工藝束縛消失，設計將會怎樣？

長期以來，工業(yè)產(chǎn)品的設計是基于已有工藝來定型的。如果產(chǎn)品被設計出來，卻由于工藝局限而無法被制造或量產(chǎn)，那么設計創(chuàng)新就淪為空談。制造約束了產(chǎn)品創(chuàng)新聽起來像個笑談，但在中國許多傳統(tǒng)制造行業(yè)卻很普遍。

如果無論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)怎樣復雜皆可制造，那產(chǎn)品設計將沖破工藝的束縛，釋放出巨大潛能：設計人員可以只專注于需求，可以設計任何結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，而不需要考慮制造工藝的局限。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計模式將被顛覆，曾經(jīng)淪為設計后期驗證的仿真技術(shù)將揚眉吐氣，在設計前期揮斥方遒定乾坤，“仿真驅(qū)動設計”的理想將照進現(xiàn)實。仿真技術(shù)可以勇敢地對各類工業(yè)產(chǎn)品整機或其關(guān)鍵零部件進行大幅度地改良設計，將極大地提高企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力，推動整個中國工業(yè)的創(chuàng)新進程。

一、精密鑄造，打破工藝束縛

蘇氏精密鑄造技術(shù)歷經(jīng)二十余年的發(fā)展，在傳統(tǒng)失蠟熔模精密鑄造工藝基礎(chǔ)上對所有工藝流程經(jīng)過 100多項微創(chuàng)新，最大限度地杜絕了傳統(tǒng)鑄造工藝容易產(chǎn)生的所有質(zhì)量問題，尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量方面均全面超越國內(nèi)外標準，實現(xiàn)了“無論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)怎樣復雜皆可制造”這一目標。

蘇氏精密鑄造技術(shù)體系（SIIC）取得了三項創(chuàng)新性技術(shù)：（1）尺寸精準，全程不變形的蠟件制備技術(shù)；（2）強度、剛性、透氣性和退讓性相統(tǒng)一的模殼制備技術(shù)；（3）長程有序的金屬澆鑄與凝固控制技術(shù)。這些新技術(shù)從根本上杜絕了傳統(tǒng)工藝的所有缺陷，在尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量方面均超越國內(nèi)外標準。傳統(tǒng)車、銑、刨、磨和鍛等冷加工手段和常規(guī)成型手段無法加工、難以加工以及依照價值工程不值得加工的復雜、緊湊的精密零部件，即使對于傳統(tǒng)工藝很難完成的大型薄壁構(gòu)件，采用 SIIC技術(shù)制造也沒有障礙，而且結(jié)構(gòu)具有高精度的近凈形、近凈重和近全吻合受力狀態(tài)的特點，基本實現(xiàn)免后續(xù)加工。

3D打印作為一種快速成型技術(shù)近年來得到了社會的廣泛關(guān)注。從成品復雜度上，3D打印不輸于蘇氏精密鑄造工藝，但現(xiàn)行的 3D打印無法適用于承力部件，難以應用于高端設備和產(chǎn)品的制造領(lǐng)域。因此，蘇氏精密鑄造工藝是目前唯一一個真正意義上的“為設計打破工藝束縛”的制造技術(shù)。

二、工程仿真，驅(qū)動產(chǎn)品設計

仿真人員有一個夢想：仿真驅(qū)動設計。但理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。每當仿真人員提出對產(chǎn)品優(yōu)化方案時，回應常常是“NoNoNo，我們加工不了”。所以仿真人員總有種懷才不遇之惑。今天，蘇氏精密制造技術(shù)讓世界變天了！

由于“無論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)怎樣復雜皆可制造”，所以設計人員可以設計任何結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，而不需要考慮制造工藝的局限。工程仿真技術(shù)，可以精確透視產(chǎn)品特性、加工特性、試驗本質(zhì)以及制造過程，有效延伸了人的眼睛甚至大腦，提高判斷力，可以有效降低設計和制造的成本和時間周期。優(yōu)化技術(shù)，可以獲得最合理的結(jié)構(gòu)、最好的加工方式、高成功率的試驗以及最合理的制造裝配模式。

因此，從產(chǎn)品設計源頭開始，基于精密鑄造工藝與工程仿真技術(shù)，可以打通產(chǎn)品設計與生產(chǎn)的藩籬，建立設計與制造一體化的工業(yè)產(chǎn)品設計體系，改變產(chǎn)品的設計模式，產(chǎn)品設計將由仿真來驅(qū)動。由于無需擔心不能制造，可通過仿真對產(chǎn)品進行大膽優(yōu)化，產(chǎn)生與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異巨大的產(chǎn)品，對當前產(chǎn)品的各項指標產(chǎn)生跨量級的正面影響。直接的好處是：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準、重量和體積下降、載重量提升、保障功能性能的前提下動力要求降到最低（或者相同的動力水平下，功能性能達到最好）、成本下降，或能耗環(huán)保指標提升。同時，通過優(yōu)化手段對工業(yè)產(chǎn)品進行重新設計后，有可能顛覆大量工業(yè)行業(yè)，實現(xiàn)對傳統(tǒng)工業(yè)品的設計、工藝及相關(guān)標準體系進行改造。

