導讀

這兩年，新冠興風作浪，但還是沒能掩蓋住那個在風浪中出沒的另類生物——中國自主工業軟件！這兩年，對中國工業軟件來說是大拐之年。跟高端芯片一樣，國產工業軟件、工業軟件人和工業軟件組織也被罕見地高光照射。

長期以來，中國高端裝備的研發主要采用跟隨仿制的策略。我國多數工業企業只具備逆向工程能力，難以產生創新性設計，產品的功能和性能遠不及仿制對象。更為嚴重的是，長期跟蹤仿制和逆向設計形成了基因性后遺癥，科技人員普遍存在害怕創新的保守心態，整個工業體系缺乏產品正向設計的理論和實踐，甚至對正向設計的理解都一知半解，似是而非。

一、什么是正向設計

美國科學家PAUL ROOK 1980年提出軟件工程V模型，目的是減小BUG和ERROR出現的概率。V模型是對瀑布模型的修正，強調了驗證活動，它反映了測試活動與分析和設計的關系。如圖1（a）所示。

圖1.復雜產品的研發過程

系統工程科學家們認為PAUL ROOK提出的V模型適合于普適系統工程（其實，軟件工程本身就是一種系統工程過程），于是就將此模型修訂為系統工程V模型，反映了系統開發的技術過程。不同系統工程學派、企業和機構的研究與實踐所采用的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，某些流程活動名稱相似但內涵不同。我們綜合系統工程的經典理論和在中國企業的實踐，提出了如圖1（b）所示的系統工程V模型。

表1給出了產品研發過程V模型的說明。其中，第1至9是系統工程內部流程，而第0（涉眾需求）和第10（系統驗收）則是對外流程。考慮到各學派和不同實踐中所用名稱的差異，本表也給出了相似過程的其他常見名稱。

表1. 系統工程V模型說明

如圖1-6（b）所示，理想產品設計過程的起點是涉眾需求，經過需求定義、功能分解、系統綜合、物理設計、工藝設計、產品試制、部件驗證、系統集成、系統驗證和系統確認等階段，最后完成產品的驗收。該模型有兩個特點：1）是標準的對稱模型；2）設計的起點很高。

一個完整的正向設計過程必須是從涉眾需求開始，正確完整地走完V模型，任何一個子過程都不應該將就甚至省略。V模型的左半邊是產品（系統）的設計過程，右邊部分是產品交付，同時又是對左邊相應部分的驗證。如果驗證出現問題，會檢查左邊等高的相應流程進行修正。這個過程稱為“正向設計”，而圖2（左）則是正向設計模型。

圖2.基于V模型的正向設計和逆向工程

但通常來說，企業發展歷程都會經歷一個逆向工程過程。產品設計起始點不是涉眾需求，而是從V模型中間某個點開始，如圖2（右）所示。“物理設計”是中國企業的常見起點，本階段仿照已經存在的產品，完成圖紙繪制，進入試制和驗證各階段，完成產品交付或推向市場。V模型的右邊出現問題時，由于沒有左邊可對應，所以只能回溯到前一階段查詢和解決問題。當回溯到物理設計階段仍然解決不了問題時，就會成為永遠的問題。清醒的企業會有意識地研究物理設計之前的各個過程，追溯和還原仿制對象的本源，當然，這樣只能還原部分本源。以上的過程我們稱為“逆向工程”，圖2（右）則是逆向工程模型。相對正向設計，逆向工程模型也有兩個特點：1）是不對稱的殘缺模型；2）設計起點較低。

逆向工程是一個跟蹤仿制的模型，由于缺少需求定義、功能分解和系統綜合三個重要的子過程，所以很難對產品進行大幅度創新。因此，只有正向設計體系才為我們提供架構性和顛覆性創新，最高超的仿制也只能產生最好的二流產品。

二、正向設計能級

依據產品設計的起點可以評判一家企業的設計能力。從V模型的哪個階段入手設計產品，基本可以斷定該企業的設計能力就是這個起點所對應的能級。這樣，可以把企業設計能級（成熟度）分為五級：仿制級、逆向級、系統級、正向級和自由級，如圖3所示。各級別的總體特征描述如下：

?能級一：仿制級。本等級的定位是：基于現有圖紙的制造。總體特征為：對產品的物理設計參數有清晰的理解，具有工藝設計能力，對現有產品可做少量改進；

?能級二：逆向級。本等級的定位是：基于現有產品的設計。總體特征為：對產品的系統架構和運作邏輯具有清晰的理解，可以根據現有產品或系統可進行逆向設計形成“新產品”或“新系統”

圖3.企業正向設計能級

?能級三：系統級。本等級的定位是：基于系統架構的設計。總體特征為：對產品或系統的功能架構具有清晰的理解，根據功能架構進行系統架構的設計與仿真，可以對物理產品的參數提出清晰的要求，必要時可進行物理設計；

?能級四：正向級。本等級的定位是：基于功能分析的設計。總體特征為：對產品或系統的技術需求和指標具有清晰的理解，可以根據技術需求進行功能分解與分析，進而進行系統架構的設計與仿真，對物理產品的參數提出清晰的要求，必要時可進行物理設計。從本級別開始，研發過程呈現出正向設計的特征。

?能級五：自由級。本等級的定位是：基于用戶需求的設計。總體特征為：具有完全和自由的正向設計能力，可以從客戶需求（涉眾需求）進行技術需求的深入開發和確認，形成產品或系統的指標體系，根據技術需求和指標進行功能的分解和分析，進而進行系統架構的設計與驗證，對物理產品的參數提出清晰的要求，必要時可進行物理設計。

三、正向設計姍姍來遲

正向設計雖然是產品的創新創造的必備過程，但實施起來并不容易。無論是工具、過程、能力還是管理體系，相對于逆向工程體系都是巨大跨越。因此，雖然國家工業體系一直對此保持著認知，一直呼吁高質量發展、轉型升級和創新發展，但在投入產出比掂量不清和得過且過的氛圍下，一直沒有成為工業主流。

但今天的中國已經不允許我們再維持逆向工程道路，其已成為國家和工業發展的瓶頸。國際勢力不失時機地啟動打壓戰略，對本國先進技術的封鎖到達了前所未有的程度，國際一流的可仿制對象也不可能再輕易進入中國。其實，中國工業水平自身的發展，使得國際上可仿制的工業品本身就越來越少。

所以，我國工業體系走正向設計道路，不僅是外力使然，更是內生需求。前文提到，自2019年起，中國人均GDP超過一萬美金，意味著中國進入中等收入國家，也面臨中等收入陷阱，必須從要素驅動的發展模式轉型創新驅動模式，才能跨越陷阱，進入下一個發展賽道。自主創新的關鍵就是要建立正向設計體系。過去，我們一直強調和呼喚正向設計而不得，但在當前局面下，這已不再只是美好生活的一個選項，而是中國工業活下去的剛需。

所以，逆向工程模式已經完成了歷史使命，正向設計勢在必行。于是，二十一世紀的第三個十年，中國正向設計時代來了。雖然姍姍來遲，但一切都還來得及！

審核編輯 ：李倩