從規(guī)模經(jīng)濟(jì)與范圍經(jīng)濟(jì)的角度思考汽車制造商應(yīng)用增材制造的三個(gè)階段

武嘉偉

摘 要：本文闡述了通過利用增材制造技術(shù)在規(guī)模經(jīng)濟(jì)與范圍經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，如何提高汽車制造商的競(jìng)爭地位，還探討了增材制造在汽車制造商應(yīng)用的三個(gè)階段及具體的體現(xiàn)形式。全球汽車制造業(yè)的準(zhǔn)入門檻很高，在 2013年之后，世界上主流的幾個(gè)汽車制造商占全球行業(yè)收入超過三分之一，汽車生產(chǎn)企業(yè)正在進(jìn)入一個(gè)加速競(jìng)爭與淘汰的階段。另一方面，汽車零部件供應(yīng)鏈的特點(diǎn)是大量小型企業(yè)之間的激烈競(jìng)爭，產(chǎn)品創(chuàng)新和供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型有可能改變汽車公司的商業(yè)模式。增材制造將對(duì)汽車制造商之間的競(jìng)爭產(chǎn)生最大影響，并有可能改變商業(yè)游戲規(guī)則。

關(guān)鍵詞：增材制造 規(guī)模經(jīng)濟(jì) 范圍經(jīng)濟(jì) 汽車制造 工業(yè)4.0

Thinking about the Three Stages of Additive Manufacturing Applied by Automakers from the Perspective of Economies of Scale and Scope

Wu Jiawei

Abstract：This article explains how to improve the competitive position of automakers by using the advantages of additive manufacturing technology in economies of scale and scope. It also discusses the three stages and specific manifestations of additive manufacturing in the application of automakers. The entry barrier for the global automobile manufacturing industry is very high. After 2013， several mainstream automobile manufacturers in the world accounted for more than one-third of the global industry revenue， and automobile manufacturers are entering a stage of accelerated competition and elimination. On the other hand， the auto parts supply chain is characterized by fierce competition among a large number of small enterprises， and product innovation and supply chain transformation may change the business model of auto companies. Additive manufacturing will have the greatest impact on competition among automakers and may change the rules of the business game.

Key words：additive manufacturing， economies of scale， economies of scope， automobile manufacturing， industry 4.0

1 引言

自動(dòng)駕駛汽車、電動(dòng)汽車和大規(guī)模定制的新趨勢(shì)正在迫使汽車制造商和供應(yīng)商適應(yīng)新的汽車消費(fèi)模式。為了緊跟工業(yè)4.0時(shí)代的步伐，越來越多的汽車制造商開始重視增材制造技術(shù)的應(yīng)用。增材制造正在被用于汽車制造的各個(gè)階段：從原型設(shè)計(jì)和工具制造到備件和最終零件的生產(chǎn)。

增材制造作為一項(xiàng)重要的生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新，其根源可追溯到近三十年前。其技術(shù)的獨(dú)特性源于它以兩種基本方式打破了現(xiàn)有汽車制造業(yè)的平衡：增材制造不僅減少了實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)所需的資本投入，其靈活性也減少了實(shí)現(xiàn)范圍經(jīng)濟(jì)所需的資本。

2 規(guī)模經(jīng)濟(jì)與范圍經(jīng)濟(jì)

范圍經(jīng)濟(jì)和規(guī)模經(jīng)濟(jì)是解釋為什么大公司的產(chǎn)品成本通常較低的兩個(gè)概念。范圍經(jīng)濟(jì)關(guān)注的是多種商品的平均生產(chǎn)總成本。相比之下，規(guī)模經(jīng)濟(jì)關(guān)注的是當(dāng)一種商品的生產(chǎn)批量較高時(shí)產(chǎn)生的成本優(yōu)勢(shì)[1]。

