正向设计 | 工四100术语（编号749）

工四术语（编号749）

中文名称：正向设计

英文：（尚无明确对应词语）

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中国特色

“正向设计”是具有鲜明中国特色的、却又没有严格中文定义的概念。国外并无对应词语。
而在“中国制造”迅速发展的三十年过程中，正向设计似乎并没有受到广泛关注。在微电子、软件和汽车行业行业中的各种叫法，如反向设计、反向工程/逆向工程、逆向设计，都比正向设计要热闹得多。
这跟中国的发展阶段是相关联的。

工四100术语定义

正向设计：以系统工程理论、方法和过程模型为指导，面向复杂产品和系统的改进改型、技术研发和原创设计等为场景，旨在提升企业自主创新能力和设计制造一体化能力。

正向设计不以仿制山寨为手段，但可以借鉴逆向设计的思路，吸收各种现有技术和成果。

逆向设计的历史

在某些特定的历史阶段，有些国家往往参照其他国家原准机（而非自己国家自身产品）“设计”的“原准法”进行飞机的研制。这个过程，甚至是一个尺寸都不能改或不敢改的测绘仿制。多数情况下没有图纸、只有实物，由实物反推图纸、反推设计、反推需求。
那是一个充满了执果索因的逆行之旅。

表1 前苏联测绘仿制的欧美航空航天产品

基于“原准法”的测绘仿制是典型的逆向设计活动。特别是在早期武器装备的测绘仿制过程中，存在大量的相对低水平的逆向设计活动（如图1红色箭头所示），即仅由实物反推到图纸、反推到设计，而无需反求到军方原始需求。例如，测绘仅能测得零件的实际尺寸，但公差如何给，绝对是个技术活（公差配合的精度很大程度上决定了零件的可靠性和使用寿命），这一步的逆向，正所谓知其然知其所以然。

图1 逆向设计在系统工程实体V模型中的体现

尽管这种反推，取得了一些成就。然而，历史的发展也证明，这种不需承担技术风险的“原准法”并非始终有效的设计方法，在设计理论上没有得到合理阐述，在航空发展史上仅有非常有限、而非明显的促进作用，其出现是特定历史条件的产物，并不是航空航天产品等复杂系统设计本身的规律所决定，目前已被各国所摒弃。
在经济日益国际化、市场化的今天，复杂产品和系统的测绘仿制已不可行。而随着知识产权保护的理念日益得以巩固，中国市场正向设计的主战场，已经拉开。 
然而花了真金白银买了国外产品的图纸和专利技术等知识产权的引进消化吸收，不能简单地认为是逆向设计或逆向工程，而需要具体情况具体分析。
消化吸收再创新，和逃避技术风险的“原准法”目的不同，这里一定包含了反推到需求的高水平的逆向设计活动（如图1绿色箭头所示），特别是在消化吸收阶段；而到了再创新阶段，则是再次进入了完整的正向设计过程。
中国航空行业有两个非常典型的引进消化吸收的例子，一是上世纪七十年代引进英国斯贝航空发动机，历时30年到2003年完成国产化；一是上世纪九十年代从俄罗斯引进苏-27SK，历时20年衍生出性能全新的歼-11B，两者的差别十分鲜明。其他行业，高铁是走引进消化吸收再创新之路比较成功的案例。
与此形成鲜明对照的是，各种汽车生产线的引进基本上是失败案例。

路径之辨

对于自主研发创新模式下的分析国内外竞争对手的现有技术和产品，本质上和引进消化吸收模式中的消化吸收是一致的，差别只是在，一个是自己做饭、找米下锅，另一个是花钱买饭，别人把饭端到眼前。
实际上，现有技术分析都包含了比引进消化吸收更高水平的逆向设计活动（如图1黄色箭头所示），而且是在更大的自主研发创新模式的正向设计框架下的逆向设计，非一般研发团队能够实施。
例如，中国在研发新一代战斗机时肯定研究分析了国外同代型号，国内型号本身是正向设计过程，但看到国外型号的各种图片、视频、新闻报道，要反推其全面的性能指标、作战需求和使用场景。沈阳机床集团上海开发团队为开发新一代智能数控机床i5，学习国外先进技术、算法和仪器进行倒推和逆向工程时所采取的态度、方法和流程也是如此。

