数字孪生体与增材制造助推个性化定制需求下的消费产业升级
2020-01-02 18:03 作者: 行业资讯 1625

为满足个性化定制的新消费需求和商业模式,需要建立服务型的制造业新业态。在整合和不断优化产业资源过程中,基于模型的数据和实体交互是关键,数字孪生体将发挥巨大作用。

增材制造-3D打印技术不仅易于将数字资产实体化,提高了各种优化应用的可行性;而且其全数字化的制造过程,也大大丰富了数字孪生体的数据资产,促进数字孪生体价值的发挥。这同时也是信息化(向数字化和智能化的更高阶段)和工业化(增材制造工艺突破)的深度融合,促进产业的服务化转型。 

本期专栏文章,将针对消费品制造领域,探究如何应用数字孪生体和增材制造技术,满足比工业用户数量更为庞大的消费者群体的个性化定制需求,迎接新的消费升级和服务型制造趋势。

消费品定制产业链的组成和特点
消费品和复杂装备制造的产业链,其特点具有显著不同:

首先是顾客的区别:买汽车和买鞋的消费者肯定没有买发动机的航空公司专业,他们数量庞大,往往不知道自己想要什么。不同人群的消费需求和习惯差异大,比如男人和女人的消费习惯差异,肯定大于波音和空客的需求差异;

然后是购买方式的区别:大部分的消费者会重复和定期购买(如超市购物),快速决策,喜欢偷懒,易冲动,而且很容易受到朋友和外界影响,如今电商平台已经成为越来越主要的购买渠道;


供应链和物流也存在很大不同:因为产品比较简单、价格敏感,使供应商准入门槛不高,竞争激烈;大批量的小额订单,也使供应链和物流要同时满足快速交付、成本低、不确定性大等特点;

维保领域凸显新的商机:传统上大部分消费品(除汽车)并没有太多维保需求,对于厂商来说产品卖给客户就算完事。但在服务型制造的转型过程中,厂商逐渐发现在产品使用过程中与消费者保持联系将带来新商机。因此在消费品领域“维保”的新含义就是以产品为纽带,维护和保持与消费者的联系。例如Nike将运动鞋卖给消费者后,同时还邀请你下载APP入会,从安排教练培训课程、组织跑团活动、推荐相关装备到参与新品体验等等,加强了客户粘性、带来新的商机。


NIKE在电商、定制化和维保领域APP布局(源自APPLE STORE)

数字孪生体和增材制造在产业链中的应用
1) 市场营销和电子商务领域
随着传感器增加、配件逐渐丰富(如可穿戴装备)和智能化程度(如APP)的不断提高,手机作为物联网的终端将会采集种类越来越多、时间占比越来越大的消费者信息。例如越来越多的重度手机依赖者,从起床到睡觉手机都不离身甚至不离手,手机可能比消费者本人都更了解自己。


基于大数据的消费者精准画像和营销(源自李显红)


通过消费心理学等模型构建消费者数字孪生体,将有助于形成更完整和精确的消费者画像。消费者数字孪生体包含多领域的子体,包括但不限于静态信息(如性别、籍贯、毕业院校等)和动态信息(如健康、社交、阅读、出行、饮食喜好、支付习惯、财务状况等),在各领域子体内依据本领域专业模型构建。这些子领域的数据模型、数据采集和应用实际往往已经比较成熟。例如健康信息和运动规划、社交网络和新友推荐、阅读偏好和知识付费、出行习惯和路径规划等等。构建更高阶的数字孪生体的价值,是对这些模型和数据的整合应用。

构建的消费者数字孪生体应便于按不同维度进行分类,同样类别的消费者,也可能有相同(大概率)或不同的消费心理。依据不同消费心理建立评价量表,通过对消费习惯的数据采集和积累,进行消费习惯的精准画像,可通过优化页面、定向推送、精准促销等对消费行为施加影响。

增材制造技术促进了设计师与消费者的互动。消费者可以参与以创成式设计驱动的自动化设计过程,个性化定制自己的产品,并通过VR、AR技术在线观察和修改虚拟的产品,设计确定后可通过3D打印技术实现快速制造和交付。


创成式设计汽车轮毂、消费者参与的自动设计

(源自安世亚太)


