ビッグニュース！ソリューションの解釈: フォワードデザインと積層造形が「出会う」とき

付加製造は、新しいプロセスであるだけでなく、新たな産業革命において人間の生産とライフスタイルを変える重要な原動力であり、破壊的な技術システムでもあります。その破壊的な性質は、製造やサービス面だけでなく、デザイン面にも反映されています。その背後にある付加的な思考は、自由を解放し創造性を刺激するデザイン革命をもたらすでしょう。この革命は、製品開発者だけでなく、一般の人々も対象としています。フォワードデザインと付加製造を基盤とするハイエンドR＆Dと先進製造総合ソリューションは、工業化の本質に立ち返り、設計と製造の関係を再構築し、実体経済の飛躍的発展と製造業の変革とアップグレードにとって貴重な機会となるでしょう。

当社の理解は、テクノロジーの発展、市場認識、顧客の慣行とともに深まり続けています。段階的な結果として、この記事では、関連する概念の起源と、結果として得られるフォワードデザインと積層造形に基づくハイエンドR＆Dおよび高度な製造の全体ソリューション（以下、全体ソリューションと呼びます）の理論的枠組みと方法論的ツールを体系的に整理します。間違いを見つけた場合は、遠慮なく訂正してください。
1 ビジネス要件分析（理由）
安世アジア太平洋は、中国の工業化過程における様々な産業における複雑な製品の研究開発の実践経験を要約し、精緻化することで、中国の製造業の変革と高度化における内部的な困難、（2つの）中核問題、（6つの）根本原因を分析し（図1）[3]、2つの知見を得た。

新たな科学技術革命と産業革命の下での革新的なビジネスモデルは、製造業の転換とアップグレードの成功と企業の自主革新能力の向上にとって強力な保証である。

システム工学の観点から設計と製造の関係を再認識することが、現段階における製造業の変革と高度化、そして工業化のキャッチアップへの入り口であり突破口です。

「なぜこの段階で産業再設計が画期的なのか？」論文「製造業の転換とアップグレードの道の選択について」[2]で、著者は技術経済学とイノベーションダイナミクス[7]の観点から、科学的発展観に合致する中国の3段階のイノベーションロードマップは「経済力→技術力→科学技術力→科学力」の持続可能な発展の道であるべきだと同意している。その基本戦略は、できるだけ早く模倣経済から脱却し、徐々に日本、米国、欧州から製品イノベーション、技術イノベーション、科学イノベーションを学び、中国が再び長期的に世界をリードできるようにすることである。3段階の区分は時間的な順序の絶対的な関係ではなく、3つの段階は同時に実行されるが、国が策定する発展戦略は、異なる時期に異なる発展の優先順位を持ち、特定の段階に焦点を当てて、リソースを最大限に活用することを保証するべきである。筆者は、技術経済学とイノベーションダイナミクスの原理を応用して、工業化と情報化は概要と目標の関係にあると考えている（図2）。工業化は情報化の根源、源泉、前提、基礎であり、情報化よりも大きなシステムプロジェクトであるが、情報化と比較すると弱いリンクであり、長い歴史的期間にアップグレードする余地がある。現在、両者の深い融合を促進する上での主な矛盾は、工業化が情報化に遅れをとっていることである。矛盾の主な側面は、情報化自体の飛躍的発展を盲目的に追求するのではなく、工業化の具体的な問題とニーズに応じて、情報化の方法、手段、ツールをどのように使用してアップグレードを促進するかである[2]。

図2はTRIZ理論の技術システム完全性モデルを情報レベルと非情報物理オブジェクトレベルに分割しています。この区分は、特許法における発明特許における方法と装置の区分と正確に一致します。さらに、著者は、鍾一新教授が示した情報の 2 つの定義 (物の存在論的情報とは、物自身の運動状態とその変化の仕方についての自己表現であり、主体の物に関する認識論的情報とは、主体による物の運動状態とその変化の仕方の形式、意味、価値の表現である) は、情報と非情報物理オブジェクトとの従属関係を別の観点から示していると考えています。

製造業の変革と高度化の全体的なマクロ的な視点から、限界効用や比較優位の原則などの経済学的手法を用いた分析を通じて、現段階で成功確率の高いビジネスモデルは、製品の産業革新に基づくべきであると結論付けることができます。実例として、20年以上の努力を経ても、国内の工業用ソフトウェアの商業的成功は冴えない。工業製品の研究開発とイノベーションに必要な各種ソフトウェアツールとプラットフォーム（CAx/PDM/ERPなど）の市場は、主に海外のソフトウェア大手によって支配されており、この状況を短期的に変える傾向や内部の動機はない。しかし、工業製品の研究開発と応用の分野では、すでに一部の業界で複雑な製品、設備、大型プロジェクトがあり、わが国は徐々に外国を追い越し、世界をリードする立場にある。

製造業全体の転換・グレードアップと産業システムの全面的な追い上げを実現するためには、もはや労働コストの比較優位によって形成された「第一のチャンスの窓」に頼ることはできず、醸造段階における新たな技術革命によって提供される「第二のチャンスの窓」に頼るしかない（図3）。現時点では、先進国では新技術体系のブレークスルーが多数最初に現れているものの、その技術体系はまだ初期段階にあり、技術の成熟度や科学技術知識のレベルは低い。発展途上国がこの段階で革新的なビジネスモデルと要所での核心技術のブレークスルーにより迅速に新技術体系に参入し、同時に先進国が伝統産業で既に開拓した確立された技術ルートに立ち向かい、試行錯誤のコストを大幅に節約できれば、発展途上国は先進国と同じスタートラインに立つことができるだろう。一方、先進国は旧技術体系パラダイムのロックイン効果に囚われてしまう可能性がある。一部の新興発展途上国は、埋没費用がなく、技術ロックインの経路依存性があるため、先進国よりも新技術経済パラダイムの要求にうまく適応し、さらには先駆者の技術・制度的リーダーシップを置き換えて、飛躍的発展を達成する可能性がある。これはいわゆる車線変更追い越しの意味でもあります。後発国は、新たな技術革命がもたらす「第二のチャンス」の期間中、伝統的な産業で追いつくことに焦点を当てるだけでなく、新興産業で追いつくよう努めるべきである。

