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制造業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)變革。標(biāo)準(zhǔn)化軟件工具為眾包生產(chǎn)時(shí)代的到來(lái)鋪平了道路。快速成型制造使得以量產(chǎn)成本生產(chǎn)個(gè)性化部件和產(chǎn)品成為了可能。兩相結(jié)合，勾勒出一幅產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷售的新圖景。

50年后，產(chǎn)品將如何被設(shè)計(jì)和制造出來(lái)？是不是在“眾包”環(huán)境中，由分散在世界各個(gè)角落的人們競(jìng)相制作出數(shù)字化設(shè)計(jì)方案？是不是在自動(dòng)化地下工廠網(wǎng)絡(luò)里，由采用特制混合粉末的機(jī)器以三維印刷技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)？所生產(chǎn)的產(chǎn)品從個(gè)性化汽車部件，到輪機(jī)葉片，不一而足。盡管我們展望中的一些場(chǎng)面可能看起來(lái)匪夷所思，但這項(xiàng)技術(shù)的大多數(shù)環(huán)節(jié)目前正在開(kāi)發(fā)或試驗(yàn)中，甚至已經(jīng)投入使用。

軟件正在*改變?nèi)藗円?guī)劃、模擬、測(cè)試和制造產(chǎn)品的方式。

從手工業(yè)、工業(yè)化、大規(guī)模生產(chǎn)到信息技術(shù)革命一路走來(lái)，制造業(yè)的演進(jìn)步伐從未停止，如今更是邁向新的遠(yuǎn)景——德國(guó)政府和工業(yè)界稱之為“Industry 4.0”。其關(guān)鍵是將軟件、傳感器和通信系統(tǒng)集成于所謂的物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。正是在這個(gè)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的交匯之處，人們?cè)絹?lái)越多地構(gòu)思、優(yōu)化、測(cè)試和設(shè)計(jì)產(chǎn)品。其較有力的證明便是美國(guó)航空航天局發(fā)射的“好奇號(hào)”火星探測(cè)車。包括著陸在內(nèi)，“好奇號(hào)”的一切都是采用西門子的設(shè)計(jì)和模擬軟件完成研制和試驗(yàn)的。

新的制造模式。從火星到地球，與“好奇號(hào)”一樣超然塵世的是一家位于亞利桑那州鳳凰城郊區(qū)的名為“Local Motors”的初創(chuàng)企業(yè)，采用同一款軟件的簡(jiǎn)化版本設(shè)計(jì)出的超凡脫俗的汽車。在一個(gè)Local Motors稱之為“共同創(chuàng)造”——亦稱“眾包”——的流程中，該軟件允許愛(ài)好者發(fā)布部件設(shè)計(jì)，以便分散在世界各地的其他用戶通過(guò)瀏覽器調(diào)看其三維圖形，測(cè)量尺寸，發(fā)表評(píng)論。其結(jié)果是形成一種新的創(chuàng)新模式和方法，大大加快了將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品的進(jìn)度。

眾包在加速創(chuàng)新、提高競(jìng)爭(zhēng)力和控制成本方面的潛力如此之巨大，以至于美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）正在研究該方式可否用于扭轉(zhuǎn)軍事系統(tǒng)費(fèi)用的螺旋式上升趨勢(shì)。位于加利福尼亞州伯克利的西門子高科技企業(yè)化中心（TTB）的創(chuàng)投技術(shù)部主任Lee Ng博士表示：“其思路是效仿半導(dǎo)體行業(yè)將芯片設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)生產(chǎn)相分離的做法——通過(guò)高度抽象，將設(shè)計(jì)流程的各個(gè)要素標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化，以便各路高手盡展所長(zhǎng)。”

為此，DARPA資助了一些現(xiàn)已在一個(gè)通過(guò)審查的設(shè)計(jì)社區(qū)得到共享的開(kāi)放源碼軟件工具的開(kāi)發(fā)。Ng博士補(bǔ)充道，“這些工具將實(shí)現(xiàn)大眾化設(shè)計(jì)。它們?cè)试S多方參與設(shè)計(jì)過(guò)程，以滿足產(chǎn)品要求。從根本上講，它們使采用*的方式對(duì)蘋(píng)果與橙子作比較成為了可能。隨著這一點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，將形成一個(gè)至關(guān)重要的新概念：數(shù)字產(chǎn)品的數(shù)學(xué)認(rèn)證。”她解釋道，其想法是在現(xiàn)實(shí)世界里，產(chǎn)品必須能像在虛擬世界里規(guī)定的那樣運(yùn)行。

