長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)高端裝備的研發(fā)主要采用跟隨仿制的策略。我國(guó)多數(shù)工業(yè)企業(yè)只具備逆向工程能力，難以產(chǎn)生創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的功能和性能遠(yuǎn)不及仿制對(duì)象。更為嚴(yán)重的是，長(zhǎng)期跟蹤仿制和逆向設(shè)計(jì)形成了基因性后遺癥，科技人員普遍存在害怕創(chuàng)新的保守心態(tài)，整個(gè)工業(yè)體系缺乏產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)的理論和實(shí)踐，甚至對(duì)正向設(shè)計(jì)的理解都一知半解，似是而非。?

什么是正向設(shè)計(jì)?

美國(guó)科學(xué)家PAUL ROOK 1980年提出軟件工程V模型，目的是減小BUG和ERROR出現(xiàn)的概率。V模型是對(duì)瀑布模型的修正，強(qiáng)調(diào)了驗(yàn)證活動(dòng)，它反映了測(cè)試活動(dòng)與分析和設(shè)計(jì)的關(guān)系。如圖1（a）所示。

圖1.復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程?

系統(tǒng)工程科學(xué)家們認(rèn)為PAUL ROOK提出的V模型適合于普適系統(tǒng)工程（其實(shí)，軟件工程本身就是一種系統(tǒng)工程過(guò)程），于是就將此模型修訂為系統(tǒng)工程V模型，反映了系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)過(guò)程。不同系統(tǒng)工程學(xué)派、企業(yè)和機(jī)構(gòu)的研究與實(shí)踐所采用的V模型具有一定差異，這些模型具有不同的流程邊界劃分方式，某些流程活動(dòng)名稱相似但內(nèi)涵不同。我們綜合系統(tǒng)工程的經(jīng)典理論和在中國(guó)企業(yè)的實(shí)踐，提出了如圖1（b）所示的系統(tǒng)工程V模型。

表1給出了產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程V模型的說(shuō)明。其中，第1至9是系統(tǒng)工程內(nèi)部流程，而第0（涉眾需求）和第10（系統(tǒng)驗(yàn)收）則是對(duì)外流程?？紤]到各學(xué)派和不同實(shí)踐中所用名稱的差異，本表也給出了相似過(guò)程的其他常見名稱。

表1. 系統(tǒng)工程V模型說(shuō)明

序號(hào)	過(guò)程名稱	主要內(nèi)容	其他常見名稱
0	涉眾需求	利益相關(guān)者的需求，包括用例想定、使命任務(wù)和使用構(gòu)想等。	利益相關(guān)者期望
1	需求定義	匯總所有利益相關(guān)者的輸入，并將它們轉(zhuǎn)化為技術(shù)需求。	需求建模、需求分析
2	功能分解	獲取邏輯解決方案的過(guò)程，用于進(jìn)一步理解已定義需求和需求間的關(guān)系。	邏輯分解、功能架構(gòu)、功能分析、功能分配
3	系統(tǒng)綜合	將需求定義和功能分解的輸出，轉(zhuǎn)化為可選解決方案和確定最終解決方案的過(guò)程。	方案設(shè)計(jì)、物理架構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)
4	物理設(shè)計(jì)	最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分解結(jié)構(gòu)中底層系統(tǒng)組件方案的過(guò)程。系統(tǒng)組件可以是新設(shè)計(jì)、采購(gòu)或重用。	詳細(xì)設(shè)計(jì)
5	工藝試制	單機(jī)設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和加工等，形成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中指定的所有單機(jī)設(shè)備。本書在有些情況也將工藝與試制分為兩個(gè)活動(dòng)。	產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)
6	部件驗(yàn)證	針對(duì)零部件、單機(jī)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)符合設(shè)計(jì)預(yù)期。	部件試驗(yàn)
7	系統(tǒng)集成	將底層系統(tǒng)組件轉(zhuǎn)化為高層系統(tǒng)組件的過(guò)程。	綜合集成
8	系統(tǒng)驗(yàn)證	確認(rèn)系統(tǒng)組件與設(shè)計(jì)初衷相符，即回答“是否做對(duì)？”
9	系統(tǒng)確認(rèn)	回答“是否設(shè)計(jì)了正確產(chǎn)品？”
10	系統(tǒng)驗(yàn)收	將系統(tǒng)交付用戶的過(guò)程，包括產(chǎn)品、技術(shù)和資料的交付轉(zhuǎn)讓。	系統(tǒng)交付

