王燦友，蘇 秦，趙 丁

（1.長安大學人文學院，陜西西安 710064；2.西安交通大學管理學院，陜西西安 710049)

制造業(yè)作為現代經濟發(fā)展的主要驅動力，是一個國家進行經濟結構調整和發(fā)展方式轉變的主戰(zhàn)場［1-3］。在全球制造業(yè)經濟正在從產品經濟向知識經濟過渡的背景下，以創(chuàng)新和服務為基礎的制造業(yè)仍存在挑戰(zhàn)：（1）制造企業(yè)的供應鏈競爭過度依賴資源投入［4］。在傳統(tǒng)的制造模式下，制造車間通過流水線作業(yè)，將產品生產出來，而后通過線上、線下的銷售渠道將產品配送各地，整個過程消耗大量的能源、倉儲、交通、人力等資源。（2）傳統(tǒng)的制造模式同質化競爭嚴重，顧客依然被置于產品和服務的被動接受的地位。比如，以大規(guī)模定制為代表的制造模式在一定程度上實現了個性化定制，但它只是基于產品模塊的改裝和重組，并未實現真正的定制［2-3］。而在這種新的挑戰(zhàn)和形勢下，作為“一項將要改變世界的技術”——3D 打印技術，以“個性化定制”和“社會化制造”為鮮明特征，是迎合符合制造業(yè)新一輪變革挑戰(zhàn)的一種先進制造模式［5］。

1 制造模式演化趨勢

供求關系和技術推動是制造模式發(fā)生根本變化的主要原因。在近200 年的發(fā)展歷程中，制造模式經歷了從手工生產和大量生產到大規(guī)模定制的轉變，并朝著個性化方向發(fā)展的歷程［6］，如圖1 所示。

圖1 制造模式演化歷程

21 世紀前后，隨著不斷升級的消費需求與迅猛發(fā)展的生產力迅速交融，大規(guī)模定制以大量生產和個性化需求相結合的運作模式逐漸成為制造業(yè)的主流生產模式。大規(guī)模定制在兼顧企業(yè)運作效率的同時，滿足了顧客個性化和多樣化需要，但它仍存在缺陷：首先，在大規(guī)模定制生產方式下，企業(yè)一般將過多的精力放在產品的改進上，而忽視新產品的研究和開發(fā)，使產品難以有質的提高；其次，大規(guī)模定制模式只是基于產品模塊的改裝和重組，并未實現真正的定制，在很多情況下，顧客只能從一定的范圍選擇比較滿意（而不是最滿意）的產品，在某種程度上，顧客僅僅是產品和服務的被動接受者［6］。

所以，在大規(guī)模定制模式的基礎上，為增強制造企業(yè)競爭力，實現企業(yè)價值增值，學者提出了“服務型制造”的概念和模式。服務型制造以顧客價值理論為基礎、集一般性服務模式和傳統(tǒng)制造模式為一體。對于服務型制造模式而言，它強調產品與服務的完美融合，并吸納客戶全程參與理念，從而實現生產性服務和服務性生產的完美融合，最終實現分散化制造資源的整合和各自核心競爭力的高度協(xié)同［7-8］。但是，這種制造模式存在不足，最重要的一點就是資金流、物料流、信息流的流動未能脫離供應鏈框架。對于“推式生產”或是“拉式生產”制造模式而言，物料、信息總按照一個確定的順序和方向在供應鏈中依次流動，每個流程在時間和空間上都有相對清晰的邊界［4］，再制造流程都會對主生產計劃產生重大影響，有形資源交易的約束極大限制了生產靈活性。