「第二のチャンス」で追い越しを成功させるための要件を満たす革新的なビジネスモデルとはどのようなものでしょうか。まず、変革とアップグレードの鍵は価値革新にあり、それは産業チェーン全体に新たな価値をもたらします。価値革新がなければ、持続可能なビジネスモデルは存在せず、変革は単なるキャリアチェンジになってしまいます。第二に、私たちは世界的な視点を持たなければなりません。清華大学の魏傑教授は2017年初頭、第3のグローバル化は技術、市場、資本、労働力などの貴重な資源の世界的な配分であると提唱した（第1のグローバル化は領土の世界的な発展、第2のグローバル化は世界的な貿易であった）。そのため、新たな科学技術革命と産業革命の下での革新的ビジネスモデルも、技術、市場、資本、人材、政府などの貴重な資源のグローバルな最適化配分に基づくビジネスモデルでなければなりません。新たな科学技術革命と産業革命の下での変革とアップグレードの主体である製造企業も、再構成可能な設計と製造の統合に基づくシステムレベルまたはシステムレベルの統合革新ビジネスモデルを採用する必要があります（図4）。

革新的なビジネスモデルの要件を明確にした後、参入ポイントとブレークスルーをどのように選択するかが、製造業の変革とアップグレードにおける重要な課題になります。これらすべてのエントリーポイントとブレークスルーは、以下の原則と条件を満たす必要があります[2]。

産業化（より正確には工業化）の本質に立ち返ると、人類文明の持続的発展のために、新技術の継続的な導入と効率的で専門的な組織の追求を通じて、設計と製造活動を中心とする物質生産の理想的なレベルが継続的に向上します（理想の概念の説明については、セクション2.1.2を参照）。

主体性：企業を真にイノベーションの主体、経済舞台の主人公にする。

目的: 工業化には欠点を補い、超えたり置き換えたりできない工業化能力を向上させる必要があるという現実を直視する。

体系的：工業化の本質に基づいて目標を分解し、全体システムの観点から設計と製造の関係を再認識します。

- システムエンジニアリングの観点から製品設計、プロセス設計、製造プロセス全体を把握し、構造と材料の関係を分析し、積極的にグリーン製造システムを構築し、グリーン開発の問題を解決します。

- 製品イノベーションに対する現在の需要を満たし、製品品質の問題の解決を支援し、製品品質の改善を加速します。

持続性：小さな改善と利益の第一歩は企業にプラスのフィードバックをもたらし、研究開発システムの構築とコア競争力の育成が雪だるま式に発展する好循環に入ります。既存製品の改善と革新から始めて、産業化の欠点を補うことで、事実と原因の知識を得られるだけでなく、企業の持続的発展のための経済力と市場シェアを獲得できます。次に、研究、生産、学習の技術革新を活性化し、学習、研究、生産の科学的革新に移行し、科学的発展概念に適合する持続可能な発展の道を歩み始めます。

実現可能性：独創的なイノベーションには多額の研究開発投資が必要ではなく、研究投資を論文や賞に変えることではなく、小さな改善と産業化を通じて得られた知識を企業の利益に変え、イノベーション主体としての企業が迅速に利益を獲得できるようにすることです。

以上の分析に基づき、中国の経済転換・高度化の過程における自主革新への強い需要に対応し、「中国製造2025」における設計と製造の融合に実現可能なソリューションを提供するために、「中国製造2025」におけるR&D設計にリーンR&Dソリューションを提供することを基礎として、アンセムアジアパシフィックは基本に立ち返り、フォワードデザインと積層造形をベースにしたハイエンドR&Dと先進製造の総合ソリューションを提案しました（図5）。

2 用語の定義（何）

製品設計方法論とPLMの分野において、先進西洋諸国に由来せず、直接対応する英語用語もないが、中国の製造業と研究開発慣行の変革とアップグレードに由来する、明確な中国語の特徴を持つ2つの珍しい用語として、「フォワードデザイン」と「産業再設計」の定義は、過去2年間、関連技術の成熟度の向上、市場認識と顧客慣行の深化に伴い、微妙な変化を経て進化し、現在では比較的成熟し安定した状態に達しています。定義の最新バージョンは次のとおりです。

【体系的フォワードデザイン；システム工学方法論に基づくフォワードデザインソリューションシステム】

新たな科学技術革命と産業革命がもたらすチャンスに対応し、製造業の変革とアップグレードの課題に対応するために、システムエンジニアリングの理論的方法とプロセスモデルをフレームワークとし、付加的思考に代表される新しい技術システムを出発点として、リバースデザインの方法を学び、改良設計、オリジナル設計、人工物理システムの技術研究開発などのシーンでさまざまな既存の技術と成果を消化・吸収し、模倣、盗用、コピーを手段と目的とせず、人工物理システムの統合設計と製造能力、企業の自主革新能力、さらには企業と社会の持続可能な発展能力を向上させる設計活動、設計方法、ソリューションコンサルティングシステムを強化します。

フォワードデザインの簡単な定義

システムエンジニアリングをフレームワークとし、付加的な思考と技術を出発点として、設計活動、方法、ソリューションコンサルティングシステムは、人工物理システムの設計の改善、独創的な設計、技術研究開発を目的としており、人工物理システムの統合設計と製造能力、企業の独立した革新能力、さらには企業と社会の持続可能な開発能力を強化します。

【工業製品のリデザイン】

フォワードデザインのビジネスシナリオの一つ。成熟段階（技術システム進化のSカーブの第3段階）にある人工物理システムについては、機能的用途を変えずに、システムの観点からそのニーズを再検討し、価値、機能、エネルギーの観点に基づいて、自然を模倣する方法で、コンピュータ支援イノベーション、シミュレーション最適化、積層造形、等材料製造などの画期的な新技術、新プロセス、新材料を使用して、システム全体の製品設計、プロセス設計、材料設計、製造プロセスを再設計し、再設計された人工物理システムのライフサイクル全体にわたる機能、構造、材料の最適な組み合わせを実現し、Sカーブに沿ったそのような人工物理システムの進化が自然が与えた限界に近づくようにする必要があります。

