科学技术学
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大家探讨探讨如何学会“正向设计”
虎哥 2016-7-8 06:27:53

这是一个宏大的话题,本文尝试初步、概念性的开个头。然后请大家谈谈自己是如何学会“正向设计”的。


一、什么是正向设计

前几天有个厂长联系我,说客户给了他们一只天线和一台仪器(科创造的,因此他跑来找我),要他们造出一模一样的天线,然后用这台仪器检验,在指定频率驻波低于1.5,就合格。这个厂是做金属加工的,他们精确的测量了天线的零件,按照完全相同的尺寸仿造出来,但是接上仪器,就怎么也不合格。客户说零件尺寸可能需要微调一下,于是厂里用一周时间来打磨、尝试,然而依然不行。厂长疑惑的是,看起来同样的材料、同样的零件,为啥别人的行,他的就不行?

我只能告诉他,应该请一个懂得天线的“正向设计”的工程师,对于你遇到的问题,应该不需要重新建模,周末来两天就能把问题解决掉。然而他们并不知道在哪里去找能解决问题的人。

为了解决一个问题,我们通常会分析研判,提出自己的办法,也常常看别人是怎么解决的,从已有方案中学习技巧。不论是自己想出办法,还是理解别人的方案并且恰当的用来解决自己的问题,都属于正向设计。这里面重要的一点是我们能够预判方案和结果之间的关系,哪怕这种关系仅仅是靠经验得来的。

与正向设计相对的是反向设计。所谓反向设计,通俗的讲就是仿造,对已有的作品进行分解、测量,然后按照相同的尺寸做出设计图。绝对的反向设计主要发生在机械零件、模拟电路等“看得见、摸得着”的领域。更多的情况是相对的反向设计,在研究已有产品的过程中,弄清楚了一部分设计思想,然后在仿造的过程中按照自己的意图进行改进,或者迁移运用。比如仿造一个机械零件,测量出数据以后,根据配合的经验以及该零件的功能和装配方法,来“重新”确定它的公差。

我们追求高水平的正向设计。这时,正向设计的概念就要向前延展。我们需要想象世界上没有的需求或者功能,即需求端的正向设计。许多需求是设计出来的,比如在微信出现之前人们并不知道自己需要这个东西。许多需求是国外先开发出来,然后国内对它进行一番马后炮,再用自己的技术来实现它。在实现阶段属于正向设计,但在需求的开发阶段是反向设计。开发需求的风险极大,绝大多数最终会死掉,并且不一定是人们真的不需要。

有了设计出来的需求,再从基本原理出发进行总体设计,再到具体细节的开发。这个过程需要借助一系列基本理论,经过相关专业人员的合理运用才能完成。当然,部分细节可以直接使用已有的成果,只要这个成果具有确定的输入和输出关系。比如制造一部手机,其中的芯片就不用全部从零做起,因为已有的产品具备确切的效果。而许多需求可以在已有的平台上方便的实现,而正向设计需要关心的,是满足这个需求的最佳逻辑和手段。工具链就是一种通用平台。

很多时候“正向设计”是一个社会学概念。比如我们可以说,任何东西只要中国人搞懂了正向设计,又发现这东西能赚钱,那就会以极快的速度,让成本成倍下降。西方世界曾经总是吐槽中国人抄袭,其实他们很不明智,因为抄袭一点都不可怕,可怕的是一群玩命的人折腾懂了自己设计。

二、正向设计的基本条件

正向设计需要能够预见措施和效果之间的关系。最严谨和最简洁的关系,就是科学原理。不否认可以通过经验总结、调试、观看别人的设计来了解这个关系,并且也能进行正向设计。**但是科学原理从来都是代价最小、最靠谱的基础。**科学原理是一个层叠结构,从小学的科学(自然)和数学课开始,就是在为人们建立原理意识,并且一层一层的增加认识的深度和广度。

在某些领域,似乎科学原理不太重要,只需要一些简单的生活经验,比如那个博士与小工关于香皂空盒的故事。但是绝大多数现代产品是建立在复杂的科学原理之上的。如果狭义的看待科学原理,那么还有一些在科学原理之外的,以科学原理为依据的工程推广,以及各种面向工程的数学工具。我们把这些以数学和科学原理为基础的、系统化的知识统称为理论基础。

对于理论基础,存在“高分低能”的问题。许多人懂得很多理论,可以考出很高的分数,但是在做正向设计的时候不能灵活的迁移应用。通俗的解释是,这些理论在大脑中只是“孤立的知识”,而没有形成“理论意识网”。但是不可因为有这样的人,就认为理论没有实践重要。首先,在技术领域,的确存在高分低能的情况,但本质上不存在“低分高能”的情况。因为所谓“低分高能”,必然付出沉重的代价(因为科学技术中没有比理论更简洁、更可靠的东西),综合计算下来一定是低能的。其次,看起来的“低分”并不代表真的就没有“理论意识网”,很可能概念掌握得行云流水,只是忘了具体的公式。

