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来源:IMA 时间:2018-03-06 作者:杨文杰编辑:无忧草
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导读:3D 技术的发展必将改变您作为管理会计师分析贵组织成本的方式,而这些变化比您想象的更近在眼前。

制造业进入第三维度

Reina G.Wiatt,CMA,CPA

杨文杰译,朱珏旻校

3D 打印技术起源于20世纪80年代,也称为增材制造(additive manufacturing,AM),被认为是创建产品原型的更快速和更具成本效益的方法。该过程包括使用计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)或类似的3D 数字文件创建产品设计。3D 打印机将连续的材料层彼此堆叠,直到制成最终的物体。早期的3D 打印机使用基本聚合物,但随着技术改进,特别是在材料应用中,可印刷材料的类型已经扩大到塑料、金属、尼龙、石膏、陶瓷,甚至是人类组织细胞。

通过更改数字文件的配置,产品可以根据个人消费者的品味和偏好进行定制。一旦创建出来后,蓝图文件就可以发到世界任何地方,这样就可以用3D 打印机复制产品了。2015年,在美国底特律的年度车展上,位于亚利桑那州凤凰城的Local Motors 公司没有带车来参展。相反,该公司的代表们使用数字文件和3D 打印机,在现场创建了他们最新版本的Strati 汽车。缩短产品原型的交货周期,降低制造和存储成本以及创建创新型产品,这只是新兴的AM 技术应用于大型和小型制造业的一部分。

3D 技术的发展必将改变您作为管理会计师分析贵组织成本的方式,而这些变化比您想象的更近在眼前。但在我进一步讨论3D 打印对您和其他财务专业人士的影响之前,让我们先讨论一下这项新技术会带来什么。

在设计和库存上的好处

设计物理模型是测试新产品可行性的关键的第一步。迭代设计——一种基于对原始成型、测试、分析和改进产品或流程的循环处理的方法——从3D 技术中获益。图2所示的常规设计过程需要昂贵的定制工具、钻模和模具来创建每个原型。在此过程中发生的问题会导致昂贵的延迟成本和设计经批准前的多次原型修改。

相比之下,3D 打印机通过从数字源生成低成本和功能性的原型,可以缩短加工时间和费用。在准备生产的机械装备之前,产品性能的反馈、测试和细化可以更快地完成。Thogus Products 是位于美国俄亥俄州雅芳湖的一家定制塑料的公司,它购买了3D 熔融沉积建模(FDM)打印机来设计和制造特种部件。AM 过程使得Thogus 在交付周期和生产成本方面节省了大量资金(见表1)。美国联邦法律要求许多制造商在完整的产品保修期内提供备件,制造商或其供应链合作伙伴经常在保修期满后很长时间内都继续进行备件生产。在这些情况下,维护大量替换零件的库存需要昂贵的仓储设施和多处冗余库存。如果需要一个不经常订购的部件时,传统的生产技术下生产所需备件的成本太高并且耗时太多,从而导致了大量缓慢的流转或废弃的库存。

相比之下,3D 打印为每个保修部件提供了数字文件的虚拟库存。当产品需要维修时,技术人员可以访问适当的文件,并根据需要创建新的部件。波音公司是航空航天工业上的领先制造商,现在拥有超过2万个以数字文件保存、可按需要打印的备件。许多专家认为,随着更多的企业用数字文件代替库存,那么在某一天,当顾客走进一家商店,选择所需的维修部件后,就可以用3D 打印机在数分钟内把它生产出来。

随着3D 打印机价格的下降及其性能的提升,更多行业将AM 整合到运营中,以改善产品设计、降低原型和装备成本,并增加产品定制(见表2)。不同的商业领,包括航空航天制造商、医疗研究公司和家族企业家,都在积极试用AM 技术进行中小批量生产、定制产品和服务。

毫不奇怪,AM 已经大大改善了供应链物流。传统供应链中任何连接的中断,将可能导致延迟对分销商、零售商或两者兼具的交货。相比之下,AM 供应链在消费点上构建的产品链接较少且灵活性更大,从而降低了面临从地缘政治事件到自然灾害等风险因素时的脆弱性。

初始投资(根据行业的不同,投资会是可观的,并应包含成本分析)后,AM 可以提高生产灵活性,降低运输成本,提高分散生产能力。例如,重塑一部分制造需求并使用3D 打印机生产技术上复杂的产品,可以提高生产到上市的响应速度并减少全球运输成本,这将对商业战略和财务结果产生积极的影响。后面的“ACS 和增材制造”(ACS and Additive Manufacturing)案例研究显示了航空航天产品制造商Advanced Composite Structures是如何利用AM 来解决其加工和制造难题,在扩大生产能力的同时降低成本和交付周期的。

创新和实验是广泛而多样化的航空航天工业的特有标志,其产品涉及商用飞机、卫星、军事防务车辆(飞机/直升机/无人机)、火箭和国际空间站。波音公司、通用电气公司和洛克希德·马丁公司等行业领先企业在不断寻找更轻、更耐用的部件的同时,已经集成了AM技术,以提高制造生产力和降低成本。事实上,3D 打印技术非常适合需要特殊零件小规模制造的航空航天工业,如引擎和涡轮机部件这些具有复杂几何形状和确定的空气动力特性的特殊零件。现在,组件制造可以更快速、成本更经济,伴随着高强度的重量明显减轻(平均40%—60%),以减少燃料消耗、材料成本和二氧化碳排放。以往为减少飞机的重量做出的努力,会提高燃油效率并降低成本,但也会导致结构性的弱点。

有了3D 打印机,飞机零部件原型,甚至是最具挑战性的几何形状,都可以在几个小时而不是几个星期内被开发出来。并且,对新部件的设计更改可以更快地进行,并用于测试。

组合零件、减少浪费和增加3D 打印库存部件的数量也是节省大量成本的领域。例如,通用电气公司使用AM 将18个独立部件合并成单个喷气发动机燃油喷嘴。洛克希德·马丁公司通过使用3D 打印机将钛合金制成特殊支架,减少了材料浪费。美国空军已经创建了两台高强度3D 印刷模具,用一种打孔的方式来取代通气道支架。据估计,仅就这项应用而言,美国空军每年可节省时间和成本费用541,000美元。

如这些例子所示,航空航天工业是顶级工程学和可靠制造技术的真正驱动力。因为航空航天业是碳纤维的最早采用者之一,也是最早将CAD 融入其设计的行业之一,所以几乎无疑问地,在未来几年,这一航空航天业中的趋势将被所有制造业采用。

(节选)

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