随着增材制造设备的普及,未来的制造可能就在于在社区进行离散化制造。在汽车制造领域,美国加州的创业公司Hackrod已在探索通过个性化设计和3D打印彻底改变移动解决方案的生产,西门子为Hackrod提供了数字创新平台,这是一个集成的软件包,可以顺利实现从设计和开发到车辆生产的整个过程。想象一下,消费者不必费力地选择经销商处的轮辋或座套的颜色,也不必为不需要的配置买单。相反,买家可以在屏幕上自行设计车身,底盘或决定车内装饰。为了让消费者迅速捕捉到这一商业模式的思路,Hackrod还为一款名为“LaBandita”的汽车3D打印了一体化的车身结构,在精确的生产软件控制下,La Bandita车身结构在车库大小的3D打印机中逐层实现。Hackrod代表了一种全新的工业制造模式,提供了在没有大型生产线的情况下针对客户需求量身定制的创新汽车推向市场的可能性。

 

数字化平台支持的3D打印个性化汽车(源自3D科学谷)


2) 供应链和物流领域
批量定制化的生产模式对供应链和物流带来极大挑战。

产业向智能化和服务化转型使供应链体系向协同化转变,由原来相对稳定的供应链体系转变为一种更大范围、更灵活、更多向、更社会化的协同体系,加大了管理上的复杂性。同时不断扩展的数字智能技术已经产生了大量数据,也为构建其数字孪生体创造了条件。

建立供应链和物流的数字孪生体,将供应链进行细分,可基于模型为每个客户创建个人资料,评估每个独特客户的供应链流程执行情况,提出物理资源和人力资源的最佳利用方案。

将数字孪生体应用于供应链网络优化,将带来以下方面的优势:实时在线的敏捷性、通信与协作的即时性、参与方信息的一致性、点到点的可视化、智能优化和整体决策模拟等。

确保供应链有效的基本要素是可控的物流系统。DHL的最新趋势报告(2019)显示,数字孪生体技术将在物流领域创造价值。虽然数字孪生体尚未在物流领域得到广泛应用,但许多关键的支持技术已经到位。物流部门已经利用传感器跟踪货物,还应用机器学习和高级分析技术来优化供应链,并从历史装运和运营数据中获得新的知识。

 

供应链和物流中的数字孪生体(源自DHL)


增材制造技术对供应链和物流的优化,具体表现在三个方面:一是“随需制造”,根据订单按产品数模进行生产,将有助于减少实体库存和资金积压;二是“就近制造”,选择物流网络上最快速和便宜的地点,满足交付时间和成本的要求;三是“万变不离其宗”,简化了原材料的种类和物流,如对各种不锈钢制品零件,实际只需确保不锈钢粉末库存,而不是保留各种成品库存,各种材料还可以在增材制造过程中进行混合打印和调整配方。

因此增材制造将为供应链和物流带来极大变革。例如UPS和Fast Radius、SAP合建的分布式制造平台,旨在满足全球和国家供应链不断变化的需求,提供按需制造和供应链解决方案。其核心是提供一个“虚拟库存”,可以安全地存储客户零件的数字孪生体(包括数据模型和生产工艺等),零部件仅在需要且数量精确时才进行生产,生产工艺是根据所选的制造地点和设备动态优化的。Fast Radius将增材制造中心设置在美国肯塔基州路易斯维尔的UPSWorldPort工厂内,这种战略性的“跑道尽头”位置使Fast Radius最多可以节约6个小时的生产时间,订单最快可能在下单的同一天内制造完成并发货。

3) 产品使用和维保领域
数字孪生体对于复杂装备(如航空发动机)的维护保养模式,也逐步应用到消费品上。

例如对于无人驾驶的智能汽车,构建其数字孪生体可以进一步自我升级,并加强与道路、网络、停车、加油充电、维保网点等周边环境的互动。

特斯拉公司为其生产和销售的每一辆电动汽车都建立了数字孪生体,相对应的模型数据都保存在公司数据库。每辆电动车每天传输其日常数据,并通过数字孪生体的模拟程序使用这些数据来发现可能的异常情况并提供纠正措施。每辆车都在反馈数据,特斯拉每天可获得相当于160万英里的驾驶体验,并在不断的学习过程中反馈给每辆车。


共享每辆车的孪生数据并快速进化(源自特斯拉)


日益增多的智能化消费产品,虽然维护保养要求不高,但其作为物联网的数据采集终端,在使用阶段也将产生大量数据,价值不容忽视。例如以智能手表、智能眼镜、智能运动鞋等为代表的可穿戴产品,一方面作为消费者数字孪生体如影随行的数据采集终端,另一方面产品的智能化和可控程度不断提高,如4D打印随形变化的运动鞋、自适应可变度数眼镜等也将不断出现。

增材制造技术在消费品使用阶段的应用,主要体现在个性化改装和维修领域,不断赋予消费品新的面貌和活力。


福特汽车3D打印改装赛车进气歧管(源自3D科学谷)


通过逆向工程和3D打印修复百岁高龄Delage -S老爷车(源自南极熊3D打印)