi)者能夠負(fù)擔(dān)得起，但其功能仍然有限。炒作的浪潮然而，在3D打印市場(chǎng)之外，增材制造技術(shù)繼續(xù)迅速發(fā)展。面向工程、原型制作和制造領(lǐng)域的專業(yè)人士的打印機(jī)開始在打印質(zhì)量、可靠性和成本結(jié)構(gòu)方面跨越了關(guān)鍵的臨界閾值。二個(gè)更實(shí)惠、結(jié)構(gòu)緊湊且易于使用的技術(shù)出現(xiàn)了，即立體印刷（Stereolithgraphyapparatus，SLA）。2013年，F(xiàn)ormlabsForm1將高分辨率3D3300用范圍擴(kuò)展到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程領(lǐng)域、牙三個(gè)桌面級(jí)（準(zhǔn)確地說(shuō)是臺(tái)式）3D打印技術(shù)浪潮是選擇性激光燒結(jié)（SelectiveLaserSintering，SLS），這項(xiàng)技術(shù)已制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型格還在20臺(tái)式SLS打印機(jī)價(jià)格約1

圖1三種最常見的塑料3D打印技術(shù)注：FDM通過(guò)熔化和擠壓熱塑性絲來(lái)制造零件；SLA用激光固化液態(tài)樹脂；SLS使用大功率激光熔合聚合物粉末的小顆粒。（和直接金屬激光燒結(jié)（DirectMetalLaser-Sintering，DMLS）。如同塑料SLS一樣，這些工藝通過(guò)使用熱源選擇性地熔化粉末狀材料的薄層來(lái)創(chuàng)建物體。但鑒于金屬的熔點(diǎn)較高，它們需要功能更強(qiáng)大的激光器和工業(yè)環(huán)境。和復(fù)雜性仍使它們?cè)诟邇r(jià)值小批量應(yīng)用的萬(wàn)美元，而且它們需要高度熟練的操作人員和精心控制的環(huán)境。與塑料SLS打印不同，激光燒結(jié)金屬零件需要支撐結(jié)構(gòu)，后處理是勞動(dòng)密集型的，有些零件還需要進(jìn)積極活躍的領(lǐng)域。2016收購(gòu)了兩家領(lǐng)先的金屬增材制造公司，即藝，這些工藝有望降低單個(gè)零件的成本，為了打入低端市場(chǎng)，DesktopMetal和Markforged已經(jīng)開發(fā)出了緊湊、易用的系統(tǒng)，它們的工作原理與FDM類似，但使用

的是將金屬粉末粘合在塑料基體中制成的復(fù)合材料。打印完成后，將零件清洗并在熔爐中燒結(jié)，以除去粘合劑，然后將金屬粉末熔化成固體金屬零件。這樣一套完整系統(tǒng)的起價(jià)約為10萬(wàn)美元，比傳統(tǒng)的基于激光的金屬增材制造系統(tǒng)便宜得多。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的金屬注射成型材料與類似于粘結(jié)劑噴射的技術(shù)相結(jié)合，以快速啟動(dòng)其生技術(shù)將金屬顆粒懸浮在液體中，并通過(guò)加熱將其消散，從而形成固體的金屬和陶瓷盡管這些技術(shù)還不能將金屬3D打印推向大眾，但它們可使增材制造在一系列中小批量的行業(yè)中得到更廣泛應(yīng)用，并使金屬零件的原型制作和產(chǎn)品開發(fā)流程現(xiàn)代化。與通常認(rèn)知相反的是，人工勞動(dòng)是大多數(shù)增材制造過(guò)程中最昂貴的組成部分。3D打印機(jī)并不是一個(gè)神奇的盒子，只需按下一個(gè)按鈕便能生產(chǎn)出原始的零件，技術(shù)人員必須從3D打印機(jī)上拆下零件，并進(jìn)行一定程度的后續(xù)處理。這可能涉及從輕刷到大量溶劑清洗、熱處理、研磨拋光和涂層工藝的所有過(guò)程。為了便于在工廠現(xiàn)場(chǎng)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型落地，增材制造系統(tǒng)必須減少對(duì)勞動(dòng)力的需求，并適應(yīng)現(xiàn)有的制造流程?？扇芙獾闹挝铮@些支架可以很容易地打印不需要支撐結(jié)構(gòu)，因此其后處理工作流程的勞動(dòng)強(qiáng)度往往比其它過(guò)程更少，而且可將更多的零件打包到構(gòu)建體積中，從而減少每個(gè)零件所需的處理量。金屬增材制造商越來(lái)越多地使用模塊化、半自動(dòng)化的系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化后處理工作流程，包括粉正如1980年代，計(jì)算機(jī)從大型機(jī)轉(zhuǎn)向臺(tái)式電腦一樣，3D打印系統(tǒng)也從單片D動(dòng)緊湊的模塊化打印機(jī)單元。機(jī)械臂和龍門架系統(tǒng)可進(jìn)行零件拆卸，以減少操作員的工作量，允許打印機(jī)在“熄燈”狀態(tài)下智能單元管理軟件可優(yōu)化打印隊(duì)列，系統(tǒng)集成。一系列傳感器可檢測(cè)打印故障，并保護(hù)操作員。模塊化系統(tǒng)還具有冗余的額外優(yōu)勢(shì)，如果一臺(tái)機(jī)器發(fā)生故障，

