创造发明讲座课件修改后发明创造3

1、创新设计过程及方法创新设计过程及方法 段清明段清明1868663892918686638929吉林大学吉林大学创新设计过程及方法创新设计过程及方法主要内容主要内容创造与创新创造与创新2创新设计过程创新设计过程3创新设计策略创新设计策略4产品服务系统产品服务系统 5前言前言2公理化设计公理化设计6长达一分钟的广告涵盖多个历史人物，爱因斯坦（长达一分钟的广告涵盖多个历史人物，爱因斯坦（albert albert einsteineinstein）, , 鲍勃鲍勃迪伦（迪伦（bob dylanbob dylan）, , 马丁路德金（马丁路德金（martin luther king, jr.marti

2、n luther king, jr.）, , 理查德理查德布兰森（布兰森（richard richard bransonbranson）, , 约翰约翰列侬（列侬（john lennonjohn lennon）及大野洋子）及大野洋子, , 富勒富勒（r. buckminster fullerr. buckminster fuller）, , 爱迪生（爱迪生（thomas edisonthomas edison）, ,阿阿里（里（muhammad alimuhammad ali）, , 特德特德特纳（特纳（ted turnerted turner）, , 玛丽亚玛丽亚卡拉斯（卡拉斯（maria

3、callasmaria callas）, , 甘地（甘地（mahatma gandhimahatma gandhi）, , 艾艾米莉亚米莉亚埃尔哈特（埃尔哈特（amelia earhartamelia earhart）, ,希区柯克（希区柯克（alfred alfred hitchcockhitchcock）, , 玛莎玛莎葛兰姆（葛兰姆（martha grahammartha graham）, , 吉姆吉姆汉汉森（森（jim hensonjim henson）与青蛙柯密特）与青蛙柯密特(kermit the frog), (kermit the frog), 弗兰克弗兰克劳埃德劳埃德赖特（赖

4、特（frank lloyd wrightfrank lloyd wright）及毕加索（）及毕加索（pablo pablo picassopicasso）。广告片以一个年轻女孩）。广告片以一个年轻女孩shaan sahotashaan sahota睁开眼睛为睁开眼睛为结尾结尾think different 他们用不同的角度来看待事物，他们用不同的角度来看待事物， 他们既不墨守成规，他们既不墨守成规， 也不安于现状，也不安于现状， 你尽可以质疑他们，颂扬抑或是诋毁他们，你尽可以质疑他们，颂扬抑或是诋毁他们， 但是唯独不能漠视他们但是唯独不能漠视他们 因为他们改变了事物因为他们改变了事物 他们让人

5、类向前跨越了一大步他们让人类向前跨越了一大步 他们是别人眼里的疯子他们是别人眼里的疯子 却是我们眼中的天才却是我们眼中的天才 因为只有疯狂到认为因为只有疯狂到认为 自己能够改变世界的人自己能够改变世界的人 才能真正的改变世界才能真正的改变世界think different 美国美国纽约时报纽约时报20112011年年9 9月月7 7日发表美国副总统拜登日发表美国副总统拜登的文章，原题：中国的崛起不代表我们的终结的文章，原题：中国的崛起不代表我们的终结: : 在在2020世纪，我们在衡量一个国家的财富时主要看的是世纪，我们在衡量一个国家的财富时主要看的是它的自然资源、土地面积、人口和军队。而在它

6、的自然资源、土地面积、人口和军队。而在2121世纪，一世纪，一个国家的真正财富在于其国民的创新精神和创造力。个国家的真正财富在于其国民的创新精神和创造力。 美国人生性热衷创新。竞争是存在于我们社会的骨子美国人生性热衷创新。竞争是存在于我们社会的骨子里的。它让每一代美国人都把毕生精力投入在改变世界的里的。它让每一代美国人都把毕生精力投入在改变世界的想法上想法上从轧棉机到飞机、微芯片和互联网。从轧棉机到飞机、微芯片和互联网。创新精神和创造力创新精神和创造力研发、设计研发、设计品牌、服务品牌、服务 在产业链中，附加值更多体现在两端，研发设在产业链中，附加值更多体现在两端，研发设计和品牌及服务，处于中