如圖1-6（b）所示，理想產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的起點(diǎn)是涉眾需求，經(jīng)過(guò)需求定義、功能分解、系統(tǒng)綜合、物理設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品試制、部件驗(yàn)證、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)驗(yàn)證和系統(tǒng)確認(rèn)等階段，最后完成產(chǎn)品的驗(yàn)收。該模型有兩個(gè)特點(diǎn)：1）是標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)稱模型；2）設(shè)計(jì)的起點(diǎn)很高。

一個(gè)完整的正向設(shè)計(jì)過(guò)程必須是從涉眾需求開始，正確完整地走完V模型，任何一個(gè)子過(guò)程都不應(yīng)該將就甚至省略。V模型的左半邊是產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)過(guò)程，右邊部分是產(chǎn)品交付，同時(shí)又是對(duì)左邊相應(yīng)部分的驗(yàn)證。如果驗(yàn)證出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)檢查左邊等高的相應(yīng)流程進(jìn)行修正。這個(gè)過(guò)程稱為“正向設(shè)計(jì)”，而圖2（左）則是正向設(shè)計(jì)模型。

圖2.基于V模型的正向設(shè)計(jì)和逆向工程?

但通常來(lái)說(shuō)，企業(yè)發(fā)展歷程都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)逆向工程過(guò)程。產(chǎn)品設(shè)計(jì)起始點(diǎn)不是涉眾需求，而是從V模型中間某個(gè)點(diǎn)開始，如圖2（右）所示?！拔锢碓O(shè)計(jì)”是中國(guó)企業(yè)的常見起點(diǎn)，本階段仿照已經(jīng)存在的產(chǎn)品，完成圖紙繪制，進(jìn)入試制和驗(yàn)證各階段，完成產(chǎn)品交付或推向市場(chǎng)。V模型的右邊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，由于沒有左邊可對(duì)應(yīng)，所以只能回溯到前一階段查詢和解決問(wèn)題。當(dāng)回溯到物理設(shè)計(jì)階段仍然解決不了問(wèn)題時(shí)，就會(huì)成為永遠(yuǎn)的問(wèn)題。清醒的企業(yè)會(huì)有意識(shí)地研究物理設(shè)計(jì)之前的各個(gè)過(guò)程，追溯和還原仿制對(duì)象的本源，當(dāng)然，這樣只能還原部分本源。以上的過(guò)程我們稱為“逆向工程”，圖2（右）則是逆向工程模型。相對(duì)正向設(shè)計(jì)，逆向工程模型也有兩個(gè)特點(diǎn)：1）是不對(duì)稱的殘缺模型；2）設(shè)計(jì)起點(diǎn)較低。

逆向工程是一個(gè)跟蹤仿制的模型，由于缺少需求定義、功能分解和系統(tǒng)綜合三個(gè)重要的子過(guò)程，所以很難對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大幅度創(chuàng)新。因此，只有正向設(shè)計(jì)體系才為我們提供架構(gòu)性和顛覆性創(chuàng)新，最高超的仿制也只能產(chǎn)生最好的二流產(chǎn)品。

二、正向設(shè)計(jì)能級(jí)?

依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的起點(diǎn)可以評(píng)判一家企業(yè)的設(shè)計(jì)能力。從V模型的哪個(gè)階段入手設(shè)計(jì)產(chǎn)品，基本可以斷定該企業(yè)的設(shè)計(jì)能力就是這個(gè)起點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的能級(jí)。這樣，可以把企業(yè)設(shè)計(jì)能級(jí)（成熟度）分為五級(jí)：仿制級(jí)、逆向級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、正向級(jí)和自由級(jí)，如圖3所示。各級(jí)別的總體特征描述如下：

能級(jí)一：仿制級(jí)。本等級(jí)的定位是：基于現(xiàn)有圖紙的制造?？傮w特征為：對(duì)產(chǎn)品的物理設(shè)計(jì)參數(shù)有清晰的理解，具有工藝設(shè)計(jì)能力，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品可做少量改進(jìn)；

能級(jí)二：逆向級(jí)。本等級(jí)的定位是：基于現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)?？傮w特征為：對(duì)產(chǎn)品的系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)作邏輯具有清晰的理解，可以根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品或系統(tǒng)可進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)形成“新產(chǎn)品”或“新系統(tǒng)”?

