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精益研发之创新设计
作者:林岳
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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, ...
创新一词最早由美籍奥地利经济学家约瑟夫·熊彼得于1912年出版的《经济发展理论》一书提出,是一个经济学名词。创新不同于发明,发明的目的是产生专利。而创新则一定要给企业带来经济效益。对于某个企业而言,任何技术或方法只要是在企业当中第一次应用都可以称为创新。

企业技术创新的现状

企业创新可分为五个等级,这五个等级分别从两个角度对企业创新能力进行评价,第一个角度是对于产品的创新,涉及产品的变量数;第二个角度就是所用到的知识。

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图1 企业创新能力等级

根据图1划分可以看出:

第1、2级企业创新主要靠个人经验和灵感,只利用行业内已知知识进行产品设计;第3、4级企业它们采用的是高效率的创新方法,充分借鉴多学科、多领域的知识进行设计。对于第1、2级企业而言,智力资产缺乏保护;第3、4级企业则很好地实现了企业智力资产的保护和再利用。两类企业的研发投入和来自于创新的收益也有很大的不同。

以第4级为例,如果一个产品的设计涉及到改善的变量数超过一万以上,应用的是全新的原理知识,那么这个企业的原理创新可以达到4级以上的水平。根据以上指标,可以看到大多数国内企业处于第1、2级的水平。以DVD为例,一台DVD目前的国际价格大约是32美金,其中,18美金要交专利保护费,13美金为实际成本,企业利润只有区区的1美金,甚至不到1美金。

企业要自主创新,首先要对自身存在的问题有一个清楚的认识,目前国内企业在创新过程中普遍存在以下三大问题:

首先,企业创新严重依赖于老专家或者老技术人员的经验以及灵感。其次,企业产品种类繁多,设计一个产品所需要的多领域知识和技能,已经不能由一个专家、甚至一个企业完全掌握,如设计一辆太阳能汽车,就涉及了机械、电子、太阳能、风力、材料等很多学科领域的知识,如何让设计人员进行跨领域的知识借鉴,这是企业研发管理人员所面临的问题。

最后,企业在自主研发过程中,往往有不少好的想法和研发成果,这些都是企业宝贵的智力资产,但是随着时间的推移和人员的流动,这些智力资产也会大量流失。如何将企业宝贵的智力资产保护并传承下去,使企业智力资产在新的创新设计中发挥作用,是研发管理人员需要思考的一个问题。只有创新才能帮助企业解决这三大难题,国内企业急需一个好的创新方法,使企业自身的创新能力从第2级提升到第3级,使企业的业绩提高一个数量级。

技术创新的理论基础

TRIZ理论(发明问题解决理论)和本体论是技术创新理论的两大基础。TRIZ理论帮助工程师进行想象,本体论帮助工程师把思维聚集,给他们以专家的知识,从而找到解决方案。

TRIZ理论:改变人的思维习惯

TRIZ理论(发明问题解决理论)由前苏联人根里奇•阿奇舒勒先生于1946年创立。TRIZ理论从诞生到现在,已经有60年的历史。在1991年以前,TRIZ理论是前苏联军方的机密。1991年前苏联解体,TRIZ专家开始移民到欧美国家,并服务于福特、波音等国际知名公司,解决具体的技术问题,TRIZ理论在国际企业的知名度和影响力迅速扩大。

TRIZ理论是基于数理的统计分析,从250万专利中提取出人类解决技术问题的典型方法和规律,是人类发明创造史上浓缩的精华。

TRIZ理论体系的三个核心认识:

首先,一个产品及其技术的发展像生物进化一样遵循着诞生、成长、成熟、衰老、灭亡的客观规律。其次,同一条规律往往在不同的产品或技术领域被反复应用,很多创新实质往往是其他领域的知识在某一领域的应用。最后,创新是可操作的,同时技术创新是有规律可以遵循的,是有工具可以使用的。TRIZ理论解决问题也符合技术人员的思维习惯。

TRIZ工程问题求解模式

TRIZ解决问题的模式符合常规工程设计的思维习惯。TRIZ首先把需要解决的工程问题进行模型化,得到标准模型,然后再提供相应的运算法则供参考,得到TRIZ标准解,最后得到最终的解决方案。

