2005年度《中国现代化报告》已由×××推出,报告对促进中国经济现代化提出了十大建议,其中之一为“建议在21世纪前30年完成新工业化和信息化”。我国自从推行“信息化带动新型工业化”国策以来,取得了卓越成效。但我们看到,目前我国各个行业的信息化程度与发达国家相比还存在较大差距;国际上,虽然越来越多的媒体将中国称为制造大国,但由我们自行研发设计的产品种类较少、产品技术含量还较低。从某种意义上来说,中国实现现代化的过程也是由“中国制造”向“中国设计”转变的过程。

从CAD(计算机辅助设计)到CAE(计算机辅助工程)、CAM(计算机辅助制造),计算机就为我们提供了巨大帮助。众所周知,产品设计大致可分为两类:一类是细节设计,一类是概念设计。概念设计的作用主要是在产品设计的初期阶段,把根据产品功能的需求而萌发的原始构思形成产品的主体框架及其主要模块和组件,以完成整体布局和外型初步设计;然后进行评估和优化,确定整体设计方案;最后,将设计思想落实到具体设计中,实现细节设计。在概念设计期间,所涉及的设计需求和条件等,往往是不精确的、近似的或未知的,这造成了概念设计过程的复杂和困难。因此概念设计要求设计者能综合运用跨学科的知识、拥有丰富的实践经验和优秀的创新能力。因而在新产品开发设计过程中急需有成熟的创新理论指导,有优秀的计算机辅助创新软件可借助。CAD、CAE、CAM均应用于详细设计阶段,那么,有没有一种软件能够支持概念设计呢?答案是肯定的。

计算机辅助创新CAI(Computer Aided Innovation)技术是新产品开发设计中的一项关键基础技术,在概念设计阶段对研发加以支持,成功地把信息化技术应用到了产品生命周期的最前端。CAI是以近年来在欧美国家迅速发展的发明问题解决理论(TRIZ)为基础,再结合本体论、现代设计方法学、计算机软件技术,综合而成的计算机辅助创新设计技术。下面就CAI技术的基础——TRIZ理论做简单介绍。

一.     TRIZ的基本思想

TRIZ的基本思想是 “在概念设计阶段,将产品作为一个系统加以考虑,对产品的创新问题着手解决之前首先勾画出理想的解决目标,进而设法消除创新设计过程(详细设计)中的技术矛盾”。

另外,在发展历程中,TRIZ总结出三条创新基本规律:

l     创新的本质就是不断发现和澄清产品内在的技术矛盾和物理矛盾并着力消除它们,采用妥协折中的方法不能从根本上解决矛盾

l     创新是有规律可循的,人类在解决工程技术问题时所采用的方法都是有规律的,并且这些规律可以通过总结和学习加以掌握和应用

l     一个领域所采用的技术和方法能够应用到其他领域相同或类似的问题中,同一领域的不同问题之间所采用的技术和方法也能够相互借鉴,但由于思维惯性以及人类自身能够掌握的知识有限,一个人只专长自己所熟悉领域的技术,因此有必要构建以创新问题解决为目的的跨学科知识库

二.     TRIZ的主要内容

TRIZ主要包含有以下创新设计问题解决工具:技术系统进化法则,物-场分析法,发明问题标准解法,发明问题解决算法ARIZ,技术矛盾解决矩阵,40个创新原理等。这些工具为创新理论软件化提供了基础,从而为TRIZ的系统化应用提供了条件。

三.     CAI的应用

一项优秀技术理论的大规模普及和应用,软件化是关键。CAI的出现为TRIZ的大规模系统化应用铺平了道路。在国外,福特、波音、施乐和三星电子等公司早就在产品研发的概念设计阶段运用CAI软件来解决问题。同时期的一项国外的相关调查数据表明,运用CAI,在产品设计和质量改进方案的形成速度上可提高70%至300%。在中国,亿维讯集团作为世界CAI技术与应用的领跑者,已经为国内多所研究所、企业研发机构提供了完整的计算机辅助创新设计解决方案,为提升我国企业的创新能力提供了强大动力。在创新设计中,CAI的主要作用有:

l     对问题情境进行系统分析,发现问题本质,准确定义问题及矛盾

l     对创新性技术问题和技术矛盾提供更合理的解决方案

l     提供基于语义处理技术而构建的自然语言查询技术

l     提供基于世界数百万专利分析结果而构建的创新方案库

l     提供基于TRIZ理论而构建的创新原理库和技术矛盾解决矩阵

l     提供跨学科(物理学、化学、几何学、电子学等)知识库

l     基于技术系统进化法则预测未来发展趋势,开发新产品

l     有效保存创新成果以备后续之用

四.   CAI简单应用实例

在水翼船的使用中,曾经遇到这样一个问题:当船的水翼在水中移动时,大量气泡会在水翼表面产生,形成气穴而造成腐蚀。通常采用的办法是冷却水翼,使其表面被冰覆盖,让冰层成为气穴腐蚀的载体。但维系冰层需要消耗大量能量。

求助于CAI,调用TRIZ中的“物-场分析法”分析:腐蚀通过气穴作用于水翼,需设法消除腐蚀这一负面效应,TRIZ建议我们引入新的物-场资源。结合工程实际,最终解决方案为:在水翼表面穿孔,由于上下表面的压力差,水在这些小孔表面形成保护水层,从而防止水翼遭受气穴腐蚀。