3D-революция

Еще немного — и промышленная 3D-печать станет делом обыденным. Большинство руководителей и многие инженеры этого не осо­знают, но 3D-технология давно переросла свое первоначальное назначение: моделирование, изготовление прототипов, игрушек и разной мелочевки. При так называемом аддитивном ­производстве — физический объект «выращивается» слой за слоем по параметрам виртуальной модели — создаются мелкими и крупными ­партиями долговечные и надежные товары для продажи их реальным потребителям.

Революция началась — этот вывод аналитики PwC сделали, проведя в 2014 году опрос более 100 промышленных компаний. К тому времени 11% из них уже перешли на массовое производство изделий или комп­лектующих с помощью 3D-печати. А по утверждению аналитиков консалтинговой компании Gartner, технология становится мейнстримом, когда уровень ее внед­рения превышает 20%.

Среди многочисленных компаний, которые развивают 3D-производство, — GE (реактивные двигатели, медицинское оборудование, запчас­ти к бытовым электроприборам), Lockheed Martin и Boeing (авиакосмическая и оборонная промышленность), Aurora Flight Sciences (беспилотники), Google (потребительская электроника) и голландская LUXeXcel (светодиодная оптика). Анализируя эту тенденцию, McKinsey недавно заявила, что 3D-печать «вот-вот перестанет быть нишевой технологией и станет жизнеспособной альтернативой традиционным промышленным процессам в различных отраслях, количество которых будет постоянно увеличиваться». В США объем продаж 3D-принтеров промышленного типа составил уже треть от объема продаж промышленной автоматики и роботов. По некоторым прогнозам, к 2020 году этот показатель вырастет до 42%.

Примеру перечисленных компаний последуют другие, поскольку ассортимент материалов для 3D-печати неуклонно расширяется. Это уже не только пластик и светочувствительные смолы, а также керамика, цемент, стекло, разнообразные металлы и металлические сплавы, новые термопластичные композиционные материалы, армированные углеродными нанотрубками. Экономические успехи передовых стран в конце концов убедят остальных. Хотя прямые затраты изготовления товаров с помощью новой технологии и из новых материалов, как правило, выше, общие издержки аддитивного производства благодаря его высокой маневренности будут существенно ниже, чем традиционного.

Поскольку технологическая революция уже идет полным ходом, руководителям сейчас надо искать ответы на стратегические вопросы трех уровней.

Во-первых, поставщикам материальных товаров нужно подумать, как они сами или их конкуренты могли бы усовершенствовать их продукцию. Если предмет изготавливается послойно по загруженному в принтер цифровому макету, то можно учитывать любые пожелания конкретных клиентов и бесконечно усложнять конструкцию предмета.

Во-вторых, промышленным предприятиям надо пересмотреть принципы своего производства. Аддитивные технологии позволяют по-новому решать, как, когда и где лучше всего изготавливать товары и компоненты, выстраивать самые удобные и выгодные цепочки поставок, оптимально комбинировать старые и новые производственные процессы. И вариантов тут — бесчисленное множество.

В-третьих, руководителям нужно проанализировать стратегические последствия перехода на объемную печать, так как вокруг новой технологии начинают формироваться целые бизнес-экосистемы. Способность мощных промышленных образований дробиться на неисчислимое количество мелких производителей эксплуатировалась неоднократно. Но эта идея заслоняет собой более приземленное и важное обстоятельство: чтобы разработчики, производители и продавцы изделий могли постоянно взаимодействовать, нужны цифровые платформы. Поначалу они будут приспособлены для разработки и «допечатной подготовки», а также обмена файлами-схемами и их быстрой загрузки. Но довольно скоро они смогут, кроме всего прочего, управлять работой принтеров, контролировать качество, постоянно оптимизировать сети принтеров и обмениваться их мощностями. Провайдеры самых удачных платформ будут процветать, устанавливая правила игры и создавая условия, при которых сложная экосистема сможет сообща удовлетворять спрос. Но появление этих платформ коснется каждой компании. Старожилы и новички будут бороться друг с другом за долю громадных рынков, которые появятся благодаря новой технологии.

Уже этих вопросов, казалось бы, достаточно для мыслителей-стратегов, но есть еще один: когда наступит новая технологическая эра? Вот как события могут развиваться в конкретных отраслях. В США сектор слуховых аппаратов, по словам генерального директора одной компании, меньше чем за 500 дней полностью перешел на аддитивное производство и в отрасли не осталось ни одного предприятия, которое работало бы по-старому. Руководителям предстоит решить, как быть дальше: ждать, когда ­быстроразвивающаяся 3D-технология достигнет зрелости, и тогда только инвестировать в нее или же действовать без промедления. Ответы у всех будут разными, но всех без исключения можно заверить, что делать стратегические выводы надо уже сейчас.

