随着全球制造业格局的变化，能源和国防等关键行业获取关键备件的难度日益加大。
加之供应链中断和仓储成本不断攀升，解决备件问题正变得对企业经营至关重要。
采用先进制造技术生产的数字备件，或可提供一种解决方案。
第二次世界大战结束后的数年间，世界上许多发达国家工业蓬勃发展。战后重建意味着重建城市、关键基础设施和受损行业。制造业的黄金时代一直延续到20世纪70年代初，以钢铁为基础，为许多国家和行业带来了新的财富。
然而，随着时间推移，制造业放缓，工厂关闭，工作岗位外迁。不过，支撑能源、国防和交通等（以及其他）关键行业运转的设备依然在用。这些资产虽然为恶劣环境而设计，但正在老化，而以备件维持其运行的需求也日益迫切。
1970年代全球经济衰退过去五十年后，我们仍未从根本上解决备件问题。对能源行业而言，这意味着麻烦。
制造业的备件问题
备件问题是指缺乏维持过时设备运行所需的零件。这类设备或已不再由供应商生产，或早已完成现代化改造，但仍承担着能源等基础行业维持运营的关键职能，而缺少这些零件的代价相当高昂。
据某些测算，生产设备故障每年给工业制造商造成的损失约为500亿美元。西门子2022年的一份报告显示，在石油和天然气（O&G）行业，“仅两年内，每小时停机成本几乎翻了一番，达到近50万美元。”报告还指出，每个石油和天然气设施每年的停机成本为1.49亿美元，“尽管该行业企业将故障次数减少了25%，停机总时长减少了16%。”
尽management计划性维护和预测性维护可以减轻停机带来的冲击，但这并非唯一的解决办法。对于能源等行业而言，其供应能力会影响经济表现和生活质量，停机的后果可能十分严重。2023年，美国疾病控制与预防中心（CDC）发布了一份报告，披露在2014年至2019年间于石油和天然气开采场地发生的470起死亡事故中，，其中13.4%的死亡事故发生时，工人正在进行维修或保养作业。
鉴于停机既代价高昂又存在危险，通过提高零件可得性来减少运营停机的技术具有很强的说服力。这正是数字备件发挥作用的地方。
数字备件：制造业的解决方案
数字备件是一种以数字方式存储和传输备件制造数据的方法。这些备件的“数字孪生”可在需要之处，借助增材制造（AM）技术生产，或借助其他可快速部署的先进制造方法生产，例如快速铸造和数控铣削。
具体而言，采用增材制造技术可以解决通过传统供应链采购备件的两大严重弊端。首先，增材制造生产的数字备件可以缩短生产周期。无论是直接生产合格的最终用途零件，还是借助3D打印模具加快注塑成型，按需生产都可以节省数月乃至数年的采购周期（如果不是更长的话）。
传统供应链的第二个弊端是仓储成本，数字备件可以解决这一问题。2018年，全球企业在仓储方面的支出高达每年3200亿美元以上。这一数字在近年来因新冠疫情后供应链中断而无疑大幅攀升。另一方面，数字备件使企业能够建立由可随时打印的零件组成的数字库存，从而降低库存持有成本，并释放原本被滞销替换零件占用的资金。
制造业如何整合数字备件
因此，数字备件是答案，但企业如何从传统备件过渡到以数字化为先的模式？
或许，能源行业的备件难题答案就在国防工业之中。国防工业拥有全球最复杂的物流和供应链之一。任务关键性意味着备件必须能够即时可用（与能源行业颇为相似），这就需要投资于能够推动装备维持现代化的技术和流程。
应对数字备件难题有两种途径：将所有内容数字化，或仅将最有前景的零件数字化。
为展示前一种途径，威奇托州立大学航空研究国家研究所（NIAR）已成功为美国国防部的关键资产创建了数字孪生，例如M113装甲人员输送车、B-1轰炸机和黑鹰直升机。借助这些数字化零件，各军种可评估其是否适用于增材制造，以确定零件能否进行3D打印，以及若可以，应采用何种材料。他们还可以评估数字零件，以确定采用增材制造等先进制造方法与传统供应链相比的总制造成本。
第二种途径是在数字化之前先对零件进行评估，从而列出一份优先清单，将可作为数字备件的零件快速推进资质认证。美国海军陆战队先进制造系统团队（USMC AMST）与3YOURMIND合作完成了这一工作。在该计划的第一年中，依据零件图纸、3D文件和数据点，对10000个零件进行了分析，以评估哪些零件最适合用于增材制造的技术和商业应用场景。这些发现为美国海军陆战队发展其数字制造数据库提供了支持。该数据库实质上是一个集中存储库，用于存放包括数字备件在内的各类信息，以备按需制造之需。
除非我们摆脱脆弱、高利润且依赖准时制的制造供应链，转而采取数字化优先的模式，备件难题将不会消失。对现代制造的这项投资不仅支持当前在役老化资产的维持，还使我们为应对下一代装备维持挑战做好准备。
通过采用数字化解决方案并投资于未来的制造技术，我们可以确保现有资产的持续运行，同时以敏捷和高效的方式应对未来挑战。是时候拥抱技术的变革力量，以确保设备的可靠性和使用寿命，并使我们更好地抵御未来的供应链中断。