2.1 意味合い

「フォワードデザイン」の定義において、リバースデザインに対して包括的な姿勢をとるべきなのはなぜでしょうか? フォワードデザインとリバースデザインの関係は何でしょうか? 「フォワードデザイン」の定義において、「フレームワークとしてのシステムエンジニアリング」と「起点としての付加的思考に代表される新技術システム」を強調する必要があるのはなぜでしょうか。「産業リデザイン」の定義に「価値・機能・エネルギー観点」や「自然を模倣したアプローチ」が挙げられているのはなぜでしょうか？物事の原点と本質に立ち返り、システムとシステムの進化の観点から「フォワードデザイン」と「インダストリアルリデザイン」の意味を考えてみましょう。

2.1.1 前方設計と後方設計

中国の工業化の過程を振り返ると、複雑な製品や設備の研究開発モデルは、調査と模倣から改良と改造、そしてローエンドからハイエンドまでの自主研究開発へと進化してきました。歴史的各時期の研究開発モデルは、順方向設計と逆方向設計の混合応用モデルと言えますが、各時期の順方向設計と逆方向設計の割合は異なり、逆方向設計から順方向設計へと徐々に変化しており、このプロセスに伴い、逆方向設計と順方向設計能力の成熟度も絶えず向上しています。まず、リバースデザイン能力の成熟度を向上させるプロセスを見てみましょう[3]。

「独自の方法」に基づいた測量と地図の模倣は、典型的なリバースデザイン活動です。特に、初期の設備の測量、マッピング、コピーのプロセスでは、比較的低レベルの逆設計アクティビティ（図 6 の赤い矢印で示すように）が多数あります。つまり、物理的なオブジェクトから図面、そして設計へと逆戻りするだけで、元の要件には逆戻りしません。今日のますますグローバル化と市場志向の経済においては、測量や地図作成の模倣はもはや実行可能でも必要でもありません。後発工業国にとって、複合工業製品の研究開発モデルの進化は、不可欠かつ乗り越えられない歴史的発展段階であり、外国の先進的な製品や技術の導入、消化、吸収、あるいは国内外の競合企業の既存の技術や製品の分析から始まり、さらに改良、修正、革新へと進み、先人や巨人の肩に立ち、研究開発チームを育成し、企業の中核競争力を高めることがその役割である。

海外から購入した製品図面や特許技術などの知的財産権の導入・消化・吸収には、個別のケースに応じた具体的な分析が必要です。消化吸収の努力をほとんどせずに、またはほとんど消化吸収せずに導入するだけの人にとっては、「本来の標準方法」の初期段階で低レベルの逆設計を省略することと同じです。はっきり言えば、中途半端で性急なコピーです。これは、順設計の全プロセスと内容を完了していない低レベルの順設計にすぎません。導入後の消化・吸収を重視する点については、技術的リスクを回避するという「本来の手法」の目的とは異なるため、需要に逆算した高度なリバース設計活動（図6の緑色の矢印）を含める必要がある。

自主研究開発イノベーションモデルにおける国内外の競合企業の既存技術や製品の分析は、導入・吸収モデルにおける消化・吸収と本質的に同じであり、唯一の違いは、研究開発の最前線で市場の需要とビジネスニーズの開発と分析が含まれているかどうかです。したがって、既存技術の分析（図 7 のスイムレーン図に示されているプロセス例を参照）には、導入、消化、吸収（図 6 の黄色の矢印で示す）よりも高いレベルのリバースデザインアクティビティが含まれ、独立した研究開発イノベーションモデルのフォワードデザインフレームワークにおけるリバースデザインとなります。

システムエンジニアリングは、複雑な事柄が正しく、適切に、迅速に行われるようにするための一連の方法論であるため、システムエンジニアリングフレームワークへの依存度やシステムエンジニアリングプロセスへの準拠度は、リバース設計機能の成熟度を測定するための重要な指標であるだけでなく、フォワード設計機能の成熟度を測定するための重要な指標でもあります。前方設計能力の構築は、長期的、動的、体系的な学習と実践の蓄積のプロセスであり、包括的かつ包括的であり、システムエンジニアリングをフレームワークとし、設計と製造の統合を方向としています。システムエンジニアリングプロセスに従った低レベルの「前方」設計から始まり、システムエンジニアリングプロセスモデル法に導かれた製品の前方設計、システムエンジニアリングプロセスモデル法に導かれた製品とプロセスの前方設計、そして最終的にはシステムエンジニアリングフレームワークに基づいて製品システム全体のライフサイクル全体の前方設計に至り、（製品、材料、プロセス）設計と製造の統合を実現し、最終的にローエンドからハイエンドまで前方設計能力の成熟度を向上させるプロセス全体を完了します。

2.1.2 フォワードデザインと積層造形

積層造形とは、数学的な微積分に似た離散蓄積原理に基づき、3次元部品データによって駆動され、コンピューターによって自動的に制御され、材料を層ごとに追加することで、部品の正確で制御可能な直接製造を実現するデジタル製造技術を指します。減法製造や等材料製造と比較すると、積層製造は金型や工具を必要としませんが、決して単なる新しい製造・加工方法ではありません。新たな科学技術革命と産業革命の中で、人類の生産とライフスタイルを変える重要な原動力であり、破壊的な技術システムです。この破壊的な性質は、この新しい製造プロセスがもたらす多くの利点に加えて、単一の装置であらゆる複雑な形状の部品を迅速かつ正確に製造できることに反映されており、部品と処理ステップの数が大幅に削減され、処理サイクルが短縮され、原材料が節約され、エネルギー消費が削減されます。さらに重要なのは、構造設計、高性能材料の準備、複雑な部品の製造の統合を実現し、マクロ構造設計とミクロ材料の準備に革命的な変化をもたらすことです。[11-15]