圖3.企業(yè)正向設(shè)計(jì)能級(jí)?

能級(jí)三：系統(tǒng)級(jí)。本等級(jí)的定位是：基于系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。總體特征為：對(duì)產(chǎn)品或系統(tǒng)的功能架構(gòu)具有清晰的理解，根據(jù)功能架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真，可以對(duì)物理產(chǎn)品的參數(shù)提出清晰的要求，必要時(shí)可進(jìn)行物理設(shè)計(jì)；

能級(jí)四：正向級(jí)。本等級(jí)的定位是：基于功能分析的設(shè)計(jì)?？傮w特征為：對(duì)產(chǎn)品或系統(tǒng)的技術(shù)需求和指標(biāo)具有清晰的理解，可以根據(jù)技術(shù)需求進(jìn)行功能分解與分析，進(jìn)而進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真，對(duì)物理產(chǎn)品的參數(shù)提出清晰的要求，必要時(shí)可進(jìn)行物理設(shè)計(jì)。從本級(jí)別開始，研發(fā)過(guò)程呈現(xiàn)出正向設(shè)計(jì)的特征。

能級(jí)五：自由級(jí)。本等級(jí)的定位是：基于用戶需求的設(shè)計(jì)?？傮w特征為：具有完全和自由的正向設(shè)計(jì)能力，可以從客戶需求（涉眾需求）進(jìn)行技術(shù)需求的深入開發(fā)和確認(rèn)，形成產(chǎn)品或系統(tǒng)的指標(biāo)體系，根據(jù)技術(shù)需求和指標(biāo)進(jìn)行功能的分解和分析，進(jìn)而進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，對(duì)物理產(chǎn)品的參數(shù)提出清晰的要求，必要時(shí)可進(jìn)行物理設(shè)計(jì)。

三、正向設(shè)計(jì)姍姍來(lái)遲

正向設(shè)計(jì)雖然是產(chǎn)品的創(chuàng)新創(chuàng)造的必備過(guò)程，但實(shí)施起來(lái)并不容易。無(wú)論是工具、過(guò)程、能力還是管理體系，相對(duì)于逆向工程體系都是巨大跨越。因此，雖然國(guó)家工業(yè)體系一直對(duì)此保持著認(rèn)知，一直呼吁高質(zhì)量發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級(jí)和創(chuàng)新發(fā)展，但在投入產(chǎn)出比掂量不清和得過(guò)且過(guò)的氛圍下，一直沒有成為工業(yè)主流。

但今天的中國(guó)已經(jīng)不允許我們?cè)倬S持逆向工程道路，其已成為國(guó)家和工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國(guó)際勢(shì)力不失時(shí)機(jī)地啟動(dòng)打壓戰(zhàn)略，對(duì)本國(guó)先進(jìn)技術(shù)的封鎖到達(dá)了前所未有的程度，國(guó)際一流的可仿制對(duì)象也不可能再輕易進(jìn)入中國(guó)。其實(shí)，中國(guó)工業(yè)水平自身的發(fā)展，使得國(guó)際上可仿制的工業(yè)品本身就越來(lái)越少。

所以，我國(guó)工業(yè)體系走正向設(shè)計(jì)道路，不僅是外力使然，更是內(nèi)生需求。前文提到，自2019年起，中國(guó)人均GDP超過(guò)一萬(wàn)美金，意味著中國(guó)進(jìn)入中等收入國(guó)家，也面臨中等收入陷阱，必須從要素驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式轉(zhuǎn)型創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)模式，才能跨越陷阱，進(jìn)入下一個(gè)發(fā)展賽道。自主創(chuàng)新的關(guān)鍵就是要建立正向設(shè)計(jì)體系。過(guò)去，我們一直強(qiáng)調(diào)和呼喚正向設(shè)計(jì)而不得，但在當(dāng)前局面下，這已不再只是美好生活的一個(gè)選項(xiàng)，而是中國(guó)工業(yè)活下去的剛需。

所以，逆向工程模式已經(jīng)完成了歷史使命，正向設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。于是，二十一世紀(jì)的第三個(gè)十年，中國(guó)正向設(shè)計(jì)時(shí)代來(lái)了。雖然姍姍來(lái)遲，但一切都還來(lái)得及！