工業(yè)再設(shè)計(jì)方案和正向設(shè)計(jì)方案概念辨析

1、工業(yè)再設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)概念辨析- 機(jī)械制造論文工業(yè)再設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)概念辨析供稿 / 安世亞太 段海波一、緣起2015 年下半年開(kāi)始，為配合中國(guó)制造2025 戰(zhàn)略推進(jìn)實(shí)施，破解中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)面臨的主要障礙和焦點(diǎn)問(wèn)題，安世亞太發(fā)布了工業(yè)再設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和正向設(shè)計(jì)咨詢體系。為在各行業(yè)用戶推進(jìn)實(shí)施中國(guó)制造2025 的過(guò)程中提供高效、高質(zhì)量的服務(wù)，筆者認(rèn)為，有必要對(duì)安世亞太的工業(yè)再設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和正向設(shè)計(jì)咨詢體系進(jìn)行深入解讀。本文首先對(duì)工業(yè)再設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)內(nèi)涵及其與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)分類和設(shè)計(jì)方法的關(guān)系進(jìn)行辨析和討論。讓我們回歸源頭，從設(shè)計(jì)的定義談起。設(shè)計(jì)是人類為實(shí)現(xiàn)某種特定目的（即將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的人工系統(tǒng)，

2、包括人工物理系統(tǒng)和人工抽象系統(tǒng)）而進(jìn)行的創(chuàng)造性活動(dòng)。需求是設(shè)計(jì)的源動(dòng)力，設(shè)計(jì)的本質(zhì)是創(chuàng)新，是創(chuàng)造一種人類更加合理的生存方式（包括生產(chǎn)、生活和交流方式等），設(shè)計(jì)的最終目的是人、自然與社會(huì)這一復(fù)雜巨系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展和進(jìn)化。在人、自然與社會(huì)這三者的相互關(guān)系中，形成了對(duì)工具、環(huán)境和溝通三種類型的需求。對(duì)這三種需求所做出的響應(yīng)就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)（即技術(shù)系統(tǒng)或人工物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）、環(huán)境設(shè)計(jì)（對(duì)人類生存空間進(jìn)行的設(shè)計(jì)，它創(chuàng)造的是人類的生存空間，而產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)造的是空間中的要素）與傳播設(shè)計(jì)（利用感覺(jué)符號(hào)、特別是視聽(tīng)符號(hào)來(lái)進(jìn)行信息傳達(dá)的設(shè)計(jì)），如圖1 所示。上述定義中提到的人工系統(tǒng)，在 INCOSE 系統(tǒng)工程手冊(cè)中說(shuō)明如

3、下：“ This handbookis consistentwithISO/IEC/IEEE15288,toensureitsusefulnessacrossawiderangeofapplicationdomains manmadesystems and products, as well as business andservices在”，ISO/IEC/IEEE15288標(biāo)準(zhǔn) 3systemscreatedbyhumans,andmaybeconfiguredwith中 解釋 如下 ： “ man-madesystems,. thosesystemsthatareman-madeoneo

4、rmoreofthefollowingsystemelements:hardware,software,data, humans,processes（e.g.,processesfor providingservicetousers） ,procedures（ e.g.,operatorinstructions）,facilities,materialsand naturallyoccurring entities.It（ 指 15288標(biāo)準(zhǔn)） thereforeappliesto oneof-a-kindsystems, mass-producedsystemsandcustomized,a

5、daptablesystems. It （ 指 15288標(biāo)準(zhǔn)） also applies toa completeare embeddedandintegratedstand-alonesystemand tosystemsthatintolargermorecomplexand completesystems”。再看設(shè)計(jì)的分類。按照對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)認(rèn)識(shí)的成熟程度，產(chǎn)品設(shè)計(jì)可分為以下四類：（ 1）常規(guī)性設(shè)計(jì)，指產(chǎn)品在具體細(xì)節(jié)上雖然與已有產(chǎn)品有所不同，但在原理上并沒(méi)改變，設(shè)計(jì)者在做這類設(shè)計(jì)中不需要對(duì)已有的認(rèn)識(shí)作較大延伸或擴(kuò)展。（ 2）改進(jìn)性設(shè)計(jì)，以原有產(chǎn)品作為基礎(chǔ)，對(duì)原有產(chǎn)品擴(kuò)展某種功能或采用新技術(shù)

