從社會計(jì)算到社會制造：一場即將來臨的產(chǎn)業(yè)革命*

文/王飛躍

中國科學(xué)院自動化研究所 北京 100190

1 引言

源自快速成型和快速制造,以3D打印技術(shù)為核心手段的加式制造（Additive Manufacturing），被許多人認(rèn)為是一項(xiàng)將要改變世界的“破壞性”新技術(shù)，已引起全球性的關(guān)注。2012年3月，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志以“第三次工業(yè)革命”為主題，宣稱3D打印技術(shù)即將引發(fā)新一輪的“工業(yè)革命”浪潮，并認(rèn)為生產(chǎn)制造將從大型、復(fù)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(jì)算機(jī)都能夠成為靈巧的生產(chǎn)工廠；人類將以新的方式合作進(jìn)行生產(chǎn)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(jìn)發(fā)達(dá)國家”。

在過去的幾個月，包括《紐約時(shí)報(bào)》在內(nèi)的多家美國媒體持續(xù)就3D打印技術(shù)的新進(jìn)展及應(yīng)用進(jìn)行報(bào)道，以詳實(shí)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(shí)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(jīng)濟(jì)著稱的紐約曼哈頓城區(qū)。2008年該地引發(fā)了世界性的經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)。據(jù)美國商務(wù)部國際貿(mào)易管理局最近發(fā)布的報(bào)告，紐約城區(qū)2011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(jī)的生產(chǎn)方面幾乎是空白，僅有幾家海外產(chǎn)品的代理。如何應(yīng)對這一局面，是我國制造業(yè)乃至整個國家層面必須認(rèn)真考慮的重大問題。近期有關(guān)部門已加大了對一些特定領(lǐng)域的快速成型與制造技術(shù)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(xiàn)出了極大興趣。

我們認(rèn)為：快速成型和3D打印機(jī)是加式制造行業(yè)的重要組成部分，正如計(jì)算機(jī)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(dāng)于20世紀(jì)60年代的專用和大型計(jì)算機(jī)，而3D打印機(jī)則是20世紀(jì)70年代的個人PC和蘋果臺型計(jì)算機(jī)。令人擔(dān)心的是，我們在加式制造這一領(lǐng)域目前所處的地位，差不多就是半個世紀(jì)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(bǔ)上快速成型和3D打印機(jī)這一課，但我們切不可忘記信息行業(yè)在個人計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后浪潮般的發(fā)展進(jìn)程：Microsoft的快速崛起，隨之而來的Oracle、Yahoo、Amazon、eBay、Google、Facebook、Twitter，國內(nèi)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(jī)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(wǎng)絡(luò)世界與真實(shí)物理世界的首次完美結(jié)合。因此，在關(guān)于快速成型和3D打印機(jī)之大量媒體渲染的背后，社會制造才應(yīng)當(dāng)是我們關(guān)注的要點(diǎn)，否則，我們可能將錯失良機(jī)，一誤再誤，代價(jià)難以估量。

在社會制造的環(huán)境中，消費(fèi)者與企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)世界能夠隨時(shí)隨地參加到生產(chǎn)流程之中，社會需求與社會生產(chǎn)能力將實(shí)時(shí)有效地結(jié)合在一起，“想法到產(chǎn)品（Mind to Product）”，“需求就是搜索，搜索就是制造，制造就是消費(fèi)”將成為現(xiàn)實(shí)。因此，社會制造必將極大地刺激社會需求，同時(shí)有效地提升整個社會的參與程度，其直接結(jié)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(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型、擴(kuò)大社會內(nèi)需、繁榮國家經(jīng)濟(jì)，具有至關(guān)重要的戰(zhàn)略意義。

加速發(fā)展社會制造產(chǎn)業(yè)，不但能夠解除我國長期以來在模具和材料工業(yè)落后受制于人的不利局面，還可使我國蓬勃發(fā)展的社會媒體和網(wǎng)絡(luò)文化得到進(jìn)一步的升華，使其成為促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)科學(xué)發(fā)展的有力工具：從被動到主動，從消極到積極。在這方面，社會計(jì)算研究將發(fā)揮關(guān)鍵性的作用，從專注社會輿情分析到滿足社會經(jīng)濟(jì)需求，為社會制造的發(fā)展與成功提供有力保障。

