（机械制造及其自动化专业论文）基于网络的创新设计研究与实现.pdf

中文摘要 基于网络的创新设计研究与实现一 机械制造及其自动化 研究生：赵雷指导教师：李彦 创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，是企业得以生 存和持续发展的内在动力。国外在创新设计上已有相当的研究及实践，但存在 应用成本高昂、资源与信息获取存在语言与文化障碍等问题；国内的相关研究 还处于比较初期的阶段，宏观研究多，技术和方法方面研究较少，在实际应用 中没有取得很大的实际效果。因此，课题组正在建立和完善创新设计服务平台。 为了达到创新设计服务平台的设计目标，对基于网络的创新设计的研究和实现 是建立和完善创新设计服务平台的重要组成部分。 本文首先介绍了当前在创新设计领域国内外的发展状况。通过分析课题组 正在建立和完善的创新设计服务平台的目标、架构、服务体系以及创新设计服 务平台包含的具体内容，确定了基于网络的创新设计在创新设计服务平台中所 起的作用，为了进一步对基于网络的创新设计进行研究和实现，以网站作为基 于网络的创新设计的实现形式，所以对该创新设计网站进行了深入的需求分析， 根据这些需求定义，确立了该创新设计网站的系统结构和功能模块，并对各个 模块应具有的功能和内容进行了分析。 该创新设计网站将自主开发的创新设计软件、商业产品设计软件、产品创 新设计课件等创新设计研究成果整合在一起，完成非数据计算的、通过思考、 推理和判断来解决的创新活动。因此，采用何种方式来将这些创新设计资源整 合在一起，并利用现有的各种成熟技术，根据各个模块不同的功能需要，来实 现各个模块的功能，引导和辅助人们来进行创新设计，是研究的主要内容，这 部分也是基于网络的创新设计最具创新性的部分。通过采用a s p 模式来实现创 四川大学硕士学位论文 新设计资源的共享，并提出了创新设计网站在a s p 模式下的概念结构图。根据 创新设计网站在a s p 模式下的概念结构，提出了基于网络的计算机辅助创新设 计平台的体系结构。按照基于网络的讨算机辅助创新设计平台的体系结构中所 提供的服务，为实现优势创新设计资源的集成和共享，提出了平台创新设计资 源集成框架，要实现创新设计资源的集成与共享，按照本文的两种创新设计资 源集成方案，采用基于w e b 技术、基于w i n d o w s 终端服务和w e bs e r v i c e 技术 这三种成熟的技术来作为实现创新资源集成和共享的技术支撑，实现创新设计 资源跨i n t e r n e t 的异地使用。在确定了创新设计网站的解决方案之后，按照需 求分析、概念设计、详细设计和评价这四个步骤，建立了创新设计网站，并将 基于网络的创新设计的研究内容在该网站上加以实现。 最后结合和企业合作的混合动力汽车项目中的电机解决方案，在创新设计 网站中，利用该创新设计网站中的思想、方法和系统进行验证。结果证明了该 创新设计网站能够辅助工程设计人员进行非数据计算的、通过思考、推理和判 断来解决的创新活动。 关键字：基于网络的创新设计；创新资源共享；a s p ；计算机辅助创新设计；设 计方法 i l 英文摘要 s t u d ya n di m p l e m e m a t i o no nw e b - b a s e d p r o d u c ti r u l o v a t i o n m a j o r ：m e c h a i l i c a lm a n u f a c t l l r m ga n da u t o m a t j o n c a n d i d a t e ：z h a ol e i s u p e n r i s o r ：l iy a n i l m o v a t i o ns u s t a i n sm ep r o g r e s so fan a t i o n i ti sa ni n e x h a u s t i b l em o t i v ef o r c e f o r 廿l ep r o s p e r i t yo fac o u n t r y p r o d u c ti 衄o v a t i o ni sak e yf a c t o ro fe n t e r p r i s e i n n o v a t i o n i u c hr e s e a r c hh a sb e e nd o n eo p r o d u c ti 衄o v a t i o nj nw e s t e mc o u n t r i e s h o w e v e r ，m e r ea r es e v e r a lw e a b l e s s e s ，s u c ha sh i 曲c o s t ，t h el a n g u a g ea n dc u l t u r a l b a r r i e r s q u i t el i t n e r e s e a r c hh a sb e e nd o n eo np m d u c ti n n o v a t i o ni n c h i n a ， e s p e c i a l l yo n 