正向設(shè)計(jì)路徑之辨

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(shù)和產(chǎn)品，本質(zhì)上和引進(jìn)消化吸收模式中的消化吸收是一致的，差別只是在，一個(gè)是自己做飯、找米下鍋，另一個(gè)是花錢買飯，別人把飯端到眼前。

實(shí)際上，現(xiàn)有技術(shù)分析都包含了比引進(jìn)消化吸收更高水平的逆向設(shè)計(jì)活動(dòng)（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(shè)計(jì)框架下的逆向設(shè)計(jì)，非一般研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠?qū)嵤?

例如，中國在研發(fā)新一代戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)肯定研究分析了國外同代型號(hào)，國內(nèi)型號(hào)本身是正向設(shè)計(jì)過程，但看到國外型號(hào)的各種圖片、視頻、新聞報(bào)道，要反推其全面的性能指標(biāo)、作戰(zhàn)需求和使用場景。沈陽機(jī)床集團(tuán)上海開發(fā)團(tuán)隊(duì)為開發(fā)新一代智能數(shù)控機(jī)床i5，學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)、算法和儀器進(jìn)行倒推和逆向工程時(shí)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(shè)計(jì)是描述集成電路設(shè)計(jì)方法的一個(gè)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(shè)計(jì)則是根據(jù)產(chǎn)品確定的指標(biāo)和要求，從電路原理或系統(tǒng)原理出發(fā)，通過查閱相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，利用已有知識(shí)和能力來設(shè)計(jì)模塊和電路，最后得到集成電路物理實(shí)現(xiàn)所需的幾何圖形。在本世紀(jì)初，微電子行業(yè)內(nèi)的大討論使大家認(rèn)識(shí)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(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)的成長無任何幫助，應(yīng)該摒棄。

在軟件行業(yè)，逆向工程又稱反向工程，是指從可運(yùn)行的程序系統(tǒng)出發(fā)，運(yùn)用解密等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)，推導(dǎo)出軟件產(chǎn)品的源代碼、設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)、算法、處理過程、運(yùn)行方法及相關(guān)文檔等。這甚至驚動(dòng)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(rèn)了逆向工程技術(shù)用于學(xué)習(xí)研究的合法性。

從上面各行業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際情況可以看出，正向設(shè)計(jì)的對立面，即逆向設(shè)計(jì)、反向設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)方法，有其特點(diǎn)、作用和價(jià)值。

當(dāng)然要首先解決知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(shè)計(jì)法在飛機(jī)、汽車、工藝美術(shù)品和模具等由復(fù)雜的自由曲面拼接而成的產(chǎn)品模型制作和造型設(shè)計(jì)中逐漸走向成熟，由于技術(shù)難度和開發(fā)成本較低，可以簡化設(shè)計(jì)流程、縮短開發(fā)周期，并為正向設(shè)計(jì)累計(jì)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，作為一種設(shè)計(jì)方法，逆向設(shè)計(jì)也有其缺點(diǎn)，例如無法復(fù)制技術(shù)含量等能力因素，“原準(zhǔn)”產(chǎn)品的問題缺陷大多遺傳下來、往往質(zhì)量比被復(fù)制的“原準(zhǔn)”產(chǎn)品更差，貽誤自主研發(fā)能力的增長速度，對企業(yè)進(jìn)軍國際市場不利，而且會(huì)涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)等問題。

從上面的分析，可以看出，正向設(shè)計(jì)有高低之分（是引進(jìn)還是原始創(chuàng)新），逆向設(shè)計(jì)也有高低之分（是反推設(shè)計(jì)、還是反推需求），現(xiàn)代復(fù)雜產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)同樣要遵循系統(tǒng)工程方法和過程；我國武器裝備等復(fù)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(gè)歷史時(shí)期的研發(fā)模式都可以說是正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)混合應(yīng)用的模式。

