【前沿评论】为什么工业再设计是现阶段的突破口？ ——试论制造业转型升级的路径选择
为什么工业再设计是现阶段的突破口？
——试论制造业转型升级的路径选择
安世亚太 段海波
本文由作者授权发布
1 缘起
安世亚太去年发布工业再设计战略时，提到了中国制造业转型升级面临的焦点问题（三大表面现象和问题）、主要障碍（两大根本原因），提出了“面向工业再设计的实践是现阶段的重要突破口”这一短期的现实抓手以及“工业再设计发展的下一个阶段是正向设计”这一长期的实施路线图。
三大表面现象和问题：
1) 创新能力不强，技术储备不足，核心技术薄弱、共性技术缺位，产品同质化；
2) 经济发展伴随着高能耗、高污染、低效率、高代价，资源浪费和环境污染严重；
3) 部分产品质量问题突出，造成“中国制造”的信誉危机。
两大根本原因：
1) 对引进消化和测绘仿制等“拿来主义”模式的依赖，强化了产业实践和工程教育的科技人员畏于创新的保守心态，主管部门、工业界和学术界缺乏对复杂产品和装备研制全过程的系统性认识，对技术研发（或称技术预研）与产品研发之间的协同互动关系认识模糊，从学术界到工业界尚未形成基于系统思维和系统工程方法的产品正向设计和创新设计方法学的理论和实践，造成设计与工艺、设计与制造之间的各自为政、互相对立、脱节严重，不是站在系统的高度把握整个产品设计、工艺设计和制造过程；
2) 缺乏正确的义利观，注重各种能带来GDP数字的、依赖劳动力成本优势和资源掠夺的短期行为、以及固定资产投入和加杠杆保增长等财政货币政策的凯恩斯式经济增长模式，相关制度、体制、机制、法律、法规建设严重滞后。
从上述表面问题和根本原因得到工业再设计战略和正向设计咨询体系这一解决方案进而实施这一方案，是典型的问题求解过程[1]、业务分析过程[2]和转型升级过程[3]。本文将先重点阐述从上述表面问题和根本原因得到工业再设计战略这一短期现实的解决方案背后的业务逻辑，即为什么说面向工业再设计的实践是现阶段的重要突破口，也即工业再设计战略的业务需求分析。
2 制造业现状及转型升级的关键问题
中国制造业转型升级问题的本质和关键是路线图的顶层设计和落地实施，与改革开放前期腾挪空间宽松、可以摸着石头过河不同，当前新常态下各种挑战和机遇交织、内外经济形势空前严峻复杂[27]，转型升级之路容不得半点儿闪失，否则很可能重蹈某些新兴工业化国家的覆辙。
对于转型升级实施路线图的重要性，在日前召开的两化深度融合与制造强国建设论坛上，怀进鹏副部长强调[4]：“既要加快产业转型升级也要加速新旧动能转换，亟需将战略目标和发展理念解构为可操作的重点任务、工作流程、问题要素及相应指标，从而更加有针对性地建立问题导向型的两化融合实施路径，形成面向行业的共性解决方案，并通过不断探索实践、持续反馈和评估诊断来迭代优化，不断推动产业向前发展。一是坚定不移的加强战略选择，推动好两化深度融合发展，为中国制造提供有效的实施路径。二是要深入研究实施路径，推动开展两化融合管理体系贯标与评估诊断工作，探索建立符合规律、具有优势的发展路径，切实提高企业的可持续竞争能力。三是鼓励提升企业主体的实践能力，政府和行业要坚持服务好企业，把企业示范引领作为重要的方法和手段，将‘盆景’变为‘风景’，形成行业共性解决方案。”
2015年全国两化融合发展数据地图[5]显示，我国有49.8%的企业处于起步建设阶段（1.0阶段），35.6%的企业处于单项应用阶段（2.0阶段），11.7%的企业进入综合集成阶段（3.0阶段），2.9%的企业进入协同创新阶段（4.0阶段）。处于综合集成阶段（3.0阶段）和协同创新阶段（4.0阶段）的企业比其他阶段企业竞争力高出11.5%，经济社会效益高出10.8%。但智能制造就绪率仅为4.4%，初步具备条件探索推进智能制造（工业4.0）的企业比例不足5%，已具备进入综合集成阶段（3.0阶段）条件的2.0阶段企业比例为53.2%。因此，“十三五”将是我国跨域两化融合“综合集成困境”的关键时期。
