【正文】 創(chuàng)新設計的定義產品創(chuàng)新設計是指充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關科學技術成果(含理論、方法和技術原理)進行創(chuàng)新構思，設計出具有科學性、創(chuàng)造性、新穎性及實用性的產品的一種實踐活動，是創(chuàng)造具有市場競爭優(yōu)勢商品的過程。 計算機輔助創(chuàng)新的定義計算機輔助創(chuàng)新(ComputerAided Innovanovation)簡稱(CAI)，該技術是近年來在歐美迅速發(fā)展起來的新技術。它集發(fā)明問題解決理論(TRIZ),現(xiàn)代設計方法學、本體論、語義處理技術以及計算機軟件技術為一體，填補了CAX領域的技術空白，成功地把信息化技術應用到了產品生命周期的最前端。在產品研發(fā)過程的開始，尤其在概念或方案設計階段，提供先進的創(chuàng)新理論、方法及多學科知識的支持，使研發(fā)人員能夠有效地運用創(chuàng)新的科學規(guī)律，打破思維定勢，全面地分析問題，從不同學科領域中借鑒有效的技術和方法，從而構建出科學的創(chuàng)新設計方案，優(yōu)化研發(fā)進程，減少后期的重復開發(fā)和資源浪費。正像CAD計算機輔助創(chuàng)新技術可以將多個領域的科學知識有機地綜合起來，有助于設計者拓寬思考空間，打破思維定勢，引導設計者綜合應用各學科的知識，獲得突破性的創(chuàng)新知識，為產品創(chuàng)新源源不斷地提供富有創(chuàng)造性的設計方案，成為企業(yè)提高新產品開發(fā)能力和經濟效益的重要手段。3 計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)的實現(xiàn) TRIZ理論TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)是“發(fā)明問題解決理論”俄文的縮寫，是研究創(chuàng)新的科學規(guī)律的理論。TRIZ理論的基本原理是：①所有具有某種功能的技術系統(tǒng)都是按照相同的規(guī)律進行演化和發(fā)展的。②在一個技術系統(tǒng)的發(fā)展過程中，對系統(tǒng)中任何一部分進行改進，將會導致與系統(tǒng)中其他部分發(fā)生沖突。解決這一沖突，可使系統(tǒng)整體性能得到改善，重復這個過程，使系統(tǒng)更接近理想狀態(tài)。20世紀90年代開始，TRIZ理論研究與實踐在美國、歐洲、日本和韓國迅速發(fā)展，應用也遍及許多領域。例如，將TRIZ工具應用到安全氣袋設計，開發(fā)者通過應用TRIZ工具發(fā)現(xiàn)問題之后產生的突破性方案和處理其中的沖突，把TRIZ進化模式加到他們當前技術知識去發(fā)現(xiàn)新的可能解。 計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)的實現(xiàn)目前已有的CAD軟件不能為設計者提供產品創(chuàng)新支持，開發(fā)CAI軟件具有廣泛應用前景?；赥RIZ理論的CAI軟件在發(fā)達國家的企業(yè)，特別是大企業(yè)應用效果較好，已成為CAI軟件開發(fā)的一個熱點。美國Inventionmachine及Ideation International基于TRIZ理論分別開發(fā)了商品化軟件Tech0ptimizer及Innovation WorkBench(IWB)；德國的TriSolve：；荷蘭的Insytec 公司開發(fā)了TRIZ Explorer(tm)軟件；新的軟件還不斷出現(xiàn)。這些軟件使TRIZ中的概念、原理、工具與知識庫緊密結合，應用這些軟件設計者能充分利用優(yōu)秀的工程設計實例，為正在開發(fā)中的產品提供設計參考，使設計快速、有效、高質量地完成。計算機輔助產品創(chuàng)新設計有三個基本條件：一是有一個方法論；二是有一個足夠大的信息空間以充分獲取適用的知識和激發(fā)創(chuàng)新靈感；三是有一個符合創(chuàng)新設計思維方法的輔助設計系統(tǒng)。計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)一般都包含以下幾個模塊：項目導航、技術系統(tǒng)分析、問題分解、解決方案、創(chuàng)新原理、專利查詢、方案評價和報告生成、知識庫擴充、專利申請等模塊。計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。