增材制造降低了最低有效生產(chǎn)規(guī)模所需的資本投入，從而降低了進(jìn)入規(guī)模制造的門檻。增材制造的靈活性增加了在一定的單位資本內(nèi)可以生產(chǎn)的產(chǎn)品種類，同時(shí)降低與生產(chǎn)轉(zhuǎn)換和定制的總資本量。

改變資本與規(guī)模的關(guān)系會(huì)直接影響供應(yīng)鏈的配置構(gòu)成，而改變資本與范圍的關(guān)系有可能影響產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與種類。這些因素決定了汽車制造商在生產(chǎn)過程中對(duì)增材制造技術(shù)的應(yīng)用與規(guī)劃。

3 汽車生產(chǎn)制造商應(yīng)用增材制造的三個(gè)階段

以下框架結(jié)構(gòu)概述了增材制造技術(shù)在汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用中所呈現(xiàn)出的三個(gè)不同階段：

3.1 第一階段

汽車生產(chǎn)企業(yè)不尋求對(duì)供應(yīng)鏈或產(chǎn)品進(jìn)行根本性改變，但可以通過探索增材制造技術(shù)來增加在現(xiàn)有供應(yīng)鏈中當(dāng)前產(chǎn)品的交付價(jià)值。在第一階段中，汽車制造商并沒有完全認(rèn)識(shí)到增材制造對(duì)于大規(guī)模創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值的可能，更多的體現(xiàn)在了對(duì)一個(gè)新興技術(shù)的探索與早期應(yīng)用。

3.1.1 加快新產(chǎn)品開發(fā)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，公司在決定最終設(shè)計(jì)之前要經(jīng)過多倫選擇與淘汰。增材制造的最大優(yōu)勢(shì)之一是它可以以很小的時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本生產(chǎn)出多種設(shè)計(jì)變體，幫助汽車制造商在有效物理模型的支持下改進(jìn)其產(chǎn)品設(shè)計(jì)。例如，某知名輪胎公司在設(shè)計(jì)過程中利用增材制造快速創(chuàng)建原型，并在驗(yàn)證過多種設(shè)計(jì)的觸感后選擇了最佳方案。

3.1.2 通過快速原型設(shè)計(jì)提高質(zhì)量

通過使用增材技術(shù)在最終生產(chǎn)之前制作原型以驗(yàn)證零件，汽車制造商能夠在實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃之前對(duì)零件進(jìn)行質(zhì)量測(cè)試。因?yàn)樵霾脑谠O(shè)計(jì)端的靈活性，汽車制造商可以生產(chǎn)和測(cè)試各種零件原型。例如，通用汽車在其設(shè)計(jì)、工程和制造的預(yù)生產(chǎn)過程中廣泛使用選擇性激光燒結(jié)和光固化的技術(shù)，使其快速原型制作部門生產(chǎn)更多的測(cè)試模型。這種快速驗(yàn)證方式可以幫助汽車工程師在產(chǎn)品研發(fā)早期發(fā)現(xiàn)更多的產(chǎn)品問題并及時(shí)做出調(diào)整，最終反應(yīng)在了產(chǎn)品質(zhì)量的提升 。

3.2 第二階段

增材制造的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)同時(shí)推動(dòng)了汽車生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型和產(chǎn)品創(chuàng)新。這種規(guī)模效應(yīng)所帶來的供應(yīng)鏈的轉(zhuǎn)型可被視為汽車制造商應(yīng)用增材制造技術(shù)的第二階段。在這條道路上，增材制造的能力打破了傳統(tǒng)的資本與規(guī)模的平衡，降低了產(chǎn)品創(chuàng)新所需的前期資本投入。從長遠(yuǎn)來看，增材制造支持的零件整合和產(chǎn)品裝配簡化，會(huì)從根本上改變?cè)O(shè)計(jì)，開發(fā)，裝配過程，從而帶來了更深層次的供應(yīng)鏈變革。

