鄒金橋++燕必成

摘要：

創(chuàng)新設(shè)計是創(chuàng)新理念和設(shè)計實踐的結(jié)合。為了對創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)在規(guī)律、外在表現(xiàn)形式更加深入的加以了解，從而為系統(tǒng)指導(dǎo)設(shè)計尤其是創(chuàng)新設(shè)計奠定基礎(chǔ)，從創(chuàng)新設(shè)計理論方法、思維與建模及沖突問題消解等幾個方面的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，為促進(jìn)設(shè)計創(chuàng)新的產(chǎn)生提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：

創(chuàng)新設(shè)計；理論方法；沖突消解；設(shè)計思維與建模

中圖分類號：

F27

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：16723198（2015）09007502

0引言

設(shè)計是把一種計劃、規(guī)劃、設(shè)想通過某種形式表達(dá)出來的活動過程。創(chuàng)新設(shè)計是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科技成果進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計出具有科學(xué)性、創(chuàng)造性、新穎性及實用成果性的一種實踐活動。創(chuàng)新設(shè)計是產(chǎn)品進(jìn)化的直接原動力，涉及了多方位、多領(lǐng)域、多層次設(shè)計要素的綜合集成，體現(xiàn)了需求定性要求的量化轉(zhuǎn)換，決定了產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。創(chuàng)新設(shè)計的范圍涵蓋了產(chǎn)品全生命周期的各個階段。國內(nèi)外專家學(xué)者對創(chuàng)新設(shè)計理論方法、思維與建模及沖突問題消解等方面都做了大量的研究，并取得了很大的研究成果和應(yīng)用價值。

1創(chuàng)新設(shè)計理論方法研究現(xiàn)狀

自1912年創(chuàng)新理論提出以來，創(chuàng)新理論在不斷的完善及應(yīng)用研究在不斷的深化過程中，逐步形成技術(shù)創(chuàng)新的專業(yè)化、綜合化、智能化及簡捷化發(fā)展思想。且在創(chuàng)新設(shè)計方面，原來所使用的創(chuàng)新方法如仿生法（Bionic Design）、形象思維法、陣列法和智爆法等基于認(rèn)知的方法（Cognitive Approach），隨著計算機(jī)在設(shè)計領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有逐漸向基于系統(tǒng)的方法（system Approach）方向發(fā)展的趨勢。

1.1基于認(rèn)知方法研究

對于產(chǎn)品創(chuàng)新思考的過程，通常包含發(fā)現(xiàn)并確定創(chuàng)新問題，生成解決問題的創(chuàng)新想法，選擇、發(fā)展并確定創(chuàng)新方案等思考階段。對創(chuàng)新從認(rèn)知的角度進(jìn)行分析開始較早，這方面的研究也較多，如英國學(xué)者T.J.Howard，美國的Janet.L等。

1.2基于系統(tǒng)方法研究

德國的Pahl和Beitz提出的普適設(shè)計方法學(xué)（Comprehensive Design Methodology，CDM）為設(shè)計員在每一個設(shè)計階段建立了工作步驟計劃。公理性設(shè)計（Axiomatic Design，AD）是由美國麻省理工學(xué)院（MIT）的Suh提出的一種設(shè)計決策方法。質(zhì)量功能配置（Quality Function Deployment，QFD）則是將用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計需求、工藝要求等多層次演繹的分析方法。另外，最有名氣的還是前蘇聯(lián)G.S. Altshuler領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提出的發(fā)明問題解決理論（Theory of Inventive problem Solving，TRIZ）。

此外，美國學(xué)者Carayannis和Coleman提出的新的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新工程設(shè)計方法；Goldenberg提出的創(chuàng)造性模板方法；John提出的組合創(chuàng)造方法；新加坡學(xué)者Jiao和美國的Helande和Khalid等研究了情感設(shè)計；英國學(xué)者Ammon Salter和David Gann，美國學(xué)者Galanakis等對創(chuàng)新設(shè)計過程中不同學(xué)習(xí)機(jī)制、動機(jī)、問題解決及各方面的局限性等方面進(jìn)行了分析。

2創(chuàng)新設(shè)計思維與建模研究現(xiàn)狀

近年來很多學(xué)者著重在創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新技法、創(chuàng)新設(shè)計建模等方面進(jìn)行了研究。