协e c r e a t i v et h i m d n gm e t h o d s 肌dc o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c l l l l o l o g i e s t h u s ，t h eg r o u pi sd e v e l o p i n gt h ep r o d u c ti n n o v a t i o ns e r v i c ep l a t f o m i no r d e rt o r e a c ht h eo v e r a l ld e s i g no b j e c t i v e so ft 1 1 ep l a t f o m ，t | 1 er e s e a r c ho nt h ew e b - b a s e d p m d u c ti i l l l o v a t i o ni so n eo f 廿1 em o s ts i g l l i 丘c a l l tp a r t so f p l a t f o m d e v e l o p m e n t j nt h i sp a p e r ，t h ep r e s e md e 、他l o p m e ms t a t u so f p r o d u c ti 1 1 1 1 0 v a t i o ni s 证t r o d u c e d f i r s t l 弘a f i e ra 1 1 a l y z i n g t h e g o a l ，t h ea r c h i t e c t u r ea n dt 1 1 es e r v i c es y s t e mo ft t l e p r o d u c ti i l n o v a t i o ns e r v i c ep l a t f b 肌o l l rg r o u pi sd e v e l o p i n g ，t h ef u n c t i o no ft t l e 、v e b - b a s e dp r o d u c ti r u l o v a t i o np l a t f o m ，w h i c hi si n c l u d e di n 山ep r o d u c ti 曲o v a t i o n s e n ，i c ep l a t f o m l ，h a v eb e e nf i x e do n t h ec r e a p ( c r e a t i v ep l a t f o 珊) w e b s i t ei sm e i m p l e m e n t a t i o no ft 1 1 ew e b b a s e dp r o d u c ti 蛐o v 砒i o np l a t f o h l l c r e a pw e b s i t e s r e q u i r e m e i l ta n a l y s i sh a sb e e nd o n e b a s e do nt h er e q u i r c m e n td e f i n i t i o n ，t h e a r c h i t e c t u r ea n dt h ef h n c t i o nm o d u l eo fc r e a ph a sb e e nf i x e d0 n t l l i sw e b s i t e i n t e g m t e d t h e s e l f - d e v e l o p m e n tc o m p u t e r a i d e d p r o d u c t i i l i l o v a t i o n s o 行w a r e ， c o m m e r c i a lc a ds o r w a r ea n d p r o d u c t i n n o v a t i o n e - c o u r s e w a r et od ot 1 1 ei 1 1 n o v a t i v ea c t i v i t i e sw h i c ha r ed o n et h r o u g hn od a t a c a l c u l a t i o n ，t h i n 虹n r e a s o n i n ga n de s t i m a t i o n t h em a i nw o r ki st oi n t e g r a t ea l lt h e p r o d u c ti n n o v a t i o nr e s o u r c e sa n dt oi n l p l e m e n tt l l ef u n c t i o no fe a c hm o d u l eb yt h e t t l 四川大学硕士学位论文 m a t u r et e c h n 0 1 0 9 y t h es h 州n go fp r o d u c ti 衄o v a t i o nf e s o u r c e sh a