基于云制造與3D打印的閥門服務(wù)研究

周 軍，丁文捷

ZHOU Jun, DING Wen-jie

（寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，銀川 750021）

0 引言

云制造是通過網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的智能制造平臺，集合企業(yè)的制造能力和制造水平，使企業(yè)通過平臺即可完成產(chǎn)品的設(shè)計、工藝、制造、采購、營銷等各個環(huán)節(jié)[1]，提高了企業(yè)的資源利用效率?；谠浦圃旆?wù)的研究已經(jīng)有很多，包括產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計方法[2]、協(xié)同制造模式[3]、云制造關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)[4]、中小企業(yè)云制造服務(wù)模式研究[5]等，這也是實現(xiàn)閥門營銷的前提。此外，基于云制造的服務(wù)平臺研究已在企業(yè)中獲得應(yīng)用，包括集團(tuán)企業(yè)云制造[6]、模具云制造[7]、航天云制造服務(wù)[8]等。而3D打印技術(shù)[9]與云制造相結(jié)合，將會充分發(fā)揮3D打印技術(shù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、定制化的特點，使得3D打印也像云一樣遍布各地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)，產(chǎn)品制造變得更加智能、高效和個性化。

1 煤化工行業(yè)閥門的營銷基礎(chǔ)

在閥門傳統(tǒng)營銷模式中，往往以市場為導(dǎo)向，對用戶的個性化需求、產(chǎn)品多樣化難以滿足，企業(yè)的營銷往往是以產(chǎn)定銷。傳統(tǒng)的閥門營銷過程：概念產(chǎn)品→樣品制作→產(chǎn)品試制→產(chǎn)品營銷。

傳統(tǒng)的閥門營銷模式概括如下：1）代理營銷模式（生產(chǎn)商→代理商→用戶）；2）分銷營銷模式（生產(chǎn)商→分銷商→用戶）；3）直營模式（生產(chǎn)商→用戶）。

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為企業(yè)閥門產(chǎn)品營銷帶來了新的思路，中國閥門網(wǎng)、阿里巴巴等網(wǎng)絡(luò)平臺已入駐多家閥門品牌企業(yè)，成為新的閥門營銷服務(wù)平臺。因此，在分析了云制造與3D打印在現(xiàn)代煤化工閥門中營銷的關(guān)系（如圖1所示）后，以當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化營銷為基礎(chǔ)，提出了云制造環(huán)境下3D打印支撐的閥門營銷：以滿足客戶需求為核心，建立以整合各閥門制造企業(yè)、知名院校、科研機(jī)構(gòu)、物流配送、原材料供應(yīng)等的云閥門營銷服務(wù)平臺，為客戶提供涵蓋產(chǎn)品設(shè)計、制造、生產(chǎn)加工、配送、售后為一體的集成化營銷方案。在產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)階段，以3D打印技術(shù)為支撐，為設(shè)計者創(chuàng)新設(shè)計環(huán)境；在制造階段，利用3D打印快速制造樣品原型，用來仿真實驗，減少設(shè)計帶來的誤差。同時，整合服務(wù)平臺中的資源，實現(xiàn)企業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計，降低閥門的營銷風(fēng)險和成本，大大縮短其投放市場的時間和提高競爭能力，最終滿足客戶的需求，也即在現(xiàn)代煤化工行業(yè)中的應(yīng)用。

圖1 云制造與3D打印在現(xiàn)代煤化工閥門營銷中的關(guān)系

2 云制造環(huán)境下3D打印支撐的閥門營銷

2.1 3D打印支撐的閥門營銷

良好的產(chǎn)品概念設(shè)計、原型制作、功能驗證、產(chǎn)品評審是閥門質(zhì)量的保證，是滿足客戶需求的重要因素。3D打印的出現(xiàn)，將閥門的設(shè)計與制造結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)品制造的前移，閥門產(chǎn)品的設(shè)計與制造不再分開。設(shè)計與制造的結(jié)合也即CAD實體建模和3D打印能力相結(jié)合對于閥門產(chǎn)品的高效設(shè)計和開發(fā)是大有幫助的。利用3D打印技術(shù)，企業(yè)研發(fā)人員可以更專注于產(chǎn)品創(chuàng)新，進(jìn)而提升市場競爭力。

根據(jù)3D打印在閥門行業(yè)中的應(yīng)用分析，分析了3D打印支撐閥門營銷模式的架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 3D打印支撐的閥門營銷模式架構(gòu)圖

