3D打印機技術，從社會計算到社會制造：一場即將來臨的產業(yè)革命

王飛躍，“從社會計算到社會制造：一場即將來臨的產業(yè)革命”，中國科學院院刊，Vol. 27, No. 6, pp.658-669, 2012.

正如Google依靠大規(guī)模的計算機服務器陣列來滿足人們信息搜索的需求，從而改變人類生活與工作方式一樣，我們可以設想未來的3D打印機組成大規(guī)模的制造陣列，實時方便地滿足人類對各種個性化產品的物質需求，進而更加深刻地改變我們生活的社會，這就是為什么3D打印將改變我們的世界，這就是為什么社會制造將帶來一場產業(yè)革命。為此，我們必須實現從社會計算到社會制造的轉換，將兩個密切相關的新興領域有機地結合起來。

從社會計算到社會制造：一場即將來臨的產業(yè)革命

From Social Computing to Social Manufacturing: TheComing Industrial Revolution and

New Frontier in Cyber-Physical-Social Space

王飛躍

摘要：通過社會計算，社會制造可以使得傳統(tǒng)的企業(yè)轉變?yōu)槟苤鲃痈兄⑶翼憫脩舸笠?guī)模定制需求的智能企業(yè)。社會制造的關鍵就是主動、實時地將社會需求與社會制造能力有機地銜接起來，從而有效地實現需求和供應之間的相互轉化過程。為此，必須把社會計算和社會制造這兩個密切相關的新興領域有機地結合起來，將互聯(lián)網、物聯(lián)網和物流網與3D打印機組成的社會制造網絡無縫連接，通過眾包等方式使社會民眾充分參與產品的全生命制造過程，促成個性化、實時化、經濟化的生產和消費模式，形成新的產業(yè)革命。

Abstract: Through social computing, socialmanufacturing can transform traditional enterprises to intelligent enterprisesthat can actively sense and respond to customers’ individualized needs inmassive scale. The key to the success of the social manufacturing is tointegrate effectively social demands and production capacity in real time. Tothis end, it is imperative to combine the two emerging fields of socialcomputing and social manufacturing, and to connect seamlessly Internet andlogistic networks with 3D printing based manufacturing networks, so thatcustomers can participate fully in the whole life cycle of production processesthrough crowdsourcing, eventually leading to an industrial revolution and newlifestyle in cyber-physical-social space.

關鍵詞：3D打?。患邮街圃?；社會制造；社會計算；網群運動組織；平行系統(tǒng)

Keywords: 3D Printing; Additive Manufacturing; SocialManufacturing; Social Computing; Cyber Movement Organizations; Parallel Systems

一、引言

源自快速成型和快速制造,以3D打印技術為核心手段的加式制造(Additive Manufacturing)，被許多人認為是一項將要改變世界的“破壞性”新技術，已引起全球性的關注。今年3月，英國《經濟學人》雜志就此以“第三次工業(yè)革命”為主題，聲稱3D打印技術即將引發(fā)新一輪的“工業(yè)革命”浪潮，并認為生產制造將從大型、復雜、昂貴的傳統(tǒng)工業(yè)過程中分離出來，凡是能接上電源的任何計算機都能夠成為靈巧的生產工廠；人類將以新的方式合作進行生產制造，制造過程與管理模式將發(fā)生深刻變革，目前的制造格局必將被打破：“未來的制造業(yè)將再次回流到先進發(fā)達國家”。

在過去的幾個月，包括《紐約時報》在內的多家美國媒體持續(xù)就3D打印技術的新進展及應用進行報道，以詳實的案例為佐證，直白地宣稱“天將變了”，“美國制造，出口中國”的新時代即將來臨！眾多由年輕創(chuàng)業(yè)者發(fā)起且具有鮮明創(chuàng)意的加式制造企業(yè)，落戶于以虛擬經濟著稱的紐約曼哈頓城區(qū)。2008年該地引發(fā)了世界性的經濟大滑坡，然而，這些企業(yè)仍保持快速發(fā)展，拉動了蕭條的經濟。據美國商務部國際貿易管理局最近發(fā)布的報告，紐約城區(qū)去年的出口額居全美之冠，從2010年的850億美元上升到2011年的1050億美元，創(chuàng)歷史新高。

目前，我國在高精小型3D打印機的生產方面幾乎是一片空白，僅有幾家海外產品的代理。如何應對這一局面，是我國制造業(yè)乃至整個國家層面所必須認真考慮的重大問題。近期有關部門已經加大了對一些特定領域的快速成型與制造技術的支持力度；對于3D打印與加式制造，許多部門和企業(yè)亦表現出了極大興趣。

