北京3D打印企业大数据技术应用现状与对策分析

张铁山+刘骐宁　周恢

摘 要：本文通过对10家北京3D打印企业的大数据应用情况进行调查，分析得出在北京3D打印企业中大数据技术的应用并不普遍，很多企业缺乏大数据战略，并且在大数据的应用中缺乏算法和软硬件支持，与此同时北京3D打印存在企业规模小、研发力度不足、产品成本高等问题；基于这些问题笔者提出三点对策以促进大数据技术在北京3D打印企业中的应用，包括企业制定大数据战略、加大研发力度，政府在政策和资金上提供支持，以及将3D打印与互联网紧密结合，探索全新商业模式。

关键词：3D打印企业；大数据技术；对策

一、引言

近年来，3D打印这一新兴技术引起了社会各界的高度关注，被称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”的3D打印机，经历漫长的成长过程，如今终于走进广阔的市场，一石激起千层浪。据市场研究公司Gartner预测，到2018年3D打印机在全球的市场将达到134亿美元，未来几年3D打印机出货量的年增长率为106.6%，同期营收增幅为87.7%。与此同时，大数据时代已经来临，无时不刻不在影响我们的生活方式并刷新我们对世界的理解，成为创新的源泉和企业争相发展的重点。未来大数据的变革将出现在制造业领域，3D打印带来增材制造、数据化制造，使大规模定制成为可能。因此，探究北京3D打印企业大数据应用与对策具有现实意义。

二、北京3D打印企业大数据应用现状与存在问题

1.应用大数据技术的企业较少，企业缺乏大数据战略规划

目前在3D打印企业中大数据技术应用尚不普遍，相关企业认为企业在生产经营中运用大数据的标准是各个业务系统集成在一起运行，数据实时交换，对数据进行综合分析，并已经在研发、生产、销售及仓储环节应用了大数据，但目前看来效果不是很理想。在软件系统上方面，被调查企业中绝大多数在生产经营中用到了CAD/CAM，但ERP、CRM、SCM却鲜有涉及，而大多数企业选择将软件系统集成在一起运行。研究发现企业更倾向于在研发和生产环节进行大数据技术的投入。企业通过运用大数据最想要实现的是产品优化、成本控制和运营优化。大多数企业认可大数据技术应该具备数据挖掘、查询和报告、数据可视化、预测性模型等相关能力。

2.3D打印企业产出大量数据，但缺乏算法和软硬件支持

每次对产品的修改都会产生新的数据，在基础数据库上不断累加，很多内容都可以并值得进行分析，但目前找不到突破口，资源和数据是零散的。此外，3D打印作为智能制造的一个环节，在工艺开发、材料分析、模型构建等多方面都需要大量数据的支持，但大数据的应用还处于起步阶段，目前仅应用于材料性能的分析中，在广州的超算中心，通过将3D打印中的材料信息输入到云平台，进行材料性能的分析计算和虚拟仿真，基于大量数据进行计算，输出效果图。北京的大数据运用也在持续增温中，进行了相关课题的申报，试图通过云平台获得大量数据，对大批量个性化制造的数据进行分析，面向不同行业制造定制软件。

目前存在的主要问题是智能制造中3D打印缺乏数据转换的算法，照片如何转化成为三维数据，还需要软件和硬件的支持，大量的数据需要大型服务器或计算中心的支持。随着数据量的增大，数据传输、存储、安全性都存在问题。

3.3D打印市场发展迅速，成本较高、难推广

作者对北京上拓科技有限公司进行了访谈，上拓公司是3D打印机巨头Stratasys等多家国外知名增材制造企业在国内的一级代理商，是北京工业设计促进中心DRC逆向工程和快速成型平台运营商，致力于引进快速设计与制造的系统化解决方案，同时具备自主研发能力，与高校、研究院合作研发了快速成型机、三维扫描仪等设备。

访谈过程中得知，我国3D打印年产值在前几年维持在30%增长率，近两年逼近50%，其中，桌面级打印机产值超过50%，说明我国3D打印产业还没有很好地与工业结合，未来发展潜力巨大。

近年来，国内多家企业实现了3D打印机的整机生产和销售，也出现了许多3D打印体验店，可是3D打印仍然作为脱离主流文化的高新技术存在着，很难普及到工业应用以及大众生活当中，究其原因主要是因为国内的3D打印刚刚起步，设备和材料的价格居高不下，还不能将成本降低到普通受众可以接受的范围，很难为普通企业和用户所用，因而其应用限制在高价值、零件结构复杂的行业，比如航空航天和医疗设备。在3D打印产品的生产制造方面，成本过高成为阻碍市场拓展的最大限制，在没有形成规模效应以前，成本难以下降，3D打印只计算耗材的成本，由于工艺上的技术瓶颈，找不到普适的材料，现在购买打印机就只能买配套的材料，我国3D打印材料有80%依赖进口，而材料成本超过总成本的70%。