3.2.1 更復(fù)雜的設(shè)計(jì)可降低零件重量

汽車制造商一直在不斷提高汽車能量利用效率，這不僅是因?yàn)閷?duì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的遵守，比如國家正在對(duì)企業(yè)碳積分的要求不斷增加，也是為了給消費(fèi)者提供更高的使用經(jīng)濟(jì)性。汽車制造商為提高續(xù)航而采取的一個(gè)主要方法是減輕整車的重量。

近年來，汽車制造商一直尋求在車身中加入更輕的材料，如碳纖維和鋁。福特F-150在2015年之后的所有車身幾乎完全由鋁制成，使車輛重量減少了約317公斤。另外，通過結(jié)構(gòu)層面的改變也可以實(shí)現(xiàn)減輕重量。增材制造技術(shù)成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力在減輕零件重量而不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面發(fā)揮著重要作用。

3.2.2 通過零件簡化降低裝配和生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)的制造技術(shù)常伴隨有很大的設(shè)計(jì)限制，這可能會(huì)增加生產(chǎn)組件所需的零件數(shù)量。隨著零件數(shù)量的增加，裝配過程的步驟和復(fù)雜性也會(huì)增加。增材制造可以生產(chǎn)具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的零件，以減少對(duì)多個(gè)零件組裝的需求，更少的零件意味著更短的組裝過程，因此出現(xiàn)質(zhì)量問題的可能性更小。德爾福是一級(jí)汽車供應(yīng)商，目前使用選擇性激光熔化 （SLM） 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁壓鑄件加工來制造鋁制柴油泵。未來，汽車制造商可以通過多材料打印在機(jī)械和電氣功能的潛在集成中受益。

3.3 第三階段

汽車生產(chǎn)企業(yè)利用增材制造技術(shù)提供的范圍經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在他們提供的產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)新功能、新創(chuàng)新以及商業(yè)模式的創(chuàng)新。未來汽車經(jīng)濟(jì)模型將類似于汽車主機(jī)廠與更小，關(guān)系更為緊密的供應(yīng)商進(jìn)行快速迭代與創(chuàng)新。

汽車主機(jī)廠可以通過持續(xù)合理優(yōu)化其供應(yīng)商體系并加強(qiáng)與所謂的T0.5級(jí)別供應(yīng)商的聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速更新迭代。現(xiàn)在，汽車主機(jī)廠從產(chǎn)品計(jì)劃到量產(chǎn)需要最少3-4年，隨著消費(fèi)習(xí)慣與消費(fèi)市場(chǎng)的變化，汽車生產(chǎn)企業(yè)越來越難預(yù)測(cè)3-4年后消費(fèi)者對(duì)于車型，配置的偏好。通過增材制造技術(shù)，汽車制造商可以顯著減少研發(fā)時(shí)間在產(chǎn)品整個(gè)生命周期的占比，并且通過持續(xù)的更新來不斷優(yōu)化產(chǎn)品。

汽車制造商的最終路徑是通過產(chǎn)品創(chuàng)新、快速迭代和市場(chǎng)響應(yīng)能力相結(jié)合的商業(yè)模式演變。增材制造在供應(yīng)鏈去中介化作用將推動(dòng)這一演變。增材制造將與商業(yè)模式創(chuàng)新將結(jié)合，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)與縮短上市時(shí)間，零件簡化，減少組裝流程和零件重量，來合理整合與管理供應(yīng)鏈，從而形成與市場(chǎng)相應(yīng)和供應(yīng)鏈去中介化的重要商業(yè)模式轉(zhuǎn)變。