此后，有學者提出“云制造”“網絡化制造”等制造模式的概念，強調異地、異構制造資源的集聚和整合，試圖通過共享網絡將分布在不同地理位置的制造資源鏈接起來，進而實現制造企業(yè)制造能力和資源的共享［9-10］。但是，如果這種模式不能突破傳統(tǒng)的“減法制造”模式［9-10］，繁瑣冗長的制造過程依然會成為網絡制造模式發(fā)展的障礙。當前的制造網絡仍然需要具備很強的組織和協(xié)調生產過程的能力，并且依賴具有清晰界限之分的異構制造網絡，否則無法集成全社會的資源節(jié)點，難以實現自組織協(xié)調和智能化互連目的［10］。在“減法制造”的約束下，制造過程的泛在網絡的形成是一個非常困難的過程。當前制造網絡依然需要核心制造企業(yè)有很強的組織與協(xié)調能力，多節(jié)點的網絡化制造勢必會造成繁瑣與冗長的制造流程。更重要的是，部分制造節(jié)點有明顯界限，無法高效地進行對接與融合，也就使得不同資源節(jié)點很難實現自我組織與互聯。所以，在“減法制造”模式的制約下，形成制造過程的泛在網絡是一個非常困難的過程。

總之，上述制造模式在很大程度上難以適應未來制造業(yè)供給端和需求端的碎片化和分散化結構，也難以突破原有的交易成本約束性，以及流通資源在時間和空間上的依賴性。

2 3D 打印及其對制造模式的影響

2.1 3D 打印技術

3D 打印，又稱“增材制造”，是通過分層處理、層面制造、逐層疊加的方式獲得三維立體產品［11］。相比傳統(tǒng)制造技術，3D 打印具有快速成型、用材節(jié)約、個性定制和按需制造等特點［11-12］。從20 世紀80 年代中期概念形成至今，3D 打印技術采納分為4個階段：快速成型、快速模具、直接制造和家庭制造［11］。特別是在2007 年以后，隨著桌面級設備（單價低于5 000 美元的設備）的興起，顧客在家中直接創(chuàng)造產品變?yōu)榱爽F實。

近30 年，3D 打印相關技術取得了快速發(fā)展，其制造原理與不同的材料和工藝結合形成了許多種類的增材制造設備，這也在汽車、航天航空、醫(yī)療、軍工、電子和創(chuàng)意產品、藝術設計、建筑等領域得到廣泛應用。3D 打印具有誘人的發(fā)展前景，也存在著巨大的挑戰(zhàn)，諸如材料成本、產品質量和生產規(guī)模限制等，如表1 所示。

表1 3D 打印技術的優(yōu)劣勢及其應用領域

2.2 3D 打印對制造模式的影響

近些年，陸續(xù)有學者對3D 打印引發(fā)的制造模式變革進行了闡述，研究普遍認為，以3D 打印為代表的高端制造技術和以互聯網技術為基礎的制造形態(tài)將引起現階段制造模式的變革［12-14］。上述觀點闡述的依據基于制造方法原理的經濟性視角，即3D 打印過程具有3 個鮮明的免費特性：免費多樣性（制造不同的產品與制造同樣的產品無成本差異）、免費復雜性（打印一個構造繁瑣的精密產品與打印一個簡單塑料方塊同樣便宜）和免費柔性（想要在生產過程開始后改變生產的產品僅需對程序進行相應的改變）［14］。在計算機輔助設計、計算機輔助制造、全息掃描等數字技術及互聯網信息技術的幫助下，3D 打印將基于這3 個免費特性重構現有制造模式。

免費多樣性將有助于釋放消費者個性化需求表達空間。此特征使得消費者個性化需求可以脫離生產流程與設備的束縛，并使得企業(yè)在處理個性化需求時可以忽略不計成本差異，任何可以在數字化虛擬環(huán)境中成功實現的產品都將進入顧客選擇的可行域。傳統(tǒng)制造模式的創(chuàng)新設計環(huán)節(jié)的出發(fā)點和立足點必須顧及后續(xù)制造水平，而3D 打印制造模式突破創(chuàng)新設計環(huán)節(jié)的束縛，大大擴展了工業(yè)設計的創(chuàng)意空間。

