工業(yè)再設(shè)計(jì)破局“中國(guó)制造 2025”

田鋒

中國(guó)作為制造業(yè)第一大國(guó)，大而不強(qiáng)。中國(guó)工業(yè)面臨創(chuàng)新能力不強(qiáng)、產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題突出、核心技術(shù)薄弱、資源浪費(fèi)嚴(yán)重等困局。主要原因：一是對(duì)“拿來(lái)主義”和原始資源型發(fā)展模式的過(guò)分依賴(lài)，造成了從跟蹤研仿向自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)換的正確引導(dǎo)和正向激勵(lì)缺失；二是長(zhǎng)期跟蹤研仿和逆向設(shè)計(jì)形成了基因性后遺癥，整個(gè)工業(yè)體系缺乏產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐；三是對(duì)技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品研發(fā)之間的協(xié)同互動(dòng)關(guān)系認(rèn)識(shí)模糊，基礎(chǔ)科研和技術(shù)儲(chǔ)備不足，缺乏原始創(chuàng)新；四是把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，認(rèn)為落后可以通過(guò)直接借用西方先進(jìn)技術(shù)彌補(bǔ)甚至跨越，忽視復(fù)雜產(chǎn)品研制和制造業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)性。

《中國(guó)制造 2025》對(duì)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)，從多個(gè)層面破解中國(guó)制造面臨的困境，實(shí)現(xiàn)中國(guó)工業(yè)和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新。要解決中國(guó)制造面臨的問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)超越，必須回到問(wèn)題的源頭，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)著手，建立創(chuàng)新性正向研制的再設(shè)計(jì)體系。所謂再設(shè)計(jì)，是讓設(shè)計(jì)回歸需求本源，重新審視原有設(shè)計(jì)，以最自然的方式來(lái)探索設(shè)計(jì)的本質(zhì)，效法自然。再設(shè)計(jì)包括對(duì)已知產(chǎn)品改良和從無(wú)到有的創(chuàng)造。能做到再設(shè)計(jì)往往是由于突破性新技術(shù)和新工藝的出現(xiàn)和成熟。

一、與蘇氏集團(tuán)聯(lián)盟打造工業(yè)再設(shè)計(jì)體系

安世亞太和蘇氏集團(tuán)正式結(jié)為戰(zhàn)略聯(lián)盟，利用各自的優(yōu)勢(shì)打造集成“精益研發(fā)技術(shù) +精密鑄造工藝”的工業(yè)再設(shè)計(jì)體系。這是在最恰當(dāng)時(shí)間點(diǎn)的合作，為工業(yè)再設(shè)計(jì)的推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)在技術(shù)、資源等方面準(zhǔn)備了充分條件。

安世亞太長(zhǎng)期致力于精益研發(fā)體系（PERA）的研究，特別是工程仿真和正向設(shè)計(jì)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和能力。蘇氏集團(tuán)長(zhǎng)期致力于精密鑄造技術(shù)體系（SIIC）的研究并取得了突破性成果，實(shí)現(xiàn)了“無(wú)論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜皆可制造”這一目標(biāo)。

精密鑄造技術(shù)體系針對(duì)傳統(tǒng)精密鑄造工藝的全過(guò)程進(jìn)行了100多項(xiàng)微創(chuàng)新，取得三項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)：一是尺寸精準(zhǔn)，全程不變形的蠟件制備技術(shù)；二是強(qiáng)度、剛性、透氣性和退讓性相統(tǒng)一的模殼制備技術(shù)；三是長(zhǎng)程有序的金屬澆鑄與凝固控制技術(shù)。新技術(shù)杜絕了傳統(tǒng)工藝的所有缺陷，在尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量方面均超越國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。利用該技術(shù)可以加工傳統(tǒng)工藝無(wú)法、難以或不值得加工的精密零部件，達(dá)到高精度、近凈形、近凈重和近全吻合受力狀態(tài)，避免了大量的后續(xù)加工。

