近日，中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)我國(guó)科創(chuàng)典型案例進(jìn)行調(diào)研時(shí)，遴選了高鐵復(fù)興號(hào)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、C919大飛機(jī)、方太集成烹飪中心、OPPO折疊屏手機(jī)、比亞迪新能源汽車等12項(xiàng)“科創(chuàng)新名片”產(chǎn)品。這些產(chǎn)品幾乎是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)中國(guó)制造邁向高端的突破性成果。
中國(guó)要從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)要先行。設(shè)計(jì)是制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，沒(méi)有先進(jìn)的設(shè)計(jì)支撐，就沒(méi)有先進(jìn)的制造業(yè)。創(chuàng)新是設(shè)計(jì)的靈魂，通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，研發(fā)出具有新功能、新原理、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的高端裝備，是裝備制造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)取勝的重要手段，已成為高端裝備制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是促進(jìn)我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的必由之路。
2022年，我國(guó)制造業(yè)增加值占全球比重近30%，制造業(yè)規(guī)模已經(jīng)連續(xù)13年居世界首位。目前，中國(guó)制造業(yè)正在逐步實(shí)現(xiàn)由依靠“勞動(dòng)力密集的制造業(yè)”轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽?ldquo;創(chuàng)新設(shè)計(jì)”和“智能制造”多輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式，創(chuàng)新設(shè)計(jì)已經(jīng)成為引領(lǐng)中國(guó)制造由“跟蹤模仿”到“引領(lǐng)跨越”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵之一。中國(guó)政府和企業(yè)也逐漸意識(shí)到創(chuàng)新設(shè)計(jì)在推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展中的重要支撐作用。
創(chuàng)新設(shè)計(jì)是創(chuàng)新理念與設(shè)計(jì)實(shí)踐的結(jié)合，是一種利用人類已有的相關(guān)科技成果進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思的實(shí)踐活動(dòng)。一般設(shè)計(jì)也存在創(chuàng)新，沒(méi)有創(chuàng)新的設(shè)計(jì)不是真正意義的設(shè)計(jì)。但與一般設(shè)計(jì)相比，創(chuàng)新設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)在新原理、新功能、新機(jī)構(gòu)、新結(jié)構(gòu)、新外觀、新材料或新工藝等一個(gè)或多個(gè)創(chuàng)新要素方面與原產(chǎn)品有著本質(zhì)的變化，能夠滿足用戶或市場(chǎng)的新需求，并在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝。
發(fā)達(dá)國(guó)家的制造企業(yè)往往具有一流的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。例如美國(guó)通用電氣公司(GE)創(chuàng)造的無(wú)數(shù)個(gè)“世界第一”便與其強(qiáng)大的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力分不開(kāi)，其不僅注重市場(chǎng)導(dǎo)向下的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，也關(guān)注綠色生態(tài)化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，形成了GE的“綠色創(chuàng)想”戰(zhàn)略。
近年來(lái)，我國(guó)在高端裝備制造領(lǐng)域也取得了重要進(jìn)展與突破，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的相關(guān)方法與技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用，并成為解決高、精、尖復(fù)雜裝備制造難題的核心技術(shù)之一。許多知名企業(yè)與科研院所在航空航天裝備、盾構(gòu)掘進(jìn)裝備、深海探測(cè)裝備、軌道交通裝備等一系列高、精、尖復(fù)雜裝備設(shè)計(jì)研發(fā)中取得了重要成果。例如，我們大家熟知的國(guó)之重器——“中國(guó)天眼”FAST射電望遠(yuǎn)鏡，就是我國(guó)高端裝備制造領(lǐng)域取得的典型創(chuàng)新成果之一。FAST射電望遠(yuǎn)鏡是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，反射與接收面積約25萬(wàn)平方米，相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)突破原有的饋源艙剛性支撐模式，提出柔性并聯(lián)驅(qū)動(dòng)輕量化支撐模式，將掃描天區(qū)范圍擴(kuò)大2倍，達(dá)到40度天頂角，同時(shí)大大減輕饋源支撐系統(tǒng)質(zhì)量，再結(jié)合超大跨度柔性并聯(lián)索精確定位定姿與高性能電磁屏蔽等技術(shù)創(chuàng)新，使得FAST的綜合性能達(dá)到了美國(guó)著名的300米射電望遠(yuǎn)鏡阿雷西博的十倍。