7、间环节的制造附加值最低计和品牌及服务，处于中间环节的制造附加值最低。 微笑曲线微笑曲线微笑曲线微笑曲线“创新创新”（innovationinnovation）有别于）有别于“创造创造”(creation)(creation)和和“发明发明”(invention)(invention)。对于。对于“创新创新”的定义比较权威的有的定义比较权威的有两个：一是两个：一是20002000年联合国经合组织年联合国经合组织(oecd(oecd）提出的：）提出的：“创新创新的涵义比发明创造更为深刻，它必须考虑在经济上的运用，的涵义比发明创造更为深刻，它必须考虑在经济上的运用，实现其潜在的经济价值。只有当发明创

8、造引入到经济领域，实现其潜在的经济价值。只有当发明创造引入到经济领域，它才成为创新它才成为创新”；二是；二是20042004年美国国家竞争力委员会年美国国家竞争力委员会创新创新美国美国计划中提出的：计划中提出的：“创新是把感悟和技术转化为能够创创新是把感悟和技术转化为能够创造新的市值、驱动经济增长和提高生活标准的新的产品、新造新的市值、驱动经济增长和提高生活标准的新的产品、新的过程与方法和新的服务的过程与方法和新的服务”。2 2、创造与创新、创造与创新技术创新与设计创新技术创新与设计创新工程师思维工程师思维设计者思维设计者思维technology innovation is the proce

9、ss through which technology innovation is the process through which new (or improved) technologies are developed and new (or improved) technologies are developed and brought into widespread use.brought into widespread use.技术创新是发明新技术或改善原有技术并得到广泛使用的技术创新是发明新技术或改善原有技术并得到广泛使用的过程。它的特点是发明专利的应用。过程。它的特点是发明专利

10、的应用。intelintel公司是一个典型的技术创新类公司。英特尔公司是全公司是一个典型的技术创新类公司。英特尔公司是全球最大的半导体芯片制造商，球最大的半导体芯片制造商，19711971年，英特尔推出了全球年，英特尔推出了全球第一个第一个微处理器微处理器。微处理器所带来的计算机和互联网革命。微处理器所带来的计算机和互联网革命，改变了整个世界。，改变了整个世界。技术创新技术创新模仿模仿以某种模仿原型为参照，在此基础之上加以变化产生新事物的方法。很多发以某种模仿原型为参照，在此基础之上加以变化产生新事物的方法。很多发明创造都建立在对前人或自然界的模仿的基础上，如模仿鸟发明了飞机，模仿鱼明创造都建

11、立在对前人或自然界的模仿的基础上，如模仿鸟发明了飞机，模仿鱼发明了潜水艇，模仿蝙蝠发明了雷达。发明了潜水艇，模仿蝙蝠发明了雷达。 想像想像在脑中抛开某事物的实际情况，而构成深刻反映该事物本质的简单化、理想在脑中抛开某事物的实际情况，而构成深刻反映该事物本质的简单化、理想化的形象。直接想像是现代科学研究中广泛运用的进行思想实验的主要手段。化的形象。直接想像是现代科学研究中广泛运用的进行思想实验的主要手段。组合组合从两种或两种以上事物或产品中抽取合适的要素重新组合，构成新的事物或从两种或两种以上事物或产品中抽取合适的要素重新组合，构成新的事物或新的产品的创造技法。常见的组合技法一般有同物组合、异物

12、组合、主体附加组新的产品的创造技法。常见的组合技法一般有同物组合、异物组合、主体附加组合、重组组合四种。合、重组组合四种。 移植移植将一个领域中的原理、方法、结构、材料、用途等移植到另一个领域中去，将一个领域中的原理、方法、结构、材料、用途等移植到另一个领域中去，从而产生新事物的方法。主要有原理移植、方法移植、功能移植、结构移植等类从而产生新事物的方法。主要有原理移植、方法移植、功能移植、结构移植等类型。型。形象思维形象思维创造创造创新创新设计设计知识知识知识知识知识知识知识知识知识知识设计设计创新创新新知识新知识创新设计的本质创新设计的本质 设计是一种创造性的活动，其目的是为物品设计是一种创

13、造性的活动，其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。因此，设计既是创新系统建立起多方面的品质。因此，设计既是创新技术人性化的重要因素，也是经济文化交流的关技术人性化的重要因素，也是经济文化交流的关键因素键因素。 设计思维不仅以人为中心，还是一种全面的设计思维不仅以人为中心，还是一种全面的，以人为目的、以人为本的思维。调动人们都具，以人为目的、以人为本的思维。调动人们都具备、但为传统的解决问题方式所忽视的能力。设备、但为传统的解决问题方式所忽视的能力。设计思维依赖我们的直觉能力、辨识模式的能力、计思维依赖我们的直觉

