陸炳衡：中国製造2025と3Dプリンティング

この投稿は、Dongfang Xiong によって 2016-1-19 10:10 に最後に編集されました。

先週金曜日、呂院士は市科学技術部門の招待を受け、泉州科学技術イノベーション講堂にゲストとして招かれ、泉州市の関連部門、大学、科学研究プラットフォームのリーダーや企業代表者など300人以上を前に同テーマの素晴らしい講演を行った。中南海から泉州科学技術イノベーション講堂まで、院士の陸炳衡氏が物語る。
「中国製造2025」について

追いついて追い越す必要がある

陸炳衡氏は、1980年代以降、中国の製造業は家電製造、自動車製造、航空機製造の3つの波を起こし、徐々にハイエンド化に向かっていると述べた。中国はその巨大な市場のおかげで、現在では世界最大の製造国となり、その製造業総生産量は世界全体の20%を占めています。製造業の付加価値は、国民の工業所得の86.70％、総輸出の95.09％を占めています。
しかし、中国は製造大国ではありません。中国、ドイツ、米国を比較すると、ドイツの産業上の優位性は、その高品質、強固な基盤、厳格なプロセスにあり、米国の優位性は、社会革新、ハイテクの優位性、世界的な資源とエリートの集結にあり、中国の重要な優位性は、比較的完成された産業システム、巨大な内需市場、豊富な人的資源にある。

ドイツのインダストリー 4.0 分類によれば、インダストリー 1.0 から 4.0 の主な特徴は、機械化、電動化、自動化、インテリジェンスです。 Lu Binheng 氏は、現時点で中国の製造業は次の 2 つの戦略を採用すべきだと考えています。

まず、追いつきながら同時に追い越す。中国は、現在の一時的なギャップに直面し、品質を重視し、ロボットやハイエンドCNC工作機械を開発するという、インダストリー2.0と3.0の不足を補う必要がある。同時に、「中国製造2025」の実施を推進し、インダストリー4.0を力強く発展させる必要がある。

第二に、政府の科学的かつ強力な規制の役割を十分に発揮し、限られた社会資源を結集し、共同イノベーションを実行する必要があります。

同氏は、中国は巨大な市場需要を保護し、最大限に活用して、設備製造を指導・支援しなければならないと考えている。同時に、さまざまな計画や産業のインタラクティブかつ協調的な発展に重点を置いています。新製品の開発にあたっては、第一缶粉ミルク効果に着目し、国内製造設備と並行して取り組み始めました。民間部門では、国民の消費観念を育成し、国民全員が国家産業の発展に貢献できるようにする必要があります。

現在、我が国には共通技術が不足しているが、陸炳衡氏は国家イノベーションセンターを構築するには革新的なアイデアが必要だと考えている。同氏はドイツのフラウンホーファー研究所や米国の製造業イノベーションネットワークの例を挙げ、中国は社会イノベーション資源を調整し、業界に中核技術や共通技術を提供できるイノベーションセンターを数多く建設すべきだと主張した。科学技術リソースの無駄や低レベルの反復研究を避けます。

産学研連携においては、企業が研究開発への投資、成果の応用と統合の主体となるべきである。陸炳衡氏は、製品の選択が企業イノベーションのスタートラインであると語った。企業は、短期的に利益を生む製品だけに注力するのではなく、より「イノベーション主導型」の製品を選択すべきです。こうすることで、イノベーションはスタートラインで負けることはありません。イノベーション能力の構築を強化しなければなりません。彼は例を挙げて、日本のベアリング会社では研究室の面積と生産工場の面積の比率が1:1であるのに対し、我が国では同じ比率は5%未満であると述べた。また、ビッグデータの時代を迎え、欧米の多くの企業は製品データを蓄積・分析し、データを活用してビジネス戦略や製品開発を改善することに注力しています。