我們認為：快速成型和3D打印機是加式制造行業(yè)的重要組成部分，正如計算機之于信息行業(yè)。以信息行業(yè)的發(fā)展歷程來講，快速成型相當于上世紀60年代的專用和大型計算機，而3D打印機則是上世紀70年代的個人PC和蘋果臺型計算機。令人擔心的是，我們在加式制造這一領域目前所處的地位，差不多就是半個世紀前我們在世界信息行業(yè)所處的地位！

顯然，我們必須盡快補上快速成型和3D打印機這一課，但我們切不可忘記信息行業(yè)在個人計算機出現之后浪潮般的發(fā)展進程：Microsoft的快速崛起，還有隨之而來的Oracle，Yahoo，Amazon，eBay，Google，Facebook，Twitter，國內的百度、阿里巴巴、QQ和微博等等。以目前加式制造的發(fā)展情況判斷，3D打印機之后，必將是社會制造的迅猛發(fā)展。社會制造對加式制造行業(yè)而言，就是信息行業(yè)從Microsoft至Amazon再到Google和Twitter的一體化合成，可視為虛擬網絡世界與真實物理世界的首次完美結合。因此，在關于快速成型和3D打印機之大量媒體渲染的背后，社會制造才應當是我們關注的要點，否則，我們可能將錯失良機，一誤再誤，代價難以估量。

在社會制造的環(huán)境中，消費者與企業(yè)通過網絡世界能夠隨時隨地參加到生產流程之中，社會需求與社會生產能力將實時有效地結合在一起，“想法到產品（Mind to Product）”，“需求就是搜索，搜索就是制造，制造就是消費”將成為現實。因此，社會制造必將極大地刺激社會需求，同時有效地提升整個社會的參與程度，其直接結果就是社會就業(yè)率的大幅度提高。一言蔽之，社會制造對于提高我國制造業(yè)的競爭力、加速產業(yè)升級和轉型、擴大社會內需、繁榮國家經濟，具有至關重要的戰(zhàn)略意義。

加速發(fā)展社會制造產業(yè)，不但能夠解除我國長期在模具和材料工業(yè)落后受制于人的不利局面，還可以使我國蓬勃發(fā)展的社會媒體和網絡文化得到進一步的升華，使其成為促進社會經濟科學發(fā)展的有力工具：從被動到主動，從消極到積極。在這一方面，社會計算研究將發(fā)揮關鍵性的作用，從專注社會輿情分析到滿足社會經濟需求，為社會制造的發(fā)展與成功提供有力保障。

二、從減式制造到加式制造：歷史與現狀

加式制造是相對于減式制造而言的，二者過去都不是嚴格意義下的制造專業(yè)術語。所謂減式制造，即通過模具、車銑等機械加工技術與工具將原材料轉化成產品的工藝過程與設備的總稱，其特征為利用縮削、減少材料來生產部件。自古以來，減式制造就是人類生產的主要方式，更是現代制造工業(yè)的基礎。

近十年來，隨著快速成型、快速制造、3D打印等技術的成熟與普及，加式制造已成為日益風行的制造專業(yè)術語。在很多文獻中，將加式制造等同于3D打印技術；但實際上3D打印只是實現加式制造的一種方式，盡管目前看來是一種主要的方式。加式制造的主要特征就是利用逐層增加材料的方式生產各種產品，無須模具，因此也被稱為無形制造技術（Freeform Fabrication，簡稱FF或FFF）。

2009年，美國材料與試驗協(xié)會成立了加式制造標準委員會（ASTM F-42），開始制定標準術語并研發(fā)相應的工業(yè)標準。在該委員會頒布的第一項標準（F2792-10）中，加式制造被簡潔地定義為：

“基于3-D模型數據，通常采用與減式制造技術相反的逐層疊加的方式，結合材料來生產物品的過程（The process of joining materials tomake objects from 3-D model data, usually layer upon layer, as opposed tosubtractive manufacturing technologies）?！?/div>