中国社会科学院工业经济研究所历年来出版的《工业化蓝皮书》[6-9]显示，中国工业化综合指数由2005年的50、到2010年的66进一步提升为2014年的83.69，由工业化中期后段进入到后期中段，工业化水平有了实质性的提高；但中国的工业化进程依旧呈现区域发展不平衡的特征，长三角、珠三角和京津地区大多已步入后工业化时期，而大部分中西部地区还处于工业化中期；即使到2020年基本实现工业化，其工业化进程还远未结束，当今整个世界仍处于工业化时代，美国等发达国家也在提再工业化，因为工业生产能力和知识积累是关系一国经济长期发展绩效的关键，中国提出“中国制造2025”战略、走新型工业化道路，对于从工业大国向强国转变意义重大。
至此，对于目前中国制造业的现状及其在全球的位置，《中国制造2025》及业内相关解读已明确表明并达成一致。推进智能制造是我国制造业发展、推进两化融合的主攻方向，但现在我国的基本现状离智能制造还很远；智能制造不是一蹴而就，要一步一步打好基础，循序渐进。工业2.0是电气时代，3.0是自动化时代，4.0是智能化时代，三个方面都要关注，但是关注的内容和重点不同：工业2.0是补课，工业3.0是普及，工业4.0是示范。即工业2.0阶段的一些问题，如质量问题、基础工艺问题，还需要补课；工业3.0的自动化是当前发展的急需和重点；工业4.0则是刚刚开始探索。由于我国不同行业、不同企业之间发展水平参差不齐，所以我国智能制造发展的思路必然是工业2.0、工业3.0、工业4.0齐头并进。
现在，问题的关键是，如何齐头并进？如何分配和利用非常有限的时空资源迈过“综合集成困境”的关键时期？如何趋利避害、利用后发优势、规避后发劣势，以实现”安全”的“弯道超车”？有哪些切入点和突破口？
3 制造业转型升级的路径选择
他山之石，可以攻玉。“不会模仿，何以创新”[10]，对新兴工业化国家尤其如此。怀进鹏副部长提到[4]，在对未来产业发展和战略格局的理解和发展途径上，中国与世界是处于同一个认识和实践的过程当中，从各国的战略任务、战略目标以及实施路径和方法上，存在着异曲同工和尽管用词不同、但表达内容有极大相似性。中国与欧美日等国相比的特殊性就在于是后发，由于后发使我们不得不面对科技变革和产业革命的交汇、工业化补课和信息化发展的交汇、既要考虑生存（企业转型）还要考虑发展（新旧动能转换）的交汇。
中科院高能物理所张双南研究员2012年[11]从国民思维模式和价值观演变的角度分析了科学、技术和产业发展的优先次序，指出大跃进的模式不但不能搞生产建设、更不能发展科学，不能指望一步登天赶超欧美；提出由于形成正确的义利观需要在一定物质基础条件下的长时期沉淀，在急功近利和实用主义还是当前中国社会主流的情况下，大力和优先发展科学不是中国现阶段的主要任务，实现“科学落后->科学强大->技术强大->国力强大”的三步跳不是正确的发展路径，符合科学发展观的中国三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（见图1），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，使中国再次并且长期领先世界。
日前许小年教授在《跨越中等收入陷阱》的演讲[12]中，从政府和企业之间关系的角度分析了战后各国工业化历程，指出只有日本和德国突破了中等收入陷阱进入发达国家行列，而这两个国家，都是法治化的市场经济，这点值得我们去借鉴；从政府拉动需求转到供给侧的企业提高效率，把经济增长的动力从需求侧的政府转向供给侧的企业，让企业重新成为经济舞台的主角。
2015年底中央首次提出“供给侧结构性改革”的理念：“在适度扩大总需求的同时，着力加强供给侧结构性改革，着力提高供给体系质量和效率，增强经济持续增长动力，推动我国社会生产力水平实现整体跃升”，以及去产能、去杠杆、去库存、降成本、补短板等供给侧结构性改革五大任务[27]。新供给经济学派的代表贾康研究员指出[13]，新供给经济学兼收并蓄地整合理论经济学、发展经济学、制度经济学、转轨经济学和行为经济学、信息经济学等已有成果中的积极因素和有价值的启迪，把生产力视角的“物与人”和生产关系视角的“人与人”的认识打通，形成“全景图”、“结构图”、“解剖图”浑然一体的认知体系；当前我国供给侧改革不仅是理论密切联系实际的创新，是问题导向下引领新常态的动力体系再造创新，而且是通盘规划的系统工程式全局长远创新，其主要攻坚对象是全要素生产率，即供给侧的五大要素（劳动力、土地与自然资源、资本、科技创新和管理制度）的最后两项，而科技创新需要制度环境的配合，制度供给是中国供给侧改革的龙头。制度供给所带来的改革红利，除了能降低经济增长和发展中的成本，还是技术创新的首因，是中国这样的后发经济体赶上甚至超前于先发经济体的时代进步的关键。对于转轨国家，一旦把立足于人本主义立场幸福感的物的供给形式上的“后发优势”潜力插上制度供给优化人际关系进而加速腾飞的翅膀，“物”与“人”贯通的新供给经济学思维框架及其引出的政策主张，便有可能让我们“站在前人的肩膀上”支持特定的超常规发展实践（见图2）。
