第一，經(jīng)典的優(yōu)秀工藝面臨失傳的危險，很多制造企業(yè)的關(guān)鍵工藝崗位招聘不到年輕人，產(chǎn)業(yè)工人平均年齡逐步老化，特別是上海、杭州、北京這類(lèi)城市。例如，數控機床的質(zhì)量關(guān)鍵就是機床的切合面，切合面要保持良好的潤滑性能和接觸性能，需要刮、削、碾磨等工藝，這些工藝都面臨失傳的危險。
第二，過(guò)去很多工業(yè)建立在勞動(dòng)密集型基礎上，而在數字化、自動(dòng)化、智能化的今天，需要重組優(yōu)化工藝。這兩個(gè)問(wèn)題需要產(chǎn)業(yè)鏈中各個(gè)企業(yè)加強聯(lián)絡(luò )，一起攻關(guān)并解決。大批量的產(chǎn)品還涉及模具問(wèn)題，如模具的可靠性、可用性、長(cháng)壽性、耐磨性等，很多問(wèn)題還沒(méi)有完全解決。所有這些問(wèn)題都需要一代設計，只有通過(guò)一代設計才能真正做好一代產(chǎn)品，才能真正掌握行業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈核心的技術(shù)。
改革開(kāi)放 40 多年來(lái)，我國制造業(yè)取得了很大成就，制造業(yè)對國民經(jīng)濟的貢獻、對改善人民生活質(zhì)量，對人們追求更美好的生活功不可沒(méi)。但現在制造企業(yè)遇到了一定困難，其中最大的問(wèn)題就是不適應市場(chǎng)的變化。
市場(chǎng)變化主要有四個(gè)方面 ：
一是由批量化生產(chǎn)向定制化生產(chǎn)方向發(fā)展 ；二是由單一化產(chǎn)品向多品種方向發(fā)展 ；三是過(guò)去研發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品周期很長(cháng)，現在產(chǎn)品更新?lián)Q代很快 ；四是過(guò)去產(chǎn)品都是大眾化的，現在市場(chǎng)需求高端化的產(chǎn)品，恰恰在高端化產(chǎn)品上我們的設計、研發(fā)、創(chuàng )新能力不足。
制造業(yè)創(chuàng )新發(fā)展包括三個(gè)方面 ：
第一，要補短板強鏈發(fā)展。目前無(wú)論芯片、數控機床，還是工業(yè)母機等，產(chǎn)業(yè)鏈上存在著(zhù)很多短板，科學(xué)技術(shù)部梳理了 35 項補短板技術(shù)，其中 34 項跟材料有關(guān)。第二，除了補短板還要揚長(cháng)板，把優(yōu)勢發(fā)揮出來(lái)。第三，鏈主創(chuàng )新帶動(dòng)全鏈創(chuàng )新，制造業(yè)的鏈主是在市場(chǎng)經(jīng)濟中、市場(chǎng)競爭中自然形成的，要把它規劃出來(lái)比較難，行業(yè)領(lǐng)頭羊的產(chǎn)值、創(chuàng )新能力、研發(fā)能力、市場(chǎng)認可程度是關(guān)鍵內容，所以只有鏈主的創(chuàng )新才能帶動(dòng)全鏈的創(chuàng )新。例如，主機廠(chǎng)創(chuàng )新能力很強，可以推出一代又一代新產(chǎn)品，配件廠(chǎng)就要根據主機廠(chǎng)創(chuàng )新的產(chǎn)品不斷更換自己的產(chǎn)品，不斷更換工藝和模具，所以鏈主創(chuàng )新會(huì )帶動(dòng)全鏈創(chuàng )新。
通過(guò)創(chuàng )新設計實(shí)現創(chuàng )新發(fā)展
只有通過(guò)創(chuàng )新設計才能牽引創(chuàng )新發(fā)展，要不斷推出新產(chǎn)品，產(chǎn)品創(chuàng )新設計是制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng )新發(fā)展的龍頭，制造企業(yè)要抓住這個(gè)龍頭才能促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
創(chuàng )新設計的實(shí)現主要體現在三個(gè)方面 ：一是材料，即制造基礎 ；二是工藝，即核心技術(shù) ；三是設計，通過(guò)產(chǎn)品自主創(chuàng )新設計，才能轉換一代工藝。
產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品設計方面也經(jīng)歷了四個(gè)階段，可以說(shuō)是四種范式。