圖1：加式制造的早期技術年史

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實際上，加式制造的思想也是自古有之。從遠古時期至今，房舍樓宇的構建技術始終體現了加式制造的思想。工業(yè)時代早期，就有許多加式制造的技術和專利出現。根據美國學者所查出的世界上相關加式制造專利和技術，圖1展示了加式制造的早期發(fā)展歷史。由此圖可以看出，現代的加式制造有兩個源頭：照相雕塑（Photosculpture）技術和地貌成形（Topography）技術，分別始于1860年法國人Willeme的多照相機實體雕塑專利和1890年美國人Blanther的分層應急地貌圖專利（見圖2）。我們認為，照相雕塑更接近從3-D模型數據產生物體的過程，因此更能體現加式制造的思想。特別是1951年Munz的專利，十分清楚地展示了現代立體印刷（Stereolithography）的特征（見圖2 c）。

圖2

3d打印加式制造的源起專利

(a) Willeme專利，

(b) Blanther專利，

(c) Munz專利

現代加式制造技術直接起步于1968年Swainson的專利、1972年Ciraud的專利和1979年Housholder的專利（見圖3），分別開創(chuàng)了激光三維聚合成形、直接粉末沉積和粉末激光燒結等加式制造技術。一般認為，1972年德國人Ciraud提出的利用激光能量光束進行粉末沉積，實現分層疊加成形的技術，是世界上第一個成功的現代加式制造過程。從上世紀八十年代起，各種各樣的加式制造技術大量出現，并在許多領域里進行了創(chuàng)造性的應用，形成今天的加式制造，特別是3D打印技術的新局面。

圖 3：現代加式制造的起步：(a)  Swainson的光化學SFF系統(tǒng)，(b) Ciraud的粉末沉積SFF過程，(c) Housholder的粉末燒結SFF過程及初始產品

根據2009年美國的Wohler報告，2008年全球加式制造市場規(guī)模約為12億美元。至2011年，這一市場規(guī)模超過25億美元，其中設備和材料的直接銷售為5億美元，在賣出的加式制造機器中，90%為生產基于聚合物的部件和模型的3D打印機。

文獻和數據都表明，加式制造已從早期快速成型發(fā)展成為具有廣泛應用前景的新型制造技術，而且被許多專家認為是一種革命性的制造技術。目前，加式制造已在武器裝備、空間系統(tǒng)、飛機部件、醫(yī)用器件、電子電路以及家用電器及裝飾，甚至服裝與藝術設計等領域發(fā)揮了十分顯著的作用，成為高附加值產品的核心制造技術。因此，加式制造對于時下的產業(yè)升級和世界經濟的發(fā)展，至關重要！

三、3D打印技術的應用、挑戰(zhàn)與應對

圖4：3D打印與加式制造


毫無疑問，目前3D打印是加式制造的主體和研發(fā)應用的前沿，這也是為什么多數專業(yè)與非專業(yè)的討論中都把3D打印與加式制造技術等同的原因所在。然而，無論是從邏輯角度還是從手段而言，都應把3D打印看成是實現加式制造的一種途徑，特別是加式制造本身與納米制造和未來的原子制造有著更深刻的內在關聯(lián)，因此也有更長的發(fā)展階段和更大的發(fā)展空間（見圖4）。不過，在未來的10年甚至20年里，我們幾乎可以把3D打印與加式制造等而視之。

表一給出美國科技政策研究所就3D打印技術按過程、主要廠商、所用材料和典型市場進行的初步調查結果。一般而言，對3D打印過程和設備的分類主要是根據下列特性：

      所使用的材料

      制造部件的速度（沉積或疊加的速度）

      生產部件的精度和表面質量

      生產部件的材料特性

      機器和材料的成本

      與操作復雜性相關的安全性和可適性

      其它性能如多顏色、易回收等

表一：3D打印技術類型與屬性


目前，3D打印主要應用于小批量生產，以及小尺寸、高價值、高復雜度和高難度部件等的制造，從而消除制造過程對部件模具和機器工具的需求，實現降低成本、縮短工期的目的。3D打印的市場可粗分為原型制造、工具制造、直接部件制造和部件維修等。