苏章仁教授于2013年提出[14]，新工业革命已不再是人类依赖在利用能源、延伸劳动手段方面发明成果的范式转移，而是将前几次工业革命以技术革命为核心（如第一次工业革命的蒸汽机、第二次工业革命的电气化等）转向以技术科学革命为核心的、以信息（也包括数据、信息、知识、智慧构成的DIKW体系）为灵魂的新工业革命。所以中国工业转型升级必须以新工业革命思维替代旧工业革命思维，即以科学发展观指导制造业转型升级。而所谓科学发展观，就是可持续发展观，是以包含基于系统科学和数学科学对传统学科进行解码、进而揭示其质变量变规律的技术科学的完整的二维科学技术体系[15]和基于广义熵和㶲[16]的物质-能量-信息的利用充实于社会实践。这样的转型升级就能避免，单纯地以为发展高端制造业的综合能力只取决于基础设施、设备等硬件条件，而忽视制造业转型升级是个系统工程，忽视工业化是信息化的源泉前提和基础、工业化是比信息化更大的系统工程[17]；单纯地以为我们只是缺少某些关键技术，只要借用西方的先进技术就能实现强国富民之路，而忽视各门类科学技术对制造业工程实践的支撑不是简单的累加关系，而是一个体系的系统化支撑。这样的转型升级就树立了方法与内容两个视角的科学发展观：坚持短期的模仿消化吸收发达国家先进制造技术方法、推进以智能制造为主攻方向的两化融合，和长期的建设以可持续发展为目标内容的生态工业文明两条腿走路；坚持自动化、数字化、智能化的信息化方法，和基于技术科学对人造物结构形态与产品创新的内容机理进行解码的工业化内容两条腿走路；坚持站在系统的高度把握整个产品设计、工艺设计和制造过程，从系统科学的角度分析产品结构与产品材料的关系，冷加工与热制造[18]并重，使产品物化过程确认的技术内容与虚拟化边界条件互为补充及时验证，使设计与工艺、设计与制造之间不再是因果与顺序关系而是互为激励的活系统；坚持长期的以基于技术科学的新科学技术体系及其制造业转型升级的社会实践来引导、培养、激活泛社会化科学共同体和集群化科学建制[19]的完备，和短期的以科学发展观快速培养、复制制造业转型升级急需的新思维人才两条腿走路。
德国MAKA系统公司中国区负责人吴昊阳日前也指出[20]，由于产品是制造业创造价值的最终载体，而制造业的产品永远是实物，所以产品被设计成什么样子（产品设计）和如何把实体产品做出来（生产工艺）是制造业永恒的话题；在制造企业转型升级的路径选择上，产品设计和生产工艺是制造的基础，永远具备升级空间，应始终围绕着设计和工艺提升展开，在任何阶段投入精力研究产品设计和生产工艺几乎都是正确的战略选择（见图3）；在设计和工艺都明确的基础上才可能谈设备升级和自动化升级；值得中国制造企业注意的是：设计和工艺是不可分的，生产设备和工艺现状可能制约着设计，而设计的好坏又直接影响到工艺/工序路线的选择，影响到产品的功能，质量，可靠性，生产成本等。
综述上述观点可以看出，张双南研究员和苏章仁教授都从科学-技术-工程的大系统出发考虑中国制造业转型升级之路，两者的观点互相补充、相得益彰，许小年教授和贾康研究员则从经济发展所需的法治和制度环境的宏观视角指出制造业转型升级必备的超系统和环境要素，吴昊阳的观点可以说是对苏章仁教授观点某一角度的具体化。为什么上述有识之士都不约而同地对制造业转型升级的路径选择提出了相似和互相补充的观点？道理很简单，对于中国这样一个大国的后发崛起，木桶原理依旧适用。对于木桶原理，学术上的解释是TRIZ理论技术系统进化法则中的子系统不均衡进化法则：任何技术系统所包含的各个子系统都不是同步均衡进化的，这种不均衡的进化经常会导致子系统之间的矛盾出现，解决矛盾将使整个系统得到突破性的进化，整个系统的进化速度取决于系统中发展最慢的子系统，改进进化最慢的子系统，就能提高整个系统的性能。这也是为什么苏章仁教授和吴昊阳强调，工业化相比信息化更是短板，永远具备升级空间。