6、提高原有產(chǎn)品性能的更新?lián)Q代。（ 3）研制性設(shè)計(jì)，即包含技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)品或系統(tǒng)研發(fā)，有較多問(wèn)題沒(méi)有現(xiàn)成解決方案，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)開(kāi)展技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)工作，使設(shè)計(jì)者的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展，以降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，確保滿足各方涉眾需求。（4 ）原創(chuàng)性設(shè)計(jì)，對(duì)基本認(rèn)識(shí)尚未掌握，必須針對(duì)產(chǎn)品的需要特地開(kāi)發(fā)。例如，愛(ài)迪生發(fā)明留聲機(jī)。上世紀(jì) 40 年代第一顆原子彈的設(shè)計(jì)者對(duì)將來(lái)產(chǎn)品的主要工作介質(zhì)是固體還是液體都還不掌握，最后產(chǎn)品的重量是幾十公斤還是幾千公斤也不清楚。這類設(shè)計(jì)中需要跨越的認(rèn)識(shí)間隔更大。其中，改進(jìn)設(shè)計(jì)的目的一般有三種情況：（ 1）產(chǎn)品用途的擴(kuò)展。以飛機(jī)為例，客機(jī)改為貨機(jī)、旅客機(jī)改為預(yù)警機(jī)或加油機(jī)等。（ 2

7、）采用技術(shù)的更新，在基本型上采用新技術(shù)提高原有性能。以飛機(jī)為例，運(yùn)輸機(jī)改用耗油量更小的發(fā)動(dòng)機(jī)提高經(jīng)濟(jì)性，改用推力更大的發(fā)動(dòng)機(jī)提高載運(yùn)量，改裝新式的導(dǎo)航或其他機(jī)載設(shè)備提高飛行安全性，以及部分結(jié)構(gòu)部件更換材料以減輕重量或提高壽命等。目前為應(yīng)對(duì)21 世紀(jì)綠色航空（低排放、低噪聲和經(jīng)濟(jì)性）的要求，波音、空客的原有老型號(hào)民機(jī)通過(guò)更換新發(fā)動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)品 的改 進(jìn)： A320-A320neo、 B737-B737MAX、 B777-B777X 、A330-A330neo、A380-A380neo。（ 3）產(chǎn)品型號(hào)的系列發(fā)展。以飛機(jī)為例，在基本型基礎(chǔ)上，改變機(jī)身長(zhǎng)度、發(fā)動(dòng)機(jī)或某些部件，形成不同載量、不同航

8、程或其他使用性能的衍生型，用系列化的型號(hào)來(lái)覆蓋較大的市場(chǎng)要求。二、定義受蘇章仁教授思想的啟發(fā)，筆者給出工業(yè)再設(shè)計(jì)的定義如下：對(duì)于處于成熟期（技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化 S 曲線的第三階段，也即精益研發(fā)三維系統(tǒng)工程抽象模型的系統(tǒng)維上的第三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)）的工業(yè)品或技術(shù)系統(tǒng)，采用突破性的新技術(shù)、新工藝或新材料，不改變?cè)挟a(chǎn)品的功能和用途，站在系統(tǒng)的高度、從需求本源、以效法自然的方式探索設(shè)計(jì)的本質(zhì)，用價(jià)值的觀點(diǎn)、功能的觀點(diǎn)和能量的觀點(diǎn)把握整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，利用仿真優(yōu)化等技術(shù)和精密鑄造、增材制造等工藝重新審視和改進(jìn)原有設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)后的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造和使用階段結(jié)構(gòu)和材料的最佳組合，拓展該類技術(shù)系