免費復雜性將最大程度降低生產過程對人員素質的要求。人力資源的素質所造成的誤差將被徹底從制造系統(tǒng)中移除，極大地提高了系統(tǒng)可靠性。標準、統(tǒng)一的處理過程更是讓傳統(tǒng)制造模式中復雜生產設備的檢測和維護退化成一個單一、固定的操作流程，產品制造過程、人員操作流程、生產設備維護過程都不再以產品復雜程度為轉移，顧客便可承擔起相應的“生產者”或“設計者”角色，真正融入到價值創(chuàng)造環(huán)節(jié)。

免費柔性將極大提升生產系統(tǒng)對需求變化的響應速度。3D 打印制造過程中產品類型的改變只意味著設計程序的改變，中斷和重啟所需準備時間和成本損失與傳統(tǒng)制造模式相比均可以忽略不計。基于虛擬技術的控制機制，使得制造過程的中斷和重啟不涉及任何對產品本身的操作和處理，所有更改同樣被提前到了制造過程最前端，在制產品本身不必脫離制造系統(tǒng)即可以實現產品類型的更改。制造系統(tǒng)無條件接受市場端的需求變化，并在可以忽略的時間內對需求變化作出反應，實現柔性程度無限大的制造系統(tǒng)。

2.3 3D 打印對企業(yè)組織變革的影響

互聯網時代，市場快速發(fā)展、跨界競爭激烈、用戶需求多變和產品快速迭代，加劇了企業(yè)外部環(huán)境的變化進程。組織為適應外部環(huán)境變化而進行的一系列改變就是組織變革的過程［15］。以3D 打印和互聯網為特征的制造模式，顛覆性改變了以往制造企業(yè)的生產組織方式、資源配置方式和價值創(chuàng)造方式，對組織的戰(zhàn)略、文化、結構和作業(yè)流程等方面產生了巨大影響。制造企業(yè)傳統(tǒng)的生產組織方式難以滿足個性化需求，需依據3D 打印的免費特性和互聯網特性對企業(yè)組織進行重構。而組織結構變革是企業(yè)戰(zhàn)略轉型成功的關鍵，組織邊界的打破與重構是其中的關鍵［16］。

在大規(guī)模生產時代，資產專用性決定企業(yè)邊界，規(guī)模經濟和范圍經濟是主要的經濟運行模式，經濟效率取決于生產規(guī)模和產品多樣化。此后，在批量定制時代，模塊化技術突破了企業(yè)邊界，資產專用性下降，垂直一體化企業(yè)被分解，企業(yè)之間的合作生產成為世界制造業(yè)生產組織的主流［15］。當今，3D 打印技術也將影響組織變革：（1）從交易成本理論來看，交易成本影響組織的邊界［15］，傳統(tǒng)制造模式需要改變或裁剪流水線才能完成定制生產，其過程依賴昂貴的設備投資和長時間的工廠停機；而3D 打印技術的免費特性使工廠可以直接創(chuàng)制完全不同的產品，大幅降低交易成本，延伸組織邊界。（2）從制造企業(yè)視角看，由于3D 打印使“現場直接打印”變?yōu)榭赡?，未來的制造模式很可能體現出“即時性”和“社區(qū)性”的特征，制造企業(yè)可以直接獲取顧客需求信息，再通過由3D 打印設備組成的3D 打印社區(qū)網絡及時進行就近制造（local fabrication），快速滿足顧客需求［15］，從制造端到市場端的空間和時間間隔都顯著減小。（3）從顧客視角看，3D 打印使顧客得以直接自我設計、自我制造，顧客的角色逐漸由被動接受者演變?yōu)楫a消者［17］。所以，未來供需雙方可能融為一體，這將激活一個龐大的長尾制造市場，促使更多規(guī)模更小的創(chuàng)業(yè)型組織出現，從而解決開放性創(chuàng)新進入制造業(yè)的瓶頸。

