北京3D打印企業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與對策分析

張鐵山+劉騏寧　周恢

摘 要：本文通過對10家北京3D打印企業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)查，分析得出在北京3D打印企業(yè)中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用并不普遍，很多企業(yè)缺乏大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，并且在大數(shù)據(jù)的應(yīng)用中缺乏算法和軟硬件支持，與此同時(shí)北京3D打印存在企業(yè)規(guī)模小、研發(fā)力度不足、產(chǎn)品成本高等問題；基于這些問題筆者提出三點(diǎn)對策以促進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)在北京3D打印企業(yè)中的應(yīng)用，包括企業(yè)制定大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、加大研發(fā)力度，政府在政策和資金上提供支持，以及將3D打印與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合，探索全新商業(yè)模式。

關(guān)鍵詞：3D打印企業(yè)；大數(shù)據(jù)技術(shù)；對策

一、引言

近年來，3D打印這一新興技術(shù)引起了社會各界的高度關(guān)注，被稱作“上上個(gè)世紀(jì)的思想，上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)，這個(gè)世紀(jì)的市場”的3D打印機(jī)，經(jīng)歷漫長的成長過程，如今終于走進(jìn)廣闊的市場，一石激起千層浪。據(jù)市場研究公司Gartner預(yù)測，到2018年3D打印機(jī)在全球的市場將達(dá)到134億美元，未來幾年3D打印機(jī)出貨量的年增長率為106.6%，同期營收增幅為87.7%。與此同時(shí)，大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來臨，無時(shí)不刻不在影響我們的生活方式并刷新我們對世界的理解，成為創(chuàng)新的源泉和企業(yè)爭相發(fā)展的重點(diǎn)。未來大數(shù)據(jù)的變革將出現(xiàn)在制造業(yè)領(lǐng)域，3D打印帶來增材制造、數(shù)據(jù)化制造，使大規(guī)模定制成為可能。因此，探究北京3D打印企業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用與對策具有現(xiàn)實(shí)意義。

二、北京3D打印企業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀與存在問題

1.應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的企業(yè)較少，企業(yè)缺乏大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略規(guī)劃

目前在3D打印企業(yè)中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用尚不普遍，相關(guān)企業(yè)認(rèn)為企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營中運(yùn)用大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成在一起運(yùn)行，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換，對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并已經(jīng)在研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及倉儲環(huán)節(jié)應(yīng)用了大數(shù)據(jù)，但目前看來效果不是很理想。在軟件系統(tǒng)上方面，被調(diào)查企業(yè)中絕大多數(shù)在生產(chǎn)經(jīng)營中用到了CAD/CAM，但ERP、CRM、SCM卻鮮有涉及，而大多數(shù)企業(yè)選擇將軟件系統(tǒng)集成在一起運(yùn)行。研究發(fā)現(xiàn)企業(yè)更傾向于在研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)的投入。企業(yè)通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)最想要實(shí)現(xiàn)的是產(chǎn)品優(yōu)化、成本控制和運(yùn)營優(yōu)化。大多數(shù)企業(yè)認(rèn)可大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)該具備數(shù)據(jù)挖掘、查詢和報(bào)告、數(shù)據(jù)可視化、預(yù)測性模型等相關(guān)能力。

2.3D打印企業(yè)產(chǎn)出大量數(shù)據(jù)，但缺乏算法和軟硬件支持

每次對產(chǎn)品的修改都會產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫上不斷累加，很多內(nèi)容都可以并值得進(jìn)行分析，但目前找不到突破口，資源和數(shù)據(jù)是零散的。此外，3D打印作為智能制造的一個(gè)環(huán)節(jié)，在工藝開發(fā)、材料分析、模型構(gòu)建等多方面都需要大量數(shù)據(jù)的支持，但大數(shù)據(jù)的應(yīng)用還處于起步階段，目前僅應(yīng)用于材料性能的分析中，在廣州的超算中心，通過將3D打印中的材料信息輸入到云平臺，進(jìn)行材料性能的分析計(jì)算和虛擬仿真，基于大量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，輸出效果圖。北京的大數(shù)據(jù)運(yùn)用也在持續(xù)增溫中，進(jìn)行了相關(guān)課題的申報(bào)，試圖通過云平臺獲得大量數(shù)據(jù)，對大批量個(gè)性化制造的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，面向不同行業(yè)制造定制軟件。

目前存在的主要問題是智能制造中3D打印缺乏數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的算法，照片如何轉(zhuǎn)化成為三維數(shù)據(jù)，還需要軟件和硬件的支持，大量的數(shù)據(jù)需要大型服務(wù)器或計(jì)算中心的支持。隨著數(shù)據(jù)量的增大，數(shù)據(jù)傳輸、存儲、安全性都存在問題。