2.2 云制造環(huán)境下的閥門營銷模式分析

營銷模式是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中的重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代市場營銷快速發(fā)展的前提下，選擇和建立適合的閥門營銷模式能夠有效地提高閥門生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品市場占有率和盈利水平。云制造環(huán)境下的營銷模式是在借鑒現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化營銷模式的基礎(chǔ)上提出來的，可實現(xiàn)分散資源集中化共享以及集中資源分散化服務(wù)。

云制造環(huán)境下的閥門營銷模式由閥門云制造服務(wù)用戶層（Valve Cloud Manufacturer Service Consumer，VCMSC）、云閥門營銷服務(wù)平臺（Cloud Valve Marketing Service Platform，CVMSP）和閥門云制造服務(wù)企業(yè)聯(lián)盟層（V a l v e Cloud Manufacturer Service Business，VCMSB）組成。如圖3所示，利用互聯(lián)網(wǎng)將各個中小閥門企業(yè)連接到閥門云制造營銷服務(wù)平臺上。VCMSC可以向閥門云制造營銷服務(wù)平臺提出關(guān)于閥門設(shè)計、制造、試驗、仿真、采購、維護(hù)等業(yè)務(wù)需求，由平臺在資源庫中為客戶搜索并匹配產(chǎn)品資源，向用戶提供所需的產(chǎn)品服務(wù)；VCMSB由各個中小閥門企業(yè)的產(chǎn)品原材料供應(yīng)、設(shè)計、制造、生產(chǎn)、物流配送等資源共同構(gòu)成的涵蓋閥門全生命周期的資源池。CVMSP在接收到用戶層提出的業(yè)務(wù)需求后，便根據(jù)具體的閥門需求，將其智能地分配給各個相關(guān)的企業(yè)，由各個企業(yè)綜合、協(xié)同來完成任務(wù)。

圖3 云制造環(huán)境下的閥門營銷模式框圖

圖4 3D打印支撐的云閥門營銷模式

2.3 3D打印支撐的閥門云制造營銷模式探索

基于云制造環(huán)境下3D打印支撐的閥門營銷模式而建立的云閥門營銷服務(wù)平臺，其服務(wù)對象是以煤化工為主的行業(yè)性客戶，閥門的需求量大，閥門的性能要求也各有不同。閥門產(chǎn)品的云制造營銷模式支持閥門的網(wǎng)上銷售與定購，利用定制產(chǎn)品庫，可滿足客戶的個性化需求，實現(xiàn)閥門產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計[10]與定制，在滿足客戶的個性化需求的同時，豐富企業(yè)的設(shè)計資源，提高企業(yè)的閥門產(chǎn)品創(chuàng)新能力。該模式以是以當(dāng)前高度發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境為依托，將分散的中小企業(yè)聯(lián)合，形成分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并實現(xiàn)自動管理和控制，從而構(gòu)建出3D打印支撐的閥門云制造營銷模式，如圖4所示。

其中云閥門營銷服務(wù)平臺是信息交互、資源共享的平臺，充分利用云計算等先進(jìn)科技手段，給企業(yè)帶來低門檻、高技術(shù)的優(yōu)惠，把各閥門企業(yè)的制造資源、服務(wù)資源等放在云端，突破企業(yè)在資源環(huán)境上的束縛，連接企業(yè)上下游在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)閥門產(chǎn)業(yè)鏈的對接，真正為各企業(yè)帶來商業(yè)價值。用戶可以方便地獲取資源、利用資源，并根據(jù)用戶需求，迅速推出新的產(chǎn)品、實現(xiàn)柔性快速交貨，同時也為用戶提供系統(tǒng)化、集成的產(chǎn)品解決方案。

2.3.1 設(shè)計服務(wù)層

設(shè)計服務(wù)層服務(wù)于用戶的閥門設(shè)計需求，為用戶提供閥門的設(shè)計信息，包括閥門的設(shè)計參數(shù)、二維工程圖紙（零件圖+裝配圖）、三維模型等。根據(jù)用戶對閥門型號、公稱通徑、公稱壓力、閥作用型式、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、流體狀態(tài)、流體名稱等設(shè)計要求，由設(shè)計人員將設(shè)計要求輸入智能選型系統(tǒng)，獲得所需閥門的外形尺寸；閥座直徑、法蘭型式、閥體、閥芯、閥桿等數(shù)據(jù)信息直接由選型系統(tǒng)選定。設(shè)計人員再以SolidWorks三維建模軟件建立閥門的三維模型，利用CAE分析工具對建立的閥門三維模型進(jìn)行受力分析，并根據(jù)受載情況下的應(yīng)力、應(yīng)變等情況進(jìn)一步優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)。最后將優(yōu)化后的三維模型以STL格式導(dǎo)出，借助3D打印機(jī)快速獲得閥門樣品模型，以此來驗證是否滿足用戶設(shè)計要求。通過計算機(jī)輔助設(shè)計軟件及3D打印等先進(jìn)設(shè)計工具的融合，實現(xiàn)產(chǎn)品零部件參數(shù)化設(shè)計、二維工程圖繪制、三維樣品模型打印，提供從工業(yè)設(shè)計到仿真驗證再到實物驗證的設(shè)計服務(wù)。

