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    本刊特稿    
  三向发力,将协同设计转为现实生产力(2020-09)  
企业管理杂志 发布时间:21-02-23        
   

文/刘非  吴兴杰



关键词:协同设计  协同设计系统  协同设计机制  交互方式  知识工厂  CAD

一、什么是协同设计?

     协同设计是在开放环境中围绕任务、要求、条件、问题、困难等因素构建的一个多形态、多方式、多路径的设计模式,通过设计资源配置平台与设计合作机制,实现创新知识共享平台无缝对接与无障碍思维碰撞。上下游在协同中形成高质量与高效率的知识工厂,通过知识聚合反应突破关键技术,取得优秀设计成果。
     根据交互方的时空与协同方式,协同设计可分四类:
     面对面交互:多个协作成员在同一时间、同一地点协同设计;异步交互:多个协作成员在同一地点、不同时间协同设计,共享数据库;异步分布式交互:多个协作成员在不同时间、不同地点协同设计,借助文件管理、E-mail、分布式数据库等提供网络支持;同步分布式交互:多个协作成员在同一时间、不同地点协同设计(难度大)。协同设计有两个技术分支,一是适合大型复杂结构的三维BIM协同,二是适合普通的二维CAD协同。
     协同设计的主要特点有:
聚合性:协同设计机制打破传统设计束缚,将设计从孤立、点状、片面、线性转化为面向全球知识链(网)、产业链(网)、价值链(网)的全链(网)路,在跨地域、跨行业协同设计中碰撞思想,产生设计灵感。
分布性:协同设计人员可能属于同一企业,也可能属于不同企业;同一企业不同部门人员有可能分散在不同地点的计算机网络中。
交互性:协同设计人员交互方式可实时,如协同造型、协同标注;也可异步,如文档设计、变更流程。
动态性:设计开发的速度与难度、人员任务安排、设备处理等随时处于动态变化中。
协作性与冲突性:协同设计涉及庞大且系统的知识结构,为了设计顺畅,保持结果一致,各子任务目标一致,密切协作,群体参与,将合作中的冲突转化为新动能。
活动多样性:协同方案、产品造型、零件工艺、数控编程等活动,通过项目管理,优化任务规划,强化过程监督,提高设计效率。
    
二、协同设计的必要条件
1. 国家层面:政治文明
     国家层面的协同设计之所以有市场层面与社会层面没有的独特优势,是因为政治文明对现代科技的独特作用,超越市场法则与个人得失而将科技人才的智慧无条件地集聚在协同设计领域。这是最高层次也是最大价值的协同设计。
     20世纪五六十年代,中国跨越式的科技创造(以“两弹一星”为代表)得益于政治优势。中国航天集中最精锐的科学家在全国鼎力支持下开启火箭研制大分工协作,推动了发动机系统、自控制系统、通信系统(地面指挥系统、卫星控制系统等)、安全保障系统等各环节的协同设计。这是国家层面的协同设计,内推力在于科学家的无私奉献。集中攻克一个个世界级设计难题,远远优于市场经济里任何先进的协同设计模式。
2. 社会层面:人文环境
     优美的人文环境是协同设计最基础也最关键的要素。知识原创型的协同设计的源动能主要来自知名高校,世界知名实验室则成为协同设计的“领头羊”。良好的人文环境是新设计思想与设计理念的发源地,通过打造学术交流高地,吸引和培养国际一流设计人才。这是协同设计的“杀手锏”。
     协同设计社会层面的核心机制:行业影响力大的社会组织作为牵头单位,根据专业分类建设设计资源配置平台,包括利益分配、风险共担、多模式用人制度、成果转化激励机制、工业设计与技术集成协同机制、企业共享设计成果、协同体内的高校学分互认与实践学分或理论学分互换、区域经济发展与协同设计的内生关系、工业园区的核心竞争力、世界一流的产品设计。
3. 市场层面:市场法则
     协同设计的市场层面有两个表现方式:一是企业方式。例如,华为模式集中全球顶级科学家在企业内部进行革命性创造。二是市场合作方式,即跨国公司的国际协同设计模式。例如,宝洁公司曾聘请全球700名科学家,从事本公司的协同设计。全球市场化协同设计,汇聚全球各具天赋的工程师,打破技术界限、地域界限、时间界限,高效提供定制化设计方案。协同设计系统(Collaborative Design System,CDS)在技术跨界融合中突破设计瓶颈,成为智能制造新引擎。
     基于大数据分析+云计算+区块链的协同设计,是智能设计的“空中加油机”。CDS六大主体:云+团+业+态+链+队。云,即协同设计云平台;团,即拥有科学家、哲学家、工程师在内的研发工程师与项目管理团队;业,即在专业化攻关中形成工业设计+产品技术+智能制造的主业;态,即全球协同设计生态系统,其团队来自全球高等院校、科研机构、工业设计研发中心,等等;链,即全球前100名的顶级制造链、服务链、市场链,通过定制化设计解决客户建立研发团队的高成本与复杂产品研发人员紧缺等困难;队,即CDS的注册设计师与工程师组建的设计队伍,根据需求快捷匹配,柔性动态高效组建“7×24小时”响应机制。