3.3D打印市場發(fā)展迅速，成本較高、難推廣

作者對北京上拓科技有限公司進(jìn)行了訪談，上拓公司是3D打印機(jī)巨頭Stratasys等多家國外知名增材制造企業(yè)在國內(nèi)的一級代理商，是北京工業(yè)設(shè)計(jì)促進(jìn)中心DRC逆向工程和快速成型平臺運(yùn)營商，致力于引進(jìn)快速設(shè)計(jì)與制造的系統(tǒng)化解決方案，同時(shí)具備自主研發(fā)能力，與高校、研究院合作研發(fā)了快速成型機(jī)、三維掃描儀等設(shè)備。

訪談過程中得知，我國3D打印年產(chǎn)值在前幾年維持在30%增長率，近兩年逼近50%，其中，桌面級打印機(jī)產(chǎn)值超過50%，說明我國3D打印產(chǎn)業(yè)還沒有很好地與工業(yè)結(jié)合，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

近年來，國內(nèi)多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)和銷售，也出現(xiàn)了許多3D打印體驗(yàn)店，可是3D打印仍然作為脫離主流文化的高新技術(shù)存在著，很難普及到工業(yè)應(yīng)用以及大眾生活當(dāng)中，究其原因主要是因?yàn)閲鴥?nèi)的3D打印剛剛起步，設(shè)備和材料的價(jià)格居高不下，還不能將成本降低到普通受眾可以接受的范圍，很難為普通企業(yè)和用戶所用，因而其應(yīng)用限制在高價(jià)值、零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的行業(yè)，比如航空航天和醫(yī)療設(shè)備。在3D打印產(chǎn)品的生產(chǎn)制造方面，成本過高成為阻礙市場拓展的最大限制，在沒有形成規(guī)模效應(yīng)以前，成本難以下降，3D打印只計(jì)算耗材的成本，由于工藝上的技術(shù)瓶頸，找不到普適的材料，現(xiàn)在購買打印機(jī)就只能買配套的材料，我國3D打印材料有80%依賴進(jìn)口，而材料成本超過總成本的70%。

4.高校3D科研成果較少應(yīng)用于企業(yè)，缺乏資源整合

自上世紀(jì)90年代以來，我國的各大高校就開始進(jìn)行3D打印機(jī)的自主研發(fā)工作，并取得了驕人的成績。清華大學(xué)、西安交大、華中科大、華南理工四所高校組成3D打印機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，基本上形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)化平臺，研發(fā)出了領(lǐng)先的3D打印技術(shù)。大連理工大學(xué)研制出世界上最大的激光3D打印機(jī)，最大加工尺寸達(dá)到1.8米，其中利用的激光三維打印方法獲得了兩項(xiàng)國家發(fā)明專利。然而，我國的3D打印市場卻遲遲不能打開，這是因?yàn)楦咝Ｃ撾x企業(yè)，好的技術(shù)沒有能夠得到實(shí)際應(yīng)用，而擁有專利以及豐富生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)較少，自主創(chuàng)新能力弱，創(chuàng)新意識不高，研發(fā)資本弱，不能進(jìn)行自主研發(fā)。

今年出臺的《中國制造2025》，提出新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)變革，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。各國都在加大科技創(chuàng)新力度，推動(dòng)三維（3D）打印、大數(shù)據(jù)、新材料等領(lǐng)域取得新突破。但目前我國對該領(lǐng)域的支持力度還不是很大，各企業(yè)都在自己摸索相互競爭，沒有形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，也不能整合資源做技術(shù)的重點(diǎn)突破，事實(shí)上因?yàn)槿狈y(tǒng)籌，我國很多企業(yè)對桌面級3D打印機(jī)做了重復(fù)建設(shè)，造成了資源浪費(fèi)和惡性競爭，面臨國外具有先發(fā)優(yōu)勢的勁敵，我國未來的3D打印市場花落誰家難以把握。

5.北京3D打印企業(yè)規(guī)模小，研發(fā)人員所占比重小和學(xué)歷層次偏低

作者對北京市10家3D打印機(jī)企業(yè)進(jìn)行了問卷調(diào)查，其中，有七家企業(yè)總資產(chǎn)在4000萬元以下，其余三家企業(yè)總資產(chǎn)在4000萬元以上、40000萬元以下；十家企業(yè)的銷售收入情況是，兩家企業(yè)在500萬以下，六家企業(yè)銷售收入在500萬-3000萬元之間，兩家企業(yè)在3000萬元以上。

在從業(yè)人員數(shù)目上看，十家企業(yè)的職工人數(shù)都在300人以下，而80%的企業(yè)其大學(xué)專科以上學(xué)歷的科技人員占總職工人數(shù)的30%以上，50%的企業(yè)其研發(fā)人員占企業(yè)當(dāng)年職工總數(shù)的百分比為10%以上。