Выгоды аддитивного ­производства

Трудно себе представить, что 3D-технология заменит нынешние стандартные принципы массового производства. Скажем, автоматические прессы для литья под давлением могут производить тысячи деталей в час. И людям, которые видят, как работают 3D-принтеры, послойное наращивание предмета кажется до абсурда медленным. Но благодаря последним разработкам технология стремительно совершенствуется и ситуация с ее применением в промышленности кардинально меняется. Возможно, не все понимают, с чем связана столь впечатляющая скорость стандартного производственного процесса. Отливки изготавливаются так быстро потому, что сначала в станки и другое оборудование, необходимое для их производства, были вложены большие деньги.

Первое изделие обходится очень дорого, но потом чем в большем количестве они производятся, тем более резко сокращаются предельные издержки. Такого эффекта масштаба у аддитивной технологии нет. Но у нее нет и такого минуса традиционного производства, как отсутствие маневренности. Поскольку каждая единица продукции изготавливается автономно, ее легко модифицировать и учесть любые пожелания конкретного заказчика или, в широком смысле, внести конструктивные улучшения или не отстать от моды. И запустить производство гораздо проще, потому что у него значительно меньше этапов. Вот почему 3D-печать идеально подходила для изготовления единственных в своем роде опытных образцов и редких запасных деталей. Но аддитивная технология играет все более важную роль в промышленном производстве. К услугам клиентов — разнообразные и бесчисленные варианты форм, размеров и цветов. Причем выполнение по индивидуальному заказу практически не увеличивает издержек производителя, даже если речь идет о массовой партии товара. При аддитивном производстве детали, которые всегда изготавливались отдельно, а потом собирались, теперь можно делать в один прием, как одно изделие, — и в этом его большой плюс.

Простой пример — солнцезащитные очки: процесс 3D-печати позволяет варьировать пористость и состав пластика в разных местах оправы. Дужки получаются мягкими и гибкими, а ободки, которые держат линзы, — жесткими. И никакой сборки. Благодаря возможности печатать изделия и отдельные компоненты можно усложнять их структуру — скажем, делать сотовые стальные панели или конструкции, раньше слишком трудные для изготовления. Сложные механичес­кие детали вроде комплекта зубчатых колес не требуют сборки при изготовлении. С помощью аддитивной технологии можно комбинировать детали и делать их «внутренности» гораздо более сложными. Вот почему GE Aviation теперь печатает топливные форсунки для некоторых реактивных двигателей — и предполагает в год выпускать более 45 тысяч штук одного типа. Может показаться, что традиционные методы в данном случае были бы уместнее. Но раньше эти форсунки собирали из 20 отдельных литых деталей, а теперь их делают единым целым. По подсчетам GE, новый метод сократит издержки производства на 75%.

При аддитивном производстве можно использовать струйные 3D-принтеры, которые печатают изделия сразу из нескольких материалов. Optomec и другие компании разрабатывают новые проводящие материалы, а также способы печати микробатарей и электронных схем прямо на поверхности или внутри бытовых электронных устройств. Так же можно производить медицинскую технику, транспортные средства, измерительные приборы, компоненты для аэрокосмической отрасли и инфраструктуры телекоммуникационных систем и многих других «умных» устройств. Из-за минимальной работы по сборке аддитивное производство оборудования становится все более популярным и выгодным. Вот самый красноречивый на сегодняшний день пример. Министерство обороны США, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel и Oak Ridge National Laboratory заключили парт­нерство, чтобы вместе развивать технологию печати эндо- и экзоскелетов реактивных истребителей, в том числе фюзеляжа, крыльев, внутренних элементов конструкции, внутренней проводки и антенн, а скоро еще и силового каркаса.

Для столь крупных изделий нужно «большемерное» аддитивное производство, при котором принтеры устанавливают на гигантской платформе с компьютерным управлением. Когда эта технология будет разрешена к применению, единственным видом сборки станет установка в ячейки, созданные в процессе печати, готовых блоков электронной аппаратуры для навигации, связи, оружия и систем радиоэлектронного подавления. В Ираке и Афганистане вооруженные силы США использовали беспилотники фирмы Aurora Flight Sciences, которая печатает их целиком (у некоторых размах крыльев доходит до 40 метров с лишним) и в один прием.