    
三、协同设计的核心竞争力生成机制
1. 构建协同设计生态系统
     协同设计的元本质:谁与谁协同、哪里协同、如何协同,其核心是借助三个层面的创新(市场、社会、国家)分别构成一阶(纯粹经济利益)、二阶(经济利益与人文精神)、三阶(民族精神与国家价值)的逻辑关系(见图1)。基于政治文明+社会文明+市场文明的资源整合,多维度耦合设计需求,构建高水平的协同设计生态系统。
     如图2所示,协同设计三层面的整合资源强度与知识原创高度具有逻辑关系,整体构成梯级化态势。图中p1、p2、p3分别是三条曲线的拐点。协同团队经过磨合、知识积累及多次测试后,突破设计瓶颈,创新设计蓝图,由此产生拐点,这是连续的、非线性的“自飞跃”。协同设计系统在拐点靠“自涨落”实现对称破缺选择,建立知识新结构并进入新的稳定状态。
2. 知识工厂化
     协同设计的关节点是知识工厂化。将原创知识纳入工厂模式,通过探索性研究,突破设计难点,达到最佳设计效果。基于协同语境中的设计逻辑与设计任务及设计团队,构建虚拟化空间与符号化空间的协同关系和多知识跨界、多时空交汇、知识原创化的大设计,实现协同设计工厂化(横向模式与纵向模式)。
     横向协同设计体现快速智能制造理念下的企业集群动态协同设计,具有高、精、尖、广、深的专业化设计特点,能够使资源整合价值最大化。
     纵向协同设计基于科技革命加速并行原理,开发者有超强的战略眼光与系统设计思维方式,一开始就超前考虑产品全生命周期的可能变化因素及应对方式,基于最新知识保证产品设计与工艺设计及制造的一次成功。
     同步协同设计(纵横结合),是基于互联网下借助大数据分析+云计算+区块链紧密耦合的协同设计,跨地域、跨行业的多设计群组在相同时间通过共享工作空间开创性设计。设计者迅速精准地自校正设计问题并修正设计缺陷。这是航天、航空等领域超大协同设计的最佳方式,体现系统论基本原理。
3. 设计过程智能化
     三维可视化协同设计,是以三维数字技术为基础,以三维CAD设计软件为载体,由不同专业人员组建跨界设计团队,在同一平台沟通设计思路,共享知识,实现智慧化协同设计的过程。
     协同设计流水线工作机制,是基于设计者的信任、共享、交流,以折衷、补充的方式,快速优化所形成的统一设计与管控标准。设计概念、思路、突破口、图层、颜色、线型、打印样式、设计成果等均有规范的实施流程,以便减少专业间及内部因沟通不畅或沟通不及时所导致的偏差。协同设计系统的被控参数、控制参数、系统输入、扰动因素、输入量与输出量的关系,构成知识链与问题链,有助于提高设计效率、设计质量和设计水平。
4. 攻克设计难关
     为了攻克设计难关,设计工程将面向全球跨地域、跨专业、跨文化进行专业深度化的大协同与大创新。协同设计抓住设计这一专业通用语言,将原创知识聚合到设计理念创造与设计思维创新上,推动跨学科、跨领域的多维度突破性设计创新。工业设计的知识原创来自智慧大聚合,形成百川归海的知识格局。哲学、历史学、社会学、艺术学、美学、经济学与自然科学等相关领域在纵横交错中大融合与大设计;民族文化、地域文化、时代文化、公司文化、产品文化⋯⋯在协同设计这一“通用语言”中找到共同话题与设计灵感;设计相关领域的顶级人才的核聚变式的智慧聚合反应,产生思想火花,集体攻关尖端设计。
5. 形成价值闭环
     依托价值互联网的原创造,形成协同设计价值闭环,优化协同设计流程;协同设计原创性与高附加值创意将用户经验转化为设计前端激励因素,成为协同设计的关键元素,提高客户价值转化率。基于大数据分析的设计新思想,在立即验证与快速迭代中得以优化升级,开创性设计高品质的差异化产品或服务;跨地域、跨行业协同设计与智慧集合效应,解决设计瓶颈,降低开发成本、缩短开发时间、快速响应竞争;面向全球不同文化、习俗、习惯,进行个性化+人性化+伦理化设计,构建不同国度、不同行业、不同文化、不同课题的跨界合作机制与创造机制,创造最大设计价值。
6. 全面提升设计水平
     智能时代的设计包含传统产品设计,也包含产品设计的工业伦理、文明意义、工艺规程设计、工艺装备准备、结构分析、开放式接口设置、未来预判。此外,还包含人性化与道德理念,将文化元素特别是人类伦理融入其中,体现美学内涵,增强产品的艺术价值与文明意义。未来设计的内涵越来越丰富,设计人员多学科化,全流程参与,面向产品设计不同侧面,提供多维度的专业评价,提高协同设计的智慧含量、伦理与美学意义,在丰富设计内涵的同时提升设计水平。
    