在3D 打印制造模式下，顧客需求是未來生產的起點，顧客與企業(yè)因交互而產生的沉淀數據是進行個性化定制生產和營銷的基礎，也是未來企業(yè)轉型的起點。這是進行個性化定制生產和營銷的基礎，也是未來企業(yè)轉型的起點。組織需要用更加靈活的資源組織形式去匹配顧客需求［18］；需要去除“行政化”，讓位于業(yè)務單元（比如某個制造社區(qū)）和個人（員工、設計師、顧客和創(chuàng)客）的主觀能動性。企業(yè)的管理層角色定位于初始資源的分配者、規(guī)則的制定者、秩序的維護者，任務是讓本企業(yè)的制造生態(tài)系統(tǒng)更加活躍，從而讓組織生產資源能夠更有效率地對接市場的主體（員工、業(yè)務單元），并且讓這些主體能夠更加高效地服務顧客，而不是替代他們作出決策。所以，組織體現一種平臺化的形式：在大量3D 打印機形成的制造設備網絡及其互聯網社交平臺上，各種交易規(guī)則開放、平等，各個主體之間信息不確定性得到消除，顧客通過基于互聯網的社會化網絡平臺參與所需產品的全生命周期生產過程并獲得利潤和價值。在平臺化的基礎上，企業(yè)可大大擴充邊界，形成了對接外部的無邊界組織［19］。

3D 打印及互聯網技術能夠引發(fā)企業(yè)用戶接口的開放，在顧客需求數據的驅動下實現資源的最有效配置，通過改變各主體之間的信息不對稱，從而實現不斷延伸組織邊界的目的，這就是3D 打印引發(fā)組織變革的技術機理。

2.4 3D 打印制造模式概念模型

3D 打印以現有制造技術為支撐，并不排斥現有制造模式包括的內容和實現的形式［20］，反而可以以靈活的方式分解、重組現有制造模式。3D 打印制造模式是為了實現顧客個性化需求和資源最大化利用，通過需求共享、設計共享、打印眾包、平臺銷售的形式協(xié)同創(chuàng)造企業(yè)價值和顧客價值，實現資源整合、價值增值和知識創(chuàng)新，達到協(xié)同創(chuàng)新的一種制造模式。它的核心在于“個性化定制”和“社會化制造”。

借助成熟的社交網絡，企業(yè)和顧客都積極進行需求信息的互動和交流，而顧客的主權意識和個性化需求促進了顧客參與到價值創(chuàng)造全過程，主動參與產品的設計服務，甚至是打印服務。不論是傳統(tǒng)的“推式生產”還是“拉式生產”，都可以成為3D打印制造系統(tǒng)的構成框架，組織可兼顧傳統(tǒng)制造模式效率的同時最大程度地考慮顧客的需求，實現真正意義上的個性化定制。

在3D 打印制造模式中，生產批量并不受到機械模具的限制，可通過數字化軟件技術的調整打印萬物；消費者與企業(yè)可以通過在線網絡隨時隨地地參與到社會制造流程中，使得社會需求能夠有效匹配社會生產，完成“從想法到產品”目標實現，以及生活和產業(yè)中長尾效應之常態(tài)化［14］；并且，大批量單一品種生產，或小批量多品種生產，都可成為該制造模式下的常態(tài)。以3D打印為基礎的，人人可參與、更加靈活、所需投入更少的生產方式，是未來社會存在的一種生產方式，即一種社會化制造形態(tài)。

3D 打印制造模式將呈現企業(yè)與顧客高度接觸的特點。顧客的需求通過智能匹配的形式直接呈遞給企業(yè)或設計師，而企業(yè)可通過分包的形式實現“即時制造”“本地制造”，快速滿足顧客需求。以物聯網、智能物流為支撐，3D 打印制造模式的集成度將不斷提高，需求服務、設計服務、打印服務、銷售服務的過程全部圍繞著顧客進行，通過需求共享、設計共享、打印眾包、就近銷售的形式協(xié)同創(chuàng)造企業(yè)價值和顧客價值。其概念模型如圖2 所示。3D 打印制造模式將顧客全程參與的理念融入到企業(yè)的價值鏈，通過重新定義顧客、設計師和企業(yè)的角色來實現資源整合、價值增值和知識創(chuàng)新，增強企業(yè)的競爭優(yōu)勢。