目前，3D打印仍面臨著許多技術上的挑戰(zhàn)，美國2011年的Wohlers報告和IDA綜述將主要問題歸納為下面七個方面：


1）材料的刻畫

2）材料的研制

3）過程控制問題

4）過程的建模與分析

5）機器的驗證與標準

6）機器的模塊化構造與組合

7）設計工具與軟件


除了對這些技術上的挑戰(zhàn)研究之外，目前歐美日等國家還興起了許多綜合性的研發(fā)課題與方向。例如：


      能源和電子器件

      奇特結構

      輕質結構與部件

      三維掃面成像

      生物醫(yī)學打印技術

      環(huán)境影響與沖擊


盡管美國在3D打印的整體技術上領先全球，但在基礎研究設施、研發(fā)組織和政府支持上，歐盟明顯領先。首先，歐盟在政府研發(fā)方面的投入要大于美國（不計不公開的國防軍事投入），著名的大型合作項目包括英國的加式制造創(chuàng)新中心、歐盟第六框架項目大航空航天組件快速生產Rapolac（RapidProduction of Large Aerospace Components），全程專注航空航天的SMD（Shaped Metal Deposition）技術，等等。其次，歐洲工業(yè)界也主動組織形成3D打印產業(yè)群，共同開發(fā)加式制造的市場。一度形成原始創(chuàng)新技術源于美國，但其后的研發(fā)和應用及商業(yè)化卻是由歐盟等國家完成的局面。


近幾年來，美國明顯加大加快了對3D打印技術研發(fā)的組織力度，但仍然是以企業(yè)和大學及科研機構等半政府半民間的組織為主導力量。2009年，以美國相關大學為主的“加式制造路線（RAM）研討會”就未來5到10年的技術發(fā)展進行了廣泛的討論，并發(fā)表了較有影響的路線圖研討報告。根據這一報告的建議，由愛迪生焊接研究所（EWI）牽頭于2010年成立“加式制造共同體AMC（Additive ManufacturingConsortium）”，試圖將相關的制造商與供應商同大學與研究機構聯(lián)結成為一個互動良性發(fā)展促進的生態(tài)組織，共同解決3D打印技術中還存在著的大量問題。AMC目前已有30余家企業(yè)、研究所、大學、軍方和政府等機構成員，以金屬材料的加式制造技術為主，每季度活動一次。目前，AMC整合EWI及其成員的設備、技術和專業(yè)知識，初步構成了一個分布式、網絡化的加式制造“國家實驗平臺中心NTBC（National Test BedCenter）”。AMC和NTBC的使命就是提高3D打印加式制造技術的成熟度，促進相應的產業(yè)投資，在全美范圍內將這一新興的制造方式早日轉化為主流的制造方式。自2011年起，AMC每年都向其會員發(fā)布加式制造的現狀報告。此外，近三年來美國政府、軍方及企業(yè)還多次組織了3D打印技術的有獎挑戰(zhàn)大賽，希望以此加速相關技術的發(fā)展、應用和普及。

四、從社會計算到社會制造：產業(yè)革命的基礎與動力


2012年9月19日，著名科技雜志《Wired》的主編Anderson以危言聳聽般的標題“The New MakerBot Replicator Might Just Change Your World（新的MakerBot Replicator或將改變你的世界）”描述了新型3D打印機的進展情況。根據該報道，MakerBot公司新推出的低端3D打印機Replicator 2的價格僅為2199美元，高端的 Replicator 2X也只有2799美元；并且，幾年后價格可能會降到99美元；屆時，每個人都將擁有3D打印機，比計算機還要普及。在2011年美國加式制造現狀的許多報告中，3D打印的個人使用和世界范圍的應用已被列為最新的發(fā)展趨勢。


這意味著什么？為什么說這將改變我們的世界？


這意味著“長尾效應”常態(tài)化將在生活和產業(yè)中成為現實，意味著個性化的規(guī)?；徒洕?，意味著社會制造時代的來臨：在這個時代里，社會需求將同社會制造能力實時無縫地銜接，搜索就是制造，搜索就是生產，搜索就是消費。原因十分簡單，減式制造依靠規(guī)模生產降低成本，但絕大多數的需求并不需要規(guī)模生產，屬長尾范圍，過去只能由手工制作或歸為奢侈品來滿足，而現在可以通過3D打印技術高質量且經濟地解決。3D打印成本的下降和應用的普及，意味著加式制造的Microsoft、Oracle、Yahoo、Amazon、Google、QQ、阿里巴巴、Facebook、Twitter和微博時代的同時到來。正如Google依靠大規(guī)模的計算機服務器陣列來滿足人們信息搜索的需求，從而改變人類生活與工作方式一樣，我們可以設想未來的3D打印機組成大規(guī)模的制造陣列，實時方便地滿足人類對各種個性化產品的物質需求，進而更加深刻地改變我們生活的社會，這就是為什么3D打印將改變我們的世界，這就是為什么社會制造將帶來一場產業(yè)革命。