这就要说到工具链和知识库。前者将科学家和工程师从繁琐的设计过程中解放出来,更好的发挥基于理论的抽象构建能力。后者让人们有更多的时间编织“理论意识网”,随时站在人类认知的边界,并可以超出理论到达经验的范畴。理论基础的掌握及“理论意识网”的构建,工具链和知识库,这三者是掌握高水平正向设计能力的基础,三者缺一不可。

三、如何学会正向设计

对于个体而言,我不认为科学可以解决这个问题,否则就成了灵丹妙药,只需要教育部一声令下,全国毕业生就开了挂。当然,某些措施整体上可能可以提高概率,甚至是那么的显然,但没有经得起推敲的因果关系。对于如此棘手而且重要的问题,我们需要谨慎发言。

参考第二节的内容,可以推导出对应的方法,注意这只是理论上的途径,那就是好好学习天天向上。最近几十年知识的数量是指数增长的,理论基础的边界也在不断的扩宽。就青少年的教育和学习而言,由于是面向二十年后的,而那时的理论和知识已经比现在增长了好多倍,现在无法去预估。所以我认为重要的是掌握基础的物理和数学框架,并且训练出快速学习新知识、新技能、新工具的方法。科学技术本身是反人性的,学习它必然不是一件悠闲和快乐的事情。从现在起,就要强迫自己学习重要的新东西,并且亲自运用至少一次。这些新东西可以在自己感兴趣的、用得着的领域选,并且不断的尝试改变学习方法,直到找到最适合自己的学习途径。

成功的体验十分重要。把一个相对简单的设计项目从头到尾做完,见证自己的作品运转起来,产生预期的效果,比尝试N个好高骛远,但最终都半途而废的项目要好得多。学-思-做需要结合起来,由易到难不断迭代,把正向设计变成自己的习惯。

有些金玉良言是有害的。比如要学会编程至少要啃完五本拇指厚的书——这很难坚持,不符合学习的规律。的确很多正向设计的牛人啃完了比这还多的书,然后拿自己的经历在小师弟面前炫耀。但是他们不是因此学会正向设计的。相反,往往是已经学会正向设计,才因为正向设计的兴趣和需求而啃了一些书。对于普通人来说,重要的是把书读薄,找尽量简明的资料开始,做一些简单但成功的设计,逐步提高能力,弄明白需要看哪些书、怎样找书,再根据需要去查阅。人总是不要安于现状的,有进步的动力,正确的方法,才能逐步升级。当然,这一切的前提条件是具备良好的数理基础,这方面不能忽视普通中高等教育。在中学和大学阶段真的需要认真学习。

另外还可以和有水平的人协作。如果别人都不愿带你玩,那一定是你自己出问题了。在一个共谋的事项中,你能做多少贡献?不要总是去对比自己和伙伴付出的多少,而是应该主动且全力以赴的对待每一件事情。但有一种情况是例外:如果发现自己所在的团队、公司有依赖反向设计的苗头,那就需要尽快逃离。

玄学说法呢?我觉得要有兴趣,有好奇心,特别是追求正向设计的快感。而正向设计的快感是啥呀,就是理论=实践。能把想象的东西变成设计模型,然后算出来是啥效果,造出来就真的是这效果。所谓运筹于帷幄,决胜于千里之外,这是原发快感,然后才是产品卖了挣了钱,发到论坛上装了逼这些继发快感。

以上方法不一定管用,因人而异,还是需要各自努力。

[修改于 3 年前 - 2016-09-16 05:06:00]

2016-7-8 10:54:14
1楼
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妹子正在学的design in business:
引用 妹子:
design就是innovation+technology  
1.采用 design thinking approach和innovation process等等对产品/服务 4个方面(aesthetics, functionality, usability还有一个忘了) 重新设计。简单来说 就是回到客户根本需求,客户根本问题,但又超前于users目前所能认知的需求,由designer去创造需求。
2.涉及到design在NPD/NSD过程的participation level. 强调design对triple bottom line(social, financial, environmental)的重大影响 也就是design得好的产品可以有很大市场

[修改于 3 年前 - 2016-07-08 12:40:21]

2楼
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引用 20!不曾存在:
在华威读研的妹子正在学的design in business:
楼上讲的跟楼主讲的根本就不是一回事。
3楼
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引用 虎哥:
这是一个宏大的话题,本文尝试初步、概念性的开个头。然后请大家谈谈自己是如何学会“正向设计”的。