关于短板和长板的关系，李炳彦少将和吕德宏博士多年前曾有过一段精彩对话[21]，掌握短板效应，有利于找到和解决最薄弱的环节，巩固发挥系统的既有功能，这是提升系统整体性能的思路，对于应急性行动有意义。而长板效应是要找到适合未来需要的最长一块板，让其他板向最长的这块板看齐。从发展眼光看，长板效应要比短板效应更直接地创造出新能力，用某个领域的突破来形成新的方向和标准，在使命、目标、人员、机制以及资源各领域，朝长板的方向、按长板的标准提高整个系统的功能。短板效应针对问题、适于抬高底层。长板效应针对特长、更适用于设计顶层和战略性的转型和创新，设计顶层就是设计出那块长板，用试验性行动不断验证长板的科学性和可行性，探索从现在走向未来的道路。正如贾康研究员所指出的，此次制造业转型升级是“通盘规划的系统工程式全局长远创新”，对转型升级路径选择要兼顾短板效应和长板效应，更严谨的分析和行动需要系统工程方法的帮助。美国国防采办大学1993年的分析表明，在复杂系统早期阶段收集尽量完整的信息、应用系统工程方法、进行深入研究和通盘规划对降低风险、保证系统在全生命期的成功具有决定性意义（见图4），对于中国制造业转型升级这一宏大的系统工程更是如此。
用精益研发三维系统工程抽象模型（见图5）看待中国制造业转型升级和两化融合，可以认为，系统维所代表的人工系统的进化是工业化的维度，认知维所代表的主观世界改造客观世界的认知过程（DIKW的产生、表达、转化跃迁和管理）是信息化的维度，作为主体的人和组织在逻辑维上应用系统工程方法和工具推动系统维的工业化和认知维的信息化的发展及其两化融合。系统维是精益研发三维系统工程模型的主流程，反映了工业化是信息化的源泉、前提和基础；从霍尔模型的知识维到精益研发三维系统工程模型认知维的变化，反映了上文苏章仁教授提到的新工业革命以信息及DIKW为灵魂的特点，代表信息化的认知维为目前方兴未艾的人工系统的虚拟化和未来人的虚拟化提供了表达框架，反映了人与人工系统的共轭协同进化和全社会协同创新的趋势。
图6 根据TRIZ理论技术系统完备性法则得到的人工系统静态元模型[23]
从组成不同时代有代表意义的各种人工系统的各个功能组件（见图6）的内涵变化来审视从农业文明、到工业文明、再到即将来临的信息文明的人类文明发展历程，也可以看出，农业文明时代，人力工具的主能量流和控制流基本都由人来承担，机械能和热能是其中的能量形式，人所掌握的劳动工具是这一时期人工系统的核心；到了工业文明时代，人已退出动力工具的系统边界之外，主能量流的能量形式及转换已多种多样，到了工业文明后期，信息已成为人工系统控制流的主要载体；现在我们已经能想象推论得出，信息将成为信息文明时代的代表性人工系统——智能工具的主能量流的主要载体。
正如人工系统的生命期演进沿系统维的孕育、成长、成熟、衰退的四个阶段（见图5）是个不可逆过程，不可颠倒顺序、不可跨越其中某一阶段而跳到下一阶段，人类文明进程的工业化阶段也不可逾越。西方发达国家从上个世纪中叶开始兴起的信息化浪潮，是建立在高度的工业化基础上的，是工业化和科技进步到一定程度的结果。例如，美国目前以重振制造业和大力发展实体经济为核心的“再工业化”战略，是通过现代信息技术与制造业融合、制造与服务的融合来提升复杂产品的制造能力以及制造业快速满足消费者个性化需求的能力，这种制造业信息化与服务化的趋势使得制造业重新获得竞争优势。当然，信息化的发展也会改造和促进工业化，这也是两化深度融合的题中之义。即无论是信息化带动工业化，还是工业化促进信息化，工业化都是现阶段中国制造业转型升级的根基。“弯道超车”或经济跨越式发展并不意味着可以直接跨越工业化阶段，而是在地域、行业发展极不平衡、多样化和多层次化的情况下，如何协调好工业化与信息化两者之间的发展关系。
“没有度量就无法管理”。近年来，工信部通过《工业企业信息化和工业化融合评估规范》[24]（以下简称《两化融合评估规范》）的发布实施（已进入ISO国际标准立项程序），积极探索将两化融合的管理体系标准作为推动两化融合的重要抓手，支持政府和行业全面摸清我国工业企业两化融合发展现状，为科学决策提供量化依据。目前，通过中国两化融合服务平台参与自评估、自诊断、自对标的企业已达56000余家次，为剖析两化融合发展现状、价值成效、特征模式及发展趋势提供了第一手翔实数据[5]。这套体系把企业的两化融合分为四个阶段：基础建设、单项应用、综合集成和协同创新，把集成作为企业信息化建设的主要内容。工业4.0强调了纵向集成、横向集成、端到端三方面集成，两化融合评估体系则从与之相对应的企业管理、价值链和产品全生命周期三个维度更加指标化、定量化地明确了集成以及协同创新的重点领域和路径。