2.3.2 制造服務(wù)層

制造服務(wù)層服務(wù)于用戶的閥門制造需求，根據(jù)已有的閥門設(shè)計信息，對用戶所需的閥門進(jìn)行生產(chǎn)加工。根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)能力，按照閥門生產(chǎn)計劃，確定最優(yōu)資源服務(wù)提供者，由多家企業(yè)實現(xiàn)閥門的協(xié)同制造，從而將企業(yè)的能力資源、硬件資源、軟件資源有效利用，提升資源的使用價值。制造服務(wù)層同時提供生產(chǎn)過程管理（在制品管理）所需的生產(chǎn)計劃/物料計劃、車間調(diào)度與排產(chǎn)、制造執(zhí)行管理及在制品物流管理服務(wù)，幫助企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的精細(xì)化控制，提高生產(chǎn)效率。

2.3.3 營銷服務(wù)層

營銷服務(wù)層服務(wù)于用戶的閥門采購需求，為用戶提供包括設(shè)計服務(wù)、制造服務(wù)、營銷服務(wù)在內(nèi)的服務(wù)。營銷服務(wù)層涵蓋產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)、制造、銷售等整個生命周期，為用戶提供集成化的產(chǎn)品解決方案。提供成套產(chǎn)品采辦服務(wù)、協(xié)同辦公服務(wù)、產(chǎn)品選型服務(wù)、產(chǎn)品支付服務(wù)等，將產(chǎn)品的售前、售中、售后信息及時有效的傳遞給用戶。物流輸送服務(wù)保障了生產(chǎn)過程中的原材料供應(yīng)、外協(xié)件采購供應(yīng)及最終成品的運輸。

云閥門營銷服務(wù)平臺提供從設(shè)計到制造再到營銷的服務(wù)，實現(xiàn)了設(shè)計為服務(wù)(Design as a Service)、制造為服務(wù)(Manufacturer as a Service)、營銷為服務(wù)(Marketing as a Service)，建立了云閥門服務(wù)關(guān)系圖，如圖5所示。

圖5 云閥門服務(wù)關(guān)系圖

2.4 云閥門營銷模式的特點

云閥門營銷模式，結(jié)合3D打印與云制造可為用戶提供一種產(chǎn)品設(shè)計的推介服務(wù)（相當(dāng)于設(shè)計技術(shù)和新產(chǎn)品營銷），把設(shè)計單位的產(chǎn)品設(shè)計直接以圖形實物形態(tài)傳遞到生產(chǎn)企業(yè)，可為生產(chǎn)企業(yè)降低研發(fā)成本，同時加速研究成果轉(zhuǎn)化力度。同時為用戶提供設(shè)計服務(wù)、制造服務(wù)、營銷服務(wù)，滿足用戶的多方面閥門需求。云閥門營銷模式與其他營銷模式比較如表1所示。

表1 云閥門營銷模式與其它營銷模式比較

3 云閥門營銷模式在閥門企業(yè)中的應(yīng)用分析

以應(yīng)用于水回收系統(tǒng)的灰水或黑水控制的灰水偏心旋轉(zhuǎn)閥的設(shè)計、制造、配送過程為例來說明云制造環(huán)境下3D打印支撐的閥門云制造營銷服務(wù)平臺的工作流程，如圖6所示。

以某公司為例，其下屬單位需要采購一批閥門設(shè)備，其中包括灰水偏心旋轉(zhuǎn)閥的定制。

1）用戶向閥門云制造營銷服務(wù)平臺發(fā)布灰水偏心旋轉(zhuǎn)閥門的設(shè)計需求，平臺接收到用戶的請求后，對平臺中匯聚的各類資源進(jìn)行智能匹配、分析，最終由閥門制造公司4與用戶簽署合同，并與高等院校1、3D打印中心2、科研機(jī)構(gòu)3、鋼材廠5、供應(yīng)商6、物流公司7合作來完成。

