工業(yè)再設(shè)計和正向設(shè)計概念辨析

供稿/安世亞太 段海波

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工業(yè)再設(shè)計和正向設(shè)計概念辨析

供稿/安世亞太 段海波

一、緣起

2015年下半年開始，為配合《中國制造2025》戰(zhàn)略推進實施，破解中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級面臨的主要障礙和焦點問題，安世亞太發(fā)布了工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略和正向設(shè)計咨詢體系。為在各行業(yè)用戶推進實施《中國制造2025》的過程中提供高效、高質(zhì)量的服務(wù)，筆者認(rèn)為，有必要對安世亞太的工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略和正向設(shè)計咨詢體系進行深入解讀。本文首先對工業(yè)再設(shè)計和正向設(shè)計內(nèi)涵及其與傳統(tǒng)的設(shè)計分類和設(shè)計方法的關(guān)系進行辨析和討論。

讓我們回歸源頭，從設(shè)計的定義談起。設(shè)計是人類為實現(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)，包括人工物理系統(tǒng)和人工抽象系統(tǒng)）而進行的創(chuàng)造性活動。需求是設(shè)計的源動力，設(shè)計的本質(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)計的最終目的是人、自然與社會這一復(fù)雜巨系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展和進化。

在人、自然與社會這三者的相互關(guān)系中，形成了對工具、環(huán)境和溝通三種類型的需求。對這三種需求所做出的響應(yīng)就是產(chǎn)品設(shè)計（即技術(shù)系統(tǒng)或人工物理系統(tǒng)的設(shè)計）、環(huán)境設(shè)計（對人類生存空間進行的設(shè)計，它創(chuàng)造的是人類的生存空間，而產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)造的是空間中的要素）與傳播設(shè)計（利用感覺符號、特別是視聽符號來進行信息傳達的設(shè)計），如圖1所示。

上述定義中提到的人工系統(tǒng)，在INCOSE系統(tǒng)工程手冊中說明如下：“This handbook is consistent with ISO/IEC/IEEE 15288， to ensure its usefulness across a wide range of application domains——manmade systems and products， as well as business and services”，在ISO/IEC/IEEE 15288標(biāo)準(zhǔn)[3]中解釋如下：“man-made systems， ...... systems created by humans， ...... those systems that are man-made and may be configured with one or more of the following system elements： hardware， software， data， humans，processes（e.g.， processes for providing service to users）， procedures（e.g.， operator instructions），facilities， materials and naturally occurring entities. ...... It（指15288標(biāo)準(zhǔn)） therefore applies to oneof-a-kind systems， mass-produced systems and customized， adaptable systems. It（指15288標(biāo)準(zhǔn)）also applies to a complete stand-alone system and to systems that are embedded and integrated into larger more complex and complete systems”。

圖1 從人、自然與社會三者間的相互關(guān)系看待設(shè)計

再看設(shè)計的分類。按照對設(shè)計目標(biāo)認(rèn)識的成熟程度，產(chǎn)品設(shè)計可分為以下四類：

（1）常規(guī)性設(shè)計，指產(chǎn)品在具體細(xì)節(jié)上雖然與已有產(chǎn)品有所不同，但在原理上并沒改變，設(shè)計者在做這類設(shè)計中不需要對已有的認(rèn)識作較大延伸或擴展。

（2）改進性設(shè)計，以原有產(chǎn)品作為基礎(chǔ)，對原有產(chǎn)品擴展某種功能或采用新技術(shù)提高原有產(chǎn)品性能的更新?lián)Q代。

（3）研制性設(shè)計，即包含技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)品或系統(tǒng)研發(fā)，有較多問題沒有現(xiàn)成解決方案，需要在產(chǎn)品設(shè)計過程中同時開展技術(shù)研究與開發(fā)工作，使設(shè)計者的認(rèn)識進一步擴展，以降低設(shè)計風(fēng)險，確保滿足各方涉眾需求。

（4）原創(chuàng)性設(shè)計，對基本認(rèn)識尚未掌握，必須針對產(chǎn)品的需要特地開發(fā)。例如，愛迪生發(fā)明留聲機。上世紀(jì)40年代第一顆原子彈的設(shè)計者對將來產(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)計中需要跨越的認(rèn)識間隔更大。

