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关于数字化创新设计的几点思考

1 数字化创新设计的概念

创新设计是以各学科知识和思维活动的大量积累为基础，在一定约束条件下，经过对产品功能和企业运作过程进行分析、分解、创造和组合而产生新的方案，从而得到新产品和新管理制度。创新设计主要包括:技术创新、管理创新和美学创新。技术创新主要是对产品功能、性能、加工工艺等的创新，来提高质量，降低成本。管理创新是通过对产品生产过程、售后服务以及员工管理等的创新来提高生产效率和资金利用率，如怎样加快物资流动，减少库存。美学创新是对产品造型的创新，包括产品包装、款式、颜色、表面感光性，以及人们在使用产品时的舒适性等。

数字化设计是运用计算机硬件、设计软件和数据管理技术进行产品开发全过程的辅助设计。其内涵是要支持产品设计全过程，关键是数字化产品建模，包括设计、生产、销售、维修、回收等的数字化信息，主要内容是数字化优化设计，核心部分是数据管理。目前数字化设计已基本上覆盖了产品研制的全过程，但不足的是还不能有力地支持产品技术和管理创新这一过程。而产品创新对企业是至关重要的。因此，建立能支持创新的数字化到达屈服阶段时在该段内试样的变形变化很大而力变化很小设计是必要的。

我们将创新设计和数字化设计集成在一起，提出了数字化创新设计的概念。数字化创新设计就是把领域专家的知识、经验、公理、以及创新方法转换成计算机语言，并使其模仿人的创造性思维，从而指导和帮助设计者和管理者进行创新。

2 数字化创新设计的特点、现状和应用

2.1 特点

数字化创新设计不仅仅是简单的把人脑对一个产品的设计通过计算机表达出来，即它不只是一个几何建模工具，有以下两个特点:

(1)创新设计的智能化:即计算机软件根据现有条件和知识库提供的知识，给设计者或管理者一个设计的方向，避免了创新的盲目性。

(2)创新设计的自动化:即创新设计过程与CAX等现有工具的融合，把知识、技能、原理和规则等结合到CAX系统中，使设计者只输人参数和要求，CAX就可以根据有关知识形成符液压万能试验机油源发热的原因合的设计模型，并优化模型。

2.2 研究现状

目前，比较成熟的仓惭理论有头脑风暴法、试错法、思维的工具箱和Triz理论等。头脑乒曝法和试错法可以认为是设计人员的艺术创造，创新的程度和成败取决于设计者的灵感和淘气堡经验，当问题的解决方案超过了一个人的经验或领域时，这种方法就会无能为力。

Triz是由原苏联创造学家tshulle提出的，阐述了解决发明课题程序的机制、策略、过程以及物场分析的原则和模式、发明课题标准解法、解决技术矛盾的基本技法和消除矛盾的物理效应方法。它采用的启发式方法是面向设计者而不是面向机器。目前，TRIZ作为一种方法学，在产品创新领域得到广泛应用，并取得可观的经济效益。

但Triz也是不断发展的，需要人们不断拓展并给其注入新的内涵，主要研究方向有:

(1) Triz与其他设计方法的比较和整合研究。田口方法、QFD,TRIZ的相互结合，如Pearse hnson以企业文化为背景，以稳健设计为主干，结合TRIZ等方法，建立了基于原则的产品开发过程宏观模型。

(2) Triz内容的更新和扩展。冲突矩阵中的工程参数是否可以增加或改变;是否有新的发明原理或发明原理的内容是否有新的含义。

(3) Triz理论在非技术领域的推广。作为一种系统的解决问题的方法，逐渐向其他领域扩展，如教育、管理、商业和社会等领域。国外一些学者已对此进行了一些初步研究:John Terninko进行了Triz在社会科学领域的研究;Darrell MANN对Triz在商业领域中应用进行了研究。

现在大部分的数字化创新系统都是基于Triz理论的，主要有Invention Machine公司的TechOptimizer和Knowledgis,以及Ideation International公司的Innovation Workbench(IWB)等。TechOptimizer集成了解决矛盾的创新原则、分隔原则、效果库等知识库工具;美国亿维讯集团推出的旗舰CAI产品一Pro/Innovator主要融合了发明问题解决理论与计算机软件技术;IMC的Goldfire Innovator软件以DFSS(六西格玛设计)为核心，外挂全球70多个专利库( >1500万条专利)，可与全球2000多个专业站实时相连，提供语义分析工具。这些系统功能强大、比较完善，有效解决了许多难题，成为创新的有效工具。但由于其高昂的价格让很多中小企业望而却步。

我国近年来也开展了对Triz理论及应用研究。河北工业大学的檀润华教授等人在Triz的理论研究基础上，研制了计算机辅助产品创新软件InventionToo11.0,它包括发明原理、效应和技术进化模块。

2.3 应用

下面以"计算机辅助创新平台一基于QFD/TRIZ"为工具，通过汽车车门的改进说明研究数字化创新设计的重要性和高效性。

由市场调查可知用户对汽车车门的性能要求是多方面的，其中重要的一项是操作性能好，这使得厂家将车门的技术改进定位在了操作性能的改进。通过调查获得用户需求和其重要程度，并由此确定技术要求及其与用户需求的相关度，然后计算技术要求权重。

接着与同类产品比较，根据用户需求权重和技术要求权重来改变自身竞争力，从而提高自己的市场竞争力指数和技术竞争力指数。通过权重和改进比，可以发现，改进技术要求的第1,9项可以有效地提高竞争力。由于1关门阻力和9防水性是负相关的、冲突的，即希望减小关门阻力，但这会引起密封性差而不利于防水。然后进人TRIZ模块输人矛盾，得到TRIZ推荐的发明原理及其具体内宠物训练容和实例。

接着对原理优先顺序进行评判后，用原理巧和调频电台16的思路对车门进行改进。原理15，原理16是未达到和超过的作用。据此在车门上安装启动装置，实现开关门的动态化、自动化，如果您用PLA打印出了1个杯子然后稍微增加密封阻力，稍微达不到100%理想密封，为合格。这样既易于开关门又不会降低防水性，满足了顾客需求。

3 数字化创新设计中有待解决的问题

目前数字化创新设计已经成为提高企业综合竞争力的有效方法，国内外很多学者对此进行了大量的研究并取得了一些成果，但还有一些问题有待解决和进一步研究。

(1)技术创新方法的理论研究要不断完善，这是数字化创新设计的一个"瓶颈"。其核心问题是:如何将产品的功能领域中的行为变量映射到产品的物理领域中形成具体的设计方案。

(2)将技术创新方法的理论不断推广到管理领域，形成管理创新理论。

(3)系统更加智能化，更接近人的思维。

(4)生成方案的评价问题。

(5)整个系统更加完善实用，如采用如下模式:用户需求调查-提出要解决的问题-解决问题-方案评价-方案保存。

(6)设计者对数字化创新设计内涵的理解和对相关软件的熟练应用。

4 结语

企业在市场中的综合实力处于劣势，关键是企业缺乏快速响应市场的新产品的开发创新能力和运作中的管理创新能力。这就迫切需要获得这些创新的支持保安设备，而数字化创新设计的方法是数字化设计和创新设计的集成，它集中了上述两种方法的优点，可以在最短的时间内以低成本设计出满足顾客要求的产品，解决企业在管理运作中存在的问题。所以，数字化创新设计是支持企业创新的有效方法，必将大大提高企业的市场竞争力。(end)

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