2 從減式制造到加式制造：歷史與現(xiàn)狀

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

近10年來，隨著快速成型、快速制造、3D打印等技術(shù)的成熟與普及，加式制造已成為日益風(fēng)行的制造專業(yè)術(shù)語。在很多文獻(xiàn)中，將加式制造等同于3D打印技術(shù)；但實(shí)際上3D打印只是實(shí)現(xiàn)加式制造的一種方式。加式制造的主要特征就是利用逐層增加材料的方式生產(chǎn)各種產(chǎn)品，無需模具，因此也被稱為無形制造技術(shù)（簡稱FF或FFF）。

2009年，美國材料與試驗(yàn)協(xié)會成立了加式制造標(biāo)準(zhǔn)委員會（ASTM F-42），開始制定標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語并研發(fā)相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在該委員會頒布的第一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（F2792-10）中，加式制造被簡潔地定義為：

“基于3-D模型數(shù)據(jù)，通常采用與減式制造技術(shù)相反的逐層疊加的方式，結(jié)合材料來生產(chǎn)物品的過程?！睂?shí)際上，加式制造的思想也是自古有之。從遠(yuǎn)古時(shí)期至今，房舍樓宇的構(gòu)建技術(shù)始終體現(xiàn)了加式制造的思想。工業(yè)時(shí)代早期，就有許多加式制造的技術(shù)和專利出現(xiàn)。根據(jù)美國學(xué)者所查出的世界上相關(guān)加式制造專利和技術(shù)，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(xiàn)代的加式制造有兩個源頭：照相雕塑（Photosculpture）技術(shù)和地貌成形（Topography）技術(shù)，分別始于1860年法國人Willeme的多照相機(jī)實(shí)體雕塑專利和1890年美國人Blanther的分層應(yīng)急地貌圖專利（圖2）。我們認(rèn)為，照相雕塑更接近從3-D模型數(shù)據(jù)產(chǎn)生物體的過程，因此更能體現(xiàn)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(xiàn)代立體印刷（Stereolithography）的特征（圖2c）。

圖1 加式制造的早期技術(shù)年史

現(xiàn)代加式制造技術(shù)直接起步于1968年Swainson的專利、1972年Ciraud的專利和1979年Housholder的專利（圖3），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(jié)等加式制造技術(shù)。一般認(rèn)為，1972年德國人Ciraud提出的利用激光能量光束進(jìn)行粉末沉積，實(shí)現(xiàn)分層疊加成形的技術(shù)，是世界上第一個成功的現(xiàn)代加式制造過程。從20世紀(jì)80年代起，各種各樣的加式制造技術(shù)大量出現(xiàn)，并在許多領(lǐng)域里進(jìn)行了創(chuàng)造性的應(yīng)用，形成今天的加式制造，特別是3D打印技術(shù)的新局面。

根據(jù)2009年美國的Wohler報(bào)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(shè)備和材料的直接銷售為5億美元，在賣出的加式制造機(jī)器中，90%為生產(chǎn)基于聚合物的部件和模型的3D打印機(jī)。

文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)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(yīng)用前景的新型制造技術(shù)，而且被許多專家認(rèn)為是一種革命性的制造技術(shù)。目前，加式制造已在武器裝備、空間系統(tǒng)、飛機(jī)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(shù)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮了十分顯著的作用，成為高附加值產(chǎn)品的核心制造技術(shù)。因此，加式制造對于時(shí)下的產(chǎn)業(yè)升級和世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，至關(guān)重要！

3 3D打印技術(shù)的應(yīng)用、挑戰(zhàn)與應(yīng)對

圖2 加式制造的源起專利(a)Willeme專利，(b)Blanther專利，(c)Munz專利

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

毫無疑問，目前3D打印是加式制造的主體和研發(fā)應(yīng)用的前沿，這也是為什么多數(shù)專業(yè)與非專業(yè)的討論中都把3D打印與加式制造技術(shù)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(yīng)把3D打印看成是實(shí)現(xiàn)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(nèi)在關(guān)聯(lián)，因此也有更長的發(fā)展階段和更大的發(fā)展空間（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1給出了美國科技政策研究所就3D打印技術(shù)按過程、主要廠商、所用材料和典型市場進(jìn)行的初步調(diào)查結(jié)果。一般而言，對3D打印過程和設(shè)備的分類主要是根據(jù)下列特性：

