计算机辅助创新在农机新产品开发中的应用

作者：刘军 郭鹏 高晓莉

欢迎访问e展厅 展厅 2 工业设计/产品设计展厅 产品设计, 工业设计, 样件打样, 手板制作, 模型制作, ... 引言 十一五是我国实现21世纪前20年发展目标必经的承上启下的关键阶段。在这一发展过程中，农业现代化成为影响全局发展非常重要的方面。农业机械化是农业现代化的主要内容和重要标志。我国的目标是到2010 年全国农业机械化水平不断提高，总体进入中级阶段。要实现这一目标，必须要加强农业机械化科技创新能力。 国家实行农机购置补贴政策以来，有力地促进了我国农业机械化的发展。但当前我国发展农业机械化也遇到不少的制约因素，其中最主要的就是农业装备技术水平不适应农业发展需要和农民的需求。而要提升我国农业装备的技术水平，就需要建立相应的科技创新体系，把科技自主创新摆在农业机械化发展更突出的位置。 目前，我国众多农机生产企业普遍存在产品落后和创新能力不足等问题，其关键在于企业缺乏快速响应市场的新产品开发及制造技术的创新机制和能力，因此迫切需要获得新产品开发的具体技术支持。而计算机辅助创新技术为农机产品的开发和改进提供了重要的技术支持，成为农机新产品开发的关键技术。 1 计算机辅助创新技术介绍 1.1 计算机辅助创新技术内容 计算机辅助创新技术CAI Computer AidedInnovation 是以近年来在欧美国家迅速发展的发明问题解决理论(TRIZ)研究为基础，结合本体论Ontology 现代设计方法学、语义处理技术及计算机软件技术等多领域科学知识综合而成的创新技术。 1.2 计算机辅助创新技术的基础 1.2.1 TRIZ 的基础 TRIZ 是发明问题解决理论Theory of InventiveProblem Solving 俄语含义的单词首字母的组合。发明问题解决理论起源于前苏联，是GenrichAltshuller 在分析了世界上近250 万件高水平的发明专利，并综合了多学科领域的原理和法则后提出的一套理论体系。其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。TRIZ 理论认为：任何领域的产品改进、技术变革和创新与生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是有规律可遵循的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ 理论正是这些规律的综合。通过这一理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。 1.2.2 TRIZ 理论的一般过程 TRIZ 理论的一般过程如图1 所示 1.2.3 TRIZ 的理论核心 1) 总论(即基本规则矛盾分析理论以及发明的等级) 2) 技术进化论 3) 解决技术问题的39个通用工程参数及40个发明方法 4) 物场分析与转换原理及76个标准解法 5) 发明问题的解题程序(算子) 6) 物理效应库 1.2.4 TRIZ产品设计评价公式 在TRIZ解决问题的过程中将问题的通解具体化是一个难点，这需要有领域背景知识。 TRIZ理论认为一个成功的设计可以描述为 式中 S—成功的设计 Pc—个人解决问题的能力 Pkn—领域知识的水平与经验 M—TRIZ方法论与哲学思想的运用 T—TRIZ工具的运用 1.3 计算机辅助创新软件 TRIZ 是由分析工具和基于知识的工具组成的理论体系。针对创新设计中问题复杂程度的不同，应采用不同的工具来解决。实际上如果不参考手册或电子资料库，设计者至少要掌握TRIZ 中专利总数的10%~15%才有可能实现上述要求。换句话说，只有计算机辅助创新技术才能帮助设计者在解决技术问题和产品开发过程中有效地利用TRIZ 工具、知识库和技术系统的进化模式。计算机辅助创新软件加速了产品创新过程并确保获得可能的满足要求的解决方案。 