在仿真驅(qū)動產(chǎn)品設計模式下，對工業(yè)產(chǎn)品進行重新設計，產(chǎn)生的產(chǎn)品大都是非標準化甚至反傳統(tǒng)產(chǎn)品，沒有設計標準及知識經(jīng)驗可參考，唯一能依賴的手段是工程仿真和實物試驗。仿真能力將是確定產(chǎn)品功能、性能、安全與可靠性的最重要能力。在這種設計體系面前，傳統(tǒng)的標準、規(guī)范、知識和經(jīng)驗都將失效甚至成為制約，所有公司和人員的設計能力站到了同一起跑線。像安世亞太這樣掌握了工程仿真技術(shù)并進行了大量工業(yè)實踐應用的公司則具有更強的競爭力。安世亞太將工程仿真技術(shù)、工業(yè)再設計方法與蘇氏精密鑄造工藝結(jié)合，建立設計與制造一體化的工業(yè)產(chǎn)品再設計體系。

三、工業(yè)品再設計，夯實創(chuàng)新基礎(chǔ)

所謂再設計，指的是讓設計回歸需求本源，重新審視原有設計，以最自然的方式來探索設計的本質(zhì)，效法自然。再設計包括對已知產(chǎn)品改良和從無到有的創(chuàng)造。首先，工業(yè)品再設計，是一個創(chuàng)新驅(qū)動的過程，通過將新工藝、新技術(shù)應用到產(chǎn)品的優(yōu)化和改良中，使產(chǎn)品具有新功能、新形態(tài)、新品質(zhì)，同時，通過再設計，讓企業(yè)敢于對產(chǎn)品進行跨量級優(yōu)化，甚至產(chǎn)生顛覆式創(chuàng)新。另一方面，通過不斷的工業(yè)品再設計活動，可以培養(yǎng)企業(yè)的創(chuàng)新能力，是實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的一項有效手段?？梢韵胂?，如果工業(yè)品再設計方法在中國工業(yè)體系推廣，將明顯加快中國工業(yè)的創(chuàng)新進程。

因此，基于突破性的精密鑄造工藝，通過不斷的工業(yè)品再設計，可以提高我們的創(chuàng)新能力，夯實創(chuàng)新的基礎(chǔ)，由量變到質(zhì)變，引領(lǐng)我們走向正向設計。實現(xiàn)基于正向設計的顛覆式創(chuàng)新，我們可以按照以下步驟推進工業(yè)品再設計。

（1）提高產(chǎn)品的模塊化和一體化程度。重新設計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分離面，如無特定必要，產(chǎn)品部件可以設計為一體化結(jié)構(gòu)，無需由大量零件構(gòu)成。僅此一項改變，對當前產(chǎn)品的性能、可靠性、重量、體積、載重、材料、動力、成本、能耗和環(huán)保等方面都會帶來改觀。

（2）傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品的大膽優(yōu)化。由于無需擔心不能制造，可以對當前產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形貌做大膽優(yōu)化（拓撲優(yōu)化），產(chǎn)生與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異巨大的產(chǎn)品。從再設計的產(chǎn)品案例來看，在維持原裝備性能、不改變裝備制造材料的前提下，再設計普遍可以降低裝備質(zhì)量 15%～60%。例如，與某汽車單位合作對某軍用車車橋進行再設計，原來數(shù)十個零件構(gòu)成的鋼制車橋鑄造成為一個鋁制零件，重量下降了 50%；航天某院一武器系統(tǒng)，依靠再設計將殼體重量相對仿制對象降低了超過50%，在動力系統(tǒng)明顯落后的情況下，該武器系統(tǒng)在航程、航速和精確性方面全面超越仿制對象。

（3）基于正向設計的顛覆式創(chuàng)新。新工藝具有“無論多復雜都能制造”的特性，我們無需考慮當前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特征，直接從需求出發(fā)，通過正向設計產(chǎn)生框架性和顛覆性的創(chuàng)新設計。超越源于創(chuàng)新，創(chuàng)新源于正向設計，正向設計依賴系統(tǒng)工程。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)過需求分解、功能分析、系統(tǒng)設計、物理設計、工藝設計、虛擬制造和虛擬試驗等設計過程，形成的正向設計體系，并據(jù)此體系開發(fā)了大型工業(yè)軟件，形成數(shù)字化研發(fā)平臺。

四、結(jié)語

工程仿真結(jié)合蘇氏精密鑄造體系，可以形成工業(yè)再設計體系，精益研發(fā)結(jié)合蘇氏精密鑄造將可以形成創(chuàng)新性正向研制體系。在基于突破性工藝的再設計和正向設計面前，國外優(yōu)勢企業(yè)在產(chǎn)品設計上的積淀和經(jīng)驗在一定程度上失效，使得我們與之差距縮小。突破性工藝帶來的新機遇，結(jié)合創(chuàng)新性正向研制體系，使得中國工業(yè)有機會在某些重點工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)實現(xiàn)彎道超車。