圖6 閥門云營銷服務(wù)平臺工作流程圖

2）閥門制造公司4接收到平臺分配的任務(wù)后，根據(jù)用戶提供的灰水偏心旋轉(zhuǎn)閥門數(shù)據(jù)表，明確該閥門產(chǎn)品的具體要求。在閥門云制造營銷服務(wù)平臺的協(xié)同下與高等院校1、3D打印中心2、科研機(jī)構(gòu)3共同完成閥門的設(shè)計工作。高等院校1根據(jù)用戶的開發(fā)理念和業(yè)務(wù)需求，結(jié)合閥門的結(jié)構(gòu)要求，將閥門分成閥體、閥蓋（上閥蓋、下閥蓋）、閥瓣、閥桿、支架等部件，利用平臺上的SolidWorks產(chǎn)品三維設(shè)計軟件，對各部件建立三維模型、應(yīng)力分析，完成閥門整體的轉(zhuǎn)配圖；再由3D打印中心2打印出實體原型，并與設(shè)計人員、用戶交流溝通，共同驗證閥門各個部件設(shè)計的合理性，驗證產(chǎn)品樣品是否符合初步要求并進(jìn)行測試。得到用戶認(rèn)可后，由科研機(jī)構(gòu)3在高等院校1的零部件圖紙與3D打印中心3的樣品模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝設(shè)計，包括工藝路線的擬定、加工工序的確定、具體的工序內(nèi)容、繪制工序圖等，由此完成閥門零部件的工藝設(shè)計。此外，此次閥門零部件的設(shè)計數(shù)據(jù)、工藝卡片信息等會存儲在平臺中的數(shù)據(jù)庫中，方便后續(xù)的查驗。

3）閥門制造公司4接到高等院校1的圖紙和科研機(jī)構(gòu)2的工藝卡片后，配以鋼材廠5提供的原材料，在車床、銑床、鏜床、鉆床等機(jī)器設(shè)備上進(jìn)行精加工，完成閥門零部件的制造；對由供應(yīng)商6提供的所需的外協(xié)件和標(biāo)準(zhǔn)件（螺母、螺栓、彈簧、墊片、填料等）檢測無誤后，由制造公司完成閥門的整體裝配、調(diào)試，由物流公司7負(fù)責(zé)產(chǎn)品的運輸。至此，完成了此次任務(wù)，為用戶提供了設(shè)計、制造、營銷在內(nèi)的閥門服務(wù)。此外，用戶通過生產(chǎn)計劃系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)等實時了解閥門的生產(chǎn)情況、計劃進(jìn)度。

通過案例分析可知：借助于3D打印與云制造，用戶角色發(fā)生變化，從消費者轉(zhuǎn)變?yōu)殚y門研發(fā)設(shè)計中的生產(chǎn)者；各企業(yè)的協(xié)同參與，加快了閥門的設(shè)計、研發(fā)、制造等過程，更快的實現(xiàn)了以用戶的需求為目標(biāo)的閥門以銷定產(chǎn)、適路營銷。

4 結(jié)論

在對煤化工行業(yè)閥門的傳統(tǒng)營銷模式研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合閥門行業(yè)、企業(yè)及用戶的需求變化，克服傳統(tǒng)閥門營銷模式的不足，實現(xiàn)閥門從原材料到最終成品的一體化創(chuàng)新服務(wù)，借助3D打印技術(shù)與云制造，提出了云制造環(huán)境下3D打印支撐的閥門營銷模式。

1）嘗試性地將3D打印與云制造引入閥門行業(yè)，提出了云閥門營銷服務(wù)的思想，為閥門行業(yè)提供一種新的營銷思路。通過企業(yè)應(yīng)用分析，表明云閥門營銷模式具有整合中小企業(yè)閥門資源、提升閥門設(shè)計研發(fā)能力的效能，易于企業(yè)實現(xiàn)定制化生產(chǎn)、零庫存生產(chǎn)。

2）分析總結(jié)了傳統(tǒng)閥門營銷模式，引入云制造環(huán)境下3D打印支撐的閥門營銷模式，是基于互聯(lián)網(wǎng)營銷的進(jìn)一步發(fā)展，創(chuàng)新了閥門產(chǎn)品的服務(wù)模式，有利于加快企業(yè)由生產(chǎn)制造型向生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)的轉(zhuǎn)變。

3）從閥門用戶的需求出發(fā)，歸納了閥門業(yè)應(yīng)提供的設(shè)計服務(wù)、制造服務(wù)、營銷服務(wù)，其他服務(wù)還有待進(jìn)一步研究與完善。

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