14、能力、辨识模式的能力、构建创意以实现情感共鸣和实用功能的能力，以构建创意以实现情感共鸣和实用功能的能力，以及通过文字或符号之外的方式来表达自我的能力及通过文字或符号之外的方式来表达自我的能力。仅凭借感觉、直觉和灵感是无法管理企业的，。仅凭借感觉、直觉和灵感是无法管理企业的，但过于依赖理性和分析也同样有风险。设计思维但过于依赖理性和分析也同样有风险。设计思维则是兼顾二者的第三条道路。则是兼顾二者的第三条道路。-change by design ideo-change by design ideo设计思维设计思维3 3、创新设计过程、创新设计过程 设计是一个过程，把设计是一个过程，把“我们希望得到

15、我们希望得到”映射到映射到“我们如何得到我们如何得到”。 我们我们希望希望得到得到什么什么我们我们如何如何得到得到它它cafrdrpv用户域用户域功能域功能域物理域物理域过程域过程域mappingmappingmappingwhathow 把这个过程更具体化，我们用四步把这个过程更具体化，我们用四步what-how what-how 的结的结构表示。构表示。 用户域描述用户的需求，功能域将用户需求目用户域描述用户的需求，功能域将用户需求目标描述为产品功能上要求，物理域表示满足功能要求标描述为产品功能上要求，物理域表示满足功能要求的物理结构，过程域表示制造过程所涉及的主要因素的物理结构，过程域表

16、示制造过程所涉及的主要因素。设计过程就是从用户域到功能域，再到物理域，最。设计过程就是从用户域到功能域，再到物理域，最后到过程域的映射（后到过程域的映射（mappingmapping）过程。每一步映射都）过程。每一步映射都是从是从what what 到到howhow的转换，即把的转换，即把“我们希望得到我们希望得到”映射映射到到“我们如何得到我们如何得到”。创新设计过程（概念设计）模型创新设计过程（概念设计）模型概念设计概念设计 概念设计是设计过程的早期阶段，在这个阶段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的解。概念设计因能确定满足设计问题功能要求的解。概念设计因能决

17、定产品成本平均高达决定产品成本平均高达80%80%，使之成为产品设计中，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。能力基本上也是概念设计阶段就被确定下来。 创新设计理论体系框架创新设计理论体系框架21需求分析方法需求分析方法 需求分析处理阶段是顾客需求特征向工程技术需求分析处理阶段是顾客需求特征向工程技术特征转化的阶段。其中常用到的工具是特征转化的阶段。其中常用到的工具是qfd qfd (quality function deployment)-(quality function deploym

18、ent)-质量功能配置，质量功能配置，qfdqfd把客户需求直接展开到新产品工程特性、设计过把客户需求直接展开到新产品工程特性、设计过程、工艺安排以及生产阶段，它将产品特性、属性程、工艺安排以及生产阶段，它将产品特性、属性与对客户的重要性联系起来。该技术提供了一种分与对客户的重要性联系起来。该技术提供了一种分析方法以明确那些是客户最为关注的特性，从析方法以明确那些是客户最为关注的特性，从“满满足设计需求足设计需求”转变为转变为“满足顾客需求满足顾客需求”。 qfd qfd是将顾客需求与技术特性结构化地联系的工具，采用是将顾客需求与技术特性结构化地联系的工具，采用质量屋的（质量屋的（house

19、of qualityhouse of quality）形式，实现需求转换。）形式，实现需求转换。需求问题转换需求问题转换 质量屋的基本形式质量屋的基本形式 根据根据kanokano模型，可将顾客的需求分为三种：基本需求、期模型，可将顾客的需求分为三种：基本需求、期望需求、兴奋需求。望需求、兴奋需求。创新机会识别创新机会识别顾客满意度的顾客满意度的kanokano模型模型张维迎教授谈市场与企业家张维迎教授谈市场与企业家我把企业家分为三类。我把企业家分为三类。第一类企业家，能够识别出消费者自己都不明白的需第一类企业家，能够识别出消费者自己都不明白的需求，这是最伟大的，他们创造产业。比尔求，这是最伟