其它機(jī)器可以在不中斷的情況下分配工作負(fù)載，并繼續(xù)生產(chǎn)。這些自動(dòng)化單元通過(guò)將臺(tái)式機(jī)集群轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)運(yùn)行的機(jī)器，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變了3D打印的經(jīng)濟(jì)性，從而低成本、提供高吞吐量。此外，工程師和設(shè)計(jì)人員可使用同一3D打印平臺(tái)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和制造，減少昂貴的制造設(shè)計(jì)流程，并縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的改進(jìn)，并一次性獲得處理不規(guī)則形狀工件的能力，將有可能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)3D打印在其它方面的自動(dòng)化。機(jī)器人可以去除支撐物、涂覆涂層，并使用粘合劑將多個(gè)3D打印的零件與傳統(tǒng)零件結(jié)合起來(lái)，超越了數(shù)字制造，從而真正實(shí)現(xiàn)“數(shù)字組裝”。增材制造系統(tǒng)是瑞士軍刀的制造工具。它們使用多種材料，一臺(tái)機(jī)器通過(guò)切換材料能夠生產(chǎn)許多不同用途的零件。3D打印機(jī)，可以在小型牙科診所生產(chǎn)生物相容性?shī)A板和手術(shù)向?qū)В部梢詾槠噺S生產(chǎn)夾具、固定裝置和耐高溫其他先進(jìn)的3D打印材料同樣可以實(shí)現(xiàn)模擬過(guò)程的數(shù)字化。高溫樹脂可用于低壓塑料注塑成型，甚至可用于鑄造軟金屬（如錫）。盡管成型質(zhì)量可能無(wú)法與硬模具相比，但3D打印模具仍可滿足中小批量生產(chǎn)中的關(guān)鍵需求，否則模具成本可能無(wú)法收回。SLA、SLS和FDM制造的零件可用于制造工業(yè)生產(chǎn)線的夾具和固定裝置，取代昂貴的機(jī)械加工工藝。聚醚醚酮樹脂、聚材料有望提供優(yōu)異的耐熱性和惰性化學(xué)功3D打印并不能解決所有制造需求，到目前為止，它僅適用于價(jià)值最高、產(chǎn)量最低、定制程度最高的產(chǎn)品。對(duì)于大批量生產(chǎn)，傳統(tǒng)方法仍然更具有成本效益。盡管如此，3D打印的經(jīng)濟(jì)效益正在提高，并且單件成本閾值正在變化，在價(jià)值越來(lái)越低、數(shù)量越來(lái)越大的應(yīng)用領(lǐng)域中越來(lái)越實(shí)用。在技術(shù)創(chuàng)新和材料性能改善的推動(dòng)下，增材制造必將進(jìn)一步從原型設(shè)計(jì)擴(kuò)展到最終用途零件和大規(guī)模生產(chǎn)。在許多情況下，3D打印與傳統(tǒng)制造方法一起（也稱為混合生產(chǎn)）作為中間步驟。例如，在珠寶行業(yè)，3D打印是熔模鑄圖23D打印單件成本閾值的變化制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型造工藝的一部分。珠寶制造商首先用數(shù)字化設(shè)計(jì)一件作品，然后，用可澆鑄的樹脂進(jìn)行3D打印，這種樹脂可以將其浸入類似沙子的鑄造材料中，最后在烤箱中干凈地?zé)?，就像由珠寶商的蠟制成的普通模型一樣，只留下鑄造的貴金屬模型。一個(gè)混合的3D打印工藝也可以生產(chǎn)價(jià)格合理實(shí)惠的定制耳塞。該工藝首先使用3D掃描儀對(duì)客戶的耳道進(jìn)行快速、非侵入式的數(shù)字掃描。技術(shù)人員將數(shù)字文件編輯到3D可打印模具中，并將其無(wú)線發(fā)送到SLA3D打印機(jī)上。打印完成后，將零件清洗干凈，技術(shù)人員將可與生物相容的有機(jī)硅樹脂澆鑄到模具中，移除3D打印的外殼，然后進(jìn)行表面處理并涂覆最終產(chǎn)品。因此，即使最終產(chǎn)品本身沒有3D打印，3D打印已經(jīng)成為了這些傳統(tǒng)手工工藝不可或缺的組成部分。和實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)配置，它將越來(lái)越多地被用于直接采用生物相容性材料生產(chǎn)夾板和假牙。在聽力行業(yè)中，大多數(shù)定制的助聽提供了巨大潛力，如堅(jiān)固的、生物相容的