至今，人們尚未對社會制造的確切含義進行深入的探討，我們不妨從國外二個典型的社會制造公司入手，考察其內容和意義。


Shapeways：該公司于2007年創(chuàng)立于荷蘭，后將總部移至美國紐約市，至今已獲數千萬美元的風險投資。2012年10月，該公司在紐約皇后區(qū)的“未來工廠”投入運營。“未來工廠”里的機器，就是50臺工業(yè)3D打印機，通過Facebook和Twitter等社會媒體，接受客戶的各種產品的三維設計方案，并在數天內完成產品的打印生產，然后寄送給客戶。同時，該公司還為商家和設計者設立平臺，使他們可以利用公司的3D打印機生產并銷售自己設計或收集的產品，目前該公司已有近15萬個平臺會員，6000余設計者，至2012年6月20日，已經打印了100多萬個3D產品。


Quirky：該公司于2009年成立于美國紐約，至今已獲近億美元的風險基金，創(chuàng)始人Ben Kaufman今年僅25歲。Quirky的特色是眾包：公司通過Facebook和Twitter等社會媒體接收公眾提交的產品設計思路，并由公司的注冊用戶進行評論和投票表決，如此每周挑選出一個產品進行3D打印生產，參加產品設計和修正過程的眾包人員可分享30%的營業(yè)額。公司還進一步將眾包設計改進的過程同時轉化為通過社會媒體來推薦相應產品的過程，創(chuàng)造性地拓展了銷售市場。目前，該公司每年僅生產60種產品，產品的提交費由最初的99美元降至現在的約10美元，公司的注冊用戶每月以20%的速度增長，已達6.5萬人，而網上社區(qū)注冊用戶達26萬。公司有望今年獲利100萬美元，已向發(fā)明者支付了200多萬美元的授權費。Quirky的一個成功例子是一位中學生所設計的“Pivot Power”插線板，今年已獲50萬美元的凈收入，該中學生的收入超過5萬美元。


可見，社會制造最大的特色就是消費者可以將需求直接轉化為產品，即“從想法到產品”，并使得任何人都能通過社會媒體和眾包等形式參與其設計、改進、宣傳、推廣、營銷等過程，并可以分享其產品的利潤。簡言之，社會制造就是利用3D打印、網絡技術和社會媒體，通過眾包等方式讓社會民眾充分參與產品的全生命制造過程，實現個性化、實時化、經濟化的生產和消費模式。


在社會制造的環(huán)境下，大批3D打印機形成制造網絡，并與互聯(lián)網、物聯(lián)網和物流網無縫連接，形成復雜的社會制造網絡系統(tǒng)，實時地滿足人們的各種需求（見圖5）。

搜索是社會制造的核心，其實質內容就是社會計算，傳統(tǒng)的企業(yè)將轉變?yōu)槟苤鲃痈兄⑶翼憫脩舸笠?guī)模個性化需求的智能企業(yè)，否則無法生存。


社會制造的關鍵問題就是如何主動、及時地將社會需求與社會制造能力有機地銜接起來，從而有效地完成從需求到供應之間的相互轉化過程。為此，我們必須實現從社會計算到社會制造的轉換，將兩個密切相關的新興領域有機地結合起來。網絡空間和社會媒體的環(huán)境，不但是催生這兩個領域的基本條件，更為完成相應的整合任務提供了有利的保障。


首先，社會計算為社會制造提供了主動及時地掌握社會需求的必要手段，從而能夠在大數據的時代環(huán)境下直接用數據考察研究各類問題。其次，社會制造涉及人的行為與需求，對許多問題由于時間、經濟、法律和道德上的原因無法進行傳統(tǒng)的實驗，而社會計算能夠以計算實驗的方式彌補這一缺陷。最后，社會計算的平行管理與控制為落實社會制造的運營和支持各種決策提供了一個有效的操作平臺。


特別是，作為目前社會制造的核心手段之眾包，也正是社會計算目前的核心研究內容。眾包源于中國的“人肉搜索”現象，可以被認為是工程化的“人肉搜索”，而“人肉搜索”是社會化的眾包，兩者是同一概念從不同角度的認識而已。一般而言，社會民眾可以通過“人肉搜索”的獨立方式尋求滿足自己需要的社會制造企業(yè)，而企業(yè)可以通過眾包的方式有效地完成產品的提出、設計、評價和營銷等任務