sb e e nc 删e do u t b ya d o p t i n gt h ea s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ) t h ec o n c e p t u a lf r a m e w o r ko f c r e a pu n d e ra s pi sp u tf o r w a r d t h es y s t 哪s t n 】c t u r eo ft h ew e b - b a s e dp r o d u c t i r h l o v a t i o ni sa l s oe s t a b l i s h e du n d e rt h ec o n c e p t u a l 妇n e w o r k t h ef r a m eo ft h e p r o d u c “1 1 i l o v a t i o nr e s o u r c e si n t e g r a t i o ni se s t a b l i s h e dt oi m p l e m e n tt 1 1 ei n t e g r a t i o n o fp r o d u c ti 仰o v a t i o nr e s o u r c e sa c c o r d i n gt om es y s t e ms t m c t u r eo ft h e 、v e b - b a s e d p r o d u c ti n n o v a t i o n w e b _ b a s e dt e c l l o l o g y w 主n d o w st c m i n a ls e i c e sa 1 1 dw e b s e r v i c et e c h n o l o g yh a v eb e e nu s e dt oi m p l e m e n t 1 ep r o d u c ti 1 1 1 1 0 v a t i o nr e s o u r c e s i n t e g r a t i o na j l ds h a r i n g a n e rd e f l n i n gt h ec r e a pd e v e l o p m e n ts o l u t i o n ，f o l l o w e d t h ef o u rs t 印st od e v e l o pt h ec r e a pw e b s i t c ：r e q u i r c m e n ta n a l y s i s ，c o n c e p t u a l d e s i g n ，d e t a i l e dd e s i g na n de v a l u a t i o n f i n a l l y jt h e c r e a t i v ep l a t f b i mh a sb e e ne v a l ua _ t e d b y t h e h y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e sm o t o r s s o l u t i o n t h er e s u l t sp r o v e dt 1 1 a t 廿1 i sc r e a t i v ep l a t f o n i lc a nh e l pm e e n g i n e e r i l l gd e s i g n e r st od ot h em o v a t i v ea c t i v i t i e sw h i c ha r ed o n et 1 1 r o u g hn od a t a c a l c u l a t i o n ，t h i n i 【i n g ，r e a s o n i n ga n de s t i m a t i o n k e yw o r d s ：w e b - b a s e dp r o d u c ti 1 1 1 1 0 v a t i o n ，p m d u c ti i l o v a t i o nr c s o u r c e ss h 撕n g ， a s p ，c o m p u t e ra i d e dp r o d u c ti n n o v a t i o n ，d e s i g nm e t h o d 声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归四川大学所有，特此声明。 研究生签 导师签 日 7 5 第一章绪论 1绪论 1 12 1 世纪是创新经济时代 2 0 0 7 年1 月召开的全国科技工作会议指出，2 0 0 6 年是中国科技发展史上具 有里程碑意义的一年。全国科技大会确立了走中国特色自主创新道路、建设创 新型国家的重大战略。2 0 0 5 年，美国商业周刊在其杂志和网站上专门开辟 了“创新”专栏，并以封面文章的形式指出：众所周知的知识经济正在被另一 种新的经济所取代创新经济【l 】。 