Трехуровневая стратегия

Из этого краткого описания плюсов аддитивной технологии понимаешь, что компании с готовностью будут осваивать ее, а дополнительная экономия на материально-технических запасах, транспортировке грузов и стоимости производственных мощностей делает ее еще более привлекательной. Вывод: руководителям компаний всех типов надо представлять себе, как их предприятия будут адаптироваться к условиям технологической революции на трех стратегических уровнях, о которых ­говорилось выше.

Продукция — модернизировать?

Ответ на этот основополагающий для бизнеса вопрос дает товарная политика компании. Что мы будем продавать? Компаниям надо думать о том, как лучше обслуживать клиентов в эпоху аддитивного производства. Какие особенности конструкции и характеристики, немыслимые еще недавно, стали возможны теперь? Что можно улучшить, раз уж больше нет прежних ограничений, в том числе в поставках? Например, в авиакосмической и автомобильной промышленности благодаря 3D-печати можно будет прежде всего улучшать характеристики продукции.

Раньше, чтобы реактивные истребители и автомобили эффективнее расходовали топливо, уменьшали вес машин, но из-за этого конструктивно они часто становились менее прочными. Новая технология позволяет делать детали полыми, чтобы облегчить их и повысить КПД топлива, и добавлять в них внутренние элементы, которые повышают предел прочности на разрыв, долговечность и ударную прочность. И при производстве изделия можно в разных его частях использовать новые материалы — более жаропрочные и устойчивые к химическому воздействию.

В других отраслях аддитивная технология, позволяющая производить изделия «под заказчика» и быстро модифицировать их, изменит суть маркетинга. Если раньше маркетологи, готовя новинку к выпуску на рынок, говорили о продукте нового поколения — и поднимали много шума вокруг этого «события», то скоро поколенческая идея канет в Лету. Изделия можно будет совершенствовать постоянно в процессе печати, не совершая, как прежде, при традиционном производстве качественных скачков, для которых требовались более высокие расходы на инструменты и продолжительные подготовительные работы.

Представьте себе, что в ближайшем будущем облачный искусственный интеллект «научит» аддитивное производство мгновенно изменять продукты или добавлять им новые свойства без какой-либо реорганизации технологического процесса. Можно будет по ходу дела в режиме реального времени корректировать товарную политику — речь идет в том числе об изменении ассортимента и конструкции изделий. При такой маневренности на какие свойства товара маркетологам делать упор, рекламируя его? И как маркетологам не допустить опасного изменения сути бренда и не допустить падения продаж?

Производство — оптимизировать?

Стратегия производства охватывает все вопросы, касающиеся того, как компания покупает, изготавливает, выводит на рынок и продает свою продукцию. Если вы выбираете аддитивное производство, ваши ответы будут иными, чем у приверженцев традиционных методов. Цель у всех одна — более высокие экономические результаты, но достигается она по-разному. Сейчас компании, которые присматриваются к 3D-технологии, как правило, проводят финансовый анализ отдельных проектов, тех, на которых применение 3D-принтеров и 3D-проектирования позволит сократить прямые издержки. Но компании выгадают гораздо больше, если расширят рамки анализа и охватят свои общие издержки производства и накладные расходы.

Сколько можно сэкономить, если исключить сборку? Или материально-технические запасы, раз уж продукцию можно будет выпускать только в соответствии с реальным спросом? Или если продавать продукцию иначе, например напрямую клиентам через интернет-сервисы, которые позволят заказчикам четко оговорить любую конфигурацию? В гибридном мире старых и новых способов производства у компаний будет гораздо более богатый, чем сейчас, выбор: они будут решать, что, какие изделия или компоненты производить с помощью 3D-печати и в каком порядке. Решать придется и вопросы местоположения производства.

Где оно должно находиться, насколько близко к клиентам — и к каким клиентам? Можно ли доставлять продукцию, изготовленную по техническим требованиям заказчика, так же эффективно, как и производить ее, и если да, то как? Надо ли осуществлять 3D-печать на заводах или выгоднее создать сеть принтеров — у дистрибуторов, ритейлеров, на грузовиках и даже на предприятиях клиентов? А может, нужно все вышеперечисленное? Ответы будут меняться в зависимости от ситуации и от колебаний курса иностранной валюты, стоимости рабочей силы, материалов, элект­роэнергии, а также от транспортных издержек, производительности и функциональных ­возможностей принтеров. Когда изделия или компоненты не надо далеко везти, это экономит не только деньги, но и время.