如果把制造业企业的产业链价值链作为所关心的系统，可以用系统工程中所关心系统与典型使能系统之间的交互关系（见图7）来看待《两化融合评估规范》中提到的指标体系在这一系统中的分布情况，可以看到，用于衡量0这个所关心系统的概念阶段的使能系统——概念系统的评估指标基本没有，无论是信息化的指标、还是工业化的指标、还是两化融合的指标，显得有些忽视了系统早期阶段对系统成功的价值和决定性意义；分布在其他使能系统的评估指标都集中在信息化和两化融合领域，而很少涉及工业化的内容。当然，这是由《两化融合评估规范》的主题范围所决定的。但也由此很容易得出结论，对于工业化的补课和升级，也需要一套类似《两化融合评估规范》的工业化的评估管理体系。
至此，通过梳理制造业转型升级的路径选择（“坚持两条腿走路”，进行“系统工程式的通盘全局长远规划和创新”）及其背后的逻辑和依据，我们对除了两化融合和智能制造，制造业转型升级的工业化方向上还需要什么样的突破口、这第一步如何迈有了更清晰的认识。
4 作为突破口的工业再设计战略
通过上面的梳理，可以得出这样的突破口要满足以下原则和条件。
第一，主体性：真正让企业成为创新的主体，从政府拉动需求转到供给侧的企业提高效率，把经济增长的动力从需求侧的政府转向供给侧的企业，让企业重新成为经济舞台的主角，并参与到引导、培养、激活泛社会化科学共同体和集群化科学建制的完备。
第二，目的性：直面工业化需要补课、补短板的现实需求，针对那些无法逾越、无法绕过、无法通过信息化等其他手段带动或替代而获得的能力，从基于技术科学对人造物结构形态与产品创新的内容机理进行解码、站在系统的高度把握整个设计工艺和制造过程、从系统科学的角度分析产品结构与产品材料的关系、使设计与工艺设计与制造之间不再是因果与顺序关系而是互为激励的活系统的角度出发，寻求突破。
第三，可行性：包括经济性和时效性，与主体性相关，在各种挑战和机遇交织、内外经济形势空前严峻复杂、时空资源非常有限的新常态下，这样的突破口必定不是那种需要大量科研和研发投入的原始创新，不是为了把钱（科研投入）变成知识（论文和获奖），不是要求企业一步登天掌握自主创新能力，而是为了把（通过迈小步改进而实现工业化补课得到的）知识变成钱（企业效益），让作为创新主体的企业快速得到收益。
第四，可持续性：与可行性相关，在有了第一步小步的改进和收益后，会给企业带来正反馈，让研发体系建设和核心竞争力培育进入滚雪球式发展的良性循环；从更宏观的视角长期看，也会使制造业转型升级进入安全弯道超车的“快”车道，即从现有产品的改进创新入手补工业化的短板，既获得知其然知其所以然的知识，又获得企业持续发展的经济实力和市场份额，然后激活研产学的技术创新，进而到学研产的科学创新，走上符合科学发展观的“经济实力->技术实力->科技实力->科学实力”的可持续发展路径。
第五，破解开篇提到的绿色发展问题：可持续性的另一层含义就是贱行绿色发展，倡导生态工业文明。这样的突破口必须摈弃高能耗、高污染、低效率、高代价的经济发展模式，应和《中国制造2025》规划提出的加快制造业绿色改造升级、积极构建绿色制造体系等全面推行绿色制造的主要措施。
第六，助力开篇提到的产品质量问题的解决：应和《中国制造2025》规划，通过从系统全局考虑设计工艺和制造过程的现有产品改进，推广采用先进成型和加工方法，加强系统工程、工程仿真等技术开发应用，加快提升产品质量。
第七，助力先进标准的催生：李克强总理4月6日在国务院常务会议上说：“要打一场制造业的攻坚战，用先进标准倒逼中国制造升级。”会议决定实施《装备制造业标准化和质量提升规划》，要求按工业强基、智能制造、绿色制造及十大重点领域对接《中国制造2025》，加快关键技术标准研制，并适应创新进展和市场需求及时更新标准，力争到2020年使重点领域国际标准转化率从目前的70%以上提高到90%以上。所选的突破口必须能应对上述需求，通过现有产品的改进创新，重新梳理和构建上述领域的通用基础标准和专业标准体系，为相关企业和行业在全球化竞争逐步掌握话语权提供支撑；同时，对工业化进行补课和升级的这样的突破口，其过程和结果也必须为类似《两化融合评估规范》的工业化的评估管理体系提供有价值的输入。
