創(chuàng)新設(shè)計的研究與發(fā)展

摘 要:指出創(chuàng)新實踐在社會發(fā)展中的重要性，系統(tǒng)分析了創(chuàng)新設(shè)計方法學(xué)的發(fā)展歷程，并針對機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，總結(jié)了其研究概況#65377;在此基礎(chǔ)上，分析了創(chuàng)新設(shè)計研究中有待于解決的關(guān)鍵問題及其發(fā)展趨勢#65377;

關(guān)鍵詞:創(chuàng)新設(shè)計;設(shè)計方法;產(chǎn)品設(shè)計

創(chuàng)新設(shè)計是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計理論的重要內(nèi)容之一#65377;隨著知識經(jīng)濟時代的到來，社會的進步與經(jīng)濟的發(fā)展更加依賴于人類的創(chuàng)新實踐活動#65377;開展創(chuàng)新設(shè)計的研究對于建設(shè)創(chuàng)新型國家有重要意義#65377;

1 創(chuàng)新的內(nèi)涵

20世紀(jì)初，全球社會生產(chǎn)力的發(fā)展中只有5%是依靠技術(shù)創(chuàng)新取得的，而現(xiàn)在發(fā)達國家中的40%是依靠技術(shù)創(chuàng)新取得的#65377;

美籍奧裔經(jīng)濟學(xué)家熊彼特(Joseph A. Schumpeter)于1912年在其著作《經(jīng)濟發(fā)展理論》中將“創(chuàng)新”作為一個經(jīng)濟學(xué)概念首次提出#65377;

熊彼特認為創(chuàng)新是發(fā)明的第一次商品化，也就是說，把發(fā)明引入生產(chǎn)體系并為商業(yè)化生產(chǎn)服務(wù)的過程就是創(chuàng)新，它意味著建立新的生產(chǎn)函數(shù)或供應(yīng)函數(shù)，是在生產(chǎn)體系中引進一種生產(chǎn)要素和生產(chǎn)條件的新的組合#65377;

而發(fā)明實際上就是一個產(chǎn)品創(chuàng)新的過程，其關(guān)鍵是設(shè)計的創(chuàng)新，設(shè)計創(chuàng)新是實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的根本基礎(chǔ)#65377;因此，創(chuàng)新設(shè)計的重要性就顯而易見了#65377;

創(chuàng)新設(shè)計是一種創(chuàng)造性的智力活動，是設(shè)計者充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，利用人類已有的科學(xué)技術(shù)成果，進行創(chuàng)新構(gòu)思，應(yīng)用新技術(shù)#65380;新原理#65380;新方法進行產(chǎn)品分析和設(shè)計的過程#65377;

2 創(chuàng)新方法的發(fā)展

創(chuàng)新是一個及其復(fù)雜的過程，人類對創(chuàng)新本質(zhì)的認識與研究還遠遠達不到科學(xué)的層次#65377;但是眾多創(chuàng)新學(xué)者，經(jīng)數(shù)十年的研究發(fā)現(xiàn)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)明創(chuàng)造有一定的規(guī)律可循，他們大多是以原則#65380;訣竅#65380;思路形式指導(dǎo)人們克服心理和思維的障礙，改善思維的靈活性的過程#65377;

自20世紀(jì)30年代至80年代，世界上出現(xiàn)了300多種創(chuàng)新技法，10多種創(chuàng)造原理#65377;這些創(chuàng)新技法，各自從不同的角度#65380;在一定程度上突破了制約創(chuàng)新的相關(guān)因素的限制#65377;

所謂創(chuàng)新技法就是在創(chuàng)造心理#65380;創(chuàng)造性思維方法和認識規(guī)律基礎(chǔ)上的技巧#65377;這些創(chuàng)新技法不存在科學(xué)的邏輯關(guān)系，大多數(shù)目前在理論上處于“初生期”，還遠遠未達到純粹的科學(xué)水平#65377;

從思維的角度，創(chuàng)新是人類駕馭形象思維與邏輯思維#65380;發(fā)散思維與收斂思維的過程#65377;

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，在掌握已有創(chuàng)新技法的基礎(chǔ)上，結(jié)合認知科學(xué)#65380;人工智能#65380;設(shè)計方法學(xué)#65380;科學(xué)技術(shù)哲學(xué)等前沿學(xué)科，創(chuàng)新設(shè)計方法已成為一門獨立且有待于開發(fā)的新的設(shè)計技術(shù)和方法#65377;

創(chuàng)新設(shè)計方法的發(fā)展歷程如圖1所示#65377;

最初的創(chuàng)新研究側(cè)重于人的創(chuàng)造性思維，總結(jié)出一些具有指導(dǎo)意義的規(guī)律，形成各種創(chuàng)新技法，如:頭腦風(fēng)暴法#65380;聯(lián)想法#65380;類比法#65380;側(cè)向思考#65380;仿生法等#65377;

后來，創(chuàng)新方法的研究開始注重以知識(專利)為基礎(chǔ)，通過對專利的分析與研究，總結(jié)創(chuàng)造活動所遵循的創(chuàng)新原理，該階段的典型創(chuàng)新方法是TRIZ理論#65377;