所使用的材料；制造部件的速度；生產(chǎn)部件的精度和表面質(zhì)量；生產(chǎn)部件的材料特性；機(jī)器和材料的成本；與操作復(fù)雜性相關(guān)的安全性和可適性；其他性能如多顏色、易回收等。

目前，3D打印主要應(yīng)用于小批量生產(chǎn)以及小尺寸、高價(jià)值、高復(fù)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(jī)器工具的需求，實(shí)現(xiàn)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(shù)上的挑戰(zhàn)，美國2011年的Wohlers報(bào)告和IDA綜述將主要問題歸納為以下7個方面：材料的刻畫；材料的研制；過程控制問題；過程的建模與分析；機(jī)器的驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)器的模塊化構(gòu)造與組合；設(shè)計(jì)工具與軟件。

圖4 3D打印與加式制造

表1 3D打印技術(shù)類型與屬性

除對這些技術(shù)上的挑戰(zhàn)之外，歐美日等國還興起了許多綜合性的研發(fā)課題與方向。如：能源和電子器件；奇特結(jié)構(gòu)；輕質(zhì)結(jié)構(gòu)與部件；三維掃描成像；生物醫(yī)學(xué)打印技術(shù)；環(huán)境影響與沖擊。

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

近年來，美國明顯加大加快了對3D打印技術(shù)研發(fā)的組織力度，但仍是以企業(yè)和大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)等半政府半民間的組織為主導(dǎo)力量。2009年，以美國相關(guān)大學(xué)為主的“加式制造路線（RAM）研討會”就未來5—10年的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了廣泛的討論，并發(fā)表了較有影響的路線圖研討報(bào)告。根據(jù)這一報(bào)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 Manufacturing Consortium）”，試圖將相關(guān)的制造商與供應(yīng)商同大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)成為一個互動良性促進(jìn)發(fā)展的生態(tài)組織，共同解決3D打印技術(shù)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(xué)、軍方和政府等機(jī)構(gòu)成員，以金屬材料的加式制造技術(shù)為主，每季度活動一次。目前，AMC整合EWI及其成員的設(shè)備、技術(shù)和專業(yè)知識，初步構(gòu)成了一個分布式、網(wǎng)絡(luò)化的加式制造“國家實(shí)驗(yàn)平臺中心NTBC（National Test Bed Center）”。AMC和NTBC的使命就是提高3D打印加式制造技術(shù)的成熟度，促進(jìn)相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)投資，在全美范圍內(nèi)將這一新興的制造方式早日轉(zhuǎn)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(xiàn)狀報(bào)告。此外，近3年來美國政府、軍方及企業(yè)還多次組織3D打印技術(shù)的有獎挑戰(zhàn)大賽，希望以此加速相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用和普及。

4 從社會計(jì)算到社會制造：產(chǎn)業(yè)革命的基礎(chǔ)與動力

2012年9月19日，著名科技雜志W(wǎng)ired的主編Anderson以危言聳聽般的標(biāo)題“The New MakerBot Replicator Might Just Change Your World（新的MakerBot Replicator或?qū)⒏淖兡愕氖澜纾泵枋隽诵滦?D打印機(jī)的進(jìn)展情況。根據(jù)該報(bào)道，MakerBot公司推出的低端3D打印機(jī)Replicator 2的價(jià)格僅為2199美元，高端的Replicator 2X也只有2799美元；并且，幾年后價(jià)格可能會降到99美元；屆時(shí)，每個人都將擁有3D打印機(jī)，比計(jì)算機(jī)還要普及。在2011年美國加式制造現(xiàn)狀的許多報(bào)告中，3D打印的個人使用和世界范圍的應(yīng)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(yīng)”常態(tài)化將在生活和產(chǎn)業(yè)中成為現(xiàn)實(shí)，意味著個性化的規(guī)?；徒?jīng)濟(jì)化，意味著社會制造時(shí)代的來臨：在這個時(shí)代里，社會需求將同社會制造能力實(shí)時(shí)無縫地銜接，搜索就是制造，搜索就是生產(chǎn)，搜索就是消費(fèi)。原因十分簡單，減式制造依靠規(guī)模生產(chǎn)降低成本，但絕大多數(shù)的需求并不需要規(guī)模生產(chǎn)，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(xiàn)在可以通過3D打印技術(shù)高質(zhì)量且經(jīng)濟(jì)地解決。3D打印成本的下降和應(yīng)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(shí)代的同時(shí)到來。正如Google依靠大規(guī)模的計(jì)算機(jī)服務(wù)器陣列來滿足人們信息搜索的需求，從而改變?nèi)祟惿钆c工作方式一樣，我們可以設(shè)想未來的3D打印機(jī)組成大規(guī)模的制造陣列，實(shí)時(shí)方便地滿足人類對各種個性化產(chǎn)品的物質(zhì)需求，進(jìn)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(chǎn)業(yè)革命。