圖2 3D 打印制造模式概念模型

3 3D 打印制造模式運行框架及實踐

3.1 3D 打印制造模式運行框架

3D 打印制造模式的運行涉及顧客、設計師、創(chuàng)客/制造企業(yè)等各個方面。其運行過程源于顧客所需產品和服務，存在兩個互動方式，一是顧客主動將所需產品信息以文字或數據格式的文件提供給設計師或制造企業(yè)，二是設計師、創(chuàng)客或企業(yè)敏銳捕捉市場需求信息，與顧客頻繁交流互動并主動提供可選擇的產品設計信息，整個過程通過需求匹配的途徑來實現產品的個性化要求；經過重重篩選的設計師方案將是在最大程度上滿足顧客需求的產品設計方案，并最終傳遞給相應的制造企業(yè)（甚至是創(chuàng)客個體）進行制造匹配，此后企業(yè)將根據顧客的位置信息和制造需求信息，選擇就近和合適的3D 打印網絡社區(qū)進行制造，實現“社會化制造”過程，最大程度減少或避免供應鏈中間環(huán)節(jié)的庫存和配送環(huán)節(jié)；最后，顧客根據一定的評價標準將信息反饋給企業(yè)，而在產品回收過程中，如果合適，也可交由就近的3D 打印網絡社區(qū)進行重復利用，實現產品的綠色制造?；诖?，本文提出的3D 打印制造模式運行框架如圖3 所示。在未來的發(fā)展中，3D 打印制造模式將以3D 打印網絡社區(qū)為基本組成單元，通過顧客、設計師和企業(yè)的不斷交流和匹配，形成大規(guī)模的社會化制造網絡體系。

圖3 3D 打印制造模式運行框架

與其他制造模式相比，企業(yè)遵循該框架運行其業(yè)務過程時體現的運行特征有：

（1）延伸創(chuàng)新邊界，各角色將重新定位。由圖2 可知，顧客也可自行設計，將設計方案展示在互聯網設計平臺，所以，顧客1 也可以是顧客2 的“設計師”。而如果顧客擁有3D 打印機并入駐某一企業(yè)的3D 打印網絡社區(qū)平臺，且企業(yè)制造需求結果與之匹配，則顧客可以實現企業(yè)的制造過程外包活動。

（2）產品制造和服務的高度協(xié)同。傳統(tǒng)的供應鏈、工廠及銷售網絡的直線型價值組織方式會逐漸聯網，生產資料提供方不一定需要按照單一的合同供貨方式給特定的工廠供貨，顧客不一定需要從特定的工廠獲得服務，顧客可以通過一個銷售平臺選擇自己的個性化產品設計模型，然后制造企業(yè)將根據各種生產資料及交付地點，通過智能匹配形式實現原材料、生產及銷售過程。

（3）企業(yè)資源高度集成。在3D 打印網絡社區(qū)平臺的“互聯工廠”運作下，企業(yè)要實現縱向集成使之具備很強的柔性生產能力，需要整合大量的供應鏈資源來提供個性化的產品及服務，以滿足顧客個性化需求。基于數據交流的跨產業(yè)鏈的信息共享可實現高度網絡化，不同產業(yè)鏈之間可進行統(tǒng)一的數據交互，相互之間的協(xié)同創(chuàng)新能力將大大提升，這樣會產生大量的創(chuàng)新商業(yè)模式，向顧客提供創(chuàng)新的產品解決方案。

（4）大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新。大數據、云計算、物聯網等先進技術的發(fā)展為3D 打印制造模式形成提供了進一步可能空間，將有助于3D 打印個性化定制服務生態(tài)系統(tǒng)的形成。設計師、企業(yè)或顧客將各種創(chuàng)新設計方案展示在平臺上，顧客可自由選擇需要的產品，在打印社區(qū)或家里就近制造，從而實現萬物互聯、萬物打印。