2.1在產(chǎn)品創(chuàng)造性思維方面

由浙江大學(xué)潘云鶴教授提出的基于空間探索的創(chuàng)造性設(shè)計方法通過類比的設(shè)計，將新的結(jié)構(gòu)、行為等從設(shè)計需求引入目標(biāo)設(shè)計中。通過采用設(shè)計目錄法對復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行了智能優(yōu)化，浙江大學(xué)馮培恩教授提出了機(jī)械廣義優(yōu)化設(shè)計的理論框架和學(xué)科體系。山東大學(xué)陳洪武則依據(jù)分解重構(gòu)理論和生物基因工程，提出了機(jī)械產(chǎn)品基因工程設(shè)計理論。浙江工業(yè)大學(xué)趙燕偉教授依據(jù)可拓學(xué)理論，根據(jù)菱形思維的一些特點，提出了基于多級菱形思維模型的方案設(shè)計新方法。

2.2在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計建模和開發(fā)方面

上海交通大學(xué)蔡鴻明和何援軍利用樹結(jié)構(gòu)，結(jié)合設(shè)計實例，構(gòu)建出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹模型。面向機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的概念結(jié)構(gòu)模型，由西安電子科技大學(xué)的馮力和葉尚輝提出，解決目前基于特征的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型還難以適應(yīng)結(jié)構(gòu)演化的需要。北京航空航天大學(xué)鄧家提教授為了建立支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的新一代設(shè)計自動化技術(shù)系統(tǒng)，則帶來了一個名為“三葉草（Clover）”的設(shè)計自動化系統(tǒng)概念模型。

在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中，創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設(shè)計問題的可視化、形式化建模對于設(shè)計團(tuán)隊的協(xié)同性和效率起著重要作用。且創(chuàng)新思維的可貫徹性與創(chuàng)新設(shè)計問題求解的可追溯性很大程度上決定了產(chǎn)品的研發(fā)周期和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方向控制的可修正性。

3創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1國外研究現(xiàn)狀

國外較早就已經(jīng)開展了創(chuàng)新設(shè)計方面的研究，許多大公司已經(jīng)開發(fā)出了基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計軟件。

美國的Invention Machine公司研究開發(fā)出了基于TRIZ的計算機(jī)輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計軟件TechOptimizer，它是基于知識的創(chuàng)新工具，將TRIZ的原理與其知識庫緊密結(jié)合，為設(shè)計者提供高質(zhì)量的設(shè)計思路。

美國Ideation International公司也研究開發(fā)出了基于TRIZ的計算機(jī)輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計軟件 Innovation Workbench。它被稱為可攜式專家智慧系統(tǒng)的專業(yè)創(chuàng)新軟件，其最大的特點是內(nèi)含一個分析知識轉(zhuǎn)換的問題形成器（Problem Formulator），并廣泛應(yīng)用于管理流程或工程中。

3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對創(chuàng)新設(shè)計的研究起步較晚，技術(shù)方面有待進(jìn)一步完善，高等院校的研究更多些。endprint

北京億維訊公司開發(fā)了Pro/Innovation創(chuàng)新設(shè)計平臺及創(chuàng)新能力拓展平臺。河北工業(yè)大學(xué)檀潤華通過對TRIZ的深入研究，開發(fā)出了Invention tool，天津大學(xué)徐燕申教授和林岳等人也開發(fā)出了自己的創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)。

產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用研究是創(chuàng)新設(shè)計理論與方法轉(zhuǎn)化的直接體現(xiàn)，因此，創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的開放性高、去專業(yè)限制好、形式化描述強(qiáng)、可視化操作簡捷、穩(wěn)定性好是該系統(tǒng)的發(fā)展方向及廣泛被應(yīng)用的前提條件。

4創(chuàng)新設(shè)計沖突問題協(xié)調(diào)方法研究現(xiàn)狀

創(chuàng)新設(shè)計沖突消解過程是一個不斷化解設(shè)計矛盾、反復(fù)協(xié)調(diào)多設(shè)計目標(biāo)與約束、變對立設(shè)計為共存設(shè)計的復(fù)雜演化過程。目前產(chǎn)品設(shè)計中的沖突問題消解大多集中在協(xié)同設(shè)計、并行設(shè)計、公理設(shè)計和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域中，采用的沖突消解方法主要包括以下方面：