在微电子行业，反向设计是描述集成电路设计方法的一个专有名词，它是通过拍摄和放大已有芯片照片得到版图的几何图形。而正向设计则是根据产品确定的指标和要求，从电路原理或系统原理出发，通过查阅相关规定和标准，利用已有知识和能力来设计模块和电路，最后得到集成电路物理实现所需的几何图形。在本世纪初，微电子行业内的大讨论使大家认识到，无论是低端芯片公司干的集成电路磨片、还是山寨电子公司干的PCB抄板，反向设计就是微电子行业发展的“兴奋剂”，宏观上对行业发展饮鸩止渴、扼杀创新，微观上对研发团队的成长无任何帮助，应该摒弃。
在软件行业，逆向工程又称反向工程，是指从可运行的程序系统出发，运用解密等多种计算机技术，推导出软件产品的源代码、设计原理、结构、算法、处理过程、运行方法及相关文档等。这甚至惊动了司法部门。2007年初，最高人民法院的司法解释为逆向工程正名，承认了逆向工程技术用于学习研究的合法性。
从上面各行业领域的实际情况可以看出，正向设计的对立面，即逆向设计、反向设计、反向工程、逆向工程等各种做法，有一些是现代产品研发中不可或缺的设计方法，有其特点、作用和价值。
当然要首先解决知识产权等法律和道德层面上的问题。

逆向工程在道德上是中性的，是工具性的。例如，近年来，逆向设计法在飞机、汽车、工艺美术品和模具等由复杂的自由曲面拼接而成的产品模型制作和造型设计中逐渐走向成熟，由于技术难度和开发成本较低，可以简化设计流程、缩短开发周期，并为正向设计累计经验。当然，作为一种设计方法，逆向设计也有其缺点，例如无法复制技术含量等能力因素，“原准”产品的问题缺陷大多遗传下来、往往质量比被复制的“原准”产品更差，贻误自主研发能力的增长速度，对企业进军国际市场不利，而且会涉及知识产权等问题。
从上面的分析，可以看出，正向设计有高低之分（是引进还是原始创新），逆向设计也有高低之分（是反推设计、还是反推需求），现代复杂产品的逆向设计同样要遵循系统工程方法和过程；我国武器装备等复杂工业品的研发模式经历由低端向高端演化的过程，每个历史时期的研发模式都可以说是正向设计和逆向设计混合应用的模式。

走向中国创造

之所以国外产品设计方法学的各家各派中没有与“正向设计”相对应的术语概念（但并不意味着国外没有基于正向设计理念的产品研发实践，恰恰相反，这样的实践在发达国家是常识），“正向设计”这一术语之所以具有中国特色，只有中国存在正向设计与逆向设计的正统之争， 这和作为后发工业化国家的中国的现实状况直接相关。
不可否认的是，逆向工程间接地承载了中国仿制的恶名，这也是中国知识产权保护备受国际诟病的一个原因之一。许多展会上，中国展品会在现场被外方报警，尴尬撤离展台的情况，时有发生。这是上世纪引进消化测绘仿制等“拿来主义”的发展模式的典型后果，它强化了急功近利的的产品走捷径的发展思路。
而正向设计强调自主创新是目标、系统工程是核心。这样的定义，区分和排除了中国工业化进程中特别是上世纪七八十年代部分工业品用真金白银买了图纸和专利等知识产权的引进消化吸收或照搬照抄的低级的“正向”设计模式。 

图2 制造业转型升级的因果树

正因为如此，正向设计的定义里提出，“不以仿制抄袭山寨为目标”这一否定的说法，是要强调正向设计的反面是具有道德和法律问题的仿制抄袭山寨，而不是字面上反义、实际中性的“反向设计”、“逆向设计”、“逆向工程”。从这个意义上说，正向设计对内不但是中国经济转型升级和实施中国制造2025的必由之路，对外也是树立制造大国形象的必然之选。

图3 四阶段创新路线图

符合科学发展观的中国四阶段创新路线图应该是“经济实力→技术实力→科技实力→科学实力”的可持续发展路径，其基本战略就是尽快摆脱山寨经济，循序渐进地向日、美、欧学习产品创新、技术创新和科学创新。建设正向设计能力，是一个长期、动态、系统的学习和实践的积累过程，兼收并蓄，纲举目张，逐步由低端走向高端。
正向设计体系建设由低端向高端的能力成熟度提升过程，以系统工程为框架，以设计制造一体化为指引方向，从没按系统工程过程的低水平“正向”设计，到系统工程过程、模型、方法指导的产品正向设计，再到系统工程过程、模型、方法指导的工艺正向设计和材料正向设计，最后到基于系统工程框架的、实现了设计制造一体化的、整个产品系统全生命期的正向设计。
这样的正向设计体系与精益研发体系互相补充、相得益彰（如图4）。精益研发体系是面向企业研发体系建设的路线图指南，全面系统、体系完整；而正向设计体系从产品全生命期的角度出发，以系统工程为框架，以工程仿真和技术创新为使能技术，分别用价值、功能和能量的观点把握整个系统的产品设计、工艺设计和制造过程，聚焦设计、专注集成。

图4 正向设计解决方案体系在推进实施《中国制造2025》中的位置

结语

正向设计和逆向设计实质都是分析问题解决问题的思维步骤。而当下，中国工业化进程正在走到一个全新的节点。只有以正向设计的思路，构建正向设计解决方案体系，适应行业对于复杂产品的研发和实践，真正顺应制造业转型升级的发展潮流。

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作者简介段海波，安世亚太公司

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