積層造形技術の背後にある付加的な思考は設計革命であり、設計の束縛を完全に解き放ちます。DFM（製造）やDFA（組み立て）などの減算製造に基づく従来の設計方法はほとんど使用されていません。設計者は真にユーザーのニーズに立ち返り、機能指向設計（DFF）または積層造形向け設計（DFAM）を行うことができます。価値、機能、エネルギーの観点から、設計とプロセス、設計と製造の関係はもはや因果関係と連続関係ではなく、互いに刺激し合う生きたシステムです。自然を模倣する方法で、大型/超大型の部品または構造システム、複雑/超複雑な部品または構造システム、多品種小ロットのパーソナライズされた製品の低コストの革新的な設計と迅速な製造を実現でき、並外れた機能を実現するために並外れた構造を作成することもできます。

溶接、熱処理、メッキ、スプレー、コーティング、酸化、化学結合、硬化などの表面処理といった従来の製造プロセスでは、マクロ的かつ広範囲な手段を使用して、ミクロ的な材料特性の調整と修正を実現します。積層造形は、微細な材料から始まり、部品製造工程中の材料の準備（異なる材料を創造的に組み合わせたり、新しい材料を合成したりすることさえも）、および材料を準備しながら部品を製造することを創造的に実現するための手段としてデジタル制御を使用します。つまり、従来の材料の選択、準備、加工の一連のプロセスを、マクロからミクロまでの形成と整形の並列プロセスに変換し、構造力学と材料力学の複合的なブレークスルーを実現し、製品自体の性能、材料の構造と性能、製造プロセスをより精密かつ正確に制御する能力を高め、高性能新材料のデジタル準備能力、特に高性能非平衡材料、高活性耐火難加工材料、高性能傾斜材料の準備、および高性能材料のマルチスケール複合準備と新材料/メタマテリアルの準備を実現します。

3Dプリント技術の大規模な産業化に伴い、従来のプロセスフロー、生産ライン、工場モデル、産業チェーンの組み合わせが徹底的な調整に直面することが予想されます。産業分類や製品タイプに応じて専門工場が組織する工業製品の生産と製造の障壁が徐々になくなり、エンドツーエンド（顧客需要から顧客需要の充足まで）の時代を迎えます。スペアパーツ倉庫は徐々に廃止され、現場での製造と修理などの効率的なメンテナンスとサポートモードが主流になります。武器や装備の艦載または戦場移動式レーザー成形および修理システム、さらには宇宙製造も徐々に登場し、産業クラウド、モノのインターネット、仮想現実などのテクノロジーに基づく、限界費用がほぼゼロの分散型製造、ユビキタス製造、ソーシャル製造などの生産モードが現実のものになります。

最後に、付加製造は製造技術ファミリーの新しいメンバーとして、大きな発展の可能性を秘めた変革的な新技術ではありますが、従来の製造技術を覆して置き換えるのではなく、従来の製造技術を補完する必要があります。人工物理システムの製造技術システムは、加法材料、等価材料、減法材料の相互依存とプロセス統合の新しい時代を切り開きます。

付加的製造、バイオニック製造、付加的思考に代表されるマイクロナノ製造などの先進製造技術が、従来の設計方法論や製造技術にどのような破壊的影響を与えているかを、TRIZ理論技術体系の進化の潮流の観点から考察し、新たな科学技術革命や産業革命の推進にどのような役割を果たしているかを考察する。

TRIZ理論によれば、技術システム（すなわち、人工物理システム）の進化は客観的な法則（図8）に従い、その進化の目標はそれ自身の理想性を向上させること（すなわち、できるだけ少ない資源でできるだけ多くの有用な機能を達成すること）である。技術システムの進化の過程では、システム内のさまざまなサブシステムの進化の不一致により矛盾が生じる。人々は、既存の資源を使用して妥協することなく矛盾を解決し、単純な構造-単純な機能から複雑な構造-複雑な機能、そして単純な構造-複雑な機能へと技術システムを螺旋状に進化させる必要がある（図9）[16]。

技術システムの進化の理想性を向上させるという究極の目標を達成するために、人々は通常、理想性の公式（理想性＝有用機能の合計／（有害効果の合計＋コスト））に基づいて、コストを削減しながら性能を向上させるなどの従来の妥協を排除しない価値工学の方法を採用しますが、TRIZ理論はまさにその逆です。TRIZは「理想的な最終結果（IFR、必要な機能を材料やエネルギー資源を使わず、コストをかけずに達成することを意味する）」という妥協のない概念を使用して、人々の考え方を打ち破り、技術システムの無限の理想性を際限なく追求することを奨励します。 TRIZの父アルトシューラーはこう言っています。「理想化された最終結果は、考えられる限りの最高の、信じ難い解決策である。それは存在しない第6レベルの発明のようなものだ。仮想的で、空想的で、奇妙なものに思える。」しかし、人類の技術開発の歴史は、こうしたSFのような空想を絶えず現実に変えてきました。

現段階では、積層造形技術システムが研究開発と応用において遭遇する困難と課題は、技術システムの進化（スーパーシステム進化に向けたプロセス融合の追求、ミクロ進化に向けた理想材料の追求など）の中で解決されるでしょう。

次に、理想的な最終結果を追求し、技術システムの理想性を向上させるという進化的思考で、設計、製造、工業化の意味合いと本質について考えてみましょう。

デザインとは、特定の目的を達成するために人間が行う創造的な活動（つまり、客観的なニーズを、人工的な物理システムや人工的な抽象システムなど、そのニーズを満たす人工的なシステムに変換すること）です。需要はデザインの原動力です。デザインの本質はイノベーションであり、より理想的な人類の生存（生産、生活、コミュニケーションを含む）のあり方を創造することです。デザインの究極の目標は、人間、自然、社会の複雑なシステムの持続可能な発展と進化です（図10）。

狭義の製造とは、人力、ツール、機械、化学、製法、生物学を通じてニーズを満たす人工的な物理システムの生産、特に原材料をバッチで製品に変換することを指します。広義の製造には、フロントエンド設計も含まれる場合があります。しかし実際には、この 2 つの定義から、デザインの意味合いはより豊かであることがわかります。デザインは、人工の物理システムの製造に関係するだけでなく、人工の抽象システムの設計も含みます。

工業化は人類文明の持続的発展のためであり、新しい技術を継続的に採用し、効率的で専門的な組織を追求することで、設計と製造活動を中心とする物質生産のレベルを継続的に向上させます。