1.3.1 目前常用的计算机辅助创新软件 1) 美国亿维讯集团的计算机辅助创新解决方案。美国亿维讯集团的计算机辅助创新解决方案的核心是两个软件平台，即计算机辅助创新平台Pro/Innovator 与创新能力拓展平台CBT/NOVA。CBT/NOVA 的目的是帮助人们快速学习和掌握以TRIZ 为核心的先进创新理论和方法，培养人的创新思维拓展和激发工程师的创新能力。Pro/Innovator 则具备了创新问题的系统分析、提供创新性的解决方案、专利查询与分析以及解决方案评价等基本功能。 2) TechOptimizer 和Knowlegist TechOptimizer。和Knowlegist 紧密结合创新设计的过程，实现了创新设计过程良好的可操作性。 3) 技术成熟度预测系统软件TMMS1.0。企业的技术成熟度是企业制定战略计划时必须要考虑的问题。但是对产品技术成熟度的判断缺乏明确的标准，主要依靠专家或企业的高层管理人员的经验和感觉，结论带有很大的主观性，准确性难以保证，需要一种比较客观的方法来完成这项工作。该软件以TRIZ理论的技术系统进化理论为理论基础，综合国内外技术成熟度研究成果，以专利分析为主要途径，采用计算机进行数据处理，加快产品技术成熟度预测的进程，提高预测的精度。 1.3.2 运用CAI 软件解决创新设计问题的一般流程 运用CAI 软件解决创新设计问题的一般流程为： 分析问题实质，对初始问题进行分解、分析，对分解后的问题进行语义处理以便查询，进入创新原理库和创新知识库检索，获得启发性方案，评价所得方案，结合实际生成最佳可行方案。 2 计算机辅助创新在农业机械制造方面的应用 2.1 利用计算机辅助创新技术进行概念设计的流程 目前，农机生产企业缺乏指导企业产品创新与过程创新的可操作性强的理论工具和方法，缺乏统一完整的理论框架，没有充分利用当今高度发展的计算机辅助技术，为此笔者提出基于计算机辅助创新技术，建立支持企业产品创新和工艺创新的理论框架的设想，将计算机辅助创新相关理论和方法应用于农机产品的全生命周期，指导产品创新和工艺创新。在农业机械制造方面，利用计算机辅助创新技术进行概念设计的一般流程如图2所示。 2.2 应用TRIZ 理论进行农产品加工机械创新获得的成果举例 向日葵种子的剥壳机械如图3 所示 1) 创新概念：利用高压使果实分离 2) 方法步骤：将向日葵放入密封的容器；加压，容器内的豆荚流出容器外；压力快速地下降，在高压扩张下气体贯穿外壳，果实与外壳分离。 3 农机创新应注意的问题 3.1 加强技术创新的组织引导建立专业咨询服务机构 实施技术创新，其中一项重要的基础工作是了解当今农业机械化先进技术的研究动态和方向，把握科研开发的重点。同时，要建立一套技术开发转化的激励机制。为此，农机主管部门要加强组织引导工作，建议按照企业化经营的原则，建立农业机械化咨询服务机构，专门从事科研动态信息服务成果交易转化等活动。 3.2 农机技术创新应与农业生物技术创新实现互补 只有通过技术工程的创新，才能把农业生物技术资源转变为农业物质财富，从而促进农业资源的合理开发，改善农业生态环境，提高我国农业综合生产能力，促进我国农业的可持续发展。 3.3 农机技术创新与农艺措施相结合 农机技术创新与农艺措施相结合可实现增产，如水稻育秧、栽插配套技术和机具，中小型水稻收获机具，行走式节水灌溉机械，精量半精量播种机械，化肥深施联合作业机械，种子加工和温室栽培机具等。这些技术的增产效果和经济效益非常显著，已被广大农民接受，应进一步加大推广力度。 3.4 做到产、学、研、推、管相结合通过组织实施重大新型农业机械产品和配套机具的开发和生产，充分发挥社会力量，通过市场拉动引导农机企业加大关键技术和产品研发力度。通过政策扶持、科研开发、示范推广和市场机制，逐步形成可持续的农业机械化科技创新体系和良性循环发展的推广体系。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/31/2007)