人材コラボレーションに関しては、イノベーションとエンジニアリング能力の開発を導くために、正しい主題評価基準を確立する必要があると彼は考えています。私たちは、科学研究者が製品や機器に関する論文をもっと書くべきだと主張しています。「中国製造2025」では、製造技術に精通し、インターネット思考を持ち、社会革新資源をフル活用できるインダストリアル4.0時代の起業家や技術リーダーの育成も必要だ。革新的な社会には、科学に強い関心を持ち、革新への強い欲求を持つマスク氏のような、メーカーやオタクも多数必要です。

社会全体の調整メカニズムの観点から、科学技術計画の協調的な伝達を強化しなければなりません。国家の科学研究計画は、標準と基礎研究を優先し、産業化のための共通技術を重視し、革新的なアイデアと発明特許を評価の基礎として使用する必要があります。

金融、技術、産業の連携の観点から製造業の資金調達環境を改善する。金融資金がより多く、より速く実体経済や潜在的先進製造業に流入するよう誘導し、イノベーションへの支援を強化する。

3Dプリントについて

前世紀で最も重要な製造技術革新今日と明日の印刷破壊的技術

3D プリントは破壊的な革新技術です。

陸炳衡氏は、3Dプリント技術は米国国立科学財団によって前世紀で最も重要な製造技術革新と呼ばれていると語った。マッカーシー報告書は、人間の生活に破壊的な影響を及ぼす12の技術を挙げており、3Dプリンティングは新素材やシェールガスを上回り、9位にランクされています。当時、2030年までに世界全体の利益は約1兆米ドルに達すると予測されていました。 2015年のマッカーシー報告書はこのプロセスを再び前進させ、2020年までに5,500億ドルの利益が達成できると示唆しました。

製造方法の面では、鋳造、鍛造、溶接により製造工程で重量が基本的に変わらない、均質材料製造に属し、3,000年の歴史があります。旋盤、フライス盤、平削り盤、研削盤は、設計された形状を実現するために材料を除去します。これは減算的製造と呼ばれ、300 年の歴史があります。材料を少しずつ追加して目的の形状を形成する付加製造、つまり 3D プリンティングは、登場してからまだ 30 年しか経っていません。

では、3D プリントはどのような変化をもたらすのでしょうか?

——製品開発サイクルとコストが大幅に削減されます。

3D プリントは複雑な形状の部品を製造できます。思った通りのものが手に入ります。設計データによって直接駆動され、従来の製造に必要なツール、固定具、金型製造などの生産準備は必要ありません。プログラミングが簡単なので、製品イノベーション設計や設計検証に特に便利です。製品開発サイクルとコストを少なくとも半分に削減し、電気機械製品や機器の迅速な開発のための強力なツールになります。

このタイプの積層造形は、必要な場所にのみ材料を堆積するため、材料利用率はほぼ 100% になります。航空宇宙などの大型で複雑な構造部品を従来の切削加工で加工する場合、高価な材料の 95% ～ 97% が除去されることがよくあります。 3Dプリンティングを使用することで、材料利用率は5％から85％に向上し、製造サイクルは数か月から数日に短縮されます。

また、単品生産やパーソナライズ生産を迅速かつ低コストで実現できます。特に、個別化医療や高級医療機器に適しています。人工骨、手術モデル、整形外科ナビゲーションテンプレートなど。

——3Dプリンティングによる再設計は、製品や設備に破壊的な変化をもたらします。

3D プリンティングでは、数十、数百、あるいはそれ以上の部品を 1 つの統合プロセスで組み立てた製品を製造できるため、製造プロセスが大幅に簡素化され、製造および組み立てコストが節約されます。新しい 3D プリント技術の観点から製品や設備を再設計すると、従来の製造技術では実現できない構造を生み出すことができ、設計革新のための大きな余地が生まれます。これは、3D プリンティングが製造業にもたらす最大のメリットかもしれません。

過去 2 年間で、3D プリンティングは破壊的な変化を見せました。例えば、GE 社製の航空機エンジンのノズルは 20 個の部品を 1 つに統合することで、材料費を大幅に削減し、燃料を 15% 節約します。アメリカの3Dプリントコンセプト航空機は重量を65%削減できる。 3Dプリントされた自動車は、2万個の部品を40個に統合し、6日間で印刷を完了し、重量を3分の1に減らすことができます。