9、統(tǒng)沿 S 曲線進(jìn)化的自然極限。安世亞太在發(fā)布工業(yè)再設(shè)計(jì)戰(zhàn)略時(shí)提到，“工業(yè)再設(shè)計(jì)是邁進(jìn)產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)與精密制造一體化的系統(tǒng)方法論”，“其本質(zhì)核心是工業(yè)仿真應(yīng)用的升華、正向設(shè)計(jì)技術(shù)的工程化，是先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)與精密制造工藝的結(jié)合”，“工業(yè)再設(shè)計(jì)發(fā)展的下一個(gè)階段是正向設(shè)計(jì)”，“安世亞太和蘇氏集團(tuán)的合作，幫助中國(guó)工業(yè)企業(yè)逐漸向正向設(shè)計(jì)邁進(jìn)，而面向工業(yè)再設(shè)計(jì)的實(shí)踐，是現(xiàn)階段的重要突破口”。結(jié)合上述關(guān)于工業(yè)再設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)之間關(guān)系的闡述，以及對(duì)逆向設(shè)計(jì)、逆向工程、正向開(kāi)發(fā)、逆向開(kāi)發(fā)和反向設(shè)計(jì)等相關(guān)概念的辨析，筆者給出正向設(shè)計(jì)的定義如下：以系統(tǒng)工程理論、方法和過(guò)程模型為指導(dǎo)，面向復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的改進(jìn)改型、技術(shù)研發(fā)

10、和原創(chuàng)設(shè)計(jì)等場(chǎng)景，以需求拉動(dòng)和技術(shù)推動(dòng)為動(dòng)力，不以仿制抄襲山寨為手段和目的，可以借鑒逆向設(shè)計(jì)的方法手段消化吸收各種現(xiàn)有技術(shù)和成果，以提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和為客戶創(chuàng)造價(jià)值為目標(biāo)的設(shè)計(jì)活動(dòng)。三、辨析下面筆者對(duì)工業(yè)再設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)的上述定義及其與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)分類和設(shè)計(jì)方法的關(guān)系做一些說(shuō)明。（1 ）我們定義工業(yè)再設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)，不是為了寫設(shè)計(jì)方法學(xué)的教科書(shū)，而是為應(yīng)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和中國(guó)制造2025 ，為需求側(cè)到供給側(cè)的改革提供落地方案，同時(shí)也是給安世亞太由工業(yè)軟件公司向工業(yè)軟件和工業(yè)品設(shè)計(jì)公司轉(zhuǎn)型的一項(xiàng)新業(yè)務(wù)下定義，所以這個(gè)定義要能明確新業(yè)務(wù)的內(nèi)涵本質(zhì)和外延邊界，要能回答哪些工業(yè)品需要再設(shè)計(jì)、與傳統(tǒng)

11、各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)類型的關(guān)系是什么、給客戶、企業(yè)、行業(yè)乃至國(guó)家?guī)?lái)的價(jià)值是什么等問(wèn)題。（ 2）工業(yè)再設(shè)計(jì)的定義給出了哪些工業(yè)品適合再設(shè)計(jì)、以及再設(shè)計(jì)的方向和成功的判據(jù)，給出了工業(yè)再設(shè)計(jì)與產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)的關(guān)系，即工業(yè)再設(shè)計(jì)是產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)第二種情況中的一種特例，是一種全新的設(shè)計(jì)思想和方法，可以說(shuō)產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)是工業(yè)再設(shè)計(jì)的超系統(tǒng)。（ 3）本文正向設(shè)計(jì)的定義以及安世亞太提出的正向設(shè)計(jì)咨詢體系，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工程是核心、自主創(chuàng)新是目標(biāo)。這一定義，區(qū)分和排除了中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程中特別是上世紀(jì)七、八十年代部分工業(yè)企業(yè)用真金白銀買圖紙和專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)的引進(jìn)消化吸收或照搬照抄的“低級(jí)”“正向”設(shè)計(jì)模式。（4 ）給概念術(shù)語(yǔ)下定義的

12、方法和原則中有一條要求“正確使用否定定義”。這里之所以提出正向設(shè)計(jì)“不以仿制抄襲山寨為目標(biāo)”，是要強(qiáng)調(diào)正向設(shè)計(jì)的反面是具有道德和法律問(wèn)題的仿制抄襲山寨，而不是字面上反義、實(shí)際中性的“反向設(shè)計(jì)”、“逆向設(shè)計(jì)”或“逆向工程”。從這個(gè)意義上說(shuō)，正向設(shè)計(jì)對(duì)內(nèi)不但是中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和實(shí)施中國(guó)制造2025的必由之路，對(duì)外也是洗刷眾多行業(yè)發(fā)展原罪、重建市場(chǎng)信任、經(jīng)濟(jì)全球化環(huán)境下樹(shù)立守規(guī)則負(fù)責(zé)任大國(guó)形象的必然選擇。（ 5）關(guān)于正向設(shè)計(jì)的定義為什么提出面向復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)、以系統(tǒng)工程理論、方法和過(guò)程模型為指導(dǎo)，因?yàn)?20 世紀(jì)末期開(kāi)始的科技革命和目前開(kāi)始的以工業(yè) 4.0 為代表的產(chǎn)業(yè)革命的一個(gè)重要特征就是，人工系