20、大的，他们创造产业。比尔盖茨、乔布斯，盖茨、乔布斯，就是这样的企业家。就是这样的企业家。第二类企业家，能够更好地满足已有的需求。他们可第二类企业家，能够更好地满足已有的需求。他们可以以很低的成本进行大规模制造。以以很低的成本进行大规模制造。第三类企业家，按订单生产，不需要太多的想像力，第三类企业家，按订单生产，不需要太多的想像力，人家把设计都做好了，你生产就是了。人家把设计都做好了，你生产就是了。中国最多成功的企业是第三类，做中国最多成功的企业是第三类，做oem(oem(代工生产代工生产) )，其，其次是第二类。我们有多少人可以称为是第一类企业家？很次是第二类。我们有多少人可以称为是第一类企业

21、家？很少！少！ 经需求过程的分析，可以得到相应的创新设计问题。接下经需求过程的分析，可以得到相应的创新设计问题。接下来，便是针对分析得到的创新问题类型及信息粒度，分别采用来，便是针对分析得到的创新问题类型及信息粒度，分别采用不同的方法及策略进行求解，以得到相应的概念方案。不同的方法及策略进行求解，以得到相应的概念方案。 创新设计求解过程主要包含以下几个方面工作：创新设计求解过程主要包含以下几个方面工作： 问题定义与表征问题定义与表征 功能设计功能设计 行为设计行为设计 结构设计结构设计 功能表达的是功能表达的是“做什么做什么”，行为表达的是，行为表达的是“如何去做如何去做”，而结构表达的是而结

22、构表达的是“用什么元件或构件怎样连接而成用什么元件或构件怎样连接而成”。创新问题求解过程创新问题求解过程 效应概念分类树效应概念分类树 结构设计是在功能、行为设计的基础上，确定整个概念产结构设计是在功能、行为设计的基础上，确定整个概念产品的特征结构、形状尺寸。品的特征结构、形状尺寸。 在这一过程中，并不涉及到各个零部件的细节性设计，其在这一过程中，并不涉及到各个零部件的细节性设计，其主要任务是考虑功能需求在几何与结构层次上如何得到满足，主要任务是考虑功能需求在几何与结构层次上如何得到满足，将相应地功能输入输出变量、环境要求、工作条件等按照一定将相应地功能输入输出变量、环境要求、工作条件等按照一

23、定的规则或原理转变成装配结构中的主要几何参数和材料参数等的规则或原理转变成装配结构中的主要几何参数和材料参数等设计变量，为后续的详细设计提供基础。设计变量，为后续的详细设计提供基础。结构设计结构设计 通过创新求解分析，通常可以得到多个创新方案。对这些通过创新求解分析，通常可以得到多个创新方案。对这些方案加以优化、评价及筛选，也是创新设计过程中十分重要且方案加以优化、评价及筛选，也是创新设计过程中十分重要且非常困难的工作之一。非常困难的工作之一。 方案评价的方法有很多，如关联矩阵法、层次分析法、模方案评价的方法有很多，如关联矩阵法、层次分析法、模糊综合评价法和灰色综合评价法等。糊综合评价法和灰色

24、综合评价法等。 评价过程一般包括初步探讨、系统分析、评价指标的选择评价过程一般包括初步探讨、系统分析、评价指标的选择、评价函数的确定、评价值的计算和综合评价等、评价函数的确定、评价值的计算和综合评价等6 6个步骤。个步骤。设计方案评选过程设计方案评选过程304 4、创新设计策略、创新设计策略 问题可以分为定义良好问题和定义不良问题可以分为定义良好问题和定义不良问题。定义良好问题（问题。定义良好问题（well-defined well-defined problemsproblems）是指有关的目标、条件、转换）是指有关的目标、条件、转换方式都清楚的问题。定义不良问题方式都清楚的问题。定义不良问

25、题(ill-(ill-structured problems)structured problems)是指问题某方面信是指问题某方面信息不够完全的问题。息不够完全的问题。31问题的分类及解决策略问题的分类及解决策略 解决结构不良问题的基本思路是：通过适合的问题表解决结构不良问题的基本思路是：通过适合的问题表征、启发策略和顿悟，完善结构不良的问题，形成问题空征、启发策略和顿悟，完善结构不良的问题，形成问题空间，使之转化为良好结构问题，从而予以解决。创新设计间，使之转化为良好结构问题，从而予以解决。创新设计就是结构不良问题的求解过程，就是设定一个特定的目标就是结构不良问题的求解过程，就是设定一个特