——インターネット + 3D プリンティング: 大規模なイノベーションと起業家精神を生み出す。

「GEは、3Dプリンティングに挑戦し、製作者に航空機の一部を設計させるというメッセージをネット上に投稿しました。優勝者は、元の構造のわずか6分の1の重量ですべてのテストを完了し、設計者は19歳の若者でした。3Dプリンティングは、すべての人々にとってイノベーションへの道を示しています。」

Lu Binheng氏は、3Dプリントはメーカーにとって最も人気のあるツールの1つになったと語った。ウェアラブルエレクトロニクス、家庭用品、文化産業、服装デザインなどの業界にパーソナライズされたカスタマイズ生産モデルを提供でき、大量製造からパーソナライズされたカスタマイズへの第3次産業革命をリードし、大量イノベーションと起業家精神を効果的に促進することが期待されています。

現在、「インターネット+3Dプリント」の製造モデルが登場しています。つまり、大衆の個別のニーズを収集し、メーカーに設計を完成させてもらい、3Dプリントされた部品で設計計画を検証し、仮想製造で生産を組織し、モノのインターネットでそれを配布するのです。アメリカのクラウドイノベーション企業、来場者15,000人、メーカー6,000人。 Amazon はインターネットを利用して 3D プリント製品を販売しており、売上高は数十億ドル、利益は 30% に達しています。「将来、このモデルは大衆のイノベーションと起業のための最良の技術的アプローチになるだろう」と呂炳衡氏は語った。

——付加製造から創造製造へ、そして創造製造から創造へ。

陸炳恒氏は、3Dプリント高エネルギービームの集中エネルギーを活用し、3Dプリント設備を材料ゲノムプロジェクトの研究・検証プラットフォームとして活用することで、超高強度、超高靭性、超高温耐性、超高耐摩耗性を備えたさまざまな優れた材料を開発し、積層造形を創造的な材料技術に変えることができると述べた。

さらに、3D プリンティングは創造的である可能性もあります。つまり、組織スキャフォールド製造や細胞プリンティングなどの技術に応用して、生物学的に活性な臓器の製造を実現し、生命科学研究と人間の健康に貢献することができます。たとえば、私の国は最近、放射線治療の壊滅的な副作用を回避しながら、標的を絞った癌治療を実現するためのナビゲーションテンプレートの使用を先駆的に行いました。

3Dプリント技術の現状:

これは、テクノロジーの隆盛期、産業の立ち上げ期であるだけでなく、企業の拡大期でもあります。

陸炳衡氏によると、中国は現在3Dプリンティング研究で世界の最前線に立っており、論文数や特許出願数は世界第2位だという。応用面では、我が国の工業用設備の設置能力は世界第 4 位ですが、金属印刷用の商用設備は依然として主に輸入に依存しています。国内の産業用設備の主要部品や産業用3Dプリント材料も基本的に輸入に依存している。「産業発展の観点から見ると、我が国の発展は遅すぎ、企業は小規模で分散している。独自のイノベーションと産業チェーンを構築するために、コア技術とオリジナル技術を開発しなければならない。現在、中国にはいくつかの3Dプリント企業が上場しており、技術と資本が融合し始めている。これは良いスタートだ。」

彼は、3Dプリンティングは質と量の両面で、国の戦略的立場と将来の科学技術の発展に大きな影響を与える技術であると考えています。現在、テクノロジーは技術爆発の時期、業界の立ち上げ段階、そして企業による土地獲得の段階にあります。私たちは標準に関する研究を加速し、発言権を持つべきです。航空部品や高級医療機器の分野では、新技術の応用を促進するために、3Dプリントされたパーソナライズ製造製品へのアクセス基準を積極的に研究する必要があります。 3Dプリントの新材料の研究開発において基礎研究を強化し、独創的な技術を開発し、革新的な技術を持ち、印刷部品の品質と印刷効率を大幅に向上させなければなりません。企業にコア技術と共通技術を提供するためのイノベーションシステムを確立しなければなりません。重要なコア部品を習得し、産業チェーンを構築しなければなりません。金融資本を導き、3Dプリント企業がより大きく強く成長し、国際競争力のある規模の企業を数多く形成できるようにしなければなりません。

泉州が3Dプリント技術を統合する方法

産業応用の可能性は大きく、公的研究プラットフォームを設立できる

ライブの質疑応答セッションとその後のインタビューで、陸炳衡氏は一連の質問に丁寧に答えた。

——3D プリント技術の現在の市場応用はどのようなもので、市場の爆発的な成長ポイントはどこですか?泉州のどの産業分野に新たなビジネスチャンスがあるでしょうか?

