第一，經典的優(yōu)秀工藝面臨失傳的危險，很多制造企業(yè)的關鍵工藝崗位招聘不到年輕人，產業(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，數控機床的質量關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，過去很多工業(yè)建立在勞動密集型基礎上，而在數字化、自動化、智能化的今天，需要重組優(yōu)化工藝。這兩個問題需要產業(yè)鏈中各個企業(yè)加強聯(lián)絡，一起攻關并解決。大批量的產品還涉及模具問題，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計，只有通過一代設計才能真正做好一代產品，才能真正掌握行業(yè)和產業(yè)鏈核心的技術。
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)對國民經濟的貢獻、對改善人民生活質量，對人們追求更美好的生活功不可沒。但現在制造企業(yè)遇到了一定困難，其中最大的問題就是不適應市場的變化。
市場變化主要有四個方面 ：
一是由批量化生產向定制化生產方向發(fā)展 ；二是由單一化產品向多品種方向發(fā)展 ；三是過去研發(fā)、生產產品周期很長，現在產品更新?lián)Q代很快 ；四是過去產品都是大眾化的，現在市場需求高端化的產品，恰恰在高端化產品上我們的設計、研發(fā)、創(chuàng)新能力不足。
制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展包括三個方面 ：
第一，要補短板強鏈發(fā)展。目前無論芯片、數控機床，還是工業(yè)母機等，產業(yè)鏈上存在著很多短板，科學技術部梳理了 35 項補短板技術，其中 34 項跟材料有關。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)的鏈主是在市場經濟中、市場競爭中自然形成的，要把它規(guī)劃出來比較難，行業(yè)領頭羊的產值、創(chuàng)新能力、研發(fā)能力、市場認可程度是關鍵內容，所以只有鏈主的創(chuàng)新才能帶動全鏈的創(chuàng)新。例如，主機廠創(chuàng)新能力很強，可以推出一代又一代新產品，配件廠就要根據主機廠創(chuàng)新的產品不斷更換自己的產品，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)新設計實現創(chuàng)新發(fā)展
只有通過創(chuàng)新設計才能牽引創(chuàng)新發(fā)展，要不斷推出新產品，產品創(chuàng)新設計是制造業(yè)產業(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整個產業(yè)鏈發(fā)展。
創(chuàng)新設計的實現主要體現在三個方面 ：一是材料，即制造基礎 ；二是工藝，即核心技術 ；三是設計，通過產品自主創(chuàng)新設計，才能轉換一代工藝。
產品研發(fā)、產品設計方面也經歷了四個階段，可以說是四種范式。
第一，仿制設計。改革開放初期，很多企業(yè)的產品是仿制設計。
第二，逆向設計，即反求工程。
第三，正向設計。就是從市場需求分析進行研發(fā)，找到任務的源頭，比如老百姓需要什么樣的汽車新產品，企業(yè)需要什么樣的新機床。改革開放過程中，中國的制造業(yè)已經由 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，但還不是關鍵，關鍵是如何從 0 到 1，如何推出新產品。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。正向設計的過程，大致可以分為概念形成、概念設計等環(huán)節(jié)，比如馬斯克的特斯拉電動汽車就是顛覆性創(chuàng)新，他把機電產品做成了一個信息化的產品。原來汽車就是一個機電產品，即機械 + 電控，但現在汽車是信息化產品，成了互聯(lián)網的移動終端。小米要造汽車、百度要造汽車，互聯(lián)網的公司都來造汽車了，有些人質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)網控制的終端，是互聯(lián)網的延伸，所以從概念上進行創(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，實現全過程創(chuàng)新。
第四，創(chuàng)新設計。在正向設計的基礎上，才有可能實現真正的創(chuàng)新設計。把創(chuàng)新的理念和設計過程融合，對機電產品來講，包括新功能、新機構、新結構、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，包括產品需求、功能、結構、物理、工藝、工業(yè)設計、市場創(chuàng)新等。
創(chuàng)新設計有十大關鍵技術 ：
一是創(chuàng)新設計思維與設計智能的認知機理，創(chuàng)新既是一個技術問題，也是一個認知問題，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(guī)律 ；三是創(chuàng)新設計功能、機構與結構映射技術 ；四是產品多部機布局方案自適應匹配技術 ；五是產品結構輕量化設計與拓撲優(yōu)化技術 ；六是產品精度均衡分配與虛擬裝配技術 ；七是產品多學科耦合建模與性能預測技術 ；八是創(chuàng)新設計的快速驗證與三維打印技術 ；九是創(chuàng)新設計知識工程與大數據搜索技術 ；十是創(chuàng)新設計數字孿生虛實映射與仿真技術。我們提出并且已經實現了這十大關鍵技術。
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、電梯產品等領域，我們幫助一批企業(yè)實現了正向設計和創(chuàng)新設計，并且進行了數字化、網絡化、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“求是學者”特聘教授、博士生導師，機械工程學系主任。1987年在華中科技大學獲工學碩士學位，之后在浙江大學數學系獲理學博士學位。1994獲得國家杰出青年科學基金，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、數字化設計與制造等領域的研究.
