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積層製造到底可否規模經濟?守舊派與嶄新派之爭──《泛工業革命》

  • 作者/理察‧達凡尼(Richard D’Aveni);譯者/王如欣、葉妍伶

編按:《泛工業革命》作者本書討論積層製造(即俗稱的 3D列印)對工業製造帶來的創新與挑戰。

對積層製造與規模經濟的守舊想法

守舊想法認為,使用積層製造沒有規模經濟可言。

依據這個論點,第一批列印出來的貨物成本與第一千批列印出來的貨物成本是相同的。但事實是,在使用積層製造時,就已經開始出現某種規模經濟了。例如,不論使用什麼樣的生產方式,當貨車滿載而非半滿時,運輸成本都會較為低廉。

確實,當使用積層製造時,大規模生產的經濟效益會比較不顯著。例如,比起在大多數傳統工廠中見到的機器,3D 列印機相對便宜(到了 2018 年春季,許多工業用 3D 列印機價格介於 15 萬至 50 萬美金之間,而傳統製造系統中的機器一般高達百萬美金以上)。

由於積層製造的資本成本比傳統製造業要低得多,在大量生產基礎下分攤的生產設備成本對企業經濟面的影響力更小。規模經濟仍然存在,但其價值較為低調。

圖/via GIPHY

規模經濟在積層製造中的地位較不重要,這是某些人對積層製造的未來抱持懷疑的原動力。他們的思維通常是:「規模經濟在傳統大量生產的可負擔性與利潤上有舉足輕重的地位,而積層製造卻缺乏規模經濟。因此,使用積層製造來大量生產,將負擔不了且無法獲利。」

於是,頗受尊崇的牛津大學經營管理學系教授馬蒂亞斯.霍爾維格(Matthias Holweg),在 2015 年的一篇文章中,承認積層製造在客製化商品方面所享有的成本優勢,並評論道:「然而,我們也知道所有零件製品的 99% 都是標準化零件,無須客製。

在這些案例中,3D 列印必須與規模導向的製程以及相當有效率的物流營運競爭。」霍爾維格於是如此定論:「和某些人的說法不同,3D 列印將不會革新製造業並淘汰傳統工廠。事實上,3D 列印的現在以及可預見未來的經濟面,都使它不會成為生產大量主要零件製品的可行方法。」

圖/via GIPHY

就某個方面來看,像霍爾維格這樣的懷疑論者所提出的反對意見,有些曾經是正確的。有別於許多傳統的製造方法,3D 列印最初的系統的確是一次製作一個物品。這使得積層製造法在速度與成本上,都比不上傳統製造法。而且,積層製造一次只能做一件,代表每件生產出的物品與其他任何一件的成本都相同;大規模製造卻因為生產量高,單位成本得以大幅減少。

實際上,懷疑論者相信,傳統製造法與積層製造法的比較成本效益,如圖 3-1 所示。

圖 3-1 積層製造法的守舊觀念認為,在積層製造之下,沒有規模經濟。在這樣的看法中,享有規模經濟的傳統製造,在相對較低的收支平衡點上,比積層製造法更有效率。但是,積層製造取得的進展,代表這樣的看法不再正確。

基於積層製造缺少規模經濟這樣的看法,懷疑論者通常會宣稱積層製造法只能永遠保有對商業世界影響力有限的利基科技。雖然仍有少數人抱持著這種看法,但是正在改變中的決定性事實,讓大部分的懷疑論者節節敗退。

對積層製造與規模經濟的嶄新想法

今天,積層製造以許多方法獲得規模經濟,卻不需要犧牲範圍經濟。

我們可以看到以積層製造大量生產標準化產品。積層製造也不再受限於產品原型、一次性客製化或是少量製作的專業化產品,而是接管了長久以來支配產業經濟的大量製造。這是耗時許久才達到的成果。任何一個複雜的科技,其發展與得到採用的過程都不是直上青天,而是融合了逆境、困境與驚人的突破。

圖/via GIPHY

有幾項新的積層製造科技正在促成大量生產,如塑膠多射流熔融、金屬單通道噴射、電子氣溶膠噴射、玻璃光學列印、數位電子螢幕噴墨列印以及牙齒矯正器光固化成形術。諸如此類的新工具,正穩定提升積層製造的速度以及降低單位成本。

新型積層製造裝置,其建構室、樹脂槽或粉末床尺寸的增大,是改善生產速度與減少成本的重要原因。建構區域愈大,在特定時間內可以做出更多同一產品的複製品。其他原因還包括可以更快、更精準地沉積與聚化一層層的材料。

另一個大規模積層製造的突破性進展,是改善生產品質。

例如,早期的 3D 列印經常使用的層疊製程,會在產品表面上留下條紋。去除這些瑕疵通常需要以機器磨平、拋光表面,或是需要以耗時耗力的人力來手工後製。由於有更好的列印製程、自動化後製系統以及用於監看與管理產品品質的數位科技,這些問題大多已經得到了解決。因此,積層製造有更好的收益率,更能大量生產。

另一項突破則是我在第二章描述過的混合式產製系統的發展、普及以及增長。這樣的系統正處在傳統製造業享有的大量生產效益的關口。

例如,有愈來愈多的廠商正在開發精密的機器人系統,要用來「照料」3D 列印機農場。它們收集列印機上的成品、放置到架上乾燥或是依需求最後完工,以及插入新的「建構板」到列印機中開始新物品的製程。單一隻機器手臂,經過聰明編成,可以持續不倦地照料一群列印機,以幾近完美的準確度處理枯燥但卻必要的工作,讓 3D 列印設備不停運轉。

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布魯克林的 Voodoo Manufacturing 公司產品長喬納森.施瓦茨(Jonathan Schwatz),描述過以此型態的系統所進行過的一項實驗。這個系統主要是一隻機器手臂照料 9 台 3D 列印機,並以一條輸送帶運送完成品:

初次見到它完全運轉時很令人吃驚。我們讓它整夜無人監管地運轉,到了早上,它已連續 14 個小時生產出零件。我們感到很雀躍,想要大規模部署,將我們的工廠產能提升到將近 400%……這就是我們為什麼要將公司的規模從現在的 160 台列印機擴增到將來的 1 萬台。

我在第二章描述過的 Form Cell 系統是產製系統的另一個例子。Form Cell 系統與 Voodoo 系統不同,在可自動化管理的生產步驟中加入後製程序。然而,值得注意的是,Voodoo 與 Form Cell 系統都能讓製造商僅僅只靠增加列印機的台數,提高生產速度與數量。

像這樣的突破性進展,其結果是積層製造的營運可以開始不只以十倍、百倍,而是以千倍、萬倍,最終達到百萬倍地製造出產品。這代表墊基於顯著減少單位成本的傳統規模經濟已然出現,使得積層製造的大規模市場首次出現了可能性。

本文摘自《泛工業革命》,2019 年 7 月,先覺出版

圖/pixabay

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