正向設計

在某些特定的歷史階段，有些國家往往參照其他國家原準機（而非自己國家自身產(chǎn)品）“設計”的“原準法”進行飛機的研制。這個過程，甚至是一個尺寸都不能改或不敢改的測繪仿制。多數(shù)情況下沒有圖紙、只有實物，由實物反推圖紙、反推設計、反推需求。

那是一個充滿了執(zhí)果索因的逆行之旅。

基于“原準法”的測繪仿制是典型的逆向設計活動。特別是在早期武器裝備的測繪仿制過程中，存在大量的相對低水平的逆向設計活動（如圖1紅色箭頭所示），即僅由實物反推到圖紙、反推到設計，而無需反求到軍方原始需求。例如，測繪僅能測得零件的實際尺寸，但公差如何給，絕對是個技術活（公差配合的精度很大程度上決定了零件的可靠性和使用壽命），這一步的逆向，正所謂知其然知其所以然。

盡管這種反推，取得了一些成就。然而，歷史的發(fā)展也證明，這種不需承擔技術風險的“原準法”并非始終有效的設計方法，在設計理論上沒有得到合理闡述，在航空發(fā)展史上僅有非常有限、而非明顯的促進作用，其出現(xiàn)是特定歷史條件的產(chǎn)物，并不是航空航天產(chǎn)品等復雜系統(tǒng)設計本身的規(guī)律所決定，已被各國所摒棄。

在經(jīng)濟日益國際化、市場化的今天，復雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的測繪仿制已不可行。而隨著知識產(chǎn)權保護的理念日益得以鞏固，中國市場正向設計的主戰(zhàn)場，已經(jīng)拉開。

然而花了真金白銀買了國外產(chǎn)品的圖紙和專利技術等知識產(chǎn)權的引進消化吸收，不能簡單地認為是逆向設計或逆向工程，而需要具體情況具體分析。

消化吸收再創(chuàng)新，和逃避技術風險的“原準法”目的不同，這里一定包含了反推到需求的高水平的逆向設計活動（如圖1綠色箭頭所示），特別是在消化吸收階段；而到了再創(chuàng)新階段，則是再次進入了完整的正向設計過程。

中國航空行業(yè)有兩個非常典型的引進消化吸收的例子，一是上世紀七十年代引進英國斯貝航空發(fā)動機，歷時30年到2003年完成國產(chǎn)化；一是上世紀九十年代從俄羅斯引進蘇-27SK，歷時20年衍生出性能全新的殲-11B，兩者的差別十分鮮明。其他行業(yè)，高鐵是走引進消化吸收再創(chuàng)新之路比較成功的案例。

與此形成鮮明對照的是，各種汽車生產(chǎn)線的引進基本上是失敗案例。

2015年是"十三五"的布局之年,就在全中國都在思考制造業(yè)走向何方的時候,"工業(yè)4.0"和"工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)"轟然而至,"中國制造2025"和"國防科工十三五規(guī)劃"也大綱落定。政府新一輪的規(guī)劃思路,明確提出了我國工業(yè)"從跟蹤研仿向自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變"?；诖?轉(zhuǎn)型創(chuàng)新已經(jīng)成為中國制造提升競爭力的"必修課"。三十多年的改革開放,中國打開國門,中國工業(yè)向全世界學習。通過基于逆向工程的跟蹤研仿,中國工業(yè)補課成功。

之所以國外產(chǎn)品設計方法學的各家各派中沒有與“正向設計”相對應的術語概念（但并不意味著國外沒有基于正向設計理念的產(chǎn)品研發(fā)實踐，恰恰相反，這樣的實踐在發(fā)達國家是常識），“正向設計”這一術語之所以具有中國特色，只有中國存在正向設計與逆向設計的正統(tǒng)之爭， 這和作為后發(fā)工業(yè)化國家的中國的現(xiàn)實狀況直接相關。

不可否認的是，逆向工程間接地承載了中國仿制的惡名，這也是中國知識產(chǎn)權保護備受國際詬病的一個原因之一。許多展會上，中國展品會在現(xiàn)場被外方報警，尷尬撤離展臺的情況，時有發(fā)生。這是上世紀引進消化測繪仿制等“拿來主義”的發(fā)展模式的典型后果，它強化了急功近利的的產(chǎn)品走捷徑的發(fā)展思路。

而正向設計強調(diào)自主創(chuàng)新是目標、系統(tǒng)工程是核心。這樣的定義，區(qū)分和排除了中國工業(yè)化進程中特別是上世紀七八十年代部分工業(yè)品用真金白銀買了圖紙和專利等知識產(chǎn)權的引進消化吸收或照搬照抄的低級的“正向”設計模式。

