设计综合要从“需求”到“产品”

先举一个例子来看看如何将客户需求演变为最终的产品。假设你是位杯子的设计师，客户要求你新设计的杯子至少能装300ml水，保温效果能达到24小时内温度下降不超过20度，大方美观、手感舒适、便于携带、不能烫到手，并且重量不得超过0.5kg。你会如何设计出一款满足上述要求的产品？

基于设计经验，你为你的杯子方案选择的容积是350ml，为了保温达到指标，选用了双层真空内胆，并考虑了一个保温的杯盖设计，为了美观大方，选择红、蓝、绿色几款既美观又时尚的颜色的外壳，同时，为了手感舒适、不能烫到手、便于携带，你选择外壳为圆柱体、便于抓握外径不超过6cm，表面是磨砂介质，为了减轻重量，外壳采用塑料材质。

多角度进行方案设计

然而除了你的这个方案，还可能会有多款方案并存，这些方案也可以满足需求，比如另一个方案为了便于放置选择高度较低、直径更宽的形状，但不容易直接手握而特地加配了一个柄。不同的方案要放在一起进行PK，从不仅仅是功能需求，同时还有更多指标的方面比如美观性、实用性、消费者欢迎程度等角度去考量、评估各自的优劣，在此过程中也可能会把不同方案结合各取所长，最终选择形成一个最好的杯子方案。

接着，对这个选定的方案进行再度设计细化，对杯子中内胆、外壳、手柄等各部件的形状、大小、材质及不同部分间接口和连接方式进行详细定义，把重量需求进行合理分配，同时明确杯子的实现方式，比如组件采购指标、装配工艺。

这些内容最终合并后形成了产品设计数据，而最终这些产品设计数据要经过评审，确保一方面设计充分满足产品需求，另一方面设计足够详细可以实现，确认后冻结设计并转入杯子的试制、测试和生产。

上述就是一个典型的基于产品需求形成产品方案的过程，这就是设计综合。这个过程适用于各类系统的研制，不仅是杯子，也可以是飞机。因此，《中国商飞公司系统工程手册》定义的产品的“设计综合过程”包括：整理产品设计要求包括设计目标、需求和约束，开发备选概念方案，选择最佳概念方案，选择后的方案的详细设计，以及设计验证。

好产品需要完整的设计要求

形成尽量完整的设计要求是做好设计方案的前提基础，产品设计要求包括目标、需求和约束，往往很多失败的设计是由于只考虑了部分而不是完整的要求。这里光有产品功能需求是不够的，还需要充分考虑各种不同“设计目标与约束”。

比如依旧是设计杯子的案例，如果考虑市场、客户满意度、企业利润率等因素，对这个产品还可能包括如下的设计目标和约束需要满足：基于市场分析后的定价策略，每个杯子能否不超过20块钱成本？每100个杯子，能有90个能够用五年以上不会坏？为了保证产量从而实现预期盈利率，杯子制造工艺是否足够简单，支持每个月1万个的销量的生产率？

这些设计要求之间存在复杂的耦合和关联关系，有些甚至无法同时满足的，不同设计方案针对一个要求指标变好的同时，另一个要求指标就会变差，比如，产品质量要好、可靠性要高，则对方案中材料、设计过程和制造工艺都有更高要求，成本必然上升，即所谓“好货不便宜”；又如功能指标高、功能复杂，则物理架构往往就复杂，制造工艺就无法简单。

而产品方案的产生是一个创造性的过程，系统工程的严谨过程要求并不会扼杀设计的创造性。相反，系统工程反而要求，要有不少于两个的备选方案进行优选，产品方案绝不会是“唯一解”。但是最终会选择一个最好的，即“最优解”，而这个“最优解”，将最终给客户和公司带来最大价值，这就是设计综合的核心价值。

逐层分解需求

尽管设计综合过程的步骤看似比较简单，但如果产品高度复杂，要求特别高、约束非常苛刻，比如商用飞机这一类产品，涉及学科众多、功能复杂、指标要求高、设计约束多，还有产品的安全性、可靠性、可制造性等各类综合性要素需要同时考虑，则实现一个满足要求的好方案就变得非常困难。

针对商用飞机这一类复杂产品的设计过程，设计综合还具有如下特点。一是针对商用飞机这样复杂度的产品，设计过程无法通过一轮工作达到足够详细可实现的程度，因此“逐层分解”就成为处理“高度复杂性”的一个必要手段。一般飞机设计都分初步设计、详细设计过程，通过分步骤层次化分解，形成逐层细化的需求和方案，方案也在这过程中逐步明晰、细化、成熟，把一个复杂问题分解成众多简单问题来解决。

二是如果要形成一个完备的飞机、复杂系统或者设备的方案，涉及到机、电、液、光、热等专业学科，还包括到安全性、可靠性、维修性、重量、人为因素、软硬件等共性专业，同时还要考虑持产品生命周期目标的面向X 设计，如可制造性、可支持性等要素要求，这其中设计综合过程就起到了“胶水“的作用，把不同专业学科知识汇聚其中，确保在方案设计、权衡分析与选择过程中，不同专业学科的分析、仿真、原型、评估和试验工作的完整性，最终确保方案得到充分论证。

三是由于商用飞机作为一个高科技产品，囊括了众多先进技术，而先进性与风险是相互矛盾的，因此方案设计设计过程中，要贯彻全面风险管控，采用技术成熟度评估方法是一个控制技术风险的有效的手段。

设计是一款飞机的灵魂，也是最考验功底的地方。中国过去由于经验少、底子薄，往往作为一个“追赶者“的角色，奉行拿来主义，包括飞机行业的测绘仿制、各行业的“山寨”产品、反向工程等，这种方式能够快速追赶行业先进，但形成的惯性思维导致设计往往不知其所以然，产品的差异化客户需求无法满足，产品无竞争优势，更无法实现创新和突破。可喜的是，现在越来越多的行业里，这种现象得到改观，而我们目前采用系统工程的方法来贯彻飞机设计，就是要彻底扭转思路，回归设计本源：基于客户需求的满足、充分创新，形成最优方案，这是一套正向的符合科学规律的设计过程，也将作用于推动“中国设计”的实现。