在某些特定的歷史階段，有些國家往往參照其他國家原準(zhǔn)機(jī)（而非自己國家自身產(chǎn)品）“設(shè)計(jì)”的“原準(zhǔn)法”進(jìn)行飛機(jī)的研制。這個(gè)過程，甚至是一個(gè)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(shí)物，由實(shí)物反推圖紙、反推設(shè)計(jì)、反推需求。

那是一個(gè)充滿了執(zhí)果索因的逆行之旅。

基于“原準(zhǔn)法”的測繪仿制是典型的逆向設(shè)計(jì)活動(dòng)。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(shè)計(jì)活動(dòng)（如圖1紅色箭頭所示），即僅由實(shí)物反推到圖紙、反推到設(shè)計(jì)，而無需反求到軍方原始需求。例如，測繪僅能測得零件的實(shí)際尺寸，但公差如何給，絕對是個(gè)技術(shù)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(dān)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的“原準(zhǔn)法”并非始終有效的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)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(jìn)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(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身的規(guī)律所決定，已被各國所摒棄。

在經(jīng)濟(jì)日益國際化、市場化的今天，復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的測繪仿制已不可行。而隨著知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的理念日益得以鞏固，中國市場正向設(shè)計(jì)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(shù)等知識(shí)產(chǎn)權(quán)的引進(jìn)消化吸收，不能簡單地認(rèn)為是逆向設(shè)計(jì)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(shù)風(fēng)險(xiǎn)的“原準(zhǔn)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(shè)計(jì)活動(dòng)（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(jìn)入了完整的正向設(shè)計(jì)過程。

中國航空行業(yè)有兩個(gè)非常典型的引進(jìn)消化吸收的例子，一是上世紀(jì)七十年代引進(jìn)英國斯貝航空發(fā)動(dòng)機(jī)，歷時(shí)30年到2003年完成國產(chǎn)化；一是上世紀(jì)九十年代從俄羅斯引進(jìn)蘇-27SK，歷時(shí)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(jìn)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(jìn)基本上是失敗案例。

“正向設(shè)計(jì)”是具有鮮明中國特色的、卻又沒有嚴(yán)格中文定義的概念。國外并無對應(yīng)詞語。

而在“中國制造”迅速發(fā)展的三十年過程中，正向設(shè)計(jì)似乎并沒有受到廣泛關(guān)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(shè)計(jì)、反向工程/逆向工程、逆向設(shè)計(jì)，都比正向設(shè)計(jì)要熱鬧得多。

這跟中國的發(fā)展階段是相關(guān)聯(lián)的。

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(shí)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(xué)習(xí)。通過基于逆向工程的跟蹤研仿,中國工業(yè)補(bǔ)課成功。

之所以國外產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué)的各家各派中沒有與“正向設(shè)計(jì)”相對應(yīng)的術(shù)語概念（但并不意味著國外沒有基于正向設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)品研發(fā)實(shí)踐，恰恰相反，這樣的實(shí)踐在發(fā)達(dá)國家是常識(shí)），“正向設(shè)計(jì)”這一術(shù)語之所以具有中國特色，只有中國存在正向設(shè)計(jì)與逆向設(shè)計(jì)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(shí)狀況直接相關(guān)。

不可否認(rèn)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(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)備受國際詬病的一個(gè)原因之一。許多展會(huì)上，中國展品會(huì)在現(xiàn)場被外方報(bào)警，尷尬撤離展臺(tái)的情況，時(shí)有發(fā)生。這是上世紀(jì)引進(jìn)消化測繪仿制等“拿來主義”的發(fā)展模式的典型后果，它強(qiáng)化了急功近利的的產(chǎn)品走捷徑的發(fā)展思路。

而正向設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)自主創(chuàng)新是目標(biāo)、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(jìn)程中特別是上世紀(jì)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(shí)產(chǎn)權(quán)的引進(jìn)消化吸收或照搬照抄的低級(jí)的“正向”設(shè)計(jì)模式。

