從產品附加值的范式轉移看全球制造業的變遷規律
貿易戰，制造業回歸西方，這些“惱人”的話題似乎揮之不去的在增加人們的危機感。殊不知，長久以來，西方國家呼吁的制造回歸，此制造非彼制造，那些曾經流出去的低附加值制造他們未曾挽留，也無心收回。而另外一場制造回歸，關于附加值創造的制造，正在進一步升級國家與國家之間的競爭。面對新的全球制造業變遷，我們國家將如何認清其中的規律？我們國家是否具備自身的核心優勢？我們應該如何應對以抓住機遇？
這篇文章中，讓我們開啟一場不同尋常的旅程，這個旅程有兩條主線，一條是圍繞著每一次制造中心的轉移過程，產品附加值變遷這條主線。另外一條主線是3D打印如何在產品生命周期的整個范圍內深化產品附加值的升級。最后這兩條主線將相交在一起，我們來感受附加值創造這條主線將如何深度影響制造業的變遷規律。
制造變遷
借助《智能制造》的網絡資料，我們先來看全球制造業的變遷背后的產品附加值創造的國家間的轉移。第一次制造業大遷移發生在20世紀初，由美國接棒英國承接全球制造業。第二次制造業大遷移發生在20世紀50年代，由日本接棒美國承接全球制造業。（在美國的支持下，日本的制造業以年均13.2%的速度發展，這個速度是德國和法國的2倍，英國和美國的3倍。）第三次制造業大遷移發生在20世紀70年代，由亞洲四小龍接棒日本承接全球制造業。（韓國成為世界上造船業最發達的國家；臺灣承接了美日相當一部分勞動密集型的產業，逐漸成為電子代工業的巨頭；香港的紡織業、塑膠、鐘表、燈泡等制造業得到快速發展；新加坡快速成為全球集成電路、芯片和磁盤的重要生產基地，同時也是世界第三大的煉油中心。）第四次制造業大遷移發生在20世紀90年代，由中國接棒亞洲四小龍承接全球制造業。
圖片：美國、英國、非洲的貿易三角形中的價值流動。英國生產高附加值的產品換取美國大量的低附加值資源類商品，并將槍支、服裝等商品貿易到非洲換取大量的資源類商品。非洲大量的奴隸被貿易到美國用來進行體力勞動以滿足英國當時對美國的榨取需求。
制造業附加值，指在產品的原有價值的基礎上，通過生產過程中的有效勞動新創造的價值，即附加在產品原有價值上的新價值。
而制造轉移創造了今天的制造業附加值全球格局：
英國在航空、汽車和芯片等行業占據全球前三的地位，著名品牌如勞斯萊斯汽車、ARM芯片。
1980年到現在，美國將大部分的勞動密集型產業都外包出去，僅保留價值鏈高端的制造業如汽車、航天航空、芯片等，而信息技術和金融作為新的增長點占GDP的比重越來越高。以制造業附加值來看，美國目前仍是世界第一，并且在汽車、航空航天、醫療器械、芯片、制藥、工程機械等處于絕對領先位置，著名品牌有福特、波音、英特爾等。
日本除了汽車，在打印機、數據相機領域也占據領先地位，佳能在全球數碼相機和打印機市場分別占據30%和27%的份額。在某些看不見的地方日本的制造業也能做到極致，比如圖像傳感器，軸承等一些關鍵配件其他國家都要依賴日本進口。
根據《智能制造》，中國目前面臨的形勢較嚴峻的是，一方面勞動密集型制造業的訂單被印度、越南、印尼等人工更低的國家搶走，一方面機器人和自動化發展速度很快，歐美和日本等國家開始讓制造業回歸本土。
不管是主動還是被動，我們從模仿西方國家的產品設計也走到了一個走向高層次的民族創新和正向設計的路口。所以說是新的發展模式和發展機遇降臨了，只是我們還未曾熟悉，這或許是恐懼的來源，但也是希望的新起點。
價值與賦能邏輯
3D打印的確給中國帶來了歷史機遇。為什么這么說呢？首先我們來了解3D打印的賦能邏輯。“關于3D打印領域的五大賦能邏輯: 3D打印賦能產品性能提升；材料賦能3D打印應用場景與發展潛力；軟件賦能3D打印產業化發展；工業互聯網賦能3D打印制造、商業和發展模式重塑；工業正向設計賦能3D打印發展前景。— 《3D打印與工業制造》”目前社會上絕大多數人一看到3D打印就以為是一種快速制造工具，而沒有看清這個技術的顛覆價值不僅僅在于快速制造(無模具)，更在于以（Functional-driven design）功能導向的產品設計實現，制造傳統加工工藝無法制造的產品，這正是產品附加值的核心。
圖片：以熱交換器的案例來說明3D打印使得以功能導向的產品設計為制造業附加值賦能，來源:3D科學谷。
“在人類探索太空的發展歷程中，一邊是引爆行業競爭的可回收、低成本火箭，一邊是起到四兩撥千斤效果的3D打印技術，這其中的競爭規則，值得深思。— 《3D打印與工業制造》”