它與皮膚接觸的器具。隨著成本的下降，增材制造也必將出現(xiàn)在更為傳統(tǒng)的消費(fèi)產(chǎn)品中。例如，在消費(fèi)電子行業(yè)中產(chǎn)量最高的細(xì)分市場(chǎng)中，注塑成型仍然是生產(chǎn)塑料零件的唯一實(shí)用方法。但是在電子行業(yè)廣泛的中型市場(chǎng)中，3D打印已開始占據(jù)一席之地。通過(guò)使用增材制造而不是注塑成型，電子產(chǎn)品制造商能夠簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生造方法相結(jié)合，生產(chǎn)產(chǎn)品最關(guān)鍵和高度定制的部分，而將其它部分留給傳統(tǒng)的、成機(jī)器人、自動(dòng)化和工廠智能傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人通常執(zhí)行以下三類任務(wù)之一：動(dòng)到另一個(gè)位置，如搬運(yùn)、裝載和卸載工務(wù)，如焊接金屬、插入緊固件、噴涂零件分，使用光學(xué)或接觸傳感器來(lái)測(cè)量零件和傳統(tǒng)機(jī)器人最理想的應(yīng)用領(lǐng)域是生產(chǎn)品種少、批量大的產(chǎn)品，如汽車制造業(yè)，汽車的數(shù)量非常大，單一型號(hào)可生產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)輛，但對(duì)靈活性的要求相對(duì)較低。最早的機(jī)器人只能重復(fù)地執(zhí)行相同的預(yù)編程動(dòng)作。較新的機(jī)器人使用線、引導(dǎo)帶、激光或視覺系統(tǒng)來(lái)探測(cè)零件和材料的方向，或在工廠車間內(nèi)導(dǎo)航走動(dòng)，最新一代的機(jī)器人可以整合來(lái)自多個(gè)傳感器的