四、协同设计的实施路径
1. 国家层面的协同设计
     基于国家使命的协同设计,民族精神产生设计力量。要把握好这几点:一是国家战略规划,如“十四五”规划,明确未来国家急需的重大设计任务;二是牵头部门,一般是代表国家水平与实力的特大型企业,尤其是国际领先的设计单位或制造企业;三是专项协同设计任务清单,主要来自国家重大工程项目;四是组建跨行业、跨专业的高、精、尖的国家设计队伍;五是创新公共政策特别是人才政策,创造大聚合与大设计的制度环境和运行机制。六是国家荣誉制度,奖励为国家作出特殊贡献的设计大师。
2. 社会层面的协同设计
     基于区域战略高度的协同设计,是各级政府高度关注的发展引擎。社会层面的协同设计的落脚点是工业园区。
     协同设计是工业园区的核心竞争力与源动能。以工业园区为基地,开展社会层面的协同设计:一是创新园区协同设计的制度与机制,核心是以混合所有制为基石的全球开放式人才聚合机制与国际市场一体化机制;二是将园区支柱企业作为牵头部门,形成内外开放合作平台,并凭借园区产业升级产生内生力;三是依据工业园区的战略定位、区位优势及资源禀赋,细化设计任务清单;四是面向全社会特别是世界一流学府的知名实验室,引进世界顶级设计大师;五是由知名高校牵头并与政府共建工业设计院与工业设计创新园;六是构建大学生创新实践与创业孵化体系的人才培养模式,开放灵活的合作机制;七是打造智能化、生态化、文化化、高效率的协同设计生态系统;八是将园区产业升级与产品创新建立在世界一流的协同设计上,在自主创新中加快中国产业高端化。
3. 市场层面的协同设计
     基于单个企业的市场化协同设计,必须是行业顶尖企业,且自身科技实力强劲,才有可能独立支撑协同设计所需的全球资源整合平台,但这类企业凤毛麟角。为了满足大量企业的设计需要,按照市场规则组建第三方设计公司——整体设计解决方案提供商。技术资源雄厚、设计经验丰富的第三方设计平台,可以整合全球设计资源,最大化满足企业设计需求,并且,其开放的设计团队,按照虚拟企业模式便可获得订单。这类公司定位精准、前景广阔,能够弥补设计市场的空白,成为市场化协同设计的主阵地。■


主要参考文献
[1] 于景元.系统科学和系统工程的发展与应用[J].钱学森研究,2019(2):99-124.
[2] 李恒威,王昊晟.心智的生命观及其对人功智能奇点论的批判[J].哲学研究,2019(6):73-85.
[3] 吴兴杰.历史唯物主义视域下的人工智能反思[J].马克思主义哲学论丛.2019(3):79-91.
[4] 吴兴杰.哲思新论[M].上海:学林出版社,2009:25-49.
作者单位
刘非 招商基金管理有限公司
吴兴杰 中国管理科学研究院
编辑 何媛媛
 

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