精密鑄造技術(shù)的特點(diǎn)徹底解放了制造工藝限制對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)的制約，工程師只需關(guān)注產(chǎn)品功能的最佳實(shí)現(xiàn)而無(wú)需顧忌后續(xù)的制造工藝約束，能最大限度地發(fā)揮創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的潛能，做到“效法自然”。工業(yè)再設(shè)計(jì)產(chǎn)生的均是非標(biāo)準(zhǔn)化甚至反傳統(tǒng)的產(chǎn)品，沒(méi)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及知識(shí)經(jīng)驗(yàn)可參考，唯一能依賴(lài)的設(shè)計(jì)手段就是工程仿真和實(shí)物試驗(yàn)。因此，仿真能力是確定產(chǎn)品功能、性能、安全與可靠性的最重要能力。對(duì)工程仿真技術(shù)的掌握，以及大量工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，正是安世亞太的競(jìng)爭(zhēng)力所在。

戰(zhàn)略聯(lián)盟的建立，將安世亞太精益研發(fā)、工程仿真技術(shù)、與蘇氏精密鑄造工藝結(jié)合，啟動(dòng)工程仿真驅(qū)動(dòng)的工業(yè)再設(shè)計(jì)過(guò)程，讓設(shè)計(jì)突破工藝局限，敢于跨量級(jí)優(yōu)化，并產(chǎn)生顛覆式創(chuàng)新。

二、工業(yè)再設(shè)計(jì)的推進(jìn)步驟

利用精密鑄造和精益研發(fā)的優(yōu)勢(shì)，可以按照以下步驟推進(jìn)工業(yè)再設(shè)計(jì)。

第一，提高產(chǎn)品模塊化和一體化程度。重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分離面，如無(wú)特定必要，產(chǎn)品部件可設(shè)計(jì)為一體化結(jié)構(gòu)，無(wú)需由大量零件構(gòu)成。僅此一項(xiàng)改變，對(duì)產(chǎn)品的性能、可靠性、重量、材料、動(dòng)力、能耗和環(huán)保等方面都會(huì)帶來(lái)改觀，產(chǎn)品性能明顯提升、全結(jié)構(gòu)具有均衡的可靠性、材料可以替換至最低標(biāo)準(zhǔn)、重量下降、載重量提升、保障功能性能的前提下動(dòng)力要求降到最低、成本下降、能耗環(huán)保指標(biāo)提升。這將對(duì)中國(guó)工業(yè)體系產(chǎn)生第一層明顯提升作用。圖 1為輕型前橋殼設(shè)計(jì)。

第二，傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品的大膽優(yōu)化。由于無(wú)需擔(dān)心不能制造，可以對(duì)當(dāng)前的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)形貌方面做大膽優(yōu)化（拓?fù)鋬?yōu)化），產(chǎn)生與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異巨大的產(chǎn)品。這種優(yōu)化通過(guò)材料的重新布局和選擇，形成全新的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有等強(qiáng)度、等剛性、剛?cè)岵?jì)、隨力應(yīng)變等特性，對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生跨量級(jí)的正面影響。通過(guò)優(yōu)化手段對(duì)工業(yè)品再設(shè)計(jì)之后具有明顯的優(yōu)勢(shì)，有可能顛覆大量工業(yè)行業(yè)。從已完成再設(shè)計(jì)的大量產(chǎn)品看，在維持原裝備性能、不改變制造材料的前提下，通過(guò)再設(shè)計(jì)，普遍可以實(shí)現(xiàn)裝備15%～60%的減重。如：航天某院一武器系統(tǒng)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)再設(shè)計(jì)將殼體重量相對(duì)仿制對(duì)象降低了超過(guò)50%后，在動(dòng)力系統(tǒng)明顯落后的情況下，實(shí)現(xiàn)了該武器系統(tǒng)在航程、航速和精確性方面對(duì)仿制對(duì)象的全面超越。

第三，基于正向設(shè)計(jì)的顛覆式創(chuàng)新。由于新工藝具有“無(wú)論多復(fù)雜都能制造”的特性，甚至無(wú)需考慮當(dāng)前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征，直接從需求出發(fā)，通過(guò)正向設(shè)計(jì)產(chǎn)生框架性和顛覆性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。安世亞太精益研發(fā)體系正是基于系統(tǒng)工程理論，從涉眾需求出發(fā)，經(jīng)過(guò)需求分解、功能分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、虛擬制造和虛擬試驗(yàn)等設(shè)計(jì)過(guò)程，形成完整的正向設(shè)計(jì)體系，并據(jù)此開(kāi)發(fā)了大型工業(yè)軟件，形成數(shù)字化研發(fā)平臺(tái)。精益研發(fā)體系 PERA在重大裝備行業(yè)落地生根，在引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的進(jìn)程中產(chǎn)生了積極影響，尤其在航空、航天、機(jī)車(chē)車(chē)輛行業(yè)效益明顯。突破性工藝帶來(lái)的新機(jī)遇，結(jié)合創(chuàng)新性正向研制體系，使得中國(guó)工業(yè)有機(jī)會(huì)在某些重點(diǎn)領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。圖 2為混凝土泵車(chē)臂架設(shè)計(jì)。