以知识为基础的产品创新竞争是2 1 世纪的全球化制造环境下企业技术竞 争的核心【2 】。谁在知识和科技创新方面占据优势，谁就能够在发展上掌握主动。 然而，在百度中搜索完整关键字“大量依赖进口”，共搜索出1 1 ，5 0 0 篇简体中 文网页，主要体现出中国在大量低技术、低附加值的产品严重供过于求，而在 高技术、高附加值领域有效供给不足，不得不大量进口。在新技术、新产品的 研发能力上仍然薄弱，缺少自主知识产权，产业主体技术依赖国外，我国所需 要的大量先进设备，仍主要依赖进口。据资料显示，中国三大电力设备制造集 团百万千瓦机组超超临界技术分别来源于：西门子、三菱和日立，也就是说中 国目前高端的电力设备设计技术完全依赖进口。 中国科技人员创新意识和创新能力差的问题没有从根本上得到解决，而且 大部分企业根本没有现代化设计手段，因此迫切需要获得具体技术支持，使技 术人员能够在产品的概念设计、方案设计阶段高效率、高质量地提出创新设计 方案，从而提高企业的新产品开发能力和经济效益。这些具体的技术支持手段 包括创新设计理论、方法和工具等。 1 2 创新设计的发展现状与主要研究内容 1 2 1 世界创新设计发展概况 世界上许多研究人员对创新理论和方法、创新思维，从思维、智力、知识 和工程技术角度作了大量的研究。主要的研究在以卜几个方面： 基于知识的创新设计研究，研究的主要内容是如何利用领域知识进行设计， 以及知识的表示、获取等，专家系统，学习系统，c b r 系统等都是基于知识的 创新设计在设计中的实际应用。在这方面，国内外的研究人员已作了大量研究 四川大学硕士学位论文 【3 刮。知识是创新设计中的基础，是非常重要一部分。知识是对过去研究事实的 提炼和总结，它对迸一步的创造活动有积极的指导作用，但一味拘泥于已有的 知识和经验无疑会影响创造性活动的自由开展。有些时候，你甚至可能陷入已 有知识的架构里，而看不见更富有价值的东西。所以，创新设计必须在知识的 基础之上，并要能够超越原有知识的限制。 基于心理学的创造性思维研究，是着重研究人的思维方法，以人为主体， 强调打破思维定势( t h i n l ( o u to ft h eb o x ) ，重点在于创新概念的产生，如a f 0 s b o m 提出的头脑风暴法( b r a i n s t o m i n g ) 【7 】和e d eb o n o 提出的横向思维法 ( 1 a t e r a lt h i l l l ( i n g ) 【8 】等，这些思维方法都是强调从不同的角度思维，克服心理 定势对创造性思维的约束和抑制，发散搜索，产生若干个可供选择的新概念， 强调想象力，主要采用的是非逻辑思维方法。基于心理学的创造性思维方法有 助于开拓人的思维，有助于创造性想象并产生新概念，已被广泛地应用于不同 的领域。 在以工程技术发展规律为对象的发明问题研究方面，苏联gs a l t s h u l l e r 等人建立了一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法，算法组成的综合 理论体系，发明问题解决理论( t h e o r yo f i n v e n t i v ep m b l e ms o l v i n g ，t 融z ) 9 1 。 国外已开发出多种基于t r j z 的创新软件产品，如i n v e n t i o nm a c h i n e 公司的 t e c h o p t i l i l i z e r 、i d e a t i o ni n t e m a t i o n a l 公司的i r u l o v “o nw o r k b e n c h 和德国的 t r i s o l v e r 2 1 等，并在许多领域内获得了应用，被许多世界级公司如福特、施乐、 惠普、3 m 、s o n y 等使用，国内也有个别大学和企业也在使用。河北工业大学 的檀润华教授的课题组也开发了一套基于t r l z 的机械产品概念设计系统。 j a c o bg o l d e n b e r g 的创造性模板方法一c t ( c r e a t i v i t yt e m p l a t e s ) 同样也是以 技术系统为主体，着重研究技术创新的规律，强调解决技术系统的进化矛盾， 重点在于发明问题求解。 近年也出现了少许从认知的角度对创新设计进行的研刭1 1 。3 1 。不过，在广 度和深度上还有很多值得研究的地方，还没能形成系统性的理论和方法。认知 科学是研究人类感知和思维信息处理过程的科学，包括从感觉的输入到复杂问 题求解，从人类个体到人类社会的智能活动，以及人类智能和机器智能的性质。 认知科学是现代心理学、信息科学、神经科学、数学、科学语言学、人类学乃 至自然哲学等学科交叉发展的结果。是一门高度跨学科的新兴科学，已成为当 第一章绪论 今最活跃的研究领域之一。 1 2 2 我国创新设计发展概况 我国在对创新理论和方法、创新思维，从思维、智力、知识和工程技术角度 所作的研究与国外相比还有有很大差距。主要是宏观的研究，虽然发表了不少创 新设计的论文和著作，但在技术和方法方面研究较少，在实际应用当中并没有取 得很大的实际效果，因而在引导设计人员创新上还未取得比较显著的效果。 