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、北京這類城市。例如，數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量關(guān)鍵就是機(jī)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，過去很多工業(yè)建立在勞動密集型基礎(chǔ)上，而在數(shù)字化、自動化、智能化的今天，需要重組優(yōu)化工藝。這兩個問題需要產(chǎn)業(yè)鏈中各個企業(yè)加強聯(lián)絡(luò)，一起攻關(guān)并解決。大批量的產(chǎn)品還涉及模具問題，如模具的可靠性、可用性、長壽性、耐磨性等，很多問題還沒有完全解決。所有這些問題都需要一代設(shè)計，只有通過一代設(shè)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)。
改革開放 40 多年來，我國制造業(yè)取得了很大成就，制造業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)、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。但現(xiàn)在制造企業(yè)遇到了一定困難，其中最大的問題就是不適應(yīng)市場的變化。
市場變化主要有四個方面 ：
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 ；三是過去研發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品周期很長，現(xiàn)在產(chǎn)品更新?lián)Q代很快 ；四是過去產(chǎn)品都是大眾化的，現(xiàn)在市場需求高端化的產(chǎn)品，恰恰在高端化產(chǎn)品上我們的設(shè)計、研發(fā)、創(chuàng)新能力不足。
制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展包括三個方面 ：
第一，要補短板強鏈發(fā)展。目前無論芯片、數(shù)控機(jī)床，還是工業(yè)母機(jī)等，產(chǎn)業(yè)鏈上存在著很多短板，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板，把優(yōu)勢發(fā)揮出來。第三，鏈主創(chuàng)新帶動全鏈創(chuàng)新，制造業(yè)的鏈主是在市場經(jīng)濟(jì)中、市場競爭中自然形成的，要把它規(guī)劃出來比較難，行業(yè)領(lǐng)頭羊的產(chǎn)值、創(chuàng)新能力、研發(fā)能力、市場認(rèn)可程度是關(guān)鍵內(nèi)容，所以只有鏈主的創(chuàng)新才能帶動全鏈的創(chuàng)新。例如，主機(jī)廠創(chuàng)新能力很強，可以推出一代又一代新產(chǎn)品，配件廠就要根據(jù)主機(jī)廠創(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)新會帶動全鏈創(chuàng)新。
通過創(chuàng)新設(shè)計實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展
只有通過創(chuàng)新設(shè)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(shè)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)要抓住這個龍頭才能促進(jìn)整個產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
創(chuàng)新設(shè)計的實現(xiàn)主要體現(xiàn)在三個方面 ：一是材料，即制造基礎(chǔ) ；二是工藝，即核心技術(shù) ；三是設(shè)計，通過產(chǎn)品自主創(chuàng)新設(shè)計，才能轉(zhuǎn)換一代工藝。
產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計方面也經(jīng)歷了四個階段，可以說是四種范式。
第一，仿制設(shè)計。改革開放初期，很多企業(yè)的產(chǎn)品是仿制設(shè)計。
第二，逆向設(shè)計，即反求工程。
第三，正向設(shè)計。就是從市場需求分析進(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新產(chǎn)品，企業(yè)需要什么樣的新機(jī)床。改革開放過程中，中國的制造業(yè)已經(jīng)由 1 做到了 100，現(xiàn)在很多地方熱衷于把 100做成 200，GDP 要翻一番。這當(dāng)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(shè)計包括設(shè)計概念正向生成、設(shè)計信息正向傳播、設(shè)計性能正向預(yù)測。正向設(shè)計的過程，大致可以分為概念形成、概念設(shè)計等環(huán)節(jié)，比如馬斯克的特斯拉電動汽車就是顛覆性創(chuàng)新，他把機(jī)電產(chǎn)品做成了一個信息化的產(chǎn)品。原來汽車就是一個機(jī)電產(chǎn)品，即機(jī)械 + 電控，但現(xiàn)在汽車是信息化產(chǎn)品，成了互聯(lián)網(wǎng)的移動終端。小米要造汽車、百度要造汽車，互聯(lián)網(wǎng)的公司都來造汽車了，有些人質(zhì)疑是不是跨界太大了？其實不然，這些企業(yè)是把汽車看成互聯(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(shè)計從概念形成、概念設(shè)計、功能設(shè)計、整機(jī)設(shè)計、布局設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配設(shè)計、精度設(shè)計、性能設(shè)計、工藝設(shè)計等方面，實現(xiàn)全過程創(chuàng)新。
第四，創(chuàng)新設(shè)計。在正向設(shè)計的基礎(chǔ)上，才有可能實現(xiàn)真正的創(chuàng)新設(shè)計。把創(chuàng)新的理念和設(shè)計過程融合，對機(jī)電產(chǎn)品來講，包括新功能、新機(jī)構(gòu)、新結(jié)構(gòu)、新外觀、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(jié)構(gòu)、物理、工藝、工業(yè)設(shè)計、市場創(chuàng)新等。
創(chuàng)新設(shè)計有十大關(guān)鍵技術(shù) ：
一是創(chuàng)新設(shè)計思維與設(shè)計智能的認(rèn)知機(jī)理，創(chuàng)新既是一個技術(shù)問題，也是一個認(rèn)知問題，包括認(rèn)知的高度、視野、前瞻性、獨創(chuàng)性等 ；二是創(chuàng)新設(shè)計概念的表達(dá)與正向傳遞規(guī)律 ；三是創(chuàng)新設(shè)計功能、機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)映射技術(shù) ；四是產(chǎn)品多部機(jī)布局方案自適應(yīng)匹配技術(shù) ；五是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與拓?fù)鋬?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(yù)測技術(shù) ；八是創(chuàng)新設(shè)計的快速驗證與三維打印技術(shù) ；九是創(chuàng)新設(shè)計知識工程與大數(shù)據(jù)搜索技術(shù) ；十是創(chuàng)新設(shè)計數(shù)字孿生虛實映射與仿真技術(shù)。我們提出并且已經(jīng)實現(xiàn)了這十大關(guān)鍵技術(shù)。
在超大型低能耗空分裝備設(shè)計、高端數(shù)控機(jī)床正向設(shè)計、大噸位液壓機(jī)、電梯產(chǎn)品等領(lǐng)域，我們幫助一批企業(yè)實現(xiàn)了正向設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計，并且進(jìn)行了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)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(dǎo)師，機(jī)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(shù)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(dāng)選中國工程院院士。譚建榮主要從事機(jī)械設(shè)計及理論、計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)、數(shù)字化設(shè)計與制造等領(lǐng)域的研究.