13、統(tǒng)在向大規(guī)模賽博物理系統(tǒng)演化，破解復(fù)雜性困局成為人類設(shè)計(jì)活動(dòng)的主題，而系統(tǒng)工程是保證把復(fù)雜的事情做對(duì)做好做快的組織管理的技術(shù)，解決的是正是復(fù)雜性的問(wèn)題。所以，安世亞太提出的應(yīng)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和面向中國(guó)制造 2025 實(shí)施的正向設(shè)計(jì)的對(duì)象必然是復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)。關(guān)于復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的界定，可參考產(chǎn)品對(duì)象系統(tǒng)（企業(yè)在做什么）和產(chǎn)品工程系統(tǒng)（企業(yè)用什么樣的信息化手段支持其產(chǎn)品研制的組織開(kāi)展）兩個(gè)維度構(gòu)成的產(chǎn)品研制信息化細(xì)分市場(chǎng)四象限圖（復(fù)雜產(chǎn)品高端研制、復(fù)雜產(chǎn)品低端研制、簡(jiǎn)單產(chǎn)品高端研制和簡(jiǎn)單產(chǎn)品低端研制，也可進(jìn)一步量化分解為九象限圖），其中至少有一個(gè)維度是復(fù)雜的，才能稱為復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)。（ 6）基于

14、本文工業(yè)再設(shè)計(jì)的定義，“工業(yè)再設(shè)計(jì)”除了可以指狹義上的基于仿真優(yōu)化和先進(jìn)工藝的全新產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，安世亞太又將其用于基于這一方法技術(shù)的現(xiàn)階段工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)戰(zhàn)略的命名?；诒疚恼蛟O(shè)計(jì)的定義，“正向設(shè)計(jì)”除了指狹義上的基于系統(tǒng)工程過(guò)程的復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的研制模式，安世亞太又將其用于基于這一研制模式的咨詢體系的命名。（ 7）“工業(yè)再設(shè)計(jì)發(fā)展的下一個(gè)階段是正向設(shè)計(jì)”，即工業(yè)再設(shè)計(jì)、正向設(shè)計(jì)是安世亞太為推動(dòng)中國(guó)制造 2025 實(shí)施、幫助制造業(yè)企業(yè)攻堅(jiān)克難提升能力成熟度而提出的落地實(shí)施路線圖。工業(yè)再設(shè)計(jì)戰(zhàn)略豐富了生態(tài)設(shè)計(jì)與綠色制造的內(nèi)涵，為當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展的目標(biāo)和淘汰落后產(chǎn)能的行動(dòng)提供了強(qiáng)有力的抓手；正向設(shè)計(jì)咨詢體系通過(guò)能力成熟度評(píng)價(jià)模型和正向設(shè)計(jì)能力演進(jìn)路線圖等為各行業(yè)企業(yè)研制體系的能力提升各種應(yīng)用場(chǎng)景和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供支持。（ 8）工業(yè)再設(shè)計(jì)的定義中引用的“精益研發(fā)三維系統(tǒng)工程抽象模型”及文獻(xiàn)中的“精益研發(fā)三維系統(tǒng)工程實(shí)例化模型”給出了工業(yè)再設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和正向設(shè)計(jì)咨詢體系的業(yè)務(wù)框架。作者在從霍爾模型這一技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)化看傳統(tǒng)系統(tǒng)工程到現(xiàn)代系統(tǒng)工程的演變一文中還提出了，現(xiàn)代系統(tǒng)工程發(fā)展應(yīng)用的一大趨勢(shì)就是人與人工系統(tǒng)的共軛協(xié)同進(jìn)化和全社會(huì)協(xié)同創(chuàng)新。工業(yè)再設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和正向設(shè)計(jì)咨詢體系的業(yè)務(wù)框架保證了對(duì)以智能制造為代表的人與人工系統(tǒng)的共軛協(xié)同進(jìn)化的支持