至今，人們尚未對社會制造的確切含義進(jìn)行深入的探討，我們不妨從國外兩個典型的社會制造公司入手，考察其內(nèi)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(shù)千萬美元的風(fēng)險(xiǎn)投資。2012年10月，該公司位于紐約皇后區(qū)的“未來工廠”投入運(yùn)營?！拔磥砉S”里的機(jī)器，就是50臺工業(yè)3D打印機(jī)，通過Facebook和Twitter等社會媒體，接受客戶的各種產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)方案，并在數(shù)天內(nèi)完成產(chǎn)品的打印生產(chǎn)，然后寄送給客戶。同時(shí)，該公司還為商家和設(shè)計(jì)者設(shè)立平臺，使他們可以利用公司的3D打印機(jī)生產(chǎn)并銷售自己設(shè)計(jì)或收集的產(chǎn)品，目前該公司已有近15萬個平臺會員，6000余名設(shè)計(jì)者，至2012年6月20日，已打印了100多萬個3D產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)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(chǎn)品設(shè)計(jì)思路，并由公司的注冊用戶進(jìn)行評論和投票表決，如此每周挑選出一個產(chǎn)品進(jìn)行3D打印生產(chǎn)，參加產(chǎn)品設(shè)計(jì)和修正過程的眾包人員可分享30%的營業(yè)額。公司還進(jìn)一步將眾包設(shè)計(jì)改進(jìn)的過程同時(shí)轉(zhuǎn)化為通過社會媒體來推薦相應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)60種產(chǎn)品，產(chǎn)品的提交費(fèi)由最初的99美元降至現(xiàn)在的約10美元，公司的注冊用戶每月以20%的速度增長，現(xiàn)已達(dá)6.5萬人，而網(wǎng)上社區(qū)注冊用戶達(dá)26萬。2012年公司有望獲利100萬美元，已向發(fā)明者支付了200多萬美元的授權(quán)費(fèi)。Quirky的一個成功例子是一位中學(xué)生所設(shè)計(jì)的“Pivot Power”插線板，今年已獲50萬美元的凈收入，該中學(xué)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(fèi)者可將需求直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，即“從想法到產(chǎn)品”，并使得任何人都可通過社會媒體和眾包等形式參與其設(shè)計(jì)、改進(jìn)、宣傳、推廣、營銷等過程，并可以分享其產(chǎn)品的利潤。簡言之，社會制造就是利用3D打印、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和社會媒體，通過眾包等方式讓社會民眾充分參與產(chǎn)品的全生命制造過程，實(shí)現(xiàn)個性化、實(shí)時(shí)化、經(jīng)濟(jì)化的生產(chǎn)和消費(fèi)模式。

在社會制造的環(huán)境下，大批3D打印機(jī)形成制造網(wǎng)絡(luò)，并與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和物流網(wǎng)無縫連接，形成復(fù)雜的社會制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)滿足人們的各種需求（圖5）。

圖5 社會制造的網(wǎng)絡(luò)與過程

搜索是社會制造的核心，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容就是社會計(jì)算，傳統(tǒng)的企業(yè)將轉(zhuǎn)變?yōu)槟苤鲃痈兄⑶翼憫?yīng)用戶大規(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(guān)鍵問題就是如何主動、及時(shí)地將社會需求與社會制造能力有機(jī)地銜接起來，從而有效地完成從需求到供應(yīng)之間的相互轉(zhuǎn)化過程。為此，我們必須實(shí)現(xiàn)從社會計(jì)算到社會制造的轉(zhuǎn)換，將兩個密切相關(guān)的新興領(lǐng)域有機(jī)地結(jié)合起來。網(wǎng)絡(luò)空間和社會媒體的環(huán)境，不但是催生這兩個領(lǐng)域的基本條件，更為完成相應(yīng)的整合任務(wù)提供了有利的保障。