满足以上七条的突破口，既着眼现实问题和挑战，又兼顾长远规划和能力提升，如何找到这样完美的解决方案？TRIZ理论解决发明问题的方法体系中有一个“超效应（Super-Effect）”[26]的概念：通过解决矛盾需求、改进初始系统使技术系统进化到新的阶段后，新改进（或开发）的系统出现了初始系统所不具备的、具有可供利用的新的特性和资源，能不断促进技术系统进一步发展和完善，这些新的特性和资源就是超效应。面对复杂问题和局面，应用TRIZ系统化的解题流程经常可以得到超效应，而避免头痛医头脚痛医脚的按下葫芦浮起瓢的结果。
现在重新审视《工业再设计和正向设计概念辨析》一文中给出的工业再设计的定义：对于处于成熟期的工业品或技术系统，采用突破性的新技术、新工艺或新材料，不改变原有产品的功能和用途，站在系统的高度、从需求本源、以效法自然的方式探索设计的本质，用价值的观点、功能的观点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，利用仿真优化等技术和精密铸造、增材制造等工艺重新审视和改进原有设计，以实现改进后的产品在设计、制造和使用阶段结构和材料的最佳组合，拓展该类技术系统沿S曲线进化的自然极限。可以看出，安世亚太提出的工业再设计战略完全符合上面的七个原则和条件，堪称是一举多得的具备超效应的解决方案。当然，凡事都有两面性，如果非要找出工业再设计战略对制造业转型升级有什么副作用（side-effect），那么，由于实施工业再设计战略会进一步降低对钢、铝等冶金材料的需求，客观上会加剧相关行业的产能过剩，可以算上一条。这一点，可以通过相关冶金行业企业自身实施工业再设计战略和正向设计体系进行工艺和设备创新、进而也降低国家对高端原材料的进口依赖来解决。
5 结语
如果说智能制造是两化融合的主攻方向，综合集成是企业信息化建设的主要内容、是两化融合的难点重点和突破点，那么可以说正向设计是制造业转型升级的主攻方向、是实现《中国制造2025》三步规划所需要找到、设计、贱行的适合未来长期可持续发展的最长一块板、是企业核心竞争力建设的主要内容，而工业再设计则是针对当前最薄弱短板的应急性行动、是现阶段工业化补课的突破口、也是两化融合的另一突破口。
安世亚太借与苏氏集团的战略合作，由工业软件公司向工业软件和工业品设计公司转型，进而提出工业再设计战略和正向设计咨询体系，以及工业和信息化部在安世亚太设立“国家工业软件和先进设计研究院”都是看到了基于工业再设计和产品正向设计和创新的工业化能力提升对制造业转型升级的重大关键作用。有了正确的路径和方法，接下来就是坚韧不拔的行动，咬定青山不放松、任尔东西南北风。
工业再设计和正向设计概念辨析
安世亚太 段海波
本文由作者授权发布
2015年下半年开始，为配合《中国制造2025》战略推进实施、破解中国制造业转型升级面临的主要障碍和焦点问题，安世亚太发布了工业再设计战略和正向设计咨询体系。为了在各行业客户推进实施《中国制造2025》过程中提供高效高质量的服务，有必要对安世亚太的工业再设计战略和正向设计咨询体系进行深入解读，本文首先对工业再设计和正向设计内涵及其与传统的设计分类和设计方法的关系进行辨析和讨论。
让我们回归源头，从设计的定义谈起。设计是人类为实现某种特定目的（即将客观需求转化为满足该需求的人工系统，包括人工物理系统和人工抽象系统）而进行的创造性活动。需求是设计的源动力，设计的本质是创新，是创造一种人类更加合理的生存方式（包括生产、生活和交流方式等），设计的最终目的是人、自然与社会这一复杂巨系统的协调发展和进化。
在人、自然与社会这三者之间的相互关系中，形成了对工具、环境和沟通三种类型的需求。对这三种需求所做出的响应就是产品设计（即技术系统或人工物理系统的设计）、环境设计（对人类生存空间进行的设计。它创造的是人类的生存空间，而产品设计创造的是空间中的要素）与传播设计（利用感觉符号、特别是视听符号来进行信息传达的设计）（见图1）。