Если вы когда-нибудь оставляли свою машину в автосервисе, потому что в тот момент там не было нужных запчастей и надо было ждать, когда их доставят, вы поймете, о чем я говорю. BMW и Honda, как и другие автопроизводители, планируют печатать у себя на заводах и в дилерских центрах многое промышленное оборудование и автозапчасти для конечных потребителей, тем более что появляются новые материалы для 3D-принтеров: металл, композитный пластик, углеродное волокно. Дистрибуторы, работающие в разных отраслях, учитывают все эти факторы, поскольку хотят помочь клиентам с выгодой воспользоваться новыми возможностями. В частности, логистическое подразделение UPS превращает складские помещения узлового аэропорта компании в мини-заводы. Идея в том, чтобы не заставлять огромные пространства бесконечными стеллажами с необъятными запасами товаров, а по мере необходимости производить и доставлять клиентам заказанные ими компоненты.

Системы снабжения «точно в срок» уже существуют, теперь появляются такие же системы производства. Так что добро ­пожаловать в мир мгновенного товарообеспечения! Учитывая потенциал и все плюсы высокоинтегрированного аддитивного производства, ключевым фактором жизнеспособности компаний может стать управление бизнес-процессами. Те из них, которые преуспеют по этой части, создадут проприетарные системы координации деятельности и тем самым обеспечат себе конкурентное преимущество. Остальные будут пользоваться стандартными пакетами программ, созданными крупными постащиками ПО, и помогать их совершенствовать.

Экосистема — перестраивать?

И третий аспект: как и насколько предприятие вписывается в свою более широкую бизнес-среду? Тут руководители должны ответить на следующие вопросы: кто мы, как нам быть собой и чем мы должны обладать? Поскольку для аддитивного производства компаниям нужны 3D-принтеры и поскольку им предстоит торговать с другими компаниями, располагающими такими же возможностями, отвечать на поставленные вопросы будет значительно труднее. Допустим, у вас на заводе стоят шеренги принтеров, они сегодня делают автозапчасти, завтра — военное снаряжение, а послезавтра — игрушки. В какой отрасли вы работаете? Традиционные границы размываются.

Руководители, тем не менее, чтобы понимать, в какие активы вкладывать деньги, а от каких избавляться, должны очень четко определить роль своей компании в мире. Они могут обнаружить, что их организации перерождаются и уже мало похожи на те, какими они были раньше. Освободившись от многих логистических пут традиционного производства, компании должны будут по-новому оценить свои возможности, навыки, ресурсы и другие активы и понять, дополняет все это возможности других компаний или конкурирует с ними.

Платформа

Самая сильная позиция в экосистеме у того, кто находится в ее центре: тогда вся экосистема завязана на него. Это не секрет для руководителей крупнейших компаний, уже освоивших аддитивное производство, в том числе eBay, IBM, Autodeck, PTC, Materialise, Stratasys, 3D Systems. Многие из них пытаются создать платформы, которыми будут пользоваться другие фирмы. Они понимают, что стать провайдером платформы значит решить самую главную стратегическую задачу, на какую они только могут замахнуться, и что все сливки снимут те, кому удастся в этой гонке вырваться вперед. Платформы — одна из примет перешедших на цифру рынков XXI века, и аддитивное производство — не исключение. В этой сфере самое выгодное положение займут собственники платформ, ведь значимость самого производства со временем, скорее всего, будет уменьшаться. Некоторые компании уже сейчас вместе основывают «принтерные хозяйства», чтобы выпускать продукцию с особыми, нужными заказчикам характеристиками и делать это максимально эффективно.

Даже самые ценные подготовленные для печати модели трудно будет сохранить в секрете, поскольку файлы-схемы, как и любую другую цифровую информацию, легко «позаимствовать». (По этой причине появятся 3D-сканеры, которые смогут выявлять технологические секреты изделий, выполняя инженерный анализ их конструктивно-геометрических схем.) Для каждого в системе будет важно, чтобы платформа, предназначенная для быстрой координации производственных процессов, хранения и постоянной доработки моделей, для закупок и контролирования поставок сырья, регистрации заказов, работала в полную силу. Те, кто рулит цифровой экосистемой, окажутся в самом центре широкого потока транзакций отрасли, а потому смогут собирать и продавать ценную информацию.