首先，社會計(jì)算為社會制造提供了主動及時(shí)掌握社會需求的必要手段，從而能夠在大數(shù)據(jù)時(shí)代環(huán)境下直接用數(shù)據(jù)研究考察各類問題。其次，社會制造涉及人的行為與需求，對許多問題由于時(shí)間、經(jīng)濟(jì)、法律和道德上的原因無法進(jìn)行傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，而社會計(jì)算能以計(jì)算實(shí)驗(yàn)的方式彌補(bǔ)這一缺陷。最后，社會計(jì)算的平行管理與控制可為落實(shí)社會制造的運(yùn)營和支持各種決策提供有效的操作平臺。

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(jì)算目前的核心研究內(nèi)容。眾包源于中國的“人肉搜索”現(xiàn)象，可以被認(rèn)為是工程化的“人肉搜索”，而“人肉搜索”是社會化的眾包，兩者是從不同角度認(rèn)識的同一概念。一般而言，社會民眾可以通過“人肉搜索”的獨(dú)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(chǎn)品的提出、設(shè)計(jì)、評價(jià)和營銷等任務(wù)（圖6a）。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(wǎng)群運(yùn)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(zhuǎn)換

在此基礎(chǔ)上，我們還進(jìn)一步提出網(wǎng)群運(yùn)動組織 CMOs（Cyber Movement Organizations）的概念（圖6b）來刻畫動態(tài)網(wǎng)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(xué)的社會運(yùn)動組織（SMO）和網(wǎng)絡(luò)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(yùn)動組織（Customer Movement Organization）。掌控相關(guān)CMO，將是實(shí)現(xiàn)從社會需求到社會制造之間有效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵所在（圖6c）。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(jì)算是社會制造在3D打印技術(shù)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(shí)踐的關(guān)鍵，是社會制造成為未來智能生產(chǎn)企業(yè)之基礎(chǔ)的必由之路。只有在社會制造過程中，真正地嵌入社會計(jì)算方法，加式制造才能真正完成一場偉大的產(chǎn)業(yè)革命。

5 社會制造的平行運(yùn)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，相對于傳統(tǒng)的制造方式，社會制造企業(yè)其生產(chǎn)過程具有3個鮮明的特性：

免費(fèi)的多樣性（Variety is Free）：把每個產(chǎn)品做的不同與把它們做成同樣之間無成本差異。

免費(fèi)的復(fù)雜性（Complexity is Free）：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(xì)節(jié)的產(chǎn)品。

免費(fèi)的柔韌性（Flexibility is Free）：在生產(chǎn)過程開始后，改變一個產(chǎn)品只是意味著程序的簡單改變。

必須指出的是，這3個加式制造的免費(fèi)特性，要想在傳統(tǒng)制造中獲得，須付出很大的代價(jià)。

然而，這些特性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(fù)雜且不確定。因此，我們需要新的理念、系統(tǒng)和方法來管理和運(yùn)作社會制造企業(yè)，這就是提出社會制造平行運(yùn)營和管理的原因。

基于針對復(fù)雜系統(tǒng)的ACP（人工系統(tǒng)+計(jì)算實(shí)驗(yàn)+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(wǎng)群運(yùn)動組織CMO的互聯(lián)網(wǎng)為對象，以現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)為支撐，以3D打印加式制造設(shè)備為依托，形成一類支持集設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、推介、消費(fèi)為一體的新型智能制造產(chǎn)業(yè)模式。這對于我國生產(chǎn)企業(yè)降低成本、提高利潤，進(jìn)而提高我國制造業(yè)中的整體競爭力、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)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5部分組成，簡介如下。

（1）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(gòu)，主要包括：社會制造中網(wǎng)群運(yùn)動組織CMO的人工社會構(gòu)建；社會制造的人工系統(tǒng)構(gòu)建；社會制造參與各方的交互模型。這里的主要任務(wù)是建立需求熱點(diǎn)和相關(guān)CMO網(wǎng)上網(wǎng)下行為的演化模型，并研究其復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性與社會媒體信息傳播機(jī)制間的關(guān)系，從而為社會制造的控制與管理提供決策依據(jù)。