第一，仿制設計。改革開(kāi)放初期，很多企業(yè)的產(chǎn)品是仿制設計。
第二，逆向設計，即反求工程。
第三，正向設計。就是從市場(chǎng)需求分析進(jìn)行研發(fā)，找到任務(wù)的源頭，比如老百姓需要什么樣的汽車(chē)新產(chǎn)品，企業(yè)需要什么樣的新機床。改革開(kāi)放過(guò)程中，中國的制造業(yè)已經(jīng)由 1 做到了 100，現在很多地方熱衷于把 100做成 200，GDP 要翻一番。這當然很好，也是必要的，但還不是關(guān)鍵，關(guān)鍵是如何從 0 到 1，如何推出新產(chǎn)品。正向設計包括設計概念正向生成、設計信息正向傳播、設計性能正向預測。正向設計的過(guò)程，大致可以分為概念形成、概念設計等環(huán)節，比如馬斯克的特斯拉電動(dòng)汽車(chē)就是顛覆性創(chuàng )新，他把機電產(chǎn)品做成了一個(gè)信息化的產(chǎn)品。原來(lái)汽車(chē)就是一個(gè)機電產(chǎn)品，即機械 + 電控，但現在汽車(chē)是信息化產(chǎn)品，成了互聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)終端。小米要造汽車(chē)、百度要造汽車(chē)，互聯(lián)網(wǎng)的公司都來(lái)造汽車(chē)了，有些人質(zhì)疑是不是跨界太大了？其實(shí)不然，這些企業(yè)是把汽車(chē)看成互聯(lián)網(wǎng)控制的終端，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，所以從概念上進(jìn)行創(chuàng )新很重要。正向設計從概念形成、概念設計、功能設計、整機設計、布局設計、結構設計、裝配設計、精度設計、性能設計、工藝設計等方面，實(shí)現全過(guò)程創(chuàng )新。
第四，創(chuàng )新設計。在正向設計的基礎上，才有可能實(shí)現真正的創(chuàng )新設計。把創(chuàng )新的理念和設計過(guò)程融合，對機電產(chǎn)品來(lái)講，包括新功能、新機構、新結構、新外觀(guān)、新材料、新工藝、新原理，等等。其中最重要的是新原理的創(chuàng )新，包括產(chǎn)品需求、功能、結構、物理、工藝、工業(yè)設計、市場(chǎng)創(chuàng )新等。
創(chuàng )新設計有十大關(guān)鍵技術(shù) ：
一是創(chuàng )新設計思維與設計智能的認知機理，創(chuàng )新既是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，也是一個(gè)認知問(wèn)題，包括認知的高度、視野、前瞻性、獨創(chuàng )性等 ；二是創(chuàng )新設計概念的表達與正向傳遞規律 ；三是創(chuàng )新設計功能、機構與結構映射技術(shù) ；四是產(chǎn)品多部機布局方案自適應匹配技術(shù) ；五是產(chǎn)品結構輕量化設計與拓撲優(yōu)化技術(shù) ；六是產(chǎn)品精度均衡分配與虛擬裝配技術(shù) ；七是產(chǎn)品多學(xué)科耦合建模與性能預測技術(shù) ；八是創(chuàng )新設計的快速驗證與三維打印技術(shù) ；九是創(chuàng )新設計知識工程與大數據搜索技術(shù) ；十是創(chuàng )新設計數字孿生虛實(shí)映射與仿真技術(shù)。我們提出并且已經(jīng)實(shí)現了這十大關(guān)鍵技術(shù)。
在超大型低能耗空分裝備設計、高端數控機床正向設計、大噸位液壓機、電梯產(chǎn)品等領(lǐng)域，我們幫助一批企業(yè)實(shí)現了正向設計和創(chuàng )新設計，并且進(jìn)行了數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化的轉型。
原文刊載于《企業(yè)管理》2023年5月 作者：中國工程院院士、浙江大學(xué)求是特聘教授 譚建榮
作者簡(jiǎn)介
譚建榮，中國工程院院士，浙江大學(xué)“求是學(xué)者”特聘教授、博士生導師，機械工程學(xué)系主任。1987年在華中科技大學(xué)獲工學(xué)碩士學(xué)位，之后在浙江大學(xué)數學(xué)系獲理學(xué)博士學(xué)位。1994獲得國家杰出青年科學(xué)基金，2007年當選中國工程院院士。譚建榮主要從事機械設計及理論、計算機輔助設計與圖形學(xué)、數字化設計與制造等領(lǐng)域的研究.
