美军增材制造技术在后勤保障领域的应用及启示*

张天宇 罗凯文 肖 骅 张洪萍 凌 华

（1.陆军勤务学院 重庆 401331）（2.中国人民解放军西藏军区 拉萨 850000）

1 引言

随着美国将战略逐步聚焦在未来的全域战争，并将中国作为“大国冲突”重点关注对象，美军的兵力部署已发生巨大改变，“打赢多线战争”的目标，也对其后勤保障提出了更高要求。而增材制造（以下简称AM）技术，俗称3D打印技术，已发展10年以上，在军事领域的作用愈发重要，能为美军在全球范围内作战提供有力支撑，满足现代化战争的基本要求。通过研究美军AM技术在后勤保障领域的应用情况，有助于为我军拓宽后勤保障能力发展渠道提供新的思路。

2 AM技术在美军中后勤保障中的典型应用领域

2.1 医疗卫生领域

AM技术使用最成功的领域之一是医疗行业。通过3D打印可复制多种人体器官，并通过模拟来帮助进行复杂手术。早在2008年，首款3D打印的假肢就备受好评［1］，它可按照原样打印，无需任何后续组装，经过多年发展，如今结合3D扫描的医疗假肢和矫形器已变得更好，更便宜，沃尔特·里德陆军医疗中心已创建并成功植入了多个钛质颅骨板。

随着AM技术的改进提升，医疗卫生行业中的多种产品已达到与传统制造方法相同的质量标准，从小型诊所到大型医院，各种医疗设施可以与医疗公司和物流供应商合作，创造一个端到端的3D打印服务，通过规模化运营，降低成本和复杂性。在2020年新冠疫情爆发期间，利用3D打印中的“快速原型技术”，将口罩部件、呼吸机部件甚至冠状病毒鼻腔测试棉签的设计立即传输到数千台电脑上，以至于高校、科技公司和3D打印爱好者等多种渠道都能为医护人员制作医疗用品［2］。

面对未来战争，美国国防部（DoD）更是在医学上针对AM技术不断开展研究，前沿的应用包括：组织和器官的生物制造或再生、生物材料、药物传递系统、医疗器械、植入物、矫形器和假肢等。卫勤部队中已应用部分技术成果，如空军手术牵开器，可在偏远地区的作战环境中生产，为战场环境下的伤员救治提供手术器材［3］。

综上所述，美军在医疗卫生领域的应用经过十几年的发展，已逐渐从后方医疗保障发展为战场前线支援，拓展了AM技术的使用场景，同时，面对公共卫生突发事件，AM技术在实际问题中得以应用，且产生了良好的效果，且通过“数据储备，多点生产”的方式，更加充分地调动了各区域的生产力，有效缓解了医疗物资短缺问题。

2.2 装备保障领域

阿富汗战场上，美军在远离本土的恶劣条件地区，利用AM技术对部队进行装备保障，快速装备部队fablab项目就是典型例子，该项目中，一个移动的实验室（ELM）被放置在战区里。ELM是一个20英尺的集装箱实验室，配备有3D打印机，激光切割机，铣床和其他设备，通过3D打印技术，能快速帮助他们完成所需的简单物品和各类零部件生产。此外，美军通过3D打印改进武器装备，以应对突发情况，如：针对美国陆军M249轻机枪双脚架附件不允许水平移动的问题，采用3D打印原型，实验室在一周内开发并安装一个新的附件，扩展了M249运动范围，与过去通常需要数月才能找到解决办法相比，AM技术使指挥官和作战人员能够灵活地快速解决他们在战场上遇到的问题。

随着装备的发展，越是使用先进技术的装备，往往越是脆弱，美军现代化战舰的设备、传感器、计算能力、电气设备和机械数量较多，一艘价值数百万甚至数十亿美元的军舰，闲置在港口，只因缺少一个零件。而AM技术同样为海军增强远程作战能力提供了保障，将金属3D打印机和工厂实验室置于舰艇上，尝试通过3D打印对所需的关键部件或者不宜携带部件进行更换，可延长军舰在海上的停留时间，使其能够在任务地区快速维修，避免零部件从厂家生产后再通过远距离运输而影响任务执行。

综上所述，美军在装备保障领域应用AM技术能够为战术行动提供便利，主要是利用其“不受生产地域限制”的特点，在任务地点为部队“打印”装备零部件，避免因零部件缺失而不得不从后方运输的情况，确保前线人员装备性能良好。