其中，改進設(shè)計的目的一般有三種情況：

（1）產(chǎn)品用途的擴展。以飛機為例，客機改為貨機、旅客機改為預(yù)警機或加油機等。

（2）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。以飛機為例，運輸機改用耗油量更小的發(fā)動機提高經(jīng)濟性，改用推力更大的發(fā)動機提高載運量，改裝新式的導(dǎo)航或其他機載設(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21世紀(jì)綠色航空（低排放、低噪聲和經(jīng)濟性）的要求，波音、空客的原有老型號民機通過更換新發(fā)動機，以實現(xiàn)產(chǎn)品的改進：A320-＞A320neo、B737-＞B737MAX、B777-＞B777X、A330-＞A330neo、A380-＞A380neo。

（3）產(chǎn)品型號的系列發(fā)展。以飛機為例，在基本型基礎(chǔ)上，改變機身長度、發(fā)動機或某些部件，形成不同載量、不同航程或其他使用性能的衍生型，用系列化的型號來覆蓋較大的市場要求。

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)計的定義如下：對于處于成熟期（技術(shù)系統(tǒng)進化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)維上的第三個坐標(biāo)點）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，不改變原有產(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)計的本質(zhì)，用價值的觀點、功能的觀點和能量的觀點把握整個系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和制造過程，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原有設(shè)計，以實現(xiàn)改進后的產(chǎn)品在設(shè)計、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)系統(tǒng)沿S曲線進化的自然極限。

安世亞太在發(fā)布工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略時提到，“工業(yè)再設(shè)計是邁進產(chǎn)品正向設(shè)計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)計技術(shù)的工程化，是先進設(shè)計技術(shù)與精密制造工藝的結(jié)合”，“工業(yè)再設(shè)計發(fā)展的下一個階段是正向設(shè)計”，“安世亞太和蘇氏集團的合作，幫助中國工業(yè)企業(yè)逐漸向正向設(shè)計邁進，而面向工業(yè)再設(shè)計的實踐，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)計和正向設(shè)計之間關(guān)系的闡述，以及對逆向設(shè)計、逆向工程、正向開發(fā)、逆向開發(fā)和反向設(shè)計等相關(guān)概念的辨析，筆者給出正向設(shè)計的定義如下：以系統(tǒng)工程理論、方法和過程模型為指導(dǎo)，面向復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的改進改型、技術(shù)研發(fā)和原創(chuàng)設(shè)計等場景，以需求拉動和技術(shù)推動為動力，不以仿制抄襲山寨為手段和目的，可以借鑒逆向設(shè)計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)造價值為目標(biāo)的設(shè)計活動。

三、辨析

下面筆者對工業(yè)再設(shè)計和正向設(shè)計的上述定義及其與傳統(tǒng)的設(shè)計分類和設(shè)計方法的關(guān)系做一些說明。

（1）我們定義工業(yè)再設(shè)計和正向設(shè)計，不是為了寫設(shè)計方法學(xué)的教科書，而是為應(yīng)對中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和中國制造2025，為需求側(cè)到供給側(cè)的改革提供落地方案，同時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)計公司轉(zhuǎn)型的一項新業(yè)務(wù)下定義，所以這個定義要能明確新業(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、與傳統(tǒng)各種產(chǎn)品設(shè)計類型的關(guān)系是什么、給客戶、企業(yè)、行業(yè)乃至國家?guī)淼膬r值是什么等問題。

（2）工業(yè)再設(shè)計的定義給出了哪些工業(yè)品適合再設(shè)計、以及再設(shè)計的方向和成功的判據(jù)，給出了工業(yè)再設(shè)計與產(chǎn)品改進設(shè)計的關(guān)系，即工業(yè)再設(shè)計是產(chǎn)品改進設(shè)計第二種情況中的一種特例，是一種全新的設(shè)計思想和方法，可以說產(chǎn)品改進設(shè)計是工業(yè)再設(shè)計的超系統(tǒng)。

（3）本文正向設(shè)計的定義以及安世亞太提出的正向設(shè)計咨詢體系，強調(diào)系統(tǒng)工程是核心、自主創(chuàng)新是目標(biāo)。這一定義，區(qū)分和排除了中國工業(yè)化進程中特別是上世紀(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產(chǎn)權(quán)的引進消化吸收或照搬照抄的“低級”“正向”設(shè)計模式。