圖7給出通過“人肉搜索”或眾包的方式完成從社會需求到社會制造的過程。

圖6：網群運動組織CMO、社會需求、社會制造

圖7：基于CMO的社會需求與社會制造能力轉換

在此基礎上，我們還進一步提出網群運動組織CMOs（Cyber Movement Organizations）的概念（見圖6 b）來刻畫動態(tài)網民群體，從而能夠精確地滿足社會制造的各種需要。CMO的概念源自社會學的社會運動組織（SMO）和網絡促生的SMO(即CeSMO)，對于社會制造而言，可以直接將CMO解釋成客戶運動組織（Customer Movement Organization）。掌控相關CMO，將是實現從社會需求到社會制造之間有效轉化的關鍵所在（見圖6 c）。將來，一個社會制造企業(yè)能否成功，一定取決于其掌控CMO的手段和能力。

總之，社會計算是社會制造在3D打印技術之后，整合Microsoft、Oracle、Yahoo、Amazon、eBay、Google、百度、阿里巴巴、Facebook、Twitter、QQ、微博等理念與實踐的關鍵，是社會制造成為未來智能生產企業(yè)之基礎的必由之路。只有在社會制造過程中，真正地嵌入社會計算方法，加式制造才能真正完成一場偉大的產業(yè)革命。

五、社會制造的平行運營與管理

盡管社會制造企業(yè)僅有短短幾年的歷史，但正如Anderson所指出的，相對傳統(tǒng)的制造方式，這類企業(yè)的生產過程具有下面三個鮮明的品質：

Ÿ  免費的多變性（Variety is Free）：把每個產品做的不同與把它們做成同樣之間無成本的差異（It costs no more to make every productdifferent than to make them all the same.）

Ÿ  免費的復雜性（Complexity is Free）：可以像打印一個簡單塑料方塊一樣便宜且方便地打印一個具有精巧小組件和繁瑣細節(jié)的產品。（A minutely detailed product, with many fiddlylittle components, can be 3-D printed as cheaply as a plain block of plastic.）

Ÿ  免費的柔韌性（Flexibility is Free）：在生產過程開始后，改變一個產品只是意味著程序的簡單改變。（Changing a product after production hasstarted means just changing the instruction code.）

必須指出的是，這三個對于加式制造為免費的品質，要在傳統(tǒng)制造中獲得，每一個都要付出很大的代價。

然而，這些品質也將不可避免地使真正的社會制造過程變得極其動態(tài)、多樣、復雜并且不確定。因此，我們需要新的理念、系統(tǒng)和方法來管理和運作社會制造企業(yè)，這就是提出社會制造平行運營和管理的原因。

基于針對復雜系統(tǒng)的ACP（人工系統(tǒng) + 計算實驗 + 平行執(zhí)行）理論，圖8給出社會制造的平行控制與管理系統(tǒng)的研究框架。這一框架以社會制造企業(yè)和承載網群運動組織CMO的互聯(lián)網為對象，以現代物流網絡為支撐，以3D打印加式制造設備為依托，形成一類支持集設計、生產、制造、推介、消費為一體的新型智能制造產業(yè)模式。這對于我國生產企業(yè)降低成本、提高利潤，進而提高我國制造業(yè)中的整體競爭力、實現產業(yè)升級具有重要意義。

圖8：社會制造的平行控制與管理系統(tǒng)研究框架

社會制造的平行控制與管理系統(tǒng)主要由三部分組成，簡介如下。

社會制造的人工社會

圖9給出社會制造的人工系統(tǒng)架構，主要包括：社會制造中網群運動組織CMO的人工社會構建；社會制造的人工系統(tǒng)構建；社會制造參與各方的交互模型。這里的主要任務是建立需求熱點和相關CMO網上網下行為的演化模型，并研究其復雜網絡結構特性與社會媒體信息傳播機制間的關系，從而為社會制造的控制與管理提供決策依據。

圖9：社會制造的人工系統(tǒng)架構

社會制造的計算實驗

圖10描述社會制造中的計算實驗過程，主要包括：生產任務的計算實驗，生產全過程的優(yōu)化跟蹤、分析評價、動態(tài)演化，CMO的演化分析與評估，CMO對突發(fā)事件的動態(tài)響應模擬及預處理模擬；CMO的管理機制與策略的分析與評估，探索網絡社會中熱點形成機理及發(fā)展規(guī)律，3D打印制造分布協(xié)作機制評估與性能分析；3D打印制造分布協(xié)作機制對突發(fā)事故的動態(tài)相應模擬及預處理機制模擬，3D打印制造負載均衡與批量優(yōu)化方法，物流過程優(yōu)化與跟蹤方法，等等。