2.3 军事物流领域

美军通过AM技术的灵活生产特性，来缓解供应链上制造商不足和材料短缺的问题，可以在多台机器和多个地点分布制造所需零部件，以减少设备停机时间，提高养护和维修效率，降低成本，以达到“弹性和灵活的物流”要求。同时，让部队具备在战场上开发创新解决方案的能力，减少对生产商的依赖，如：美国海军陆战队曾在现场创新打印传感器外壳，以确保基地周边缺口处的安全；陆军现场打印低成本遮罩，以保护坦克上的百万美元镜头，美国空军使用AM技术替换C-5的过时部件，成本仅为5%。此外，AM技术针对无法通过其他方式采购的项目，无论是因为过时停产还是供应链失效，都可以进行即时生产，满足紧急状态下对于此类物品的需求。相比可通过正常供应链获得的零部件，AM技术能在快速制造的同时，实现定制化，便于生产复杂、特殊产品［4］，满足使用者的特定需求。

综上所述，美军在军事物流领域应用AM技术，在战略、战术层面皆可发生作用，进一步解决供应链上的军事、经济效益问题。在军事效益上，能够缩短供应链，以减少保障所需时间，甚至是让部队在现地得到保障；在经济效益上，不仅能够进一步压缩产品的生产成本、供应链运营成本，还可生产过时产品的零部件，提升老旧装备使用价值。

3 美军应用AM技术对于后勤保障的影响

3.1 与海外军事基地相结合，调整后勤保障力量部署

到21世纪中叶，美国的工业基础已经能够满足在两个战场上进行世界大战的战时生产需求。据公开资料显示，目前美国海外军事基地约为374个［5～6］，以此为依托，美军可建立本土与各大洲的链接，执行作战任务初期利用当地或附近军事基地提供保障，而后从本土提供源源不断的有生力量。

随着AM技术逐渐成熟，在任务地域中所需的通用装备、后勤器材、各类物资的储备规模和保障方式将发生改变，美军海外军事基地中承担运输与配送任务的部队规模将逐渐调整，诸如美军常用的空投、海运补给等部队力量编成也将发生不同程度改变，基地中“仓储”职能会进一步与“生产”职能结合，在储备规模减少的同时对制造所需物品原材料供应更加依赖。突破技术限制后，美军后勤保障的快速反应能力将得到巨大提升，担负后勤保障任务的部队可继续向战略纵深推进，缩短与作战部队距离，由此扩大兵力部署范围，而不必担心补给线过长的问题。

3.2 创造前沿地区补给条件，改变区域作战保障样式

美军在全球范围内的作战行动，无论是在沙漠腹地还是岛屿丛林，其任务区域经常远离补给点，部队保障依赖于强大的运输和配送力量，同时也伴随着保障过程中的风险。为应对这一问题，美军通常会采取预置预储方式，位于陆上前沿的野战仓库，亦或是位于海上的预置船［7～9］，保障部队初期作战。基于当前实际情况，美军应用AM技术对作战保障有两点影响：一是延展了预置预储的功能。预置的物资、装备不仅是即时可用的成品，还包括维修器材、生产机器、零部件原料等，可在任务地域安全、高效地按需生产，有效应对因需求不确定性而造成的预置不足或是冗余，以此来进一步提升储备效益；二是缩短了保障链的物理距离。某些作战物资、装备具有“消耗快、运输不便”的特点，利用AM技术在当地或者距离目标地域不远处进行生产，及时投入战场，在保证安全的情况下将物资生产“工厂”尽可能前置，有助于提升整个保障链的抗毁性，从而提升后勤保障效益。

此外，美军无人化作战［10～13］手段也能够依托AM技术的即时补给功能而具有更多选择。成规模的无人化作战部队受到“作战范围、保障距离”等诸多客观因素影响，战场装备的持续作战能力源于高效的战场补给，快速修理，因此，针对无人化战争特点，美军在战场兵力配置上，技术人员所占比重会逐步增加，作为保证无人化装备战斗力持续输出的关键。

3.3 改变传统生产储备方式，优化后勤保障经费开支

美国防部在与军品制造商签订生产合同时，就规定了生产数量及机动幅度，如果超出此范围，国防部会再次支付费用，故美军必须具备更精确的需求预测，对各类物资制定相应的需求波动范围，否则会因为产量不足影响美军全球战略的保障效益，或因产量过剩而加剧成本，如：仓储成本、运输成本、管理成本、养护成本等。针对以上问题，美国国防部（DOD）利用“联合后勤企业（JLEnt）”系统，充分结合AM技术优势，将实物库存过渡到数字库存，部分仓库中储存的物资采取数字模型及原材料的方式，而非成品，待上级部门下发需求指令后，从库中提取相应模型，并加以原材料快速生产。

总体而言，需求的不确定性，会影响供应链运作效率［14］，造成资源浪费，而AM技术正是美军破解“需求迷雾”的关键之一，按需生产、提高效率、控制库存，有助于优化资源分配结构，提升战争经济效益。