上述定义中提到的人工系统，在INCOSE系统工程手册[2]中说明如下：“This handbook is consistent with ISO/IEC/IEEE 15288, to ensure its usefulness across a wide range of application domains——man-made systems and products, as well as business and services”，在ISO/IEC/IEEE 15288标准[3]中解释如下：“man-made systems, ...... systemscreated 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 forproviding service to users), procedures (e.g., operator in structions), facilities,materials and naturally occurring entities. ...... It（指15288标准） therefore applies to one-of-a-kind systems, mass-produced systems and customized, adaptable systems. It（指15288标准） also applies to a complete stand-alone system and to systems that are embedded and integrated into larger more complex and complete systems”。
再看设计的分类[4]。按照对设计目标认识的成熟程度，产品设计可分为以下四类：
(1)常规性设计，指产品在具体细节上虽然与已有产品有所不同，但在原理上并没改变，设计者在做这类设计中不需要对已有的认识作较大延伸或扩展。
(2)改进性设计，以原有产品作为基础，对原有产品扩展某种功能或采用新技术提高原有产品性能的更新换代。
(3)研制性设计，即包含技术研发的产品或系统研发，有较多问题没有现成解决方案，需要在产品设计过程中同时开展技术研究与开发工作，使设计者的认识进一步扩展，以降低设计风险，确保满足各方涉众需求。
(4)原创性设计，很基本的认识还是没有掌握的，必须针对产品的需要特地开发。例如，爱迪生发明留声机；上世纪40年代第一颗原子弹的设计者对将来产品的主要工作介质是固体还是液体都还不掌握，最后产品的重量是几十公斤还是几千公斤也不清楚。这类设计中需要跨越的认识间隔更大。
其中，改进设计的目的一般有三种情况：
(1)产品用途的扩展。以飞机为例，客机改为货机、旅客机改为预警机或加油机等。
(2)采用技术的更新，在基本型上采用新技术提高原有性能。以飞机为例，运输机改用耗油量更小的发动机提高经济性、改用推力更大的发动机提高载运量、改装新式的导航或其他机载设备提高飞行安全性、以及部分结构部件更换材料以减轻重量或提高寿命等。目前为应对21世纪绿色航空（低排放、低噪声、经济性）的要求，波音、空客的原有老型号民机通过更换新发动机，以实现产品的改进：A320->A320neo、B737->B737MAX、B777->B777X、A330->A330neo、A380->A380neo。
(3)产品型号的系列发展。以飞机为例，在基本型基础上，改变机身长度、发动机或某些部件，形成不同载量、不同航程或其他使用性能的衍生型，用系列化的型号来覆盖较大的市场要求。
受苏章仁教授思想[5]的启发，作者给出工业再设计的定义如下：
安世亚太在发布工业再设计战略时提到，“工业再设计是迈进产品正向设计与精密制造一体化的系统方法论”，“其本质核心是工业仿真应用的升华、正向设计技术的工程化，是先进设计技术与精密制造工艺的结合”；“工业再设计发展的下一个阶段是正向设计”，“安世亚太和苏氏集团的合作，帮助中国工业企业逐渐向正向设计迈进，而面向工业再设计的实践，是现阶段的重要突破口”。
结合上述关于工业再设计和正向设计之间关系的阐述，以及对逆向设计、逆向工程、正向开发、逆向开发、反向设计等相关概念的辨析[7]，作者给出正向设计的定义如下：
下面对工业再设计和正向设计的上述定义及其与传统的设计分类和设计方法的关系做一些说明。