圖10：社會制造的計算實驗

社會制造的平行執(zhí)行

圖11描述社會制造中的平行執(zhí)行過程，主要內容包括：社會制造人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)的虛實互動機制，網絡社會與真實社會的互動調節(jié)與反饋機制，CMO人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)之間的互動調節(jié)與反饋機制，分布式協(xié)作的3D打印人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)的互動調節(jié)與反饋機制等等。主要任務包括：研究CMO與真實社會交易行為的相互影響與反饋機理；社會制造中虛實系統(tǒng)的互動演化和反饋調節(jié)，為真實社會中基于CMO的社會制造決策提供支持。

圖11：社會制造中的平行執(zhí)行過程

社會制造的支撐技術：云計算、物聯(lián)網、大數據

由于存在于社會媒體上的CMO涉及大數據的動態(tài)性、多樣性、虛實交互性、復雜性和不確定性等特點，如何從大數據中獲得有用的信息，并從中挖掘出CMO的一般規(guī)律是一個極其具有挑戰(zhàn)性的問題。我們必須以物聯(lián)云計算的手段，采用機器學習、數據挖掘、模式識別、人工智能等領域的理論、技術、方法, 研發(fā)可計算的智能社會媒體數據信息處理的機制， 進而支撐處理CMO的計算模型。主要研究內容如圖12所示。

圖12: 社會制造的大數據處理

社會制造的系統(tǒng)設計

最后，圖13和圖14分別給出面向服務的社會制造平行系統(tǒng)之體系結構和運營框架，描述了各個層次結構及其功能。

圖13: 社會制造的平行控制與管理體系結構

圖14: 社會制造系統(tǒng)的運營架構

六、回顧與展望

2007年，在參加編寫《中國至2050年先進制造科技發(fā)展路線圖》的過程中，加式制造引起了我們的注意，但當時由于專家意見不一致，特別是人力、物力和時間的缺乏，只能將加式制造作為實驗室的一個跟蹤課題予以關注。2010年，我們向有關部門提出將社會制造作為重點方向立項的建議，但最終的決策是首先加強快速成型系統(tǒng)的研發(fā)與完善。2011年，中國科學院復雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室獲國家批準成立，我們即決定將社會計算與社會制造有機地結合，作為國家重點實驗室新的研究方向，以此重新組織我們在控制和自動化領域的力量，重塑我們在這一領域的傳統(tǒng)影響。之后，實驗室成立了以年輕科研人員為主的社會制造攻堅團隊，配合相關企業(yè)，研發(fā)從社會計算到社會制造的核心方法和系統(tǒng)平臺。

然而，3D打印技術和社會制造的發(fā)展速度卻大大超過我們的預期。以目前的國際發(fā)展態(tài)勢，我們必須立即大力度大規(guī)模地啟動社會制造的研發(fā)和產業(yè)化進程，否則就難以保持我國目前在制造業(yè)的優(yōu)勢和地位，無法維持我國的競爭力，更難以實現真正的產業(yè)升級和轉型。

很明顯，社會制造是計算機和互聯(lián)網引發(fā)的信息革命之后的又一場產業(yè)革命，而且是一場虛實結合的革命，其規(guī)模和速度都將是前所未有的，意義重大，并更具挑戰(zhàn)性。這場革命對從業(yè)人員的素質與專業(yè)水平以及運營環(huán)境的要求都與我們現行的教育科研和產業(yè)管理體制有明顯的沖突。如不認真應對，輕則可能發(fā)生西方國家所期望的制造業(yè)從中國等發(fā)展中國家向發(fā)達國家回流的現象，重則嚴重影響中華民族復興的偉業(yè)。

致謝

本項工作得到了國家自然科學基金委“平行管理”重點項目（71232006），以及復雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室社會制造團隊和中國人民解放軍總裝備部有關人員的大力支持，在此深表感謝。

參考文獻

[1] 王飛躍, 加式制造與智能產業(yè)：3D打印、人肉搜索、社會計算與社會制造, 中科院社會計算與平行管理中心報告, 2009年.

[2] 王飛躍, 劉建軍等, 3D打印與加式制造現狀報告, 2012年.

[3] 王飛躍, 社會計算與社會制造, 2011年.

[4] David Bourell,et al, A Brief History of Additive Manufacturing: Looking Back and LookingAhead, RapidTech 2009: US-Turkey Workshop on Rapid Technologies, 2009.

[5] Justin Scott, NayaneeGupta, Christopher Weber, Sherrica Newsome, Additive Manufacturing: Status andOpportunities. Science and Technology Policy Institute, March 2012.

[6] David Bourell,et al, Roadmap for Additive Manufacturing: Identifying the Future of FreeformProcessing, at Austin, TX, 2009.