3.2 3D 打印制造模式產業(yè)實踐——以Shapeways 為例

Shapeways 公司于2007 年成立，是荷蘭的一家創(chuàng)新制造公司，主要提供3D 打印設計平臺、產品打印和配送服務。在其“未來工廠”里，大量3D 打印機組成制造網絡，通過互聯網接受客戶的各種產品三維設計方案，在完成產品生產之后郵寄到顧客手中；用戶（包含顧客和設計師）還可以通過其提供的網絡社區(qū)平臺，分享和出售自己的3D 產品模型或3D 打印產品。截止到2014 年，Shapeways 公司月均訂單已超過18.1 萬件，開設了23 000 多個設計師商店，成為全球第一在線3D 打印社區(qū)。

Shapeways 公司3D 打印平臺運行框架如圖4 所示，主要包含三大板塊：第一，商鋪板塊。該板塊包括配件、珠寶、家用裝飾品、玩具、禮物等多個類別。公司鼓勵設計師在該平臺開設店鋪，展示并出售3D 打印設計方案或實物產品，當顧客購買這些3D 打印設計方案或實物產品后，公司為店主進行3D 打印產品的制作和配送，與設計者按照一定比例分配產品出售所得。第二，設計板塊。該板塊主要為設計師和用戶上傳文件設置，整個操作流程為作品設計、作品上傳、通過檢測、上傳成功、對產品進行標價、進入商鋪平臺進行售賣。第三，銷售模塊。顧客在此模塊創(chuàng)建自己的商鋪，將作品上傳至商鋪，設定價格，通過此模塊售賣產品。此外，Shapeways公司還通過建立社交論壇，幫助顧客、設計師和商家形成良好的交互和反饋機制，建立一個融合顧客、設計師、商家的3D 打印生態(tài)系統(tǒng)來培育企業(yè)核心競爭力。

圖4 Shapeways 公司3D 打印平臺運行框架

當然，基于技術等各方面原因，Shapeways 公司的3D 打印平臺還存在諸多不足，比如產品設計只能局限于有限種類的材料；功能性零件或產品制造生產較少；訂單只能由Shapeways 公司進行打印，沒有充分發(fā)揮就近制造優(yōu)勢。但不可否認，3D 打印個性化定制與社會化制造統(tǒng)一的制造模式雛形初步形成，必將成為拉動經濟發(fā)展的重要驅動力。

4 結論

目前，很多國家嘗試啟動“再工業(yè)化”“制造業(yè)回歸”計劃，力求打造新一輪的制造競爭優(yōu)勢。本文探討的3D 打印制造模式以靈活的方式分解、重組現有制造模式，其“個性化定制”和“社會化制造”的特征展示優(yōu)于傳統(tǒng)制造模式的可能空間，體現出未來制造模式演化的重要方向。隨著3D 打印制造模式的日趨成熟，它將不斷推進我國經濟結構的戰(zhàn)略調整，成為未來經濟的重要增長極。

對政府而言，可從以下3 個方面扶持3D 打印產業(yè)化發(fā)展：（1）加強技術創(chuàng)新培育。首先，完善自主創(chuàng)新平臺建設，做好基礎研究與共性技術研究工作，并對應用研究與開發(fā)、技術轉移搭建溝通渠道；其次，以加大財政支持和人才培育為主要手段，實施重點領域、重點示范、重點專項計劃，以此引導3D 打印技術走向市場化。（2）激發(fā)潛在市場需求。可從三方面完善措施，包括制定規(guī)則制度與技術標準，規(guī)范市場秩序；完善政府財稅信貸政策，創(chuàng)造利基市場；培育領先市場，形成本地產業(yè)優(yōu)勢。（3）建設服務保障體系。在加強組織領導的基礎上，完善金融支持并提供相關技術保障等。