在创新设计的实际应用方面，总体来说还很有限，在网络上所提供的资源虽 然很多，但都是以零散的网页形式分布，如：国内一些商业公司建立了基于创新 的网站，如亿维讯公司的h 却：w w w i 谢n t c o m c n ，新科益系统与咨询( 上海) 有 限公司的n p ：，n m r c a d i t c o m c n ，它们定位于公司产品与服务的宣传，主要内容 包括公司介绍、业界新闻、创新理论讲解论坛和创新工具的产品简介及试用下载 等。还有一些创新设计个人爱好者建立的论坛或个人主页以及专利部门的网站， 如中国发明专利技术信息网h t t p ：u n v w h k i k c o 州等。专门介绍创新设计相关知识 的网站很少，而能够将创新设计的理论以网站作为载体，辅助人们进行创新设计 的资源就更少。河北工业大学在石家庄市科技攻关重点项目的支持下了完成了 “基于t r j z 的产品创新软件一i n v e n t i o nt 0 0 1 ”的研究，于2 0 0 3 年1 月鉴定，但功能 还非常有限，并且是单机版软件，时效性十分有限。 1 2 3 存在的问题与分析 由以上对国内外创新设计研究发展概况的分析可以看出，国外在创新设计 技术上起步较早，且已有相当的研究及实践，而国内也有一定研究。国外的设 计理论、方法、工具和产品从不同的设计角度和侧重点对产品创新设计提供支 持，并且其服务和工具己达商品化阶段，但将这些设计理论、方法、工具和产 品应用到国内的实际当中去，还存在以下问题：应用成本高昂，软件工具方面 如美国i n v e n t i o nm a c h i n e 公司的一套基本模块软件加一个用户端3 5 万美金， 多加一个用户端口加1 万美金，每年还需交纳18 的服务费；资源利用与信息 获取存在语言与文化上的障碍，这些资源大部分是英语，德语，甚至还有其他 国家的语言种类，不便于国内的设计人员使用，且培养一名能够熟练使用这些 创新设计工具的专业人员需要相当长的时间。 四川大学硕士学位论文 国内在创新设计方面的研究起步较国外晚，所进行的研究也还处于比较初 期的阶段，而这些应用资源也并没有得到整合，更深一层的创新设计平台体系 结构、关键技术及实现方法研究，创新设计平台的推广应用等问题并没有得到 很好的解决，特别是如何整合科研、政府、商业等多方需求建立创新设计平台， 如何通过创新平台在企业推广应用创新技术，国内外还没有很好的案例。 近几年来，国内工业企业技术创新在国家的政策引导下取得了一定成效， 但企业技术创新意识不强、创新机制不活、研发机构较少、研发投入不足、新 产品开发速度缓慢、自主仓新能力薄弱等问题仍未得到根本政变。企业技术创 新能力薄弱已成为制约全国工业结构调整和新型工业化进程的主要瓶颈之一。 目前，加强我国工业企业技术创新工作是抓住科技迅猛发展带来的巨大机遇， 针对当前制约我国技术创新能力提升的薄弱环节，解决工业经济发展主要瓶颈 制约，提高企业竞争力，促进工业可持续发展，增强国家自主创新能力，为建 设创新型国家提供有力支撑的重要措施。 1 3 基于网络的创新设计 目前，关于c r e a t i v i t y & i 皿o v a t i o n 的网站现在有很多，主要分为三大类： 理论研究 商业软件 咨询公司 国内主要有：石家庄工大创新科技有限公司是计算机辅助创新设计软件的 专业研发、提供商。公司依托河北工业大学的资源优势，秉承“科学创新、卓 而不凡”的企业精神，研究、跟踪并发展国际先进的产品设计理论【1 4 ：博勤卓 越( t r i i l i t y i i l l l o v a t i o n ) 是第一家以创新为核心向企业、政府机构和国际组织提供 战略与管理咨询以及投资顾问服务的国际型智囊机构，卓越的创新研究团体和 国际创新网。博勤卓越定位于高端市场，坚持国际一流专业水准i l ”。这些网站 都是宣传创新相关的内容，并没有实际的功能。 国外主要有：n t i z j o u m a l ，主要是向业务领导者提供创新信息和资源【1 6 】， 该网站理论性较强，互动性较差；i d e a t i o ni n t e m a t i o n a l 专注于发明问题解决理 论，向企业提供创新软件和服务【”】，而由i d e a t i o ni m e m a t i o n a l 公司所建立的网 站虽然内容详实，但界面不友好；m y c o t e d 致力于通过提高创新能力来解决问 4 第一章绪论 题【1 8 】，其网站总结了2 0 0 多种创新方法，但不系统；c r e a x 是一个通过利用 最有效的资源来刺激全世界范围的创新潜能的研究机构【1 9 】，其网站中既提供了 创新的在线体验，同时也提供了创新软件的下载，该网站的创新能力测试模块 曾受到b b c 的推荐，图1 1 是c i 也a x 公司的创新资源门户网页；i n v e n t i o n m a c h i n e 公司通过提供创新软件和服务来促进基于知识的创新和系统化想法的 产生，从而加速和提高产品创新的效率和预见性【2 0 】，但该网站属纯商业性质， 理论说明很少。 ! 蓍凳寰囊壁l 鬟麓：篓婺麓篓麓詈嚣羔堡墅望攀鎏譬兰荔篓? i 墼窭霎鲤篓登塑缝骥燮辫蹙罄裂。