[7] ThomasCampbell, et al, Could 3D Printing Change the World? Technologies, Potential,and Implications of Additive Manufacturing. Washington, DC: Atlantic Council,2011.

[8] AndyChristensen, Additive Manufacturing Is Changing Surgery. Paper read at U.S. Frontiersof Engineering Symposium, September 19,2011, at Mountain View, California,2011.

[9] Terry Wohlers,Wohlers Report 2011: Additive Manufacturing and 3D Printing, State of theIndustry.Ft.Collins, CO: Wohlers Associates, 2011.

[10] C. W. Fink, “AnOverview of Additive Manufacturing, Part I.” AMMTIAC Quarterly no. 4(2): 7-11,2009.

[11] H. Lipson,“The Shape of Things to Come: Frontiers in Additive Manufacturing.” InFrontiers of Engineering, edited by NAE,33-44.Washington,DC:National AcademiesPress, 2011.

[12] Gibson,I., D.W.Rosen,and B.Stucker.2010.Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping toDirect Digital Manufacturing. New York: Springer.

[13] PresidentObama to Announce New Efforts to Support Manufacturing Innovation, EncourageInsourcing. March 9, 2012.Available fromhttp://www.whitehouse.gov/the-pr ... uring-innovation-en

[14] Lavallee, Dave.New Printer to Make 3D Models at URI College of Pharmacy. http://www.uri.edu/news/releases/index.php?id=5711,2011.

[15]Hopkinson,Neil, Additive Manufacturing: Technology and Applications.

Loughborough, UK: BritishEducational Communications and Technology Agency. 2010.

[16] 王飛躍, 從一無所有到萬象所歸：人工社會與復雜系統(tǒng)研究, 科學時報,2004

[17] 王飛躍, 社會計算：科學•技術•人文, 中國科學院院刊, Vol. 20, No. 5, 2005.

[18] 王飛躍, 平行系統(tǒng)方法與復雜系統(tǒng)的管理和控制, 控制與決策,Vol.19, No.5, pp: 485-489, 2004.

[19] 王飛躍, 知識產生方式和科技決策支持的重大變革——面向大數據和開源信息的科技態(tài)勢解析與決策服務, 中國科學院院刊, 第5期, pp: 527-537, 2012.

[20] 王飛躍, 基于社會計算和平行系統(tǒng)的動態(tài)網民群體研究, 上海理工大學學報, 第33卷,第1期, pp:8-17, 2011.

[21] Fei-Yue Wang, Towarda Paradigm Shift in Social Computing: The ACP Approach IEEE Intelligent Systems,Volume 22, Issue 5, Sept.-Oct. 2007 Page(s):65–67.

[22] Fei-Yue Wang, ParallelControl and Management for Intelligent Transportation Systems: Concepts,Architectures, and Applications, IEEE Transactions on IntelligentTransportation Systems, Vol.11，No.3, pp.630-638, 2010.

[23] Fei-Yue Wang,Social Manufacturing and Intelligent Enterprises: From Cyber-Physical

Systems toCyber-Physical-Social Systems, The 25th International Conference on Industrial,Engineering and Applications of Applied Intelligent Systems，Dalian, Liaoning, June, 2012.

[24] 王飛躍, 自動化與智能產業(yè)——從社會計算到社會制造, 2012年全國第十七屆自動化應用技術學術交流會, 吉林市, 2012年8月.

[25] Fei-Yue Wang, FromSocial Computing to Social Manufacturing: A New Frontier inCyber-Physical-Social Space, The 2nd International Conference on Social Computingand Its Applications, Xiangtan, Hunan, 2012.

[26] 中科院先進制造戰(zhàn)略研究組, 中國至2050年先進制造科技發(fā)展路線圖, 科學出版社, 2009年.

[27] 張杰, 王濤, 王曉, 王飛躍, 社會運動組織與網群運動組織, 浙江大學出版社, 2012年.

[28] 商秀芹, 劉建軍, 王飛躍等, 社會制造的平行控制與管理, 浙江大學出版社, 2012年.

[29] 秦蕊, 劉建軍等, 3D打印機與加式制造：現狀與發(fā)展, 浙江大學出版社, 2012年.

[30] 王飛躍等, 社會制造發(fā)展路線圖, 2012年.

這論文好像挺有意思的

@王飛躍，兄弟寫的東西雖然術語多了些，有些用語不夠平民，但看的出來你對3D打印真是有深入的研究，眼光長遠，胸懷博大

It is a useful file to know about how to manufacture in the future.

我想看看，謝謝