正因為如此，正向設計的定義里提出，“不以仿制抄襲山寨為目標”這一否定的說法，是要強調(diào)正向設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“反向設計”、“逆向設計”、“逆向工程”。從這個意義上說，正向設計對內(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，對外也是樹立制造大國形象的必然之選。

符合科學發(fā)展觀的中國四階段創(chuàng)新路線圖應該是“經(jīng)濟實力→技術實力→科技實力→科學實力”的可持續(xù)發(fā)展路徑，其基本戰(zhàn)略就是盡快擺脫山寨經(jīng)濟，循序漸進地向日、美、歐學習產(chǎn)品創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和科學創(chuàng)新。建設正向設計能力，是一個長期、動態(tài)、系統(tǒng)的學習和實踐的積累過程，兼收并蓄，綱舉目張，逐步由低端走向高端。

正向設計體系建設由低端向高端的能力成熟度提升過程，以系統(tǒng)工程為框架，以設計制造一體化為指引方向，從沒按系統(tǒng)工程過程的低水平“正向”設計，到系統(tǒng)工程過程、模型、方法指導的產(chǎn)品正向設計，再到系統(tǒng)工程過程、模型、方法指導的工藝正向設計和材料正向設計，最后到基于系統(tǒng)工程框架的、實現(xiàn)了設計制造一體化的、整個產(chǎn)品系統(tǒng)全生命期的正向設計。

這樣的正向設計體系與精益研發(fā)體系互相補充、相得益彰。精益研發(fā)體系是面向企業(yè)研發(fā)體系建設的路線圖指南，全面系統(tǒng)、體系完整；而正向設計體系從產(chǎn)品全生命期的角度出發(fā)，以系統(tǒng)工程為框架，以工程仿真和技術創(chuàng)新為使能技術，分別用價值、功能和能量的觀點把握整個系統(tǒng)的產(chǎn)品設計、工藝設計和制造過程，聚焦設計、專注集成。

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“正向設計”是具有鮮明中國特色的、卻又沒有嚴格中文定義的概念。國外并無對應詞語。

而在“中國制造”迅速發(fā)展的三十年過程中，正向設計似乎并沒有受到廣泛關注。在微電子、軟件和汽車行業(yè)行業(yè)中的各種叫法，如反向設計、反向工程/逆向工程、逆向設計，都比正向設計要熱鬧得多。

這跟中國的發(fā)展階段是相關聯(lián)的。

對于自主研發(fā)創(chuàng)新模式下的分析國內(nèi)外競爭對手的現(xiàn)有技術和產(chǎn)品，本質(zhì)上和引進消化吸收模式中的消化吸收是一致的，差別只是在，一個是自己做飯、找米下鍋，另一個是花錢買飯，別人把飯端到眼前。

實際上，現(xiàn)有技術分析都包含了比引進消化吸收更高水平的逆向設計活動（如圖1黃色箭頭所示），而且是在更大的自主研發(fā)創(chuàng)新模式的正向設計框架下的逆向設計，非一般研發(fā)團隊能夠?qū)嵤?

例如，中國在研發(fā)新一代戰(zhàn)斗機時肯定研究分析了國外同代型號，國內(nèi)型號本身是正向設計過程，但看到國外型號的各種圖片、視頻、新聞報道，要反推其全面的性能指標、作戰(zhàn)需求和使用場景。沈陽機床集團上海開發(fā)團隊為開發(fā)新一代智能數(shù)控機床i5，學習國外先進技術、算法和儀器進行倒推和逆向工程時所采取的態(tài)度、方法和流程也是如此。

在微電子行業(yè)，反向設計是描述集成電路設計方法的一個專有名詞，它是通過拍攝和放大已有芯片照片得到版圖的幾何圖形。而正向設計則是根據(jù)產(chǎn)品確定的指標和要求，從電路原理或系統(tǒng)原理出發(fā)，通過查閱相關規(guī)定和標準，利用已有知識和能力來設計模塊和電路，最后得到集成電路物理實現(xiàn)所需的幾何圖形。在本世紀初，微電子行業(yè)內(nèi)的大討論使大家認識到，無論是低端芯片公司干的集成電路磨片、還是山寨電子公司干的PCB抄板，反向設計就是微電子行業(yè)發(fā)展的“興奮劑”，宏觀上對行業(yè)發(fā)展飲鴆止渴、扼殺創(chuàng)新，微觀上對研發(fā)團隊的成長無任何幫助，應該摒棄。

在軟件行業(yè)，逆向工程又稱反向工程，是指從可運行的程序系統(tǒng)出發(fā)，運用解密等多種計算機技術，推導出軟件產(chǎn)品的源代碼、設計原理、結(jié)構、算法、處理過程、運行方法及相關文檔等。這甚至驚動了司法部門。2007年初，最高人民法院的司法解釋為逆向工程正名，承認了逆向工程技術用于學習研究的合法性。