信息，并實(shí)時(shí)調(diào)整它們的動(dòng)作。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已得到顯著改進(jìn)，自2010標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中的目標(biāo)檢測(cè)錯(cuò)誤率已從現(xiàn)在要求機(jī)器人執(zhí)行越來(lái)越復(fù)雜的任務(wù)。盡管早期的機(jī)器人有5到10個(gè)軸，然而當(dāng)今最先進(jìn)的機(jī)器人最多可以在32個(gè)軸上移動(dòng)。隨著可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)幾十個(gè)軸的控制器的出現(xiàn)，它們之間的協(xié)調(diào)也越來(lái)越好，從而使多個(gè)機(jī)器人可以協(xié)同工作，一起完成同一任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人也變得越來(lái)越精確。麥肯錫2017年的一份報(bào)告指出，“盡管通用機(jī)器人可以以0.10毫米的精度控制其運(yùn)動(dòng)，但是，一些當(dāng)前配置的機(jī)器人具有0.02毫米的可重復(fù)精度，且未來(lái)幾代機(jī)器人可能會(huì)提供更高水平的精度。”這將使工業(yè)機(jī)器人能夠執(zhí)行越來(lái)越精細(xì)的任務(wù)，如穿線針或組裝復(fù)雜的微型電子設(shè)備。代工制造商迅速擁抱自動(dòng)化，富士康是臺(tái)灣領(lǐng)先的代工制造商，最近用機(jī)器人取代了60000人。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人可能具有一定程度的致命性，如笨重、移動(dòng)迅速、功能強(qiáng)大，制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型它們能夠肢解游蕩在工作區(qū)域內(nèi)的人。因此，它們被隔離在工廠車間內(nèi)，使用籠子、柵欄或安全防護(hù)罩隔開，并且經(jīng)過(guò)編程以避免與人接觸。圍欄會(huì)占用大量的地面空間，如果工人因疏忽越過(guò)障礙物，機(jī)器人就會(huì)停下來(lái)，然后需要熟練的操作員重新啟動(dòng)。協(xié)作機(jī)器人有望重塑自動(dòng)化工廠，從而使機(jī)器人與人類之間進(jìn)行更多的互動(dòng)。

此，它們可以放慢腳步或改變路線以避免碰撞，然后自行重啟，從而減少與人的互動(dòng)。同步機(jī)器人輪流與人共享工作空間，而協(xié)作機(jī)器人則同時(shí)共享工作空間。完全協(xié)作的機(jī)器人可以在同一工位上與人一起工作。專為協(xié)作操作而設(shè)計(jì)的機(jī)器人配備精密的傳感器，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人之間的微妙互動(dòng)。增強(qiáng)的環(huán)境意識(shí)提供了更好的安全性，并使它們更易于與人類工人一起部署。協(xié)作機(jī)器人往往更輕巧，占地面積更小，且工作載荷更低。更直觀、智能的編程界面使生產(chǎn)線工人可以調(diào)整機(jī)器人的功圖3協(xié)作操作的不同層次（來(lái)源：ABB）能工作，從而減少對(duì)昂貴的機(jī)器人編程人員的需求。目前，協(xié)作機(jī)器人僅占市場(chǎng)的3％，但據(jù)估計(jì)，到2025年，其份額將達(dá)到全部工業(yè)機(jī)器人銷售額的34％，每年超過(guò)50萬(wàn)臺(tái)。部件組裝而制造的，但其用途非常廣泛，可以解魔方、制作壽司、包裝禮物，甚至指揮管弦樂團(tuán)。LBRiiwa的集團(tuán)收購(gòu)的德國(guó)公司KUKA生產(chǎn)，這種輕巧的機(jī)器人可以執(zhí)行精細(xì)的裝配工作，并可以根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行編程，還可以承迄今為止很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的行業(yè)（包括內(nèi)部物流、電子裝配，甚至是農(nóng)業(yè)）的應(yīng)用在電子商務(wù)迅猛發(fā)展的推動(dòng)下，內(nèi)部

物流是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈且利潤(rùn)率低的行業(yè)，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年中，自動(dòng)化行業(yè)將出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。物流中的機(jī)器人必須應(yīng)對(duì)高可變性（幾乎無(wú)限的包裝范圍），以及包裝件損壞形式的額外可變性（將近三分之一的在線訂單被退回，相比之下，實(shí)體店的退亞馬遜處于內(nèi)部物流自動(dòng)化的最前Systems，是該公司當(dāng)時(shí)史上二大收購(gòu)案，這家子公司后來(lái)更名為亞馬遜機(jī)器人，專門為亞馬遜倉(cāng)庫(kù)生產(chǎn)自動(dòng)化存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)。截至2016年底，亞馬遜擁有年庫(kù)，該倉(cāng)庫(kù)配備了60臺(tái)最先進(jìn)的機(jī)器人，