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图2 TRIZ工程问题求解模式

例如,TRIZ理论中的技术系统进化法则,就像达尔文发现进化规律一样,任何产品及技术革新都有产生、成长、成熟、衰老、死亡的过程。如果能够运用这些规律,企业就可以能动地预测产品的未来发展方向,这一点对于高科技企业,特别是对于高端设备系统设计的预研部分有很重要的作用。

再比如,TRIZ理论中的动态性原则,即:任何一个产品的进化都会经历使用化、流动性、可操作性这样一个方向。任何一个产品都会经历刚性系统、单不铰链系统、多铰链、柔性体、液体和气体到场这样一个进化。目前市场上的计算机键盘有刚性键盘、可折叠键盘、软键盘,在2004年德国汉诺威展会上,以色列公司推出的一款激光键盘,投影设备将键盘以激光束的形式投影到桌面上,当手指遮挡不同激光束时,对应的内容就会被输入到电脑中。

TRIZ理论有8大进化法则、39个创新原理、7 6个标准减法以及其他的一些算法,这是一些可操作的工具集的组合。它不仅仅是经验的总结,更多的来自于专利,把专利当中最有用的方法理论重新进行归纳总结。工程师经过相应的训练之后,可以把工程问题抽象成TRIZ的模型,然后应用相应的TRIZ工具产生相应的解决方案。

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图3 TRIZ工具集

本体论:聚集人的思维

本体论起源于哲学概念,随着20世纪90年代信息科学的飞速发展,本体论逐渐被应用于信息科学、知识工程和人工智能。

通常,人类解决问题时,都采用联想和类比的方法,而联想和类比来源于事物间的联系。本体论就是把错综复杂、离散的信息片断结合在一起,形成有用的知识链和关系网。本体论帮助人们去联想和类比,拓宽思维空间,在浩瀚的知识“海洋”里,很容易地“捞”到所需要的“针”,快速找到其它领域中解决类似问题的解决方案。本体论在工程王国里,使原本处于不同知识、学科领域的知识有机地组织、联系在一起。它打破了工程领域之间的界限,在问题域与解决方案域中寻求有用的知识,而不是在某个学科或工程领域内寻找知识。

PERA.Innovation:实现技术创新的途径

PERA.Innovation(简称:PERA.I)基于TRIZ理论和本体论,通过计算机软件辅助企业实现技术创新,并管理技术创新过程中产生的知识,实现新知识的专利保护。PERA.I是精益研发平台的子平台,可以在平台之下应用,也可以单独运行。

技术系统分析

技术系统分析是基于能量流分析原理、价值工程原理、TRIZ理论的物质场分析方法及技术系统进化法则等理论而开发的系统分析模块。通过在该模块中建立功能模型,并对其进行分析和评价,可以有效地揭示技术系统中存在的问题,从而找到进一步提升和改进技术系统功能的方向。

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图4 PERA 精益研发平台

问题分解

运用三轴问题分析法,沿流程时序轴、系统层次轴和因果关系轴对初始问题进行分析与重定义,将复杂的工程问题分解成为多个子问题。帮助工程师发现隐藏在表层问题背后的真正问题,以及充分利用系统资源的途径。

解决方案

PERA.I中的解决方案基于对欧美九百万高水平发明专利的分析,形成涵盖众多领域的创新方案知识库。它可以帮助用户及时发现已有的成功的解决方案,提供给用户在原有方案基础上快速寻求自己问题的合理解决办法。

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图5 创新设计平台流程

方案评价

PERA.I提供了两种解决方案评价模式:客观评价和主观评价。客观评价是基于每个解决方案来自的专利的引用次数来确定的。主观评价分为两种:基于参数评价模型的单专家评价和多专家评价。

报告

提供了四种不同的报告生成模板满足用户的不同需求。支持用户对报告生成模板的定制。在生成的报告中可以包含整个问题的求解流程,如项目的管理信息,问题分解,多个候选方案,方案评价等内容。

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图6 技术系统分析

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图7 三轴问题分析法

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图8 解决方案

智力资产管理

在PERA.I中,专利生成模块可以提供多种专利申请模板,并随着创新项目的进展,自动生成申请专利的权利要求,撰写大部分申请专利的必备文字,同时进行新颖性检索,独特而全面的本体论字典能够确保专利技术的保护范围尽可能广。

总之, P E R A 平台定位在精益研发,PERA.I定位在创新设计平台,有相应的模块和相应的服务措施。PERA.I关注产品全生命周期中任何阶段的技术创新,管理技术创新过程中产生的知识,并实现新知识的专利保护。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (10/24/2008)
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