從上面各行業(yè)領域的實際情況可以看出，正向設計的對立面，即逆向設計、反向設計、反向工程、逆向工程等各種做法，有一些是現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)中不可或缺的設計方法，有其特點、作用和價值。

當然要首先解決知識產(chǎn)權等法律和道德層面上的問題。

逆向工程在道德上是中性的，是工具性的。例如，近年來，逆向設計法在飛機、汽車、工藝美術品和模具等由復雜的自由曲面拼接而成的產(chǎn)品模型制作和造型設計中逐漸走向成熟，由于技術難度和開發(fā)成本較低，可以簡化設計流程、縮短開發(fā)周期，并為正向設計累計經(jīng)驗。當然，作為一種設計方法，逆向設計也有其缺點，例如無法復制技術含量等能力因素，“原準”產(chǎn)品的問題缺陷大多遺傳下來、往往質(zhì)量比被復制的“原準”產(chǎn)品更差，貽誤自主研發(fā)能力的增長速度，對企業(yè)進軍國際市場不利，而且會涉及知識產(chǎn)權等問題。

從上面的分析，可以看出，正向設計有高低之分（是引進還是原始創(chuàng)新），逆向設計也有高低之分（是反推設計、還是反推需求），現(xiàn)代復雜產(chǎn)品的逆向設計同樣要遵循系統(tǒng)工程方法和過程；我國武器裝備等復雜工業(yè)品的研發(fā)模式經(jīng)歷由低端向高端演化的過程，每個歷史時期的研發(fā)模式都可以說是正向設計和逆向設計混合應用的模式。

早期設計師在進行產(chǎn)品的造型設計時，主要采用正向設計的方法；這是一個從概念設計起步到CAD建模、數(shù)控編程、數(shù)控加工的過程。

產(chǎn)品造型設計的正向設計一般流程： 概念設計 →CAD/CAM系統(tǒng) →制造系統(tǒng)→ 新產(chǎn)品。

但對于復雜的產(chǎn)品，正向設計的方法顯示出了它的不足，設計過程難度系數(shù)大、周期較長、成本高、產(chǎn)品研制開發(fā)難。由于設計師無法完全預估產(chǎn)品在設計過程中會出現(xiàn)什么樣的狀況，如果每次因為一些局部的問題而推倒整個產(chǎn)品重來，不管從時間上還是從成本上都是不可接受的。如果有方法能改正在正向設計過程中所產(chǎn)生的局部問題自然是好的，正是在這樣的背景下，自然發(fā)展并形成了逆向設計的方法。

逆向設計通常是根據(jù)正向設計概念所產(chǎn)生的產(chǎn)品原始模型或者已有產(chǎn)品來進行改良，通過對產(chǎn)生問題的模型進行直接的修改、試驗和分析得到相對理想的結(jié)果，然后再根據(jù)修正后的模型或樣件通過掃描和造型等一系列方法得到最終的三維模型。

采用逆向設計的方法所得到的產(chǎn)品模型，因為是有實際的模型參與各種試驗因此得到的結(jié)果相對于概念化推算和電腦虛擬模擬更接近真實，從而能迅速找到產(chǎn)品的優(yōu)異形態(tài)并縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

在新產(chǎn)品開發(fā)中，通常采用正向設計和逆向設計結(jié)合使用。

本書是“BIM技術及應用叢書“中的一本，詳細介紹了建筑工程設計BIM技術的深度應用，即BIM正向設計的理想模式，是建筑工程設計流程再造與優(yōu)化升級。全書共14章，包括BIM正向設計概述、基于Revit的BIM標準化管理，Revit制圖原理與通用步驟，BIM正向設計總體策劃，建筑專業(yè)BIM正向設計，結(jié)構專業(yè)BIM正向設計，給水排水專業(yè)BIM正向設計，暖通空調(diào)專業(yè)BIM正向設計，電氣專業(yè)BIM正向設計，專業(yè)配合，管線綜合設計，設計過程管理與成果交付，設計與模型校審，技術要點。

一般情況下，正向電壓1V左右就可以“擊穿”二極管，此時稱為正向擊穿，不過我們稱之為不導通。工作于正向偏置的PN結(jié)，當通過的電流過大時，將會使它的功率損耗過大而燒壞，但由于正向偏置的PN結(jié)兩端電壓很低(鍺PN結(jié)約為0.2V左右，硅PN結(jié)約為0.7V左右)，故當加在PN結(jié)兩端的正向電壓過大時會使PN結(jié)發(fā)生擊穿，稱為正向擊穿。而工作于反向偏置的PN結(jié)，當反偏電壓過高時，將會使PN結(jié)擊穿，如擊穿后又未限制流過它的反向擊穿電流，將會使擊穿成為永久性的、不可逆的擊穿，從而造成其徹底損壞。