6.個(gè)性化定制成為未來趨勢，新商業(yè)模式有待發(fā)展

3D打印適合制造需求少的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的高附加值零件，傳統(tǒng)制造業(yè)適合批量加工制造，企業(yè)可以將二者有機(jī)結(jié)合，利用3D打印機(jī)開發(fā)出傳統(tǒng)制造業(yè)所需要的模型或產(chǎn)品，同時(shí)突破3D打印技術(shù)的瓶頸，以加快大批量定制化生產(chǎn)時(shí)代的到來。上拓科技目前還在利用傳統(tǒng)工業(yè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和掃描，但在商業(yè)模式創(chuàng)新上卻有自己獨(dú)到的見解，即在推進(jìn)服務(wù)器和客戶端的互動(dòng)、對接應(yīng)用上努力，進(jìn)行三方資源設(shè)計(jì)資源（大量設(shè)計(jì)師上傳設(shè)計(jì)作品）制造資源（擁有3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)商和服務(wù)商）客戶資源（面向普通消費(fèi)者）的整合。讓客戶選擇設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的作品，或者添加個(gè)性化元素進(jìn)行定制，用平臺上的軟件創(chuàng)造數(shù)據(jù)而后進(jìn)行打印，最后客戶會獲得一個(gè)3D打印實(shí)物，帶有消費(fèi)者自己感性色彩的產(chǎn)品。目前公司對這一新商業(yè)模式還處于探索階段，距離市場全面打開還有很長的路要走。

三、推進(jìn)大數(shù)據(jù)在3D打印中應(yīng)用的對策

1.企業(yè)制定大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，加大科研力度，重點(diǎn)攻克技術(shù)瓶頸

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用上，企業(yè)首先要制定大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略規(guī)劃，從現(xiàn)有數(shù)據(jù)入手，設(shè)定并完成短期和階段性的大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略目標(biāo)，根據(jù)各項(xiàng)業(yè)務(wù)優(yōu)先級，逐步建立分析體系，循序漸進(jìn)提升大數(shù)據(jù)分析能力，定制可衡量的指標(biāo)分析，為企業(yè)的發(fā)展提供很好的支撐決策；其次要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等各個(gè)環(huán)節(jié)建立數(shù)字化模型，也就是企業(yè)數(shù)字源，在此基礎(chǔ)上搭建橫向、縱向的信息化集成系統(tǒng)，來對數(shù)字進(jìn)行利用、整合、分析、處理，也就是整合和識別數(shù)據(jù)的系統(tǒng)平臺。現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)缺少的是數(shù)字化模型，因此大數(shù)據(jù)技術(shù)無從談起；再次要將行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，建立真正意義上的大數(shù)據(jù)庫。

此外，要建立健全技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，營造創(chuàng)新氛圍，加大研發(fā)投入，引進(jìn)國內(nèi)外專業(yè)人才，為技術(shù)創(chuàng)新提供資金支持和人員保障，重點(diǎn)突破核心技術(shù)。在大數(shù)據(jù)應(yīng)用上重點(diǎn)突破數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題，進(jìn)而逐步將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營等各個(gè)環(huán)節(jié)。在3D打印技術(shù)中，材料問題一直是技術(shù)瓶頸地帶，這還有賴于多學(xué)科之間的交流，需要更好地統(tǒng)籌規(guī)劃3D打印產(chǎn)業(yè)，有針對性地對重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行突破。

2.政府在政策和資金上對大數(shù)據(jù)應(yīng)用予以支持

調(diào)查中大多數(shù)企業(yè)希望政府能夠支持和推動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，包括促使產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。特別的，在政府提供的支持上，政策和資金的支持被認(rèn)為是最重要的，其次是資源整合、技術(shù)指導(dǎo)、開放數(shù)據(jù)、購買產(chǎn)品。

（1）整合行業(yè)資源

大數(shù)據(jù)的發(fā)展離不開政府的大力支持，政府要促使行業(yè)資源整合，需要科研機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)院等第三方機(jī)構(gòu)出面整合行業(yè)資源，避免重復(fù)建設(shè)等資源浪費(fèi)的現(xiàn)象蔓延，建立3D打印互聯(lián)網(wǎng)智能云平臺，推動(dòng)信息共享與業(yè)內(nèi)交流。本著合作、共贏的原則，發(fā)揮北京高校和人才聚集的優(yōu)勢，積極促成產(chǎn)學(xué)研合作，搭建創(chuàng)新平臺，讓高校、企業(yè)在其中發(fā)揮各自的優(yōu)勢，將高校的3D打印科研成果迅速投入企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)用中，逐步形成跨專業(yè)多領(lǐng)域深層次的產(chǎn)學(xué)研合作體系，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的增長。