4.高校3D科研成果较少应用于企业，缺乏资源整合

自上世纪90年代以来，我国的各大高校就开始进行3D打印机的自主研发工作，并取得了骄人的成绩。清华大学、西安交大、华中科大、华南理工四所高校组成3D打印机研发团队，基本上形成了一个产业化平台，研发出了领先的3D打印技术。大连理工大学研制出世界上最大的激光3D打印机，最大加工尺寸达到1.8米，其中利用的激光三维打印方法获得了两项国家发明专利。然而，我国的3D打印市场却迟迟不能打开，这是因为高校脱离企业，好的技术没有能够得到实际应用，而拥有专利以及丰富生产经验的企业较少，自主创新能力弱，创新意识不高，研发资本弱，不能进行自主研发。

今年出台的《中国制造2025》，提出新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。各国都在加大科技创新力度，推动三维（3D）打印、大数据、新材料等领域取得新突破。但目前我国对该领域的支持力度还不是很大，各企业都在自己摸索相互竞争，没有形成产业联盟，也不能整合资源做技术的重点突破，事实上因为缺乏统筹，我国很多企业对桌面级3D打印机做了重复建设，造成了资源浪费和恶性竞争，面临国外具有先发优势的劲敌，我国未来的3D打印市场花落谁家难以把握。

5.北京3D打印企业规模小，研发人员所占比重小和学历层次偏低

作者对北京市10家3D打印机企业进行了问卷调查，其中，有七家企业总资产在4000万元以下，其余三家企业总资产在4000万元以上、40000万元以下；十家企业的销售收入情况是，两家企业在500万以下，六家企业销售收入在500万-3000万元之间，两家企业在3000万元以上。

在从业人员数目上看，十家企业的职工人数都在300人以下，而80%的企业其大学专科以上学历的科技人员占总职工人数的30%以上，50%的企业其研发人员占企业当年职工总数的百分比为10%以上。

6.个性化定制成为未来趋势，新商业模式有待发展

3D打印适合制造需求少的结构形状复杂的高附加值零件，传统制造业适合批量加工制造，企业可以将二者有机结合，利用3D打印机开发出传统制造业所需要的模型或产品，同时突破3D打印技术的瓶颈，以加快大批量定制化生产时代的到来。上拓科技目前还在利用传统工业方法进行设计和扫描，但在商业模式创新上却有自己独到的见解，即在推进服务器和客户端的互动、对接应用上努力，进行三方资源设计资源（大量设计师上传设计作品）制造资源（拥有3D打印机的设计商和服务商）客户资源（面向普通消费者）的整合。让客户选择设计师设计的作品，或者添加个性化元素进行定制，用平台上的软件创造数据而后进行打印，最后客户会获得一个3D打印实物，带有消费者自己感性色彩的产品。目前公司对这一新商业模式还处于探索阶段，距离市场全面打开还有很长的路要走。

三、推进大数据在3D打印中应用的对策

1.企业制定大数据战略，加大科研力度，重点攻克技术瓶颈

在大数据技术的应用上，企业首先要制定大数据战略规划，从现有数据入手，设定并完成短期和阶段性的大数据战略目标，根据各项业务优先级，逐步建立分析体系，循序渐进提升大数据分析能力，定制可衡量的指标分析，为企业的发展提供很好的支撑决策；其次要在产品设计、生产管理等各个环节建立数字化模型，也就是企业数字源，在此基础上搭建横向、纵向的信息化集成系统，来对数字进行利用、整合、分析、处理，也就是整合和识别数据的系统平台。现在大多数企业缺少的是数字化模型，因此大数据技术无从谈起；再次要将行业内数据进行共享，建立真正意义上的大数据库。

此外，要建立健全技术创新机制，营造创新氛围，加大研发投入，引进国内外专业人才，为技术创新提供资金支持和人员保障，重点突破核心技术。在大数据应用上重点突破数据转换的问题，进而逐步将大数据技术应用到企业的研发、生产、运营等各个环节。在3D打印技术中，材料问题一直是技术瓶颈地带，这还有赖于多学科之间的交流，需要更好地统筹规划3D打印产业，有针对性地对重点领域进行突破。