同樣，在與我們生活密切相關(guān)的家用電器領(lǐng)域也不斷涌現(xiàn)出一系列具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新產(chǎn)品，例如，方太通過(guò)創(chuàng)新引入航天同源科技構(gòu)建了云騰智驅(qū)引擎技術(shù)，基于動(dòng)力增壓、整流降噪、智能巡航三大核心技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“空間限制與動(dòng)力需求”“風(fēng)量與噪音”“標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與復(fù)雜用戶環(huán)境”三大矛盾的協(xié)調(diào)平衡，以航天理論和創(chuàng)新科技突破傳統(tǒng)技術(shù)的瓶頸，為中國(guó)廚房提供了集成烹飪中心這樣的美好生活廚電產(chǎn)品。方太集成烹飪中心的設(shè)計(jì)也同樣汲取了中國(guó)空間站的設(shè)計(jì)建構(gòu)靈感。在設(shè)計(jì)之初就整體規(guī)劃了水、電、氣、煙、信號(hào)的互通與和諧共處，對(duì)核心部件的功能協(xié)調(diào)、是否重復(fù)占用空間、工業(yè)美學(xué)設(shè)計(jì)等多個(gè)難點(diǎn)進(jìn)行各個(gè)攻破，最終達(dá)成功能、專業(yè)、空間、美學(xué)、智慧等多個(gè)維度的全面協(xié)調(diào)。
但是，我們也應(yīng)該看到，目前我國(guó)在復(fù)雜裝備、高端裝備的設(shè)計(jì)方面仍以仿制為主，缺乏核心技術(shù)，究其本質(zhì)還是在于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論方法基礎(chǔ)尚且薄弱，這也是導(dǎo)致我國(guó)復(fù)雜裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力缺乏，國(guó)產(chǎn)裝備與發(fā)達(dá)國(guó)家的裝備(尤其是高端裝備)在性能、質(zhì)量、可靠性等方面存在較大差距的一個(gè)重要內(nèi)在原因。創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論方法研究是復(fù)雜裝備自主設(shè)計(jì)的先導(dǎo)，是裝備原始創(chuàng)新的源泉。創(chuàng)新設(shè)計(jì)有別于一般的設(shè)計(jì)，有其自身的知識(shí)體系、內(nèi)在邏輯及科學(xué)問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和理論方法與技術(shù)體系的研究，我國(guó)復(fù)雜裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)往往停留在理念、技法甚至口號(hào)層面，難以形成適合中國(guó)企業(yè)特點(diǎn)、具有可操作性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)與工具。
我們課題組曾經(jīng)系統(tǒng)調(diào)研過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，通過(guò)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家普遍重視創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究，相關(guān)的研究課題數(shù)量較多，資助力度較大;相比之下，我國(guó)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究涉及的廣度、深度和資助力度還有待進(jìn)一步提升。同時(shí)，為掌握我國(guó)裝備制造業(yè)企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力現(xiàn)狀及對(duì)應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論方法的需求，我們課題組前往多個(gè)典型制造企業(yè)，針對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國(guó)裝備典型制造企業(yè)在創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面普遍存在缺乏產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法學(xué)的指導(dǎo)、多領(lǐng)域耦合與多學(xué)科協(xié)同的產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)偏弱、面向創(chuàng)新設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)構(gòu)建與大數(shù)據(jù)分析能力不足、支撐產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的數(shù)字化智能化工具集研發(fā)偏弱、創(chuàng)新設(shè)計(jì)專業(yè)人才嚴(yán)重缺乏等問(wèn)題。
從“制造大國(guó)”到“制造強(qiáng)國(guó)”的發(fā)展轉(zhuǎn)變，對(duì)我國(guó)裝備制造業(yè)，特別是高端裝備制造的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力提出了更高的要求。縱觀典型制造企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同階段，創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論、創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)專業(yè)人才始終是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要依托。因此，要提升我國(guó)裝備制造業(yè)的創(chuàng)新能力，主要需要在以下三個(gè)著力點(diǎn)持續(xù)發(fā)力。
(1)加強(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論研究。產(chǎn)品的發(fā)展離不開(kāi)全生命周期的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，涉及產(chǎn)品的需求、功能、結(jié)構(gòu)、物理、工藝、工業(yè)、市場(chǎng)等七個(gè)方面。需要從創(chuàng)新設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)論、方法學(xué)與工具集三個(gè)層次入手，突破創(chuàng)新設(shè)計(jì)的認(rèn)知機(jī)理與思維規(guī)律層次模型，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中概念形成與知識(shí)表達(dá)傳遞理論，創(chuàng)新設(shè)計(jì)功能、機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)映射，創(chuàng)新設(shè)計(jì)復(fù)雜性分析、沖突分析與問(wèn)題求解，創(chuàng)新設(shè)計(jì)成本分析、價(jià)值和人文分析等復(fù)雜裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究共性科學(xué)問(wèn)題。
