计算机能思维吗,为什么 方案解读：当正向设计“遇见”增材制造(6)

对于设计技术子系统的发展进化，可以参照上文阐述的正向设计能力成熟度提升过程，其核心是产品、材料和工艺的一体化设计。

对于制造技术子系统的发展进化，从人类早期石器时代的原始减材制造，到青铜和铁器时代的原始等材制造，再到近代发端于两次工业革命开始的现代减材制造和等材制造并行发展的时期，然后到本世纪初开始进入工业应用的增材制造时期，进而迈向以增材思维实现设计与制造融合并且增材、等材、减材、微纳、仿生等制造唇齿相依工艺融合的新时代（图11）。

图11 人类生产模式和制造技术的螺旋上升式发展[10]

鉴于工业化（产业化）->制造业转型升级->设计制造一体化->正向设计->增材思维和增材制造之间的目的手段关系，即“设计制造一体化”完全应和了工业化（产业化）的本质，基于增材思维的增材制造技术体系代表了人工物理系统由低级向高级的进化方向。所以，我们在“正向设计”的定义中强调“以增材思维和增材技术为抓手”，强调增材思维和技术是提升设计制造一体化能力的抓手，并将“提升人工物理系统的设计制造一体化能力”作为正向设计能力建设的三大目标之一。

2.1.3 工业再设计及工业再制造

作为正向设计的业务场景之一，工业再设计的定义中给出了具体的技术手段——“按照价值、功能和能量的观点”、“以效法自然的方式”和“利用计算机辅助创新、仿真优化、增材制造、等材制造等突破性新技术、新工艺、新材料重新设计......”。

价值的观点，核心理念是TRIZ理论技术系统进化趋势之首的提高理想度趋势，方法工具包括TRIZ理论技术系统进化趋势体系、价值工程以及TRL、MRL、IRL、SRL等各种成熟度评价方法。

功能的观点，是工程实践的基本观点，处于人工物理系统本体模型的核心地位（图12）。它不但是TRIZ理论和德语学派设计方法学所强调的观点，是系统分析、物理效应知识库和技术创新解决方案知识库的基石，也是世界各国公认的发明专利制度中专利分类、专利申请中的权利要求保护范围策划、专利审查的创造性判断、专利纠纷中等同侵权判断等共同采用的技术观点。与功能观点相对的是，产品结构的观点、领域或行业的观点。功能观点的优势在于，打破行业、学科领域和产品门类的思维定势和壁垒，实现他山之石可以攻玉。在我们的整体解决方案中，功能的观点也是基石之一，面向产品、材料和工艺一体化设计的功能本体模型如图13所示。

图12人工物理系统的本体模型（部分）[19]

图13 功能的本体模型[19]

能量的观点，核心理念是面向可持续发展的目标，应和生态设计和绿色制造的要求，提升人工物理系统中能量流的品质，方法工具包括TRIZ理论技术系统进化趋势中的流增强趋势和能量传递趋势，以及分析等。

效法自然的方式，是指道法自然、向生物学习、向自然界学习，利用新颖的受生物启发而来的合成策略和源于自然的仿生原理来设计超常结构，合成有机、无机、有机-无机杂化结构材料和功能材料（图14，图15）。正如TRIZ理论的物理效应知识库和技术创新解决方案知识库是对人类工程实践的科学总结；自古以来, 自然界同样也是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。大自然是人类伟大的老师，向自然学习是高水平的逆向设计（图6）+正向设计，在这里，逆向设计（效法自然）同样只是手段，正向设计是目的。

图14 效法自然的仿生设计和制造[20]

图15 骨骼和竹子从宏观到微观的结构[21]

工业再设计定义中给出的这些技术手段同样适用于正向设计。

如果说智能制造是两化融合的主攻方向，综合集成是企业信息化建设的主要内容、是两化融合的难点重点和突破点，那么可以说正向设计是制造业转型升级的主攻方向、是实现《中国制造2025》三步规划所需要找到、设计、践行的适合未来长期可持续发展的最长一块板、是企业核心竞争力建设的主要内容，而工业再设计则是针对当前最薄弱短板的应急性行动、是现阶段工业化补课的突破口、也是两化融合针对生态设计和绿色制造的另一突破口。[2]

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