正因?yàn)槿绱?，正向設(shè)計(jì)的定義里提出，“不以仿制抄襲山寨為目標(biāo)”這一否定的說法，是要強(qiáng)調(diào)正向設(shè)計(jì)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(shí)際中性的“反向設(shè)計(jì)”、“逆向設(shè)計(jì)”、“逆向工程”。從這個(gè)意義上說，正向設(shè)計(jì)對內(nèi)不但是中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和實(shí)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(xué)發(fā)展觀的中國四階段創(chuàng)新路線圖應(yīng)該是“經(jīng)濟(jì)實(shí)力→技術(shù)實(shí)力→科技實(shí)力→科學(xué)實(shí)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(jì)，循序漸進(jìn)地向日、美、歐學(xué)習(xí)產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和科學(xué)創(chuàng)新。建設(shè)正向設(shè)計(jì)能力，是一個(gè)長期、動(dòng)態(tài)、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實(shí)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(shè)計(jì)體系建設(shè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，到系統(tǒng)工程過程、模型、方法指導(dǎo)的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)，再到系統(tǒng)工程過程、模型、方法指導(dǎo)的工藝正向設(shè)計(jì)和材料正向設(shè)計(jì)，最后到基于系統(tǒng)工程框架的、實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化的、整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)全生命期的正向設(shè)計(jì)。

這樣的正向設(shè)計(jì)體系與精益研發(fā)體系互相補(bǔ)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(shè)的路線圖指南，全面系統(tǒng)、體系完整；而正向設(shè)計(jì)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(shù)創(chuàng)新為使能技術(shù)，分別用價(jià)值、功能和能量的觀點(diǎn)把握整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和制造過程，聚焦設(shè)計(jì)、專注集成。

2100433B

早期設(shè)計(jì)師在進(jìn)行產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用正向設(shè)計(jì)的方法；這是一個(gè)從概念設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的正向設(shè)計(jì)一般流程： 概念設(shè)計(jì) →CAD/CAM系統(tǒng) →制造系統(tǒng)→ 新產(chǎn)品。

但對于復(fù)雜的產(chǎn)品，正向設(shè)計(jì)的方法顯示出了它的不足，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師無法完全預(yù)估產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中會(huì)出現(xiàn)什么樣的狀況，如果每次因?yàn)橐恍┚植康膯栴}而推倒整個(gè)產(chǎn)品重來，不管從時(shí)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的方法。

逆向設(shè)計(jì)通常是根據(jù)正向設(shè)計(jì)概念所產(chǎn)生的產(chǎn)品原始模型或者已有產(chǎn)品來進(jìn)行改良，通過對產(chǎn)生問題的模型進(jìn)行直接的修改、試驗(yàn)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(shè)計(jì)的方法所得到的產(chǎn)品模型，因?yàn)槭怯袑?shí)際的模型參與各種試驗(yàn)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(shí)，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(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)結(jié)合使用。

本書是“BIM技術(shù)及應(yīng)用叢書“中的一本，詳細(xì)介紹了建筑工程設(shè)計(jì)BIM技術(shù)的深度應(yīng)用，即BIM正向設(shè)計(jì)的理想模式，是建筑工程設(shè)計(jì)流程再造與優(yōu)化升級(jí)。全書共14章，包括BIM正向設(shè)計(jì)概述、基于Revit的BIM標(biāo)準(zhǔn)化管理，Revit制圖原理與通用步驟，BIM正向設(shè)計(jì)總體策劃，建筑專業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)專業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)，給水排水專業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)，暖通空調(diào)專業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)，電氣專業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)，專業(yè)配合，管線綜合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程管理與成果交付，設(shè)計(jì)與模型校審，技術(shù)要點(diǎn)。

一般情況下，正向電壓1V左右就可以“擊穿”二極管，此時(shí)稱為正向擊穿，不過我們稱之為不導(dǎo)通。工作于正向偏置的PN結(jié)，當(dāng)通過的電流過大時(shí)，將會(huì)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(dāng)加在PN結(jié)兩端的正向電壓過大時(shí)會(huì)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(dāng)反偏電壓過高時(shí)，將會(huì)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(huì)使擊穿成為永久性的、不可逆的擊穿，從而造成其徹底損壞。