(2)加強(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究。我國(guó)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)從最初的仿制設(shè)計(jì)，到后來(lái)的逆向設(shè)計(jì)，長(zhǎng)期都處于跟蹤模仿的階段。要真正創(chuàng)新設(shè)計(jì)，必須首先要正向設(shè)計(jì)：包括設(shè)計(jì)概念正向生成、設(shè)計(jì)信息正向傳播、設(shè)計(jì)性能正向預(yù)測(cè)。從概念形成、概念設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、整機(jī)設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)正向設(shè)計(jì)全過(guò)程的創(chuàng)新，只有這樣才有可能實(shí)現(xiàn)真正的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。基于技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)創(chuàng)新、人本創(chuàng)新、文化創(chuàng)新的深度融合，全面推進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。我們課題組調(diào)研的企業(yè)——方太，所處行業(yè)被認(rèn)為是最不容易發(fā)生創(chuàng)新的，但此次入選“科創(chuàng)新名片”的方太集成烹飪中心，歷經(jīng)20000次的摩擦實(shí)驗(yàn)后，凝結(jié)超過(guò)3700件技術(shù)專利和自由懸停、阻抗復(fù)合降噪風(fēng)道、多維蒸汽繞流技術(shù)、高溫濕度傳感器等12項(xiàng)行業(yè)首創(chuàng)技術(shù)來(lái)支撐起創(chuàng)新，才誕生出一款集專業(yè)級(jí)煙、灶、蒸、烤等烹飪功能為一體的集成廚電產(chǎn)品，帶來(lái)了我國(guó)高端廚房生活的新展望。其中，為了克服在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)極致性能的矛盾難題，方太開(kāi)發(fā)了全新的穩(wěn)壓腔設(shè)計(jì)——利用升降結(jié)構(gòu)，在風(fēng)機(jī)進(jìn)口前端巧妙地布置了穩(wěn)壓腔，穩(wěn)定氣壓波動(dòng)、減少湍流脈動(dòng)，讓氣流有序地進(jìn)入風(fēng)機(jī)，發(fā)揮更高性能，突破傳統(tǒng)歐式機(jī)的性能界限，在追求尺寸超薄的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)量。
(3)加強(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)。需要制定我國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，加快構(gòu)建以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)教研學(xué)用協(xié)同的創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制;發(fā)展各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)教育，構(gòu)建創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)體系，在基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育、高等教育、繼續(xù)教育等各層次開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)教育及人才培養(yǎng)，拓寬現(xiàn)有專業(yè)培養(yǎng)方案，重點(diǎn)培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面的專業(yè)人才。高校，特別是高水平研究型大學(xué)作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的高地，應(yīng)積極主動(dòng)地謀劃和探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式，把高校多學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，加大創(chuàng)新能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)力度，培養(yǎng)高水平復(fù)合型創(chuàng)新人才。
展望未來(lái)，大模型驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將是創(chuàng)新設(shè)計(jì)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。將大模型與產(chǎn)品設(shè)計(jì)有機(jī)融合，利用大模型對(duì)海量設(shè)計(jì)知識(shí)的強(qiáng)擬合、泛化和推理能力，輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)更高效地利用新知識(shí)、新技術(shù)，跳出依賴專家知識(shí)的設(shè)計(jì)思維定式，解決設(shè)計(jì)過(guò)程中繁雜設(shè)計(jì)參數(shù)選取困難、產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能難以預(yù)測(cè)、客戶需求模糊等問(wèn)題，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，設(shè)計(jì)出具有新穎性、創(chuàng)造性和實(shí)用性的新產(chǎn)品。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外大模型的應(yīng)用主要集中于互聯(lián)網(wǎng)、金融、醫(yī)療、教育與軟件開(kāi)發(fā)等方面，基于大模型的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究仍處于起步階段。未來(lái)我們可以期待，通過(guò)構(gòu)建產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的領(lǐng)域大模型來(lái)提升高端裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)專業(yè)化需求的響應(yīng)能力，必將強(qiáng)力助推我國(guó)由“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”的發(fā)展轉(zhuǎn)變。