這其中，NASA于2012年就啟動了AMDE-Additive Manufacturing Demonstrator Engine增材制造驗證機的計劃，NASA認為3D打印在制造液態氫火箭發動機方面頗具潛力。在3年內，團隊通過增材制造出100多個零件,并設計了一個可以通過3D打印來完成的發動機原型。而通過3D打印，零件的數量可以減少80%，并且僅僅需要30處焊接。
當然，根據3D科學谷，3D 打印并非是一座孤島，而必須與其他傳統制造工藝相融合，才能成為創造制造業附加值的“利器”。
“3D打印只是制造的一環，將與其他工藝充分融合在一起，無縫銜接在制造流程環節中，將是3D打印進入制造業產業化的主旋律。— 《3D打印與工業制造》”
圖片：德馬吉森精機的CELOS系統所集成的OPTOMET軟件，這個軟件的智能化程度很高，只需要輸入粉末的參數和加工要求，系統會自動優化加工參數，這節約了大約4周的人工設置參數時間，并且避免了人工設置參數導致的大量報廢零件產生。
其實不僅僅是3D打印與其他工藝將要發生融合，根據3D科學谷的市場觀察，機加工環節也在發生變化。拿歐特克公司的PowerMill Additive軟件來說，將以往需要人工編程的CAM過程變得“自動化”，這使得混合增材制造過程3D打印與機加工的銜接更加順暢，使得“增材”與“減材”成為融合在一起的解決方案。
“對于工業制造企業來說，并非要完全放棄傳統制造工藝而采用3D打印直接制造最終產品，將3D 打印引入制造流程與傳統工藝相結合，是實現數字化生產的一條道路。— 《3D打印與工業制造》”
而這個融合的過程，使得更多的“賦能”邏輯發生作用。在3D科學谷看來，抓住3D打印帶來的制造業附加值創造機遇，必須深刻理解其中的“賦能”邏輯，必須將3D打印放在制造的一個環節中從全制造流程的角度去理解。
價值臺階
“3D打印對所占用的材料成本更加敏感，而對設計的復雜性并不敏感，也就是說3D打印適合制造復雜形狀的產品，包括一體化結構、仿生學設計、異形結構、輕量化點陣結構、薄壁結構、梯度合金、復合材料、超材料等。— 《3D打印與工業制造》”
3D打印/增材制造工藝的好處可以從兩個方向來理解-一個是生產效益，另一個是綜合效益。生產效益專注于制造過程，包括減少材料消耗，縮短交貨時間，最小的模具成本，降低裝配成本和自動化的影響。而綜合效益是指在使用通過增材制造出來的產品的過程中，來自如減輕重量帶來的燃油效益，更高的性能和可靠性，更長的壽命收益，更快的新產品推出，市場相應速度，減少庫存以及更好的適應性和更具吸引力的產品附加值等等。
圖片：3D打印/增材制造的價值臺階
而通常在談到增材制造的時候，不論是制造業還是增材制造行業本身都容易過于關注生產效益，而忽略了綜合效益。而增材制造的價值臺階：原型與模具，備品備件，復雜零件，創新產品，在不同的臺階中生產效益的價值或許相似，然而綜合效益的價值卻是隨著臺階的升高而越來越大。
圖：空客與歐特克的The Living設計工作室合作，為空客A320飛機開發了一個大尺寸的“仿生”機艙隔離結構。新型隔離艙不僅更輕，而且更強。比原來的結構輕55磅，由于重量減輕效率，考慮到每家飛機的服役情況，這將累計帶來高達96000噸的二氧化碳排放量的減少。而如果未來將該結構擴展到整個機艙，其節約將更為驚人，相當于每年減少465,000噸的二氧化碳排放量，好比陸地上減少了96,000輛汽車對大氣的污染。所以說，新型隔離艙結構的價值不僅僅在于自身對材料的節約，更在于對能源的節約和環保的影響。
“我們總是陷入將3D打印與傳統制造方法一對一（apple to apple）比較的誤區，原因在于我們很容易忽略3D打印不是在生產和原來一樣的零件，而是生產不一樣的零件，不一樣的形狀，不一樣的材料，不一樣的性能。— 《3D打印與工業制造》”
“如果說工業4.0將工廠的效率以數倍的方式提升，那么3D打印則在航空制造領域以創新零件的方式打開下一代火箭和飛機的設計與制造模式。— 《3D打印與工業制造》”
“我們衡量3D打印的價值需要跳出單件加工效率、單件成本這些思維局限，應該站在產品的生命周期的角度來評估。— 《3D打印與工業制造》”
“3D打印對產品的重塑，不僅包括外觀，還包括性能的提升。— 《3D打印與工業制造》”
制造業附加值與民族復興