3.3.1 定制和提高市場(chǎng)響應(yīng)能力

增材制造技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用正在推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新，技術(shù)應(yīng)用將從產(chǎn)品設(shè)計(jì)支持工具轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯由a(chǎn)和快速零件周轉(zhuǎn)的通道。雖然汽車公司通常需要規(guī)?；瘉碇С侄ㄖ?，但增材制造提供了更大的靈活性?，F(xiàn)在，已經(jīng)采用增材制造的汽車行業(yè)細(xì)分市場(chǎng)是超豪華車型細(xì)分市場(chǎng)。在這個(gè)小批量生產(chǎn)的細(xì)分市場(chǎng)中，增材制造被用于定制和生產(chǎn)用于最終裝配的零件。一些超豪華汽車制造商已經(jīng)使用增材制造來提供專門滿足客戶要求的設(shè)計(jì)。隨著交付周期成為一種寶貴的商品，這種降低規(guī)模生產(chǎn)周轉(zhuǎn)時(shí)間的競(jìng)爭能力將會(huì)對(duì)所有汽車制造商變得越來越重要。

3.3.2 更小的供應(yīng)鏈和來自汽車主機(jī)廠的更大價(jià)值貢獻(xiàn)

隨著越來越多的汽車制造商采用增材制造技術(shù)路線，最終的結(jié)果將是雙重的：更小的供應(yīng)鏈和原始設(shè)備制造商更大的價(jià)值貢獻(xiàn)。增材制造的一個(gè)重要影響是縮短和簡化當(dāng)前龐大的汽車供應(yīng)鏈。由于供應(yīng)鏈管理是一項(xiàng)龐大的計(jì)劃和物流工作，耗費(fèi)時(shí)間、精力和成本，因此汽車主機(jī)廠不斷在尋求簡化供應(yīng)鏈的方法。例如，福特在2012年與超過 1250家供應(yīng)商合作，但在2013年10月，福特宣布有意將這一數(shù)字削減多達(dá) 40%。汽車生產(chǎn)供應(yīng)商數(shù)量的減少意味著較少的供應(yīng)商參與，更低的時(shí)間和資本的投入，同時(shí)可以更快速的進(jìn)行零部件生產(chǎn)和降低零部件采購支出[2]。

傳統(tǒng)汽車制造商將大多數(shù)組件的制造外包。通過增材制造，汽車主機(jī)廠能夠通過依靠內(nèi)部能力和與系統(tǒng)集成商形成更緊密的合作伙伴關(guān)系，在無需管理龐大的供應(yīng)鏈的情況下，保留甚至增加他們?cè)谘邪l(fā)和生產(chǎn)中的價(jià)值貢獻(xiàn)。

4 現(xiàn)在和未來

隨著工藝和材料技術(shù)的改進(jìn)以及增材制造的更廣泛的應(yīng)用，我們有可能在未來看到增材制造在生產(chǎn)零件數(shù)量和種類的突破。盡管存在挑戰(zhàn)，但增材制造是一具備多功能的生產(chǎn)技術(shù)，是可以支持汽車行業(yè)追求性能、增長和創(chuàng)新的戰(zhàn)略需求?？紤]到增材制造所釋放的潛力，汽車主機(jī)廠的決策者應(yīng)該考慮利用增材制造技術(shù)在競(jìng)爭中保持領(lǐng)先地位，并且應(yīng)該考慮探索更多的應(yīng)用途徑以獲得更大的商業(yè)價(jià)值。

隨著增材應(yīng)用的發(fā)展，增材制造將持續(xù)扮演汽車創(chuàng)新的潛在游戲規(guī)則改變者。 隨著汽車消費(fèi)生命周期的持續(xù)縮短，大眾市場(chǎng)汽車制造商應(yīng)該效仿賽車運(yùn)動(dòng)和超豪華細(xì)分市場(chǎng)，最終導(dǎo)入增材制造應(yīng)用的第三個(gè)階段。

參考文獻(xiàn)：

[1]Steven Nickolas， Understanding Economies of Scope vs. Economies of Scale.[EB/OL].（2021-6-25）[2021-8-18].https：//www.investopedia.com/ask/answers/042215/what-difference-between-economies-scope-and-economies-scale.asp.

[2]Efraim Levy. Industry Surveys Autos & Auto Parts.（2014-12）[2021-8-18].http：//docshare03.docshare.tips/files/27311/273119750.pdf.