工藝束縛消失，設計將會怎樣？

長期以來，工業產品的設計是基于已有工藝來定型的。如果產品被設計出來，卻由于工藝局限而無法被制造或量產，那么設計創新就淪為空談。制造約束了產品創新聽起來像個笑談，但在中國許多傳統制造行業卻很普遍。

如果無論產品結構怎樣復雜皆可制造，那產品設計將沖破工藝的束縛，釋放出巨大潛能：設計人員可以只專注于需求，可以設計任何結構的產品，而不需要考慮制造工藝的局限。傳統的產品設計模式將被顛覆，曾經淪為設計后期驗證的仿真技術將揚眉吐氣，在設計前期揮斥方遒定乾坤，“仿真驅動設計”的理想將照進現實。仿真技術可以勇敢地對各類工業產品整機或其關鍵零部件進行大幅度地改良設計，將極大地提高企業產品創新能力，推動整個中國工業的創新進程。

一、精密鑄造，打破工藝束縛

蘇氏精密鑄造技術歷經二十余年的發展，在傳統失蠟熔模精密鑄造工藝基礎上對所有工藝流程經過 100多項微創新，最大限度地杜絕了傳統鑄造工藝容易產生的所有質量問題，尺寸精度和內部質量方面均全面超越國內外標準，實現了“無論產品結構怎樣復雜皆可制造”這一目標。

蘇氏精密鑄造技術體系（SIIC）取得了三項創新性技術：（1）尺寸精準，全程不變形的蠟件制備技術；（2）強度、剛性、透氣性和退讓性相統一的模殼制備技術；（3）長程有序的金屬澆鑄與凝固控制技術。這些新技術從根本上杜絕了傳統工藝的所有缺陷，在尺寸精度和內部質量方面均超越國內外標準。傳統車、銑、刨、磨和鍛等冷加工手段和常規成型手段無法加工、難以加工以及依照價值工程不值得加工的復雜、緊湊的精密零部件，即使對于傳統工藝很難完成的大型薄壁構件，采用 SIIC技術制造也沒有障礙，而且結構具有高精度的近凈形、近凈重和近全吻合受力狀態的特點，基本實現免后續加工。

3D打印作為一種快速成型技術近年來得到了社會的廣泛關注。從成品復雜度上，3D打印不輸于蘇氏精密鑄造工藝，但現行的 3D打印無法適用于承力部件，難以應用于高端設備和產品的制造領域。因此，蘇氏精密鑄造工藝是目前唯一一個真正意義上的“為設計打破工藝束縛”的制造技術。

二、工程仿真，驅動產品設計

仿真人員有一個夢想：仿真驅動設計。但理想很豐滿，現實很骨感。每當仿真人員提出對產品優化方案時，回應常常是“NoNoNo，我們加工不了”。所以仿真人員總有種懷才不遇之惑。今天，蘇氏精密制造技術讓世界變天了！

由于“無論產品結構怎樣復雜皆可制造”，所以設計人員可以設計任何結構的產品，而不需要考慮制造工藝的局限。工程仿真技術，可以精確透視產品特性、加工特性、試驗本質以及制造過程，有效延伸了人的眼睛甚至大腦，提高判斷力，可以有效降低設計和制造的成本和時間周期。優化技術，可以獲得最合理的結構、最好的加工方式、高成功率的試驗以及最合理的制造裝配模式。

因此，從產品設計源頭開始，基于精密鑄造工藝與工程仿真技術，可以打通產品設計與生產的藩籬，建立設計與制造一體化的工業產品設計體系，改變產品的設計模式，產品設計將由仿真來驅動。由于無需擔心不能制造，可通過仿真對產品進行大膽優化，產生與傳統結構差異巨大的產品，對當前產品的各項指標產生跨量級的正面影響。直接的好處是：性能明顯提升、全結構具有均衡的可靠性、材料可以替換至最低標準、重量和體積下降、載重量提升、保障功能性能的前提下動力要求降到最低（或者相同的動力水平下，功能性能達到最好）、成本下降，或能耗環保指標提升。同時，通過優化手段對工業產品進行重新設計后，有可能顛覆大量工業行業，實現對傳統工業品的設計、工藝及相關標準體系進行改造。