圖9 社會制造的人工系統(tǒng)架構(gòu)

（2）社會制造的計(jì)算實(shí)驗(yàn)。圖10描述社會制造中的計(jì)算實(shí)驗(yàn)過程，主要包括：生產(chǎn)任務(wù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)全過程的優(yōu)化跟蹤、分析評價(jià)、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(yīng)模擬及預(yù)處理模擬；CMO的管理機(jī)制與策略的分析與評估，探索網(wǎng)絡(luò)社會中熱點(diǎn)形成機(jī)理及發(fā)展規(guī)律，3D打印制造分布協(xié)作機(jī)制評估與性能分析；3D打印制造分布協(xié)作機(jī)制對突發(fā)事故的動態(tài)相應(yīng)模擬及預(yù)處理機(jī)制模擬，3D打印制造負(fù)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。

（3）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(nèi)容包括：社會制造人工系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)的虛實(shí)互動機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)社會與真實(shí)社會的互動調(diào)節(jié)與反饋機(jī)制，CMO人工系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)之間的互動調(diào)節(jié)與反饋機(jī)制，分布式協(xié)作的3D打印人工系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)的互動調(diào)節(jié)與反饋機(jī)制等等。主要任務(wù)包括：研究CMO與真實(shí)社會交易行為的相互影響與反饋機(jī)理；社會制造中虛實(shí)系統(tǒng)的互動演化和反饋調(diào)節(jié)，為真實(shí)社會中基于CMO的社會制造決策提供支持。

（4）社會制造的支撐技術(shù)：云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)。由于存在于社會媒體上的CMO涉及大數(shù)據(jù)的動態(tài)性、多樣性、虛實(shí)交互性、復(fù)雜性和不確定性等特點(diǎn)，如何從大數(shù)據(jù)中獲得有用的信息，并從中挖掘出CMO的一般規(guī)律是一個極具挑戰(zhàn)性的問題。我們必須以物聯(lián)云計(jì)算的手段，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、模式識別、人工智能等領(lǐng)域的理論、技術(shù)、方法,研發(fā)可計(jì)算的智能社會媒體數(shù)據(jù)信息處理的機(jī)制，進(jìn)而支撐處理CMO的計(jì)算模型。主要研究內(nèi)容如圖12所示。

圖10 社會制造的計(jì)算實(shí)驗(yàn)

圖11 社會制造中的平行執(zhí)行過程

圖12 社會制造的大數(shù)據(jù)處理

（5）社會制造的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖13和圖14分別給出面向服務(wù)的社會制造平行系統(tǒng)之體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)營框架，描述了各個層次結(jié)構(gòu)及其功能。

6 回顧與展望

2007年，在參加編寫《中國至2050年先進(jìn)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(dāng)時(shí)由于專家意見不一致，特別是人力、物力和時(shí)間的缺乏，只能將加式制造作為實(shí)驗(yàn)室的一個跟蹤課題予以關(guān)注。2010年，我們向有關(guān)部門提出將社會制造作為重點(diǎn)方向立項(xiàng)的建議，但最終的決策是首先加強(qiáng)快速成型系統(tǒng)的研發(fā)與完善。2011年，中科院復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲國家批準(zhǔn)成立，我們即決定將社會計(jì)算與社會制造有機(jī)地結(jié)合，作為國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新的研究方向，以此重新組織我們在控制和自動化領(lǐng)域的力量，重塑我們在該領(lǐng)域的傳統(tǒng)影響。之后，實(shí)驗(yàn)室成立了以年輕科研人員為主的社會制造攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，配合相關(guān)企業(yè)，研發(fā)從社會計(jì)算到社會制造的核心方法和系統(tǒng)平臺。

然而，3D打印技術(shù)和社會制造的發(fā)展速度卻大大超過我們的預(yù)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(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型。

圖13 社會制造的平行控制與管理體系結(jié)構(gòu)

圖14 社會制造系統(tǒng)的運(yùn)營架構(gòu)