したがって、設計と製造の理想的な統合の継続的な改善は、工業化（インダストリアル化）が理想的な最終結果に向かって進む唯一の方法であり、つまり、初期の人類社会で長い間行われてきたワークショップスタイルの設計と製造の低レベルの「統合」（設計は独立した技術的または科学的サブシステムにはならず、製造プロセスの一部にすぎなかった）から、18世紀末のイギリスと19世紀末のドイツとアメリカの第一次産業革命で始まった製造サブシステムと設計サブシステム間の不均衡な発展段階、そして20世紀半ばから今日に至るまで、製品とシステムのライフサイクル管理の情報レベルが従来のシステムエンジニアリングから現代のシステムエンジニアリング（つまり、モデルベースのシステムエンジニアリング）[18]に変革および改善され、その後、マクロプロセスから産業レベルでのミクロメカニズムまで、設計と製造の間の障壁と障壁を完全に突破し、最終的に設計と製造の完全な統合のより高いレベルに向かって進む現在の段階に至ります。ジェレミー・リフキンは著書『限界費用ゼロ社会』の中で、モノのインターネットや付加製造などの技術が人間社会に及ぼす破壊的な影響について詳しく説明し、理想が高まり続けるこの歴史的な産業化の過程における協力的な共有の未来の魅力的な姿を描いています。

設計テクノロジーサブシステムの開発と進化については、このプロセスのコアは、製品、材料、プロセスの統合設計です。

製造技術技術サブシステムの開発と進化は、人類の初期の石器時代の原始的な減算的製造から、青銅器時代と鉄の年齢における原始的な等方性製造、次に、現代の産業革命の初めに植民地に入っていたため、2つの産業革命に向けて始まった2つの産業革命の初めに始まった現代的な減算と等方性の製造の並行開発の時代まで始まりました。積極的思考と統合添加、等方性、減算、マイクロナノ、バイオニックおよびその他の製造プロセスを統合した設計と製造を密接に関連しています（図11）。

工業化（工業化） - >製造変換とアップグレード - >設計と製造の統合 - >フォワードデザイン - >添加剤の統合と積層統合、つまり「設計と製造統合」の間の目的との関係を考えると、工業化のエッセンス（工業化（工業化）に完全に対応しています。したがって、「フォワードデザイン」の定義では、「加算的思考と添加剤技術を出発点として使用する」ことを強調し、積極的思考とテクノロジーが統合された設計と製造能力を改善するための出発点であることを強調し、「人工物理システムの統合設計と製造能力の改善」を設定します。

2.1.3産業の再設計と産業の再製造

フォワードデザインのビジネスシナリオの1つとして、産業再設計の定義は、「価値、機能、エネルギーの観点から」、「自然を模倣する方法で」、「新しいテクノロジー、新しいテクノロジー、新しいプロセス、コンピューター支援イノベーション、シミュレーションの最適化、追加の製造、アイソマテリアの製造などの新しい素材を使用して再設計する特定の技術的手段を提供します...」

価値の観点から、コアの概念は、TRIZ理論と技術システムの進化の最初の傾向である理想性を改善する傾向です。

機能的な視点は、エンジニアリングの実践における基本的な視点であり、人工物理システムのオントロジーモデルの中核にあります（図12）。 TRIZ理論とドイツの学校の設計方法論によって強調される視点だけでなく、システム分析の基礎、物理効果の知識ベース、および技術的なイノベーションソリューションの知識ベースでもあります。機能的ビューとは対照的に、製品構造ビュー、ドメインまたは業界ビューです。機能的な視点の利点は、産業、学術分野、製品カテゴリのステレオタイプと障壁を分解し、他の人の経験から学ぶことができることです。全体的なソリューションでは、機能的な視点も基礎の1つです。

エネルギーの観点から、コアの概念は、持続可能な開発の目標に直面し、生態学的設計とグリーン製造の要件に対応し、人工物理システムのエネルギー流量の質を改善することです。

自然を模倣する方法とは、自然の道に従うこと、生物と自然界から学ぶことを意味します。生物学と自然から導き出された生物学とバイオニックな原理に触発された新しい合成戦略を使用して、並外れた構造を設計し、有機的で無機、有機無機ハイブリッド構造材料と機能材料を合成します（図14、図15）。物理的効果の知識ベースとTRIZ理論の知識ベースは、古代以来、人間の技術的なアイデア、工学の原則、主要な発明の源でもあります。自然は、自然からの偉大な教師です。

産業再設計の定義に与えられた技術的手段は、前向き設計にも適用できます。

インテリジェントな製造業は、工業化と情報技術の統合の主な方向であり、包括的な統合が企業の情報化構造の主要な内容であり、産業化と情報技術の統合の困難、焦点、ブレークスルーポイントである場合、フォワードデザインは、製造業の変革とアップグレードの主要な方向であり、3つの基準を実現するために、「中国」を実施することができます - 将来の期間の持続可能な開発であり、エンタープライズコアの競争力の構築の主な内容です。 [2]

2017年11月上旬、産業情報技術省は「ハイエンドのインテリジェント再製造アクションプラン（2018-2020）」を発行し、「中国でMade in China 2025」の詳細な実装を必要とし、グリーン産業開発を促進し、屋外での装備を装備し、ガスの装備を装備し、ガス装置などの主要な装備を装備します添加剤の製造、特別な材料、インテリジェント処理、再製造分野での非破壊検査などの緑の基本的な一般的な技術の適用として。主な技術的特性として「サイズの回復とパフォーマンス改善」を備えた電気機械製品のリソースリサイクル業界である中国スタイルの再製造業は、コンピューター革新の最適化など、コンピューター支援の最適化などのデザインテクノロジーを使用する代わりに、サブセットまたは産業の再設計のビジネステクノロジーを使用します。

産業の再製造を支援することに加えて、添加剤などの高度な製造技術は、エコデザインとグリーン製造に基づいて持続可能な循環経済の目標を達成することもできます。（4）新しい複合材料および生体材料の開発と利用のための材料の回復と再利用の条件下での製品設計の初期段階。添加剤の製造技術は、人間の持続可能な開発と循環経済に機会と課題の両方をもたらしますが、直面する課題は、生態学的チェーン、産業チェーン、および製品のライフサイクル全体を含む全体的で体系的な視点からはるかに優れている必要があります。