陸炳衡氏は、現在、3Dプリント技術は主に航空宇宙、自動車などのハイエンド機器の製造のほか、医療、文化創造、教育など、パーソナライゼーションと迅速な対応が求められる業界で使用されていると述べた。例えば、自動車部品、軽工業製品、家電製品などの開発では、製品開発サイクルとコストを半分以下に短縮できます。パーソナライズ医療では、まず骨代替品の製造、歯科形成外科および修復に応用され、大きな成果を上げています。航空宇宙製品の開発では、鍛造品に匹敵する性能を持つ大型部品を製造できます。これらのテクノロジーは、伝統的な産業を変革し、新しいタイプのビジネスを生み出すための重要なツールと方向性になりつつあります。

「中国の人口は13億人。細分化された市場の中で、ハイエンド医療サービスだけでも需要が大きく、爆発的な勢いがあります。泉州にとって、3Dプリント技術は、履物業界のデザインや設備製造業界の改善において、革新の余地が大いにあります。鍵となるのは、技術を徹底的に研究し、それを産業チェーンに結び付けることができる、学際的な才能を多数持つことです。」

——現在、泉州には500社以上の3Dプリント企業がありますが、規模が小さく、生産額も低いです。その一方で、3Dプリント技術の研究開発能力も不足しており、企業単体の研究開発コストも比較的高額です。政府や企業はこれに対して何をすべきでしょうか?

陸炳衡氏は、3Dプリントの公共研究開発プラットフォームを構築することで、共通技術の研究開発と技術共有を実現し、中小企業に研究開発サービスを提供できると述べた。「政府は主導的に指導基金を設立し、投資する起業家を見つけ、このプラットフォームを運営する法人を設立することができます。製品を開発したい企業は、このプラットフォームで開発することができます。このように、CAD設計と3Dプリント検証があります。製品にまだ欠陥がある場合は、すぐに修正できます。このようにして、サイクルを迅速に開始できます。以前は、新しい製品を設計するのに半年かかっていたかもしれませんが、今では3Dプリントの助けを借りて、1週間で完成するかもしれません。」

陸炳恒氏は、西安交通大学が3Dプリント技術の応用と人材育成に関して泉州の企業や大学と一連の協力関係を結ぶことを明らかにした。

【ニュースの背景】
14日から15日にかけて、市科学技術部の招待により、航空宇宙工業部の元大臣林宗堂氏と中国工程院院士の陸炳恒氏が泉州を訪れ、3Dプリント技術の発展状況を視察した。視察団は訪問中、錦江工業デザイン功績博物館、獅子星奇易共創空間、九木キッチン＆バスルーム株式会社、雲商3Dテクノロジー株式会社などを訪問し、企業や技術部門の責任者と数回にわたり議論し、泉州の3Dプリント技術の発展と応用について詳細に学び、関係研究機関と泉州の企業や大学との協力を促進する方策を模索した。

近年、泉州の3Dプリント企業が続々と登場し、一部の企業は3Dプリント技術を製品の成形開発やサービスに活用しようとし始めていることが分かっています。「中国製造2025」の初の地方パイロットとして、わが市は3Dプリント技術の発展に幅広い展望を持っています。特に、靴、繊維、建材、工芸品など、わが市の優位な伝統産業において、3Dプリント技術を使用して製品部品を「印刷」することで、生産コストと材料の無駄を大幅に削減し、製品の付加価値と企業のコア競争力を効果的に高めることができます。

転載元: 泉州市

陸炳衡：中国製造2025と3Dプリンティング

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