(1) 我们定义工业再设计和正向设计，不是为了写设计方法学的教科书，而是为应对中国经济转型升级和中国制造2025、为需求侧到供给侧的改革提供落地方案，同时也是给安世亚太由工业软件公司向工业软件和工业品设计公司转型的一项新业务下定义，所以这个定义要能明确这个新业务的内涵本质和外延边界，要能回答哪些工业品需要再设计、与传统各种产品设计类型的关系是什么、给客户-企业-行业乃至国家带来的价值是什么等问题。
(2) 工业再设计的定义给出了哪些工业品适合再设计、以及再设计的方向和成功的判据；给出了工业再设计与产品改进设计的关系，即工业再设计是产品改进设计第二种情况中的一种特例，是一种全新的设计思想和方法，可以说产品改进设计是工业再设计的超系统。
(3) 本文正向设计的定义以及安世亚太提出的正向设计咨询体系，强调系统工程是核心、自主创新是目标。这一定义，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。
(4) 给概念术语下定义的方法和原则中有一条要求“正确使用否定定义”。这里之所以提出正向设计“不以仿制抄袭山寨为目标”，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，对外也是洗刷众多行业发展原罪、重建市场信任、经济全球化环境下树立守规则负责任大国形象的必然选择。
(5) 关于正向设计的定义为什么提出面向复杂产品和系统、以系统工程理论、方法和过程模型为指导，因为20世纪末期开始的科技革命和目前开始的以工业4.0为代表的产业革命的一个重要特征就是，人工系统在向大规模赛博物理系统演化[6]，破解复杂性困局成为人类设计活动的主题，而系统工程是保证把复杂的事情做对做好做快的组织管理的技术，解决的是正是复杂性的问题，所以，安世亚太提出的应对中国经济转型升级和面向中国制造2025实施的正向设计的对象必然是复杂产品和系统。关于复杂产品和系统的界定，可参考产品对象系统（企业在做什么）和产品工程系统（企业用什么样的信息化手段支持其产品研制的组织开展）两个维度构成的产品研制信息化细分市场四象限图（复杂产品高端研制、复杂产品低端研制、简单产品高端研制、简单产品低端研制，也可进一步量化分解为九象限图），其中至少有一个维度是复杂的，才能称为复杂产品和系统。
(6) 基于本文工业再设计的定义，“工业再设计”除了可以指狭义上的基于仿真优化和先进工艺的全新产品改进设计方法，安世亚太又将其用于基于这一方法技术的现阶段工业转型升级战略的命名。基于本文正向设计的定义，“正向设计”除了可以指狭义上的基于系统工程过程的复杂产品和系统的研制模式，安世亚太又将其用于基于这一研制模式的咨询体系的命名。
(7) “工业再设计发展的下一个阶段是正向设计”，即工业再设计、正向设计是安世亚太为推动中国制造2025实施、帮助制造业企业攻坚克难提升能力成熟度而提出的落地实施路线图。工业再设计战略丰富了生态设计与绿色制造的内涵，为当前中国经济创新发展、绿色发展的目标和淘汰落后产能的行动提供了强有力的抓手；正向设计咨询体系通过能力成熟度评价模型和正向设计能力演进路线图等为各行业企业研制体系的能力提升各种应用场景和中国经济的转型升级提供支持。
(8) 工业再设计的定义中引用的“精益研发三维系统工程抽象模型”及文献[6]中的“精益研发三维系统工程实例化模型”给出了工业再设计战略和正向设计咨询体系的业务框架。作者在《从霍尔模型这一技术系统的发展进化看传统系统工程到现代系统工程的演变》一文中还提出了，现代系统工程发展应用的一大趋势就是人与人工系统的共轭协同进化和全社会协同创新。工业再设计战略和正向设计咨询体系的业务框架保证了对以智能制造为代表的人与人工系统的共轭协同进化的支持。
(9) 本文开头提到的设计的定义和系统工程相关标准手册对人工系统的解释，为安世亚太工业再设计战略和正向设计咨询体系的对象系统（End of Product）划定了业务范围。这一系统边界的划定，不但使得安世亚太的工业再设计战略和正向设计咨询体系适应了新科技革命和产业革命条件下复杂产品和系统（大规模赛博物理系统）技术创新和研发演化的需求，同时也为与技术创新配套的、中国经济转型升级和面向中国制造2025实施所需的制度创新和管理创新（人工抽象系统的研发演化）预留了发展空间。
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