26、定的目标，然后找到达到该目标的合适路径，根据设计问题类型的，然后找到达到该目标的合适路径，根据设计问题类型的不同，采用不同求解和创新策略。通过不同策略重构问题不同，采用不同求解和创新策略。通过不同策略重构问题空间，形成顿悟，使结构不良问题转换为结构良好问题，空间，形成顿悟，使结构不良问题转换为结构良好问题，完成创新设计。完成创新设计。 问题特征质变条件（问题特征质变条件（qualitative changequalitative change）对ude直接或者间接属于在描述的问题中不期望状态的变量；si问题存在状态的系统，i为输入;so 问题解决后的系统，o为输出;f + ( y, x)当其它

27、变量保持恒定时，y是x的增函数；f - ( y, x)当其它变量保持恒定时，y是x的减函数；f 0 ( y, x)表示y的值不依赖于x。质变条件表示问题特征函数需要从增函数变为减函质变条件表示问题特征函数需要从增函数变为减函数或者常函数。该条件改变了解的搜索目标。数或者常函数。该条件改变了解的搜索目标。00,issfy xfy xfy x, x yude面向产品的创新设计面向产品的创新设计 目标是不改变现有产品的主要功能，着重在产品目标是不改变现有产品的主要功能，着重在产品的次要功能的开发和改进，往往应用于现有产品已在的次要功能的开发和改进，往往应用于现有产品已在市场上有很好的信誉的情况，采用

28、的策略是着眼产品市场上有很好的信誉的情况，采用的策略是着眼产品本身和功能跟随形式的方法（本身和功能跟随形式的方法（function follow function follow formsforms）。）。采用方法采用方法: :创造性模板法创造性模板法原有连接原有连接外部环境元素外部环境元素产产品品配配置置环环境境新新产产品品配配置置环环境境头部、头屑、水、毛巾、阳光头部、头屑、水、毛巾、阳光灰尘灰尘 头发头发洗发水洗发水灰尘灰尘 头发头发 头屑头屑 阳光阳光洗发水洗发水形成新产品形成新产品建立新的连接建立新的连接原有连接原有连接建立新的连接建立新的连接普通洗发水普通洗发水去屑、抗紫外线洗发水

29、去屑、抗紫外线洗发水洗发液组件控制模板的通用组态图洗发液组件控制模板的通用组态图36 其它模板其它模板 模板方法的优点不仅仅在于它和思维过模板方法的优点不仅仅在于它和思维过程相关理论的一致性，还在于它的实际效用程相关理论的一致性，还在于它的实际效用上。上。 另外，在产品设计、广告设计和商业服另外，在产品设计、广告设计和商业服务领域还有一些其它的模板。务领域还有一些其它的模板。 苹果创造了一种新的商业模式：苹果创造了一种新的商业模式：itunesitunes软件，它允许用户软件，它允许用户从互联网上将音乐下载到自己的从互联网上将音乐下载到自己的ipodipod中。这一举措革命性地中。这一举措革命

30、性地改变了在线音乐销售的模式，使苹果牢牢控制了市场。改变了在线音乐销售的模式，使苹果牢牢控制了市场。 20082008年，苹果推出年，苹果推出appstoreappstore服务平台。这是一种发挥至服务平台。这是一种发挥至极致的众包。在这个平台上，任何人或公司均可向极致的众包。在这个平台上，任何人或公司均可向iphoneiphone或或itouchitouch用户销售应用程序。开发者决定其应用程序的价格，用户销售应用程序。开发者决定其应用程序的价格，并获得收入的并获得收入的70%70%。用户可以访问每天都在增加的各类应用程。用户可以访问每天都在增加的各类应用程序：截止目前，序：截止目前，iph

31、oneiphone可供选择的应用程序达可供选择的应用程序达4545万种，而苹万种，而苹果自己无需开发即获得果自己无需开发即获得30%30%的收入。的收入。38公理设计的目标公理设计的目标 通过为设计领域创造一个科学的基础，使设计师通过为设计领域创造一个科学的基础，使设计师更富有创造性，使随机搜索过程减少，使迭代试错过更富有创造性，使随机搜索过程减少，使迭代试错过程最短，在提交的诸设计中，确定最佳设计，并赋予程最短，在提交的诸设计中，确定最佳设计，并赋予计算机创造力。计算机创造力。 公理设计的基本思路公理设计的基本思路 在遵循独立公理的前提下，设计活动在四个域之在遵循独立公理的前提下，设计活动在四个域之间不同层级上曲折映射，迭代，生成设计方案；如果间不同层级上曲折映射，迭代，生成设计方案；如果方案不只一种，那么在信息公理的指导下