另一個(gè)有可能引發(fā)變革的趨勢(shì)是快速成型制造業(yè)的演進(jìn)——從印刷簡(jiǎn)單的塑料制品，發(fā)展到印刷高性能金屬制品。譬如，三維激光印刷或立體光刻技術(shù)。其思路是，直接從數(shù)字模型生產(chǎn)出制成品，在這個(gè)過(guò)程中，自動(dòng)化設(shè)備將特制的金屬或陶瓷粉末逐層噴射到基底上，同時(shí)借助高功率激光器使材料熔化，從而制作出立體物品。Ng博士說(shuō)：“通過(guò)將眾包、數(shù)字產(chǎn)品認(rèn)證和快速成型制造聯(lián)系起來(lái)，企業(yè)可以將完整的數(shù)字模型傳送至世界各地的計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)器，由此制定一個(gè)日程表，以確定哪些工廠有能力在什么時(shí)候生產(chǎn)哪個(gè)部件。”西門子高科技企業(yè)化中心正在許多研究者、初創(chuàng)企業(yè)和西門子各方的幫助下，在這一領(lǐng)域探索各種可能性。

幾乎不會(huì)產(chǎn)生任何廢料的快速成型制造技術(shù)，將開(kāi)啟一扇通往全新制造模式的大門。在這種制造模式下，人們可以在需要的時(shí)間和地點(diǎn)生產(chǎn)出需要的部件和產(chǎn)品，從而降低對(duì)批量生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)和配送的需求，同時(shí)讓生產(chǎn)更加貼近用戶。這項(xiàng)技術(shù)的潛在經(jīng)濟(jì)影響如此之深刻，因此，2012年8月15日，白宮宣布成立國(guó)家快速成型制造創(chuàng)新研究院（NAMII），它是一個(gè)旨在增強(qiáng)美國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)有組織和私營(yíng)機(jī)構(gòu)的聯(lián)合體。

從模擬裝配到生產(chǎn)機(jī)械和機(jī)器人的功能，每一步都在數(shù)字制造環(huán)境中測(cè)試。

通過(guò)一個(gè)在某些方面類似于快速成型制造的過(guò)程，西門子研究人員開(kāi)發(fā)出能夠識(shí)別出舊輪機(jī)葉片上的細(xì)微裂紋和小坑并確定其位置的軟件。然后，將利用這些信息來(lái)引導(dǎo)機(jī)械手臂向受損區(qū)域噴射金屬粉末，同時(shí)借助激光器令這些粉末熔化，從而使之牢牢地黏附到葉片上。這項(xiàng)技術(shù)業(yè)已在位于柏林的西門子輪機(jī)制造廠進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)計(jì)用于輪機(jī)葉片的現(xiàn)場(chǎng)維修。與此同時(shí)，西門子正在研制一項(xiàng)被稱為“冷噴涂”的金屬連接技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)旨在以*的速度將金屬納米顆粒噴射到受損區(qū)域上，從而實(shí)現(xiàn)虛擬焊接。這項(xiàng)技術(shù)旨在避免與熱加工方法有關(guān)的變形風(fēng)險(xiǎn)。

誕生于計(jì)算機(jī)中的工廠。當(dāng)然，西門子不僅從事產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和維修，而且還規(guī)劃生產(chǎn)設(shè)施本身。為了加快這程，西門子中央研究院的研究人員已開(kāi)發(fā)出IntuPlan（直觀布局規(guī)劃）技術(shù)，通過(guò)制作出生產(chǎn)鏈和物流鏈的實(shí)際比例實(shí)物模型，在現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界之間架起一座橋梁。不久前，一座位于德國(guó)克雷費(fèi)爾德的西門子工廠便采用了這項(xiàng)技術(shù)來(lái)規(guī)劃列車組件焊接車間的布局。迄今為止，全球范圍內(nèi)已有15座工廠借助IntuPlan技術(shù)完成了改造或全新設(shè)計(jì)。

當(dāng)精心設(shè)計(jì)的工廠建成投入運(yùn)行之后，自動(dòng)化系統(tǒng)必須萬(wàn)無(wú)一失地運(yùn)轉(zhuǎn)，工作站和任務(wù)可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)置，傳感器網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施必須得到保護(hù)以防御攻擊，檢修人員必須能夠盡快完成任務(wù)。然而，后者可能要求專門的導(dǎo)航輔助裝置。

這正是位于新澤西州普林斯頓的西門子美國(guó)研究院現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)背后的理念。在這里，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)以全球速度較快的數(shù)據(jù)鏈路為支撐的基于云計(jì)算的信息基礎(chǔ)設(shè)施。配備了數(shù)據(jù)眼鏡或平板電腦的檢修人員（或機(jī)器人）可以看到疊加在真實(shí)環(huán)境之上的指示（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)），從而明白無(wú)誤地指引檢修人員（或機(jī)器人）到達(dá)目標(biāo)位置。

到達(dá)目標(biāo)位置之后，技術(shù)人員可以利用同一個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)查看機(jī)器或組件內(nèi)部的每個(gè)部件，調(diào)看其檢修記錄，并且，如有必要，實(shí)時(shí)與場(chǎng)外專家共享圖片，以便獲得專家的協(xié)助，或?qū)⑵溆糜谂嘤?xùn)。

盡管我們只能設(shè)想制造業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)，然而，種種新技術(shù)讓我們可以展望制造業(yè)激動(dòng)人心的未來(lái)藍(lán)圖。