Они будут заниматься арбитражем, распределять работу между компаниями, которым доверяют, или при необходимости выполнять ее своими силами. Они будут продавать по всему миру свободные мощности своих принтеров и технические схемы для печати и тем самым оказывать влияние на цены, контролируя или перенаправляя заказы и на то, и на другое. В ситуации асиммет­ричности информации (владельцы платформ обладают недоступными остальным ценными данными, поскольку курируют миллионы транзакций) они, подобно трейдерам, заключающим арбитражные сделки с биржевыми товарами, будут финансировать торги либо покупать дешево и продавать дорого.

Следить за тем, чтобы объем 3D-производств соответствовал растущему спросу, ­будет ­горстка компаний — ведь чтобы вся система ­работала эффективно, кто-то должен совершить технологический рывок. Наверняка в этом мире появятся аналоги Google, eBay, Match.com и Amazon — свои поисковики, платформы для обмена данными, рынки брендированных товаров и посредники между владельцами 3D-принтеров или хранилищ файлов-проектов и разработчиками. Может быть, будет развиваться даже автоматизированный трейдинг, а также и рынки для торговли деривативами или фьючерсами проектов и 3D-мощностей.

По сути владельцы производственных мощностей в виде 3D-принтеров будут конкурировать за прибыль экосистемы с владельцами информации. И довольно скоро власть перейдет от производителей к интеграторам крупных систем, которые будут создавать брендовые платформы с едиными стандартами, чтобы можно было координировать и поддерживать систему. Они будут стимулировать инновационную деятельность, открывая исходный код и покупая мелкие компании, которые высоко держат планку качества, либо работая с ними в партнерстве. Собственно говоря, мелкие компании могут по-прежнему экспериментировать, но курировать их эксперименты, направлять творческие поиски в практическое русло и приспосабливать их решения к требованиям производства будут крупные.

История «цифры» ­повторяется

Когда думаешь о том, как набирает обороты революция в сфере аддитивного производства, невозможно, конечно же, не вспомнить о перевернувшей всю нашу жизнь технологии — интернете. Если развивать эту аналогию, то правильно было бы сказать, что в истории аддитивного производства пока еще идет 1995 год. Прогнозов тогда делали много, но никто и представить себе не мог, как в следующие десять лет с появлением Wi-Fi, смартфонов и облачных вычислений изменятся бизнес и жизнь вообще. Никому не приходило в голову, что «умные» онлайн-системы управления и основанное на интернет-технологиях программное обеспечение смогут управлять заводами — и даже городскими инфраструктурами — лучше, чем люди.

Технология 3D-печати тоже преподнесет немало сюрпризов, и все тоже потом будет казаться абсолютно логичным, хотя сейчас предсказать новые реалии трудно. Вообразите, что вместо высококвалифицированных рабочих работают мощные 3D-принтеры и целые компании и даже промышленные страны переходят на «беспилотное» производство. В «машинных организациях» люди нужны будут, лишь чтобы обслуживать принтеры. И это будущее не за горами. Как только компании «распробуют» плюсы маневренного производства, они войдут во вкус. И по мере того как ученые будут создавать новые материалы для печати, будут появляться новые производители и товары. Недавно Local Motors продемонстрировала, что за 48 часов может напечатать электромобиль — колеса, ходовую часть, кузов, крышу, сиденья, приборную панель; батарея, электромотор, шины, проводка и подвеска были созданы обычным путем, на сборку родстера ушло еще четыре дня. Запущенный в производство автомобиль будет стоить вместе с коробкой передач примерно $20 тысяч. Когда издержки на 3D-оборудование и материалы снизятся, преимущества, еще остающиеся у традиционного производства — эффект масштаба, — отойдут на второй план. Вот чего точно можно ожидать: через пять лет мы получим полностью автоматизированные, высокоскоростные, высокопроизводительные системы 3D-печати, которые будет выгодно использовать даже для стандартных деталей.

Затем благодаря маневренности новых систем многие товарные категории начнут изменяться — индивидуализироваться или дробиться, из-за чего доля рынка традиционного массового производства сократится еще значительнее.

Дальновидные руководители компаний не ждут, когда прояснятся все детали картинки. По тому, как развивается аддитивное производство, они понимают, что прежние способы разработки, изготовления, покупки и доставки продукции изменятся. Они делают первые шаги к перестройке систем производства. Они прикидывают, на какое место в формирующихся экосистемах будут претендовать. Они принимают стратегические решения на разных уровнях, чтобы в итоге получить преимущес­т­во в новом мире 3D-печати.