在仿真驅動產品設計模式下，對工業產品進行重新設計，產生的產品大都是非標準化甚至反傳統產品，沒有設計標準及知識經驗可參考，唯一能依賴的手段是工程仿真和實物試驗。仿真能力將是確定產品功能、性能、安全與可靠性的最重要能力。在這種設計體系面前，傳統的標準、規范、知識和經驗都將失效甚至成為制約，所有公司和人員的設計能力站到了同一起跑線。像安世亞太這樣掌握了工程仿真技術并進行了大量工業實踐應用的公司則具有更強的競爭力。安世亞太將工程仿真技術、工業再設計方法與蘇氏精密鑄造工藝結合，建立設計與制造一體化的工業產品再設計體系。

三、工業品再設計，夯實創新基礎

所謂再設計，指的是讓設計回歸需求本源，重新審視原有設計，以最自然的方式來探索設計的本質，效法自然。再設計包括對已知產品改良和從無到有的創造。首先，工業品再設計，是一個創新驅動的過程，通過將新工藝、新技術應用到產品的優化和改良中，使產品具有新功能、新形態、新品質，同時，通過再設計，讓企業敢于對產品進行跨量級優化，甚至產生顛覆式創新。另一方面，通過不斷的工業品再設計活動，可以培養企業的創新能力，是實現產品創新的一項有效手段。可以想象，如果工業品再設計方法在中國工業體系推廣，將明顯加快中國工業的創新進程。

因此，基于突破性的精密鑄造工藝，通過不斷的工業品再設計，可以提高我們的創新能力，夯實創新的基礎，由量變到質變，引領我們走向正向設計。實現基于正向設計的顛覆式創新，我們可以按照以下步驟推進工業品再設計。

（1）提高產品的模塊化和一體化程度。重新設計產品結構的分離面，如無特定必要，產品部件可以設計為一體化結構，無需由大量零件構成。僅此一項改變，對當前產品的性能、可靠性、重量、體積、載重、材料、動力、成本、能耗和環保等方面都會帶來改觀。

（2）傳統工業產品的大膽優化。由于無需擔心不能制造，可以對當前產品的結構形貌做大膽優化（拓撲優化），產生與傳統結構差異巨大的產品。從再設計的產品案例來看，在維持原裝備性能、不改變裝備制造材料的前提下，再設計普遍可以降低裝備質量 15%～60%。例如，與某汽車單位合作對某軍用車車橋進行再設計，原來數十個零件構成的鋼制車橋鑄造成為一個鋁制零件，重量下降了 50%；航天某院一武器系統，依靠再設計將殼體重量相對仿制對象降低了超過50%，在動力系統明顯落后的情況下，該武器系統在航程、航速和精確性方面全面超越仿制對象。

（3）基于正向設計的顛覆式創新。新工藝具有“無論多復雜都能制造”的特性，我們無需考慮當前產品結構的特征，直接從需求出發，通過正向設計產生框架性和顛覆性的創新設計。超越源于創新，創新源于正向設計，正向設計依賴系統工程。安世亞太精益研發體系正是基于系統工程理論，從涉眾需求出發，經過需求分解、功能分析、系統設計、物理設計、工藝設計、虛擬制造和虛擬試驗等設計過程，形成的正向設計體系，并據此體系開發了大型工業軟件，形成數字化研發平臺。

四、結語

工程仿真結合蘇氏精密鑄造體系，可以形成工業再設計體系，精益研發結合蘇氏精密鑄造將可以形成創新性正向研制體系。在基于突破性工藝的再設計和正向設計面前，國外優勢企業在產品設計上的積淀和經驗在一定程度上失效，使得我們與之差距縮小。突破性工藝帶來的新機遇，結合創新性正向研制體系，使得中國工業有機會在某些重點工業產品領域在世界范圍內實現彎道超車。