三、構(gòu)建再設(shè)計(jì)生態(tài)圈是第一要?jiǎng)?wù)

打造工業(yè)再設(shè)計(jì)體系的首要任務(wù)是打造完善的工業(yè)再設(shè)計(jì)生態(tài)圈。

首先，正向設(shè)計(jì)研制能力，是工業(yè)再設(shè)計(jì)生態(tài)圈的創(chuàng)新之源。安世亞太完整的精益研發(fā)理論及平臺(tái)系統(tǒng)、完整的多學(xué)科仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件體系、龐大的工程師和咨詢(xún)專(zhuān)家隊(duì)伍，能夠快速結(jié)合各個(gè)產(chǎn)業(yè)需求，建設(shè)針對(duì)機(jī)械制造各個(gè)細(xì)分行業(yè)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)中心。

其次，工藝定型能力，精密鑄造技術(shù)體系可以為正向設(shè)計(jì)提供完備的工藝保障，工程師們遵從自然法則設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，蘇氏技術(shù)完全能夠保障其工藝實(shí)現(xiàn)。

第三，批量生產(chǎn)的能力，設(shè)計(jì)的工業(yè)零件產(chǎn)品經(jīng)過(guò)試制和驗(yàn)證后工藝定型，就能夠進(jìn)入批量化生產(chǎn)和供應(yīng)。

第四，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)的能力，對(duì)于市場(chǎng)需求巨大和需要定向供應(yīng)的零件產(chǎn)品，有自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的現(xiàn)代化專(zhuān)業(yè)工廠。

此外，還有整機(jī)總成以及市場(chǎng)/用戶(hù)需求的研究能力?？傊蛟熘袊?guó)自有的、從產(chǎn)品研發(fā)到制造完成的全生命周期的、具有獨(dú)立自主工業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和研發(fā)生產(chǎn)能力的完整生態(tài)圈，是我們的使命和工作目標(biāo)。

四、踐行《中國(guó)制造 2025》

工業(yè)再設(shè)計(jì)體系的建立，將從以下幾方面深刻踐行《中國(guó)制造 2025》。

工業(yè)再設(shè)計(jì)體系將對(duì)《中國(guó)制造 2025》提出的重點(diǎn)發(fā)展的重大行業(yè)，創(chuàng)建實(shí)體企業(yè)直接進(jìn)行特定工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新性研制和生產(chǎn)。將對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車(chē)、電力裝備、農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備7個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻變革。

《中國(guó)制造 2025》提出中國(guó)制造業(yè)將發(fā)生諸多轉(zhuǎn)變，工業(yè)再設(shè)計(jì)體系將幫助實(shí)現(xiàn)其中的三項(xiàng)重要轉(zhuǎn)變：一是工業(yè)再設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)研制過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變。二是工業(yè)再設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)由低成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)向質(zhì)量效益競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)由資源消耗大、污染排放物多的粗放制造向綠色制造的轉(zhuǎn)變。三是工業(yè)再設(shè)計(jì)為眾多合作伙伴提供正向研制體系需要的技術(shù)、服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變。

五、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)不斷探索和努力，安世亞太與蘇氏集團(tuán)在工業(yè)再設(shè)計(jì)實(shí)踐方面已邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。目前已建成安陽(yáng)強(qiáng)基精密制造產(chǎn)業(yè)園、成立了精益研發(fā)和精密制造技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品正向研制中心，在全面展開(kāi)與地方政府、企業(yè)和機(jī)構(gòu)的合作。相信工業(yè)再設(shè)計(jì)體系的探索和實(shí)踐具有示范意義，能為中國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)積極的影響。 IM