（2）大力推廣3D打印技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用

發(fā)揮政府的號召力，大力推廣3D打印，將產(chǎn)品推向市場，令3D打印為更多企業(yè)和個(gè)人所熟知，為增材制造在各領(lǐng)域提供多樣化解決方案做鋪墊。同時(shí)倡導(dǎo)3D打印企業(yè)制定大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，在研發(fā)生產(chǎn)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集處理和維護(hù)，逐步探索大數(shù)據(jù)技術(shù)在3D打印中的應(yīng)用。

（3）稅收減免和研發(fā)經(jīng)費(fèi)補(bǔ)貼

電子商務(wù)的迅猛發(fā)展以及和制造業(yè)的融合，催生出全新業(yè)態(tài)，開辟了投資運(yùn)營新渠道，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的原動(dòng)力。政府應(yīng)大力支持電子商務(wù)在3D打印行業(yè)中的應(yīng)用，制定減免電商稅收的政策，鼓勵(lì)商業(yè)模式的創(chuàng)新和發(fā)展，同時(shí)對技術(shù)研發(fā)費(fèi)用進(jìn)行補(bǔ)貼，調(diào)動(dòng)企業(yè)自主創(chuàng)新的積極性，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新更好更快的發(fā)展。

3.3D打印結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)新商業(yè)模式

充分利用互聯(lián)網(wǎng)，讓傳統(tǒng)行業(yè)與3D打印即時(shí)對接，傳統(tǒng)企業(yè)指出需求所在，3D打印企業(yè)提供解決方案，共同探索出產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的方向。互聯(lián)網(wǎng)也可以提供一個(gè)企業(yè)間以及個(gè)人用戶間分享的平臺，以便于業(yè)內(nèi)人士了解行業(yè)動(dòng)態(tài)以及3D技術(shù)在普通用戶中的推廣。機(jī)械的設(shè)計(jì)本身是一個(gè)相對單調(diào)的產(chǎn)業(yè)，只有和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合才能煥發(fā)出無限的生命力。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的日益成熟，分布式制造和創(chuàng)意設(shè)計(jì)平臺的商業(yè)模式終將得以實(shí)現(xiàn)，彼時(shí)用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上直接與設(shè)計(jì)師進(jìn)行溝通，按照個(gè)人需求進(jìn)行大規(guī)模定制化生產(chǎn)，大大提高用戶滿意度和生產(chǎn)制造效率，3D打印的產(chǎn)品會很快走進(jìn)我們的生活。在線下，3D打印零售店也是一個(gè)可供參考的營業(yè)模式，這既有利于普通用戶親身感受3D打印，有利于技術(shù)的普及，又能滿足大眾的個(gè)體需求，符合目前較高成本的單件打印現(xiàn)狀。

四、結(jié)論

綜上，北京大數(shù)據(jù)技術(shù)在3D打印中的發(fā)展之所以受到制約，是因?yàn)槠髽I(yè)缺乏大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、技術(shù)瓶頸難以攻克、政府支持力度不夠、學(xué)校與企業(yè)缺乏技術(shù)上和應(yīng)用上的交流與溝通等。因而，應(yīng)該盡快出臺大數(shù)據(jù)技術(shù)在3D打印行業(yè)應(yīng)用的相關(guān)政策，將大數(shù)據(jù)技術(shù)和3D打印機(jī)作為戰(zhàn)略重點(diǎn)技術(shù)，明確發(fā)展方向和路線，與多學(xué)科聯(lián)系，合理分配資源，推進(jìn)重點(diǎn)領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用；同時(shí)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，建立產(chǎn)業(yè)孵化器，讓學(xué)校中最先進(jìn)的技術(shù)第一時(shí)間走進(jìn)企業(yè)，與生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合，企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐反過來也讓學(xué)校的研究更有的放矢；我國的企業(yè)要加大科研力度，鼓勵(lì)自主創(chuàng)新，努力攻克技術(shù)瓶頸，同時(shí)探索出適合我國和企業(yè)自身的商業(yè)模式，讓3D打印技術(shù)為民所用、創(chuàng)造更高的創(chuàng)造社會價(jià)值。

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作者簡介：張鐵山（1962- ），男，河北唐山人，北方工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院教授，研究方向：技術(shù)創(chuàng)新與價(jià)值工程；劉騏寧（1989- ），女，河北唐山人，北方工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院碩士研究生，研究方向：技術(shù)創(chuàng)新與價(jià)值工程；周恢（1982- ），女，河南南陽人，北京市生產(chǎn)力促進(jìn)中心中級編輯，研究方向：高端裝備制造業(yè)