很明顯，社會制造是計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)引發(fā)的信息革命之后的又一場產(chǎn)業(yè)革命，而且是一場虛實(shí)結(jié)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(zhì)與專業(yè)水平以及運(yùn)營環(huán)境的要求都與我們現(xiàn)行的教育科研和產(chǎn)業(yè)管理體制有明顯的沖突。如不認(rèn)真應(yīng)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(dá)國家回流的現(xiàn)象，重則嚴(yán)重影響中華民族的復(fù)興偉業(yè)。

致謝 本項(xiàng)工作得到了中科院復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室社會制造團(tuán)隊(duì)和中國人民解放軍總裝備部有關(guān)人員的大力支持，在此深表感謝。

1 王飛躍.加式制造與智能產(chǎn)業(yè)：3D打印、人肉搜索、社會計(jì)算與社會制造.中科院社會計(jì)算與平行管理中心報(bào)告.2009.

2 王飛躍,劉建軍等.3D打印與加式制造現(xiàn)狀報(bào)告.2012.

3 David Bourell et al.ABrief History of Additive Manufacturing:Looking Back and Looking Ahead,RapidTech 2009:US-Turkey Workshop on Rapid Technologies,2009.

4 Justin Scott,Nayanee Gupta,Christopher Weber et al.Additive Manufacturing:Status and Opportunities.Science and Technology Policy Institute,March 2012.

5 David Bourell et al.Roadmap for Additive Manufacturing:Identifying the Future of Freeform Processing,at Austin,TX,2009.

6 Terry Wohlers.Wohlers Report 2011:Additive Manufacturing and 3D Printing,State of the Industry.Ft.Collins,CO:Wohlers Associates,2011.

7 Fink C W.An Overview of Additive Manufacturing,Part I.AMMTIAC Quarterly,2009,4(2):7-11.

8 President Obama to Announce New Efforts to Support Manufacturing Innovation,Encourage Insourcing.March 9,2012.Available from http://www.whitehouse.gov/the-press-office/2012/03/09/president-obama-announce-new-efforts-supportmanufacturing-innovation-en

9 王飛躍.從一無所有到萬象所歸：人工社會與復(fù)雜系統(tǒng)研究.科學(xué)時(shí)報(bào),2004.

10 王飛躍.社會計(jì)算：科學(xué)·技術(shù)·人文.中國科學(xué)院院刊,2005,20（5）：370-376.

11 王飛躍.知識產(chǎn)生方式和科技決策支持的重大變革——面向大數(shù)據(jù)和開源信息的科技態(tài)勢解析與決策服務(wù),中國科學(xué)院院刊,2012,27（3）:527-537.

12 王飛躍.基于社會計(jì)算和平行系統(tǒng)的動態(tài)網(wǎng)民群體研究.上海理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011,33（1）:8-17.

13 Wang Feiyue.Toward a Paradigm Shift in Social Computing:The ACPApproach IEEE Intelligent Systems,2007,22,（5）:65-67.

14 Wang Feiyue.Social Manufacturing and Intelligent Enterprises:From Cyber-Physical Systems to Cyber-Physical-Social Systems.The 25th International Conference on Industrial,Engineering and Applications of Applied Intelligent Systems，Dalian,Liaoning,June,2012.

15 王飛躍.自動化與智能產(chǎn)業(yè)——從社會計(jì)算到社會制造.2012年全國第十七屆自動化應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會,吉林市,2012年8月.

16 Wang Feiyue.From Social Computing to Social Manufacturing:ANew Frontier in Cyber-Physical-Social Space.The 2nd International Conference on Social Computing and Its Applications,Xiangtan,Hunan,2012.

17 中科院先進(jìn)制造戰(zhàn)略研究組.中國至2050年先進(jìn)制造科技發(fā)展路線圖.北京：科學(xué)出版社,2009.

18 張杰,王濤,王曉等.社會運(yùn)動組織與網(wǎng)群運(yùn)動組織,杭州：浙江大學(xué)出版社,2012.

19 商秀芹,劉建軍,王飛躍等.社會制造的平行控制與管理,杭州：浙江大學(xué)出版社,2012.

20 秦蕊,劉建軍等.3D打印機(jī)與加式制造：現(xiàn)狀與發(fā)展.杭州：浙江大學(xué)出版社,2012年.

21 王飛躍等.社會制造發(fā)展路線圖,2012.