由以上所述，我們可以很清晰的看到由于分布式制造模式的發展，以往的“水往低處流”的制造向低生產成本要素的國家和區域積聚的方式將被極大的稀釋。在3D科學谷看來，3D打印作為提升制造業附加值創造的“利器”，將引導“水逆勢而流”，即開辟全球競爭的新賽道，在這條賽道上，產品的設計以功能實現為導向，這將是整個價值創造的核心。
在3D科學谷看來，以往，一個產品類別下的一百家企業生產的產品或許十分雷同；而將來，一個產品類別下的一百家企業所生產的產品將大相徑庭，誰能最終贏得市場，這與制造業附加值的創造極大相關，與是否實現產品功能為導向極大相關。
“3D打印將使得制造向高成本生產要素的國家和區域流動，這里的高成本生產要素指的是能夠駕馭得了3D打印技術精華之所在，能夠實現高附加值產品的設計、仿真、正向創造與制造的高級人才聚集地。— 《3D打印與工業制造》”
圖片：3D打印國家指數，中國處于第二梯隊，在將3D打印技術實現商業轉化方面存在這躋身于第一梯隊的機會。
正如微軟的現任CEO薩提亞在《刷新》一書中提到的“真正創造經濟機會的是使用技術的強度，而不是單純獲得技術。國家究竟是將技術束之高閣，還是對勞動力展開有針對性的培訓，讓他們創造最大的生產率？這就是強度。問題不只是技術何時到來，還在于使用技術的強度。”
的確，雖然我國對3D打印的戰略地位給予了充分的肯定和重視，但不足之處是目前還停留在偏重擁有技術的層面上，此外，目前科研院所前期投資了大量資金購買的3D打印設備，又面臨著束之高閣之痛。我國需要給予對3D打印技術的運用強度方面充分的重視，在推動3D打印發展方面需要在應用領域加大力度，因為每個產業化的機會背后都蘊含著多年的探索實驗這樣的“厚積”階段的技術積累，只有這樣才能實現使用技術的強度。
無論3D打印具備多大的顛覆潛力，都需要懂得拓撲優化、創成式設計、仿真方面的人才，無疑對于3D打印這個寶藏來說，人才是打開寶藏大門的鑰匙。
“除了拓撲優化這樣的”睡美人“被3D打印喚醒之外，還有一項頗具顛覆潛力的設計方法叫做創成式設計（Generative Design），創成式設計被認為是面向未來設計的主流技術，正在攜手3D打印演繹讓人驚嘆的產品重塑能力。— 《3D打印與工業制造》”
“人工智能技術將為3D打印的物理過程和數字模擬過程搭建起一座橋梁，將來自傳感器和設備的數據與分析模型以及材料科學相結合，不斷改進零部件的打印質量，乃至整個制造流程的數字化管理，這個過程就像人的學習過程，從過去的經驗中學習，然后變得更聰明。— 《3D打印與工業制造》”
“從技術本身來說，3 D打印技術所涉及的并非僅包括那些以逐層疊加的方式進行材料成型的設備，更是涵蓋了從仿真技術、優化技術、打印過程質量控制、檢測、后處理工藝等等多種技術與工藝組合。— 《3D打印與工業制造》”
“從產業鏈來說，要實現分布式制造，從消費者，到3D打印過程、后處理、分布式制造中心都需要并入網絡，通過工業互聯網來管理制造需求與制造過程。— 《3D打印與工業制造》”
“3D打印進入快速發展期，為我國企業帶來前所未有的機遇，同時也伴隨著相當大的風險。我國企業所面臨的風險不僅僅是技術問題，還有商業模式和戰略能力方面的挑戰。— 《3D打印與工業制造》”
“我國若要在3D打印領域取得突破，一定不能忽視基礎，一定要正視現實，補齊短板，可謂任重而道遠。—《3D打印與工業制造》”
圖片：3D打印當前的產業化前景，來源3D科學谷。
值得欣喜的是，我們國家在制造業大國的發展道路上走了多年的歷程，這個歷程中積累了大量的人才，這些領域的公司與人才無疑是我們國家贏得經濟崛起競爭中的瑰寶。長久以來，手握附加值創造能力的高地，一部分在軍工領域，隨著軍民融合的推動，我們將發現，我們國家發生的附加值創造能力的升級。最后，中華民族的偉大復興不是一句空話，我們或許每天都需要問自己，有沒有看到未來發展的方向？有沒有為此做出戰略層面和行動力層面的準備？《3D打印與工業制造》這本書是如何正確駕馭3D打印技術的指南。正如馬云曾提到的，“未來的制造將不分made in China, 或者是made in America,而是made in internet”。3D打印將以一場結合互聯網的數字化工業革命的新型態，深刻改變制造與我們的生活。
(責任編輯：admin)
3D打印市場規模不斷擴大，
工信部：去年全球3D打印產
2020年，全球3D打印產業規
工業級3D打印設備占主流，
3D打印，制造業的未來
三年后市場規模可達56億，