2.2拡張機能

「フォワードデザイン」と「産業の再設計」の該当するオブジェクトは、元の複雑なシステムと製品から現在の人工物理システム（つまり、ハードウェアを含む人工システム）に拡張されており（図16）、アプリケーションの範囲は元の製品設計から現在の製品設計と環境設計に拡大しています（図10）。このようにして、人間の生産と生活に密接に関連する医療、文化的創造性、インテリジェントな建物、スマートシティなどの産業や分野は、「フォワードデザイン」と「産業再設計」のビジネス範囲に含まれています。このような拡張の後、「フォワードデザイン」と「産業再設計」のビジネスエリアとシナリオは、人間の工業化プロセスの中核に拡大しました。

フォワードデザインと産業の再設計の関係について。カバーされているビジネススコープの観点から、産業の再設計は、前方設計のサブセットです（図17および18）。システム。産業開発の段階から、産業の再設計は、製品の品質と製品の革新に焦点を当てた中国の現在の変革とアップグレードの入り口とブレークスルーとして、そして先進国では一般的な救済策では、産業能力を習得することができます。ベメント。

3システムアーキテクチャ（How-1）

3.1技術アーキテクチャと論理アーキテクチャ

全体的なソリューションの技術的アーキテクチャ（図19）は、1980年代初頭に「3つのレベルと1つの橋」の最新の科学分野システムの一般的な枠組みを指します規律レイヤー - TRIZとテクノロジーの革新と管理、トポロジの最適化、エンジニアリングシミュレーション、知識エンジニアリング、エンジニアリング技術層 - システムエンジニアリングに基づく製品材料プロセス統合設計方法論、およびプロセスシステムの組み合わせの構成、高度な製造プロセス融合最適化システム、エンジンシステム、エンジニアリングレイバーの実践的な材料システム、エンジンシステム、エンジンシステム、エンジンシステム、エンジニア産業チェーンのソリューションシステム（起業家、消費者、医療、高等教育や職業訓練などの公益事業、文化的および創造産業、建築など）、工業化と情報化のための製品システム（プロセスおよび材料機器、ソフトウェアツール、プラットフォームなど）。

この技術アーキテクチャの効果的な動作を保証する全体的なソリューションの論理アーキテクチャを図21に示します。これは、材料の設計、プロセス、製造専門家によって分割された線形の1次元の樹木のような組織構造を、アプリケーションおよび市場指向の主要な主要ビジネスおよびその他の一般的な基本ビジネスで構成される2次元マトリックス組織構造に分割します。このフレームワークは、高度なヨーロッパおよびアメリカの企業のR＆Dモデルと一致しており、研究対象の分野と研究関係の分野が一緒に科学生地に織り込むことができるというQian Xuesenの考えも一致しています（図22）。さらに、Qian氏のアイデアに基づいて、私たちは全体的なソリューションにおける体系的な科学、システム工学、数学のバックボーンの役割を非常に重要視しています。

図23に示すように、全体的なソリューションの論理アーキテクチャは、技術アーキテクチャを保証し、サポートしています。

3.2プロセスシステム

「システムエンジニアリングに基づいた製品材料の統合設計方法と、加算的製造プロセスの統合設計方法論」をサポートすることは、図17に示す前方設計の3次元空間のすべての次元、レベル、角に満ちた体系的な前方設計プロセスシステムです。このプロセスシステムは、システムエンジニアリング、つまり、技術プロセスドメイン、技術管理プロセスドメイン、プロトコルプロセスドメイン、および組織プロジェクトのプロセスプロセスプロセスプロセスプロセスプロセスプロセスドメインに基づいて、この前方設計プロセスシステムに適用されます。

3.2.1システム寸法に関する主なプロセス

まず、システムディメンションの主なプロセス、つまり、システムライフステージモデルとその関連管理プロセスは、組織が正しいことをすることを保証し、顧客に提供される製品またはサービスに焦点を当てることです。 New Incose System Engineeringマニュアルは、ISO/IEC/IEEE 15288、米国国防総省の包括的な管理フレームワーク、NASA、米国エネルギー省、典型的なハイテク商用システムインテグレーター、典型的なハイテク商用システムメーカーなどから派生したライフステージモデルを提供します。適切なライフステージプロセステンプレートは、システムディメンションのさまざまな種類の研究オブジェクト（テクノロジー、製品、ソリューション、ビジネス、およびそれらの組み合わせなど）およびシステムレベル（システム、システム、サブシステム、コンポーネント/コンポーネントなど）に従って選択またはカスタマイズできます。図24では、組織プロジェクトを有効にする組織プロジェクトフィールド、プロセスフィールドの下での組み合わせ管理プロセスとインフラストラクチャ管理プロセス、およびプロトコルプロセスフィールドでの調達プロセスおよび供給プロセスがシステムの次元にあるライフ期間モデル管理プロセスに加えて、プロセス管理プロセスとインフラストラクチャ管理プロセスがあります。

図25は、市場需要から技術の研究開発、次に製品ポートフォリオ、そして最後にソリューション配信までのビジネス運営の事業運営の閉ループ図です。これは、研究オブジェクトとしての全体的なソリューション（テクノロジー、製品、ソリューション、ビジネスを組み合わせて）に基づいています。図26は、ビジネス需要の開発、定義、トレーサビリティ、ソリューション開発、配信によって形成される閉ループです。図6のソリッドVモデル（図の赤、緑、黄色の逆矢印を無視して、図17のシステム次元に即座にそれを取り入れることができ、図25の洗練と同等です。図27は、新しいIncose System Engineeringマニュアルのビジネスまたはミッション分析プロセスの入力、出力、およびアクティビティリストです。図28は、IPDメソッドに基づいた技術研究開発と製品開発のための統合された管理フレームワークであり、技術研究開発と製品開発の観点からの図25の改良に相当します。