一、什么是正向设计

前几天有个厂长找我,说客户给了他们一只天线和一台仪器,要他们造出一模一样的天线,……
楼主说了很重要的一点,我本身是做非标设备出身,所以有十分真切的切身体会。可是楼主恐怕没抓到问题的实质。

反向设计的应用在各行各业还是很普遍的,特别是非标设备,所谓的非标设备行业中,大家都处于仿制阶段,谁谁公司买了个新设备,一群公司找关系去看两眼,学学皮毛回来就做了个差不多的东西出来。

人家德国2年能造出来的东西,这边签合同之后6个月就可以投产了。美其名曰时间就是金钱。

虽然实际上设备本地化并没有那么简单,但是客户并不会care这台设备到底好还是不好。所以在这钟氛围中,正向设计根本没有任何优势,只能带来额外的成本。因为客户的想法很简单,我都买国产设备了,凭什么价格不能比进口设备便宜一半?

这就是先天缺陷,就算进口设备售后服务差,价格高,备件损坏率高,设计有问题,也最多只是从国内的供应商那里买一点日常的备件。
2016-7-11 13:01:27
4楼
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单独说“学会”的过程,很漫长、很普通:
小学到大学读了16年,具备了各方面基本知识——>进入公司,持续几年做那几个产品,慢慢就会了,并且发现中学大学枯燥的公式、分析/建模方法很有用。
5楼
0
最近开发一个业余无线电用协议的相关软件,从穷举走向反向,再从反向走向正向。走了一些无法避免的弯路。

此帖让我最有感触的就是楼上所说的中学大学的所有枯燥无味的东西,如今看来难以言喻的有用!可惜大学时代所荒废的东西,如今报应来得很早,也很猛!

然如何告诉后人不要荒废在校的东西,成了一个难题。
2016-7-18 00:58:29
6楼
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引用 BriD4T8w:
最近开发一个业余无线电用协议的相关软件,从穷举走向反向,再从反向走向正向。走了一些无法避免的弯路。

此帖让我最有感触的就是楼上所说的中学大学的所有枯燥无味的东西,如今看来难以言喻的有用!可惜大学时代……
可以活用在校所学的东西,比如说实践新知识,这样就不容易荒废了。
比如我家的女票,他就是学软件工程的,会利用所学的正则表达式,C#,SQL来制作一个网页游戏的辅助工具什么的
日本这边也有很多现成的栗子,比如说工业大学,学习自动化的(日语叫做:机械情报工学,总之应该是国内的自动化),学生就会参与社团制作机器人之类的,学习和实践机械设计(CAD,纸面草图)和制作(比如说使用加工设备或者外包),然后设计电路(利用了数字电路知识)和编写程序(步态,平衡,还有比如说自律行动,还有寻线等等),甚至还有写遥控器程序的(有人写安卓上运行的虚拟摇杆遥控器)

[修改于 3 年前 - 2016-07-18 00:59:27]

2019-2-28 01:04:24
虎哥(作者)
7楼
0
引用:BriD4T8w 发表于5 楼的内容:
最近开发一个业余无线电用协议的相关软件,从穷举走向反向,再从反向走向正向。走了一些无法避免的弯路。此.....

这个恐怕既有个人的原因,也有大学的(社会的)原因。其实在好一些的大学,学生总体来说还是很卖力的。

关键是学生需要知道为什么而学,虽然我反对目地论,但学习如果没有目标,处于随大流走的状态,对于普通人来说是学不好的。

这个问题很复杂,其中一点就是刚刚建立的工业文化近年来其实是受到了很大的破坏,从小培养、支持和引导科技爱好,是建立大学学习目标的一个可能的途径。

中学生是可以理解和欣赏人类文明的。深刻体会科技和工业之美(特别是它的伟大,我会在另一篇文章中谈),建立长远的目标,不是一句空话,只需要遇到一个好的导师就能实现,受益终身。但是,中学生无法识别什么是好导师,往往遇到受欢迎的人,聊得投机的爱好者、“大佬”,就觉得是好人,被庸才、臭棋篓子带偏了方向,耽误前程的比比皆是。所以不能幻想遇到好师傅,并且应当反对中学生搞师徒崇拜;另一方面,多读书,用功学习,为爱好打好基础;还要多看不同的世界(这里指国外资料和玩法),扩展视野。进入一流大学,跟高手在一起,兴趣爱好就可能得到最大限度的发展,以至于突破科技前沿。

[修改于 20 天前 - 2019-03-02 00:34:13]

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盖世豪杰
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