篓j 淄 d - if ta， j ， ? v -，- 7 。 一p k 图1 1c r e a x 公司的创新资源门户网页 c r e a x 网站另一个重要的功能是可以通过该网站，下载计算机辅助创新设 计软件c ：a xi l u l o v a t i o ns u i t e3 1 。c r e a xi 姗o v a t i o ns u i t e3 1 是用于创新研 发和创意分析的计算机辅助创新设计软件，c i 冱a x 会逐步引导您进入创新的领 域，如图1 2 所示。 c r e a xi 彻o v a t i o ns u i t e3 1 的特色：( 1 ) 系统化创新使得创新研发流程具有 重复性；做为系统化创造力的开发工具；做为分析目前产品最省时的软件工具； 专利分析；创新发明解决问题工具；t r i z 理论的实现。 在其定义问题( d e 行n et h ep r o b l e m ) 模块中：问题描述( p r o b l e md e s c r i p t i o n ) ， c r e a x 提供文字处理模块让使用者很容易而完整的描述问题，可以插入问题总 结，加入图片以方便理清问题，并且可设定超级链接到相关文件。资源和限制 四川大学硕士学位论文 ( r e s o u r c ea n dc o n s t r a i n t s ) ：在系统化创新过程中资源和限制两大参数扮演很重 要的角色，c i 也a x 会把资源的运用整合在问题的定义过程中，软件会引导使用 者做最有效的运用，伴随着问题一定会有某些限制条件存在，这些限制条件也 就是告诉使用者在现有系统式环境中，无法达成的功能，这时候创新的机会就 存在其中。问题再定义( p r o b l e mr e d e f i n i t i o n ) ：人类的大脑之中有强烈自我意识， 相信第一次定义的问题为正确的，r e d e f i n i t i o n 工具会协助您探索问题并激发个 人的想法并建立阶层式的问题描述架构，让研发人员能选择合适之问题。理想 化( i d e a l i t y ) ：在系统化创造力中，理想化和i f r ( i d e a lf i n a lr e s u l t ) 是非常重要的 组件。大部份的公司会使用目前现存系统作为创新思考的出发点，c i 也a x i d e a l i t y 工具会引导使用者，找到问题中的理想解。系统模型( s y s t e mm o d e l ) ： 系统模型为问题定义过程中必要的组件之一，在这项工具中，有关功能与属性 分析的模块，可以让使用者清楚了解，功能与组件( 属性) 之关联性。 登鍪鹾拳毽淫濯鬻毯露莲蓬燮璧夔熊囊筮缴缀臻霪巍巯篓赡整磐愆跫塑戆礁簦懋鲤隧罄麴爱惹凝囊。i 矗 1 w hh - w r + ，”一_ 一 | l i | | l | | | | l | | i l l i | l ；l l 鬻? i ：皇，。，。：。二二，。，。，。，。， ； 擎+ f 季己4肇i 既譬黧翟嚣翟函敬爱强露鬣銎裔受篷警藤蘧黧麓磁蕊濯强麴霾黧露离鬣露霆瀚 图1 2c r e a xi n n o v a t i o ns u i t e3 1 使用界面 在其产生解决方案( g e n e r a t es o l u t i o n s ) 模块中：冲突矩阵( c o n t r a d i c t i o n s ) ： 冲突矩阵为解决问题非常强大的工具，这个工具让您找出冲突参数并且找出别 人已有的解决方案，并参考已经归纳由世界各发明家发明的策略，找出解答。 创新发明的法则( i n v e n t i v ep r i n c i p l e s ) ：所有的发明皆可依这4 0 项法则中分类， 每个发明法则皆伴随完全的描述和详细的解决诀窍。创新的演进f t r e n do f 6 第一章绪论 e v 0 1 u t i o n l ：产品和服务的创新是可预测，1 r e n do f e v o l u t i o n 工具展示了产品如 何随时演进过程，每个演进步骤代表某种趋势并产生了一些对顾客有用的效益， 藉由这些演化过程的信息能有效激发您的创造力。知识( k 且o w l e d g e ) ：有些问题 时很有可能是其它人已经有解决过的，透过这个工具可搜寻在线知识库，包括 专利、科技趋势、范例等，加速问题解决速度。演进潜能( e v 0 1 u t i o n a r yp o t e m i a l ) 建立一个现有产品或服务的评量，并预测未来的演进，它让您能绘制演进潜能 图并指出限制。质场分析( s f i e l d s ) 质场分析协助您厘清问题和进行搜寻解答， 质场分析由3 个元素所构成，由2 个质性元素和一个场构成，通常质代表为物 理组件，场代表的是在系统中的能量，由c i u ! a x 质场型态工具会引导寻找解 答的方向。交互式冲突矩阵( m a t r i x2 0 0 3a d d 0 n ) 这个电子表格型态的交互式冲 突矩阵功能，只要您找出特定的冲突项目，已会协助您找出相对应的发明原理， 并助由范例或模拟的例子，协助解决冲突的项目。