（4）給概念術(shù)語下定義的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“不以仿制抄襲山寨為目標(biāo)”，是要強調(diào)正向設(shè)計的反面是具有道德和法律問題的仿制抄襲山寨，而不是字面上反義、實際中性的“反向設(shè)計”、“逆向設(shè)計”或“逆向工程”。從這個意義上說，正向設(shè)計對內(nèi)不但是中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和實施中國制造2025的必由之路，對外也是洗刷眾多行業(yè)發(fā)展原罪、重建市場信任、經(jīng)濟全球化環(huán)境下樹立守規(guī)則負(fù)責(zé)任大國形象的必然選擇。

（5）關(guān)于正向設(shè)計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、方法和過程模型為指導(dǎo)，因為20世紀(jì)末期開始的科技革命和目前開始的以工業(yè)4.0為代表的產(chǎn)業(yè)革命的一個重要特征就是，人工系統(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)計活動的主題，而系統(tǒng)工程是保證把復(fù)雜的事情做對做好做快的組織管理的技術(shù)，解決的是正是復(fù)雜性的問題。所以，安世亞太提出的應(yīng)對中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和面向中國制造2025實施的正向設(shè)計的對象必然是復(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)品研制的組織開展）兩個維度構(gòu)成的產(chǎn)品研制信息化細(xì)分市場四象限圖（復(fù)雜產(chǎn)品高端研制、復(fù)雜產(chǎn)品低端研制、簡單產(chǎn)品高端研制和簡單產(chǎn)品低端研制，也可進一步量化分解為九象限圖），其中至少有一個維度是復(fù)雜的，才能稱為復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)。

（6）基于本文工業(yè)再設(shè)計的定義，“工業(yè)再設(shè)計”除了可以指狹義上的基于仿真優(yōu)化和先進工藝的全新產(chǎn)品改進設(shè)計方法，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)型升級戰(zhàn)略的命名。基于本文正向設(shè)計的定義，“正向設(shè)計”除了指狹義上的基于系統(tǒng)工程過程的復(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)計發(fā)展的下一個階段是正向設(shè)計”，即工業(yè)再設(shè)計、正向設(shè)計是安世亞太為推動中國制造2025實施、幫助制造業(yè)企業(yè)攻堅克難提升能力成熟度而提出的落地實施路線圖。工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略豐富了生態(tài)設(shè)計與綠色制造的內(nèi)涵，為當(dāng)前中國經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展的目標(biāo)和淘汰落后產(chǎn)能的行動提供了強有力的抓手；正向設(shè)計咨詢體系通過能力成熟度評價模型和正向設(shè)計能力演進路線圖等為各行業(yè)企業(yè)研制體系的能力提升各種應(yīng)用場景和中國經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型升級提供支持。

（8）工業(yè)再設(shè)計的定義中引用的“精益研發(fā)三維系統(tǒng)工程抽象模型”及文獻中的“精益研發(fā)三維系統(tǒng)工程實例化模型”給出了工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略和正向設(shè)計咨詢體系的業(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)用的一大趨勢就是人與人工系統(tǒng)的共軛協(xié)同進化和全社會協(xié)同創(chuàng)新。工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略和正向設(shè)計咨詢體系的業(yè)務(wù)框架保證了對以智能制造為代表的人與人工系統(tǒng)的共軛協(xié)同進化的支持。

（9）本文開頭提到的設(shè)計的定義和系統(tǒng)工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)手冊對人工系統(tǒng)的解釋，為安世亞太工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略和正向設(shè)計咨詢體系的對象系統(tǒng)（End of Product）劃定了業(yè)務(wù)范圍。這一系統(tǒng)邊界的劃定，不但使得安世亞太的工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略和正向設(shè)計咨詢體系適應(yīng)了新科技革命和產(chǎn)業(yè)革命條件下復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)（大規(guī)模賽博物理系統(tǒng)）技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)演化的需求，同時也為與技術(shù)創(chuàng)新配套的、中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和面向中國制造2025實施所需的制度創(chuàng)新和管理創(chuàng)新（人工抽象系統(tǒng)的研發(fā)演化）預(yù)留了發(fā)展空間。