4.1基于規(guī)則推理的沖突協(xié)調(diào)方法研究

設(shè)計中的沖突問題一般較為復(fù)雜，涉及到產(chǎn)品整個生命周期和多個相關(guān)領(lǐng)域知識，在這種情況下基于規(guī)則和實例推理的沖突協(xié)調(diào)支持庫較難構(gòu)建，但它能快捷而高效地解決一些常規(guī)的、耦合度較低的沖突問題。趙陽運(yùn)用一種快速的規(guī)則匹配算法，提出了一種基于規(guī)則推理的沖突消解體系架構(gòu)。Wong和Klein，指出領(lǐng)域知識通?？梢酝ㄟ^規(guī)則形式表達(dá)以形成知識庫，在推理機(jī)制下進(jìn)行沖突協(xié)調(diào)，從而提出了基于知識的沖突協(xié)調(diào)方法。

4.2基于協(xié)商、回溯的沖突協(xié)調(diào)方法研究

Pena-Mora綜合應(yīng)用協(xié)商理論和博弈論設(shè)計開發(fā)協(xié)商系統(tǒng)。Shan-Lin Yang等提出了一種信念函數(shù)間的一致度方法，其目的是為減少信念函數(shù)間沖突測度的內(nèi)在差異性。浙江大學(xué)魏寶剛對DAI系統(tǒng)中主體間的結(jié)構(gòu)沖突進(jìn)行分析，提出了協(xié)商沖突消解策略。徐文勝等提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)滿意度空間的并行工程沖突協(xié)商的方法。

4.3基于TRIZ理論的沖突協(xié)調(diào)方法研究

臺灣的張祥唐等針對技術(shù)創(chuàng)新與環(huán)境保護(hù)方面的沖突問題，糅合TRIZ與生態(tài)創(chuàng)新的觀點，構(gòu)建出沖突問題協(xié)調(diào)的CAD軟件，同時用一些成功的產(chǎn)品實例驗證了生態(tài)設(shè)計工具的實用性。日本的Yamashina等全面結(jié)合質(zhì)量功能配置QFD和TRIZ方法，形成了一種叫創(chuàng)新產(chǎn)品發(fā)展過程（Innovative Product Development Process）的沖突協(xié)調(diào)方法，此法可系統(tǒng)性的對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新。

4.4基于可拓學(xué)的沖突協(xié)調(diào)方法研究

可拓學(xué)是用形式化的模型研究事物拓展的可能性和開拓創(chuàng)新的規(guī)律與方法，并用于解決矛盾問題的科學(xué)。國內(nèi)外可拓學(xué)研究工作目前已形成由可拓論、可拓方法和可拓工程構(gòu)成的學(xué)科體系，并已在諸如機(jī)械等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用的嘗試。廣東工業(yè)大學(xué)的楊春燕提出了可拓策劃的理論和方法，構(gòu)建“化對立為共存”的策劃創(chuàng)意。劉飛、曹華軍等提出基于可拓理論的綠色制造實施方案設(shè)計方法。譚建榮、馬輝等通過設(shè)計事元、物元對產(chǎn)品設(shè)計知識單元進(jìn)行描述，給出了面向產(chǎn)品設(shè)計過程的設(shè)計知識重用模型。對于產(chǎn)品配置效率低難以變型等矛盾問題，樓健人提出了產(chǎn)品層次可拓配置設(shè)計方法。然而，針對復(fù)雜多變的低碳設(shè)計過程的沖突問題，各設(shè)計域、設(shè)計因素之間如何進(jìn)行知識關(guān)聯(lián)、拓展、轉(zhuǎn)換和推理，如何實現(xiàn)低碳設(shè)計定性表達(dá)與定量求解算法的智能化，尚缺乏嚴(yán)格、可行的研究支持，可拓設(shè)計邏輯發(fā)展也還處于起步階段，對于它的研究應(yīng)該就是下一個熱點了。

因此，結(jié)合兩種或者兩種以上矛盾問題消解方法去求解現(xiàn)代產(chǎn)品快速響應(yīng)設(shè)計中的復(fù)雜問題是可行的也是必須的。在充分發(fā)揮每種沖突消解方法的優(yōu)勢情況下，實現(xiàn)不同方法的優(yōu)勢互補(bǔ)是研究的創(chuàng)新點也是難點。

參考文獻(xiàn)

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