认知映射图( p e r c e p t i o n m 印p i n ga d d 一0 n ) 这个工具协助使用者处理复杂问题的认知分析。 在其评估解决方案( e v a l u a t i o ns o l u t i o n s ) 模块中：构想管理者( i d e a m a l l a g e r ) ：管理者提供在创新流程中所产生的构想。功能包含了注记产生的构 想，构想草图绘制图解分析构想。进行简单的评估以找出解决方案。评估工具 ( e v a l u a t ea d d o n ) 软件本身可提供任何复杂产品不同属性之分析和多维度问题 分析，也提供了不同评估方法( s i m p l e ，a d v a l l c e d ，r a t i o s c a l i i l g 软件也提供了构想 的强健性( r o b u s t n e s s ) 和敏感度分析。 从总体来看，产品创新设计方面的网站大都以t r j z 为理论基础，并且网 站功能大都是宣传和推广的作用，具有交互功能的较少。 本文研究的基于网络的创新是在创新设讨问题求解的认知机理基础上，实 现了基于网络的计算机辅助创新设计平台的系统结构，能有效的将认知科学、 信息技术和设计技术会聚，集成人机交互创造性思维方法、科学效应库、设计 知识库和丰富的信息源，完成非数据计算的、通过思考、推理和判断来解决的 创新活动。 1 4 课题来源以及研究内容 1 4 1 课题来源 四川省科技条件平台建设项目，“创新设计服务平台”。 7 四川大学硕士学位论文 1 4 2 本课题的研究内容 在该课题中本人主要承担的工作是在创新设计问题求解的认知机理基础 上，研究基于网络的计算机辅助创新设计的系统结构，使用户通过创新设计网 站可获得创新设计电子课件、创新设计软件、设计知识库、多层次网络搜索引 擎、专利库链接及其它设计资源。主要研究内容有： 通过收集整理国内外有关网络化创新没计现状及其发展趋势的资料， 分析网络化设计环境下的计算机辅助创新和创新设计资源的共享，采 用a s p 模式寻求实现创新设计资源共享所采用的模式，并提出在a s p 模式下创新设计网站的概念结构图。根据创新设计网站在该模式下的 概念结构，提出基于网络的计算机辅助创新设计平台的体系结构。 创新设计原理电子课件：以课题组在创新设计理论、方法及工具研究 的研究成果为基础，对课题组的研究成果进行收集、整理，并用文字、 图表、动画、多媒体和实例等多种形式，向客户介绍系统所采用的创 新设计理论和方法，使设计人员知道如何进行创新设计。 创新设计资源导航：收集互联网上国内外创新设计的相关资源，分类 归纳、整理成一个系统的创新设计资源。本部分可以动态管理，方便 用户通过前台向管理者推荐创新设计资源。使该模块集成网络创新设 计资源，成为互联网上的创新设计资源入口，为用户获取网络创新设 计资源导航，供设计人员方便使用。同时创新设计资源还提供计算机 辅助创新系统完整版本的下载。 计算机辅助创新设计：企业用户可在线使用网站提供的c r e a d e s i 印、 t e c h o p t i m i z e r 、k n o w l e d g i s t 等创新设计软件来辅助设计人员进行创新 设计。同时用户也可通过浏览创新设计网站来了解计算机辅助工程设 计人员进行创新设计的整个流程。用户通过使用c r e a d e s i 卫n 的简化在 线版本，配合创新设计原理电子课件，来学习怎样使用计算机辅助创 新系统，也能通过该简化版进行一些简单的辅助产品创新活动。 1 5 本章小结 本章首先介绍了2 1 世纪是创新经济时代，创新设计的发展现状与主要研究 8 第一章绪论 内容，另外还对本研究涉及的基于网络的创新设计做了简单描述。最后介绍了 课题的来源，本人承担的主要工作以及本课题的主要研究内容。 9 四川大学硕士学位论文 2产品创新设计 2 1 产品设计过程 2 1 1 产品设计姜素 产品设计关系到众多要素，在设计中如何协调诸多要素的关系，是产品设 计的关键所在。所以，如何确定要素内容，是整个产品设计活动成功与否的重 要组成部分相对于专业纵深比较深的技术工程师来说，产品设计师的专业横 向比较宽。这决定了在进行产品设计的过程中，要考虑的并非一种要素即可， 而要考虑很多要素之间的综合关系这里把产品设计的各种因素归纳为功能要 素、艺术要素和经济要素等三大要素，其系统如图2 一l 所示。 匿窒塑 羼鞒隔霸冈鬻 1 ，二二一 图2 1 产品设计三大要素系 功能要素：功能是产品提供给用户的基本需求，产品只有具备某种特定的 功能才有可能进行生产和销售。包括产品的性能、构造、精度和可靠性等。随 着社会的发展，人们对产品的基本需求也在发生变化通过工程设计技术实现。 艺术要素：具有抽象的品质，如舒适度、美感、便利性、具有社会文化价 值等。艺术要素通过工业设计技术实现。工业设计是以人的需求为出发点，通 过创新开发，使产品外观、性能、结构相协调，在确保产品技术功能的基础上 给人以舒适和美的享受。 经济要素：产品设计面向市场和用户，是设计、开发、生产和营销全过程 的决定性环节。产品设计的好坏直接决定产品成本。现在产品制造强调的重点 已转移到设计过程，即从设计一开始就考虑成本，以便及早发现问题，及早加 以改进经济因素通过价值工程技术实现。 