4 美军AM技术应用对我军的启示

4.1 将AM技术运用到海外军事行动，服务军事战略

2021年1月1日，习主席签发《军队后勤条例》，创新提出后勤保障的方式方法，规范保障行动组织实施，为进一步规范军队后勤工作，建设强大的现代化后勤提供了重要遵循，为有效履行新时代军队使命任务提供了有力保障。面对日益复杂的国际形势，海外军事行动、非战争军事行动对后勤保障能力提出了新的要求，我军需要摆脱对本土保障的依赖，将强大的工业生产能力延伸到任务所至之处。

AM技术的优势在于，可将生产能力向我军任务前线传递，除了在海外军事基地配置AM实验室外，我军还可以将3D打印机置于移动方舱中，并将其与舰艇相结合，使得补给船只具有3D打印保障的能力。现代战舰，设备、传感器、布线、计算能力、电气设备和机械的数量较大，如果关键部件损坏，不管战舰多么精密，皆不能投入使用。尤其是在我军舰队执行远洋任务时，若遇此类情况，可依托补给船只，在水面上即时生产、更换维修，延长军舰在海上的停留时间，增强其远程作战能力。

此外，对于我军需求量较大，通用性较强且无需保密的物资，可采取分布式生产的方式，即不依赖兵工厂集中生产后运远程输至任务地域，而是在靠近指定区域处多地多点生产后短途运输至需求单位。因此，可以从一定程度上缓解我军海外基地少，且在本土以外军工生产能力相对薄弱的情况，为海外军事行动、非战争军事行动提供强力支撑。

4.2 将AM技术运用到“储、运”环节，提升保障效率

AM技术的最大优势在于，能够突破地理位置限制，对不具备特殊生产环境条件的产品，可进行即时生产。因此，出现“保障链过长不便于运输”、“任务需要必须即时补给”、“从战略后方补给成本较高”等情况时，利用AM术进行就地生产，能够有效提升保障效率。

从储备结构的角度看，我军可减少部分军用物资、装备的成品储备，转而将AM有关要素，在靠近任务地域的海外军事基地、野战仓库等位置进行部署，储备品包括：数字模型（打印对象所需的数字设计信息）、材料（用于制造最终所需物品的材料）、3D打印机（用于打印固体对象的机器）。在具备以上条件后，便能以产代储，有效控制库存，优化管理。

从保障链的角度看，我军可减少对战略后方远距离补给的依赖，通过在前沿地域快速生产，能够及时补充战场急需物资，尤其是在当今智能化战争的发展趋势下，无人化作战更多依赖于高科技装备，进而会带来相应的零部件维修［15］、装备养护等问题，无人车、无人机、无人艇等更是受作战范围的严重制约。利用AM技术，一是能够靠前部署补给地点，延伸作战范围；二是能够快速生产所需部件，修复受损装备，恢复无人化部队的战斗力。可以说，AM是我军开展无人化作战保障探索的重要技术基础，对作战样式升级改进具有推动作用。

4.3 将AM技术运用到后勤管理过程，优化保障开支

对于提高经济效益，后勤保障中针对物资的开支主要包含两个重要方面。一是未来要生产的物资、装备所需费用，此部分可充分借鉴美军经验，利用AM技术实现按需生产，解决冗余或是短缺的问题，从而节省物资、装备生产、储存、管理、养护、紧急筹措等一系列成本。二是过去已生产的物资、装备处理费用，此类物资、装备中，除部分生产日期相对较短，仍在使用期限内，其余普遍存在“老旧”问题。尤其是我军某些后勤装备仍具备一定的使用价值，未达到报废标准，但由于储备年限较长，零部件有部分损坏，相应厂家已停止生产原来的老旧装备零部件，使得其只能闲置在库房。基于该情况，可利AM技术解决上述问题，只需由原生产厂家提供，或是通过扫描等方式取得既定后勤装备的数字模型，便能利用3D打印机制造相应零部件，供老旧后勤装备使用及维修［16］。同时，在发展AM技术的基础上，配套建设我军后勤装备的“数字模型”库，有助于老旧后勤装备处理，进一步提高其使用价值。因此，AM技术能够为我军战备物资储备、装备使用与维修中的经济效益有关问题提供解决方案，进一步压缩管理成本，减少资源浪费。

5 结语

美军对AM技术的使用，不管是在理念上还是方法上，都具备一定的先进性。从宏观上看，在经济全球化的大背景下，该技术能够更加充分调动盟国资源，服务于自身军事战略，为全球军事扩张提供强有力的后勤保障；从微观上看，该技术能在作战及战备的环节中，解决装备维修、战备物资的生产和管理等实际问题，为官兵工作提供便利。通过发展AM技术，借鉴美军的使用方式和理念，不断拓宽使用场景，是我军后勤保障领域寻求突破的重要举措。