圖1 計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)流程圖 項目導航項目導航模塊主要是研發(fā)人員對項目和問題初始情境進行描述，支持導人多幅圖像方便對問題的理解和描述。在項目導航中管理整個的創(chuàng)新問題求解流程。 技術系統(tǒng)分析技術系統(tǒng)分析模塊主要是研發(fā)人員通過對技術系統(tǒng)進行分析，建立功能模型來理解一個系統(tǒng)；并通過系統(tǒng)分析找出當前系統(tǒng)的不足，定義系統(tǒng)存在的問題。技術系統(tǒng)的功能模型主要描述四部分內容：零部件、(系統(tǒng)/產品)對象、超系統(tǒng)、有用或有害功能。各零部件部件在系統(tǒng)中具有不同的角色，包括能量源、能量傳遞(傳導器)、能量轉換(轉換器)、能量放大(放大器)、工具、控制工具、傳感器、信號比較器、編碼/解碼器、記憶單元、信號指示器、容器等。各模塊之間通過某種連結完成特定功能，這種連結通過線條表示，主要分為主能量流(mainline)，控制流(control line)，結構流(case lines)，和有害能量流(undesirable line)。通過系統(tǒng)建模，便于研發(fā)人員全面系統(tǒng)了解技術系統(tǒng)的工作原理以及各組成部分的功能角色，為研發(fā)人員交流討論提供了共同語言，它也是一種結構化的技術系統(tǒng)方案描述方式，有利于創(chuàng)新成果的知識表達和將來的知識重用。技術系統(tǒng)的系統(tǒng)分析通過所建功能模型的分析和評價，可以有效地揭示并解決技術系統(tǒng)中存在的問題，從而進一步提升和改進技術系統(tǒng)功能。基于所建功能模型，自動生成一系列要解決的問題，幫助研發(fā)人員找出當前系統(tǒng)的不足，支持已有系統(tǒng)的改進和新系統(tǒng)的設計。 問題分解運用三軸問題分析法、系統(tǒng)層次軸和因果關系軸等方法對初始問題進行分析與重定義，將復雜的工程問題分解成為多個子問題。幫助用戶發(fā)現(xiàn)隱藏在表層問題背后的真正問題。 解決方案實踐證明，研發(fā)人員遇到的80%的問題其實在其它領域已經被解決。解決方案模塊幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)已有的成功的解決方案，提供給用戶在原有方案基礎上快速尋求自己問題的合理解決辦法。計算機輔助創(chuàng)新軟件中的解決方案大部分是基于對歐美高水平發(fā)明專利的分析，形成涵蓋眾多領域的創(chuàng)新方案知識庫。運用語義處理技術和本體論技術，構建起描述工程領域知識的本體論詞典，提供包括語法擴展、語義擴展、本體論擴展和關鍵詞在內的多種查詢方式?；诒倔w論的直接問題求解，利用本體論對創(chuàng)新方案知識庫進行搜索，提供給用戶直接的可付諸實施的解決方案。 創(chuàng)新原理在技術系統(tǒng)的改進和設計過程中，通常會出現(xiàn)改進某一特性導致其他特性惡化的情況，即出現(xiàn)矛盾。創(chuàng)新原理為研發(fā)人員解決技術系統(tǒng)中存在的矛盾提供了方向和思路。該模塊提供研發(fā)人員基于TRIZ理論的啟發(fā)式問題求解。創(chuàng)新原理是在大量專利分析研究基礎上總結出來的、解決不同工程領域矛盾問題的有效工具。每個創(chuàng)新原理中均包含數個來自于專利的實例幫助用戶理解和使用。 專利查詢基于專利知識解決實際問題是一種重要的創(chuàng)新方式。計算機輔助創(chuàng)新軟件提供專利查詢技術，即通過一種語義擴展方式，對一個具體問題，能夠提供不同相關程度的專利信息，為創(chuàng)新問題解決提供更加全面的知識支持。專利查詢支持在線對美國、歐洲和日本專利局數據庫的自動查詢。工程師可以根據自己需要，選擇合適的專利，加人到自己的解決方案中，還可以在此基礎上進行語義提取和整理，添加到系統(tǒng)的解決方案知識庫中，使得系統(tǒng)知識庫更加強大和專業(yè)。 方案評價計算機輔助創(chuàng)新軟件提供了兩種解決方案評價模式：客觀評價和主觀評價?？陀^評價是基于每個解決方案來自的專利的引用次數來確定。如果一個專利被引用次數越多，就說明這個專利越基礎、越適用、越重要。解決方案的主觀評價分為兩種：基于參數評價模型的單專家評價和多專家評價。這兩種評價方式首先要構建一個評價參數模型，評價參數包括正面參數和負面參數，正面參數就是值越大越好的參數，例如噪聲減小的程度；負面參數就是值越小越好的參數，例如解決方案實施的成本和時間。在參數模型中也可以按照每個參數的重要程度設置每個參數的權重。而多專家評價則需要在此基礎上還要構建專家組模型，包括參與評價的專家信息，根據他們的評價意見對最終結果重要性分別設定其權