l o 第二章产品创新设计 2 1 2 产品创新模式 推动产品进行创新设计的模式大致可以分为三类：技术推动模式、市场推 动模式和复合推动模式【2 1j 。 ( 1 ) 技术推动模式 在创新的技术推动模式中，科学技术的发展并应用到工业中，必定推动着 产品的创新。科学技术上的重大突破是创新的原动力，它是驱使技术创新活动 得以产生和发展的根本动因。 图2 2 创新的技术推动模式 ( 2 ) 市场推动模式 市场推动模式认为，技术创新源于市场需求，源于市场对企业的技术需要， 也就是技术创新活动以市场需求为出发点。明确产品技术的研究方向，通过技 术创新活动，创造出适合这一需求的适销产品，使市场需求得以满足。 市场 需求 嚣謦一 一籍唪 生产畛 市场 图2 3 创新的市场推动模式 ( 3 ) 复合推动模式 虽然市场推动模式下的产品创新目前暂居于创新的主导地位，但长期以来 许多关键重大的进步却都来自于技术推动。在现代企业中，产品创新是一个复 杂的过程，不能明确某一个冈素是创新活动的唯一的或最摹本的决定因素。因 此，对于产品创新设计采取技术推动及市场推动复合的产品创新模式。产品创 新以潜在的市场需求为出发点，以技术应用为支撑，其创新成果往往是开发全 新的产品，从而将潜在的市场激活为一个现实的市场。图2 4 创新的技术市场 1 1 四川大学硕士学位论文 复合推动模式图。 图2 4 创新的复合推动模式 2 1 3 产品设计过程 对于产品设计过程，并没有统一而严格的定义，该过程是一个由综合到分 析的反复迭代过程，一般从设计任务角度出发，可以把产品设计分为需求获得、 需求分析、概念设计( 又叫方案设计) 、结构设计、详细设计等五个环节【2 2 1 ，一 般把需求分析环节和方案设计环节和部分结构设计环节规划到概念设计阶段， 如图2 5 所示。这几个环节相互独立而又彼此紧密相关。 平蔼瓢嚣需事焉习 l 产品设计阶度i l 1 _ j 匡叠 图2 5 一般设计过程 产品的设计是一个由抽象到具体的逐步求精过程。一般步骤是，通过市场 信息分析确认需求，再通过概念设计将总的需求目标转化为功能上的层次结构 关系，并得出满足功能要求的求解方案，然后经过结构设计和详细设计得到实 现这些功能的部件和零件，最后把技术设计的结果变成施工的生产计划文件。 其中概念设计是最重要的部分。 1 2 第二章产品刨新设计 概念设计与创新设计：概念设计的定义比较多，总的来说，一是指设计的 前言阶段，二是指设计需要考虑多方面的内容，而不仅仅是技术层面上的问题。 设计首先是要弄清设计要求和条件，然后生成框架式的广泛意义上的解，这“框 架式的解”是指设计问题的一个轮廓，每个主要的功能都可以对应于其上，通 过原理部件间的空间或结构上的关系，使它们有机地结合起来。从这个框架解 中得到产品大致的成本、重量或总体尺寸以及在目前的环境下的可行性等。这 个框架只需对一些特征或部件有一个相对明确的描述，但并不要求洋细。 2 1 4 需求分析 对面向市场竞争的公司而言，特别是那些技术性很强的公司，成功开发和 销售创新产品的能力非常关键。新产品设计最关键的因素之一是理解顾客需求 然后把需求应用到新产品的设计中删【2 6 】。根据产品开发的创新性，可分为渐进 产品开发和突破产品开发。这两种产品开发方法各有其优劣：渐进产品开发在 已有或相关产品的基础上进行产品开发，其目标顾客、顾客需求比较明确，开 发过程有很强的可预见性和可控制性，其风险较小；突破产品开发由于其创新 性，市场上可供借鉴的东西比较少，因此开发中需要确定的因素都是在开发中 逐渐确定的，而不像渐进开发在一开始就能大体确定，因此其开发过程和渐进 产品开发有些不同，其开发的风险也比较大，然而由于其具有“颠覆规则”的 特性，所以其获得的收益也是巨大的。突破产品开发和渐进产品开发往往是交 替进行的，在进行突破产品开发后往往进行渐进产品开发以巩固维持其优势， 直到被下一轮的突破产品开发所取代。对这两种产品开发方式，如何理解顾客 需求并将其集成至产品开发中所采用的方法不完全相同。 在工程领域，将市场与工程集成在一起的最为广泛采用的方法为质量功能 部置( q f d ) 【2 7 2 8 】，q f d 是一种将顾客之声转换成工程特性的有效方法，采用q f d 有很多优点，如o f d 即简单又是一种结构化的方法、能帮助设计者决策、提供 决策跟踪方式以及提供设计制造全过程的质量控制框架。综上所述，国外对市 场需求获取与处理的研究已走过较长的道路，并在企业获得了令人满意的应用 成效。 2 1 5 概念设计 概念设计是设计过程的早期阶段，在这个阶段确定满足设计问题功能要求 四川大学硕土学位论文 的解。概念设计因能决定产品成本平均高达8 0 ，使之成为产品设计中最重要 的一部分。产品的创新及其所具有的竞争能力基本上也是概念设计阶段就被确 定下来。p a h l 和b e i t z 将概念设计定义为【2 圳：在确定任务之后，通过抽象化， 拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出 求解方案，这一部分设计工作叫概念设计。 产品概念是产品技术、工作原理和形式的近似描述，它简洁地描述了产品 是