2.政府在政策和资金上对大数据应用予以支持

调查中大多数企业希望政府能够支持和推动大数据技术的应用和发展，包括促使产业联盟、制定行业标准，以及产学研结合。特别的，在政府提供的支持上，政策和资金的支持被认为是最重要的，其次是资源整合、技术指导、开放数据、购买产品。

（1）整合行业资源

大数据的发展离不开政府的大力支持，政府要促使行业资源整合，需要科研机构、设计院等第三方机构出面整合行业资源，避免重复建设等资源浪费的现象蔓延，建立3D打印互联网智能云平台，推动信息共享与业内交流。本着合作、共赢的原则，发挥北京高校和人才聚集的优势，积极促成产学研合作，搭建创新平台，让高校、企业在其中发挥各自的优势，将高校的3D打印科研成果迅速投入企业的生产运用中，逐步形成跨专业多领域深层次的产学研合作体系，进而推动产业发展、促进区域经济的增长。

（2）大力推广3D打印技术和大数据技术应用

发挥政府的号召力，大力推广3D打印，将产品推向市场，令3D打印为更多企业和个人所熟知，为增材制造在各领域提供多样化解决方案做铺垫。同时倡导3D打印企业制定大数据战略，在研发生产中进行数据的收集处理和维护，逐步探索大数据技术在3D打印中的应用。

（3）税收减免和研发经费补贴

电子商务的迅猛发展以及和制造业的融合，催生出全新业态，开辟了投资运营新渠道，成为经济发展新的原动力。政府应大力支持电子商务在3D打印行业中的应用，制定减免电商税收的政策，鼓励商业模式的创新和发展，同时对技术研发费用进行补贴，调动企业自主创新的积极性，推动技术创新和商业模式创新更好更快的发展。

3.3D打印结合互联网，创新商业模式

充分利用互联网，让传统行业与3D打印即时对接，传统企业指出需求所在，3D打印企业提供解决方案，共同探索出产业前进的方向。互联网也可以提供一个企业间以及个人用户间分享的平台，以便于业内人士了解行业动态以及3D技术在普通用户中的推广。机械的设计本身是一个相对单调的产业，只有和互联网相结合才能焕发出无限的生命力。随着大数据时代的到来，云计算、物联网的日益成熟，分布式制造和创意设计平台的商业模式终将得以实现，彼时用户可以在网络上直接与设计师进行沟通，按照个人需求进行大规模定制化生产，大大提高用户满意度和生产制造效率，3D打印的产品会很快走进我们的生活。在线下，3D打印零售店也是一个可供参考的营业模式，这既有利于普通用户亲身感受3D打印，有利于技术的普及，又能满足大众的个体需求，符合目前较高成本的单件打印现状。

四、结论

综上，北京大数据技术在3D打印中的发展之所以受到制约，是因为企业缺乏大数据战略、技术瓶颈难以攻克、政府支持力度不够、学校与企业缺乏技术上和应用上的交流与沟通等。因而，应该尽快出台大数据技术在3D打印行业应用的相关政策，将大数据技术和3D打印机作为战略重点技术，明确发展方向和路线，与多学科联系，合理分配资源，推进重点领域的研发与应用；同时加强产学研相结合，建立产业孵化器，让学校中最先进的技术第一时间走进企业，与生产应用相结合，企业的应用实践反过来也让学校的研究更有的放矢；我国的企业要加大科研力度，鼓励自主创新，努力攻克技术瓶颈，同时探索出适合我国和企业自身的商业模式，让3D打印技术为民所用、创造更高的创造社会价值。

参考文献：

[1]任广见.基于大数据的商业模式创新及启示[J].现代商贸工业，2013（20）：171-172.

[2]卢秉恒，李涤尘.增材制造（3D打印）技术发展[J].机械制造与自动化， 2013（42）：1-4.

[3]Alaa Elwany.Making 3-D futures reality[J].Industrial Engineer.2014，9：33-35.

[4]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012（26）：3-5.

[5]杨钊.区域3D打印产业发展政策研究——以天津滨海新区为例[J].当代经济管理，2013（35）：68-72.

[6]H Christina，et al.Big Data and the Creative Sestruction of Todays Business Model[R].ATKearney，2013.

作者简介：张铁山（1962- ），男，河北唐山人，北方工业大学经济管理学院教授，研究方向：技术创新与价值工程；刘骐宁（1989- ），女，河北唐山人，北方工业大学经济管理学院硕士研究生，研究方向：技术创新与价值工程；周恢（1982- ），女，河南南阳人，北京市生产力促进中心中级编辑，研究方向：高端装备制造业