3.2.2論理的寸法に関する補助プロセス

2つ目は、論理的な次元の補助プロセス、つまりシステムエンジニアリングの中心的なプロセスであり、これがシステムエンジニアリングプロセスの実行と制御に焦点を当てたディメンションです。図24および7つのプロセスのシステムエンジニアリングテクノロジープロセスの分野に基づく14のプロセスでは、技術管理プロセスフィールドの情報管理を除く7つのプロセスでは、合計21のプロセスが論理的次元にあります。図6のソリッドVモデル（図の赤、緑、黄色の逆矢印を無視）は、図24のシステムエンジニアリングテクノロジープロセスドメインのさまざまなプロセスを操作するコアエンジンプロセスです。技術プロセスドメインの最後の3つのプロセス（操作、メンテナンス、および廃棄）は、それ自体、ソリッドVモデルのインスタンス化されたアプリケーションです（図29）。

3次元デュアルVモデルは、システムのすべてのレベルでのエンティティVモデルの再帰的アプリケーションで構成されています（図30）。（SOLID）Vモデルは、トリズの一次元のイノベーションの原則に従って、曲がった滝モデルまたはシリアル開発プロセスではありません。システムアーキテクチャとシステム要素エンティティの並列開発によって生成されるデュアルVモデルを考慮すると、2次元は3次元になり、別の次元が追加され、システムエンジニアリングプロセスモデルの傾向を反映して、スーパーシステムへの連続進化を通じて理想性を改善します。システムレベルでの再帰アプリケーションに加えて、デュアルVモデルは、信頼性、セキュリティ、保証などのシステム特性にインスタンス化でき、新製品デザイン、既存の製品改善（産業再設計を含む）などのフォワードデザインに関与するさまざまなビジネスシナリオにも適用できます。同様に、新しいパラダイムの重要な部分である従来のDFM/DFA、DFAMは、生態学的デザインとグリーン製造のための持続可能性のための設計であるかどうかにかかわらず、固体Vモデルの実際の製品開発とDual Vモデルを実現するための実際の製品開発を実行します。

セクション2の「フォワードデザイン」定義は、前方設計の3つの主要な目標を指摘しています。（1）人工物理システムの設計と製造能力の統合を改善し、（2）企業の独立したイノベーション能力を改善し、（3）企業と社会の持続可能な開発能力を改善する。これらの3つの目標は徐々に関連しており、最終的には図10に示すデザインの究極の目標、つまり人間、自然、社会の複雑な巨大なシステムの持続可能な開発と進化に役立ちます。したがって、「製品材料の統合設計方法論と、添加剤の製造のシステムエンジニアリングに基づくプロセス」をサポートするポジティブな設計プロセスシステムは、レベルに応じて肯定的な設計分解の3つの主要な目標によって生成されたビジネスシナリオとインジケータシステムを反映して満たす必要があります。たとえば、図32は、持続可能な開発のトップレベルの目標を満たす循環経済モデルであり、前方設計プロセスのアプリケーションシナリオの需要インプット、つまりトップレベルでの生態学的設計とグリーン製造の一般的な特徴的な指標と、慣習可能な設計とセクション2.1.3で言及されているいくつかのシナリオを提供します。

添加剤の設計の全体的なプロセスを図33に示します。このプロセスには、製品要件分析、アーキテクチャ設計、詳細設計などのプロセスが含まれます。実際の適用では、このガイドプロセスを、ダブル V モデルのシステムエンジニアリングプロセスフレームワークと組み合わせる必要があります。図34は、ドイツの標準的な機械製品システム設計VDI 2221に基づいた添加剤製造指向の設計フローを示しています。これは、R＆D段階のVDI 2221によると図33の具体化であると考えることができます。一般に、VDI 2221はVDI 2206（機械的および電気機械的製品設計方法論）のサブセットであると考えられており、VDI 2206は、電気機械製品開発のプロセスフレームワークとして建築Vモデルを採用しています（図35）。ドイツの設計方法論とアメリカシステムエンジニアリングコミュニティは、過去半世紀にわたってそれぞれの分野で異なる目標を達成しており、新しいモデルベースのシステムエンジニアリングパラダイムを、複雑な製品開発と完全なライフ期間管理のためのプロセスフレームワークおよび情報プラットフォームの中核としています。

支撑上述面向增材制造设计顶层流程的是若干专业化子流程，如适用于工业再设计的零件合并和功能集成流程（图36），基于微观宏观结构建模和多目标优化的工艺、材料、零件/产品并行设计，基于MBSE的系统建模、拓扑优化及仿真和创成设计一体化流程（图37），面向增材制造的创成设计流程（图38）等。 Chuangcheng Designは、コンピューターアルゴリズムとCADソフトウェアを使用して、概念ソリューションを生成し、それにより、トポロジー的な最適化のための入力を提供します。 Chuangcheng設計アプリケーションの現在のホットスポットには、フロントエンドとMBSEの組み合わせが含まれます。

3.2.3認知次元における能力構築

最後に、dikwの認知的流れは、人々と組織の知的階層の価値の増加を反映しており、これが組織の成長に焦点を合わせた主観的な世界を理解していることを記録します。この次元には、人工物理システムの生涯にわたって生成されたDIKWの管理と変換の両方、および人工物理システムの生涯における個人および組織に既存のDIKWの適用が含まれます。個人と組織の人工物理システムの理解の継続的な深化と、データの認知的流れ→情報→情報→知識は独自の能力構築です（図39）。図24では、技術管理プロセスの分野での情報管理プロセス、およびナレッジマネジメントプロセス、人事管理プロセス、および組織プロジェクトの有効化プロセスフィールドでの品質管理プロセスが認知的側面にあります。

認知的次元の観点から、DIKWフレームワーク、方法、およびツールは、組織構造に応じて異なるレベル、またはシステムエンジニアリングテクノロジー管理プロセスドメインと組織イネーブルメントプロセスドメインを含むさまざまなプロセスに適用できます。製品モデルデータの管理、融合、およびコラボレーションにIEDを使用し、知識管理、知識エンジニアリング、さまざまな専門データベース/知識ベースの構築、さらにはグループインテリジェンスとグループ企業の戦略的意思決定にも適用されます。将来的には、分散型製造、ユビキタス製造、アディティブ製造、クラウドコンピューティング、モノのインターネットなどの技術によって実現される社会製造など、ほぼゼロの限界費用を備えた生産モデルは、DIKWフレームワークの下でサイバースペースの物理的および社会的空間に直面しているスマートエコノミーを形成します。図40は、製造分野でのDIKWフレームワークの適用の例を示しています。