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)新方法的研究也出現(xiàn)新的趨勢，在現(xiàn)階段，各種成熟的創(chuàng)新設(shè)計方法開始集成化研究與應(yīng)用，并與計算機(包括網(wǎng)絡(luò))技術(shù)相結(jié)合，形成計算機輔助創(chuàng)新(CAI: Computer Aided Innovation)技術(shù)，如:QFD#65380;可靠性設(shè)計#65380;網(wǎng)絡(luò)協(xié)同創(chuàng)新技術(shù)#65380;有限元分析等各種成熟的技術(shù)和方法開始融入到創(chuàng)新設(shè)計過程中#65377;

3 機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的研究

機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的研究對于提高機械產(chǎn)品的設(shè)計水平#65380;提高產(chǎn)品的競爭力有著重大的意義，受到世界各個國家的普遍重視#65377;

機械創(chuàng)新設(shè)計是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用人類己有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果(含理論#65380;方法#65380;技術(shù)原理等)，進行創(chuàng)新構(gòu)思，應(yīng)用新技術(shù)#65380;新原理#65380;新方法進行產(chǎn)品的分析和設(shè)計，設(shè)計出具有新穎性#65380;創(chuàng)造性及實用性的機構(gòu)或機械產(chǎn)品(裝置)的一種實踐活動#65377;

一般來說，創(chuàng)新設(shè)計包括全新設(shè)計和適應(yīng)型創(chuàng)新設(shè)計兩類#65377;

需要指出的是，創(chuàng)新設(shè)計和概念設(shè)計并不是同一個概念，概念設(shè)計的核心是進行設(shè)計創(chuàng)新，而創(chuàng)新設(shè)計并不盡限于概念設(shè)計階段#65377;在產(chǎn)品設(shè)計的各個階段均有創(chuàng)新設(shè)計的問題，但是最主要的是在概念設(shè)計階段進行創(chuàng)新#65377;

國內(nèi)外學(xué)者針對機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，分別從設(shè)計的本質(zhì)#65380;設(shè)計的過程以及設(shè)計的方法等不同方面，做了大量的研究工作#65377;

創(chuàng)新設(shè)計理論和方法的研究現(xiàn)狀見表1#65377;

4 機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計存在的問題及展望

通過上述文獻的研究可以看出，盡管人們從不同角度對創(chuàng)新設(shè)計進行了數(shù)十年的研究，取得了一些成果，但是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中還有一些問題仍沒有解決，成為今后研究的重點#65377;

(1)創(chuàng)新設(shè)計本質(zhì)過程的研究這實際上也是對設(shè)計的創(chuàng)新本質(zhì)的認識#65377;盡管人們從思維方法#65380;設(shè)計手段等多方面對創(chuàng)新問題進行探索，現(xiàn)在對創(chuàng)新的實質(zhì)過程仍沒有一個統(tǒng)一的#65380;深層次的認識，無法形成一個完整的理論去指導(dǎo)創(chuàng)新實踐#65377;在這方面我們?nèi)孕枰龃罅康墓ぷ?65377;

(2)創(chuàng)新設(shè)計中知識的表達與應(yīng)用首先，產(chǎn)品創(chuàng)新過程涉及多學(xué)科#65380;多種技術(shù)，如何將設(shè)計知識組織管理，滿足設(shè)計主體對知識的需求是今后的研究重點#65377;其次，為創(chuàng)新設(shè)計過程建立科學(xué)的產(chǎn)品模型，結(jié)合現(xiàn)代CAD技術(shù)，支持創(chuàng)新方案的快速表達，對于提高設(shè)計效率有重要意義#65377;

(3)設(shè)計理論研究與設(shè)計工具開發(fā)存在嚴(yán)重脫節(jié)人們對于設(shè)計理論及創(chuàng)新問題進行了大量研究，但是理論研究與設(shè)計工具，特別是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計工具存在嚴(yán)重的脫節(jié)#65377;一方面某些機械結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和方法的研究較少考慮計算機實現(xiàn)的問題;另一方面設(shè)計工具開發(fā)時，又沒有適合計算機進行的結(jié)構(gòu)設(shè)計自動化和智能化理論#65377;需要深入研究機械產(chǎn)品設(shè)計中功——構(gòu)映射的本質(zhì)規(guī)律#65377;

(4)創(chuàng)新設(shè)計過程的集成化技術(shù)研究創(chuàng)新設(shè)計過程的集成化技術(shù)的重點在于概念設(shè)計的集成化實現(xiàn)，主要是指產(chǎn)品的原理方案創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新的集成#65377;現(xiàn)有的設(shè)計理論或設(shè)計工具多是從不同的角度，考慮某階段的創(chuàng)新實現(xiàn)問題，如:TechOptimizer可以輔助實現(xiàn)產(chǎn)品原理方案的創(chuàng)新，但需要其他CAD系統(tǒng)完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作;一些大型的CAD/CAE/CAM商品化軟件，如:UG#65380;Pro/E等均開發(fā)出了支持概念設(shè)計的工業(yè)設(shè)計模塊或草圖設(shè)計模塊，但是這些模塊基本上仍是計算機輔助繪圖的工具，幾乎不支持原理方案的創(chuàng)新#65377;缺乏統(tǒng)一的創(chuàng)新設(shè)計理論指導(dǎo)創(chuàng)新設(shè)計過程，是造成原理方案創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新的集成度低的主要原因#65377;

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