減算技術に基づく従来の製造モデルと比較して、付加製造に基づくプロセス統合および分散クラウド製造モデルでは、DIKW フレームワークや、ビッグデータや IoT などの関連方法とツールからのより多くのサポートが必要です。図41は、添加剤の製造用のクラウド設計製造モードのデータレイヤーサービスの例を示しています。

4つのメソッドツール（How-2）

ここでは、図19の技術的アーキテクチャで共通の基本的な役割を果たすいくつかの方法とツールに焦点を当てています。

4.1システム思考

セクション2.1.3に記載されている価値、機能、およびエネルギーに関する見解、およびリストされているいくつかの方法とツールはすべて、システム思考の特定のアプリケーションです。ここでは、階層的な視点、システムエンジニアリング、階層：System（SOS）-SuperSystem-System-System-Systemと呼ばれます。階層的なビューとは、関係を研究オブジェクト（物理学、化学、材料など）に適用できる研究オブジェクトとしての関係をとる被験者（システムエンジニアリング、数学）を指します。

4.2問題の解決策

問題解決の思考は、全体的なソリューションのすべてのレベル、方向、および詳細を実行するグローバルな思考方法です。システムエンジニアリングは、複雑なことが正しく行われ、迅速に行われ、組織の創造性の問題を解決することを保証する方法論です。どちらも直接問題に直面し、体系的および標準化された問題解決プロセスを採用し、私たちの全体的なソリューション（および他の多くのアプリケーション）で、2つは互いに補完します（図43と図44）。

問題解決は、システム思考と数学的思考と組み合わされ、境界認識を確立し、認識を制限し、全体的なソリューションの理論的サポートを提供する必要があります。人工知能を例にとると、私たちは全体的なソリューションのビジネス需要シナリオの現在の状況と将来に基づいてAIテクノロジーの穏やかで客観的な分析を実施し（図45）、インテリジェント関連の技術による全体的なソリューションの改善を歓迎します。

4.3データコラボレーション

図2に示すように、TRIZ理論によれば、システムの完全性を改善し、理想性、新しいプロセス、添加物の製造、バイオニック製造、マイクロナノ製造、勾配材料などの新しい技術を改善する傾向が必要です。およびインテリジェントな素材。セクション3.2のプロセスシステムの各段階に必要なプラットフォームとツールに加えて、マイクロからマクロ（製品、材料、プロセス、検査など）のデータの生成、管理、およびコラボレーションに関連するプラットフォームとツールがより重要なことです。ここでは、添加剤の製造に関連するデータ管理プラットフォームとコラボレーションプラットフォームに焦点を当てています。デジタルメインライン情報生成のデジタルメインライン情報生成を図46に示します。

ASTMとISOによって承認され、ASTMによって承認され、Andive Manufacturing InnovationとANSIによってリリースされたNISTによってドラフトされた添加剤製造標準システムを図47に示します。 Step Standard（ISO 10303）AP242（マネージドモデルに基づく3次元エンジニアリング）およびAP238（統合CNC加工）の中国の新しいバージョンは、添加剤の製造製品、プロセス、処理データの表現のサポートも強化します。

添加剤の製造プロセスのデジタル双子は、デジタルメインライン（図48）に基づいて実現でき、デジタルスタンドアロンの実践TRIZ理論で言及されている制御可能性の向上とシステムの完全性を改善する傾向（図8）。さらに、Step/PLCS標準に基づいて、分散オフサイトのサプライチェーンコラボレーションと添加物や減算などの添加剤削減プロセスを統合するクラウド製造モデルを実現できます（図49）。

5 結論

理想主義のレベルを改善することは、すべての人工物理システムの進化的目標と、それらに関連する人間の設計、製造、さらには工業化活動です。これは、前方設計と全体的なソリューションの両方に当てはまります（図50）。

システムエンジニアリングマニュアルの新しいバージョンは、エンタープライズの概念に言及する際に2つの必要な条件に言及しています。

（1）エンタープライズ内で物事を開発して、外部オファーとして、またはエンタープライズ運用の達成を可能にする内部メカニズムとして機能する。

（2）エンタープライズ自体を変換して、最も効果的かつ効率的に運用を実行し、競争力のある制約された環境で生き残ることができるようにします。

これらの2つの条件は中国語に置き換えられます。価値を創造し、他者を達成し、より良い自己になります。これは、組織、つまり起業家精神 +イノベーションとして理解される場合の企業の本質でもあります。基于正向设计和增材制造的高端研发与先进制造整体解决方案就是我们对“弘扬精益精神，创造智慧工业”这一初心和愿景的最新诠释。

付加製造と従来の製造の関係は、古典物理学と原子物理学の関係に例えることができます。付加製造の将来の発展は、原子物理学や量子物理学のように、広範かつ遠大な展望を持つに違いありません。付加的思考に基づく先進的な製造技術システムは、中国の製造業の転換とアップグレードにとって「第二のチャンス」であり、異なるレーンで他社を追い抜くことを可能にします。增材思维是一场回归设计本质、打破思维定势、释放设计自由度和激发创造力的革命；这场革命不仅是制造的革命，更是设计的革命，针对的不仅是产品研发设计人员，而是广泛大众；这场革命将为各层次各领域的创造力教育和工程教育带来革命性的变化；进而倒逼拿来主义畏于创新的保守心态的改变，为重建基于系统工程的正向设计理论与实践扫清文化心理障碍，并提供源源不断的后备人才。

整体解决方案脱胎于资源全局优化配置的创新商业模式，为《中国制造2025》中的设计制造一体化提供可落地实施的解决方案（图51），既包括现阶段聚焦产品质量和产品创新的制造业转型升级的切入点和突破口以及工业化补课式的解决方案——工业再设计，也包括从学术界到工业界长期、动态、系统化地重建正向设计的理论和实践，从而全面提升人工物理系统的设计制造一体化能力和企业自主创新能力，为制造业转型升级的换道超车提供成功保障（图52）。

来源：安世亚太作者：段海波

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